JP7071144B2 - 紫外線殺菌装置および紫外線照射装置 - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線殺菌装置および紫外線照射装置に関する。
紫外線を用いて液体や気体などの流体を殺菌処理することが広く知られている。たとえば、特許文献１には、軸方向に延びる流路に対して、軸方向に向けて紫外線を照射して、流路内を流通する液体や気体を殺菌する流体殺菌装置が記載されている。
具体的には、特許文献１に記載の流体殺菌装置は、軸方向に延びる処理流路を区画する流路管と、流路管の一方の端部の近傍に設けられ、処理流路に向けて一方の端部から軸方向に紫外線を照射する広配向角の発光素子（ＬＥＤ光源）と、を有する。発光素子から照射された紫外線は、処理流路内の流体を殺菌する。
一般に、水などの液体は、紫外線を吸収する。また、紫外線発光素子から出射される紫外線は通常発散光であるため、紫外線の照度は、光源からの距離の二乗に反比例して小さくなる。このため、紫外線の照度は、発光素子から離れるにつれて低くなる。よって、液体の流速が一定の場合、紫外線が吸収されることによる影響が少ない発光素子の近くの液体は、発光素子から遠い液体と比較して殺菌されやすい。ここで、殺菌効果を高めるためには、発光素子近傍の紫外線の照度を高めることが必要である。そして、発光素子近傍の紫外線の照度を高めるためには、発光素子の数を増やすことが考えられる。しかしながら、発光素子の数を増やしてしまうと、製造コストが高くなってしまうとともに、装置が大型化してしまうおそれがある。
そこで、本発明は、光源の数を増やすことなく、殺菌効果を高くできる紫外線殺菌装置および紫外線照射装置を提供することをその目的とする。
上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線殺菌装置は、処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する紫外線殺菌装置であって、前記処理流路を内部に有する流路管と、紫外線を出射する光源と、前記光源から出射された紫外線のうち一部の紫外線を前記処理流路に向けて外部反射させるリフレクターと、前記光源から直接到達した紫外線と、前記リフレクターで反射された紫外線とを前記処理流路に向けて集光させる集光レンズと、を有し、前記リフレクターは、前記光源と前記集光レンズとの間に配置されている。
上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線照射装置は、処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する紫外線照射装置であって、紫外線を出射する光源と、前記光源から出射された紫外線のうち一部の紫外線を前記処理流路に向けて外部反射させるリフレクターと、前記光源から直接到達した紫外線と、前記リフレクターで反射された紫外線とを前記処理流路に向けて集光させる集光レンズと、を有し、前記リフレクターは、前記光源と前記集光レンズとの間に配置されている。
上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線照射装置は、処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する紫外線照射装置であって、紫外線を出射する光源と、前記光源から出射された紫外線のうち一部の紫外線を前記処理流路に向けて外部反射させるリフレクターと、前記光源から直接到達した紫外線と、前記リフレクターで反射された紫外線とを前記処理流路に向けて集光させる集光レンズと、を有し、前記リフレクターは、前記光源と前記集光レンズとの間に配置されている。
本発明によれば、光源の数を増やすことなく、殺菌効果を高くできる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［実施の形態１］
（紫外線殺菌装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００の断面図である。
（紫外線殺菌装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００の断面図である。
図１に示されるように、紫外線殺菌装置１００は、光源１１０と、集光レンズ１２０と、リフレクター１３０と、処理流路１５５を有する流路管１４０とを有する。光源１１０と、集光レンズ１２０と、リフレクター１３０とは、紫外線照射装置３００として機能する。
（光源）
光源１１０は、処理流路１５５に向けて紫外線を出射する。光源１１０の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源１１０の種類の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。光源１１０から出射される紫外線の中心波長またはピーク波長は、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下が好ましい。光源１１０から出射される紫外線の中心波長またはピーク波長は、殺菌効率が高い観点から、２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下がより好ましい。光源１１０は、配向角が広いことが好ましく、たとえば明るさの強度がピーク値の５０％となる方向間の角度である指向角半値幅が６０°以上のＬＥＤが好ましい。
