JP6373792B2 - 殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、殺菌装置に関し、特に、流体に紫外光を照射して殺菌する装置に関する。

紫外光には殺菌能力があることが知られており、医療や食品加工の現場などでの殺菌処理に紫外光を照射する装置が用いられている。また、水などの流体に紫外光を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置も用いられている。このような殺菌装置として、例えば、紫外光源にＬＥＤを用いたものが挙げられる（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１４−８７５４４号公報 特開２０１４−１６１７６７号公報

ＬＥＤなどの光源は、発光時に生じる熱の影響を受けやすいため、適切に冷却しながら用いることが望ましい。また、医療や食品加工の現場では、すでに様々な機器が導入されていることが多く、スペース等の制約を考えると、装置は小型であることが求められる。したがって、光源を冷却する手段を備えつつ、小型で殺菌能力の高い装置であることが好ましい。

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、殺菌能力を向上させた小型の殺菌装置を提供することにある。

本発明のある態様の殺菌装置は、流体を流通させるための流路と、流路内の流体に紫外光を照射する光源と、流路内の流体と接触するように設けられるヒートシンクと、光源とヒートシンクを熱的に接続するヒートパイプと、を備える。

この態様によると、流路内の流体と接触するように設けられるヒートシンクを通じて光源を冷却できる。また、流体と接触するように設けられるヒートシンクにより流路内の流体に乱れを生じさせ、紫外光の照射による殺菌能力を向上させることができる。ヒートシンクが冷却機能と乱流発生機能を兼ね備えるため、これらを別々に設ける場合と比べて装置を小型化することができる。

ヒートシンクは、流路内の流れの一部を遮るように設けられる複数の突起部を有してもよい。

流路は、光源からの紫外光が照射される照射室を有し、ヒートシンクは、流路内の照射室より上流の位置に設けられてもよい。

流路は、光源からの紫外光が照射される照射室を有し、ヒートシンクは、照射室内に設けられてもよい。

ヒートシンクの表面は、光源が発する紫外光を反射する材料で構成されてもよい。

照射室は、光源からの紫外光を光源のある位置と異なる方向へ反射させる反射機構を有してもよい。

本発明の殺菌装置によれば、装置の殺菌能力向上および小型化を実現できる。

第１の実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２（ａ）は、ヒートシンクの構成例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、上面図である。 図３（ａ）は、ヒートシンクの別の構成例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、上面図である。 変形例に係る照射室の構成を概略的に示す断面図である。 別の変形例に係る照射室の構成を概略的に示す断面図である。 さらに別の変形例に係る照射室の構成を概略的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。

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。

（第１の実施の形態）
図１は、実施の形態に係る殺菌装置１０の構成を概略的に示す図である。殺菌装置１０は、流路１２と、流路１２内の流体に紫外光を照射する光源３０と、流路１２内の流体と接触するように設けられるヒートシンク４０と、光源３０とヒートシンク４０を熱的に接続するヒートパイプ３４とを備える。殺菌装置１０は、流路１２を通る水などの流体に紫外光を照射して殺菌処理をする。

流路１２は、入口１４と、水冷室１６と、接続路１８と、照射室２０と、出口２２を有する。流路１２は、筐体２４に設けられ、壁面２６により区画される。筐体２４は、金属材料や樹脂材料で構成される。壁面２６は、紫外光に対する耐久性が高く、紫外光の反射率の高い部材で構成される。壁面２６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂で構成される。特に、光源３０からの紫外光が直接照射される照射室２０の壁面にこのような材料を用いることが望ましい。

照射室２０は、光源３０からの紫外光を流体に照射するための空間であり、流路１２の他の部分よりも通水断面積が大きくなるように形成されている。照射室２０の開口部２０ａには、光源３０からの紫外光を透過させるための照射窓２８が設けられる。照射窓２８は、例えば、石英（ＳｉＯ２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、非晶質のフッ素系樹脂などの紫外光の透過率の高い部材で構成される。

水冷室１６は、ヒートシンク４０が設けられる空間であり、ヒートシンク４０が収容できるように流路１２の他の部分より通水断面積が大きくなるように形成されている。水冷室１６の開口部１６ａは、ヒートシンク４０の基部４２により塞がれている。ヒートシンク４０は、基部４２から延びる複数の突起部４４を有し、複数の突起部４４が水冷室１６を通る流体の流れの一部を遮るようにして水冷室１６に収容される。ヒートシンク４０は、流れの一部を遮ることで乱流を発生させる。

水冷室１６は、照射室２０よりも入口１４の近くに設けられる。言いかえれば、水冷室１６は、照射室２０の上流側に設けられる。水冷室１６を上流に設けることで、水冷室１６で乱流を発生させ、乱流を含む流体を照射室２０に供給する。これにより、照射室２０における殺菌能力を向上させる。

接続路１８は、水冷室１６と照射室２０の間に設けられる。接続路１８は、水冷室１６や照射室２０よりも通水断面積が小さくなるように形成されている。接続路１８は、流路１２の流れに沿った方向Ｘの長さが水冷室１６や照射室２０よりも短くなるように形成されることが好ましい。接続路１８を短くすることで、水冷室１６で発生させた乱流が維持された流体を照射室２０に供給できる。

