JP2023078423A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外光源である発光素子において生じる熱を、殺菌対象である流体に効率的に逃がすことができる構造を有する流体殺菌装置を提供する。
【解決手段】殺菌対象の液体を流すための流路２１を有する流路管２０と、流路管の長さ方向の一端に設けられた開口部２４に嵌め込まれ、流路内に紫外線を照射する紫外光照射モジュール１０と、を備え、紫外光照射モジュールが、金属からなる台座１１と、台座上に設置された紫外光を発する発光素子１６と、発光素子を覆うように台座に取り付けられた、光取出口１２４を有する金属からなるキャップ１２と、光取出口を覆う透明窓１４とを有し、発光素子は、透明窓がキャップと台座に挟まれて固定されることにより気密封止された収容部１１５内に収容され、収容部、台座の一部及びキャップが流路内に露出し、液体との間で熱的に直接接触することにより、発光素子で生じた熱を流路内の液体に放熱する、流体殺菌装置１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

従来、内部を流れる水などの液体に紫外光を照射して殺菌を行う流体殺菌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の流体殺菌装置は、殺菌対象である液体が流れる水路と、水路の長さ
方向の一端の開口部に取り付けられた、水路内の流体に紫外光を照射するＬＥＤを収容するＬＥＤホルダとを備える。ＬＥＤホルダにおいて、ＬＥＤは紫外光を透過するキャップ状の窓に覆われており、その窓によって水路内の液体が流れる空間と隔てられている。

特表２０１６－５１１１３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の流体殺菌装置においては、ＬＥＤホルダの窓に水路内の液体が接触するものの、紫外光を透過する材料からなる窓の熱伝導率は高くないと考えられるため、ＬＥＤにおいて生じた熱を水路内の液体に効率的に逃がすことができない。そのため、ＬＥＤの動作時の温度上昇により、発光強度の低下や寿命の短縮を招くおそれがある。

本発明の目的は、内部を流れる水などの液体に紫外光を照射して殺菌を行う流体殺菌装置であって、紫外光源である発光素子において生じる熱を殺菌対象である流体に効率的に逃がすことができる構造を有する流体殺菌装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［３］の流体殺菌装置を提供する。

［１］殺菌対象である液体を流すための流路、前記液体を前記流路に流入させるための流入口、前記液体を前記流路から流出させるための流出口を有する流路管と、前記流路管の長さ方向の一端に設けられた開口部に嵌め込まれ、前記流路内に紫外線を照射する紫外光照射モジュールと、を備え、前記紫外光照射モジュールが、金属からなる台座と、前記台座上に設置された紫外光を発する発光素子と、前記発光素子を覆うように前記台座に取り付けられた、前記発光素子から発せられる紫外光を取り出すための光取出口を有する金属からなるキャップと、前記光取出口を覆う透明窓とを有し、前記発光素子は、前記透明窓が前記キャップと前記台座に挟まれて固定されることにより気密封止された収容部内に収容され、前記収容部、前記台座の一部及び前記キャップが前記流路内に露出し、前記液体との間で熱的に直接接触することにより、前記収容部、前記台座及び前記キャップを介して、前記発光素子で生じた熱を前記流路内の前記液体に放熱する、流体殺菌装置。
［２］前記キャップを前記台座に取り付けた状態で、前記キャップの側面と前記台座の側面に段差が存在しない、上記［１］に記載の流体殺菌装置。
［３］前記キャップを前記台座に取り付けた状態で、前記キャップの側面と前記台座の側面に、前記キャップ側が高い段差が存在する、上記［１］に記載の流体殺菌装置。

本発明によれば、内部を流れる水などの液体に紫外光を照射して殺菌を行う流体殺菌装置であって、紫外光源である発光素子において生じる熱を殺菌対象である流体に効率的に逃がすことができる構造を有する流体殺菌装置を提供することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の上面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ｂ）の紫外光照射モジュールの部分拡大図である。 図３は、紫外光照射モジュールの変形例の上面図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、紫外光照射モジュールの他の変形例の上面図である。 図５は、紫外光照射モジュールの他の変形例の、流路の長さ方向から見た側面図である。

〔実施の形態〕
（流体殺菌装置の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置１の上面図である。図１（ｂ）においては、流体殺菌装置１の内部を図示するために、流路管２０を紙面に水平に切断している。

