JP7191738B2 - 流体殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体殺菌装置に関し、特に、紫外線を照射して流体を殺菌する技術に関する。

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、処理流路を区画する直管と、処理流路に向けて直管の軸方向に紫外線を発するＵＶ－ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）光源と、を備える流体殺菌装置が挙げられる（特許文献１参照）。

また、この流体殺菌装置は、ＵＶ－ＬＥＤが発する紫外線の出力の変動を検出するための受光部が処理流路の側壁に設けられており、紫外線の出力の変動に応じてＵＶ－ＬＥＤ光源の出力が制御される。

特開２０１８－３００７８号公報

しかしながら、前述の流体殺菌装置において、殺菌効率を高めるために光の照射方向と流体の流れる方向とを平行にしようとすると、指向性のあるＵＶ－ＬＥＤを用いることになる。その場合、処理流路の側壁に設けられている受光部へ向かう紫外線の光量は減少するため、受光部での光量の検出精度が低下する。加えて、ＵＶ－ＬＥＤが発する紫外線は、窓部材や処理流路を流れる流体を透過してから受光部に到達する。そのため、受光部に到達する紫外線の光量は、流体の透過率や窓部材表面の汚れによっても変化する。

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、流体殺菌装置が備える光源の出力変動を精度良く検出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、通過する流体が殺菌処理される処理流路を有する筒状の筐体と、処理流路に向けて紫外線を照射する光源と、光源と処理流路との間に設けられ、光源から照射された紫外線が入射する入射面と、処理流路に向けて紫外線が出射する出射面と、を有する窓部材と、光源から照射された紫外線のうち入射面で反射された一部の紫外線を受光する受光部と、を備える。光源は、照射した紫外線が入射面に対して斜めに入射するように配置されており、窓部材は、入射面に斜めに入射した紫外線が屈折して出射面から出射する方向が筐体の軸方向と平行に近づくように構成されている。

この態様によると、受光部は、光源から照射された紫外線のうち窓部材の入射面で反射された一部の紫外線を受光する。そのため、受光部は、流体の透過率や窓部材の汚れの影響を受けずに紫外線を受光できる。

窓部材は、入射面が筐体の軸方向に対して斜めになるように配置されていてもよい。これにより、光源から照射された紫外線の一部が入射面で斜めに反射されるため、受光部を光源から離すことができる。

窓部材は、入射面と筐体の軸方向とが成す角度αが４５～７５°の範囲となるように配置されていてもよい。角度αが大きすぎると（例えば８５°）、入射面で反射された紫外線が光源近傍に戻るため、受光部を光源から余り離せない。一方、角度αが小さすぎると（例えば１０°）、入射面で反射される紫外線が多くなり、処理流路に向かう紫外線が減少してしまう。そこで、角度αを４５～７５°の範囲で設定することで、光源と受光部との距離を適度に離すことができるとともに、入射面で反射される紫外線を抑制できる。

光源は、該光源の紫外線の照射強度が最も高くなる方向と筐体の軸方向とが成す角度βが０～２５°の範囲となるように配置されていてもよい。角度βが大きいと、光源が照射する紫外線を窓部材で大きく屈折して筐体の軸方向と平行に近づける必要がある。そのため、紫外線が窓部材を透過する際の損失が多くなる。そこで、角度βを０～２５°の範囲で設定することで、窓部材で屈折し透過する紫外線の損失を抑えることができる。なお、角度βは、０～２０°の範囲であってもよく、５～１５°の範囲であってもよい。

受光部は、光源が照射する紫外線が入射面で反射された反射紫外線の照度を検出してもよい。これにより、光源の出力変動を照度の変化として検出できる。

検出された反射紫外線の照度の変化に基づいて光源の出力を制御する制御部を更に備えてもよい。これにより、例えば、光源の出力が環境や経時で変化した場合に、光源の出力を制御することで安定した殺菌処理を実現できる。

光源は、紫外線を照射するＵＶ－ＬＥＤと、紫外線を平行光に近づける光学部材と、を有してもよい。これにより、紫外線の照射方向と流体の流れる方向とを平行に近づけられるので、殺菌効率を高めることができる。

