JP6654832B2 - 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、筐体の内部に石英の流路管を設けるとともに、流路に沿って複数の紫外光発光素子を並べた流水殺菌モジュールが挙げられる。（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２３３６４６号公報

筐体の内部に石英の流路管を設ける場合、光源部と流路管との間のシールのための構造が必要となり、装置の大型化やコストの増加につながりうる。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。

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、小型で殺菌能力の高い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、長手方向に延在する流路管と、流路管に沿って長手方向に延在し、流路管の外周を囲う筐体と、筐体の内側であって流路管の外側に設けられ、流路管内を流れる流体に向けて紫外光を照射する発光素子と、を備える。筐体の内面は、発光素子からの紫外光を反射する材料で構成され、筐体の内面の長手方向と直交する断面形状は、流路管の長手方向と直交する断面形状と非相似形状である。

この態様によると、流路管の外側に発光素子を配置しているため、流路と発光素子との間をシールするための部材が不要となる。また、発光素子および流路管を囲う筐体の内面が紫外光を反射する材料で構成されるため、発光素子からの紫外光を筐体の内面で反射させて流路管を流れる流体に効果的に照射できる。また、筐体の内面形状と流路管の断面形状とを非相似形状にすることで、発光素子からの紫外光の強度分布を均一化して流体に照射することができる。したがって、本態様によれば、シンプルで小型化が容易な構造を用いながら殺菌能力を向上させることができる。

流路管の断面形状は、円形であり、筐体の内面の断面形状は、多角形であってもよい。

筐体の内面の断面形状は、四角形であってもよい。

流路管は、発光素子からの紫外光を透過する樹脂材料で構成されてもよい。

流路管の第１端部に接続される第１コネクタと、流路管の第２端部に接続される第２コネクタと、をさらに備えてもよい。筐体は、第１コネクタと第２コネクタの間に挟み込まれて固定されてもよい。

筐体は、長手方向に沿って延びる側壁と、流路管が挿通される第１開口が形成される第１端壁と、流路管が挿通される第２開口が形成される第２端壁とを有してもよい。殺菌装置は、第１端壁と第１コネクタの間で流路管の外周を囲うように設けられる第１スペーサと、第２端壁と第２コネクタの間で流路管の外周を囲うように設けられる第２スペーサと、をさらに備えてもよい。

本発明の殺菌装置によれば、小型で殺菌能力の高い装置を提供できる。

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１の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。

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断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面を示す。殺菌装置１０は、飲料水などの流体を第１コネクタ３０を通じて流路管１２に流入させ、流路管１２を通る流体に複数の発光素子４０からの紫外光を照射して流体に殺菌処理を施す。

殺菌装置１０は、流路管１２と、筐体２０と、第１コネクタ３０と、第２コネクタ３２と、第１スペーサ３４と、第２スペーサ３６と、複数の発光素子４０と、基板４２とを備える。

流路管１２は、長手方向と直交する断面が円形の直管である。流路管１２は、発光素子４０からの紫外光を透過する材料で構成されており、例えば、石英（ＳｉＯ_２）やフッ素樹脂などで構成される。流路管１２は、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマ）などのフッ素樹脂で構成されることが好ましい。流路管１２を樹脂製とすることで、石英ガラスを用いる場合よりも衝撃に強い構造にできる。

流路管１２の両端には、チューブコネクタである第１コネクタ３０および第２コネクタ３２が接続される。流路管１２の第１端部１４には第１コネクタ３０が接続され、流路管１２の第２端部１６には第２コネクタ３２が接続される。第１コネクタ３０および第２コネクタ３２は、樹脂材料や金属材料で構成される。第１コネクタ３０および第２コネクタ３２は、例えば、流路管１２の内側に嵌め込んで流路管１２に固定するタイプのチューブコネクタである。なお、第１コネクタ３０および第２コネクタ３２は、他の態様で流路管１２の端部に固定するタイプのチューブコネクタであってもよい。