流体殺菌装置１は、殺菌対象である水などの液体を流すための流路２１、液体を流路２１に流入させるための流入口２２、液体を流路２１から流出させるための流出口２３を有する流路管２０と、流路管２０の長さ方向Ｌの一端に設けられた開口部２４に嵌め込まれ、流路２１内に紫外線を照射する紫外光照射モジュール１０と、を備える。

流体殺菌装置１は、紫外光照射モジュール１０から流路管２０の長さ方向（流路２１の長さ方向）Ｌに沿って紫外光を発し、流路２１内を流れる液体（流体）に照射し、液体の殺菌及び菌の繁殖の抑制を行う。例えば、流体殺菌装置１は、浄水器などに用いることができる。

流路管２０は、紫外光照射モジュール１０から発せられる紫外光に対する反射率の高いアルミニウムなどの材料からなること、またはこのような材料で内面がコーティングされていることが好ましい。また、流路管２０は、紫外光照射モジュール１０の放熱を促進するため、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料からなることが好ましい。流水管２０の形状は、特に限定されないが、典型的には、円筒形又は直方体である。

図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ｂ）の紫外光照射モジュール１０の部分拡大図である。図１（ｂ）においては、紫外光照射モジュール１０を紙面に水平に切断している。

紫外光照射モジュール１０は、金属からなる台座１１と、台座１１上に設置された紫外光を発する発光素子１６と、発光素子１６を覆うように台座１１に取り付けられた、発光素子１６から発せられる紫外光を取り出すための光取出口１２４を有する金属からなるキャップ１２と、開口部２４を覆う透明窓１４とを有する。

流路管２０の開口部２４の内周側面には、ネジ部２４１が設けられ、台座１１の外周側面にはネジ部２４１に対応するネジ部１１１が設けられている。すなわち、紫外光照射モジュール１０は、ねじにより開閉可能なスクリューキャップとして流路管２０の開口部２４に嵌め込まれる。

また、台座１１のシール部品取付部１１３には、台座１１と流路管２０の開口部２４と
の隙間からの流路２１内の液体の漏れ出しを防ぐためのＯリングやパッキンなどの環状のシール部品１３が取り付けられている。シール部品取付部１１３は、台座１１のネジ部１１１と底部１１２との間に設けられている。

紫外光照射モジュール１０が流路管２０の開口部２４に嵌め込まれると、シール部品１３が開口部２４の内周側面の段差２４２とシール部品取付部１１３の底面（底部１１２の上面）に挟まれて厚さ方向に圧縮され、シール機能が発揮される。

流体殺菌装置１においては、紫外光照射モジュール１０を流路管２０の開口部２４から取り外すことにより、発光素子１６を流路管２０内から取り出すことができる。このため、発光素子１６やその動作に用いられる部品に不具合が生じた場合の交換が容易である。なお、発光素子１６などの不具合の発生は、例えば、オープンドレイン出力などの異常検知出力により検知することができる。

なお、紫外光照射モジュール１０を流路管２０の開口部２４に取り付けるための構造はネジを用いたものに限定されないが、取り付け、取り外しの容易性などから、図２（ａ）、（ｂ）に示されるようなスクリューキャップ構造を用いることが好ましい。

台座１１の上面には、側壁１１６に囲まれた、発光素子１６及び発光素子１６が実装された基板１７を収容するための収容部１１５が設けられている。透明窓１４は、収容部１１５の上方（流路２１側）の開口部を塞ぐように設置されている。また、キャップ１２は、透明窓１４の外周部に重なり、これを抑える、光取出口１２４の枠としての枠部１２１と、台座１１と嵌め合わされる筒状の筒部１２２とを有する。

台座１１の開口部２４の外周側面のネジ部１１１よりも上方（流路２１側）にはネジ部１１４が設けられ、キャップ１２の筒部１２２の内周側面にはネジ部１１４に対応するネジ部１２３が設けられている。すなわち、キャップ１２は、ねじにより開閉可能なスクリューキャップとして台座１１の上部に取り付けられる。

また、台座１１のシール部品取付部１１７には、台座１１とキャップ１２との隙間からの流路２１内の液体の侵入を防ぐためのＯリングやパッキンなどの環状のシール部品１５が取り付けられている。シール部品取付部１１７は、台座１１の上面の側壁１１６の外側に設けられている。