光源は、紫外線を照射する複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置されており、受光部は、複数のＵＶ－ＬＥＤがそれぞれ照射する紫外線が入射面で反射された反射紫外線の照度分布を検出し、制御部は、照度分布に基づいて複数のＵＶ－ＬＥＤの出力を制御してもよい。これにより、複数のＵＶ－ＬＥＤの照度を個別に検出する複数のセンサを設けなくても、受光部が検出した反射紫外線の照度分布に基づいて複数のＵＶ－ＬＥＤの出力を制御できる。

光源は、紫外線を照射する複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置されており、受光部は、複数のＵＶ－ＬＥＤがそれぞれ照射する紫外線が入射面で反射された反射紫外線の照度分布を検出し、制御部は、受光部が第１のタイミングで検出した反射紫外線の第１照度分布と、受光部が第１のタイミングより後の第２のタイミングで検出した反射紫外線の第２照度分布とに基づいて、複数のＵＶ－ＬＥＤの出力を制御してもよい。受光部は、光源から照射された紫外線のうち窓部材の入射面で反射された紫外線を受光する。そのため、複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置されている光源の場合、受光部で検出される照度分布の各ＵＶ－ＬＥＤに対応する部分の強度は必ずしも同じではない。そこで、例えば、受光部が第１のタイミングで検出した反射紫外線の第１照度分布を基準として、受光部が第１のタイミングより後の第２のタイミングで検出した反射紫外線の第２照度分布と第１照度分布とを比較することで、各ＵＶ－ＬＥＤの劣化や故障の推定が可能となる。そして、制御部は、第２照度分布だけでなく第１照度分布を利用することで、複数のＵＶ－ＬＥＤの個々の出力を精度良く制御できる。

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、流体殺菌装置が備える光源の出力変動を精度良く検出できる。

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。 図１に示す流体殺菌装置１０の窓部材を透過する紫外線の屈折について説明するための模式図である。 第１の実施の形態に係る光源の概略構成を示す図である。 第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の要部を示す模式図である。 第２の実施の形態に係る光源が備える複数（９個）のＵＶ－ＬＥＤの配列を示す正面図である。 受光部の検知面を説明するための模式図である。 図７（ａ）は、受光部が検知面Ｓ１にある場合の照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図、図７（ｂ）は、処理流路内の検知面Ｓ３での照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図である。 受光部が検知面Ｓ２にある場合の照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図である。 第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の要部を示す図である。 図１０（ａ）は、受光部が検知面Ｓ１にある場合の照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図、図１０（ｂ）は、処理流路内の検知面Ｓ３での照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図である。 図１１（ａ）は、Ｎｏ．３のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１１（ｂ）は、Ｎｏ．５のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１１（ｃ）は、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図である。 図１２（ａ）は、Ｎｏ．３およびＮｏ．７のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１２（ｂ）は、Ｎｏ．３のＵＶ－ＬＥＤを消灯し、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１２（ｃ）は、Ｎｏ．５のＵＶ－ＬＥＤを消灯し、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について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、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の流体殺菌装置の寸法比と一致しない。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、通過する流体が殺菌処理される処理流路１２を有する筒状の筐体１４と、処理流路１２に向けて紫外線を照射する光源１６と、光源１６と処理流路１２との間に設けられ、光源１６から照射された紫外線Ｌ１が入射する入射面１８ａと、処理流路１２に向けて紫外線Ｌ２が出射する出射面１８ｂと、を有する窓部材１８と、光源１６から照射された紫外線Ｌ１のうち入射面１８ａで反射された一部の紫外線Ｌ３を受光する受光部２０と、を備える。

筐体１４は、第１端部２２と、第２端部２４と、側壁２６と、殺菌処理される流体が流入する流入管２８と、殺菌処理された流体が流出する流出管３０と、を有する。側壁２６は、第１端部２２から第２端部２４に向けて軸方向に延びている。第１端部２２の近傍には流出管３０が設けられ、第２端部２４の近傍には流入管２８が設けられている。流入管２８および流出管３０は、側壁２６から筐体１４の径方向外側に延びている。

