JP6994687B2

JP6994687B2 - 流体殺菌装置

Info

Publication number: JP6994687B2
Application number: JP2018156710A
Authority: JP
Inventors: 守萩原
Original assignee: USK TECHNOLOGY CO., LTD.
Current assignee: USK TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: JP2020022943A

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

従来、水等の流体に紫外光を照射して殺菌を行う流体殺菌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、紫外光を照射する光源として発光ダイオードを用いた流体殺菌装置が開示されている。発光ダイオードは発熱により発光効率が低下し殺菌効果が低下してしまうおそれがあるので、特許文献１では、光源を搭載した光源ユニットを取り囲むように流路を形成すると共に、光源ユニットの背面側から排水を行うように構成することで、流体により光源の冷却を行うことが提案されている。

特開２０１８－８２１３号公報

しかしながら、上述の特許文献１の流体殺菌装置では、流路を流れる流体の温度によっては、光源の冷却効果が十分に得られない場合がある、という課題があった。つまり、特許文献１の流体殺菌装置では、流体の温度が例えば４０℃以上と高い場合には、光源の冷却効果が十分に得られず、殺菌効果が低下してしまうおそれがあった。なお、特許文献１の流体殺菌装置では、光源ユニットが冷却用の流路に取り囲まれる構造となっているため、光源ユニットに別途冷却ユニットを取り付けることは容易ではない。

そこで、本発明は、光源の冷却効果を向上し、熱による殺菌効果の低下を抑制可能な流体殺菌装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、殺菌対象となる流体が流れる殺菌用流路を構成する殺菌管と、前記殺菌管の端部と対向して配置され、前記殺菌用流路を流れる流体に紫外光を照射する光源を有する光源ユニットと、前記殺菌用流路と接続され、少なくとも、前記光源ユニットの紫外光照射側である前面及び側周を囲むように形成された冷却用流路と、を備え、前記光源ユニットは、その背面側でかつ前記冷却用流路に覆われていない部分に、前記流体以外の冷却媒体により前記光源を冷却する冷却手段を有し、前記冷却用流路を流れる流体による冷却と、前記冷却手段による冷却とを併用して、前記光源を冷却する、流体殺菌装置を提供する。

本発明によれば、光源の冷却効果を向上し、熱による殺菌効果の低下を抑制可能な流体殺菌装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の断面図である。図１の排出管近傍を拡大した拡大断面図である。図１の流入管近傍を示す断面図である。（ａ）は図１のＡ－Ａ線断面図であり、（ｂ），（ｃ）は、（ａ）の断面において柱状突起の変形例を説明する図である。（ａ），（ｂ）は、柱状突起の変形例を説明する図である。本発明の一変形例に係る流体殺菌装置において、排出管近傍を拡大した拡大断面図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る流体殺菌装置の断面図である。図２は、図１の排出管近傍を拡大した拡大断面図であり、図３は図１の流入管近傍を示す断面図である。

図１乃至図３に示すように、流体殺菌装置１は、殺菌対象となる流体に紫外光を照射することで、流体の殺菌を行うものである。なお、本明細書において殺菌とは、細菌を殺すことのみならず、細菌を不活化すること（増殖能力を奪った状態にすること）を含んでいる。

流体殺菌装置１は、殺菌対象となる流体が流れる流路２と、流路２を流れる流体に紫外光を照射する光源３１を有する光源ユニット３と、を備えている。殺菌対象となる流体は、例えば水であり、殺菌後の水は、例えば医療用途や飲用用途に用いられる。

流体殺菌装置１は、流入流路２１ａを構成する流入管２１と、殺菌用流路２２ａを構成する殺菌管２２と、排出流路２３ａを構成する排出管２３と、を有している。流入管２１と殺菌管２２とは、流入側接続部４を介して接続されており、殺菌管２２と排出管２３とは、排出側接続部５を介して接続されている。流入側接続部４内には、流入流路２１ａと殺菌用流路２２ａとを連通する接続流路４ａが形成されている。排出側接続部５内には、殺菌用流路２２ａと排出流路２３ａとを連通する冷却用流路５ａが形成されている。流路２は、流入流路２１ａ、接続流路４ａ、殺菌用流路２２ａ、冷却用流路５ａ、及び排出流路２３ａを順次接続して構成されている。排出路２３ａは、本発明の流入排出流路の一態様である。また、排出管２３は、本発明の流入排出流路を構成する管の一態様である。

