JP6978341B2 - 流体殺菌装置 - Google Patents

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Description

本発明は、紫外光によって流体を殺菌する流体殺菌装置に関する。
近年、紫外線の殺菌作用が、食品庫の殺菌灯や医療用装置に利用されている。また、流路を流れる流体に対して、紫外ＬＥＤの紫外線を照射して流体を殺菌し、洗浄用水等に用いる装置もよく知られている。
例えば、下記の特許文献１の流体殺菌装置は、長手方向に延びる流路を区画する筐体と、フィルタと、光源とで構成されている。この流体殺菌装置では、フィルタを通過して層流状態で流れる流体に光源から紫外光を照射し、流路を流れる水などの流体に殺菌処理を施す。層流化された流体に紫外光を照射するため、乱流状態の流体に紫外光を照射する場合と比べて殺菌効果を高めることができる（特許文献１／段落００１８，００２９，図１)。
また、下記の特許文献２の殺菌装置は、複数の発光素子と、基板と、ロッドレンズと、窓部と、筐体と、整流板とで構成されている。整流板は、筐体の入口に設けられ、入口から流入する流体の流れを整えて、流体が処理室を層流状態で流れるようにする。これにより、処理室の内部において流体が乱流状態となる場合よりも紫外光をより遠くまで伝播させやすくなる。また、所定強度以上の紫外光が流体に作用する時間を長くして、処理室を通過する流体に対する紫外光の積算照射量を高めることができる(特許文献２／段落００２８〜００３０，図１)。
特開２０１７−０８７１０４号公報 特開２０１７−０５１２９０号公報
しかしながら、特許文献１のように、フィルタによって層流が形成される場合、長期間の使用によりフィルタの目詰まりが生じると、流速分布が不均一となり、徐々に殺菌効率、処理流量能力が低下することが考えられる。
また、特許文献２のように、流体の流入口径と流路（処理室）径が異なる場合、整流板を用いても流入口の軸方向とそれ以外の部分で流速が異なる。すなわち、流体の流れる場所により紫外光の照射時間が異なるため、殺菌効果の低い部分が生じるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、殺菌効果を向上させることができる流体殺菌装置を提供することを目的とする。
本発明の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筐体と、前記流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源と、前記筐体の内部に前記流体が流入する流入口の側に設けられて、前記流体を整流する整流部と、を備え、前記整流部は、前記軸方向に互いに離間して配置され、前記流体が通過する複数の孔を各々が有する複数の整流板により構成されていることを特徴とする。
本発明では、光源から出射された紫外光が流路を通過する流体を照射することで殺菌が進む。殺菌対象の流体は流入口から筐体内に流入するが、流入口の側に整流部を設けることで、流体が整流される。
整流部は、筐体の軸方向に互いに離間して配置された複数の整流板で構成されているので、少なくとも２回の整流により流速分布が均一化され、流体に対する紫外光の照射時間が一定になる。これにより、殺菌効果を向上させることができる。
また、本発明の流体殺菌装置において、前記整流部は、少なくとも前記流入口に最も近い位置に設けられた第１の整流板と、前記第１の整流板よりも前記流路の下流側に設けられた第２の整流板とで構成され、前記第２の整流板が有する各々の孔の大きさは、前記１の整流板が有する各々の孔の大きさ以下であることが好ましい。
この構成によれば、例えば、第１の整流板の孔を直径約５ｍｍ、第２の整流板の孔を直径約２ｍｍのように孔の大きさを変えた整流板を用いる。これにより、流体抵抗が小さい第１の整流板を通過した流体が、流体抵抗の大きい第２の整流板を通過することでさらに整流が進み、紫外光が万遍なく流体に照射されるようになる。
本発明の流体殺菌装置において、前記第１の整流板は、前記流路の中心部に前記流入口の最大径以上の大きさを有する、前記流体が通過しない止水部を有することが好ましい。
この構成によれば、第１の整流板の止水部は、筐体の流入口から流入した流れの速い流体を一度堰き止める。このため、流入した流体が止水部に当たった後に筐体の内部に進むようになり、流体の流速分布が均一化される。
