JP2023130172A - 流体殺菌装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モニタリング精度を高めた流体殺菌装置を提供する。【解決手段】流体殺菌装置10は、殺菌対象の流体が流れる直管12と、直管12の第1端部30側に配置される光源窓18と、光源窓18越しに直管12の内部に紫外光を照射する光源20と、直管12の第2端部32側に配置される計測窓22と、計測窓22を透過した紫外光を計測する計測装置24とを備える。計測装置24は、光センサ64と、第1開口66を有する第1絞り60と、第2開口68を有する第2絞り62とを含む。計測装置24は、第1端部30から第1絞り60までの第1距離L1、第1絞り60から第2絞り62までの第2距離L2、第1端部30における直管12の内径φ0、第1開口66の第1開口径φ1、および、第2開口68の第2開口径φ2を用いて表される条件式(φ0-φ1)/L1≧(φ1+φ2)/L2を充足可能である。【選択図】図1
Description
本発明は、流体殺菌装置に関する。
水などの流体に紫外光を照射して流体を殺菌する流体殺菌装置が知られている。このような装置では、例えば、流路内壁面に紫外光反射率が高い材料が使用され、流路内を透過した紫外光の光量を計測する受光部が設けられる(例えば、特許文献1参照)。
流路内を透過した紫外光の計測結果が変化する原因として、例えば、流路内を流れる流体の透過率の変化と、流路内壁面の汚れによる紫外光反射率の変化とがある。流体殺菌装置の状態を適切にモニタリングするためには、計測結果に影響する複数の原因を切り分けできることが好ましい。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、モニタリング精度を高めた流体殺菌装置を提供することにある。
本発明のある態様の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が流れる直管と、直管の第1端部側に配置される光源窓と、光源窓越しに直管の内部に紫外光を照射する光源と、直管の第1端部とは反対側の第2端部側に配置される計測窓と、計測窓を透過した紫外光を計測する計測装置と、を備える。計測装置は、紫外光の光量を計測する光センサと、計測窓と光センサの間に設けられ、光源から光センサに向けて延びる光軸上に配置される第1開口を有する第1絞りと、第1絞りと光センサの間に設けられ、光軸上に配置される第2開口を有する第2絞りと、を含み、第1端部から第1絞りまでの第1距離L1、第1絞りから第2絞りまでの第2距離L2、第1端部における直管の内径φ0、第1開口の第1開口径φ1、および、第2開口の第2開口径φ2を用いて表される条件式(φ0-φ1)/L1≧(φ1+φ2)/L2を充足可能である。
本発明によれば、モニタリング精度を高めた流体殺菌装置を提供できる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る流体殺菌装置10の構成を概略的に示す図である。流体殺菌装置10は、矢印Aで示されるように直管12の内部を流れる流体に対して紫外光Bを照射して殺菌処理を施す。流体殺菌装置10は、直管12と、第1筐体14と、第2筐体16と、光源窓18と、光源20と、計測窓22と、計測装置24と、制御装置26とを備える。
図1は、第1実施形態に係る流体殺菌装置10の構成を概略的に示す図である。流体殺菌装置10は、矢印Aで示されるように直管12の内部を流れる流体に対して紫外光Bを照射して殺菌処理を施す。流体殺菌装置10は、直管12と、第1筐体14と、第2筐体16と、光源窓18と、光源20と、計測窓22と、計測装置24と、制御装置26とを備える。
直管12は、殺菌対象の流体が流れる処理流路28を区画する。処理流路28は、直管12の内部空間である。直管12は、第1端部30および第2端部32を有する。第1端部30には第1筐体14が設けられ、第2端部32には第2筐体16が設けられる。直管12は、紫外光に対する耐久性および反射率が高い材料から構成される。直管12は、直管12の内部から外部に向けて紫外光を透過する材料から構成される。このような材料としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの白色のフッ素樹脂が挙げられる。直管12は、例えば、側壁34の厚さが3mm以上のPTFEから構成される。直管12の内径φ0は、特に限られないが、例えば10mm以上500mm以下であり、20mm以上100mm以下であってもよい。直管12の長さL0は、特に限られないが、例えば、100mm以上1000mm以下であり、200mm以上500mm以下であってもよい。
図面の理解を助けるため、直管12の第1端部30から第2端部32に向かう方向を「長手方向」または「軸方向」ともいう。また、直管12の中心軸から離れる方向を「径方向」ともいい、直管12の中心軸周りの方向を「周方向」ともいう。