殺菌管２２は、円筒状の直管であり、その中空部が殺菌対象となる流体が流れる殺菌用流路２２ａである。殺菌管２２としては、紫外光を反射する材質からなるものを用いるとよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるものを用いることができる。殺菌管２２の端部で流体の流れが滞留してしまうことがないよう、殺菌管２２の両端部において、内周面と端面との間の角部には面取り加工（あるいは丸め加工）が施されている。

流入側接続部４は、壁部４１１と周壁部４１２とに囲まれた凹部４１３を有する流入側管接続部材４１と、凹部４１３内に挿入される凸部４２１を有し、凹部４１３を塞ぐように設けられる蓋部材４２と、を有している。流入側管接続部材４１及び蓋部材４２は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の樹脂からなる。

流入側管接続部材４１は、板状の壁部４１１の周縁部から壁部４１１と直交する方向に環状の周壁部４１２を一体に形成して構成されている。本実施の形態では、壁部４１１が円板状に形成されると共に、周壁部４１２が円筒状に形成されている。壁部４１１の中央部（壁部４１１と直交する方向から見た際の中心部分）には、壁部４１１を貫通する殺菌管挿入穴４１１ａが形成されており、この殺菌管挿入穴４１１ａに殺菌管２２の端部が挿入され固定されている。また、周壁部４１２には、周壁部４１２を貫通する流入管挿入孔４１２ａが形成されており、この流入管挿入孔４１２ａに流入管２１が挿入され固定されている。なお、流入管２１は、その一部が周壁部４１２と一体に構成されていてもよい。

本実施の形態においては、流入管２１の軸方向と、殺菌管２２の軸方向とが交差（ここでは直交）している。本実施の形態では、殺菌管２２の出口側の端部から紫外光を照射するが、例えば、殺菌管２２と平行となるように流入管２１を接続すると、紫外光が流入管２１に照射されることとなり、流入管２１が紫外光により劣化するおそれが生じる。そのため、流入管２１として紫外光に対する耐性を有する材料を用いたり、紫外光を遮る斜光部材を別途設けたりする必要が生じ、コスト増加の原因となる。本実施の形態のように、流入管２１の軸方向と、殺菌管２２の軸方向とを交差（望ましくは直交）させることで、容易に流入管２１に紫外光が照射されない構造とすることができ、流入管２１を紫外光に対する耐性が低い低コストの材料で構成することが可能になる。

蓋部材４２は、凹部４１３内に挿入される円柱状の凸部４２１と、凸部４２１の軸方向における一方の端部から径方向外方に突出するフランジ部４２２と、を一体に有する。フランジ部４２２は、周壁部４１２の端部に水密に固定される。凸部４２１を凹部４１３内に挿入した状態において、凸部４２１の外面（外周面及び先端面）と、凹部４１３の内面（周壁部４１２の内周面、及び壁部４１１の凹部４１３側の面）との間には隙間が形成されるようになっている。この隙間が、流入管２１から殺菌管２２に流体を導く接続流路４ａとなっている。

接続流路４ａにおいて、凸部４２１の外周面に沿う部分から、凸部４２１の先端面に沿う部分へと流体が流れる際に、流体の流れが滞留してしまうことがないように、凸部４２１の外周面と先端面との間の角部には面取り加工（あるいは丸め加工）が施されている。