筐体２０は、直方体形状を有し、照射室５０を区画する。筐体２０は、流路管１２の長手方向に沿って延在する側壁２２と、流路管１２が挿通される第１開口２５が形成される第１端壁２４と、流路管１２が挿通される第２開口２７が形成される第２端壁２６とを有する。

側壁２２は、流路管１２の外周を囲う四面の壁面により構成され、図２に示すように、長手方向と直交する断面形状が四角形である。側壁２２は、長手方向の長さが第１コネクタ３０と第２コネクタ３２の間の距離よりも少しだけ短くなるように形成される。第１端壁２４および第２端壁２６は、側壁２２の断面形状に対応した形状を有する。第１開口２５および第２開口２７は、流路管１２の外径よりも少しだけ大きくなるように形成されている。

筐体２０の内面２１は、発光素子４０からの紫外光の反射率が高い部材で構成され、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂材料で構成される。筐体２０は、内面２１がこれらの部材で被覆されてもよいし、筐体２０がこれらの部材で構成されてもよい。例えば、筐体２０をアルミニウムで構成するとともに内面２１を鏡面仕上げとすることで、内面２１の紫外光反射率を高めるとともに、筐体２０を発光素子４０のヒートシンクとして用いることができる。

複数の発光素子４０は、筐体２０の内側であって流路管１２の外側に設けられ、流路管１２の長手方向に沿って並べて配置される。発光素子４０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〜３５０ｎｍの範囲に含まれる。発光素子４０は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２７０ｎｍ付近の紫外光を発するＬＥＤであることが好ましい。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。

複数の発光素子４０は、基板４２に実装されている。基板４２は、側壁２２を構成する四面の壁面の一つに取り付けられている。基板４２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スペーサ３４は、リング形状の部材であり、流路管１２に挿通され、筐体２０の第１端壁２４と第１コネクタ３０の間に挟み込まれる。同様に、第２スペーサ３６は、リング形状の部材であり、流路管１２に挿通され、筐体２０の第２端壁２６と第２コネクタ３２の間に挟み込まれる。第１スペーサ３４および第２スペーサ３６は、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂で構成される。

第１スペーサ３４および第２スペーサ３６は、第１コネクタ３０と第２コネクタ３２の間に筐体２０を挟み込んで固定させる。筐体２０をこのように固定することで、筐体２０を流路管１２の外周面に固定させる構造が不要となり、殺菌装置１０の構造をシンプルにできる。また、第１スペーサ３４によって流路管１２と第１開口２５の間の隙間を塞ぐとともに、第２スペーサ３６によって流路管１２と第２開口２７の間の隙間を塞ぐことができ、筐体２０の外部に発光素子４０が発する紫外光が漏れないようにできる。

以上の構成によれば、殺菌装置１０の処理対象となる流体は、第１コネクタ３０を通じて流路管１２に流入し、流路管１２を通って第２コネクタ３２から排出される。流路管１２を通る流体には、複数の発光素子４０からの紫外光が照射されるとともに、筐体２０の内面２１にて反射された紫外光が照射される。このとき、発光素子４０からの紫外光は、流路管１２を囲う四面の壁面で構成される内面２１によって反射され、照射室５０の内部空間において紫外光強度が均一化される。これにより、流路管１２を流れる流体に対してムラなく紫外光を照射することができる。

本実施の形態によれば、処理対象となる流体が流路管１２、第１コネクタ３０および第２コネクタ３２の内側を通る構造としているため、流路と発光素子との間をシールするための構造が不要となる。仮に、紫外光を透過させるための石英ガラス製の板状部材や管状部材を用いる場合、これらと筐体との隙間をＯ−リングなどで封止する構造が必要となり、封止構造を加える分だけ装置が大型化し、部品点数およびコストも増大する。一方、本実施の形態によれば、流路管１２、第１コネクタ３０および第２コネクタ３２で構成されるシンプルな流路構造の外側に発光素子４０を配置しているため、特別なシール構造が不要となる。したがって、小型でコストの低い殺菌装置１０を実現できる。

