JP6875958B2

JP6875958B2 - 流体殺菌装置

Info

Publication number: JP6875958B2
Application number: JP2017161273A
Authority: JP
Inventors: 真也渡邊
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP2019037450A

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。

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。このような装置として、例えば、処理槽の内部に直管状の紫外線ランプと円筒状のランプスリーブとを設け、処理槽内の被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置が挙げられる。紫外線ランプの照度は紫外線モニタを用いて計測され、紫外線モニタと紫外線ランプの間に石英ガラス等で形成される透過窓が設けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１８３２９５号公報

紫外線モニタで計測される光量は、処理槽内の流体の紫外線透過率やモニタ前方の透過窓への汚れの付着による透過率低下などの影響を受けてしまい、光源自体の光強度を適切に測定することが難しい場合がある。

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、光源の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処理流路と、処理流路内の流体に向けて紫外光を照射する光源と、光源と処理流路の間に設けられ、光源からの紫外光が入射する入射面と、処理流路内に向けて紫外光が出射する出射面とを有する窓部材と、窓部材の出射面とは異なる面から出射する紫外光を受光するよう配置される受光部と、を備える。

この態様によると、窓部材の出射面とは異なる面から出射する紫外光を受光するように受光部が配置されるため、処理流路内の流体の状態の影響を受けにくい態様で紫外光を計測できる。また、処理流路内に受光部が配置されて処理流路の一部が受光部の陰になることを防ぐことができ、受光部を設けることによる殺菌能力の低下を防ぐことができる。

窓部材は、入射面と出射面の間に位置する側面を有してもよい。受光部は、側面から出射する紫外光を受光するよう配置されてもよい。

受光部は、入射面から出射する紫外光を受光するよう配置されてもよい。

受光部は、光源と同一の基板上に設けられてもよい。

受光部は、出射面にて窓部材の内側に向けて反射された紫外光を受光するよう配置されてもよい。

窓部材は、出射面の外周に位置し、出射面に対して傾斜する傾斜面を有してもよい。受光部は、傾斜面で反射された紫外光を受光するよう配置されてもよい。

窓部材は、傾斜面に設けられる反射層をさらに有してもよい。

傾斜面と接するように配置されるシール部材をさらに備えてもよい。

処理流路内の流体中を通過した紫外光を受光するよう配置される別の受光部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、光源の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。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。別の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、処理流路１２と、光源１４と、第１受光部１６と、第２受光部１７と、制御装置１８と、窓部材３０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処理流路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に向けて軸方向に延びる。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。

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１４は、第１端部２１に設けられる。光源１４は、基板１５に実装され、筐体２０の軸方向に紫外光を照射するように配置される。光源１４からの紫外光の大部分は、窓部材３０の入射面３１に入射し、窓部材３０を通過して出射面３２から出射される。窓部材３０を介して照射される紫外光Ａは、筐体２０の内面２５で反射されながら筐体２０の軸方向に処理流路１２の内部を進む。

光源１４は、紫外光を発する発光素子であり、いわゆるＵＶ−ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）である。光源１４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。

第１受光部１６および第２受光部１７は、光源１４からの紫外光を受光する。第１受光部１６および第２受光部１７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。

第１受光部１６は、窓部材３０の出射面３２とは異なる面から出射する紫外光の一部を計測するように配置され、窓部材３０の側面３３からの紫外光Ｂを計測可能となる位置に配置される。第２受光部１７は、窓部材３０の出射面３２から出射された後、処理流路１２を流れる流体を通過した紫外光Ａの一部を計測するよう配置される。第２受光部１７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計測可能となる位置に配置される。第２受光部１７は、側壁２３に設けられてもよい。

窓部材３０は、処理流路１２と光源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。

窓部材３０は、入射面３１と、出射面３２と、側面３３とを有する。入射面３１は、光源１４に対向する主面であり、光源１４からの紫外光Ａが入射する。出射面３２は、入射面３１と反対側の主面であり、窓部材３０を透過した紫外光Ａが処理流路１２に向けて出射する。側面３３は、入射面３１と出射面３２の間に位置し、筐体２０の凹部２４に接する。