凸部４２１の外周面であって、流入管２１との対向位置には、凸部４２１の周方向に沿うように、凹状の整流溝４２１ａが形成されている。整流溝４２１ａを形成することで、図３に示すように、流入管２１から流入した流体（図示白抜き矢印）は、接続流路４ａに流れ込んだ際に、まず、比較的流路断面積が広い（流体抵抗が低い）整流溝４２１ａの位置で凸部４２１の全周に回り込み（図示破線矢印）、その後、流路断面積が狭い（流体抵抗が高い）殺菌管２２側の接続流路４ａへと流れ込む（図示実線矢印）。整流溝４２１ａが無い状態では、流入管２１の接続側の接続流路４ａばかりに流体が流れてしまい、接続流路４ａの周方向において流体の流れが均一とならない場合がある。本実施の形態のように整流溝４２１ａを形成することで、周方向のいずれの場所においても接続流路４ａを流体が均一に流れるようになる。これにより、接続流路４ａの下流の殺菌用流路２２ａにおいても、流体の流れを均一にすることが可能になる。なお、殺菌用流路２２ａでの流体の流れが均一でないと、流速が早い部分で紫外光の照射時間が短くなり、十分な殺菌効果が得られなくなる場合がある。整流溝４２１ａは、凸部４２１の外周面に沿った接続流路４ａを流れる流体の整流を行うものであるから、流入管２１との対向位置、または当該対向位置よりも下流側（殺菌管２２側）の凸部４２１の外周面に形成されていればよい。

凸部４２１の先端部（フランジ部４２２と反対側の端部）には、反射材収容凹部４２１ｂが形成されており、この反射材収容凹部４２１ｂに、紫外光を反射する反射材４３が設けられている。反射材４３は、光源３１から照射された紫外光を殺菌用流路２２ａ内に反射させることで、殺菌効果を向上させるためのものであり、殺菌管２２の端部と対向するように設けられている。流入側管接続部材４１には、反射材４３と対向する壁部４１１から突出し、反射材４３が凸部４２１から脱落しないように支持する複数の柱状突起４１１ｂが形成されている。なお、ここでは柱状突起４１１ｂが壁部４１１に形成されているが、反射材４３側に柱状突起４１１ｂを設けてもよく、また、殺菌管２２の端部に軸方向に突出するように柱状突起４１１ｂを設けてもよい。また、柱状突起４１１ｂは、壁部４１１、反射材４３、及び殺菌管２２と別体に形成され、壁部４１１、反射材４３、殺菌管２２のいずれかに取り付けられる（固定される）ように構成されていてもよい。

排出側接続部５は、壁部５１１と周壁部５１２とに囲まれた凹部５１３を有し、壁部５１１に殺菌管２２の端部が接続された排出側管接続部材５１と、凹部５１３内に挿入される凸部３２１を有し、凹部５１３を塞ぐように設けられる光源ユニット３と、を有しており、排出側管接続部材５１と光源ユニット３間に冷却用流路５ａが形成されている。排出側接続部５は、本発明の接続部の一態様である。また、排出側管接続部材５１は、本発明の接続部材の一態様である。

排出側管接続部材５１は、流入側管接続部材４１と同じ形状となっており、これにより、部品点数の削減及び低コスト化が図られている。すなわち、排出側管接続部材５１は、板状の壁部５１１の周縁部から壁部５１１と直交する方向に環状の周壁部５１２を一体に形成して構成されている。本実施の形態では、壁部５１１が円板状に形成されると共に、壁部５１２が円筒状に形成されている。壁部５１１の中央部（壁５１１と直交する方向から見た際の中心部分）には、壁部５１１を貫通する殺菌管挿入穴５１１ａが形成されており、この殺菌管挿入穴５１１ａに殺菌管２２の端部が挿入され固定されている。

また、周壁部５１２には、周壁部５１２を貫通する排出管挿入孔５１２ａが形成されており、この排出管挿入孔５１２ａに排出管２３が挿入され固定されている。このように、本実施の形態においては、排出管２３の軸方向と、殺菌管２２の軸方向とが交差（ここでは直交）している。換言すれば、排出流路２３ａは、その冷却用流路５ａから流体を排出する方向が、殺菌管２２を流体が流れる方向に対して交差する方向となっている。排出管２３は、その端部が光源ユニット３（ハウジング３２）の外周面と対向するように設けられることになる。また、流入管２１の流入側接続部４からの延出方向と、排出管２３の排出側接続部５からの延出方向とは同じ方向となっている。排出側管接続部材５１は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の樹脂からなる。

光源ユニット３は、殺菌管２２の端部（ここでは殺菌用流路２２ａの出口）と対向して配置され、殺菌用流路２２ａを流れる流体（ここでは水）に紫外光を照射するものである。光源ユニット３は、紫外光を照射する光源３１と、光源３１を収容する収容室３２ａを有するハウジング３２と、窓部材３３と、窓部材用シール部材３４と、本発明の冷却手段としてのヒートシンク３５と、を備えている。光源ユニット３は、全体として略円筒状に形成されており、その軸方向が殺菌用流路２２ａを流体が流れる方向（殺菌管２２の軸方向）と一致するように配置されている。

