JP6404404B1 - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路内の流れを所望の状態に近づける新たな技術を提供する。【解決手段】流体殺菌装置２０は、通過する流体が殺菌処理される処理流路３６が形成されている流路管２２と、処理流路３６に向かって紫外線を照射する第１光源２８と、流路管２２の外周面２２ｃと交差する向きに形成された流入路４２ｂと、流入路４２ｂと処理流路３６とを連通する連通路７８と、を備える。連通路７８は、流入路４２ｂから流路管２２の第１端部３２の開口２２ｄへ向かう途中に、流入路側よりも狭くなった狭路８０を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

紫外線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線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線を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置も用いられている。このような装置として、例えば、直管状の金属パイプで形成される流路の管端部内壁に紫外線ＬＥＤを配置した装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６０７４号公報

上述の直管状の流路の端部に紫外線ＬＥＤを配置する構成では、流路の軸方向と交差する方向に延びる入口または出口が設けられるため、入口または出口の近傍において流体の流れに乱れが生じる。流体に高効率で紫外線を照射するためには、流路内の流れの状態を適切に制御するとともに、流れの状態に適した態様で紫外線を照射することが望ましい。

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、流路内の流れを所望の状態に近づける新たな技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流体殺菌装置は、通過する流体が殺菌処理される処理流路が形成されている流路管と、処理流路に向かって紫外線を照射する光源と、流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路または流出路と、流入路または流出路と、処理流路とを連通する連通路と、を備える。連通路は、流入路または流出路から該流路管の一方の端部の開口へ向かう途中に、流入路側または流出路側よりも狭くなった狭路を有する。

この態様によると、狭路が、流入路から流路管の一方の端部への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。特に、光源に近い流路管の一方の端部の近傍において流れに乱れが生じるのを抑え、流れを整流化させることができる。

連通路は、流路管と、該流路管の一方の端部の開口および該開口近傍の外周面を覆う筐体との間に形成されていてもよい。これにより、複数の部材の形状を工夫することで、複数の部材の間の隙間として連通路を構成できる。

例えば、流路管は、該流路管の外周面の流入路または流出路と対向する部分よりも開口側に凸部が形成されており、該凸部と筐体の内周面との間に狭路が形成されていてもよい。これにより、流路管に簡易な形状を形成することで狭路を構成できる。

凸部は、流路管の外周面の周方向に環状に形成されていてもよい。これにより、流路管の外周の全体にわたって流体の流れを整えることができる。

筐体は、該筐体の内周面の流入路または流出路が形成されている領域よりも開口側に凸部が形成されており、該凸部と流路管の外周面との間に狭路が形成されていてもよい。これにより、筐体に簡易な形状を形成することで狭路を構成できる。

凸部は、筐体の内周面の周方向に環状に形成されていてもよい。これにより、流路管の外周の全体にわたって流体の流れを整えることができる。

流路管は、該流路管の外周面の流入路または流出路と対向する部分に凹部が形成されていてもよい。これにより、流路管に簡易な形状を形成することで、凹部に隣接する領域を狭路として構成できる。

凹部は、流路管の外周面の周方向に環状に形成されていてもよい。これにより、流路管の外周の全体にわたって流体の流れを整えることができる。

狭路は、凹部より流路管の開口側に設けられていてもよい。これにより、凹部と開口部との間で流体の流れを整えることができる。

連通路は、流体が流路管の外周面に沿って第１方向に向かう流れと、流体が処理流路に沿って第１方向と反対方向の第２方向に向かう流れとをつなぐＵ字路を有してもよい。これにより、流路管に流通口を直接設ける場合と比べて処理流路内の流れに生じる乱れを緩和し、処理流路内の流れを整えることができる。

流出路または流入路を構成する流出管または流入管を更に備えてもよい。流出管または流入管は、該筐体の外周面に形成されている開口部に装着されているとともに、該開口の中心を軸として筐体に対して回転可能に支持されていてもよい。これにより、流体殺菌装置を設置する場所によって流出管や流入管の向きを変えることで、流体殺菌装置の性能を発揮しやすい姿勢で設置できる。

筐体は、該筐体が流路管の開口の中心を軸とした回転方向に対して回転できるように、流路管の一方の端部に装着されていてもよい。これにより、流体殺菌装置を設置する場所によって流出管や流入管の向きを変えることで、流体殺菌装置の性能を発揮しやすい姿勢で設置できる。

本発明の別の態様もまた、流体殺菌装置である。この装置は、通過する流体が殺菌処理される処理流路が形成されている流路管と、処理流路に向かって紫外線を照射する光源と、流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路または流出路と、流入路の出口または流出路の入口と対向する領域に設けられており、流体の流れを所定の方向に変化させるための規制流路と、を備える。規制流路は、流入路の出口または流出路の入口から流路管の端部に向かう曲路を有する。規制流路は、流入路または流出路から該流路管の一方の端部へ向かう途中に、流入路側または流出路側よりも狭くなった狭路を有する。

この態様によると、狭路が、流入路から流路管の一方の端部への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。特に、光源に近い流路管の一方の端部の近傍において流れに乱れが生じるのを抑え、流れを整流化させることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、流路内の流れを所望の状態に近づけることが可能となる。

