JP7029892B2

JP7029892B2 - 流体殺菌装置

Info

Publication number: JP7029892B2
Application number: JP2017125497A
Authority: JP
Inventors: 真也渡邊; 信宏鳥井
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: US10703646B2; JP2019005382A; US20180370822A1

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

紫外線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線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線を照射することで、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、直管状のパイプで形成される容器の端部の外側に紫外線ＬＥＤを配置した装置が挙げられる（特許文献１参照）。

この装置は、紫外線ＬＥＤからある程度広がりを持って照射される紫外線を、透過させる際に屈折させて平行光にする平行レンズを備えている。そして、紫外線ＬＥＤから照射される紫外線は、平行レンズにより屈折させられた後、ガラス板を透過して容器内に照射される。

特開２０１４－２３３７１２号公報

しかしながら、紫外線ＬＥＤから照射された紫外線は、平行レンズの入射面や反射面、ガラス板の入射面における反射に起因して、容器内に到達するまでに損失が生じる。

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、光源から照射された紫外線による流体の殺菌効率を向上する新たな技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流体殺菌装置は、通過する液体が殺菌処理される処理流路が形成されている筐体と、処理流路に向かって紫外線を照射する光源と、光源と処理流路との間に配置され、光源が照射した紫外線が透過する透過部材と、を備える。透過部材は、光源が照射した紫外線を屈折または反射させて処理流路に向かうように集光する集光部と、集光部を透過した紫外線が処理流路に向かって出射する出射部と、出射部の外周に該出射部と連なるように形成された、筐体に保持される被保持部と、を有する一部品であり、出射部は、処理流路に対して露出している。

この態様によると、光源から出射した紫外線が集光部によって処理流路に向かうため、殺菌に寄与しない紫外線の量を低減でき、流体の殺菌効率を向上できる。また、透過部材が一部品で構成されているため、光源が照射した紫外線が処理流路に到達するまでに通過する界面における反射を低減できる。また、出射部は、処理流路に対して露出しており、処理流路内の屈折率が比較的高い液体と接しているため、出射部界面での屈折率差を低減できる。

出射部は、表面が平坦であってもよい。出射部界面では屈折率差が低減されるため、表面を光学的な観点で加工する必要はない。これにより、透過部材の形状を簡素化できるため、製造コストを低減できる。また、出射部の表面は、処理流路の壁面を構成している。そのため、表面を平坦にすることで処理流路における液体の流れを妨げにくくできる。

被保持部は、出射部の表面と同一平面を有するフランジであってもよい。これにより、フランジを有する透過部材を平易な形状で実現できる。

透過部材は、モールド成形された部品であってもよい。これにより、機械加工を省略あるいは低減できる。

透過部材は、合成石英で構成されていてもよい。これにより、紫外線を照射する光源を用いても、透過部材の劣化が抑えられる。

透過部材は、被保持部の外縁の直径Ｄ１［ｍｍ］が出射部の最大径Ｄ２［ｍｍ］の１．５倍以上であってもよい。これにより、ある程度大きな筐体に対しても透過部材を保持させることができる。

筐体は、処理流路を構成する筒状の流路管を有してもよい。流路管は、外径Ｄ３［ｍｍ］が出射部の最大径Ｄ２［ｍｍ］よりも大きい。これにより、出射部から出射した紫外線のほとんどが処理流路内へ照射される。

流路管は、外径Ｄ３［ｍｍ］が被保持部の外縁の直径Ｄ１［ｍｍ］より小さい。これにより、流路管の外周に配置された部品に対して透過部材を保持させることができる。

流路管は、内径をＤ４［ｍｍ］、長さをＬ［ｍｍ］とすると、Ｌ／Ｄ４が２０以下であってもよい。

筐体は、流路管の一方の端部の開口近傍の外周面を覆う第１の部品と、流路管の一方の端部の開口を隙間を有して覆う第２の部品と、を有してもよい。第１の部品は、流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路または流出路が形成されており、透過部材は、出射部が流路管の開口と対向するように配置されており、かつ、被保持部が封止部材とともに第１の部品と第２の部品との間に挟持されていてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、光源から照射された紫外線による流体の殺菌効率を向上することが可能となる。

第１の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す断面図である。透過部材の概略断面図である。第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す断面図である。第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す斜視図である。図３における透過部材周辺の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の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。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０の概略構成を示す断面図である。流体殺菌装置１０は、通過する流体（液体）が殺菌処理される処理流路１２が形成されている流路管１４と、処理流路１２に向かって紫外線を照射する光源１６と、光源１６と処理流路１２との間に配置され、光源１６が照射した紫外線が透過する透過部材１８と、を備える。

流路管１４は、円筒状の直管であり、一方の端部２０に流路管１４の径方向に延びる流出路２２が設けられており、他方の端部２４に流路管１４の径方向に延びる流入路２６が設けられている。一方の端部２０には、光源１６からの紫外線を透過させるための透過部材１８が設けられている。

