JP2023165204A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子以外の電子部品を実装する基板やヒートシンク等の放熱構造を設けても、装置のコンパクト化を図ることが可能な流体殺菌装置の提供を目的とする。【解決手段】 流体殺菌装置は、側周壁と、前記側周壁の内側に形成される流路とを備える筒状の流路管と、発光素子と、前記発光素子とは別の電子部品と、前記発光素子及び前記電子部品を実装し、前記流路管の長手方向に延在する基板とを備える光源ユニットと、前記基板の外面と熱接触するヒートシンクとを備え、前記流路管は、前記基板を載置する基板載置台部を更に備え、前記基板載置台部は、前記発光素子を収容し、前記流路に向けて貫通する第１貫通孔と、前記電子部品を収容するための第１凹所とを備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

紫外光を照射して流体（例えば、飲料用の液体若しくは食品原料水、又は工場用の各種冷却水・洗浄水など）を殺菌する種々の製品が提供されている。これに関連する発明として、流体の流路に設けられる流体殺菌装置が、例えば、下記特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が流れる流路を備える流路管と、流路管の外側に設置され、上記の流体に対して紫外線を照射する紫外線発生装置と、流路管と紫外線発生装置との隙間を塞ぐシール部材とを備える。ここで、紫外線発生装置は、流路管に固定される筐体と、筐体に設置されて紫外線を発する発光素子（光源）とを有する。また、筐体は、発光素子の周囲に位置して流路管の内側に向かって突出し、光源とシール部材との間に位置する凸部を含む。更に、流路管は、流路とシール部材との間に位置し、凸部に向けて突出する側壁部を含む。更に、凸部および側壁部は、紫外線を遮蔽する材料によって形成される。更に、シール部材は、凸部および側壁部によって、発光素子が配置されている空間および流路から隔てられている。

特開２０２１－１２２５１６号公報

ところで、特許文献１の流体殺菌装置のように、発光素子として、例えば、ＬＥＤ（Light emitting diode）が用いられる場合、ＬＥＤを駆動するための多種の電子部品を所定の（回路）基板を介して設ける必要がある。しかしながら、特許文献１の流体殺菌装置に、ＬＥＤ及び前記電子部品等を実装する基板を何らの工夫もなくそのまま設けると、装置の大型化を招く可能性がある。

また、発光素子（ＬＥＤ等）が駆動する際に生じる熱を流路管外に放熱するヒートシンクを設けることが、発光素子の安定駆動を担保する観点や流路管内を流れる流体の温度上昇を防ぐ観点等から好ましい。しかしながら、特許文献１の流体殺菌装置に、ヒートシンクを含む放熱構造を何らの工夫もなくそのまま設けると、前述の基板を装着させる場合と同様に、装置の大型化を招く可能性がある。

前記課題に鑑み、本発明は、発光素子以外の電子部品を実装する基板やヒートシンク等の放熱構造を設けても、装置のコンパクト化を図ることが可能な流体殺菌装置の提供を目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明に係る流体殺菌装置は、
側周壁と、前記側周壁の内側に形成される流路とを備える筒状の流路管と、
発光素子と、前記発光素子とは別の電子部品と、前記発光素子及び前記電子部品を実装し、前記流路管の長手方向に延在する基板とを備える光源ユニットと、
前記基板の外面と熱接触するヒートシンクと、
を備え、
前記流路管は、前記基板を載置する基板載置台部を更に備え、
前記基板載置台部は、
前記発光素子を収容し、前記流路に向けて貫通する第１貫通孔と、
前記電子部品を収容するための第１凹所と、
を備えることを特徴とする。

本発明のこの態様において、発光素子と発光素子とは別の電子部品を実装する基板（及び基板の外面と熱接触するヒートシンク）が、流路管の基板載置台部に載置される。また、基板が、基板載置台部に載置される際、発光素子が、基板載置台部から流路管の流路に向けて貫通する第１貫通孔に臨むと共に、発光素子とは別の電子部品が、基板載置台部の第１凹所に収容される。これにより、本発明のこの態様によれば、基板と基板載置台部とを重ね合わせた際に、基板に実装される発光素子や電子部品と基板載置台部（流路管の側周壁）とが干渉することを避けることができる。その結果、装置のコンパクト化を図ることができる。