第1筐体14は、直管12の外側に設けられる第1連通室36および光源室38を区画する。第1連通室36と光源室38の間は、光源窓18により仕切られる。第1筐体14は、第1流通口40を有する。第1流通口40は、直管12の長手方向と交差する方向に開いており、例えば径方向に開口している。第1流通口40には第1流通管42が接続されている。第1流通管42は、第1流通口40から径方向外側に延びている。第1連通室36は、処理流路28と第1流通口40の間をつなぐ。第1連通室36は、直管12の第1端部30と、第1端部30に対向する光源窓18との間の第1隙間44を通じて処理流路28と連通する。第1連通室36は、直管12の外側の全周にわたって設けられる。
第2筐体16は、直管12の外側に設けられる第2連通室46および計測室48を区画する。第2連通室46と計測室48の間は、計測窓22により仕切られる。第2筐体16は、第2流通口50を有する。第2流通口50は、直管12の長手方向と交差する方向に開いており、例えば径方向に開口している。第2流通口50には第2流通管52が接続されている。第2流通管52は、第2流通口50から径方向外側に延びている。第2連通室46は、処理流路28と第2流通口50の間をつなぐ。第2連通室46は、直管12の第2端部32と、第2端部32に対向する計測窓22との間の第2隙間54を通じて処理流路28と連通する。第2連通室46は、直管12の外側の全周にわたって設けられる。
第1筐体14および第2筐体16は、紫外光に対する耐久性および反射率が高い材料で構成されることが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂で構成することができる。第1筐体14および第2筐体16の材料として、PTFEよりも紫外光反射率の低いPVDFを用いることで、第1連通室36および第2連通室46の内面にて紫外光が反射され、第1流通口40および第2流通口50を通じて第1筐体14および第2筐体16の外部に向かう紫外光の強度を低減できる。
図1の構成では、第1筐体14を流入側とし、第2筐体16を流出側としている。つまり、第1流通口40を流入口とし、第1流通管42を流入管とし、第2流通口50を流出口とし、第2流通管52を流出管としている。別の実施の形態では、流入側と流出側を逆にしてもよい。つまり、第1流通口40を流出口とし、第1流通管42を流出管とし、第2流通口50を流入口とし、第2流通管52を流入管としてもよい。
光源窓18は、直管12の第1端部30側に設けられる。光源窓18は、光源20と第1端部30の間に設けられ、第1隙間44を挟んで第1端部30と軸方向に対向するように配置される。光源窓18は、紫外光の透過率が高い材料で構成され、例えば石英ガラス(SiO2)やサファイア(Al2O3)などで構成される。
光源20は、光源室38に設けられる。光源20は、複数の発光素子56と、基板58とを含む。光源20は、複数の発光素子56を冷却するためのヒートシンク(不図示)をさらに含んでもよい。光源20は、光源窓18越しに処理流路28に向けて軸方向に紫外光Bを照射するよう構成される。つまり、光源20は、第1端部30から第2端部32に向けて直管12の内部に紫外光Bを照射する。
発光素子56は、いわゆるUV-LED(Ultra Violet-Light Emitting Diode)である。発光素子56は、発光のピーク波長が300nm以下であり、殺菌効率の高い260nm~290nmの波長範囲から選択される紫外光を発する。複数の発光素子56は、基板58の実装面上にアレイ状に並べられ、軸方向に紫外光Bを照射するように配置される。複数の発光素子56は、例えば円形や矩形状の基板58の実装面上に等間隔となるように二次元アレイ状に配置される。
計測窓22は、直管12の第2端部32側に設けられる。計測窓22は、計測装置24と第2端部32の間に設けられ、第2隙間54を挟んで第2端部32と軸方向に対向するように配置される。計測窓22は、光源窓18と同様、紫外光の透過率が高い材料で構成され、例えば石英ガラス(SiO2)やサファイア(Al2O3)などで構成される。
計測装置24は、計測室48に設けられる。計測装置24は、処理流路28の内部を通過して計測窓22を透過した紫外光を計測する。計測装置24は、第1絞り60と、第2絞り62と、光センサ64とを含む。計測装置24は、光軸C上に配置される。光軸Cは、光源20から光センサ64に向けて延びる。光軸Cは、例えば、直管12の中心軸に一致する。光軸Cは、直管12の中心軸と厳密に一致しなくてもよく、直管12の中心軸から径方向にずれて設定されてもよいし、直管12の中心軸に対して傾斜するように設定されてもよい。
第1絞り60は、計測窓22の近くに配置される。第1絞り60は、例えば、計測窓22に隣接して配置される。第1絞り60は、計測窓22から離れて配置されてもよい。第1絞り60は、光軸C上に配置される第1開口66を有する。第1絞り60は、計測窓22を透過する紫外光のうち、光軸C上の第1開口66と重なる領域の紫外光を通過させ、第1開口66と重ならない領域の紫外光を遮蔽する。