光源１１０は、処理流路１５５に向けて紫外線を出射する。光源１１０の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源１１０の種類の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。光源１１０から出射される紫外線の中心波長またはピーク波長は、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下が好ましい。光源１１０から出射される紫外線の中心波長またはピーク波長は、殺菌効率が高い観点から、２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下がより好ましい。光源１１０は、配向角が広いことが好ましく、たとえば明るさの強度がピーク値の５０％となる方向間の角度である指向角半値幅が６０°以上のＬＥＤが好ましい。
光源１１０は、基板１１１の一方の面上に配置される。基板１１１は、基板１１１の他方の面が基体１１２の中央部分に取り付けられる。基体１１２に配置された基板１１１の周囲には、リフレクター１３０が配置される。
（集光レンズの構成）
図２Ａ～Ｄは、集光レンズ１２０の構成を示す図である。図２Ａは、集光レンズ１２０の平面図であり、図２Ｂは、底面図であり、図２Ｃは、側面図であり、図２Ｄは、図２Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図２Ａ～Ｄは、集光レンズ１２０の構成を示す図である。図２Ａは、集光レンズ１２０の平面図であり、図２Ｂは、底面図であり、図２Ｃは、側面図であり、図２Ｄは、図２Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
集光レンズ１２０は、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が小さい紫外線）を処理流路１５５に向けて集光させる。また、集光レンズ１２０は、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が大きい紫外線）であって、反射面１３１で反射した紫外線を処理流路１５５に向けて集光させる。図２Ａ～Ｄに示されるように、集光レンズ１２０は、凸レンズ面１２１と、フランジ１２２とを有する。
凸レンズ面１２１は、流路管１４０側または光源１１０側に配置されている。すなわち、凸レンズ面１２１は、流路管１４０側に配置されていてもよいし、光源１１０側に配置されていてもよいし、流路管１４０側および光源１１０側の両方に配置されていてもよい。本実施の形態では、流路管１４０側のみに凸レンズ面１２１が配置されており、光源１１０側は平面である。集光レンズ１２０の光源１１０側の平面は光源１１０から出射した紫外線が入射する入射面として機能し、集光レンズ１２０の流路管１４０側の凸レンズ面１２１は集光レンズ１２０の内部を進行した紫外線が出射するための出射面として機能する。
本実施の形態では、凸レンズ面１２１は、第１中心軸ＣＡ１を回転軸とした円対称である。第１中心軸ＣＡ１を含む断面において、凸レンズ面１２１は、光源１１０側から流路管１４０側に向かうにしたがって、第１中心軸ＣＡ１に垂直な断面における径が小さくなるように形成されている。また、光源１１０の光軸ＯＡと、集光レンズ１２０の第１中心軸ＣＡ１とは、一致していることが好ましい。
フランジ１２２は、凸レンズ面１２１の周囲に配置されている。フランジ１２２は、集光レンズ１２０の取り扱いを簡単にする他に、リフレクター１３０への設置部としても機能する。
本実施の形態では、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線は、光源１１０側の平面で入射して、凸レンズ面１２１から出射されるときに、流路管１４０に向けて屈折させられる。
（リフレクターの構成）
図３Ａ～Ｄは、リフレクター１３０の構成を示す図である。図３Ａは、リフレクター１３０の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、側面図であり、図３Ｄは、図３Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図３Ａ～Ｄは、リフレクター１３０の構成を示す図である。図３Ａは、リフレクター１３０の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、側面図であり、図３Ｄは、図３Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
リフレクター１３０は、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が大きな紫外線）を処理流路１５５に向けて反射させる。図３Ａ～Ｄに示されるように、リフレクター１３０は、反射面１３１と、第１凹部１３２と、第２凹部１３３とを有する。