筐体１４の材質は特に限定されないが、少なくとも筐体１４の内面３２が紫外線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１４の内面３２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１６は、流出管３０が設けられている第１端部２２に設けられている。光源１６は、基板３４に実装され、筐体１４の軸方向Ａｘに対して斜めに紫外線Ｌ１を照射するように配置されている。光源１６からの紫外線Ｌ１の大部分は、窓部材１８の入射面１８ａに入射し、窓部材１８を通過して出射面１８ｂから出射される。窓部材１８を介して照射される紫外線Ｌ２は、多くが筐体１４の軸方向の先にある第２端部２４に向かって、流体の流れと反対に処理流路１２を進む。また、紫外線Ｌ２の一部は、筐体１４の内面３２で反射されながら、流体の流れと反対に処理流路１２を進む。

光源１６は、紫外線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１６は、発光の中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ～３５０ｎｍの範囲に含まれる紫外線を照射し、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ～２９０ｎｍの範囲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）を用いたものが好ましい。

窓部材１８は、第１端部２２の近傍の凹部３８に嵌め込まれ、シール部材（不図示）により凹部３８との隙間が密閉される。窓部材１８は、紫外線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）ガラスやサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）ガラス、非晶質のフッ素系樹脂などで構成される。

本実施の形態に係る光源１６は、照射した紫外線Ｌ１が窓部材１８の入射面１８ａに対して斜めに入射するように配置されている。窓部材１８は、入射面１８ａに斜めに入射した紫外線Ｌ１が屈折して出射面１８ｂから出射する方向（紫外線Ｌ２の照射方向）が筐体１４の軸方向Ａｘと平行に近づくように構成されている。

また、本実施の形態に係る受光部２０は、光源１６から照射された紫外線Ｌ１のうち入射面１８ａで反射された一部の紫外線Ｌ３を受光するため、流体の透過率や窓部材１８の出射面１８ｂの汚れの影響を受けずに紫外線Ｌ３を受光できる。

窓部材１８は、入射面１８ａが筐体１４の軸方向Ａｘに対して斜めになるように配置されている。これにより、光源１６から照射された紫外線Ｌ１の一部が入射面１８ａで斜めに反射されるため、受光部２０を光源１６から離すことができる。また、窓部材１８は、流出管３０から流出する流体の流れを余り阻害しないように、軸方向Ａｘに対して斜めの出射面１８ｂが流出管３０に向くように配置されている。

受光部２０は、例えば、紫外線の光量（強度、照度）の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、光源１６が照射する紫外線Ｌ１が入射面１８ａで反射された紫外線Ｌ３の光量（強度、照度）を検出できる。これにより、光源１６の出力変動を照度の変化として検出できる。受光部２０は、受光した紫外線の光量に関する情報を制御部３６に送信する。

制御部３６は、受光部２０からの光量情報をモニタし、検出された紫外線Ｌ３の照度の変化に基づいて光源の出力を制御する。例えば、制御部３６は、受光部２０からの光量情報が所定の閾値を下回る場合、光源１６の出力強度が閾値以上となるように光源１６の駆動電流を増加させる。制御部３６は、光源１６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。このように、本実施の形態に係る流体殺菌装置１０は、光源１６の出力が環境や経時で変化した場合に、光源１６の出力を制御することで安定した殺菌処理を実現できる。

次に、窓部材１８の入射面１８ａと筐体１４の軸方向Ａｘとの成す角度、光源１６の紫外線の照射強度が最も高くなる方向と筐体１４の軸方向Ａｘとが成す角度について詳述する。図２は、図１に示す流体殺菌装置１０の窓部材１８を透過する紫外線の屈折について説明するための模式図である。

図２に示す角度αは、窓部材１８の入射面１８ａと筐体１４の軸方向Ａｘとが成す角度である。角度βは、光源１６の紫外線の照射強度が最も高くなる方向（光源の主光軸方向）と筐体１４の軸方向Ａｘとが成す角度である。光源１６が設けられている空間の雰囲気は空気（屈折率ｎ１＝１．０００）、窓部材１８は合成石英ガラス（屈折率ｎ２＝１．４９２：波長２８０ｎｍの場合）、処理流路１２を流れる流体は水（屈折率ｎ３＝１．３３３：波長２８０ｎｍの場合）である。また、紫外線Ｌ１の窓部材１８への入射角をθ１、屈折角をθ２とする。また、入射面１８ａで屈折した紫外線Ｌ３’の処理流路１２への入射角をθ２’、屈折角をθ３とする。また、図２に示す窓部材１８は、入射面１８ａと出射面１８ｂとが平行である。なお、入射面１８ａと出射面１８ｂとは必ずしも平行でなくてもよい。