光源３１としては、紫外光を発光する発光ダイオードを用いる。光源３１として用いる発光ダイオードは、１つであっても複数であってもよく、流体の流量や発光ダイオードの発光強度、波長等を考慮して、適宜選択するとよい。一般に、波長２６５ｎｍ近傍において殺菌効果が高まるため、使用する発光ダイオードとしては、発光波長が２６５ｎｍ程度のものを使用するとよい。ただし、発光波長を２６５ｎｍ程度とした場合には十分な発光強度が得られない場合もあるため、発光波長と発光強度の組み合わせを考慮し、最も殺菌効果が高くなる発光ダイオードを光源３１として用いることがより望ましい。紫外光の照射効率を高めるため、光源３１にリフレクタと呼称される凹面鏡を取り付けてもよい。

ハウジング３２は、上述の流入側接続部４における蓋部材４２と略同じ外形に形成されている。ハウジング３２は、凹部５１３内に挿入される円筒状の凸部３２１と、凸部３２１の軸方向における一方の端部から径方向外方に突出するフランジ部３２２と、を一体に有する。フランジ部３２２は、周壁部５１２の端部に水密に固定される。ハウジング３２の前面（殺菌管２２側）には、開口３２ｂが設けられており、この開口３２ｂを塞ぐように窓部材３３が設けられている。冷却用流路５ａにおいて、凸部３２１の先端面及び窓部材３３に沿う部分から凸部３２１の外周面に沿う部分へと流体が流れる際に、流体の流れが滞留してしまうことがないように、凸部３２１の外周面と先端面との間の角部には面取り加工（あるいは丸め加工）が施されている。

凸部３２１を凹部５１３内に挿入した状態において、凸部３２１の外面（外周面）及び窓部材３３と、凹部４１３の内面（周壁部４１２の内周面、及び壁部４１１の凹部４１３側の面）との間には隙間が形成されるようになっている。この隙間が、殺菌管２２から排出管２３に流体を導きつつ、光源ユニット３の冷却を行う冷却用流路５ａである。冷却用流路５ａは、殺菌用流路２２ａの出口と接続されると共に、排出流路２３ａに接続されており、少なくとも、光源ユニット３の前面（紫外光照射側）及び側周を囲むように形成される。ここでは、光源ユニット３の背面を冷却用流路５ａが覆っていないが、光源ユニット３の背面の一部を冷却用流路５ａが覆っていてもよい。ただし、後述のヒートシンク３５を取り付け可能な程度、光源ユニット３の背面が冷却用流路５ａから露出されている必要がある。

冷却用流路５ａを流れる流体は、光源ユニット３のハウジング３２の外周面に接触する。ハウジング３２は、収容室３２ａに収容された光源３１で発生した熱を伝導し、冷却用流路５ａを流れる流体に放熱する熱伝導部材としての役割を果たす。そのため、ハウジング３２は、熱伝導性の高い材質で構成されることが望ましい。また、ハウジング３２は殺菌対象となる流体に接触するため、例えば殺菌後の流体を医療用途等に用いる場合には、ハウジング３２としてアルミニウムや銅等の溶出性の材料を用いることはできない。そこで、本実施の形態では、ハウジング３２として、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなるものを用いた。なお、これに限らず、ハウジング３２として、ＰＶＤＦ等の樹脂からなるものを用いることも可能である。

凸部３２１の外周面であって、排出管２３との対向位置には、凸部３２１の周方向に沿うように、凹状の整流溝３２１ａが形成されている。整流溝３２１ａを形成することで、流入側の整流溝４２１ａと同様に、殺菌管２２から排出管２３の接続側の冷却用流路５ａで流速が早くなってしまうことを抑制し、冷却用流路５ａ内を流体が均一に流れるようになる。その結果、殺菌用流路２２ａにおいても流体の流れを均一にすることができ、十分な殺菌効果を維持することが可能になる。整流溝３２１ａは、排出管２３との対向位置、または当該対向位置よりも上流側のハウジング３２の外周面に形成されていればよい。