反射面１３１は、光源１１０から出射され、直接到達した紫外線を処理流路１５５に向けて反射させる。反射面１３１は、第２中心軸ＣＡ２を回転軸とした円対称である。また、光源１１０の光軸ＯＡと、集光レンズ１２０の第１中心軸ＣＡ１と、リフレクター１３０の第２中心軸ＣＡ２とは、一致していることが好ましい。
第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１の形状は、特に限定されない。第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１の形状は、直線状でもよいし、第２中心軸ＣＡ２に対して凹の曲線状でもよい。本実施の形態では、第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１の形状は、直線状である。
第１凹部１３２は、リフレクター１３０の光源１１０側の面に形成されている。第１凹部１３２の底部の中央部分は、反射面１３１の一方の端部に連通している。紫外線殺菌装置１００において、第１凹部１３２内には、光源１１０および基板１１１が収容される。
第２凹部１３３は、リフレクター１３０の流路管１４０側の面に形成されている。第２凹部１３３の底部の中央部分は、反射面１３１に囲まれた凹部の一方の端部に連通している。紫外線殺菌装置１００において、第２凹部１３３には、集光レンズ１２０が設置される。
リフレクター１３０を基体１１２に配置すると、光源１１０および基板１１１が第１凹部１３２に収容されるとともに、光源１１０が反射面１３１により取り囲まれる。
（流路管の構成）
流路管１４０は、殺菌処理される流体が流れる管である。流路管１４０は、処理流路１５５を流通する流体の圧力によって変形または破損しにくい材料で形成される。流路管１４０は、内部に処理流路１５５を有する流入管１４１と、流路管本体１４２と、流出管１４３と、入射窓１４４と、を有する。
流路管１４０は、殺菌処理される流体が流れる管である。流路管１４０は、処理流路１５５を流通する流体の圧力によって変形または破損しにくい材料で形成される。流路管１４０は、内部に処理流路１５５を有する流入管１４１と、流路管本体１４２と、流出管１４３と、入射窓１４４と、を有する。
流入管１４１は、紫外線の照射により殺菌処理される流体を処理流路１５５に導入するために用いられる。流入管１４１は、内部に流入流路１５１を有する。流入管１４１の上流側端部は、流体を流入流路１５１に流入させるための流入口１５２である。流入管１４１の下流側端部は、流路管本体１４２の上流側端部の管壁に開口している。流入管１４１は、流入口１５２を介して図外の流体供給装置などに接続され、流体供給装置からの流体を処理流路１５５に導く。流入口１５２は、流体を流入流路１５１に導くためのホースを嵌め込み可能な形状を有してもよい。
流路管本体１４２は、一方の端部側から他方の端部側に向けて流れる処理流路１５５を内部に有する。流路管本体１４２の形状は、流体が流れることができれば特に限定されない。また、処理流路１５５の形状は、直線状でもよいし、曲線状でもよい。本実施の形態では、処理流路１５５の形状は、直線状である。また、処理流路１５５の流体が流れる方向に垂直な方向の断面形状も特に限定されない。当該断面形状は、円形でもよいし、多角形でもよい。本実施の形態では、処理流路１５５の流体が流れる方向に垂直な方向の断面形状は、円形である。また、光源１１０の光軸ＯＡと、集光レンズ１２０の第１中心軸ＣＡ１と、リフレクター１３０の第２中心軸ＣＡ２と、流路管本体１４２（処理流路１５５）の軸Ａは、一致していることが好ましい。
流路管本体１４２は、紫外線の反射率が高い材料から形成されていることが好ましい。流路管本体１４２の材料の例には、鏡面研磨されたアルミニウム（Ａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。なお、流路管本体１４２の材料は、化学的に安定しかつ紫外線の反射率も高い観点から、ＰＴＦＥが好ましい。流路管本体１４２が紫外線の反射率が高い材料から形成されると、光源１１０から出射される紫外線の利用効率を高くできる。
流路管本体１４２は、紫外線の照射により流体を十分に殺菌処理できる大きさであればよい。たとえば、光源１１０の光出力が３０ｍＷ／灯で１灯の場合、流路管本体１４２は、その内径を５ｃｍ以下にでき、流路長を２ｃｍ以上３０ｃｍ以下にできる。本実施の形態では、下流側端面には入射窓１４４が配置されている。
流出管１４３は、殺菌処理された流体を処理流路１５５から流出させるために用いられる。流出管１４３は、内部に流出流路１５６を有する。流出管１４３の上流側端部は、流路管本体１４２の下流側端部近傍に開口している。流出管１４３の下流側端部は、図外の液体貯留装置などに導くための流出口１５７である。流出口１５７は、液体貯蔵装置に接続され、処理流路１５５からの流体を液体貯蔵装置などに導く。流出口１５７は、流体を液体貯留装置に導くためのホースを嵌め込み可能な形状を有してもよい。
