JP6810012B2

JP6810012B2 - 流体殺菌装置および流体殺菌装置の制御方法

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Publication number: JP6810012B2
Application number: JP2017200333A
Authority: JP
Inventors: 真也渡邊
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: JP2019072179A

Description

本発明は、流体殺菌装置に関し、特に、紫外光を照射して流体を殺菌する技術に関する。

水などの流体に紫外光を照射して流体を連続的に殺菌する装置が知られている。例えば、流路を構成する直管の長手方向に紫外光を照射する装置が挙げられる。また、流体への紫外光照射効率を高めるため、流路内壁面の材料として紫外光の反射率が高い材料が用いられる。さらに殺菌性能をモニタリングするため、紫外光の光量を計測するための受光部が設けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−６０６６８号公報

流路内を通過する紫外光の計測結果が変化する場合、その原因として、光源の光強度変化および流路内壁面への汚れの付着による流路内壁面の紫外光反射率の変化などが考えられる。殺菌装置の状態を適切にモニタリングするためには、光源変化の影響と内壁面の変化の影響とを切り分けて計測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流路を囲う内面を有する直管と、直管内に向けて紫外光を照射する複数の発光素子を含む光源部と、直管内を通過した紫外光を受光し、受光した紫外光の光量を計測する受光部と、受光部から取得する光量情報に基づいて直管内の紫外光の光量変化をモニタする制御装置と、を備える。制御装置は、複数の発光素子の一部を点灯させる第１点灯パターンで光源部を動作させるときに受光部から取得する第１光量情報と、複数の発光素子の別の一部を点灯させる第２点灯パターンで光源部を動作させるときに受光部から取得する第２光量情報とに基づいて、直管内での紫外光の光量変化のうち内面の状態変化に起因する光量変化成分を示す内面変化パラメータを算出する。

この態様において、光源部に含まれる複数の発光素子の位置が異なることから、各発光素子から出力される紫外光はそれぞれが異なる経路で受光部に到達しうる。例えば、一部の発光素子については、直管の内面で反射されずに受光部に到達する紫外光の割合が大きく、別の発光素子については、直管の内面で反射されて受光部に到達する紫外光の割合が大きくなりうる。その結果、異なる発光素子を点灯させる複数の点灯パターンのそれぞれの光量情報を取得して解析することで、直管の内面で反射されて受光部に到達する紫外光の光量変化成分を切り分けて算出できる。これにより、直管の内面の状態を適切にモニタリングできる。

制御装置は、内面が初期状態である条件下で第１点灯パターンで光源部を動作させるときに内面にて反射されずに受光部に到達する第１直接光成分の光量と、内面にて反射されて受光部に到達する第１反射光成分の光量とに関する情報を含む第１初期パラメータと、内面が初期状態である条件下で第２点灯パターンで光源部を動作させるときに内面にて反射されずに受光部に到達する第２直接光成分の光量と、内面にて反射されて受光部に到達する第２反射光成分の光量とに関する情報を含む第２初期パラメータとを保持し、第１初期パラメータおよび第２初期パラメータを用いて内面変化パラメータを算出してもよい。

流体殺菌装置は、第１初期パラメータにおける第１直接光成分と第１反射光成分の光量比と、第２初期パラメータにおける第２直接光成分と第２反射光成分の光量比とが異なる値となるように構成されてもよい。

光源部は、直管の軸方向に紫外光を照射するように直管の第１端部に配置され、受光部は、直管内を軸方向に通過した紫外光を受光するように直管の第１端部とは反対側の第２端部に配置され、かつ、直管の中心軸からずれた位置に配置されてもよい。

光源部は、直管の軸方向に紫外光を照射するように直管の第１端部に配置され、受光部は、直管内を軸方向に通過した紫外光を受光するように直管の第１端部とは反対側の第２端部に配置され、かつ、受光部の受光面が直管の軸方向に対して傾斜するように配置されてもよい。

光源部は、複数の発光素子が実装される実装面を有する基板を含み、実装面の第１領域に第１点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、実装面の第１領域とは異なる第２領域に第２点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、第１領域および第２領域は、直管の周方向に異なる位置に設けられてもよい。

光源部は、複数の発光素子が実装される実装面を有する基板を含み、実装面の第１領域に第１点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、実装面の第１領域とは異なる第２領域に第２点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、第１領域および第２領域は、直管の径方向に異なる位置に設けられてもよい。