また、本発明の流体殺菌装置において、前記第２の整流板は、前記筐体の内壁に隣接する外周部に前記流体が通過しない止水部を有することが好ましい。
この構成によれば、第２の整流板の止水部は、第１の整流板を通過した流体を堰き止める。このため、流体が第２の整流板の止水部に当たった後に筐体の内部に進むようになる。すなわち、止水部の位置が異なる２枚の整流板の組合せにより、流体の流速分布がさらに均一化される。
また、本発明の流体殺菌装置において、前記第１の整流板と前記第２の整流板との間に、前記流体が通過する複数の孔を有する第３の整流板を備えていることが好ましい。
この構成によれば、２枚の整流板の間に第３の整流板を設けることで、簡易な構成により整流効果を高めることができる。
また、本発明の流体殺菌装置において、前記第２の整流板は前記筐体に内接し、前記第１の整流板は前記第２の整流板に取り付けられていることが好ましい。
この構成によれば、第２の整流板を筐体に内接するように取り付けることで、２枚の整流板を使用することができるので、整流部の構造を簡素化することができる。
また、本発明の流体殺菌装置において、前記整流部は、前記第１の整流板及び前記第２の整流板をそれぞれ上面及び底面とし、前記流体が通過する孔のない側壁を側面とする円筒型又は円錐台型に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第１の整流板及び第２の整流板を、円筒又は円錐台の上面及び底面とする整流部を形成する。また、その側面は、流体が通過しない側壁とすることで、第１の整流板を通過した流体のみが第２の整流板に進むようになり、流体を効率よく整流することができる。
また、本発明の流体殺菌装置において、前記筐体は、前記流入口より断面の直径が大きい円柱状の流路を有し、前記円柱状の流路の中心軸上に前記流入口を有していることが好ましい。
この構成によれば、筐体を円柱状にすることで、整流板は筐体の内径に等しい円盤状の板とすることができる。また、流路の中心軸上に流入口を設けることで、流入口から筐体の流路に進んで広がった水を整流部により容易に整流することができる。
本発明の第１実施形態の流体殺菌装置の全体斜視図。 図１の流体殺菌装置の断面図。 （ａ）第１の整流板の正面図。（ｂ）第２の整流板の正面図。 図１の流体殺菌装置の流体の流れを説明する図。 紫外光照射量のヒストグラム（整流部無し）。 紫外光照射量のヒストグラム（整流部有り）。 流体殺菌装置に用いられる整流部の変更形態（１）。 流体殺菌装置に用いられる整流部の変更形態（２）。 流体殺菌装置に用いられる整流部の変更形態（３）。 本発明の第２実施形態の流体殺菌装置の断面図。 （ａ）第１の整流板の正面図。（ｂ）第２の整流板の正面図。 流速分布のシミュレーション結果（整流板１枚）。 流速分布のシミュレーション結果（整流板２枚）。
以下、本発明の流体殺菌装置の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の流体殺菌装置１の全体斜視図である。流体殺菌装置１は、流路を流れる流体に対して紫外光を照射して、流体を殺菌する装置である。
流体殺菌装置１は、主に、流路を形成して流体の殺菌室となる筒体５（本発明の「筐体」）と、後述する紫外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が収容されたケース７とで構成されている。
筒体５は、断面の直径が１３９ｍｍ（内径１３３ｍｍ）、流入口５ａからの長さが５６０ｍｍの直管（円柱）形状を有し、殺菌対象の流体が筒体５の長軸方向に流れるようになっている。筒体５の材料は目的により異なるが、例えば、ステンレス製である。流体は流入口５ａ（直径３５ｍｍ）から流入し、流出口５ｂから排出され、流量は約１００（Ｌ／ｍｉｎ）である。開口５ｃには、後述する紫外光入射窓６を介してケース７が取り付けられる。
次に、図２、図３を参照して、流体殺菌装置１の詳細を説明する。
図２は、図１の流体殺菌装置１のII-II断面図を示している。ケース７には、光源３が実装された基板４が収納され、筒体５側の開口部（前面）に紫外光入射窓６が配設されている。図示するように、光源３は、紫外光入射窓６側に紫外光を出射することで、紫外光が筒体５の流路の流体を照射するようになっている。