入射窓１４４は、光源１１０から出射され、集光レンズ１２０を介して到達した紫外線を流路管１４０（流路管本体１４２）内に透過させる。入射窓１４４が配置される位置は、前述の機能を発揮できれば、特に限定されない。本実施の形態では、入射窓１４４は、流路管本体１４２の下流側の端部に配置されている。入射窓１４４は、透明板保持部１６１と、透明板１６２と、固定蓋１６３とを有する。透明板保持部１６１および固定蓋１６３は、これらを接合するためのネジを挿入するネジ孔などを有してもよい。
透明板保持部１６１は、外壁部１６４と、第３凹部１６５と、第４凹部１６６とを有する。
外壁部１６４は、流路管本体１４２を一体として形成されている。外壁部１６４は、透明板１６２を固定できる大きさおよび強度を有すればよい。
第３凹部１６５は、透明板１６２を配置するための凹部である。第３凹部１６５の形状は、透明板１６２と相補的な形状であれば、特に限定されない。たとえば、透明板１６２の形状が矩形の板状であれば、第３凹部１６５の形状は、平面視が矩形の凹部である。また、透明板１６２の形状が円形の板状でれば、第３凹部１６５の形状は、平面視が円形の凹部である。第３凹部１６５の底部の中央部分には、第４凹部１６６が形成されている。
第４凹部１６６は、処理流路を流通してきた流体の流速を緩和して（遅くして）、液体による透明板１６２への衝撃を緩和する。第４凹部１６６の深さは、処理流路１５５を流通してきた流体が十分に第４凹部１６６中に広がることができる深さであればよい。
固定蓋１６３は、透明板１６２を外側から固定する板状の部材である。固定蓋１６３の中央部分には、紫外線透過孔１６７が形成されている。固定蓋１６３を外壁部１６４に固定することで、外壁部１６４および固定蓋１６３の間に透明板１６２が固定される。
紫外線透過孔１６７は、光源１１０から出射された紫外線を透過させる。透過された紫外線は、透明板１６２を介して、処理流路１５５に到達する。集光レンズ１２０と透明板１６２との間の距離を近づけて、集光レンズ１２０から出射された紫外線が空気中を伝播する間での光量の損失を抑制する観点から、紫外線透過孔１６７は、集光レンズ１２０の凸レンズ面１２１を内部に収容できる形状であることが好ましい。
透明板１６２は、紫外線を透過可能な任意の材料で形成される。また、透明板１６２の内面は、処理流路１５５の外周の一部として機能し、流路管本体１４２の一方の端部から流体が外部に流れ出ることを防止する。透明板１６２の材料の例には、石英（ＳｉＯ２）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および非晶質のフッ素系樹脂などの、紫外線に対する透過率が高い材料が含まれる。
流入口１５２から流入流路１５１を経由して処理流路１５５に導入された流体は、処理流路１５５を流れている間に、光源１１０から出射された紫外線を照射され、殺菌処理される。その後、殺菌処理された流体は、流出流路１５６を経由して流出口１５７から排出される。
流体は、殺菌処理を行うべき処理流路１５５を流れ得る物質であればよく、たとえば、液体であれば水などとすることができる。また、上記流体は、飲用水および農業用水などを含む上水と、工場などからの排水を含む下水とを含む。
流体の流速は、処理流路１５５を流れる間の紫外線の照射によって十分に殺菌される速さであればよく、たとえば、光源１１０の出力が３０ｍＷ／灯で１灯で、流体が液体の場合、１０Ｌ／ｍｉｎ以下である。
図４Ａ～Ｃは、紫外線殺菌装置１００における光路図である。図４Ａは、光源１１０から出射され、リフレクター１３０を介さずに集光レンズ１２０で制御された光の光路図であり、図４Ｂは、光源１１０から出射され、リフレクター１３０で制御された光の光路図であり、図４Ｃは、図４Ａの光路図および図４Ｂの光路図を合わせた光路図である。なお、図４Ａ～Ｃでは、光路を示すため、光源１１０、集光レンズ１２０、リフレクター１３０および処理流路１５５のみを図示している。
図４Ａおよび図４Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が小さな紫外線）は、リフレクター１３０を介さずに集光レンズ１２０に直接到達する。集光レンズ１２０に到達した紫外線は、光源１１０側の平面で集光レンズ１２０内に入射する。集光レンズ１２０に入射した紫外線は、処理流路１５５側の凸レンズ面１２１から外部に出射する。このとき、紫外線は、凸レンズ面１２１によって、光源１１０の光軸ＯＡ側に向けて屈折される。このように、光源１１０から小さな出射角度で発光された紫外線は、集光レンズ１２０によって光軸ＯＡに対する角度が小さくなるように屈折される。凸レンズ面１２１から出射された紫外線は、透明板１６２を介して処理流路１５５に照射される。このように、処理流路１５５では、集光レンズ１２０によって集光された紫外線が照射されるため、光源１１０の近傍だけでなく光源１１０から遠い領域においてもある程度高い照度が得られる。