制御装置は、算出した内面変化パラメータに基づいてアラート情報を外部出力してもよい。

制御装置は、算出した内面変化パラメータに基づいて複数の発光素子の全てを点灯させるときの駆動電流値を制御してもよい。

本発明の別の態様は、流体殺菌装置の制御方法である。流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が流れる流路を囲う内面を有する直管と、直管内に向けて紫外光を照射する複数の発光素子を含む光源部と、直管内を通過した紫外光を受光し、受光した紫外光の光量を計測する受光部と、を備える。この方法は、複数の発光素子の一部を点灯させる第１点灯パターンで光源部を動作させ、受光部から第１光量情報を取得するステップと、複数の発光素子の別の一部を点灯させる第２点灯パターンで光源部を動作させ、受光部から第２光量情報を取得するステップと、第１光量情報および第２光量情報に基づいて、直管内での紫外光の光量変化のうち内面の状態変化に起因する光量変化成分を示す内面変化パラメータを算出するステップと、を備える。

この態様において、光源部に含まれる複数の発光素子の位置が異なることから、各発光素子から出力される紫外光はそれぞれが異なる経路を辿って受光部に到達しうる。例えば、一部の発光素子については、直管の内面で反射されずに受光部に到達する紫外光の割合が大きく、別の発光素子については、直管の内面で反射されて受光部に到達する紫外光の割合が大きくなりうる。その結果、異なる発光素子を点灯させる複数の点灯パターンのそれぞれの光量情報を取得して解析することで、直管の内面で反射されて受光部に到達する紫外光の光量変化成分を切り分けて算出できる。これにより、直管の内面の状態を適切にモニタリングできる。

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。

実施の形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態に係る光源部の構成を概略的に示す平面図である。変形例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。変形例に係る光源部の構成を概略的に示す平面図である。変形例に係る流体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、流路１２と、光源部１４と、受光部１６と、制御装置１８とを備える。流体殺菌装置１０は、筐体２０の内部に区画される流路１２を流れる流体に紫外光を照射して殺菌処理を施すために用いられる。

筐体２０は、第１端部２１と、第２端部２２と、側壁２３と、流出管２６と、流入管２７とを有する。側壁２３は、第１端部２１から第２端部２２に向けて軸方向（中心軸Ａに沿う方向）に延びる直管であり、例えば円筒形状である。第１端部２１の近傍には流出管２６が設けられ、第２端部２２の近傍には流入管２７が設けられる。流出管２６および流入管２７は、側壁２３から径方向外側に延びる。

図１において、筐体２０の軸方向をｚ方向とし、流出管２６および流入管２７が延びる方向をｙ方向とし、ｙ方向およびｚ方向に直交する方向をｘ方向としている。図１に示す座標軸は、説明の理解を助けるために設定されるものであり、流体殺菌装置１０の設置態様等を限定するものではない。また、流出管２６および流入管２７が必ずしも同一方向に延びる必要はなく、例えば、流出管２６がｘ方向に延在し、流入管２７がｙ方向に延在してもよい。

筐体２０の材質は特に問わないが、少なくとも筐体２０の内面２５が紫外光に対する耐久性および反射率が高い材料であることが好ましい。筐体２０の内面２５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂やアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料で構成されることが好ましい。

光源部１４は、第１端部２１に設けられる。光源部１４は、複数の発光素子３２と、基板３４とを含む。複数の発光素子３２は、基板３４の実装面３６上に設けられ、筐体２０の軸方向に紫外光Ｂを照射するように配置される。光源部１４から出射される紫外光Ｂは、窓部材３０を通過して筐体２０の内部に照射される。筐体２０の内部に照射される紫外光Ｂは、所定の配光角（例えば９０度〜１５０度程度）を有し、筐体２０の中心軸Ａに沿って軸方向に直線的に進む光成分と、筐体２０の中心軸Ａと交差する方向に進んで内面２５で反射されながら軸方向に進む光成分とを含む。

発光素子３２は、紫外光を発する半導体素子であり、いわゆるＵＶ−ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）である。発光素子３２は、発光の中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれ、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２９０ｎｍ付近の紫外光を発することが好ましい。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。