また、本発明に係る流体殺菌装置は、
前記ヒートシンク及び前記基板を前記基板載置台部に固定するための金属製の螺子又はピンを更に備え、
前記ヒートシンクに、第２貫通孔が設けられ、
前記基板における前記第２貫通孔と重なる位置に、第３貫通孔が設けられ、
前記基板載置台部における前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔と重なる位置に、第２凹所が設けられ、
前記螺子又はピンが、前記第２貫通孔、前記第３貫通孔、及び前記第２凹所に挿入されることが好ましい。

本発明のこの態様によれば、ヒートシンク及び基板が、金属製の螺子又はピンを介して基板載置台部に固定されるため、ヒートシンク及び基板が基板載置台部から脱離する事態を有効に防ぐことができる。それに加えて、金属製の螺子又はピンを通じて発光素子の駆動時（電流印加時）に基板で生じた熱を適切に放熱することができる。

更に、本発明に係る流体殺菌装置において、
前記金属製の螺子が、前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔に挿通される金属製の固定螺子部と、前記第２凹所内に配設され、前記固定螺子部と螺合する金属製のインサート螺子部を備えることが好ましい。

本発明のこの態様によれば、金属製の螺子を、ヒートシンクの第２貫通孔及び基板の第３貫通孔に挿通される金属製の固定螺子部と、基板載置台部の第２凹所内に配設される金属製のインサート螺子部を備える態様とすることで、ヒートシンク及び基板をより強固に基板載置台部に固定することができる。それに加えて、本発明のこの態様によれば、放熱性を高めることができる。

更に、本発明に係る流体殺菌装置は、
筐体を更に備え、
前記筐体が、内部中空であり、且つ、少なくとも頂方側に開口部を有する基部と、前記開口部の少なくとも一部を被覆する蓋部とを備え、
前記流路管が、前記基部に収容され、
前記ヒートシンクの外面が、前記基部の前記開口部に臨み、前記蓋部と接触することが好ましい。

本発明のこの態様によれば、流路管が、筐体の基部に収容され、ヒートシンクの外面が、筐体の蓋部と接触することで、ヒートシンク及び基板の脱離を防ぐことができる。それに加えて、本発明のこの態様によれば、フィンを備えた大きなヒートシンクやファンを用いる必要がなく、装置のコンパクト化を図ることができる。

更に、本発明に係る流体殺菌装置において、
前記流路管が、主管部と、前記主管部の内径より小さい内径を有する入口管部を備えることが好ましい。

本発明のこの態様によれば、流路管の入口管部の内径より主管部の内径を大きくすることで、流路を流れる流体の流速を緩やかにすることができる。これにより、主管部に流れる流体に対し、発光素子からの紫外光照射量を増やすことができる。その結果、殺菌機能をより高めることができる。

更に、本発明に係る流体殺菌装置において、
前記基板と、前記流路管の外面は熱接触していることが好ましい。

本発明のこの態様によれば、基板に実装された光源や電子部品の発する熱を流路管に伝導させることができる。これにより放熱性を高めることができる。

本発明によれば、発光素子以外の電子部品を実装する基板やヒートシンク等の放熱構造を設けても、装置のコンパクト化を図ることが可能な流体殺菌装置を提供できる。

本発明の一本実施形態に係る流体殺菌装置の垂直断面図。 本実施形態に係る流体殺菌装置の分解斜視図。 本実施形態に係る流体殺菌装置の分解斜視図。 変形例に係る流体殺菌装置の分解斜視図。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る流体殺菌装置を詳細に説明する。初めに、図１から図３を参照して、本実施形態に係る流体殺菌装置１を説明する。ここで、図１は、流体殺菌装置１の垂直断面図である。また、図２は、斜め下方側から見た流体殺菌装置１の分解斜視図である。更に、図３は、斜め上方側から見た流体殺菌装置１の分解斜視図である。

図１から図３に示されるように、本実施形態に係る流体殺菌装置１は、流体を流す流路管１０、光源ユニット２０、リフレクタ３０、紫外光透過窓部（例えば、石英ガラス）４０、ヒートシンク５０、金属製の螺子６０、筐体７０等を備える。