光源３の紫外光は、殺菌効果を有する波長又は化学物質を分解する波長を有しており、例えば、波長２４０〜３８０ｎｍの範囲である。光源３は紫外光を出射する紫外ＬＥＤ（本発明の「半導体発光素子」）であり、基板４に対して複数設けられている。
基板４は、放熱性に優れた銅、アルミニウム等の金属製のものが望ましい。これにより、基板４を通して給電と放熱が行われる。なお、基板４の裏面側、又はケース７の後方にヒートシンク（放熱フィン）を設けてもよい。ヒートシンクの材料は、アルミニウム等の放熱に優れた部材が望ましい。また、光源３から出射される紫外光を、回転放物面の反射面を有するリフレクタで反射して、紫外光を流路の方向に導くようにしてもよい。
出射された紫外光は、紫外光入射窓６を通過して筒体５の内部（殺菌室）に到達する。紫外光入射窓６は、石英、サファイア、フッ素系樹脂等の紫外線を透過する材料であることが望ましい。なお、光源３と紫外光入射窓６との間にレンズを配設して、紫外光の配光角を調整するようにしてもよい。
殺菌対象の流体は流入口５ａから流入するが、流入口５ａの近傍付近に整流部８が設けられている。まず、流入口５ａにより近い位置（上流側）に、流体の流れを整える整流板８Ａ（本発明の「第１の整流板」）が配設されている。整流板８Ａは金属製又はフッ素樹脂製の板材であり、筒体５の軸方向に貫通する複数の孔を有している。
さらに、整流板８Ａと筒体５の軸方向に離間した下流側の位置（間隔約４５ｍｍ）に、整流板８Ｂ（本発明の「第２の整流板」）が配設されている。整流板８Ａ，８Ｂは、筒体５の中心軸に垂直に取り付けられている。２枚の整流板８Ａ，８Ｂにより、筒体５の殺菌室に流入した流速分布が均一の流体に対して紫外光が万遍なく照射されるため、殺菌効果を向上させることができる。
次に、図３を参照して、整流部８の詳細を説明する。
図３（ａ）は、筒体５の流入口５ａ側に配設された整流板８Ａの正面図を示している。整流板８Ａは円盤状の板であり、外周部が筒体５に内接することで固定される。
整流板８Ａの中心は筒体５の中心軸と一致し、整流板８Ａの中心部に流体が通過しない止水部８Ａｐを有する。止水部８Ａｐの中心は、流入口５ａの中心軸とも一致する。止水部８Ａｐの直径は、流入口５ａの最大径以上の大きさ（直径３５〜４０ｍｍ）であることが望ましい。また、止水部８Ａｐの外側には、直径約５ｍｍの孔が多数設けられ、流体が通過可能となっている。
図３（ｂ）は、整流板８Ａよりも流路の下流側に配設された整流板８Ｂの正面図を示している。整流板８Ｂも円盤状の板であり、外周部が筒体５に内接することで固定される。
図示するように、整流板８Ｂの止水部８Ｂｐは、整流板８Ｂの外周部に設けられている。整流板８Ｂの中心部には直径約２ｍｍの孔が多数設けられ、流体が通過可能となっている。
整流板８Ａの孔よりも整流板８Ｂの孔の直径を小さくすることで、流体抵抗が小さい整流板８Ａを通過した流体が、流体抵抗の大きい整流板８Ｂを通過する。これにより、整流板８Ａを通過した流体がさらに整流されるので、整流効果がより高まる。なお、整流板８Ａの孔よりも整流板８Ｂの孔の直径を大きくすると、流体の多くが整流板８Ａではね返されて乱流が生じ、流速の制御が困難になることが考えられ、好ましくない。
整流板８Ａと整流板８Ｂとの間に、整流板（本発明の「第３の整流板」）をさらに配設してもよい。なお、何れの整流板についても、孔の形状は円形や楕円に限られず、多角形や十字型等にしてもよい。
次に、図４を参照して、流体殺菌装置１の筒体５内での流体の流れについて説明する。
流体は、流入口５ａから筒体５の内部に流入すると、矢印に示すように、整流板８Ａの止水部８Ａｐに当たり、堰き止められる。そして、流体は、流入口５ａと整流板８Ａとの間の空間で攪拌された後、整流板８Ａを通過する。
ここで、整流板８Ａを通過した流体は、整流板８Ａの外周部から整流板８Ｂの方向に進むので、流体の一部が整流板８Ｂの止水部８Ｂｐに当たり、堰き止められる。そして、流体は、整流板８Ａと整流板８Ｂとの間の空間（整流室）で攪拌された後、整流板８Ｂを通過して殺菌室に進む。これにより、整流板８Ｂと流出口５ｂの間の空間では、流速分布が均一化されるため、光源３から紫外光が万遍なく流体に照射される。
次に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、整流部の有無による紫外光の照射量について説明する。ここでは、約３０００個の粒子追跡を行い、各粒子の紫外光照射量（ドーズ量）を調べた。