ここで、窓部材１８の出射面１８ｂから出射する紫外線Ｌ２の進む方向が軸方向Ａｘと平行になるようにするためには、以下の関係が成立するように角度αや角度βを設定すればよい。
ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２・・・（１）
ｎ２×ｓｉｎθ２’＝ｎ３×ｓｉｎθ３・・・（２）
θ１＝９０－α＋β・・・（３）

なお、窓部材１８の入射面１８ａと出射面１８ｂとが平行である場合、更に以下の関係が成立する。
θ２＝θ２’・・・（４）
θ３＝θ１－β・・・（５）

式（１）～式（５）を考慮すると、以下の式（６）を満足するようにαとβを設定すればよい。
ｎ１／ｎ３＝ｓｉｎ（９０－α）／ｓｉｎ（９０－α＋β）・・・式（６）

したがって、例えば角度αが６０°となるように窓部材１８を配置した場合、角度βが約１２°となるように光源１６の主光軸方向を設定すればよい。また、光源１６が照射する紫外線Ｌ１が入射面１８ａに入射する入射角θ１が４２°（９０－α＋β）であるため、入射面１８ａに対して反射角４２°で反射された紫外線Ｌ３が受光できる位置に受光部２０を設ければよい。

このように、本実施の形態に係る流体殺菌装置１０は、光源１６、窓部材１８および受光部２０のそれぞれの位置や向きを工夫することで、窓部材１８を透過した紫外線Ｌ２が筐体１４の軸方向Ａｘと平行に近い角度で処理流路１２内の流体を殺菌する。また、光源１６の入射面１８ａへの入射角θ１がある程度大きいため、入射面１８ａで反射された紫外線Ｌ３は光源１６から離れた方向へ向かう。そのため、光源１６から離れた位置に受光部２０を設けることができる。

上述の角度αは４５～７５°の範囲となるように配置されているとよい。角度αが大きすぎると（例えば８５～９０°）、入射面１８ａで反射された紫外線Ｌ３が光源近傍に戻るため、受光部２０を光源１６から余り離せない。一方、角度αが小さすぎると（例えば０～１０°）、入射面１８ａで反射される紫外線Ｌ３が多くなり、処理流路１２に向かう紫外線Ｌ２が減少してしまう。そこで、角度αを４５～７５°の範囲で設定することで、光源と受光部との距離を適度に離すことができるとともに、入射面１８ａで反射される紫外線Ｌ３を抑制できる。

また、角度βは０～２５°の範囲となるように配置されているとよい。角度βが大きいと、光源１６が照射する紫外線Ｌ１を窓部材１８で大きく屈折させて筐体１４の軸方向Ａｘと平行に近づける必要がある。そのため、紫外線Ｌ１が窓部材１８を透過する際の損失が多くなる。そこで、角度βが０～２５°の範囲とすることで、窓部材で屈折し透過する際の紫外線の損失を抑えることができる。なお、成す角度βは、０～２０°の範囲であってもよく、５～１５°の範囲であってもよい。

図３は、第１の実施の形態に係る光源の概略構成を示す図である。図３に示すように、光源１６は、紫外線を照射するＵＶ－ＬＥＤ４０と、紫外線を平行光に近づける光学部材４２と、を有している。光学部材４２は、ＵＶ－ＬＥＤ４０から放射状に出射した紫外線の広がりを抑えるためのリフレクタであり、放射状に出射した紫外線を平行光に近づくように反射面が設計されている。なお、光学部材４２は、コリメータレンズであってもよい。これにより、光源１６から照射される紫外線Ｌ１の広がり（配光角度）を２０°以内に抑えること可能とり、紫外線の照射方向と流体の流れる方向とを平行に近づけられるので、殺菌効率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る流体殺菌装置は、複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置された光源を備えている点が第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０と異なる。以下の説明では、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する。