比較例に係る流体殺菌装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す断面図である。 第１発光素子の配向特性を示すグラフである。 図３の第１整流室近傍の拡大図である。 第２の実施の形態の変形例に係る流体殺菌装置の第１整流室近傍の拡大図である。 第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の斜視図である。 第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の分解斜視図である。 第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の上面図である。 図９に示す流体殺菌装置のＢ−Ｂ断面図である。 図１０の流入管と第１筐体との接続部近傍を模式的に示した拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の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。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（比較例）
はじめに、比較例に係る流体殺菌装置を説明する。図１は、比較例に係る流体殺菌装置１００の概略構成を示す断面図である。

流体殺菌装置１００は、処理流路１０２を区画する直管１０４と、直管１０４の内部に紫外線を照射する光源１０６と、を備える。直管１０４は、一方の端部１０８に直管１０４の径方向に延びる流入路１１０が設けられており、他方の端部１１２に直管１０４の径方向に延びる流出路１１４が設けられている。一方の端部１０８には、光源１０６からの紫外線を透過させるための窓部１１６が設けられている。

流体殺菌装置１００において、流入路１１０から流入する流体は、処理流路１０２を直管１０４の軸方向に流れて流出路１１４から流出する。流入路１１０は、直管１０４の側方に直接取り付けられているため、一方の端部１０８の近傍では流体の流れに乱れが生じる。具体的には、流入路１１０から流入する流体は、流入路１１０に対向する直管１０４の側壁に向かう流れが支配的であり、処理流路１０２の内部では流入路１１０に対向する側壁の近くを流れる流体の速度が相対的に速くなる。

その結果、図１に示されるように、直管１０４の中心軸Ａに対して非対称な速度分布が生じ、光源１０６からの紫外線を効率的に流体に作用させることが難しくなる。また、流体殺菌装置１００は、光源１０６から出力される紫外線の一部が流入路１１０に直接向かうことのできる構成であるため、流入路１１０から紫外線が漏れやすい。

したがって、以下の各実施の形態に係る流体殺菌装置は、比較例に係る流体殺菌装置１００を鑑みて考案されたものである。

（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す断面図である。なお、図１と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０は、通過する流体が殺菌処理される処理流路１０２が形成されている流路管としての直管１０４と、処理流路１０２に向かって紫外線を照射する光源１０６と、直管１０４の外周面と交差する向きに形成された流入路１１０および流出路１１４と、流入路１１０の出口１１０ａと対向する領域に設けられており、流体の流れを所定の方向に変化させるための規制流路１２と、を備える。

本実施の形態に係る規制流路１２は、一方の端面にフランジ１４ａが形成された円筒部材１４と、直管１０４の内周面１０４ａとで区画された領域である。規制流路１２は、流入路１１０の出口１１０ａから直管１０４の一方の端部１０８に向かう曲路１６を有する。規制流路１２は、流入路１１０から直管１０４の一方の端部１０８へ向かう途中に、流入路側よりも狭くなった狭路１８を有する。

本実施の形態に係る流体殺菌装置１０においては、狭路１８が、流入路１１０から直管１０４の一方の端部１０８への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。特に、光源１０６に近い直管１０４の一方の端部１０８の近傍において流れに乱れが生じるのを抑え、流れを整流化させることができる。

なお、本実施の形態に係る狭路１８は、円筒部材１４のフランジ１４ａが設けられている一方の端面と反対側にある環状の他方の端面１４ｂと、窓部１１６との間に形成されているが、この場所に限らない。例えば、規制流路１２の途中に直管１０４の内周面１０４ａや円筒部材１４の外周面１４ｃに凸部を設けることで狭路を形成してもよい。また、本実施の形態に係る規制流路１２を、流出路１１４の入口１１４ａと対向する領域に設けてもよい。また、本実施の形態に係る規制流路１２は、直管１０４の軸方向に対して垂直な断面形状が、円筒部材１４の外周面１４ｃに沿った円環状の領域であるが、流入路１１０の出口１１０ａまたは流出路１１４の入口１１４ａと対向する領域の近傍だけに形成した円弧状またはその他の形状であってもよい。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置２０の概略構成を示す断面図である。流体殺菌装置２０は、流路管２２と、第１筐体２４と、第２筐体２６と、第１光源２８と、第２光源３０とを備える。第１光源２８および第２光源３０は、流路管２２の内部に向けて紫外線を照射する。流体殺菌装置２０は、流路管２２の内部を流れる流体（水など）に紫外線を照射して殺菌処理を施すために用いられる。

本明細書では、内容の理解を助けるために、流路管２２の長手方向を「軸方向」と呼ぶことがある。例えば、図３において、中心軸Ａに平行な方向が軸方向である。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。また、流路管２２の両端（第１端部３２および第２端部３４）の位置を基準として、流路管２２の内部に向かう方向を「内側」と呼び、流路管２２の外部に向かう方向を「外側」と呼ぶことがある。

流路管２２は、円筒状の側壁２２ａで構成される直管である。流路管２２は、第１端部３２と、第１端部３２とは反対側の第２端部３４とを有し、第１端部３２から第２端部３４に向けて軸方向に延びる。第１端部３２には第１光源２８からの紫外線が入射し、第２端部３４には第２光源３０からの紫外線が入射する。流路管２２は、流体への紫外線照射がなされる処理流路３６を区画する。