窓部材３０は、流路１２と光源部１４の間に設けられる。窓部材３０は、第１端部２１の近傍の凹部２４に嵌め込まれ、シール部材２８により凹部２４との隙間が密閉される。窓部材３０は、紫外光の透過率が高い材料で構成されることが好ましく、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で構成される。

受光部１６は、光源部１４からの紫外光Ｂを受光する。受光部１６は、例えば、紫外光の強度計測が可能なフォトダイオードなどの光量センサを含み、受光した紫外光の光量に関する情報を制御装置１８に送信する。受光部１６は、流路１２を流れる流体を通過した紫外光Ｂを計測するよう配置される。受光部１６は、第２端部２２に設けられ、筐体２０の第２端部２２に到達する紫外光を受光する。図示する例において、受光部１６は筐体２０の中心軸Ａから径方向にずれた位置に設けられ、例えば中心軸Ａからｙ方向にずれた位置に設けられる。受光部１６は、受光部１６の受光面１７が軸方向（ｚ方向）と直交するように配置される。

制御装置１８は、受光部１６からの光量情報をモニタする。制御装置１８は、例えば、受光部１６からの光量に基づいて光源部１４の駆動電流を制御し、受光部１６の光量情報が所定の閾値以上となるように光源部１４の駆動電流を調整する。制御装置１８は、光源部１４の駆動電流を増加させたにも拘わらず、依然として所定の閾値を下回る場合、所望の殺菌効果が実現できない旨を示すアラート情報を外部出力する。

図２は、光源部１４の構成を概略的に示す平面図である。基板３４は、円筒形状の筐体２０に対応する円形状である。複数の発光素子３２は、円形の実装面３６上に二次元アレイ状に配列されている。実装面３６は、第１領域Ｃ１と、第１領域Ｃ１とは異なる第２領域とに区分される。第１領域Ｃ１に実装される発光素子３２（第１発光素子３２ａともいう）と、第２領域Ｃ２に実装される発光素子３２（第２発光素子３２ｂともいう）とは、それぞれが独立して点灯できるように構成される。なお、第１発光素子３２ａと第２発光素子３２ｂは、実質的に同じ特性である。

光源部１４は、複数の点灯パターンで動作することが可能である。第１点灯パターンでは、第１領域Ｃ１に実装される第１発光素子３２ａのみが点灯し、第２領域Ｃ２に実装される第２発光素子３２ｂは点灯しない。一方、第２点灯パターンでは、第２領域Ｃ２に実装される第２発光素子３２ｂのみが点灯し、第１領域Ｃ１に実装される第１発光素子３２ａは点灯しない。また、全点灯パターンでは、第１領域Ｃ１の第１発光素子３２ａおよび第２領域Ｃ２の第２発光素子３２ｂの双方が点灯する。第１点灯パターンおよび第２点灯パターンは、主に流体殺菌装置１０のモニタリングのために使用される。全点灯パターンは、主に流路１２を流れる流体の殺菌処理のために使用される。第１点灯パターンおよび第２点灯パターンを用いたモニタリング方法については別途後述する。

図示する例において、第１領域Ｃ１および第２領域Ｃ２は、実装面３６の全体を二等分するように設定され、ｙ方向に異なる位置に設定される。第１領域Ｃ１および第２領域Ｃ２は、実装面３６の中心付近を通ってｘ方向に延びる直線を境界とし、この境界線に対して線対称となるように設定されている。なお、実装面３６の中心を基準とする円筒座標系を設定した場合、第１領域Ｃ１は０度〜１８０度の範囲に設定され、第２領域Ｃ２は１８０度〜３６０度の範囲に設定される。この場合、第１領域Ｃ１および第２領域Ｃ２は、周方向に異なる位置に設定されるということもできる。