また、ハウジング３２は、円筒状の凸部３２１の内周面から径方向内方に延出する円環状の庇部３２３を有する。庇部３２３は、窓部材３３の背面を支持して窓部材３３を補強する役割と、発熱源である光源３１の近傍まで延出して光源３１からの熱をより効果的に集める役割と、窓部材用シール部材３４を保持する役割と、を兼ねた部材である。庇部３２３の凸部３２１の内周面からの突出長が長いほど、窓部材３３を補強する効果が高まり耐圧性が高まるため、使用時の流体の圧力等を考慮して、十分な耐圧性を実現できるように、庇部３２３の突出長を適宜調整するとよい。また、庇部３２３は、殺菌管２２と排出側管接続部材５１の境界部分に紫外光が照射されることを抑制し、殺菌管２２と排出側管接続部材５１との間に設けられるシール部材（不図示）が劣化することを抑制する役割も果たしている。庇部３２３の径方向外方の端部であって窓部材３３側（壁部５１１側）の面には、窓部材用シール部材３４を収容する環状のシール収容溝３２３ａが形成されている。

窓部材３３は、紫外光を透過するものであればよく、例えば、石英ガラス（ＳｉＯ_２）、サファイアガラス（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるものを用いることができる。ここでは、石英ガラスからなる窓部材３３を用いた。窓部材３３の光源３１側の面には、光源３１からの紫外光の反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコート（Ａｎｔｉ－ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ））が施されていることが望ましい。また、窓部材３３の殺菌管２２側の面には、光触媒効果により窓部材３３に汚れが付着することを抑制可能な酸化チタン膜を設けてもよい。酸化チタン膜の膜厚は、光源３１からの紫外光の透過率を低下させずに光触媒の効果を得るために、数ｎｍ程度（例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下）とすればよい。

図示していないが、窓部材３３と庇部３２３との間、すなわち庇部３２３の壁部５１１側の面上には、紫外光を反射する反射材が設けられていてもよい。殺菌管２２としてＰＴＦＥからなるものを用いた場合、紫外光は殺菌管２２の表面で全方位に反射（散乱）されるため、光源ユニット３側に戻ってくる紫外光が増加する。窓部材３３と庇部３２３との間に反射材を設けることで、反射材により反射光を殺菌用流路２２ａ側へと反射することが可能になり、殺菌効率をより向上させることが可能になる。なお、本実施の形態では庇部３２３を含むハウジング３２をステンレス鋼で構成しているが、ステンレス鋼では紫外光の反射率が非常に低い。反射材としては、例えば円環状の高反射アルミニウム板を用いることができる。

窓部材用シール部材３４は、窓部材３３とハウジング３２間をシールするものであり、窓部材３３の背面側に配置される。ここでは、窓部材用シール部材３４として、フッ素ゴム（ＦＫＭ）からなるＯリングを用いた。

殺菌管２２の端部は、窓部材３３の近傍まで延出されており、窓部材３３と殺菌管２２との隙間が十分に小さくなるようにされる。これにより、窓部材３３と殺菌管２２との隙間が、殺菌用流路２２ａでの流体の流れを整える整流部として機能することになる。窓部材３３と殺菌管２２間の流路断面積は、少なくとも殺菌管２２の流路断面積より小さくされる。本実施の形態では、窓部材３３と殺菌管２２間の流路断面積と、光源ユニット３の外周を覆う部分の冷却用流路５ａ（整流溝３２１ａが形成されている部分を除く）の流路断面積とを略同じとなるように構成した。ただし、例えば、光源ユニット３の外周を覆う部分の冷却用流路５ａ（整流溝３２１ａが形成されている部分を除く）の流路断面積を、窓部材３３と殺菌管２２間の流路断面積よりも小さくすることで、冷却用流路５ａの途中においても整流の効果が得られるようにしてもよい。この場合、窓部材３３と殺菌管２２間、及び冷却用流路５ａの途中の２箇所で整流が行われることとなり、より高い整流の効果を得ることが可能になる。