流路管２２は、金属材料や樹脂材料で構成される。流路管２２は、紫外線の反射率が高い材料で構成されることが望ましく、例えば、内周面２２ｂが鏡面研磨されたアルミニウム（Ａｌ）や、全フッ素化樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成される。これらの材料で流路管２２を構成することで、第１光源２８および第２光源３０が発する紫外線を内周面２２ｂで反射させて流路管２２の長手方向に伝搬させることができる。特に、ＰＴＦＥは、化学的に安定した材料であり、紫外線の反射率が高い材料であるため、処理流路３６を構成する流路管２２の材料として好適である。

流路管２２は、第１端部３２から径方向内側に突出する第１突出部３２ａと、第２端部３４から径方向内側に突出する第２突出部３４ａとを有する。第１突出部３２ａおよび第２突出部３４ａは、第１端部３２または第２端部３４の全周にわたって形成され、流路管２２の内径を狭くする形状を有する。第１突出部３２ａおよび第２突出部３４ａは、径方向の突出量が軸方向に徐々に変化する形状を有してもよく、図示される中心軸Ａを含む断面において、三角形となる断面形状を有してもよい。

第１突出部３２ａおよび第２突出部３４ａは、第１光源２８または第２光源３０から直接出力される紫外線の入射を妨げないような範囲に形成され、例えば、第１光源２８または第２光源３０の指向角半値幅φの範囲内の紫外線を遮らないように形成される。第１突出部３２ａおよび第２突出部３４ａを設けることで、流路管２２の内周面２２ｂで反射ないし散乱されて流路管２２の外へ向かう紫外線の一部を第１突出部３２ａまたは第２突出部３４ａで反射させて流路管２２の内側に戻すことができる。

第１筐体２４は、第１端部３２の周囲を取り囲むように設けられ、第１整流室３８と第１光源室４０を区画する。第１筐体２４は、金属材料や樹脂材料で構成される。第１筐体２４は、第１光源２８が発する紫外線の反射率が低い材料で構成されることが望ましく、流路管２２よりも紫外線反射率が低い材料で構成されることが望ましい。第１筐体２４は、第１光源２８からの紫外線を吸収する材料で構成されてもよい。このような材料で第１筐体２４を構成することで、第１光源２８からの紫外線が第１筐体２４の内面で反射され、流入管４２から外に漏れ出すのを抑えることができる。

第１筐体２４は、第１側壁４４と、第１内側端壁４６と、第１外側端壁４８とを有する。第１側壁４４は、第１内側端壁４６から第１外側端壁４８まで軸方向に延びる円筒形状の部材であり、流路管２２の中心軸Ａと同軸となる位置に設けられている。第１内側端壁４６は、流路管２２の側壁２２ａから第１側壁４４に向けて径方向外側に延びる部材であり、円環形状（ドーナツ形状）を有する。第１内側端壁４６は、第１端部３２よりも軸方向内側の位置に設けられ、流路管２２の外周面２２ｃに固定されている。第１外側端壁４８は、第１端部３２よりも軸方向外側の位置に設けられる円板形状の部材である。したがって、第１内側端壁４６と第１外側端壁４８は、第１端部３２を挟んで軸方向に対向する位置に設けられる。

第１筐体２４の内部には、第１光源２８からの紫外線を透過する第１窓部５０が設けられる。第１窓部５０は、石英（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、非晶質のフッ素系樹脂などの紫外線の透過率が高い部材で一部または全部が構成される。第１窓部５０は、第１筐体２４の内部を第１整流室３８と第１光源室４０に区画する。第１整流室３８は、第１側壁４４、第１内側端壁４６および第１窓部５０により区画される領域であり、第１端部３２の径方向外側を囲うように環状に設けられる領域である。第１光源室４０は、第１側壁４４、第１外側端壁４８および第１窓部５０で区画される領域であり、第１光源２８が設けられる。

第１窓部５０は、第１端部３２と軸方向に対向する対向部材であり、第１端部３２との間にわずかな寸法の第１隙間５２が設けられるように第１端部３２の近傍に配置される。第１隙間５２は、例えば、第１整流室３８の通水断面積よりも狭くなるように形成される。第１窓部５０は、第１隙間５２の寸法が第１端部３２の全周にわたって一定となるように配置されることが好ましく、第１端部３２の端面と第１窓部５０の対向面とが略平行となるように配置されることが好ましい。第１隙間５２を全周にわたって均一にすることで、第１隙間５２を通じて処理流路３６から第１整流室３８へ向かう流体の流れを整え、処理流路３６の第１端部３２の近傍において流れに乱れが生じるのを緩和する。

第１筐体２４には、流入口４２ａと流入管４２が設けられている。流入口４２ａは、処理流路３６にて紫外線が照射される流体が流入する流入口であり、第１整流室３８と連通する位置に設けられる。流入口４２ａは、例えば、図示されるように第１側壁４４に設けられる。流入管４２は、流入口４２ａに取り付けられる接続管であり、流体殺菌装置２０と接続される配管やチューブコネクタが取り付け可能となるように構成される。