第１領域Ｃ１および第２領域Ｃ２がｙ方向に異なる位置に設けられ、かつ、受光部１６が中心軸Ａからずれた位置に設けられるため、受光部１６が計測する紫外光の光量は、第１点灯パターンと第２点灯パターンとで異なりうる。図１の構成において、受光部１６は第２領域Ｃ２と正対する位置に設けられるため、第１点灯パターンの紫外光よりも第２点灯パターンの紫外光の方が受光量が多いといった相違が生じうる。また、第１点灯パターンでは、光源部１４から出射されてから内面２５にて反射されずに受光部１６に到達する直接光成分（第１直接光成分ともいう）よりも、内面２５にて反射されてから受光部１６に到達する反射光成分（第１反射光成分ともいう）の方が多いという相違も生じうる。一方、第２点灯パターンでは、光源部１４から出射されてから内面２５にて反射されずに受光部１６に到達する直接光成分（第２直接光成分ともいう）よりも、内面２５にて反射されてから受光部１６に到達する反射光成分（第２反射光成分ともいう）の方が少ないという相違も生じうる。本実施の形態では、点灯パターンに応じて受光部１６が受光する直接光成分と反射光成分の比率が異なりうるという特性を利用して、受光部１６が受光する光量情報から反射光成分を算出し、反射光成分の変化から内面２５の状態変化をモニタする。これにより、例えば、内面２５への汚れの付着による内面２５の反射率低下をモニタできる。

つづいて、本実施の形態に係る反射光成分の算出方法について説明する。
上述の通り、受光部１６にて計測される受光量Ｉは、直接光成分の光量Ｉ_Ｄと反射光成分の光量Ｉ_Ｒの合計と言える。したがって、第１点灯パターンおよび第２点灯パターンにて計測される受光量Ｉ_１，Ｉ_２は、それぞれの直接光成分Ｉ_Ｄ１，Ｉ_Ｄ２および反射光成分Ｉ_Ｒ１，Ｉ_Ｒ２を用いて次式（１）のように記述できる。

式（１）において直接的に得られる値は、第１点灯パターンでの受光部１６の受光量Ｉ_１および第２点灯パターンでの受光部１６の受光量Ｉ_２のみである。しかしながら、流体殺菌装置１０の設計時において、初期状態の直接光成分Ｉ_Ｄ１，Ｉ_Ｄ２および反射光成分Ｉ_Ｒ１，Ｉ_Ｒ２の値を実験的に求めることは可能である。ここで、初期状態とは、流体殺菌装置１０が使用される前の状態であり、筐体２０の内面２５に汚れなどが付着していない状態のことである。

初期状態の第１直接光成分Ｉ_Ｄ１は、例えば、筐体２０の内面２５を紫外光を吸収する材料（例えば黒体材料）で被覆し、第１点灯パターンでの紫外光の光量を受光部１６を計測することで得ることができる。初期状態の第１反射光成分Ｉ_Ｒ１は、初期状態の第１点灯パターンでの受光量Ｉ_１から第１直接光成分Ｉ_Ｄ１を除くことで得られる。同様にして、初期状態の第２直接光成分Ｉ_Ｄ２および第２反射光成分Ｉ_Ｒ２についても実験的に求めることができる。本明細書において、初期状態での第１直接光成分Ｉ_Ｄ１および第１反射光成分Ｉ_Ｒ１を「第１初期パラメータ」ともいう。また、初期状態での第２直接光成分Ｉ_Ｄ２および第２反射光成分Ｉ_Ｒ２を「第２初期パラメータ」ともいう。

次に、流体殺菌装置１０の使用により受光部１６に到達する直接光成分および反射光成分が変化した使用途中の状態（中途状態ともいう）を考える。中途状態では、流体殺菌装置１０の使用に伴う汚れなどにより、初期状態と比べて直接光成分および反射光成分の双方が低下すると考えられる。ここで、直接光成分低下係数ａおよび反射光成分低下係数ｂを導入すると、中途状態での受光部１６の受光量Ｉ_１’，Ｉ_２’は、次式（２）で表すことができる。なお、Ｉ_１’は、中途状態の第１点灯パターンでの受光部１６の受光量であり、Ｉ_２’は、中途状態の第２点灯パターンでの受光部１６の受光量である。

直接光成分の変化の要因として、１）光源部１４の発光素子３２の出力（発光強度）の変化、２）窓部材３０の汚れによる窓部材３０の透過率の変化、３）流路１２を流れる流体の透過率の変化、４）受光部１６の受光感度の変化などが考えられる。一方、反射光成分の変化の要因として、上述の１）〜４）に加えて、５）内面２５の汚れ等による内面２５の反射率の変化が考えられる。これらの要因は、第１点灯パターンと第２点灯パターンのそれぞれに対して同等に作用すると考えられるため、それぞれの点灯パターンの受光量について共通の直接光成分低下係数ａおよび反射光成分低下係数ｂを適用しうる。