図４は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の要部を示す模式図である。なお、図４においてはリフレクタ等の光学部材の図示は省略している。

流体殺菌装置１００が備える光源４４は、紫外線を照射する複数のＵＶ－ＬＥＤ４０がアレイ状に配置されている。受光部４６は、複数のＵＶ－ＬＥＤ４０がそれぞれ照射する紫外線Ｌ１が入射面で反射された紫外線Ｌ３の照度分布を検出する。制御部３６は、照度分布に基づいて複数のＵＶ－ＬＥＤ４０の出力を制御する。これにより、複数のＵＶ－ＬＥＤ４０の照度を個別に検出する複数のセンサを設けなくても、受光部４６が検出した紫外線Ｌ２の照度分布に基づいて複数のＵＶ－ＬＥＤ４０の出力を制御できる。

図５は、第２の実施の形態に係る光源が備える複数（９個）のＵＶ－ＬＥＤ４０の配列を示す正面図である。図６は、受光部の検知面を説明するための模式図である。図７（ａ）は、受光部が検知面Ｓ１にある場合の照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図、図７（ｂ）は、処理流路１２内の検知面Ｓ３での照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図である。なお、検知面Ｓ１は、各ＵＶ－ＬＥＤ４０から検知面Ｓ１までの光路長がほぼ同じになる位置である。

図６に示すように光源４４から照射された紫外線Ｌ１が理想的な平行光の場合、検知面Ｓ１での照度分布は９個のＵＶ－ＬＥＤ４０（図５に示すＮｏ．１～Ｎｏ．９）に対応する同じ強度のピークＰ１～Ｐ９を有する（図７（ａ）参照）。また、窓部材１８で屈折された紫外線Ｌ２による処理流路１２内の検知面Ｓ３での照度分布は、図７（ｂ）に示すように中央を含む広い範囲で均一になっている。

このように、装置稼働の初期において、受光部４６の検知面Ｓ１での照度分布が各ＵＶ－ＬＥＤ４０に対応する同じ強度のピークを有する場合、その後の照度分布における各ピークの強度の情報を制御部３６が取得すればよい。制御部３６は、照度分布における各ピークの強度の情報に基づいてＵＶ－ＬＥＤ４０が劣化や故障しているか否かを判別できる。仮に、各ピークのいずれかの強度が所定の閾値より低下している場合、制御部３６は、該当するピークに対応するＵＶ－ＬＥＤ４０の駆動電流を上昇させてもよい。また、各ピークのいずれかの強度が見られない場合、制御部３６は、該当するピークに対応するＵＶ－ＬＥＤ４０が故障したと判断し、流体殺菌装置１０の動作を停止させてもよい。

次に、受光部が検知面Ｓ２にある場合について説明する。なお、検知面Ｓ２は、各ＵＶ－ＬＥＤ４０から検知面Ｓ２までの光路長が同じではない（一定ではない）位置である。図８は、受光部が検知面Ｓ２にある場合の照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図である。図６に示すように光源４４から照射された紫外線Ｌ１が理想的な平行光の場合であっても、検知面Ｓ２での照度分布は９個のＵＶ－ＬＥＤ４０（図５に示すＮｏ．１～Ｎｏ．９）に対応するピークＰ１～Ｐ９を有するものの、その強度は異なる（図８参照）。これは、各ＵＶ－ＬＥＤ４０が照射した紫外線Ｌ１が検知面Ｓ２に到達するための光路長が同じではないためである。

このような場合、装置稼働後の所定のタイミングで、検知面Ｓ１で検出された照度分布だけに基づいて、制御部３６がＵＶ－ＬＥＤ４０の劣化や故障を判断しようとすると、例えば、初期において強度の低いピークＰ１～Ｐ３に対応するＵＶ－ＬＥＤ４０が過大に劣化していると判断されるおそれがある。

そこで、制御部３６は、受光部４６が第１のタイミング（例えば、装置設置後の初期設定時）で検出した紫外線Ｌ３の第１照度分布と、受光部４６が第１のタイミングより後の第２のタイミング（装置動作中の所定のタイミング）で検出した紫外線Ｌ３の第２照度分布とに基づいて、複数のＵＶ－ＬＥＤ４０の出力を制御するとよい。