なお、冷却用流路５ａの途中のみで整流を行うことも考えられるが、この場合、排出管２３に近すぎるために、排出管２３に近いほど流速が早くなって十分な整流の効果が得られない場合がある。よって、すくなくとも、窓部材３３と殺菌管２２との隙間が十分に小さくして、窓部材３３と殺菌管２２との隙間を整流部として作用させることが望ましい。

排出側管接続部材５１には、窓部材３３と対向する冷却用流路５ａの内周面（壁部５１１）から突出し、窓部材３３を背面側へと押し付ける複数の柱状突起５１１ｂが形成されている。図４（ａ）に示すように、本実施の形態では、殺菌管２２の中心軸を中心とする周方向に等間隔に円弧状の柱状突起５１１ｂを形成した。殺菌管２２からの流体は、柱状突起５１１ｂの間を通って整流溝３２１ａ側へと流れていくことになる。

なお、整流溝３２１ａを形成しても排出管２３側ばかりに流体が偏って流れてしまう場合には、図４（ｂ）に示すように、複数の柱状突起５１１ｂを、柱状突起５１１ｂ間の流路断面積が不均一となるように設けてもよい。この場合、排出管２３に近い側において流路断面積が小さく（柱状突起５１１ｂ間の隙間を小さく）し、排出管２３と遠い側において流路断面積が大きく（柱状突起５１１ｂ間の隙間を大きく）するとよい。また、図４（ｃ）に示すように、柱状突起５１１ｂの形状を互いに異ならせてもよい。このように、柱状突起５１１ｂの位置、配置密度、形状等を適宜変化させることによって、冷却用流路５ａでの流体の流れをより整えることが可能である。

ここでは、排出側管接続部材５１の柱状突起５１１ｂについて説明したが、流入側管接続部材４１の柱状突起４１１ｂについても、同様である。すなわち、整流溝４２１ａを形成しても流入管２１側ばかりに流体が偏って流れてしまう場合には、複数の柱状突起４１１ｂを、柱状突起４１１ｂ間の流路断面積が不均一となるように設けてもよい。この場合、流入管２１に近い側において流路断面積が小さく（柱状突起４１１ｂ間の隙間を小さく）し、流入管２１と遠い側において流路断面積が大きく（柱状突起４１１ｂ間の隙間を大きく）するとよい。また、柱状突起４１１ｂの形状を互いに異ならせてもよい。

また、本実施の形態では、柱状突起５１１ｂが壁部５１１に形成されているが、窓部材３３側に柱状突起５１１ｂを設けてもよく、また、殺菌管２２の端部に軸方向に突出するように柱状突起５１１ｂを設けてもよい。また、柱状突起５１１ｂは、壁部５１１、窓部材３３、及び殺菌管２２と別体に形成され、壁部３１１、窓部材３３、殺菌管２２のいずれかに取り付けられる（固定される）ように構成されていてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、殺菌管２２の端部に軸方向に延びるように櫛歯状の柱状突起５１１ｂを設け、柱状時５１１ｂの間の隙間２２ｂから流体を通すようにしてもよい。さらに、図５（ｂ）に示すように、殺菌管２２の端部を窓部材２３に当接するようにし、かつ、殺菌管２２の端部に周方向に離間して複数の貫通孔２２ｃを形成し、貫通孔２２ｃから流体を通すようにしてもよい。この場合、殺菌管２２の端部全体が柱状突起５１１ｂの役割を果たすことになる。

本実施の形態に係る流体殺菌装置１では、光源ユニット３は、その背面側でかつ冷却用流路５ａに覆われていない部分に設けられた冷却手段としてのヒートシンク３５を有している。光源ユニット３の全体が冷却用流路５ａに覆われると、冷却手段を別途設けることが困難であるが、本実施の形態のように、殺菌用流路２２ａを流体が流れる方向に対して交差する方向（ここでは直交する方向）に流体を排出するように排出管２３（排出流路２３ａ）を設けることで、光源ユニット３の背面側を冷却用流路５ａにより覆わないように構成することができ、ヒートシンク３５等の冷却手段を容易に設けることが可能になる。