第1開口66の開口径φ1(第1開口径φ1ともいう)は、直管12の内径φ0よりも小さい。第1開口径φ1は、例えば、直管12の内径φ0の0.1%以上50%以下であり、1%以上20%以下であってもよい。第1開口径φ1は、例えば0.1mm以上20mm以下であり、1mm以上10mm以下であってもよい。
第2絞り62は、光センサ64の近くに配置され、第1絞り60から離れて配置される。第2絞り62は、例えば光センサ64の計測面70に隣接して配置される。第2絞り62は、光センサ64の計測面70から離れて配置されてもよい。第2絞り62は、光軸C上に配置される第2開口68を有する。第2絞り62は、第1絞り60の第1開口66を通過する紫外光のうち、光軸C上の第2開口68と重なる領域の紫外光を通過させ、第2開口68と重ならない領域の紫外光を遮蔽する。
第2開口68の開口径φ2(第2開口径φ2ともいう)は、直管12の内径φ0よりも小さい。第2開口径φ2は、例えば、直管12の内径φ0の0.1%以上50%以下であり、1%以上20%以下であってもよい。第2開口径φ2は、例えば0.1mm以上20mm以下であり、1mm以上10mm以下であってもよい。第2開口径φ2は、第1開口径φ1と同じであってもよい。第2開口径φ2は、第1開口径φ1より小さくてもよいし、第1開口径φ1より大きくてもよい。
光センサ64は、計測面70を有し、計測面70に入射する紫外光の光量を計測する。光センサ64は、例えば、紫外光を検出可能なフォトダイオードを含む。光センサ64は、計測窓22を透過する紫外光のうち、第1開口66および第2開口68を通過する紫外光のみを計測する。光センサ64の計測結果は、制御装置26に送信される。
計測装置24は、第1端部30から第1絞り60までの第1距離L1、第1絞り60から第2絞り62までの第2距離L2、第1端部30における直管12の内径φ0、第1開口径φ1および第2開口径φ2を用いて表される、以下の条件式(1)を充足するように構成される。
(φ0-φ1)/L1≧(φ1+φ2)/L2 …(1)
図1の例において、第1距離L1は、直管12の軸方向の長さL0と、第2隙間54の軸方向の幅dと、計測窓22の厚さtの合計に相当し、L1=L0+d+tである。
(φ0-φ1)/L1≧(φ1+φ2)/L2 …(1)
図1の例において、第1距離L1は、直管12の軸方向の長さL0と、第2隙間54の軸方向の幅dと、計測窓22の厚さtの合計に相当し、L1=L0+d+tである。
上記条件式(1)を充足するように計測装置24を構成することにより、光源20から出射する紫外光Bのうち、直管12の内面72にて反射することなく、光センサ64に到達する直接光成分のみを計測できる。言い換えれば、光源20から出射する紫外光Bのうち、直管12の内面72にて少なくとも1回反射してから計測窓22に到達する反射光成分を第1絞り60および第2絞り62を用いて遮断できる。
図2は、計測装置24によって計測される直接光成分74を模式的に示す断面図である。図2は、説明を簡略化するために図1に示される流体殺菌装置10の構成要素の一部のみを示している。図2において網掛けの範囲により示される直接光成分74は、光源20から出射する紫外光のうち、直管12の内面72にて反射することなく第1開口66を通過する光成分である。第2開口68は、第1開口66を通過する直接光成分74の少なくとも一部のみを通過させ、直接光成分74とは異なる反射光成分76を遮蔽するように、第2開口径φ2および第2距離L2が設定される。
図2に示される幾何学的な配置から、第2絞り62に入射する直接光成分74の直径φ3について、以下の式(2)が成立する。
(φ0-φ1)/L1=(φ1+φ3)/L2 …(2)
第2開口68が直接光成分74の少なくとも一部のみを通過させるためには、第2絞り62に入射する直接光成分74の直径φ3以下となるように第2開口系φ2を設定すればよい(つまり、φ3≧φ2)。φ3≧φ2を上記式(2)に代入すれば、上記条件式(1)を得ることができる。
(φ0-φ1)/L1=(φ1+φ3)/L2 …(2)
第2開口68が直接光成分74の少なくとも一部のみを通過させるためには、第2絞り62に入射する直接光成分74の直径φ3以下となるように第2開口系φ2を設定すればよい(つまり、φ3≧φ2)。φ3≧φ2を上記式(2)に代入すれば、上記条件式(1)を得ることができる。
上記条件式(1)を変形すると、第2距離L2に関する下記式(3)が得られる。
L2≧L1×(φ1+φ2)/(φ0-φ1) …(3)