光源３０は、照射窓２８を挟んで照射室２０に対向する位置に設けられ、照射室２０に向けて紫外光を発する向きで配置される。光源３０は、紫外光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３００ｎｍの紫外領域に含まれるＬＥＤである。光源３０は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ付近の紫外光を発するものを用いることが好ましい。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

光源３０は、所望の光量を得るために複数設けられる。複数の光源３０は、基板３２に固定されており、基板３２を通じて駆動に必要な電力の供給を受ける。光源３０は、発光時に生じる熱を基板３２を通じて放熱する。基板３２は、ヒートパイプ３４と熱的に接続される。ヒートパイプ３４は、接続路１８に沿って延びており、その一端が基板３２に接続され、他端がヒートシンク４０の基部４２に接続される。光源３０、基板３２およびヒートパイプ３４は、カバー３６の内部に収容される。基板３２は、カバー３６に固定されている。

図２（ａ）は、ヒートシンク４０の構成例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、その上面図である。ヒートシンク４０は、平板形状を有する基部４２と、基部４２の主面に直交する方向に延びる複数の突起部４４とを有する。突起部４４は、柱状部材であり、例えば、図示されるような円柱形状を有する。突起部４４は、流体が流れる方向Ｘと直交または交差する方向に延在している。複数の突起部４４は、流体が流れる方向Ｘに間隔を空けて並んでおり、例えば、四方格子状または六方格子状に配置される。これにより、水冷室１６を通過する流体が入口１４から接続路１８に向かって直線的に流れるのを防ぎ、複数の突起部４４に流体が当たって乱流が発生するようにする。

図３（ａ）は、ヒートシンク４０の別の構成例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、その上面図である。この構成例では、複数の突起部４４が角柱形状を有する。突起部４４は、延在方向に直交する断面が長方形状であり、流体の流れる方向Ｘの幅ｗ１よりも流れる方向Ｘと交差する方向の幅ｗ２が長い形状を有している。流れの方向Ｘに交差する方向の幅ｗ２を長くすることで、複数の突起部４４により流体が遮られて乱流が発生しやすくなるようにする。

なお、ヒートシンク４０に設けられる複数の突起部４４の形状、大きさ、配置の間隔などについては、殺菌対象となる流体の設計流量や水冷室１６の容積などに応じて、適宜設定することが望ましい。これにより、水冷室１６を通過する流体に乱流を効果的に生じさせることができる。

以上の構成により、殺菌装置１０は、入口１４から入って水冷室１６を通過する流体に乱流を生じさせた後、照射室２０を通過する乱流を含む流体に紫外光を照射して殺菌し、処理後の流体を出口２２から出力する。照射室２０に紫外光を照射する光源３０は、ヒートパイプ３４およびヒートシンク４０を介して、水冷室１６を通過する流体により冷却される。

本実施の形態によれば、ヒートシンク４０が光源３０を冷却する機能と流体に乱流を生じさせる機能を兼ね備えるため、これらを別々に設ける場合と比べて装置を小型化することができる。また、光源３０を水冷することができるため、光源３０の放熱効率を高めて光源３０の寿命を長くできる。さらに、乱流を発生させることで、流路１２を流れる流体の透明度が低い場合であっても流路１２を流れる流体の全体に対して紫外光を照射することができ、流体を効果的に殺菌することができる。

（変形例１）
図４は、変形例に係る照射室２０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、照射室２０の壁面２６に紫外光を散乱させるための反射機構５０が設けられる点で上述の実施の形態と異なる。反射機構５０は、光源３０からの紫外光を光源３０のある位置と異なる方向へ反射させるための構造である。本変形例に係る反射機構５０は、壁面２６に形成される微細な凹凸構造により形成され、その凹凸構造の表面には紫外光の反射率が高い部材が用いられる。本変形例によれば、反射機構５０を設けることにより、照射室２０における紫外光強度を高めて殺菌能力を向上させることができる。

（変形例２）
図５は、別の変形例に係る照射室２０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、照射室２０の壁面２６が半球状に構成される反射機構５２を有する点で上述の実施の形態と異なる。反射機構５２は、半球面で構成される壁面２６を有し、光源３０からの紫外光を球面で反射させることにより光源３０のある位置と異なる方向へ反射させる。本変形例によれば、反射機構５２を設けることにより、照射室２０における紫外光強度を高めて殺菌能力を向上させることができる。

（変形例３）
図６は、さらに別の変形例に係る照射室２０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、照射室２０の壁面２６が全球状に構成される反射機構５４を有する点で上述の実施の形態と異なる。反射機構５４は、球面で構成される壁面２６を有し、光源３０からの紫外光を球面で反射させて光源３０のある位置と異なる方向へ反射させる。また、半球状ではなく全球状に壁面２６を構成することで、反射光を再度反射させる場合においても光源３０のある位置と異なる方向へ紫外光を向かわせることができる。このような反射機構５４を設けることにより、照射室２０の紫外光強度をさらに高めて殺菌能力をより一層向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図７および図８は、第２の実施の形態に係る殺菌装置１１０の構成を概略的に示す断面図であり、図８は、図７のＡ−Ａ線断面を示す。殺菌装置１１０は、紫外光が照射される照射室１２０の内部にヒートシンク１４０が収容される点で上述の第１の実施の形態と相違する。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