ヒートシンク３５は、光源３１が搭載された回路基板３６が載置される基台３５１と、基台３５１の背面から突出するように形成された複数の放熱フィン３５２と、を一体に有している。基台３５１は、ハウジング３２の背面側の開口３２ｃを塞ぐように設けられている。ヒートシンク３５としては、熱導電性の高い材質からなるものを用いることが望ましい。ヒートシンク３５は、流体と接触しないため、銅やアルミニウム等の溶出性の金属からなるものを使用することも可能である。なお、冷却手段としては、空冷式のヒートシンク３５に限らず、例えば、冷却水を導入し冷却水によって光源３１を冷却する水冷ジャケット等であってもよい。

図示していないが、ヒートシンク３５とハウジング３２との間には、放熱シートあるいは放熱グリスが設けられるとよい。つまり、ヒートシンク３５とハウジング３２とは、放熱シートあるいは放熱グリスを介して接触しているとよい。これにより、ヒートシンク３５とハウジング３２間に隙間が発生して放熱効果が低下することを抑制でき、ハウジング３２からヒートシンク３５に効率よく熱を伝達して、放熱効果を高めることができる。

また、図示していないが、ヒートシンク３５に外気を送るファンユニットを光源ユニット３に一体に設けてもよい。これにより、光源３１の冷却効果をより向上させることができる。光源３１への電源供給等を行うための配線については、例えば、ハウジング３２やヒートシンク３５にコネクタを設ける等して、当該コネクタを介して光源ユニット３の背面側に引き出されるとよい。

ところで、光源ユニット３における収容室３２ａ内に湿った空気が存在すると、流体の冷却効果によって窓部材３３等に結露が発生してしまう。結露により発生した水滴が光源３１に付着すると、ショートを起こして故障が発生するおそれがある。そこで、本実施の形態では、収容室３２ａには、水分が０．０１％以下のドライエアーが封入され、外部から独立した雰囲気となるように構成されている。

ハウジング３２とヒートシンク３５との間には、両者間を気密にシールするヒートシンク側シール部材３７が設けられている。ヒートシンク側シール部材３７としては、フッ素ゴム（ＦＫＭ）からなるＯリングを用いることができる。ここでは、既存のヒートシンク３５を加工せずに使用可能とするために、ハウジング３２にヒートシンク側シール部材３７を収容する環状のシール収容溝３２４を形成したが、シール収容溝３２４は、ヒートシンク３５に形成されていてもよい。

また、収容室３２ａに封入されるドライエアーは、酸素を１％以上含んでいることが望ましい。光源３１として窒化ガリウムを含む発光ダイオードを用いる場合、収容室３２ａ内を酸素雰囲気とすることにより、光源３１の経年劣化（使用期間が長くなるにしたがって発光量が低下する現象）を抑制することができる。すなわち、収容室３２ａ内を酸素を１％以上含む雰囲気とすることにより、経年劣化が小さく長寿命な流体殺菌装置１を実現できる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る流体殺菌装置１では、殺菌用流路２２ａの出口と接続され、少なくとも、光源ユニット３の紫外光照射側である前面及び側周を囲むように形成された冷却用流路５ａを備え、光源ユニット３は、その背面側でかつ冷却用流路５ａに覆われていない部分に設けられ、流体以外の冷却媒体により光源３１を冷却する冷却手段としてのヒートシンク３５を有している。これにより、例えば流体の温度が高くなった場合であっても、冷却手段で光源３１を冷却することが可能になり、光源３１の冷却効果を向上することが可能になる。その結果、光源３１が高温になり発光効率の低下と殺菌効果の低下を招いてしまうことを抑制することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。

さらに、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、殺菌用流路２２ａの下流側に光源３１（光源ユニット３）を設ける場合について説明したが、殺菌用流路２２ａの上流側に光源３１（光源ユニット３）を設けてもよい。この場合、図１において、流体の流れを上記実施の形態と反対向きにし、流体を排出流路２３ａ側から流入流路２１ａ側に流した場合と同じ構成になる。また、殺菌用流路２２ａの上流側と下流側の両方に光源３１（光源ユニット３）を設けてもよい。