一例として、φ0=30mm、φ1=5mm、φ2=5mmとすると、第1距離L1と第2距離L2の関係性は、L2≧L1×0.4となり、第2距離L2を第1距離L1の40%以上とすればよい。例えば、L1=300mmであれば、L2を120mm以上とすればよい。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(1)を満たす範囲において、第2距離L2をできるだけ小さくすることが好ましい。第2距離L2は、例えば、L1×(φ1+φ2)/(φ0-φ1)の2倍以下であることが好ましく、1.5倍以下、1.2倍以下または1.1倍以下であってもよい。
L2≧L1×(φ1+φ2)/(φ0-φ1) …(3)
一例として、φ0=30mm、φ1=5mm、φ2=5mmとすると、第1距離L1と第2距離L2の関係性は、L2≧L1×0.4となり、第2距離L2を第1距離L1の40%以上とすればよい。例えば、L1=300mmであれば、L2を120mm以上とすればよい。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(1)を満たす範囲において、第2距離L2をできるだけ小さくすることが好ましい。第2距離L2は、例えば、L1×(φ1+φ2)/(φ0-φ1)の2倍以下であることが好ましく、1.5倍以下、1.2倍以下または1.1倍以下であってもよい。
上記条件式(1)を変形すると、第1開口径φ1に関する下記式(4)が得られる。
φ1≦(L2×φ0-L1×φ2)/(L1+L2) …(4)
一例として、L1=300mm、L2=60mm、φ0=30mm、φ2=4mmとすると、φ1≦1.66mmとなる。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(4)を満たす範囲において、第1開口径φ1をできるだけ大きくすることが好ましい。第1開口径φ1は、例えば、(L2×φ0-L1×φ2)/(L1+L2)の0.5以上であることが好ましく、0.8倍以上、0.9倍以上または0.95倍以上であってもよい。
φ1≦(L2×φ0-L1×φ2)/(L1+L2) …(4)
一例として、L1=300mm、L2=60mm、φ0=30mm、φ2=4mmとすると、φ1≦1.66mmとなる。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(4)を満たす範囲において、第1開口径φ1をできるだけ大きくすることが好ましい。第1開口径φ1は、例えば、(L2×φ0-L1×φ2)/(L1+L2)の0.5以上であることが好ましく、0.8倍以上、0.9倍以上または0.95倍以上であってもよい。
上記条件式(1)を変形すると、第2開口径φ2に関する下記式(5)が得られる。
φ2≦{L2×φ0-(L1+L2)×φ1}/L1 …(5)
一例として、L1=300mm、L2=60mm、φ0=30mm、φ1=1mmとすると、φ2≦4.8mmとなる。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(5)を満たす範囲において、第2開口径φ2をできるだけ大きくすることが好ましい。第2開口径φ2は、例えば、{L2×φ0-(L1+L2)×φ1}/L1の0.5以上であることが好ましく、0.8倍以上、0.9倍以上または0.95倍以上であってもよい。
φ2≦{L2×φ0-(L1+L2)×φ1}/L1 …(5)
一例として、L1=300mm、L2=60mm、φ0=30mm、φ1=1mmとすると、φ2≦4.8mmとなる。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(5)を満たす範囲において、第2開口径φ2をできるだけ大きくすることが好ましい。第2開口径φ2は、例えば、{L2×φ0-(L1+L2)×φ1}/L1の0.5以上であることが好ましく、0.8倍以上、0.9倍以上または0.95倍以上であってもよい。
なお、第1開口径φ1と第2開口径φ2が同一とすると、下記式(6)が得られる。
φ1=φ2≦φ0×L2/(2×L1+L2) …(6)
一例として、L1=300mm、L2=60mmとすると、φ1=φ2≦φ0×1/11となり、第1開口径φ1および第2開口径φ2を直管12の内径φ0の1/11以下とすればよい。例えば、φ0=30mmであれば、第1開口径φ1および第2開口径φ2を2.72mm以下とすればよい。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(6)を満たす範囲において、第1開口径φ1および第2開口径φ2をできるだけ大きくすることが好ましい。第1開口径φ1および第2開口径φ2は、例えば、φ0×L2/(2×L1+L2)の0.5以上であることが好ましく、0.8倍以上、0.9倍以上または0.95倍以上であってもよい。
φ1=φ2≦φ0×L2/(2×L1+L2) …(6)