まず、図５Ａに、整流部が無い流体殺菌装置の紫外光照射量のヒストグラムを示す。この場合、流体の流速が速いため十分な紫外光が照射されず、低ドーズ量領域にドーズ量のピークが生じている。ここでの平均ドーズ量は１６．４（ｍＪ／ｃｍ２）であり、十分殺菌されないまま流出口５ｂに到達する流体があることが判明した。
次に、図５Ｂに、上述の流体殺菌装置１のように、整流部として２枚の整流板８Ａ，８Ｂを取り付けた場合の紫外光照射量のヒストグラムを示す。この場合、整流板８Ａ，８Ｂの効果により低ドーズ量領域がなくなり、平均ドーズ量は２０．１（ｍＪ／ｃｍ２）と、波形のピークが高ドーズ量領域にシフトした。これにより、２枚の整流板８Ａ，８Ｂの殺菌効果が高いことが分かった。
次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、流体殺菌装置１の整流部の変更形態について説明する。以下では、上述の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
図６Ａは、筒体５に２枚の整流板が一体となった整流部２０を取り付けた形態である。図示するように、流入口５ａに近い１枚目の整流板を整流板２０Ａ、その下流側に配置される２枚目の整流板を整流板２０Ｂとしたとき、整流板２０Ａは、円筒部２０Ｓを介して整流板２０Ｂの外周部（止水部２０Ｂｐ）に互いが平行となるように取り付けられている。
なお、円筒部２０Ｓには、流体が通過する孔は設けられておらず、流体の流入、流出はない。整流部２０は、上面、底面にそれぞれ整流板２０Ａ、整流板２０Ｂが配置され、側面が円筒部２０Ｓである円筒型の整流部である。
整流部２０を取り付ける際には、整流板２０Ｂを筒体５に内接させればよいので、上述の流体殺菌装置１のように、２枚の独立した整流板を用いる場合と比較して取り付けが簡単になる。整流板２０Ａと整流板２０Ｂとの間隔は円筒部２０Ｓの長さにより調整すればよい。整流部２０では、整流板２０Ａは筒体５の中心軸と一致するように止水部２０Ａｐが設けられているので、流体殺菌装置１と同様の整流作用が期待できる。
また、流入口５ａから流入し、整流板２０Ａのない筒体５の内壁部に進む流体は、整流板２０Ｂの止水部２０Ｂｐに当たり、一度堰き止められる。これにより、速い流れの流体を減少させることができる。
図６Ｂに示す整流部３０のように、２枚の整流板３０Ａ，３０Ｂの間の円筒部を、スロープ形状の円筒部３０Ｓとしてもよい。これにより、図６Ａの構造と比較して、流入口５ａから流入し、筒体５の内壁部に進む流体の量が増加する。すなわち、速い流れの流体を減少させて、整流効果を高めることができる。
円筒部３０Ｓについても、流体が通過する孔は設けられておらず、流体の流入、流出はない。整流部３０は、上面、底面にそれぞれ整流板３０Ａ、整流板３０Ｂが配置され、側面が円筒部３０Ｓである円錐台型の整流部である。
図６Ｃは、筒体５に３枚の整流板が一体となった整流部４０を取り付けた形態である。図示するように、流入口５ａに近い１枚目の整流板を整流板４０Ａ、最も下流側に配置される２枚目の整流板を整流板４０Ｂ、整流板４０Ａと整流板４０Ｂとの間に配置される３枚目の整流板を整流板４０Ｃ（本発明の「第３の整流板」）とすると、整流板４０Ａ、整流板４０Ｃは、円筒部４０Ｓを介して整流板４０Ｂの外周部（止水部４０Ｂｐ）に取り付けられている。
整流板４０Ｃは止水部を有していないが、例えば、円筒部４０Ｓの外周部に止水部を設けてもよい。なお、整流板４０Ａは筒体５の中心軸と一致するように止水部４０Ａｐが設けられ、整流板４０Ｂは外周部に止水部４０Ｂｐが設けられている点は、整流部２０と同じである。
整流部を、上述の各形態のように形成しても、流体の整流効果を高めて殺菌効果を向上させることができる。なお、整流部２０〜４０では、流入口５ａに近い１枚目の整流板を、孔のない円筒（又は円錐台）を介して２枚目の整流板に取り付けたが、２枚の整流板が平行であればよい。例えば、１枚目の整流板は、３〜４本の細い円柱や平板により支えられ、２枚目の整流板に取り付けられていてもよい。
以上のように、流体殺菌装置１は、紫外ＬＥＤを有する光源３と、殺菌対象の流体が流れる流路を有する筒体５と、筒体５の流入口５ａの側に設けられて、流体を整流する整流部８（２０〜４０）を備えている。整流部８は、軸方向に互いに離間して配置され、流体が通過する複数の孔を各々が有する少なくとも２枚の整流板により構成されている。流入口５ａから筒体５に流入した流体が各整流板により整流されるため、紫外光が流体に満遍なく照射される。これにより、殺菌効果を向上させることができる。