キャップ１２が台座１１の上部に嵌め込まれると、シール部品１５が透明窓１４とシール部品取付部１１７の底面（台座１１の上面）に挟まれて厚さ方向に圧縮され、シール機能が発揮される。また、透明窓１４は、キャップ１２の枠部１２１と台座１１の側壁１１６及びシール部品１５に挟まれて固定される。これによって、紫外光照射モジュール１０において発光素子１６が気密封止される。

なお、キャップ１２を台座１１に取り付けるための構造はネジを用いたものに限定されないが、取り付け、取り外しの容易性などから、図２（ｂ）に示されるようなスクリューキャップ構造を用いることが好ましい。

発光素子１６は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ又はＬＤ（Laser Diode）チップである。発光素子１６の発する紫外光は、例えば、ＵＶ－Ａと呼ばれる波長域（４００～３１５ｎｍ）の紫外光、ＵＶ－Ｂと呼ばれる波長域（３１５～２８０ｎｍ）の紫外光、ＵＶ－Ｃと呼ばれる波長域（２８０ｎｍ未満）の紫外光であり、このうち最も殺菌効果の高いＵＶ－Ｃであることが好ましい。

発光素子１６の個数や配置は特に限定されず、流路管２０の径や紫外光照射モジュール１０のサイズなどに応じて適宜設定される。複数の発光素子１６は、流路２１内に均一に紫外光を照射できるように、等間隔で配置されていることが好ましい。

台座１１とキャップ１２の材料である金属は、アルミニウムなどの特に熱伝導率の高い金属であることが好ましい。また、ステンレスなどの耐食性に優れる金属も台座１１とキャップ１２の材料として好ましい。台座１１とキャップ１２の材料である金属は、流体殺菌装置１の用途や使用環境などに応じて適宜選択することができる。

透明窓１４は、発光素子１６から発せられる光を透過する、フッ素樹脂などからなるフィルムや、石英ガラス、フッ素樹脂などからなる板状部品である。

図示されないが、台座１１には、基板１７を介して発光素子１６に電源を供給するための電源線が貫通している。

なお、台座１１、キャップ１２、透明窓１４の形状や、発光素子１６を気密封止するための構造は、図２（ｂ）に示されるものに限定されない。

（紫外光照射モジュールの放熱構造）
流体殺菌装置１においては、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、紫外光照射モジュール１０の台座１１の一部及びキャップ１２が流路２１内に露出している。また、上述のように、台座１１及びキャップ１２は、導電率の高い金属からなる。

このため、発光素子１６で生じた熱は、基板１７を介して台座１１又は流路２１から流路２１内を流れる殺菌対象の液体に伝わり、効率的に放熱される。また、流路管２０が金属からなる場合は、台座１１から流路管２０を介して流路２１内を流れる液体に熱を逃がすこともできる。

図２（ａ）、（ｂ）に示される紫外光照射モジュール１０の構造においては、キャップ１２の径Ｗ２が、台座１１のキャップ１２とネジ部１１１との間の部分１１８の径Ｗ１よりも大きい。このため、キャップ１２を台座１１に取り付けた状態で、キャップ１２の側面と台座１１の側面に、キャップ１２側が高い段差が存在する。

キャップ１２の側面と台座１１の側面に、キャップ１２側が高い段差を設けることにより、紫外光照射モジュール１０の金属部分の表面積を大きくし、発光素子１６で生じた熱をより効率的に流路２１内を流れる液体に逃がすことができる。

（変形例）
図３は、紫外光照射モジュール１０の変形例の上面図である。この変形例においては、キャップ１２の径Ｗ２が、台座１１のキャップ１２とネジ部１１１との間の部分１１８の径Ｗ１と等しい。このため、キャップ１２を台座１１に取り付けた状態で、キャップ１２の側面と台座１１の側面に段差が存在しない。

キャップ１２の側面と台座１１の側面に段差を設けない場合は、流路管２０の流入口２２から流入した液体が紫外光照射モジュール１０に衝突する際の抵抗を下げ、流路２１内の液体の流れを滑らかにすることができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、紫外光照射モジュール１０の他の変形例の上面図である。この変形例においては、キャップ１２の側面と台座１１のキャップ１２とネジ部１１１との間の部分１１８の側面に、流入口２２から流入する液体の流れの方向を制御するための突起
１２５と突起１１９が設けられている。