一例として、L1=300mm、L2=60mmとすると、φ1=φ2≦φ0×1/11となり、第1開口径φ1および第2開口径φ2を直管12の内径φ0の1/11以下とすればよい。例えば、φ0=30mmであれば、第1開口径φ1および第2開口径φ2を2.72mm以下とすればよい。なお、光センサ64にて計測される直接光成分74の光量を増やす観点から、上記条件式(6)を満たす範囲において、第1開口径φ1および第2開口径φ2をできるだけ大きくすることが好ましい。第1開口径φ1および第2開口径φ2は、例えば、φ0×L2/(2×L1+L2)の0.5以上であることが好ましく、0.8倍以上、0.9倍以上または0.95倍以上であってもよい。
制御装置26は、例えば、MCU(Micro Controller Unit)などの集積回路を含む。制御装置26は、ハードウェア的には、コンピュータのCPUやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現できる。制御装置26は、ハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
制御装置26は、計測装置24の計測結果を用いて光源20の動作を制御する。制御装置26は、流体殺菌装置10の動作時、つまり、処理流路28の内部を流体が流れている状態において、光センサ64の測定結果が所定値となるように光源20を駆動する。これにより、処理流路28を流れる流体に所望の強度の紫外光が照射されるようにする。
制御装置26は、計測装置24によって測定された直接光成分74の計測結果を用いて、流体の透過率を算出する。制御装置26は、例えば、流体殺菌装置10の非動作時における光センサ64の計測結果Iaと、流体殺菌装置10の動作時における光センサ64の計測結果Ibとを用いて、透過率T=Ib/Iaを算出する。非動作時における計測結果Iaは、透過率Tを算出するための参照値である。参照値Iaは、処理流路28の内部に流体が存在しない状態において計測されてもよいし、処理流路28の内部に既知の透過率の流体(例えば、汚れのない純水)が存在する状態において計測されてもよい。参照値Iaは、流体殺菌装置10の使用開始前の初期状態において計測されてもよいし、流体殺菌装置10の使用開始後における任意のタイミングにおいて計測されてもよい。
制御装置26は、透過率T=exp(-αL)の式を用いて、流体の吸収係数αを算出してもよい。ここで、経路長Lは、処理流路28の長さであり、例えば、直管12の長さL0を用いることができる。なお、経路長Lは、直管12の長さL0、第1隙間44の幅dおよび第2隙間54の幅dの合計L0+2dであってもよい。
本実施形態によれば、計測装置24によって直接光成分74のみの光量を計測できるため、計測装置24の測定結果に基づいて流体の透過率Tの算出精度を高めることができる。計測装置24に第1絞り60および第2絞り62が含まれない場合、光センサ64は、直接光成分74と反射光成分76を合計した光量を計測する。反射光成分76は、直管12の内面72にて反射されているため、内面72の汚れに起因する反射率の変化の影響を受ける。また、反射光成分76は、処理流路28の内部を光軸Cに対して斜めに進行するため、直接光成分74に比べて流体の内部を通過する経路が長く、流体の透過率の変化の影響をより多く受ける。一方、直接光成分74は、処理流路28の内部を光軸Cに沿って進行するため、流体の内部を通過する経路長のばらつきが少ない。そのため、T=exp(-αL)を用いて吸収係数αを算出した場合に、経路長Lのばらつきによって生じうる吸収係数αの誤差を低減できる。
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係る流体殺菌装置10Aの構成を概略的に示す断面図である。第2実施形態では、第2距離L2が可変となるように計測装置24Aが構成される点で、上述の第1実施形態と相違する。以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
図3は、第2実施形態に係る流体殺菌装置10Aの構成を概略的に示す断面図である。第2実施形態では、第2距離L2が可変となるように計測装置24Aが構成される点で、上述の第1実施形態と相違する。以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
流体殺菌装置10Aは、直管12と、第1筐体14と、第2筐体16と、光源窓18と、光源20と、計測窓22と、計測装置24Aと、制御装置26Aとを備える。直管12、第1筐体14、第2筐体16、光源窓18、光源20および計測窓22は、第1実施形態と同様に構成される。
計測装置24Aは、第1絞り60と、第2絞り62と、光センサ64と、駆動機構80Aとを含む。第1絞り60、第2絞り62および光センサ64は、第1実施形態と同様に構成される。
駆動機構80Aは、第2絞り62および光センサ64を光軸Cに沿って移動させ、第1絞り60から第2絞り62までの第2距離L2を可変にする。駆動機構80Aは、第2絞り62のみを移動させ、光センサ64を移動させないように構成されてもよい。駆動機構80Aは、第1絞り60と第2絞り62が接触して第2距離L2を実質的にゼロにできるように構成されてもよい。