流入口４２ａおよび流入管４２は、第１隙間５２から流入口４２ａに向かう方向と、流入管４２の長手方向とが同一直線上に乗らない位置に配置される。具体的には、流入口４２ａは、第１隙間５２から軸方向にずれた位置に配置され、流入管４２は、第１隙間５２から流入口４２ａに向かう方向と交差する方向（図示する例では、径方向）に延びる。このような配置とすることで、第１隙間５２の周方向の異なる位置に応じて流速にばらつきが生じる影響を緩和できる。より具体的には、流入管４２の流れの方向に起因して、第１隙間５２を流れる流体のうち流入口４２ａに相対的に近い位置の流れＦ１が速くなり、流入口４２ａに相対的に遠い位置の流れＦ２が遅くなる影響を低減できる。

第１光源２８は、第１光源室４０の内部に設けられ、第１端部３２の開口に向けて紫外線を出力するように配置される。第１光源２８は、第１端部３２の近傍に設けられることが望ましく、第１光源２８の指向角半値幅φの範囲内の紫外線の全てが処理流路３６の内部に入射するように配置されることが好ましい。具体的には、第１光源２８の光出射部から第１端部３２までの軸方向の距離をｌ、第１端部３２の開口幅をｄとすると、ｌ≦ｄ／（２ｔａｎ（φ／２））となるように配置されることが好ましい。

第１光源２８は、第１発光素子５４と、第１基板５６とを有する。第１発光素子５４は、紫外線を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれる。第１発光素子５４は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２９０ｎｍ付近の紫外線を発することが好ましい。このような紫外線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。

図４は、第１発光素子５４の配向特性を示すグラフである。第１発光素子５４は、所定の指向角または配光角を有するＬＥＤであり、図示されるように指向角半値幅φが１２０度程度となる広配光角のＬＥＤである。このような第１発光素子５４として、出力強度の高い表面実装（ＳＭＤ；surface mount device）型のＬＥＤが挙げられる。第１発光素子５４は、流路管２２の中心軸Ａの上に配置され、第１窓部５０と対向するようにして第１基板５６に取り付けられる。第１基板５６は、熱伝導性の高い部材で構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などがベース材料として用いられる。第１発光素子５４が発する熱は、第１基板５６を通じて放熱される。

第２筐体２６は、第１筐体２４と同様に構成される。第２筐体２６は、第２端部３４の周囲を取り囲むように設けられ、第２整流室５８と第２光源室６０を区画する。第２筐体２６は、第２側壁６２と、第２内側端壁６４と、第２外側端壁６６とを有する。

第２側壁６２は、第２内側端壁６４から第２外側端壁６６まで軸方向に延びる円筒部材であり、流路管２２の中心軸Ａと同軸となる位置に設けられる。第２内側端壁６４は、第２端部３４よりも軸方向内側の位置に設けられる円環形状の部材であり、流路管２２の外周面２２ｃに固定されている。第２外側端壁６６は、第２端部３４よりも軸方向外側の位置に設けられる円板状の部材である。第２内側端壁６４と第２外側端壁６６は、第２端部３４を挟んで軸方向に対向する位置に設けられる。

第２筐体２６の内部には、第２光源３０からの紫外線を透過する第２窓部６８が設けられる。第２窓部６８は、第２筐体２６の内部を第２整流室５８と第２光源室６０に区画する。第２整流室５８は、第２側壁６２、第２内側端壁６４および第２窓部６８により区画される領域であり、第２端部３４の径方向外側を囲うように環状に設けられる領域である。第２光源室６０は、第２側壁６２、第２外側端壁６６および第２窓部６８で区画される領域であり第２光源３０が設けられる。

第２窓部６８は、第２端部３４と軸方向に対向する対向部材であり、第２端部３４との間にわずかな寸法の第２隙間７０が設けられるようにして第２端部３４の近傍に配置される。第２隙間７０は、例えば、第２整流室５８の通水断面積よりも狭くなるように形成される。第２窓部６８は、第２隙間７０の寸法が第２端部３４の全周にわたって一定となるように配置されることが好ましく、第２端部３４の端面と第２窓部６８の対向面とが略平行となるように配置されることが好ましい。

第２筐体２６には、流出口７２ａと流出管７２が設けられている。流出口７２ａは、処理流路３６にて紫外線が照射される流体が流出する流通口であり、第２整流室５８と連通する位置に設けられる。流出管７２は、流出口７２ａに取り付けられる接続管である。流出口７２ａおよび流出管７２は、第２隙間７０から流出口７２ａに向かう方向と、流出管７２の長手方向とが同一直線上に乗らない位置に配置される。具体的には、流出口７２ａは、第２隙間７０から軸方向にずれた位置に配置され、流出管７２は、第２隙間７０から流出口７２ａに向かう方向と交差する方向（図示する例では、径方向）に延びる。このような配置とすることで、流出管７２の流れの方向に起因して第２隙間７０を流れる流体のうち流出口７２ａに相対的に近い位置の流れＦ３が速くなり、流出口７２ａに相対的に遠い位置の流れＦ４が遅くなる影響を低減できる。

第２光源３０は、第２光源室６０の内部に設けられ、第２端部３４の開口に向けて紫外線を出力するように配置される。第２光源３０は、上述の第１光源２８と同様、第２端部３４の近傍に設けられることが望ましく、第２光源３０の指向角半値幅φの範囲内の紫外線の全てが処理流路３６の内部に入射するように配置されることが好ましい。第２光源３０は、第１光源２８と同様に構成され、第２発光素子７４と第２基板７６を有する。