窓部材３０の入射面３１には、光源１４からの紫外光の反射を防ぐための反射防止膜（ＡＲコート）が設けられてもよい。また、窓部材３０の出射面３２の一部には、窓部材３０を透過した紫外光の一部を第１受光部１６に向けて反射させるための部分反射膜（ＨＲコート）が設けられてもよい。部分反射膜は、出射面３２の中央付近を避けて設けられることが好ましく、出射面３２の外周付近であって第１受光部１６に向かって紫外光が反射する箇所に限定的に設けられることが好ましい。

制御装置１８は、第１受光部１６および第２受光部１７からの光量情報をモニタする。制御装置１８は、例えば、第１受光部１６からの光量情報が所定の閾値を下回る場合、光源１４の出力強度が閾値以上となるように光源１４の駆動電流を増加させる。制御装置１８は、第２受光部１７からの光量に基づいて光源１４の駆動電流を調整してもよく、第２受光部１７の光量情報が所定の閾値以上となるように光源１４の駆動電流を調整してもよい。制御装置１８は、光源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出力してもよい。

以上の構成によれば、流体殺菌装置１０は、処理流路１２を流れる流体に紫外光を照射して殺菌処理を施す。光源１４からの紫外光は、第１受光部１６および第２受光部１７により受光され、制御装置１８によりモニタされる。第１受光部１６により受光される紫外光は、窓部材３０の内部を伝搬して側面３３から出射される紫外光Ｂであり、例えば、出射面３２において窓部材３０の内側に反射される内部反射光である。第１受光部１６は、主に処理流路１２を通過しない紫外光を検知するため、処理流路１２の流体に影響を受けにくい態様で紫外光をモニタする。一方、第２受光部１７は、処理流路１２を通過した紫外光を検知するため、処理流路１２の流体に影響される態様で紫外光をモニタする。

本実施の形態によれば、第１受光部１６および第２受光部１７を設けることにより、流体の影響を受けていない紫外光と、流体の影響を受けた紫外光の双方を検知でき、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。第１受光部１６の検出結果は、１）窓部材３０の透過率変化、２）窓部材３０の表面反射率変化、３）光源１４の出力低下、４）受光素子の受光感度変化の影響を受ける。一方、第２受光部１７の検出結果は、上述の１）〜４）に加えて、５）処理流路１２を流れる流体の透過率変化と、６）筐体２０の内面２５の反射率変化の影響を受ける。したがって、第１受光部１６と第２受光部１７の検出結果を比較することで、上述の５）および６）の影響を切り分けることができ、処理流路１２を流れる流体の状態や内面２５の汚れの状態等を検出できる。また、処理流路１２の途中に受光部が配置されない構成を実現できるため、処理流路１２の一部が受光部の陰となって照射効率が低下するのを防ぐことができる。

図２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、第１受光部１６が光源１４と同一の基板１５に実装され、窓部材３０の入射面３１から出射される紫外光Ｂを受光するように配置される点で上述の実施の形態と相違する。本変形例において、第１受光部１６は、出射面３２において窓部材３０の内側に反射された後、入射面３１から出射する紫外光Ｂを受光するように配置される。入射面３１の全面に反射防止膜が設けられてもよいし、出射面３２の一部であって第１受光部１６に向かって紫外光が反射する箇所に部分的に反射膜が設けられてもよい。

第１受光部１６は、入射面３１にて反射された紫外光を受光してもよい。この場合、第１受光部１６に向かって紫外光が反射する入射面３１の一部に部分反射膜が設けられ、入射面３１の他の部分に反射防止膜が設けられてもよい。その他、第１受光部１６に向かう紫外光が反射する入射面３１の一部に反射防止膜を設けず、入射面３１のそれ以外の部分に反射防止膜を設けてもよい。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

図３は、別の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、窓部材３０に傾斜面３４が設けられ、傾斜面３４で反射された紫外光を第１受光部１６が受光するように配置される点で上述の実施の形態と相違する。