駆動機構80Aは、少なくとも第2絞り62を移動させることにより、上記条件式(1)を充足する第1状態と、上記条件式(1)を充足しない第2状態との間で、第2距離L2を可変にするよう構成される。上記式(3)より、第2距離L2を大きくすることで第1状態とし、第2距離L2を小さくすることで第2状態とすることができる。第1状態は、駆動機構80Aによる第2距離L2の可変範囲において第2距離L2が最大となる状態であってもよい。第2状態は、駆動機構80Aによる第2距離L2の可変範囲において第2距離L2が最小となる状態であってもよい。
制御装置26Aは、駆動機構80Aの動作を制御する。制御装置26Aは、流体殺菌装置10Aの動作時に第1状態の光センサ64によって計測される第1計測結果I1bを取得する。制御装置26Aは、第1計測結果I1bを用いて、流体の透過率Tや吸収係数αを算出してもよい。制御装置26Aは、流体殺菌装置10Aの非動作時に第1状態の光センサ64によって計測される計測結果I1a(第1参照値I1aともいう)を用いて、透過率T=I1b/I1aを算出してもよい。制御装置26Aは、透過率T=I1b/I1a=exp(-αL)により、流体の吸収係数αを算出してもよい。
制御装置26Aは、流体殺菌装置10Aの動作時に第2状態の光センサ64によって計測される第2計測結果I2bをさらに取得する。制御装置26Aは、第1計測結果I1bと第2計測結果I2bとを用いて、直管12の内面72に付着する汚れを検出してもよい。第2計測結果I2bは、直接光成分74と反射光成分76を含むため、第2計測結果I2bを用いることにより、反射光成分76に含まれる直管12の内面72の汚れに起因する反射率の変化の寄与を評価できる。
例えば、第2計測結果I2bから第1計測結果I1bを引いた差分計測値ΔIb=I2b-I1bは、主に反射光成分76を含む。差分計測値ΔIbは、第2参照値I2aから第1参照値I1aを引いた差分参照値ΔIa=I2a-I1aを用いて、以下の式(7)で表すことができる。
ΔIb=ΔIa×exp(-αkL)×β …(7)
ここで、第2参照値I2aは、流体殺菌装置10Aの非動作時に第2状態の光センサ64によって計測される計測結果であり、第2状態の参照値である。吸光係数αは、第1計測結果I1bを用いて算出される。係数kは、直接光成分74の経路長Lに対する反射光成分76の経路長kLの比率であり、k≧1である。係数βは、直管12の内面72の汚れによる反射率の変化を表す。係数kは、例えば、直管12の内面72の汚れがなく、係数β=1と仮定できる状態において、処理流路28に既知の吸収係数α1,α2を有する流体を流して差分計測値ΔIbを得ることにより予め算出できる。
ΔIb=ΔIa×exp(-αkL)×β …(7)
ここで、第2参照値I2aは、流体殺菌装置10Aの非動作時に第2状態の光センサ64によって計測される計測結果であり、第2状態の参照値である。吸光係数αは、第1計測結果I1bを用いて算出される。係数kは、直接光成分74の経路長Lに対する反射光成分76の経路長kLの比率であり、k≧1である。係数βは、直管12の内面72の汚れによる反射率の変化を表す。係数kは、例えば、直管12の内面72の汚れがなく、係数β=1と仮定できる状態において、処理流路28に既知の吸収係数α1,α2を有する流体を流して差分計測値ΔIbを得ることにより予め算出できる。
制御装置26Aは、算出した係数βを用いて、直管12の内面72の汚れの有無を検出してもよい。制御装置26Aは、係数βが所定の閾値以下である場合に、直管12の内面72の汚れを検出してもよい。
本実施形態によれば、第2計測結果I2bを用いることにより、直管12の内面72の汚れによる反射率の変化を表す係数βの算出精度を向上できる。本実施形態によれば、直管12の内面72の汚れの有無をより適切に検出できる。
(第3実施形態)
図4は、第3実施形態に係る流体殺菌装置10Bの構成を概略的に示す図である。第3実施形態では、第1開口径φ1が可変となるように計測装置24Bが構成される点で、上述の実施形態と相違する。以下、第3実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
図4は、第3実施形態に係る流体殺菌装置10Bの構成を概略的に示す図である。第3実施形態では、第1開口径φ1が可変となるように計測装置24Bが構成される点で、上述の実施形態と相違する。以下、第3実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
流体殺菌装置10Bは、直管12と、第1筐体14と、第2筐体16と、光源窓18と、光源20と、計測窓22と、計測装置24Bと、制御装置26Bとを備える。直管12、第1筐体14、第2筐体16、光源窓18、光源20および計測窓22は、第1実施形態と同様に構成される。