以上の構成により、流体殺菌装置１０は、処理流路３６を流れる流体に向けて第１光源２８および第２光源３０からの紫外線を照射して殺菌処理を施す。処理対象となる流体は、流入管４２、流入口４２ａ、第１整流室３８、第１隙間５２を通って第１端部３２から処理流路３６の内部に流入する。処理流路３６を流れる流体は、例えば、軸方向に直交する断面において中央付近の流速ｖ_１が相対的に速く、内周面２２ｂ付近の流速ｖ_２が相対的に遅い状態に整流化される。処理流路３６を通過した流体は、第２端部３４から第２隙間７０、第２整流室５８、流出口７２ａ、流出管７２を通って流出する。

このとき、第１整流室３８は、流入管４２および流入口４２ａを通じて流入する流体の流れを整え、周方向に異なる位置から第１隙間５２を通って放射状（径方向内側）に処理流路３６に流入する流体の流れを均一化させる。第１整流室３８は、第２整流室５８の流れを均一化することで、第１端部３２の近傍の位置から処理流路３６の流れが整流化されるようにする。同様に、第２整流室５８は、流出口７２ａおよび流出管７２を通じて流出する流体の流れを整え、処理流路３６から第２隙間７０を通って放射状（径方向外側）に流出する流体の流れを均一化させる。第２整流室５８は、第２隙間７０の流れを均一化することで、第２端部３４の近傍の位置まで処理流路３６の流れが整流化された状態で維持されるようにする。

第１光源２８および第２光源３０は、上述のように整流化されて処理流路３６を流れる流体に向けて紫外線を照射する。第１光源２８および第２光源３０は、図４に示すような中央付近の強度が高く、径方向外側の強度が低くなる強度分布を有するため、処理流路３６の流速分布に対応した強度で紫外線を照射できる。つまり、流速の高い中央付近に高強度の紫外線を照射し、流速の低い径方向外側の位置には低強度の紫外線を照射することができる。その結果、処理流路３６を通過する流体に作用する紫外線のエネルギー量を流体が通過する径方向の位置によらずに均一化できる。これにより、処理流路３６を流れる流体の全体に対して所定以上のエネルギー量の紫外線を照射することができ、流体全体に対する殺菌効果を高めることができる。

また、本実施の形態に係る流体殺菌装置２０では、流路管２２の両端に第１整流室３８および第２整流室５８を設ける構成としているため、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０と比べて処理流路３６に生じる流れの乱れを抑制できる。特に、流体殺菌装置２０の処理能力を高めるために処理流路３６を通る流体の平均流速を高めるような場合であっても整流化された状態の維持が容易となる。したがって、本実施の形態によれば、乱れの少ない状態で流れる流体に紫外線を効果的に作用させて殺菌効果を高めることができる。

本実施の形態によれば、第１光源２８および第２光源３０から出力される紫外線の大半が流路管２２の内部に入射するよう構成され、流路管２２の内部に入射する紫外線は、流路管２２の内周面２２ｂにて反射を繰り返しながら軸方向に伝搬していく。そのため、第１光源２８および第２光源３０から出力される紫外線を効率的に利用して殺菌効率を高めることができる。また、第１端部３２および第２端部３４に紫外線の入射を妨げない範囲で突出部３２ａ，３４ａが設けられているため、流路管２２の内部により多くの紫外線が閉じ込められることとなり、紫外線の利用効率を高めることができる。

本実施の形態によれば、第１光源２８および第２光源３０から出力される紫外線の大半を流路管２２の内部に閉じ込めることができるため、流路管２２の外部に漏れ出す紫外線の量を低減できる。また、第１筐体２４および第２筐体２６が紫外線を反射しにくい材料で構成されるため、紫外線が第１筐体２４または第２筐体２６の内面を反射しながら伝搬するのを防ぎ、流入管４２や流出管７２から流体殺菌装置２０の外に紫外線が漏洩しないようにできる。これにより、流体殺菌装置２０の安全性を高めるとともに、流入管４２や流出管７２に接続される樹脂製のチューブやコネクタ等が紫外線の照射を受けて劣化する影響を低減できる。

本実施の形態に係る流体殺菌装置２０では、第１整流室３８や第２整流室５８に更なる狭路を設けている。図５は、図３の第１整流室３８近傍の拡大図である。なお、図３では狭路を形成するための凸部の図示が省略されている。

図５に示すように、流体殺菌装置２０は、通過する流体が殺菌処理される処理流路３６が形成されている流路管２２と、処理流路３６に向かって紫外線を照射する第１光源２８と、流路管２２の外周面２２ｃと交差する向きに形成された流入路４２ｂと、流入路４２ｂと、処理流路３６とを連通する連通路７８と、を備える。連通路７８は、流入路４２ｂから流路管２２の第１端部３２の開口２２ｄへ向かう途中に、流入路側よりも狭くなった狭路８０を有する。

これにより、狭路８０が、流入路４２ｂから流路管２２の第１端部３２への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。特に、光源に近い流路管２２の第１端部３２の近傍において流れに乱れが生じるのを抑え、流れを整流化させることができる。