［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態の流体殺菌装置１０の断面図（図１のII-II断面に相当）を示している。
流体殺菌装置１０は、主に、流路を形成して流体の殺菌室となる筒体１１（本発明の「筐体」）と、後述する紫外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が収容されたケース７とで構成されている。なお、光源３、紫外光入射窓６やケース７（その内部）は、第１実施形態の流体殺菌装置１と同じであるので、説明を省略する。
筒体１１は、断面の直径が１４０ｍｍ（内径１３４ｍｍ）、流入口１１ａからの長さが５８０ｍｍの直管（円柱）形状を有し、殺菌対象の流体が筒体１１の長軸方向に流れるようになっている。流体は流入口１１ａ（直径４３ｍｍ）から流入して２つの流出口１１ｂ１，１１ｂ２から排出されるが、流量は約１００（Ｌ／ｍｉｎ）である。
開口１１ｃには、後述する紫外光入射窓６を介してケース７が取り付けられる。なお、流入口１１ａ、流出口１１ｂ１，１１ｂ２は、流体殺菌装置１の流入口５ａ、流出口５ｂと比較して、長い筒状部となっている。
殺菌対象の流体は流入口１１ａから流入するが、流入口１１ａの近傍付近に整流部５０が設けられている。まず、流入口１１ａにより近い位置（上流側）に、流体の流れを整える整流板５０Ａ（本発明の「第１の整流板」）が配設されている。整流板５０Ａは、筒体１１の軸方向に貫通する複数の孔を有している。
さらに、整流板５０Ａと筒体１１の軸方向に離間した下流側の位置（間隔約４５ｍｍ）に、整流板５０Ｂ（本発明の「第２の整流板」）が配設されている。整流板５０Ａ，５０Ｂは、筒体１１の中心軸に垂直に取り付けられている。２枚の整流板５０Ａ，５０Ｂにより、筒体１１の殺菌室に流入した流速が均一の流体に対して紫外光が万遍なく照射されるため、殺菌効果を向上させることができる。
次に、図８を参照して、整流部５０の詳細を説明する。
図８（ａ）は、筒体１１の流入口１１ａ側に配設された整流板５０Ａの正面図を示している。整流板５０Ａは円盤状の板であり、外周部が筒体１１に内接することで固定される。整流板５０Ａの中心は筒体１１の中心軸と一致しているが、第１実施形態の整流板８Ａのような止水部は設けられていない。整流板５０Ａは、その全体に直径約５ｍｍの孔が多数設けられ、流体が通過可能となっている。
図８（ｂ）は、整流板５０Ａよりも流路の下流側に配設された整流板５０Ｂの正面図を示している。整流板５０Ｂも円盤状の板であり、外周部が筒体１１に内接することで固定される。整流板５０Ｂの中心も筒体１１の中心軸と一致しており、第１実施形態の整流板８Ｂのような止水部は設けられていない。整流板５０Ｂは、その全体に直径約２ｍｍの孔が多数設けられ、流体が通過可能となっている。
整流板５０Ａの孔よりも整流板５０Ｂの孔の直径を小さくすることで、流体抵抗が小さい整流板５０Ａを通過した流体が、流体抵抗の大きい整流板５０Ｂを通過する。これにより、整流板５０Ａを通過した流体がさらに整流されるので、整流効果がより高まる。
最後に、図９Ａ、図９Ｂを参照して、整流板が１枚の場合と整流板が２枚との場合との流速分布のシミュレーション結果について説明する。ここでは、筒体の流入口の流速を１．２０（ｍ／ｓ）としたときのそれぞれの場合の流速分布を調べた。
まず、図９Ａに、整流部として１枚の整流板を取り付けた流体殺菌装置の流速分布を示す。この整流板は、２枚目の整流板の位置に配設され（図７参照）、整流板の全体には、直径約２ｍｍの孔が多数設けられている（図８（ｂ）参照）。
図９Ａに示す通り、流入口１１ａから流入して整流板を通過する直前で０．６５（ｍ／ｓ）（５４％）となった流速は、整流板を通過することで０．４０〜０．４５（ｍ／ｓ）にまで低下した。筒体１１の内壁近傍の流速は０．１０（ｍ／ｓ）とゆっくり進むが、筒体１１の中央部の流速は比較的速く、紫外光が十分照射されないうちに流出口１１ｂ１，１１ｂ２に到達する流体があることが判明した。