上述の式（２）において、係数ａ，ｂの値は未知であるが、それ以外の値は初期パラメータとして既知であるか、受光部１６が計測する光量情報として取得できる。したがって、式（２）で示される連立方程式を解くことにより、未知の係数ａ，ｂを得ることができる。未知の係数ａ，ｂの解は、例えば、次式（３）の行列計算により求めることができる。

さらに、直接光成分低下係数ａと反射光成分低下係数ｂの比率ｃ＝ｂ／ａを計算することにより、上述の１）〜４）の要因を相殺して５）内面２５の反射率変化の影響のみを算出できる。本明細書において、この比率ｃを「内面変化パラメータ」ともいう。このようにして、第１点灯パターンおよび第２点灯パターンの受光量Ｉ_１’，Ｉ_２’から内面変化パラメータｃを算出することができ、内面２５の状態変化に起因する光量変化成分をモニタリングできる。

なお、内面変化パラメータｃの計算精度を向上させるためには、受光部１６により計測される直接光成分と反射光成分の比率の非対称性が重要である。つまり、第１直接光成分Ｉ_Ｄ１および第１反射光成分Ｉ_Ｒ１の比率Ｉ_Ｄ１／Ｉ_Ｒ１と、第２直接光成分Ｉ_Ｄ２および第２反射光成分Ｉ_Ｒ２の比率Ｉ_Ｄ２／Ｉ_Ｒ２とが有意に異なることが好ましく、例えば、両者の差が１０％以上異なることが好ましく、５０％以上異なることがより好ましい。これらの比率の差は、光源部１４における第１領域Ｃ１および第２領域Ｃ２の設定および光源部１４に対する受光部１６の相対位置を変えることにより調整可能である。したがって、このような非対称性が生じるように光源部１４および受光部１６の配置構成を決定することが好ましい。

制御装置１８は、上述の方法に基づいて内面変化パラメータｃを算出する。制御装置１８は、光源部１４を第１点灯パターンで動作させ、第１点灯パターンで計測される第１受光量Ｉ_１’に関する情報を受光部１６から取得する。つづいて、制御装置１８は、光源部１４を第２点灯パターンで動作させ、第２点灯パターンで計測される第２受光量Ｉ_２’に関する情報を受光部１６から取得する。制御装置１８は、上述の初期パラメータをあらかじめ保持しており、式（３）に基づいて、直接光成分低下係数ａおよび反射光成分低下係数ｂを算出し、内面変化パラメータｃを算出する。

制御装置１８は、算出した係数ａ，ｂ，ｃの値に基づいて、光源部１４の駆動電流値を制御してもよい。例えば、算出する係数ａ，ｂ，ｃの値が所定の閾値以上となるように光源部１４の駆動電流値を増やしてもよい。制御装置１８は、算出した係数ａ，ｂ，ｃの値に基づいてアラート情報を外部出力してもよい。例えば、内面変化パラメータｃが所定の閾値未満となる場合、内面２５が汚れていることを知らせるアラート情報を出力してもよい。

制御装置１８は、内面変化パラメータｃを算出するための検査モードを定期的に実行してもよい。制御装置１８は、例えば、３０分、１時間、２時間、４時間、８時間または２４時間毎といった間隔で検査モードを実行してもよい。検査モードでは、第１点灯パターンおよび第２点灯パターンでの紫外光の光量計測が実行される。制御装置１８は、検査モード以外の時間帯において光源部１４を全点灯パターンで動作させる処理モードを実行してもよい。制御装置１８は、全点灯パターンでの紫外光の光量情報を受光部１６から取得し、流体殺菌装置１０の状態を連続的にモニタしてもよい。

以上の構成によれば、流体殺菌装置１０は、流路１２を流れる流体に全点灯パターンの紫外光を照射して殺菌処理を施す。流体殺菌装置１０は、定期的に検査モードを実行し、第１点灯パターンおよび第２点灯パターンの紫外光を受光部１６で計測し、制御装置１８にて内面変化パラメータを算出する。本実施の形態によれば、定期的に内面変化パラメータを算出することで、筐体２０の内面２５の状態を適切にモニタリングでき、流体殺菌装置１０のモニタリング精度を高めることができる。