連通路７８は、流路管２２と、流路管２２の第１端部３２の開口２２ｄおよび開口２２ｄ近傍の外周面２２ｃを覆う第１筐体２４との間に形成されている。これにより、複数の部材の形状を工夫することで、複数の部材の間の隙間として連通路７８を構成できる。

例えば、図５に示す流路管２２は、流路管２２の外周面２２ｃの流入路４２ｂと対向する部分よりも開口２２ｄ側に凸部８２が形成されており、凸部８２と第１筐体２４の内周面２４ａとの間に狭路８０が形成されている。これにより、流路管２２に簡易な形状を形成することで狭路８０を構成できる。

本実施の形態に係る凸部８２は、流路管２２の外周面２２ｃの周方向に環状に形成されている。これにより、流路管２２の外周の全体にわたって流体の流れを比較的均一に整えることができる。なお、凸部８２は、必ずしも全周にわたって形成されている場合だけでなく部分的に形成されていてもよい。また、凸部の高さを部分的に変えてもよい。例えば、前述のように、流体の流速は流入口４２ａから相対的に遠い位置の流れが遅くなる傾向にある。そこで、流入口４２ａの近傍の連通路７８に形成される凸部８２ａの高さよりも、流入口４２ａの反対側（図５の下側）の連通路７８に形成される凸部８２ｂの高さを高くしてもよい。これにより、凸部８２ｂと第１筐体２４の内周面２４ａとの間の狭路８０が、流入路４２ｂから流路管２２の第１端部３２への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。

なお、凸部８２は、流路管２２の外周面２２ｃに設けられているが、例えば、流路管２２の開口２２ｄの周囲の端面２２ｅに設けてもよい。また、第１整流室３８と同様の凸部を第２整流室５８にも設けてよい。

図６は、第２の実施の形態の変形例に係る流体殺菌装置の第１整流室３８近傍の拡大図である。

図６に示すように、第１筐体２４は、第１筐体２４の内周面２４ａの流入路４２ｂが形成されている領域よりも開口２２ｄ側に凸部８４が形成されており、凸部８４と流路管２２の外周面２２ｃとの間に狭路８６が形成されている。これにより、第１筐体２４に簡易な形状を形成することで狭路８６を構成できる。

本実施の形態に係る凸部８４は、第１筐体２４の内周面２４ａの周方向に環状に形成されている。これにより、流路管２２の外周の全体にわたって流体の流れを比較的均一に整えることができる。なお、凸部８４は、必ずしも全周にわたって形成されている場合だけでなく部分的に形成されていてもよい。また、凸部の高さを部分的に変えてもよい。例えば、前述のように、流体の流速は流入口４２ａから相対的に遠い位置の流れが遅くなる傾向にある。そこで、流入口４２ａの近傍の連通路７８に形成される凸部８４ａの高さよりも、流入口４２ａの反対側（図６の下側）の連通路７８に形成される凸部８４ｂの高さを高くしてもよい。これにより、凸部８４ｂと流路管２２の外周面２２ｃとの間の狭路８６が、流入路４２ｂから流路管２２の第１端部３２への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の斜視図である。図８は、第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の分解斜視図である。図９は、第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の上面図である。図１０は、図９に示す流体殺菌装置のＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態に係る流体殺菌装置２００は、流路管２０２と、第１筐体２０４と、第２筐体２０６と、流入管２０８と、流出管２１０と、光源２１２と、窓部材２１４と、Ｏリング２１６ａ〜２１６ｆと、リング部材２１８と、プレート２２０と、カバー部材２２２，２２４と、半リング状プレート２２６ａ〜２２６ｄと、Ｕ字の抜け止めピン２２８ａ，２２８ｂを備える。

流路管２０２の外周面には複数の溝（凹部）や突条が周方向に形成されている。第１筐体２０４は、筒状の部材であり、側面に流入管２０８が装着される開口２０４ａが形成されている。流入管２０８は、Ｏリング２１６ａを介して第１筐体２０４に所定位置まで挿入される。また、流入管２０８は、第１筐体２０４の軸方向の端面に形成されたスリット２０４ｂから挿入された抜け止めピン２２８ａが、流入管２０８の基部に形成されている溝２０８ａと係合することで、所定位置で抜け止め固定される。

同様に、第２筐体２０６は、筒状の部材であり、側面に流出管２１０が装着される開口２０６ａが形成されている。流出管２１０は、Ｏリング２１６ｂを介して第２筐体２０６に所定位置まで挿入される。また、流出管２１０は、第２筐体２０６の軸方向の端面に形成されたスリット（不図示）から挿入された抜け止めピン２２８ｂが、流出管２１０の基部に形成されている溝２１０ａと係合することで、所定位置で抜け止め固定される。

流路管２０２は、外周面２０２ａに形成されている環状スリット２０２ｂに、２つの半リング状プレート２２６ａ，２２６ｂが装着された状態で、かつ、環状の凹溝２０２ｃにＯリング２１６ｃを装着した状態で、第１筐体２０４の軸方向の一方の開口から所定位置まで挿入される。その後、２つの半リング状プレート２２６ａ，２２６ｂが第１筐体２０４にネジ２３０でネジ止めされることで、流路管２０２が第１筐体２０４に対して位置決め固定される。また、第１筐体２０４の軸方向の他方の開口は、Ｏリング２１６ｄを介して窓部材２１４で封止される。リング部材２１８は、窓部材２１４を押圧しながら第１筐体２０４にネジ２３２でネジ止めされる。