前述のように、複数のＵＶ－ＬＥＤ４０がアレイ状に配置されている光源４４の場合、受光部４６で検出される照度分布の各ＵＶ－ＬＥＤに対応する部分の強度は必ずしも同じではない。そこで、受光部４６が第１のタイミングで検出した紫外線Ｌ３の第１照度分布を基準として、受光部４６が第２のタイミングで検出した紫外線Ｌ３の第２照度分布と第１照度分布とを比較することで、各ＵＶ－ＬＥＤの劣化や故障の推定が可能となる。そして、制御部３６は、第２照度分布だけでなく第１照度分布を利用することで、複数のＵＶ－ＬＥＤ４０の個々の出力を精度良く制御できる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る流体殺菌装置は、複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置された光源を備えている点が第２の実施の形態に係る流体殺菌装置１００と同じであるが、光源から照射される紫外線が平行光ではなくある程度広がりを持っている点が異なる。以下の説明では、前述の各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する。

図９は、第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の要部を示す図である。図１０（ａ）は、受光部が検知面Ｓ１にある場合の照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図、図１０（ｂ）は、処理流路１２内の検知面Ｓ３での照度分布をシミュレーションで算出した画像を示す図である。

図９に示すように、窓部材１８の入射面１８ａで反射した紫外線Ｌ３は、平行光ではなく、±１０°程度の広がりのある光である。そのため、検知面Ｓ１での照度分布は、各ＵＶ－ＬＥＤ４０の紫外線の一部がオーバーラップすることで、９個のＵＶ－ＬＥＤ４０に対応しない４個のピークしか生じない（図１０（ａ）参照）。一方、窓部材１８で屈折された紫外線Ｌ２による処理流路１２内の検知面Ｓ３での照度分布は、図１０（ｂ）に示すように中央を含む範囲で均一になっている。

このように、本実施の形態に係る流体殺菌装置１１０は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置１００と異なり、照射する紫外線Ｌ１がある程度広がりのある光源４８を備えている。そのため、検出した照度分布のピークの強度のみに着目しても各ＵＶ－ＬＥＤ４０の劣化や故障を正確に判別できない。

そこで、予め各ＵＶ－ＬＥＤ４０の出力によって照度分布がどのようになるかを測定またはシミュレーションし、制御部３６が有する記憶部に照度分布の情報（画像情報）として記憶しておく。制御部３６は、所定のタイミングで受光部４６により検出された照度分布の情報と、記憶部に記憶されている参考照度分布の情報とを照合し、最も近い参考照度分布の情報に基づいて、各ＵＶ－ＬＥＤ４０の出力状態（劣化や故障）を判別する。

図１１（ａ）は、Ｎｏ．３のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１１（ｂ）は、Ｎｏ．５のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１１（ｃ）は、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図である。図１２（ａ）は、Ｎｏ．３およびＮｏ．７のＵＶ－ＬＥＤの出力を７０％とし、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１２（ｂ）は、Ｎｏ．３のＵＶ－ＬＥＤを消灯し、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図、図１２（ｃ）は、Ｎｏ．５のＵＶ－ＬＥＤを消灯し、それ以外のＵＶ－ＬＥＤの出力を１００％とした場合の照度分布を示す図である。

制御部３６は、受光部４６で検出した照度分布の情報と、記憶部に記憶されている図１１（ａ）～図１２（ｃ）の各図に示すような参照照度分布の特徴的な分布の情報と、に基づいて、必要に応じて各ＵＶ－ＬＥＤ４０の出力状態を制御する。なお、制御部はＣＰＵ（中央演算装置）、ＧＰＵ（画像処理装置）、ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセルメモリ）、フラッシュメモリといった半導体部品を組み合わせることで実現される。