次に、図９Ｂに、上述の流体殺菌装置１０のように、整流部として２枚の整流板５０Ａ，５０Ｂを取り付けた場合の流速分布を示す。整流板５０Ａの効果により、整流板５０Ａと整流板５０Ｂとの間の空間（整流室）での流速は、０．２０〜０．３０（ｍ／ｓ）にまで低下した。
また、整流板５０Ｂの影響により、殺菌室全域での流速は０．１０〜０．１５（ｍ／ｓ）と非常にゆっくり進む。これにより、第１実施形態の整流板８Ａ，８Ｂのように互いに異なる位置に止水部を設けなくても、一定の殺菌効果があることが分かった。
以上のように、流体殺菌装置１０は、紫外ＬＥＤを有する光源３と、殺菌対象の流体が流れる流路を有する筒体１１と、筒体１１の流入口１１ａの側に設けられて、流体を整流する整流部５０を備えている。整流部５０は、軸方向に互いに離間して配置され、流体が通過する複数の孔を各々が有する少なくとも２枚の整流板により構成されている。流入口１１ａから筒体１１に流入した流体が止水部のない整流板５０Ａ，５０Ｂにより整流されるため、紫外光が流体に満遍なく照射される。このような形態によっても、殺菌効果を向上させることができる。
上述の実施形態は一例に過ぎず、用途に応じて適宜変更することができる。例えば、流体殺菌装置の筒体は、長さが５６０〜５８０ｍｍであったが、用途により流量が異なるため、サイズを変更する必要がある。
流体殺菌装置の筒体は、円筒状に限られない。例えば、円錐台（切頭円錐）状、正多角柱状を含む多角柱状、又は多角錐台状であってもよい。
また、筒体の素材はステンレス製に限られず、用途に応じてテフロン（登録商標）系の材料を用いることができる。流体の流れる方向は、一般的には、紫外光の照射方向と逆向きであるが、照射方向と一致させてもよい。紫外ＬＥＤの数等も適宜変更可能である。
第１実施形態、第２実施形態においては、２枚の整流板は、流入口に近い１枚目の整流板の孔を２枚目の整流板の孔の直径よりも大きくして、流体抵抗を変化させた。これ以外にも、２枚の整流板の開口率（流体が通過できる流量の割合）を変化させて差別化してもよい。この場合、１枚目の整流板の開口率を高く設定することで、流体を効率よく整流することができる。
１，１０…流体殺菌装置、３…光源、４…基板、５，１１…筒体、５ａ…流入口、５ｂ，１１ｂ１，１１ｂ２…流出口、５ｃ，１１ｃ…開口、６…紫外光入射窓、７…ケース、８、２０、３０、４０，５０…整流部、８Ａ，８Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ〜４０Ｃ，５０Ａ，５０Ｂ…整流板、８Ａｐ，８Ｂｐ，２０Ａｐ，２０Ｂｐ，３０Ａｐ，３０Ｂｐ，４０Ａｐ，４０Ｂｐ…止水部、２０Ｓ，３０Ｓ，４０Ｓ…円筒部。

Claims (6)

  1. 殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筐体と、
    前記流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源と、
    前記筐体の内部に前記流体が流入する流入口の側に設けられて、前記流体を整流する整流部と、を備え、
    前記整流部は、前記軸方向に互いに離間して配置され、前記流体が通過する複数の孔を各々が有する、少なくとも前記流入口に最も近い位置に設けられた第１の整流板と、前記第１の整流板よりも前記流路の下流側に設けられた第２の整流板とで構成され、
    前記第２の整流板が有する各々の孔の大きさは、前記１の整流板が有する各々の孔の大きさ以下であり、
    前記第２の整流板は前記筐体に内接し、前記第１の整流板は前記第２の整流板に取り付けられ、
    前記第１の整流板及び前記第２の整流板をそれぞれ上面及び底面とし、前記流体が通過する孔のない側壁を側面とする円筒型又は円錐台型に形成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
  2. 請求項１に記載の流体殺菌装置において、
    前記第１の整流板は、前記流路の中心部に前記流入口の最大径以上の大きさを有する、前記流体が通過しない止水部を有することを特徴とする流体殺菌装置。
  3. 請求項１又は２に記載の流体殺菌装置において、
    前記第２の整流板は、前記筐体の内壁に隣接する外周部に前記流体が通過しない止水部を有することを特徴とする流体殺菌装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の流体殺菌装置において、