ここで、本実施形態の流路管１０は、側周壁１１を有する筒状部材である。側周壁１１の内側に、殺菌対象の流体（例えば、水）が流れる流路１１１が形成される。また、流路管１０は、直管形態（Ｉ字型）を呈し、長手方向に相対する両端に開口端部（入口端１２、出口端１３）を更に有する。これにより、流体は、入口端１２から流路管１０内に流入し、側周壁１１内を流通して出口端１３から流出する。ただし、流路管１０の形態は、これに限られない。流路管１０の他の形態の例として、Ｌ字型の形態等が挙げられる。

また、本実施形態の流路管１０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製である。ただし、流路管１０の素材は、これに限られない。流路管１０の他の素材として、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等の樹脂や、ステンレス等の金属が挙げられる。

更に、図１から図３に示されるように、本実施形態の流路管１０は、側周壁１１から径方向外側に突出すると共に、光源ユニット２０における後述の基板２３を載置する基板載置台部１４を更に備える。図３に示されるように、基板載置台部１４は、流路管１０の長手方向に沿って延在する長尺の部位である。また、基板載置台部１４の基板載置面１４１は、平坦であることが好ましい。本実施形態において、基板載置面１４１と基板２３の内面２３１とが接触する。

また、基板載置台部１４は、流路１１１に向けて貫通する第１貫通孔１４２を更に備える。図１に示されるように、第１貫通孔１４２に、光源ユニット２０の発光素子２１が臨む。また、発光素子２１を取り囲むリフレクタ３０、紫外光透過窓部４０が、第１貫通孔１４２内に配設される。

更に、基板載置台部１４は、光源ユニット２０における後述の電子部品２２（例えば、発光素子２１の駆動回路を構成する各種電子部品や、発光素子２１と電源（図示しない）とを接続するコネクタ等）を収容するための第１凹所１４３を備える。図１から図３に示されるように、本実施形態の第１凹所１４３は、基板載置台部１４の長手方向に並んで２つ設けられている。ただし、第１凹所１４３の数や位置はこれに限られない。

次に、図１から図３に示されるように、光源ユニット２０は、紫外光（例えば、１００ｎｍ～４００ｎｍにピーク波長を有する光）を発光する発光素子２１、発光素子２１とは別の電子部品２２（前述の発光素子２１の駆動回路を構成する各種電子部品やコネクタ等）、発光素子２１及び電子部品２２等を実装する（回路）基板２３等を備える。

発光素子２１の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、ＬＥＤ（Light emitting diode）、レーザーダイオードなどの半導体発光素子が挙げられる。また、本実施形態の発光素子２１の個数は１つであるが、これに限られない。更に、本実施形態において、１つの第１貫通孔１４２に対して１つの発光素子２１が臨むが、１つの第１貫通孔１４２に対して複数の発光素子２１が臨んでもよい。

本実施形態の基板２３は、流路管１０の長手方向に延在する平坦状の形態を呈する。また、基板２３の内面２３１に、発光素子２１、電子部品２２が実装される。更に、前述のように、基板２３の内面２３１と基板載置台部１４の基板載置面１４１とが接触する。更に、基板２３が基板載置台部１４に載置された際、発光素子２１が、第１貫通孔１４２内に収容されると共に、電子部品２２が、第１凹所１４３内に収容される。これにより、基板２３と基板載置台部１４とを重ね合わせた際に、基板２３に実装される発光素子２１や電子部品２２と基板載置台部１４（流路管１０の側周壁１１）とが干渉することを避けることができる。その結果、双方を隙間なく重ねることができることから、装置のコンパクト化を図ることができる。

次に、リフレクタ３０は、発光素子２１を取り囲む環状の部材である。本実施形態によれば、リフレクタ３０を設けることで、発光素子２１からの紫外光が所望の範囲に照射されるよう配光できる。これにより、配光範囲における紫外光の照度を高められる結果、殺菌機能をより向上させることができる。発光素子２１から照射された紫外光は、リフレクタ３０で所定方向に反射（配光）された後、紫外光透過窓部４０を通過して、流路管１０の流路１１１に至る。