光源１６は、透過部材１８によって処理流路１２と隔てられた光源室３０に配置されている。光源室３０は、透過部材１８と有底円筒部材３２とで区画された領域である。光源１６は、発光素子３４と、基板３６とを有する。発光素子３４は、紫外線を発する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３４は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ～２９０ｎｍ付近の紫外線を発することが好ましい。このような紫外線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。

透過部材１８は、流路管１４の開口部を封止するとともに、発光素子３４が発する紫外線を処理流路１２に向けて集光する部品である。図２は、透過部材１８の概略断面図である。なお、図２では、光源１６のうち発光素子３４のみ図示している。

図２に示すように、透過部材１８は、発光素子３４が照射した紫外線Ｌを屈折または反射させて処理流路に向かうように集光する集光部３８と、集光部３８を透過した紫外線が処理流路１２に向かって出射する出射部４０と、出射部４０の外周に出射部４０と連なるように形成された、流路管１４および有底円筒部材３２に保持される被保持部４２と、を有する一部品である。

集光部３８は、お椀形状の部分であり、側面３８ａが放物面を構成している。また、頂部３８ｂには、発光素子３４の発光面と対向する部分に凹部３８ｃが形成されており、凹部３８ｃの底部には凸レンズ部３８ｄが形成されている。

発光素子３４から照射された紫外線のうち凸レンズ部３８ｄに入射した紫外線Ｌ１は屈折し、出射部４０から出射した後、処理流路１２の長手方向Ｘまたは長手方向Ｘと僅かな角度を成す方向で処理流路１２を進んでいく。そのため、紫外線Ｌ１が流路管１４のより遠方（他方の端部２４側）まで届くこととなり、紫外線による流体の殺菌効率が向上する。

また、発光素子３４から照射された紫外線のうち集光部３８の側面３８ａに向かった紫外線Ｌ２は、側面３８ａで内面反射し、出射部４０から出射した後、処理流路１２の長手方向Ｘまたは長手方向Ｘと僅かな角度を成す方向で処理流路１２を進んでいく。そのため、紫外線Ｌ２が流路管１４のより遠方（他方の端部２４側）まで届くこととなり、紫外線による流体の殺菌効率が向上する。

このように、発光素子３４から出射した紫外線が集光部３８によって処理流路１２に向かうため、殺菌に寄与しない紫外線の量を低減でき、流体の殺菌効率を向上できる。また、透過部材１８が一部品で構成されているため、発光素子３４が照射した紫外線が処理流路１２に到達するまでに通過する界面は、集光部３８の入射面と出射面だけであり、界面で生じる反射を低減できる。

また、出射部４０は、ガラスや石英等の透明材料（屈折率１．４～１．８程度）で構成されている。また、出射部４０は、処理流路１２に対して露出しており、屈折率が比較的高い液体（例えば、水の場合の屈折率は１．３３程度）と接している。そのため、出射部４０が空気と接しているような場合と比較して、出射部４０界面での屈折率差を低減できる。つまり、紫外線が出射部４０で大きく曲がらずに、流路管１４のより遠方（他方の端部２４側）まで届くことになる。

また、出射部４０は、図２に示すように、表面が平坦である。前述のように、出射部４０界面では屈折率差が低減されるため、表面を光学的（光路変更）な観点で加工する必要はない。これにより、透過部材１８の形状を簡素化できるため、製造コストを低減できる。また、出射部４０の表面は、処理流路１２の内壁面の一部を構成している。そのため、表面を平坦にすることで処理流路１２内における液体の流れを妨げにくくできる。

被保持部４２は、出射部４０の表面と同一平面を有するフランジである。これにより、フランジを有する透過部材１８を平易な形状で実現できる。

透過部材１８は、モールド成形された部品である。これにより、複雑な形状の部品であっても機械加工を省略あるいは低減できる。また、本実施の形態に係る透過部材１８は、合成石英で構成されている。これにより、紫外線を照射する光源を用いても、透過部材１８の劣化が抑えられる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置５０の概略構成を示す断面図である。図４は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置５０の概略構成を示す斜視図である。なお、図３、図４においては、流路管の一方の端部側のみを図示しており、流路管の他方の端部側については、一方の端部側とほぼ同様の構成であるため図示を省略している。また、第１の実施の形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略している。

流体殺菌装置５０は、通過する流体が殺菌処理される処理流路５２が形成されている円筒状の直管である流路管５４と、処理流路５２に向かって紫外線を照射する光源１６と、光源１６と処理流路５２との間に配置され、光源１６が照射した紫外線が透過する透過部材１８と、を備える。

本実施の形態に係る筐体は、流路管５４と、流路管５４の一方の端部５６の開口５８近傍の外周面６０を覆う第１の部品としての環状部材６２と、流路管５４の一方の端部５６の開口５８を隙間を有して覆う第２の部品としての有底円筒部材６４と、を有している。環状部材６２は、流路管５４の外周面６０と交差する向きに形成された流出路６６が形成されている。

このような筐体を有する流体殺菌装置５０においては、図３に示すように、処理流路５２を流れてきた流体は、流路管５４の開口５８を通過し、出射部４０と流路管５４の一方の端部５６との隙間を通過し、流路管５４の外周面６０と環状部材６２の内周面との隙間を通過し、流出路６６から装置外へと流出する。