    前記第１の整流板と前記第２の整流板との間に、前記流体が通過する複数の孔を有する第３の整流板を備えていることを特徴とする流体殺菌装置。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の流体殺菌装置において、
    前記筐体は、前記流入口より断面の直径が大きい円柱状の流路を有し、
    前記円柱状の流路の中心軸上に前記流入口を有していることを特徴とする流体殺菌装置。
  6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の流体殺菌装置において、
    前記筐体の内部には、前記流路の前記流入口と反対側の端部に設けられて、前記光源から出射された紫外光を透過する材料からなる紫外光入射窓を備えていることを特徴とする流体殺菌装置。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6760993B2 (ja) * 2018-04-20 2020-09-23 旭化成株式会社 流体殺菌モジュール
JP7267699B2 (ja) * 2018-09-07 2023-05-02 スタンレー電気株式会社 流体殺菌装置
WO2021020536A1 (ja) * 2019-07-31 2021-02-04 旭化成株式会社 紫外線照射装置及び紫外線照射方法
US11878084B2 (en) * 2019-09-20 2024-01-23 Vyv, Inc. Disinfecting light emitting subcomponent
US10981807B1 (en) * 2019-10-08 2021-04-20 Bolb Inc. Disinfecting fluid using disinfection light
JP7398243B2 (ja) * 2019-10-30 2023-12-14 スタンレー電気株式会社 流体殺菌装置
JP7381365B2 (ja) * 2020-02-26 2023-11-15 メタウォーター株式会社 水処理装置
FR3111077B1 (fr) * 2020-06-08 2022-07-22 Behring Dispositif de traitement d’un liquide par rayonnements ultra-violets
JP7405035B2 (ja) 2020-07-28 2023-12-26 豊田合成株式会社 流体殺菌装置
CN112645406A (zh) * 2020-12-03 2021-04-13 佛山科学技术学院 紫外灯消毒净水反应器及其制造方法
JP2022145097A (ja) * 2021-03-19 2022-10-03 スタンレー電気株式会社 流体殺菌装置
CN113511701A (zh) * 2021-07-06 2021-10-19 青净光能科技股份有限公司 双腔室流体处理系统
CN113713162A (zh) * 2021-09-02 2021-11-30 宁波安芯美半导体有限公司 一种风淋洁净门系统
FR3131916B3 (fr) * 2022-01-18 2024-01-19 Thomas Zunino Innovation Conseil Systeme de desinfection et de traitement d’eau par irradiation ultraviolette
DE202022000913U1 (de) 2022-04-11 2023-07-14 PURION GmbH UV-Wasserbehandlungseinheit
JP7441895B2 (ja) 2022-07-01 2024-03-01 星和電機株式会社 流体殺菌装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1011861B (zh) * 1984-08-24 1991-03-06 联合碳化公司 流化床聚合反应器的改进
US5363699A (en) * 1993-08-25 1994-11-15 Ketema, Inc. Method and apparatus for determining characteristics of fluid flow
JP2000334333A (ja) * 1999-05-31 2000-12-05 Daiko Kennetsu Kk 流体の整流機構