一方、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、他の一部の紫外線（出射角度が大きい紫外線）は、そのままでは集光レンズ１２０に到達できない。そこで、光源１１０から大きい出射角度で出射された紫外線を、リフレクター１３０で集光レンズ１２０に向けて反射させる。図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、他の一部の紫外線（出射角度が大きい紫外線）は、リフレクター１３０の反射面１３１に到達する。反射面１３１に到達した紫外線は、集光レンズ１２０の入射面（平面）に向かって反射する。入射面に到達した紫外線は、入射面で入射して、凸レンズ面１２１から出射する。凸レンズ面１２１から出射した紫外線は、透明板１６２を介して処理流路１５５に照射される。このように、処理流路１５５には、出射角度が大きい紫外線も照射されるため、処理流路１５５内の照度はより高くなる。
（効果）
以上のように、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００によれば、集光レンズ１２０およびリフレクター１３０により、光源１１０から出射された紫外線が集光して処理流路１１５に向けて照射されるため、処理流路１５５における紫外線の照度を高めることができる。
以上のように、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００によれば、集光レンズ１２０およびリフレクター１３０により、光源１１０から出射された紫外線が集光して処理流路１１５に向けて照射されるため、処理流路１５５における紫外線の照度を高めることができる。
［変形例］
実施の形態１の変形例の紫外線殺菌装置１００ａについて説明する。変形例１の紫外線殺菌装置１００ａは、リフレクター１３０ａの構成のみが実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
実施の形態１の変形例の紫外線殺菌装置１００ａについて説明する。変形例１の紫外線殺菌装置１００ａは、リフレクター１３０ａの構成のみが実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
（紫外線殺菌装置の構成）
図５は、変形例に係る紫外線殺菌装置１００ａの断面図である。図６Ａ～Ｄは、リフレクター１３０ａの構成を示す図である。図６Ａは、リフレクター１３０ａの平面図であり、図６Ｂは、底面図であり、図６Ｃは、側面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図５は、変形例に係る紫外線殺菌装置１００ａの断面図である。図６Ａ～Ｄは、リフレクター１３０ａの構成を示す図である。図６Ａは、リフレクター１３０ａの平面図であり、図６Ｂは、底面図であり、図６Ｃは、側面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図５に示されるように、紫外線殺菌装置１００ａは、光源１１０と、集光レンズ１２０と、リフレクター１３０ａと、流路管１４０とを有する。
図６Ａ～Ｄに示されるように、変形例に係るリフレクター１３０ａは、反射面１３１ａと、第１凹部１３２と、第２凹部１３３とを有する。
変形例に係る反射面１３１ａは、実施の形態１における反射面１３１よりも大きく形成されている。具体的には、変形例に係る反射面１３１ａは、リフレクター１３１ａの中心軸ＣＡ２に沿う方向において、実施の形態１における反射面１３１の約２倍の大きさである。第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１ａの形状は、直線状である。
図７Ａ～Ｃは、紫外線殺菌装置１００ａにおける光路図である。図７Ａは、光源１１０から出射され、リフレクター１３０ａを介さずに集光レンズ１２０で制御された光の光路図であり、図７Ｂは、光源１１０から出射され、リフレクター１３０ａで制御された光の光路図であり、図７Ｃは、図７Ａの光路図および図７Ｂの光路図を合わせた光路図である。なお、図７Ａ～Ｃでは、光路を示すため、光源１１０、集光レンズ１２０、リフレクター１３０ａおよび処理流路１５５のみを図示している。
図７Ａおよび図７Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が小さな紫外線）は、リフレクター１３０ａを介さずに集光レンズ１２０に直接到達する。集光レンズ１２０に到達した紫外線は、光源１１０側の平面で集光レンズ１２０内に入射する。集光レンズ１２０に入射した紫外線は、流路管１４０側の凸レンズ面１２１から外部に出射する。このとき、紫外線は、凸レンズ面１２１によって、光源１１０の光軸ＯＡ上で集光するように屈折される。凸レンズ面１２１から出射された紫外線は、透明板１６２を介して処理流路１５５に照射される。このように、処理流路１５５では、集光レンズ１２０によって集光された紫外線が照射されるため、光源１１０の近傍だけでなく光源１１０から遠い領域においてもある程度高い照度が得られる。
一方、図７Ｂおよび図７Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、他の一部の紫外線（出射角度が大きい紫外線）は、リフレクター１３０ａの反射面１３１ａに直接到達する。反射面１３１ａに到達した出射角度の大きい紫外線は、集光レンズ２１０の入射面に向かって反射する。入射面に到達した紫外線は、入射面で入射して、凸レンズ面１２１から出射する。凸レンズ面１２１から出射した紫外線は、透明板１６２を介して処理流路１５５に照射される。変形例に係る紫外線殺菌装置１００ａでは、光源１１０から集光レンズ１２０までの光路が長いため、紫外線が第１中心軸ＣＡ１に対して小さい角度で集光レンズ１２０に入射する。これにより、紫外線が処理流路１５５の奥まで到達するため、処理流路１５５内の照度はよりは高くなる。