本実施の形態によれば、照射室５０を区画する筐体２０によって流路管１２の外周が囲われるため、発光素子４０からの紫外光を効率的に流体に照射することができる。また、断面形状が円形の流路管１２に対して、筐体２０の断面形状を非相似形状である四角形とすることで、筐体２０の内面２１による反射を利用して照射室５０内部の紫外光を均一化できる。照射する紫外光の強度を均一化することで、部分的に紫外光の照射量が不足するために十分に殺菌されない流体が排出されてしまうことを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、シンプルな構造にて殺菌装置１０の殺菌能力を向上させることができる。

本実施の形態によれば、筐体２０を流路管１２の外周面に対して固定する構造ではなく、第１コネクタ３０と第２コネクタ３２の間に挟み込んで固定する構造としているため、筐体２０を固定するための構造をシンプルにできる。また、流路管１２の外周面に力がかかりにくい構造となっているため、流路管１２が破損しにくい構造とできる。したがって、本実施の形態によれば、殺菌装置１０の耐久性を高めることができる。

本実施の形態によれば、筐体２０が流体と接触しない構造としているため、筐体２０の内面２１などが流体によって腐食しないようにできる。特に、筐体２０の内面２１としてアルミニウムを使用し、流体として水道水を通水する場合、水道水に含まれる塩素やミネラル分がアルミニウムと反応して内面が劣化してしまう。一方、本実施の形態によれば、流体とアルミニウムが接触しない構造としているため、筐体２０の内面２１が腐食して反射率が低下し、紫外光の照射効率が低下してしまう影響を防ぐことができる。

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。

変形例においては、筐体２０の断面形状を三角形や六角形などの多角形状としてもよい。なお、筐体の断面形状として五角形は避けることが望ましい。五角形の筐体を採用すると、五面の壁面にて反射される紫外光が一部分に集中してしまうため、紫外光強度が均一化されず、照射量にムラが生じてしまうためである。

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…殺菌装置、１２…流路管、１４…第１端部、１６…第２端部、２０…筐体、２１…内面、２２…側壁、２４…第１端壁、２５…第１開口、２６…第２端壁、２７…第２開口、３０…第１コネクタ、３２…第２コネクタ、３４…第１スペーサ、３６…第２スペーサ、４０…発光素子。

Claims (5)

1. 長手方向に延在する流路管と、
   前記流路管に沿って長手方向に延在する複数の側壁を有し、前記流路管の外周を囲う筐体と、
   前記流路管の外周と対向する前記筐体の内面に設けられ、前記流路管内を流れる流体に向けて紫外光を照射する発光素子と、を備え、
   前記筐体の前記複数の側壁は、アルミニウムで構成され、前記発光素子からの紫外光を反射させ、前記発光素子のヒートシンクとして機能し、
   前記筐体の内面の前記長手方向と直交する断面形状は、五角形を除く多角形であり、前記流路管の前記長手方向と直交する断面形状と非相似形状であることを特徴とする殺菌装置。
2. 前記発光素子を複数備え、複数の前記発光素子は、前記筐体の複数の側壁のいずれか一つの側壁に前記流路管の長手方向に並んで取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
3. 前記流路管は、前記発光素子からの紫外光を透過する樹脂材料で構成さ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. 前記流路管の第１端部に接続される第１コネクタと、
   前記流路管の第２端部に接続される第２コネクタと、をさらに備え、
   前記筐体は、前記第１コネクタと前記第２コネクタの間に挟み込まれて固定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. 前記筐体は、前記流路管が挿通される第１開口が形成される第１端壁と、前記流路管が挿通される第２開口が形成される第２端壁とを有し、
   前記殺菌装置は、前記第１端壁と前記第１コネクタの間で前記流路管の外周を囲うように設けられる第１スペーサと、前記第２端壁と前記第２コネクタの間で前記流路管の外周を囲うように設けられる第２スペーサと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の殺菌装置。

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