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。

図３は、変形例に係る流体殺菌装置１０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例では、受光部１６の受光面１７が筐体２０の軸方向に対して傾斜するように配置される。本変形例によれば、受光面１７を傾斜させることにより、第１直接光成分Ｉ_Ｄ１および第１反射光成分Ｉ_Ｒ１の比率Ｉ_Ｄ１／Ｉ_Ｒ１と、第２直接光成分Ｉ_Ｄ２および第２反射光成分Ｉ_Ｒ２の比率Ｉ_Ｄ２／Ｉ_Ｒ２との間に有意な非対称性を生じさせ、内面変化パラメータｃの計算精度を高めることができる。

図４は、変形例に係る光源部１４の構成を概略的に示す断面図であり、図５は、変形例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。本変形例では、第１領域Ｃ１が基板３４の実装面３６の中央に設けられ、第２領域Ｃ２が第１領域Ｃ１より外側の実装面３６の外周に設けられる。また本変形例では、受光部１６が筐体２０の中心軸Ａ上に設けられる。受光部１６を中心軸Ａ上に配置することにより、基板中央の第１領域Ｃ１から受光部１６に向かう紫外光の成分比と、基板外周の第２領域Ｃ２から受光部１６に向かう紫外光の成分比との間に非対称性を生じさせ、内面変化パラメータｃを精度良く求めることができる。

上述の実施の形態では、光源部１４に含まれる複数の発光素子３２を二領域に分ける場合について示した。さらなる変形例では、複数の発光素子３２を三領域以上に区分し、それぞれの領域を点灯させる複数の点灯パターンでの受光部１６の計測結果に基づいて内面変化パラメータｃを算出してもよい。三領域以上に区分される各領域は、径方向に異なる位置に設定されてもよいし、周方向に異なる位置に設定されてもよい。この場合においても、各点灯パターンにおける直接光成分と反射光成分の比率が互いに異なるように光源部１４の領域を設定し、受光部１６を配置することが好ましい。

複数の発光素子３２を三領域以上に区分する場合、最小自乗法などのフィッティング方法を用いて内面変化パラメータｃを算出してもよい。例えば、三以上の点灯パターンの識別番号をｋとし、ｋ番目の点灯パターンでの直接光成分Ｉ_Ｄｋ、反射光成分Ｉ_Ｒｋ、受光部１６での中途状態の受光量Ｉ’_ｋを取得し、Ｉ’_ｋ＝ＡＩ_Ｄｋ＋Ｂの数式に対して最小自乗法を適用して変数Ａ，Ｂを算出してもよい。その後、Ａ＝ａ、Ｂ＝ｂＩ_Ｒｋ、の関係式から係数ａ，ｂを算出し、内面変化パラメータｃを算出してもよい。

上述の実施の形態では、初期状態で計測される直接光成分および反射光成分の光量を初期パラメータとして用いる場合を示した。変形例においては、直接光成分および反射光成分の相対的な比率を初期パラメータとして用いてもよく、例えば、初期状態で計測される光量を規格化した値を初期パラメータとして用いてもよい。その他、式（３）の右辺に示される逆行列の値自体を初期パラメータとして用いてもよい。つまり、初期状態における直接光成分および反射光成分に関する情報を直接的または間接的に示す任意の形式の値を初期パラメータとして用いることができる。

上述の実施の形態では、光源部１４を複数の点灯パターンで点灯させることにより、内面変化パラメータを算出する場合を示した。さらなる変形例では、受光部を異なる位置に設け、それぞれの受光部の計測値を解析することで内面変化パラメータを算出してもよい。この場合、それぞれの受光部で計測される直接光成分と反射光成分の初期状態の値を実験的に求めておくことで、その値に基づいて内面変化パラメータを算出できる。上述の実施の形態と同様に、複数の受光部で計測される直接光成分と反射光成分の比率に非対称性が生じるように複数の受光部を配置することが好ましい。例えば、第１受光部を筐体２０の中心軸Ａ上に配置し、第２受光部を筐体２０の中心軸Ａから径方向に離れた位置に配置することでこのような非対称性が生じるようにしてもよい。

上述の実施の形態では、光源部１４が配置される第１端部２１を流出側とし、反対側の第２端部２２を流入側とした。さらなる変形例においては、第１端部２１を流入側とし、第２端部２２を流出側としてもよい。

上述の実施の形態では、水などの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装置を用いてもよい。

１０…流体殺菌装置、１２…流路、１４…光源部、１６…受光部、１７…受光面、１８…制御装置、２１…第１端部、２２…第２端部、２５…内面、３２…発光素子、３４…基板、３６…実装面、Ｃ１…第１領域、Ｃ２…第２領域。