計測装置24Bは、第1絞り60Bと、第2絞り62と、光センサ64と、駆動機構80Bとを含む。第2絞り62および光センサ64は、第1実施形態と同様に構成される。
第1絞り60Bは、固定孔を有する固定板82と、可動孔を有する可動板84とを有する。可動板84は、固定板82と光軸Cが延びる方向に重なるように配置される。第1開口66Bは、固定板82に設けられる固定孔と、可動板84に設けられる可動孔とが連通することにより形成される。可動板84は、開口径の異なる複数の可動孔を有する。駆動機構80Bは、固定板82に対して可動板84を移動させ、固定孔と連通する可動孔を切り替えるよう構成される。
図5は、第1絞り60Bの構成を概略的に示す平面図である。固定板82は、光軸Cと重なる位置に設けられる固定孔86を有する。可動板84は、第1可動孔88と、第2可動孔90とを有する。第1可動孔88の開口径φ11は、第2可動孔90の開口径φ12よりも小さい。駆動機構80Bは、可動板84を矢印Xで示されるように固定板82に対してスライド移動させ、固定孔86と第1可動孔88が連通する第1状態と、固定孔86と第2可動孔90が連通する第2状態とを切り替える。固定孔86の開口径は、第1可動孔88および第2可動孔90の開口径φ11,φ12よりも大きい。したがって、第1開口66Bの第1開口径φ1は、第1可動孔88または第2可動孔90の開口径φ11,φ12によって決まる。
駆動機構80Bは、上記条件式(1)を充足する第1状態と、上記条件式(1)を充足しない第2状態との間で、第1開口径φ1を可変にするよう構成される。上記式(4)より、第1開口径φ1を小さくすることで第1状態とし、第1開口径φ1を大きくすることで第2状態とすることができる。第1可動孔の開口径φ11は、上記式(4)を充足するように設定され、φ11≦(L2×φ0-L1×φ2)/(L1+L2)となる。一方、第2可動孔の開口径φ12は、上記式(4)を充足しないように設定され、φ12>(L2×φ0-L1×φ2)/(L1+L2)となる。
制御装置26Bは、駆動機構80Bの動作を制御する。制御装置26Bは、流体殺菌装置10Bの動作時に第1状態の光センサ64によって計測される第1計測結果I1bと、第2状態の光センサ64によって計測される第2計測結果I2bとを取得する。制御装置26Bは、第1計測結果I1bおよび第2計測結果I2bを用いて、流体の透過率T、流体の吸収係数α、直管12の内面72の汚れを表す係数βなどを算出できる。したがって、本実施形態においても、第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、第1絞り60Bは、図5とは異なる構成によって第1開口径φ1が可変となるよう構成されてもよい。第1絞り60Bは、例えば、可動板84をスライド移動させるのではなく回転させることにより、固定孔86と連通する可動孔88,90が切り替わるよう構成されてもよい。第1絞り60Bは、第1開口径φ1が連続的に可変となるように構成されてもよく、複数枚の絞り羽根を用いる虹彩絞りであってもよい。
第3実施形態の変形例として、第1絞り60Bの第1開口径φ1を可変にする代わりに、第2絞り62の第2開口径φ2を可変にしてもよい。この場合、第2絞り62として、第1絞り60Bと同様の構成を用いることができる。駆動機構80Bは、上記条件式(1)を充足する第1状態と、上記条件式(1)を充足しない第2状態との間で、第2開口径φ2を可変にするよう構成してもよい。上記式(5)より、第2開口径φ2を小さくすることで第1状態とし、第2開口径φ2を大きくすることで第2状態とすることができる。
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
以下、本発明のいくつかの態様について説明する。
本発明の第1の態様は、殺菌対象の流体が流れる直管と、前記直管の第1端部側に配置される光源窓と、前記光源窓越しに前記直管の内部に紫外光を照射する光源と、前記直管の前記第1端部とは反対側の第2端部側に配置される計測窓と、前記計測窓を透過した紫外光を計測する計測装置と、を備え、前記計測装置は、前記紫外光の光量を計測する光センサと、前記計測窓と前記光センサの間に設けられ、前記光源から前記光センサに向けて延びる光軸上に配置される第1開口を有する第1絞りと、前記第1絞りと前記光センサの間に設けられ、前記光軸上に配置される第2開口を有する第2絞りと、を含み、前記第1端部から前記第1絞りまでの第1距離L1、前記第1絞りから前記第2絞りまでの第2距離L2、前記第1端部における前記直管の内径φ0、前記第1開口の第1開口径φ1、および、前記第2開口の第2開口径φ2を用いて表される条件式(φ0-φ1)/L1≧(φ1+φ2)/L2を充足可能である流体殺菌装置である。第1の態様によれば、条件式を充足するように計測装置を構成することにより、直管の内部を透過する直接光成分のみを計測でき、直管の内面にて反射する反射光成分を計測対象から除外できる。