カバー部材２２２は、リング部材２１８の開口に合わせた位置に光源２１２が載置された状態で、ネジ２３４でリング部材２１８にネジ止めされる。

また、流路管２０２は、外周面２０２ａに形成されている環状スリット２０２ｄに、２つの半リング状プレート２２６ｃ，２２６ｄが装着された状態で、かつ、環状の凹溝２０２ｅにＯリング２１６ｅを装着した状態で、第２筐体２０６の軸方向の一方の開口から所定位置まで挿入される。その後、２つの半リング状プレート２２６ｃ，２２６ｄが第２筐体２０６にネジ２３０でネジ止めされることで、流路管２０２が第２筐体２０６に対して位置決め固定される。また、第２筐体２０６の軸方向の他方の開口は、Ｏリング２１６ｆを介してプレート２２０で封止される。カバー部材２２４は、プレート２２０を押圧しながら第２筐体２０６にネジ２３２でネジ止めされる。

図１１は、図１０の流入管２０８と第１筐体２０４との接続部近傍を模式的に示した拡大図である。なお、流出管２１０と第２筐体２０６との接続部近傍も同様の構成である。

図１１に示す流路管２０２は、流路管２０２の外周面２０２ａの流入路２０８ｂと対向する部分に凹部２０２ｆが形成されている。これにより、流路管２０２に簡易な形状を形成することで、凹部２０２ｆに隣接する領域を狭路２３６として構成できる。

本実施の形態に係る凹部２０２ｆは、流路管２０２の外周面２０２ａの周方向に環状に形成されていている。これにより、流路管２０２の外周の全体にわたって流体の流れを整えることができる。

狭路２３６は、凹部２０２ｆより流路管２０２の開口２０２ｇ側に設けられている。これにより、凹部２０２ｆと開口２０２ｇとの間で流体の流れを整えることができる。

なお、流出管２１０と第２筐体２０６との接続部近傍も同様の構成である。

次に、流体殺菌装置２００における流入管２０８の回転機構について説明する。なお、流出管２１０の回転機構は流入管２０８と同様である。

流入管２０８は、流入管２０８が第１筐体２０４に対して回転できるように、第１筐体２０４の外周面に形成されている開口２０４ａに装着されている。具体的には、流入管２０８は、溝２０８ａに抜け止めピン２２８ａが係合しているだけであり、第１筐体２０４から外れることはない。しかしながら、流入管２０８は、第１筐体２０４の開口２０４ａの中心を軸として、第１筐体２０４に対して回転可能に支持されている。同様に、流出管２１０は、第２筐体２０６に対して回転可能に支持されている。

流入管２０８および流出管２１０は、図７に示すように、流入路２０８ｂおよび流出路２１０ｂがＬ字状（クランク状）になっている。また、流入管２０８が第１筐体２０４に対して回転可能であり、流出管２１０が第２筐体２０６に対して回転可能に構成されている。この構成により、流体殺菌装置２００を設置する場所によって流入管２０８や流出管２１０の向きを変えることが可能となり、流体殺菌装置２００の性能を発揮しやすい姿勢で設置できる。具体的には、通常の流体を流せば十分な単なる配管と異なり、流体殺菌装置２００では、内部に気泡が溜まった状態では、性能が十分発揮できない。そのため、流体殺菌装置２００の設置時に混入した気泡は、装置動作前には外部へ抜く必要がある。そこで、装置の設置時は気泡が抜けやすい向きで流体を充填しつつ、気泡が抜けた段階で、設置場所に合わせた接続状態へ流入管２０８や流出管２１０の向きを変えればよい。

また、本実施の形態に係る流体殺菌装置２００は、第１筐体２０４や第２筐体２０６が流路管２０２の軸に対して回転できるように、流路管２０２の端部に装着されている。具体的には、第１筐体２０４は、半リング状プレート２２６ａ，２２６ｂによって流路管２０２に係止されていることで抜け止めがなされているが、流路管２０２の開口２０２ｇの中心を軸とした回転方向には回転が可能である（図７参照）。これにより、流体殺菌装置２００を設置する場所によって、第１筐体２０４や第２筐体２０６を流路管２０２に対して回転することで、間接的に流出管や流入管の向きを変えることが可能となり、流体殺菌装置２００の性能を発揮しやすい姿勢で設置したり動作させたりできる。

本実施の形態に係る流体殺菌装置２００は、図７乃至図１１に示すように、通過する流体が殺菌処理される処理流路が形成されている流路管２０２と、処理流路に向かって紫外線を照射する光源２１２と、流路管２０２の外周面２０２ａと交差する向きに形成された流入路２０８ｂと、流入路２０８ｂと処理流路とを連通する連通路２３８と、を備える。連通路２３８は、流入路２０８ｂから流路管２０２の一方の端部の開口２０２ｇへ向かう途中に、流入路側よりも狭くなった狭路２３６を有する。

これにより、狭路２３６が、流入路２０８ｂから流路管２０２の一方の端部への直接的な流れを妨げ、流れを他へ分散させることで整流する。特に、光源に近い流路管２０２の一方の端部の近傍において流れに乱れが生じるのを抑え、流れを整流化させることができる。