殺菌装置１１０は、流路１１２と、流路１１２内の流体に紫外光を照射する光源１３０と、流路１１２内の流体と接触するように設けられるヒートシンク１４０と、光源１３０とヒートシンク１４０を熱的に接続するヒートパイプ１３４とを備える。流路１１２は、入口１１４と、照射室１２０と、出口１２２を有する。流路１１２は、筐体１２４により区画される。

照射室１２０には、第１開口部１２０ａと第２開口部１２０ｂが設けられる。第１開口部１２０ａには照射窓１２８が設けられ、第２開口部１２０ｂにはヒートシンク１４０が設けられる。第２開口部１２０ｂは、ヒートシンク１４０の基部１４２により塞がれている。本実施の形態において、第１開口部１２０ａと第２開口部１２０ｂは、照射室１２０を挟んで対応する位置に設けられる。なお、変形例では、第１開口部１２０ａと第２開口部１２０ｂが互いに９０度ずれた位置に配置されてもよい。

光源１３０は、照射窓１２８を挟んで照射室１２０に対向する位置に設けられる。光源１３０は、基板１３２に固定され、光源１３０および基板１３２は、カバー１３６の内部に収容される。光源１３０は、照射室１２０向かって紫外光を照射するとともに、照射窓１２８に対向するヒートシンク１４０の突起部１４４に向けて紫外光を照射する。光源１３０からの紫外光は突起部１４４の表面で反射して散乱される。

ヒートシンク１４０は、複数の突起部１４４が照射室１２０を通過する流体の流れの一部を遮るように設けられる。ヒートシンク１４０の基部１４２および突起部１４４の表面には、紫外光の反射率が高い部材が設けられる。例えば、ヒートシンク１４０の表面には、アルミ蒸着処理やフッ素系樹脂によるコーティング処理が施される。これにより、ヒートシンク１４０に入射する紫外光を効果的に散乱させて照射室１２０の紫外光強度を高めることができる。

ヒートパイプ１３４は、光源１３０が実装される基板１３２と、ヒートシンク１４０の基部１４２とを接続するように設けられる。本実施の形態では、光源１３０とヒートシンク１４０が照射室１２０を挟んで対向する位置に設けられるため、ヒートパイプ１３４は、図８に示すように、照射室１２０を囲むようにコ字型に延びる。

以上の構成により、殺菌装置１１０は、入口１１４から入って照射室１２０を通過する流体に乱流を生じさせつつ、照射室１２０を通過する乱流を含む流体に紫外光を照射して殺菌し、処理後の流体を出口１２２から出力する。照射室１２０に紫外光を照射する光源１３０は、ヒートパイプ１３４およびヒートシンク１４０を介して、照射室１２０を通過する流体により冷却される。したがって、本実施の形態においても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、紫外光が照射される照射室１２０の内部にヒートシンク１４０が収容されるため、上述の実施の形態のように水冷室１６を別途設ける場合と比べて、装置をより小型化することができる。また、ヒートシンク１４０が反射機構として機能するため、照射室１２０の紫外光強度を高めてより効率的に殺菌処理をすることができる。

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。

上述の実施の形態に係る殺菌装置は、流体に紫外光を照射して殺菌処理を施すための装置として説明した。変形例においては、紫外光の照射により流体に含まれる有機物を分解させる浄化処理に本殺菌装置を用いてもよい。

１０，１１０…殺菌装置、１２，１１２…流路、２０，１２０…照射室、３０，１３０…光源、３４，１３４…ヒートパイプ、４０，１４０…ヒートシンク、４４，１４４…突起部、５０，５２，５４…反射機構。

Claims (5)

1. 流体を流通させるための流路と、
   前記流路内の流体に紫外光を照射する光源と、
   前記流路内の流体と接触するように設けられるヒートシンクと、
   前記光源と前記ヒートシンクを熱的に接続するヒートパイプと、を備え、
   前記流路は、前記光源からの紫外光が照射される照射室を有し、
   前記ヒートシンクは、前記照射室内に設けられ、前記ヒートシンクの表面は、前記光源が発する紫外光を反射する材料で構成されることを特徴とする殺菌装置。
2. 前記ヒートシンクは、前記流路内の流れの一部を遮るように設けられる複数の突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
3. 前記ヒートシンクは、前記照射室を挟んで前記光源と対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の殺菌装置。
4. 前記流路の内壁面は、前記光源が発する紫外光を反射する材料で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の殺菌装置。
5. 前記照射室は、前記光源からの紫外光を前記光源のある位置と異なる方向へ反射させる反射機構を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の殺菌装置。

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