（効果）
以上のように、実施の形態１の変形例に係る紫外線殺菌装置１００ａは、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の効果を有する。
以上のように、実施の形態１の変形例に係る紫外線殺菌装置１００ａは、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の効果を有する。
［実施の形態２］
実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００は、集光レンズ２２０周りの構成が実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００は、集光レンズ２２０周りの構成が実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
（紫外線殺菌装置の構成）
図８は、実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００の断面図である。図８に示されるように、紫外線殺菌装置２００は、光源１１０と、集光レンズ２２０と、リフレクター２３０と、流路管２４０とを有する。
図８は、実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００の断面図である。図８に示されるように、紫外線殺菌装置２００は、光源１１０と、集光レンズ２２０と、リフレクター２３０と、流路管２４０とを有する。
（集光レンズの構成）
図９Ａ～Ｄは、集光レンズ２２０の構成を示す図である。図９Ａは、集光レンズ２２０の平面図であり、図９Ｂは、底面図であり、図９Ｃは、側面図であり、図９Ｄは、図９Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図９Ａ～Ｄは、集光レンズ２２０の構成を示す図である。図９Ａは、集光レンズ２２０の平面図であり、図９Ｂは、底面図であり、図９Ｃは、側面図であり、図９Ｄは、図９Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図９Ａ～Ｄに示されるように、集光レンズ２２０は、凸レンズ面２２１と、フランジ１２２とを有する。第１中心軸ＣＡ１を回転軸とした円対称である。第１中心軸ＣＡ１を含む断面において、凸レンズ面２２１は、流路管２４０側から光源１１０側に向かうにつれて、第１中心軸ＣＡ１に垂直な方向における長さが短くなるように形成されている。本実施の形態では、凸レンズ面２２１が光源１１０側に配置されているため、凸レンズ面２２１が入射面として機能し、流路管２４０側の平面が出射面として機能する。
また、本実施の形態では、集光レンズ２２０は、実施の形態１における透明板１６２としても機能する。実施の形態１では集光レンズ１２０は、リフレクター１３０に配置されたが、本実施の形態では、集光レンズ２２０は、リフレクター２３０と、第３凹部１６５との間に配置される。
（リフレクターの構成）
図１０Ａ～Ｄは、リフレクター２３０の構成を示す図である。図１０Ａは、リフレクター２３０の平面図であり、図１０Ｂは、底面図であり、図１０Ｃは、側面図であり、図１０Ｄは、図１０Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図１０Ａ～Ｄは、リフレクター２３０の構成を示す図である。図１０Ａは、リフレクター２３０の平面図であり、図１０Ｂは、底面図であり、図１０Ｃは、側面図であり、図１０Ｄは、図１０Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
リフレクター２３０は、反射面１３１と、第１凹部１３２と、を有する。本実施の形態では、リフレクター２３０は、実施の形態１における固定蓋１６３としても機能する。また、反射面１３１で囲まれた空間は、実施の形態１における紫外線透過孔１６７としても機能する。集光レンズ２２０を透明板保持部１６１に配置した状態でリフレクター２３０を外側から固定することで、外壁部１６４およびリフレクター２３０の間に集光レンズ２２０が固定される。また、集光レンズ２２０の凸レンズ面２２１は、反射面１３１に囲まれた空間に収容される。
（流路管の構成）
流路管２４０は、流入管１４１と、流路管本体１４２と、流出管１４３と、入射窓２４４とを有する。入射窓２４４は、透明板保持部１６１を有する。前述したように、本実施の形態では、透明板１６２の機能を集光レンズ２２０が兼ねており、かつ固定蓋１６３の機能をリフレクター２３０が兼ねている。透明板保持部１６１の第３凹部１６５には、集光レンズ２２０が配置される。そして、透明板保持部１６１の外壁部１６４には、リフレクター２３０が固定される。