次に、ヒートシンク５０は、基板２３の外面２３２と熱接触し、発光素子２１の駆動時（電流印加時）に生じる熱を放熱する。本実施形態のヒートシンク５０は、図１に示されるように、流路管１０の長手方向に延在し、基板２３に重ねられる。このように、流路管１０の径方向外側に向かうに従い、基板載置台部１４、基板２３、ヒートシンク５０が積み重ねられることで、相応の放熱性が担保されると共に、装置のコンパクト化を図ることができる。

次に、金属製の螺子６０は、ヒートシンク５０及び基板２３を基板載置台部１４に固定するために用いられる。本実施形態の金属製の螺子６０は、固定螺子部６１とインサート螺子部６２とを備える。ここで、ヒートシンク５０に、第２貫通孔５１（図２，３参照）が設けられ、基板２３における第２貫通孔５１と重なる位置に、第３貫通孔２３３（図２，３参照）が設けられる。また、図１に示されるように、本実施形態の固定螺子部６１は、第２貫通孔５１及び第３貫通孔２３３に挿通される。

また、基板載置台部１４における第２貫通孔５１及び第３貫通孔２３３と重なる位置に、第２凹所１４４が設けられる。また、図１に示されるように、本実施形態のインサート螺子部６２は、第２凹所１４４内に配設される。より詳しくは、インサート螺子部６２は、第２貫通孔５１及び第３貫通孔２３３を通った固定螺子部６１と螺合する。

このように、ヒートシンク５０の第２貫通孔５１及び基板２３の第３貫通孔２３３に挿通される金属製の固定螺子部６１と、基板載置台部１４の第２凹所１４４内に配設される金属製のインサート螺子部６２によって、ヒートシンク５０及び基板２３を基板載置台部１４に固定し、双方をより強固に係り止めることができる。

更に、固定螺子部６１及びインサート螺子部６２は、高熱伝導性の物質（例えば、黄銅、アルミニウム、ステンレス等の各種金属）から成ることが好ましい。固定螺子部６１及びインサート螺子部６２が、高熱伝導性の物質から構成されることで、発光素子２１の駆動時に生じる熱をより効率的に放熱することができる。

なお、ヒートシンク５０及び基板２３の固定手段を金属製の螺子６０として説明したが、前記固定手段の態様は、これに限られない。他の態様の例として、第２貫通孔５１、第３貫通孔２３３、第２凹所１４４に挿入されるピン状（棒状）の部材等が挙げられる。また、発光素子２１の駆動時に生じる熱を適切に放熱させる観点から、ピン状の部材等に関しても、高熱伝導性の物質（例えば、例えば、黄銅、アルミニウム、ステンレス等の各種金属）から成ることが好ましい。また、本実施形態の流体殺菌装置１は、金属製の螺子６０を備えることが好ましいが、金属製の螺子６０を除いたとしても、後述の筐体７０等によって、ヒートシンク５０及び基板２３を固定してもよい。

次に、筐体７０は、流路管１０（側周壁１１）に径方向外側に設けられる筒状の部材である。本実施形態の筐体７０は、ＡＢＳ、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂製であるが、これに限られない。より詳しくは、図２及び図３に示されるように、本実施形態の筐体７０は、内部中空で頂方側に開口部７１１を有する基部７１と、開口部７１１の少なくとも一部を被覆する蓋部７２とを備える。

本実施形態の基部７１は、横断面視において、略Ｕ字状の形態を呈する。ただし、基部７１の形態は、これに限られない。また、本実施形態の蓋部７２は、頂方側の開口部７１１側に配置される第１片部７２１と、第１片部７２１と略直交し、基部７１の端縁７１２と接合する第２片部７２２を備える。

図１から図３に示されるように、流路管１０が、筐体７０の基部７１に収容される。また、ヒートシンク５０の外面５２が、基部７１の開口部７１１に臨み、蓋部７２（第１片部７２１）と接触する（重なり合う）。本実施形態によれば、流路管１０が、筐体７０の基部７１に収容され、ヒートシンク５０の外面５２が、筐体７０の蓋部７２（第１片部７２１）と接触することで、ヒートシンク５０及び基板２３の脱離を防ぐことができる。それに加えて、装置のコンパクト化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明した。ただし、前述の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定する趣旨で記載されたものではない。本発明には、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るものを含み得る。また、本発明にはその等価物が含まれる。