Claims

殺菌対象の流体が流れる流路を囲う内面を有する直管と、
前記直管内に向けて紫外光を照射する複数の発光素子を含む光源部と、
前記直管内を通過した紫外光を受光し、受光した紫外光の光量を計測する受光部と、
前記受光部から取得する光量情報に基づいて前記直管内の紫外光の光量変化をモニタする制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記複数の発光素子の一部を点灯させる第１点灯パターンで前記光源部を動作させるときに前記受光部から取得する第１光量情報と、前記複数の発光素子の別の一部を点灯させる第２点灯パターンで前記光源部を動作させるときに前記受光部から取得する第２光量情報とに基づいて、前記直管内での紫外光の光量変化のうち前記内面の状態変化に起因する光量変化成分を示す内面変化パラメータを算出することを特徴とする流体殺菌装置。
前記制御装置は、前記内面が初期状態である条件下で前記第１点灯パターンで前記光源部を動作させるときに前記内面にて反射されずに前記受光部に到達する第１直接光成分の光量と、前記内面にて反射されて前記受光部に到達する第１反射光成分の光量とに関する情報を含む第１初期パラメータと、前記内面が初期状態である条件下で前記第２点灯パターンで前記光源部を動作させるときに前記内面にて反射されずに前記受光部に到達する第２直接光成分の光量と、前記内面にて反射されて前記受光部に到達する第２反射光成分の光量とに関する情報を含む第２初期パラメータとを保持し、前記第１初期パラメータおよび前記第２初期パラメータを用いて前記内面変化パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。
前記第１初期パラメータにおける前記第１直接光成分と前記第１反射光成分の光量比と、前記第２初期パラメータにおける前記第２直接光成分と前記第２反射光成分の光量比とが異なる値となるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の流体殺菌装置。
前記光源部は、前記直管の軸方向に紫外光を照射するように前記直管の第１端部に配置され、
前記受光部は、前記直管内を軸方向に通過した紫外光を受光するように前記直管の前記第１端部とは反対側の第２端部に配置され、かつ、前記直管の中心軸からずれた位置に配置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流体殺菌装置。
前記光源部は、前記直管の軸方向に紫外光を照射するように前記直管の第１端部に配置され、
前記受光部は、前記直管内を軸方向に通過した紫外光を受光するように前記直管の前記第１端部とは反対側の第２端部に配置され、かつ、前記受光部の受光面が前記直管の軸方向に対して傾斜するように配置され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流体殺菌装置。
前記光源部は、前記複数の発光素子が実装される実装面を有する基板を含み、前記実装面の第１領域に前記第１点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、前記実装面の前記第１領域とは異なる第２領域に前記第２点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、
前記第１領域および前記第２領域は、前記直管の周方向に異なる位置に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
前記光源部は、前記複数の発光素子が実装される実装面を有する基板を含み、前記実装面の第１領域に前記第１点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、前記実装面の前記第１領域とは異なる第２領域に前記第２点灯パターンで点灯させる発光素子が実装され、
前記第１領域および前記第２領域は、前記直管の径方向に異なる位置に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
前記制御装置は、算出した前記内面変化パラメータに基づいてアラート情報を外部出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
前記制御装置は、算出した前記内面変化パラメータに基づいて前記複数の発光素子の全てを点灯させるときの駆動電流値を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
流体殺菌装置の制御方法であって、前記流体殺菌装置は、
殺菌対象の流体が流れる流路を囲う内面を有する直管と、
前記直管内に向けて紫外光を照射する複数の発光素子を含む光源部と、
前記直管内を通過した紫外光を受光し、受光した紫外光の光量を計測する受光部と、を備え、前記制御方法は、
前記複数の発光素子の一部を点灯させる第１点灯パターンで前記光源部を動作させ、前記受光部から第１光量情報を取得するステップと、
前記複数の発光素子の別の一部を点灯させる第２点灯パターンで前記光源部を動作させ、前記受光部から第２光量情報を取得するステップと、
前記第１光量情報および前記第２光量情報に基づいて、前記直管内での紫外光の光量変化のうち前記内面の状態変化に起因する光量変化成分を示す内面変化パラメータを算出するステップと、を備えることを特徴とする流体殺菌装置の制御方法。