また、上記実施の形態では、庇部３２３の殺菌管２２側（壁部５１１側）に窓部材３３を設ける場合について説明したが、図６に示すように、庇部３２３の光源３１側に窓部材３３を設けてもよい。図６では、庇部３２３の径方向外方の端部であって光源３１側の面に、窓部材用シール部材３４を収容するシール収容溝３２３ａが形成されている。図６の構成とした場合、窓部材３３を庇部３２３側に押し付ける構造を収容室３２ａ内に設けることができるため、窓部材３３の固定が比較的容易になる。この例では、ヒートシンク３５と窓部材３３との間にスペーサ３８を設け、ヒートシンク３５をハウジング３２にボルト固定等により固定する際に、スペーサ３８を介して窓部材３３を庇部３２３側に押し付けるように構成している。スペーサ３８は、光源３１からの紫外光が窓部材用シール部材３４に照射されて窓部材用シール部材３４が劣化してしまうことを抑制する役割も果たしており、紫外光を透過しない部材で構成されるとよい。

また、上記実施の形態では、冷却手段を「流体以外の冷却媒体により光源３１を冷却する」ものとしたが、ここでいう流体とは、殺菌対象となる流体、すなわち殺菌管２２を流れる流体である。よって、例えば、殺菌管２２よりも上流側で分岐した流体を、冷却手段の冷却媒体として用いることも可能である。

１…流体殺菌装置
２２ａ…殺菌用流路
２３…排出管
３…光源ユニット
３１…光源
３２…ハウジング
３２ａ…収容室
３２１ａ…整流溝
３３…窓部材
３４…窓部材用シール部材
３５…ヒートシンク（冷却手段）
４…流入側接続部
５…排出側接続部
５ａ…冷却用流路
５１１ｂ…柱状突起

Claims

殺菌対象となる流体が流れる殺菌用流路を構成する殺菌管と、
前記殺菌管の端部と対向して配置され、前記殺菌用流路を流れる流体に紫外光を照射する光源を有する光源ユニットと、
前記殺菌用流路と接続され、少なくとも、前記光源ユニットの紫外光照射側である前面及び側周を囲むように形成された冷却用流路と、を備え、
前記光源ユニットは、その背面側でかつ前記冷却用流路に覆われていない部分に、前記流体以外の冷却媒体により前記光源を冷却する冷却手段を有し、
前記冷却用流路を流れる流体による冷却と、前記冷却手段による冷却とを併用して、前記光源を冷却する、
流体殺菌装置。
前記冷却用流路を介して前記殺菌用流路に接続され、前記流体を流入または排出する流入排出流路を有し、
前記流入排出流路は、その前記冷却用流路に前記流体を流入させる方向、あるいは前記冷却流路から前記流体を排出する方向が、前記殺菌用流路を流体が流れる方向に対して交差する方向である、
請求項１に記載の流体殺菌装置。
前記光源ユニットは、筒状に形成されており、その軸方向が前記殺菌用流路を流体が流れる方向と一致するように配置されており、
前記流入排出流路を構成する管は、その端部が前記光源ユニットの前記側周の外面である外周面と対向するように設けられており、
前記光源ユニットの外周面に、前記光源ユニットの周方向に沿うように、凹状の整流溝が形成されている、
請求項２に記載の流体殺菌装置。
前記殺菌管の端部が接続されており、前記光源ユニットを収容している管接続部材を備え、
前記管接続部材と前記光源ユニット間に前記冷却用流路が形成されており、
前記光源ユニットは、前記光源を収容する収容室を有するハウジングと、前記ハウジングの前面に設けられた開口を塞ぐように設けられ、紫外光を透過する窓部材と、前記窓部材の背面側に配置され前記窓部材と前記ハウジング間をシールする窓部材用シール部材と、を有し、
前記管接続部材、前記殺菌管、前記窓部材のいずれかに固定されており、前記窓部材を背面側へと押し付けるための複数の柱状突起を有する、
請求項２または３の何れか１項に記載の流体殺菌装置。
前記複数の柱状突起は、前記柱状突起間の流路断面積が不均一となるように設けられている、
請求項４に記載の流体殺菌装置。
前記ハウジングが、ステンレス鋼からなる、
請求項４または５に記載の流体殺菌装置。
前記光源ユニットは、前記光源を収容する収容室を有し、
前記収容室には、水分が０．０１％以下のドライエアーが封入され、外部から独立した雰囲気となるように構成されている、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の流体殺菌装置。