なお、キャップ１２の側面の突起１２５と、台座１１の側面の突起１１９は、そのいずれか一方が設けられていてもよいが、より効果的に液体の流れの方向を制御するため、両方が設けられていることがこのましい。また、突起１２５と突起１１９の代わりに同様の平面形状を有する溝が設けられていてもよく、突起１２５及び突起１１９と溝が混在していてもよい。

図４（ａ）に示される例では、突起１２５と突起１１９は、流路２１の長さ方向Ｌと４０°以上、５０°以下の範囲内の角度θをなす線状の溝である。この場合、流路管２０の流入口２２から流入して紫外光照射モジュール１０に側方から衝突する液体の流れを流路２１の長さ方向Ｌへ導き、流路２１内の液体の流れを整流することができる。

図４（ｂ）に示される例では、突起１２５と突起１１９は、流路２１の長さ方向Ｌと－５°以上、５°以下の範囲内の角度θをなす線状の溝である。この場合、流路管２０の流入口２２から流入して紫外光照射モジュール１０に側方から衝突する液体の流れを遮ることにより、流路２１内の液体の流速分布を均一に近づけて、紫外光照射モジュール１０から発せられる紫外光の照射時間を均等に近づけることができる。

図５は、紫外光照射モジュール１０の他の変形例の、流路２１の長さ方向Ｌから見た側面図である。図５に示されるように、突起１２５、突起１１９又はそれらの代わりに設けられる溝は、流入口２２から流入する液体の流れを受けることにより、スクリューキャップであるキャップ１２が閉まる方向の力がキャップ１２に加わるような形状を有していてもよい。この場合、流入口２２から流入する液体の衝突によるキャップ１２の台座１１からの脱離を効果的に防ぐことができる。

図５に示される例では、キャップ１２に衝突してキャップ１２の上側に流れる液体が突起１２５（突起１１９）から受ける抵抗力よりも、キャップ１２の下側に流れる液体が突起１２５（突起１１９）から受ける抵抗力の方が大きい。このため、液体の衝突により、キャップ１２が閉まる方向である右回りの方向の力がキャップ１２に加わる。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態に係る流体殺菌装置１によれば、紫外光照射モジュール１０の台座１１及びキャップ１２が熱伝導率の高い金属からなり、また、台座１１の一部及びキャップ１２が流路２１内に露出しているため、台座１１やキャップ１２を介して、発光素子１６で生じた熱を流路２１内の殺菌対象である液体に効率的に放熱することができる。

また、流体殺菌装置１が、発光素子１６を有する紫外光照射モジュール１０が流路管２０の開口部２４に嵌め込まれる構造を有するため、発光素子１６やその動作に用いられる部品を流路管２０内から容易に取り出し、交換することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 流体殺菌装置
１０ 紫外光照射モジュール
１１ 台座
１１１ ネジ部
１１４ ネジ部
１１９ 突起
１２ キャップ
１２３ ネジ部
１２５ 突起
１４ 透明窓
１６ 発光素子
２０ 流路管
２１ 流路
２２ 流入口
２３ 流出口
２４ 開口部
２４１ ネジ部

Claims (3)

1. 殺菌対象である液体を流すための流路、前記液体を前記流路に流入させるための流入口、前記液体を前記流路から流出させるための流出口を有する流路管と、
   前記流路管の長さ方向の一端に設けられた開口部に嵌め込まれ、前記流路内に紫外線を照射する紫外光照射モジュールと、
   を備え、
   前記紫外光照射モジュールが、導電率の高い金属からなる台座と、前記台座上に設置された紫外光を発する発光素子と、前記発光素子を覆うように前記台座に取り付けられた、前記発光素子から発せられる紫外光を取り出すための光取出口を有する導電率の高い金属からなるキャップと、前記光取出口を覆う透明窓とを有し、
   前記発光素子は、前記透明窓が前記キャップと前記台座に挟まれて固定されることにより気密封止された収容部内に収容され、
   前記収容部、前記台座の一部及び前記キャップが前記流路内に露出し、前記液体との間で熱的に直接接触することにより、前記収容部、前記台座及び前記キャップを介して、前記発光素子で生じた熱を前記流路内の前記液体に放熱する、
   流体殺菌装置。
2. 前記キャップを前記台座に取り付けた状態で、前記キャップの側面と前記台座の側面に段差が存在しない、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記キャップを前記台座に取り付けた状態で、前記キャップの側面と前記台座の側面に、前記キャップ側が高い段差が存在する、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。

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