なお、前述の実施形態の変形例として図４に示される流体殺菌装置２が挙げられる。ここで、図４は、変形例に係る流体殺菌装置２を上方側から見た斜視図である。図４に示されるように、変形例に係る流体殺菌装置２の流路管１０は、主管部８１、主管部８１の入口端側に取り付けられる入口管部８２、主管部８１の出口端側に取り付けられる出口管部８３等を備える。

入口管部８２の内径Ｒ１より主管部８１の内径Ｒ２を大きくすることが好ましい。このような構造とすることで、流路１１１を流れる流体の流速を緩やかにすることができる。これにより、主管部８１に流れる流体に対し、発光素子２１からの紫外光照射量を増やすことができる。その結果、殺菌機能をより高めることができる。同様に、出口管部８３の内径Ｒ３より主管部８１の内径Ｒ２を大きくすることが好ましい。

本発明に係る流体殺菌装置は、例えば、紫外光殺菌装置、浄水器、給湯器、送水管、冷却水循環装置、ウォーターサーバ、ドリンクサーバ等に用いられる。ただし、その用途は、これに限られない。

１… 流体殺菌装置
１０…流路管
１１…側周壁
１１１…流路
１２…入口端
１３…出口端
１４…基板載置台部
１４１…基板載置面
１４２…第１貫通孔
１４３…第１凹所
１４４…第２凹所
２０…光源ユニット
２１…発光素子
２２…電子部品
２３…基板
２３１…基板の内面
２３３…第３貫通孔
３０…リフレクタ
４０…紫外光透過窓部
５０…ヒートシンク
５１…第２貫通孔
５２…ヒートシンクの外面
６０…金属製の螺子
６１…固定螺子部
６２…インサート螺子部
７０…筐体
７１…基部
７１１…頂方側の開口部
７２…蓋部
８１…主管部
８２…入口管部
８３…出口管部

Claims (6)

1. 側周壁と、前記側周壁の内側に形成される流路とを備える筒状の流路管と、
   発光素子と、前記発光素子とは別の電子部品と、前記発光素子及び前記電子部品を実装し、前記流路管の長手方向に延在する基板とを備える光源ユニットと、
   前記基板の外面と熱接触するヒートシンクと、
   を備え、
   前記流路管は、前記基板を載置する基板載置台部を更に備え、
   前記基板載置台部は、
   前記発光素子を収容し、前記流路に向けて貫通する第１貫通孔と、
   前記電子部品を収容するための第１凹所と、
   を備えることを特徴とする流体殺菌装置。
2. 前記ヒートシンク及び前記基板を前記基板載置台部に固定するための金属製の螺子又はピンを更に備え、
   前記ヒートシンクに、第２貫通孔が設けられ、
   前記基板における前記第２貫通孔と重なる位置に、第３貫通孔が設けられ、
   前記基板載置台部における前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔と重なる位置に、第２凹所が設けられ、
   前記螺子又はピンが、前記第２貫通孔、前記第３貫通孔、及び前記第２凹所に挿入される、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記金属製の螺子が、前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔に挿通される金属製の固定螺子部と、前記第２凹所内に配設され、前記固定螺子部と螺合する金属製のインサート螺子部を備える、
   請求項２に記載の流体殺菌装置。
4. 筐体を更に備え、
   前記筐体が、内部中空であり、且つ、少なくとも頂方側に開口部を有する基部と、前記開口部の少なくとも一部を被覆する蓋部とを備え、
   前記流路管が、前記基部に収容され、
   前記ヒートシンクの外面が、前記基部の前記開口部に臨み、前記蓋部と接触する、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。
5. 前記流路管が、主管部と、前記主管部の内径より小さい内径を有する入口管部を備える、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。
6. 前記基板と、前記流路管が熱接触することを特徴とする
   請求項１に記載の流体殺菌装置。

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