本発明の第2の態様は、前記計測装置は、前記第2絞りを移動させ、前記条件式を充足する第1状態と前記条件式を充足しない第2状態との間で前記第2距離L2を可変にする駆動機構をさらに備える、第1の態様に記載の流体殺菌装置である。第2の態様によれば、条件式を充足する第1状態と条件式を充足しない第2状態とを切り替えることができるため、直接光成分のみの第1計測結果と、反射光成分を含む第2計測結果とを取得できる。
本発明の第3の態様は、前記計測装置は、前記条件式を充足する第1状態と前記条件式を充足しない第2状態との間で前記第1開口径φ1を可変にする駆動機構をさらに含む、第1の態様に記載の流体殺菌装置である。第3の態様によれば、条件式を充足する第1状態と条件式を充足しない第2状態とを切り替えることができるため、直接光成分のみの第1計測結果と、反射光成分を含む第2計測結果とを取得できる。
本発明の第4の態様は、前記計測装置は、前記条件式を充足する第1状態と前記条件式を充足しない第2状態との間で前記第2開口径φ2を可変にする駆動機構をさらに含む、第1の態様に記載の流体殺菌装置である。第4の態様によれば、条件式を充足する第1状態と条件式を充足しない第2状態とを切り替えることができるため、直接光成分のみの第1計測結果と、反射光成分を含む第2計測結果とを取得できる。
本発明の第5の態様は、前記条件式を充足するときに前記光センサによって計測される計測結果を用いて、前記直管の内部を流れる流体の透過率を算出する制御装置をさらに備える、第1から第4のいずれか一つの態様に記載の流体殺菌装置である。第5の態様によれば、直管の内部を透過する直接光成分のみの計測結果を用いて流体の透過率を算出することにより、透過率の算出精度を向上できる。
本発明の第5の態様は、前記第1状態の前記光センサによって計測される第1計測結果と、前記第2状態の前記光センサによって計測される第2計測結果とを用いて、前記直管の内面に付着する汚れを検出する制御装置をさらに備える、第2から第4のいずれか一つの態様に記載の流体殺菌装置である。第6の態様によれば、直接光成分のみの第1計測結果と、反射光成分を含む第2計測結果とを用いることにより、内面に付着する汚れの検出精度を向上できる。
10,10A,10B…流体殺菌装置、12…直管、18…光源窓、20…光源、22…計測窓、24,24A,24B…計測装置、26,26A,26B…制御装置、30…第1端部、32…第2端部、60,60B…第1絞り、62…第2絞り、64…光センサ、66,66B…第1開口、68…第2開口、72…内面、80A,80B…駆動機構。
Claims (6)
- 殺菌対象の流体が流れる直管と、
前記直管の第1端部側に配置される光源窓と、
前記光源窓越しに前記直管の内部に紫外光を照射する光源と、
前記直管の前記第1端部とは反対側の第2端部側に配置される計測窓と、
前記計測窓を透過した紫外光を計測する計測装置と、を備え、
前記計測装置は、
前記紫外光の光量を計測する光センサと、
前記計測窓と前記光センサの間に設けられ、前記光源から前記光センサに向けて延びる光軸上に配置される第1開口を有する第1絞りと、
前記第1絞りと前記光センサの間に設けられ、前記光軸上に配置される第2開口を有する第2絞りと、を含み、
前記第1端部から前記第1絞りまでの第1距離L1、前記第1絞りから前記第2絞りまでの第2距離L2、前記第1端部における前記直管の内径φ0、前記第1開口の第1開口径φ1、および、前記第2開口の第2開口径φ2を用いて表される条件式(φ0-φ1)/L1≧(φ1+φ2)/L2を充足可能である流体殺菌装置。 - 前記計測装置は、前記第2絞りを移動させ、前記条件式を充足する第1状態と前記条件式を充足しない第2状態との間で前記第2距離L2を可変にする駆動機構をさらに備える、請求項1に記載の流体殺菌装置。
- 前記計測装置は、前記条件式を充足する第1状態と前記条件式を充足しない第2状態との間で前記第1開口径φ1を可変にする駆動機構をさらに含む、請求項1に記載の流体殺菌装置。
- 前記計測装置は、前記条件式を充足する第1状態と前記条件式を充足しない第2状態との間で前記第2開口径φ2を可変にする駆動機構をさらに含む、請求項1に記載の流体殺菌装置。
- 前記条件式を充足するときに前記光センサによって計測される計測結果を用いて、前記直管の内部を流れる流体の透過率を算出する制御装置をさらに備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
- 前記第1状態の前記光センサによって計測される第1計測結果と、前記第2状態の前記光センサによって計測される第2計測結果とを用いて、前記直管の内面に付着する汚れを検出する制御装置をさらに備える、請求項2から4のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
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