窓部材３０は、傾斜面３４を有する。傾斜面３４は、出射面３２の外周に位置し、出射面３２と側面３３で構成される角部を隅切りすることで形成可能である。傾斜面３４は、出射面３２に対して傾斜しており、その傾斜角は２０〜７０度程度であり、典型的には３０〜６０度程度である。傾斜面３４は、図示する例において出射面３２の全周にわたって形成されるが、出射面３２の外周の一部にのみ形成されてもよい。側面３３が設けられず、入射面３１と出射面３２の間に傾斜面３４のみが形成されてもよい。

傾斜面３４には反射層３６が設けられる。反射層３６は、紫外光に対して高反射となるように構成され、例えば、アルミニウム薄膜や誘電体多層膜などで構成される。反射層３６を設けることにより、第１受光部１６に向かう紫外光の光量を増やし、計測精度を高めることができる。

シール部材２８は、窓部材３０の傾斜面３４と接するように配置される。その結果、シール部材２８は、光源１４から見て傾斜面３４の反射層３６の裏側に隠れるように配置される。シール部材２８を反射層３６の裏側に配置することにより、光源１４からシール部材２８に向かう紫外光を反射層３６で遮蔽し、紫外光によるシール部材２８の劣化を軽減できる。

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。

上述の実施の形態では、光源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、第１受光部１６と第２受光部１７を組み合わせる構成とした。さらなる変形例では、第２受光部１７を設けずに第１受光部１６のみを設ける構成としてもよい。

上述の変形例では、窓部材３０の傾斜面３４に反射層３６を設ける構成とした。さらなる変形例においては、傾斜面３４に反射層３６を設けず、傾斜面３４の界面における屈折率差を利用して紫外光を第１受光部１６に向けて反射させるよう構成してもよい。

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…処理流路、１４…光源、１５…基板、１６…第１受光部、１７…第２受光部、２８…シール部材、３０…窓部材、３１…入射面、３２…出射面、３３…側面、３４…傾斜面、３６…反射層。

Claims

殺菌対象の流体が流れる処理流路と、
前記処理流路内の流体に向けて紫外光を照射する光源と、
前記光源と前記処理流路の間に設けられ、前記光源からの紫外光が入射する入射面と、前記処理流路内に向けて紫外光が出射する出射面と、前記入射面と前記出射面の間に位置する側面とを有する窓部材と、
前記窓部材の前記側面から出射する紫外光を受光するよう配置される受光部と、を備えることを特徴とする流体殺菌装置。
殺菌対象の流体が流れる処理流路と、
前記処理流路内の流体に向けて紫外光を照射する光源と、
前記光源と前記処理流路の間に設けられ、前記光源からの紫外光が入射する入射面と、前記処理流路内に向けて紫外光が出射する出射面とを有する窓部材と、
前記出射面にて前記窓部材の内側に向けて反射され、前記出射面とは異なる面から出射する紫外光を受光するよう配置される受光部と、を備えることを特徴とする流体殺菌装置。
殺菌対象の流体が流れる処理流路と、
前記処理流路内の流体に向けて紫外光を照射する光源と、
前記光源と前記処理流路の間に設けられ、前記光源からの紫外光が入射する入射面と、前記処理流路内に向けて紫外光が出射する出射面と、前記出射面の外周に位置し、前記出射面に対して傾斜する傾斜面とを有する窓部材と、
前記窓部材の前記傾斜面で反射され、前記出射面とは異なる面から出射する紫外光を受光するよう配置される受光部と、を備えることを特徴とする流体殺菌装置。
前記窓部材は、前記傾斜面に設けられる反射層をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の流体殺菌装置。
前記傾斜面と接するように配置されるシール部材をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の流体殺菌装置。
前記受光部は、前記入射面から出射する紫外光を受光するよう配置されることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
前記受光部は、前記光源と同一の基板上に設けられることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
前記処理流路内の流体中を通過した紫外光を受光するよう配置される別の受光部をさらに備え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。