流路管２４０は、流入管１４１と、流路管本体１４２と、流出管１４３と、入射窓２４４とを有する。入射窓２４４は、透明板保持部１６１を有する。前述したように、本実施の形態では、透明板１６２の機能を集光レンズ２２０が兼ねており、かつ固定蓋１６３の機能をリフレクター２３０が兼ねている。透明板保持部１６１の第３凹部１６５には、集光レンズ２２０が配置される。そして、透明板保持部１６１の外壁部１６４には、リフレクター２３０が固定される。
図１１Ａ～Ｃは、紫外線殺菌装置２００における光路図である。図１１Ａは、光源１１０から出射され、リフレクター２３０を介さずに集光レンズ２２０で制御された光の光路図であり、図１１Ｂは、光源１１０から出射され、リフレクター２３０で制御された光の光路図であり、図１１Ｃは、図１１Ａの光路図および図１１Ｂの光路図を合わせた光路図である。なお、図１１Ａ～Ｃでは、光路を示すため、光源１１０、集光レンズ２２０、リフレクター２３０および処理流路１５５のみを図示している。
図１１Ａおよび図１１Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が小さな紫外線）は、集光レンズ２２０に直接到達する。集光レンズ２２０に到達した紫外線は、光源１１０側の凸レンズ面２２１で集光レンズ２２０内に入射する。このとき、紫外線は、凸レンズ面２２１によって、光源１１０の光軸ＯＡ側に向けて屈折される。このように、光源１１０から所定の出射角度で発光された紫外線は、集光レンズ２２０によって光軸ＯＡに対する角度が小さくなるように屈折される。集光レンズ２２０に入射した紫外線は、処理流路１５５側の平面から外部に出射する。凸レンズ面２２１から出射された紫外線は、処理流路１５５に照射される。このように、処理流路１５５では、集光レンズ２２０によって集光された紫外線が照射されるため、光源１１０の近傍だけでなく光源１１０から遠い領域においてもある程度高い照度が得られる。
一方、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、他の一部の紫外線（出射角度が大きい紫外線）は、リフレクター２３０の反射面１３１に直接到達する。リフレクター２３０の反射面１３１に直接到達する。反射面１３１に到達した紫外線は、集光レンズ２２０の入射面に向かって反射する。入射面に到達した紫外線は、凸レンズ面２２１で入射して、平面から出射する。平面から出射した紫外線は、処理流路１５５に照射される。
［変形例］
実施の形態２の変形例の紫外線殺菌装置２００ａについて説明する。変形例の紫外線殺菌装置２００ａは、リフレクター２３０ａの構成のみが実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００と異なる。そこで、実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
実施の形態２の変形例の紫外線殺菌装置２００ａについて説明する。変形例の紫外線殺菌装置２００ａは、リフレクター２３０ａの構成のみが実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００と異なる。そこで、実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
（紫外線殺菌装置の構成）
図１２は、変形例に係る紫外線殺菌装置２００ａの断面図である。図１３Ａ～Ｄは、リフレクター２３０ａの構成を示す図である。図１３Ａは、リフレクター２３０ａの平面図であり、図１３Ｂは、底面図であり、図１３Ｃは、側面図であり、図１３Ｄは、図１３Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図１２は、変形例に係る紫外線殺菌装置２００ａの断面図である。図１３Ａ～Ｄは、リフレクター２３０ａの構成を示す図である。図１３Ａは、リフレクター２３０ａの平面図であり、図１３Ｂは、底面図であり、図１３Ｃは、側面図であり、図１３Ｄは、図１３Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
図１２に示されるように、紫外線殺菌装置２００ａは、光源１１０と、集光レンズ２２０と、リフレクター２３０ａと、流路管２４０とを有する。
図１３Ａ～Ｄに示されるように、変形例におけるリフレクター２３０ａは、反射板１３１ａと、第１凹部２３２とを有する。
変形例における反射板１３１ａは、実施の形態１における反射面１３１よりも大きく形成されている。具体的には、変形例に係る反射板１３１ａは、リフレクター２３０ａの中心軸ＣＡ２に沿う方向において、実施の形態２における反射面１３１の約２倍の大きさである。第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１ａの形状は、直線状である。
図１４Ａ～Ｃは、紫外線殺菌装置２００ａにおける光路図である。図１４Ａは、光源１１０から出射され、リフレクター１３０を介さずに集光レンズ２２０で制御された光の光路図であり、図１４Ｂは、光源１１０から出射され、リフレクター２３０ａで制御された光の光路図であり、図１４Ｃは、図１４Ａの光路図および図１４Ｂの光路図を合わせた光路図である。なお、図１４Ａ～Ｃでは、光路を示すため、光源１１０、集光レンズ２２０、リフレクター２３０ａおよび処理流路１５５のみを図示している。