US6447721B1 (en) * 2000-07-31 2002-09-10 Remotelight, Inc. Drinking water UV disinfection system and method
JP2002323358A (ja) * 2001-04-27 2002-11-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd 交番渦の抑制装置及び抑制方法
JP2004093170A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Tokyo Gas Co Ltd 整流装置
DE10326490A1 (de) 2003-06-10 2005-01-05 Marc Flettner Wasserbehandlungsvorrichtung
US6951617B2 (en) * 2003-09-16 2005-10-04 Purepise Technologies, Inc. Method and apparatus for controlling flow profile to match lamp fluence profile
KR100732504B1 (ko) * 2004-04-30 2007-06-29 김태규 비접촉식 자외선램프와 광촉매를 이용한 수질살균정화장치 및 그 장치를 채용한 수질살균정화기
US7511281B2 (en) * 2005-08-31 2009-03-31 Ultraviolet Sciences, Inc. Ultraviolet light treatment chamber
JP4690872B2 (ja) * 2005-11-30 2011-06-01 株式会社東芝 紫外線照射水処理装置
CN102281933A (zh) * 2008-12-19 2011-12-14 北卡罗来纳大学夏洛特分校 用于使用点辐射源进行流体的细菌消毒的系统和方法
US8591730B2 (en) * 2009-07-30 2013-11-26 Siemens Pte. Ltd. Baffle plates for an ultraviolet reactor
CN201932930U (zh) 2010-12-31 2011-08-17 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种船用紫外线消毒器
JP2012170892A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Sumitomo Chemical Co Ltd 沈降型液液分離器
CN103115042B (zh) * 2013-02-18 2015-04-01 西安拓普电气有限责任公司 气流整流器
US9938165B2 (en) 2013-10-28 2018-04-10 The University Of British Columbia UV-LED collimated radiation photoreactor
JP6304390B2 (ja) * 2014-10-07 2018-04-04 Nok株式会社 吸気音低減装置
JP6530681B2 (ja) * 2015-09-07 2019-06-12 日機装株式会社 殺菌装置
WO2017048224A1 (en) * 2015-09-14 2017-03-23 Labib Mohamed E Cartridges and systems for outside-in flow in membrane-based therapies
JP6629569B2 (ja) 2015-11-04 2020-01-15 日機装株式会社 流体殺菌装置
JP6080937B1 (ja) * 2015-12-08 2017-02-15 日機装株式会社 流体殺菌装置
JP6198353B1 (ja) 2016-08-19 2017-09-20 ニチユ三菱フォークリフト株式会社 自動搬送車
CN206488825U (zh) * 2017-01-20 2017-09-12 新奥科技发展有限公司 整流装置

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