また、流体殺菌装置２００に用いられるＯリング２１６ａ〜２１６ｆは、流体と触れる個所に配置されているため、流体内を伝搬した紫外線が照射される可能性がある。そのため、Ｏリング２１６ａ〜２１６ｆは、耐紫外線を考慮したフッ素を含有する材料で構成されている。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

第３の実施の形態においては、いわゆる二重管構造の流体殺菌装置２００の第１筐体２０４や第２筐体２０６と流路管２０２との接続部、第１筐体２０４と流入管２０８との接続部、第２筐体２０６と流出管２１０との接続部のそれぞれに回転機構を設けた場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図１のような構造の流水殺菌装置に回転機構を設けてもよい。

また、第３の実施の形態に示したような回転機構を各筐体と流路管との間に設ける場合、流路管に対して筐体が相対回転しても常に流入路や流出路の近傍に狭路が位置するように、狭路を流路管の外周全体に均一に設けることが好ましい。一方で、回転機構を各筐体と流路管との間に設けない場合には、流入路や流出路に近い側にのみ狭路を形成してもよい。

また、図１０に示した流体殺菌装置２００のように、流路管の一方の端部のみに光源を配置する場合には、光源が配置されていない他方の端部側から流体を流入させた方が、光源に向かう流れがより安定して殺菌効率が向上する。つまり、光源２１２が配置されている第１筐体２０４に流出管２１０を接続し、第２筐体２０６に流入管２０８を接続してもよい。

２０ 流体殺菌装置、 ２２ 流路管、 ２２ａ 側壁、 ２２ｂ 内周面、 ２２ｃ 外周面、 ２２ｄ 開口、 ２２ｅ 端面、 ２４ 第１筐体、 ２４ａ 内周面、 ２６ 第２筐体、 ２８ 第１光源、 ３０ 第２光源、 ３２ 第１端部、 ３４ 第２端部、 ３６ 処理流路、 ３８ 第１整流室、 ４０ 第１光源室、 ４２ 流入管、 ４２ａ 流入口、 ４２ｂ 流入路、 ７２ 流出管、 ７２ａ 流出口、 ７８ 連通路、 ８０ 狭路、 ８２，８２ａ，８２ｂ，８４，８４ａ，８４ｂ 凸部、 ８６ 狭路。

Claims (9)

1. 通過する流体が殺菌処理される処理流路が形成されている流路管と、
   前記処理流路に向かって紫外線を照射する光源と、
   前記流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路または流出路と、
   前記流入路または前記流出路と、前記処理流路とを連通する連通路と、を備え、
   前記連通路は、流入路または流出路から該流路管の一方の端部の開口へ向かう途中に、流入路側または流出路側よりも狭くなった狭路を有し、
   前記連通路は、前記流路管と、該流路管の一方の端部の開口および該開口近傍の外周面を覆う筐体との間に形成されており、
   前記流路管は、該流路管の外周面の前記流入路または前記流出路と対向する部分よりも前記開口側に凸部が形成されており、該凸部と前記筐体の内周面との間に前記狭路が形成されており、
   前記凸部は、前記流路管の外周面の周方向に環状に形成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
2. 通過する流体が殺菌処理される処理流路が形成されている流路管と、
   前記処理流路に向かって紫外線を照射する光源と、
   前記流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路または流出路と、
   前記流入路または前記流出路と、前記処理流路とを連通する連通路と、を備え、
   前記連通路は、流入路または流出路から該流路管の一方の端部の開口へ向かう途中に、流入路側または流出路側よりも狭くなった狭路を有し、
   前記連通路は、前記流路管と、該流路管の一方の端部の開口および該開口近傍の外周面を覆う筐体との間に形成されており、
   前記筐体は、該筐体の内周面の前記流入路または前記流出路が形成されている領域よりも前記開口側に凸部が形成されており、該凸部と前記流路管の外周面との間に前記狭路が形成されており、
   前記凸部は、前記筐体の内周面の周方向に環状に形成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
3. 前記流路管は、該流路管の外周面の前記流入路または前記流出路と対向する部分に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体殺菌装置。
4. 前記凹部は、前記流路管の外周面の周方向に環状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の流体殺菌装置。
5. 前記狭路は、前記凹部より前記流路管の開口側に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の流体殺菌装置。
6. 前記連通路は、流体が前記流路管の外周面に沿って第１方向に向かう流れと、流体が前記処理流路に沿って前記第１方向と反対方向の第２方向に向かう流れとをつなぐＵ字路を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
7. 前記流出路または前記流入路を構成する流出管または流入管を更に備え、
   前記流出管または前記流入管は、前記筐体の外周面に形成されている開口に装着されているとともに、該開口の中心を軸として前記筐体に対して回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体殺菌装置。
8. 前記筐体は、該筐体が前記流路管の開口の中心を軸とした回転方向に対して回転できるように、前記流路管の一方の端部に装着されていることを特徴とする請求項１、２または７に記載の流体殺菌装置。
9. 前記連通路は、前記流入路の出口または前記流出路の入口と対向する領域に設けられており、流体の流れを所定の方向に変化させるための規制流路であり、
   前記規制流路は、前記流入路の出口または前記流出路の入口から前記流路管の端部に向かう曲路を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

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