透過部材１８は、出射部４０が流路管５４の開口５８と対向するように配置されている。また、透過部材１８は、被保持部４２が封止部材６８とともに環状部材６２と有底円筒部材６４との間に挟持されている。封止部材６８は、紫外線の影響による劣化を生じにくい材料が良く、例えば、フッ素含有樹脂やフッ素含有ゴム等のシールリングが好適である。

図５は、図３における透過部材１８周辺の拡大図である。本実施の形態に係る流体殺菌装置５０においては、透過部材１８は、被保持部４２の外縁の直径Ｄ１［ｍｍ］が出射部４０の最大径Ｄ２［ｍｍ］の１．５倍以上、または２．０倍以上である。これにより、直径がある程度大きな筐体に対しても透過部材１８を保持させることができる。なお、直径Ｄ１は、例えば、３０～１００ｍｍである。また、最大径Ｄ２は、例えば、１０～４０ｍｍである。また、被保持部４２の厚みは、１．０～５．０ｍｍである。

また、流路管５４は、外径Ｄ３［ｍｍ］が出射部４０の最大径Ｄ２［ｍｍ］よりも大きい。これにより、出射部４０から出射した紫外線のほとんどが処理流路５２内へ照射される。なお、外径Ｄ３は、例えば、１５～７０ｍｍである。

また、流路管５４は、外径Ｄ３［ｍｍ］が被保持部４２の外縁の直径Ｄ１［ｍｍ］より小さい。これにより、流路管５４の外周に配置された環状部材６２に対して透過部材１８を保持させることができる。

また、流路管５４は、内径をＤ４［ｍｍ］、長さをＬ［ｍｍ］とすると、Ｌ／Ｄ４が２０以下であってもよい。なお、内径Ｄ４は、例えば、１０～４０ｍｍである。また、長さＬは、例えば、１００～８００ｍｍである。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の各実施の形態では、流路管の流出路側の端部近傍に光源を設けているが、流路管の流入路側の端部近傍に光源を設けてもよい。また、流路管の流出路側の端部近傍および流路管の流入路側の端部近傍の両方に光源を設けてもよい。

１０流体殺菌装置、１２処理流路、１４流路管、１６光源、１８透過部材、２０端部、２２流出路、２４端部、２６流入路、３０光源室、３２有底円筒部材、３４発光素子、３６基板、３８集光部、３８ａ側面、３８ｂ頂部、３８ｃ凹部、３８ｄ凸レンズ部、４０出射部、４２被保持部、５０流体殺菌装置、５２処理流路、５４流路管、５６端部、５８開口、６０外周面、６２環状部材、６４有底円筒部材、６６流出路、６８封止部材。

Claims

通過する液体が殺菌処理される処理流路が形成されている筐体と、
前記処理流路の端部に配置される透過部材と、
前記透過部材越しに前記処理流路内に向かって紫外線を照射する光源と、を備え、
前記透過部材は、
前記光源が照射した紫外線を屈折または反射させて前記処理流路に向かうように集光する集光部と、
前記集光部を透過した紫外線が前記処理流路に向かって出射する出射部と、
前記出射部の外周に該出射部と連なるように形成された、前記筐体に保持される被保持部と、を有する一部品であり、
前記出射部は、前記処理流路に対して露出しており、
前記集光部は、光源から照射された紫外線を内面反射する側面を有し、
前記透過部材は、前記被保持部の外縁の直径Ｄ１［ｍｍ］が、前記側面の最大径［ｍｍ］の１．５倍以上であることを特徴とする流体殺菌装置。
前記出射部は、表面が平坦であることを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。
前記被保持部は、前記出射部の表面と同一平面を有するフランジであることを特徴とする請求項１または２に記載の流体殺菌装置。
前記透過部材は、モールド成形された部品であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記透過部材は、合成石英で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記筐体は、前記処理流路を構成する筒状の流路管を有し、
前記流路管は、外径Ｄ３［ｍｍ］が前記側面の最大径［ｍｍ］よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記流路管は、外径Ｄ３［ｍｍ］が前記被保持部の外縁の直径Ｄ１［ｍｍ］より小さいことを特徴とする請求項６に記載の流体殺菌装置。
前記流路管は、内径をＤ４［ｍｍ］、長さをＬ［ｍｍ］とすると、Ｌ／Ｄ４が２０以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の流体殺菌装置。
前記筐体は、
前記処理流路を構成する筒状の流路管と、
前記流路管の一方の端部の開口近傍の外周面を覆う第１の部品と、
前記流路管の一方の端部の開口を隙間を有して覆う第２の部品と、を有し、
前記第１の部品は、前記流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路または流出路が形成されており、
前記透過部材は、前記出射部が前記流路管の開口と対向するように配置されており、かつ、前記被保持部が封止部材とともに前記第１の部品と前記第２の部品との間に挟持されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記集光部の前記側面にて内面反射した紫外線は、前記出射部から前記処理流路の長手方向に出射することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。