図１４Ａおよび図１４Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が小さな紫外線）は、集光レンズ２２０に直接到達する。集光レンズ２２０に到達した紫外線は、光源１１０側の凸レンズ面２２０で集光レンズ２２０内に入射する。このとき、紫外線は、凸レンズ面２２１によって、光源１１０の光軸ＯＡ上で集光するように屈折される。集光レンズ２２０に入射した紫外線は、平面から外部に出射する。平面から出射された紫外線は、処理流路１５５に照射される。このように、処理流路１５５では、集光レンズ２２０によって集光された紫外線が照射されるため、光源１１０の近傍だけでなく光源１１０から遠い領域においてもある程度高い照度が得られる。
一方、図１４Ｂおよび図１４Ｃに示されるように、光源１１０から出射された紫外線のうち、他の一部の紫外線（出射角度が大きい紫外線）は、リフレクター２３０の反射面１３１ａに直接到達する。反射面１３１ａに到達した紫外線は、集光レンズ２２０の入射面に向かって反射する。入射面に到達した紫外線は、凸レンズ面２２１で入射して、平面から出射する。平面から出射した紫外線は、処理流路１５５に照射される。
（効果）
以上のように、本発明によれば、実施の形態１の効果に加え、紫外線殺菌装置２００、２００ａを構成する部品数を減らすことができる。よって、製造コストを低くできる。
以上のように、本発明によれば、実施の形態１の効果に加え、紫外線殺菌装置２００、２００ａを構成する部品数を減らすことができる。よって、製造コストを低くできる。
なお、光源１１０から出射される紫外線の照度分布をより均一にして、処理流路１５５内の流体をより均一に殺菌処理するため、光源１１０を回転させながら、処理流路１５５に紫外線を照射してもよい。
本発明によれば、例えば、上水や農業用の流体などの殺菌への紫外線殺菌装置に有用である。
１００、１００ａ、２００ ２００ａ 紫外線殺菌装置
１１０ 光源
１２０、２２０ 集光レンズ
１３０、１３０ａ、２３０、２３０ａ リフレクター
１４０、２４０ 流路管
１１１ 基板
１１２ 基体
１２１、２２１ 凸レンズ面
１２２ フランジ
１３１、１３１ａ 反射面
１３２、２３２ 第１凹部
１３３ 第２凹部
１４１ 流入管
１４２ 流路管本体
１４３ 流出管
１４４、２４４ 入射窓
１５１ 流入流路
１５２ 流入口
１５５ 処理流路
１５６ 流出流路
１５７ 流出口
１６１ 透明板保持部
１６２ 透明板
１６３ 固定蓋
１６４ 外壁部
１６５ 第３凹部
１６６ 第４凹部
１６７ 紫外線透過孔
３００ 紫外線照射装置
Ａ 軸
ＣＡ１ 第１中心軸
ＣＡ２ 第２中心軸
ＯＡ 光軸
１１０ 光源
１２０、２２０ 集光レンズ
１３０、１３０ａ、２３０、２３０ａ リフレクター
１４０、２４０ 流路管
１１１ 基板
１１２ 基体
１２１、２２１ 凸レンズ面
１２２ フランジ
１３１、１３１ａ 反射面
１３２、２３２ 第１凹部
１３３ 第２凹部
１４１ 流入管
１４２ 流路管本体
１４３ 流出管
１４４、２４４ 入射窓
１５１ 流入流路
１５２ 流入口
１５５ 処理流路
１５６ 流出流路
１５７ 流出口
１６１ 透明板保持部
１６２ 透明板
１６３ 固定蓋
１６４ 外壁部
１６５ 第３凹部
１６６ 第４凹部
１６７ 紫外線透過孔
３００ 紫外線照射装置
Ａ 軸
ＣＡ１ 第１中心軸
ＣＡ２ 第２中心軸
ＯＡ 光軸
Claims (4)
- 処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する紫外線殺菌装置であって、
前記処理流路を内部に有する流路管と、
紫外線を出射する光源と、
前記光源から出射された紫外線のうち一部の紫外線を前記処理流路に向けて外部反射させるリフレクターと、
前記光源から直接到達した紫外線と、前記リフレクターで反射された紫外線とを前記処理流路に向けて集光させる集光レンズと、
を有し、
前記リフレクターは、前記光源と前記集光レンズとの間に配置されている、
紫外線殺菌装置。 - 前記集光レンズは、前記流路管および前記光源の間に配置されており、かつ前記流路管側または前記光源側に凸レンズ面を有する、請求項１に記載の紫外線殺菌装置。
- 前記処理流路は、直線状に形成されており、
前記光源の光軸と、前記集光レンズの第１中心軸と、前記リフレクターの第２中心軸と、前記処理流路の軸とは、一致している、
請求項１または請求項２に記載の紫外線殺菌装置。 - 処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する紫外線照射装置であって、
紫外線を出射する光源と、
前記光源から出射された紫外線のうち一部の紫外線を前記処理流路に向けて外部反射させるリフレクターと、
前記光源から直接到達した紫外線と、前記リフレクターで反射された紫外線とを前記処理流路に向けて集光させる集光レンズと、
を有し、
前記リフレクターは、前記光源と前記集光レンズとの間に配置されている、
紫外線照射装置。
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