上述の各実施の形態に係る流体殺菌装置における作用効果について以下に列挙する。
（１）各実施の形態に係る流体殺菌装置は、受光部で検出する紫外線が処理流路を透過した紫外線ではないため、流体の種類や汚れに影響されず、光源の出力変動を精度良く検出できる。
（２）複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置されている光源の場合、処理流路の側壁に設けられている受光部では、仮に紫外線の光量の変動を検出できても、どのＵＶ－ＬＥＤの出力が変動したのかはっきりとは分からない。一方、各実施の形態に係る流体殺菌装置は、窓部材１８の入射面で反射した紫外線を受光部で検出するため、各ＵＶ－ＬＥＤの出力変動を個別に精度良く検出できる。
（３）上述の各実施の形態では、光源、受光部および窓部材の全てが筐体１４の第１端部２２側にある場合について説明したが、光源と受光部とを処理流路１２を挟んで対向するように設ける必要がないため、第２端部２４にも同様の光源、受光部および窓部材を設けることができる。
（４）光源と受光部とを離せるため、例えば、複数の半導体発光素子がアレイ状に配列されている光源において、フォトセンサを素子間に設ける必要がない。その結果、光源における複数の半導体発光素子の実装密度を向上できる。

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各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各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、水などの流体に紫外線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、紫外線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。

Ｌ１ 紫外線、 Ｓ１ 検知面、 Ｌ２ 紫外線、 Ｓ２ 検知面、 Ｌ３ 紫外線、 Ｓ３ 検知面、 １０ 流体殺菌装置、 １２ 処理流路、 １４ 筐体、 １６ 光源、 １８ 窓部材、 １８ａ 入射面、 １８ｂ 出射面、 ２０ 受光部、 ２２ 第１端部、 ２４ 第２端部、 ２６ 側壁、 ２８ 流入管、 ３０ 流出管、 ３２ 内面、 ３４ 基板、 ３６ 制御部、 ３８ 凹部、 ４０ ＵＶ－ＬＥＤ、 ４２ 光学部材、 ４２ 反射角、 ４４ 光源、 ４６ 受光部、 ４８ 光源、 １００，１１０ 流体殺菌装置。

Claims (8)

1. 通過する流体が殺菌処理される処理流路を有する筒状の筐体と、
   前記処理流路に向けて紫外線を照射する光源と、
   前記光源と前記処理流路との間に設けられ、前記光源から照射された紫外線が入射する入射面と、前記処理流路に向けて紫外線が出射する出射面と、を有する窓部材と、
   前記光源から照射された紫外線のうち前記入射面で反射された一部の紫外線を受光する受光部と、を備え、
   前記光源は、照射した紫外線が前記入射面に対して斜めに入射するように配置されており、
   前記窓部材は、前記入射面に斜めに入射した紫外線が屈折して前記出射面から出射する方向が前記筐体の軸方向と平行に近づくように、前記入射面が前記筐体の軸方向に対して斜めになるように配置されていることを特徴とする流体殺菌装置。
2. 通過する流体が殺菌処理される処理流路を有する筒状の筐体と、
   前記処理流路に向けて紫外線を照射する光源と、
   前記光源と前記処理流路との間に設けられ、前記光源から照射された紫外線が入射する入射面と、前記処理流路に向けて紫外線が出射する出射面と、を有する窓部材と、
   前記光源から照射された紫外線のうち前記入射面で反射された一部の紫外線を受光する受光部と、を備え、
   前記光源は、紫外線を照射するＵＶ－ＬＥＤと、前記紫外線を平行光に近づける光学部材と、を有し、
   前記光源は、照射した紫外線が前記入射面に対して斜めに入射するように配置されており、
   前記窓部材は、前記入射面に斜めに入射した紫外線が屈折して前記出射面から出射する方向が前記筐体の軸方向と平行に近づくように構成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
3. 前記受光部は、前記光源が照射する紫外線が前記入射面で反射された反射紫外線の照度を検出す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。
4. 検出された前記反射紫外線の照度の変化に基づいて前記光源の出力を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の流体殺菌装置。
5. 通過する流体が殺菌処理される処理流路を有する筒状の筐体と、
   前記処理流路に向けて紫外線を照射する光源と、
   前記光源と前記処理流路との間に設けられ、前記光源から照射された紫外線が入射する入射面と、前記処理流路に向けて紫外線が出射する出射面と、を有する窓部材と、
   前記光源から照射された紫外線のうち前記入射面で反射された一部の紫外線を受光する受光部と、
   前記光源の出力を制御する制御部と、を備え、
   前記光源は、紫外線を照射する複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置されており、
   前記光源は、照射した紫外線が前記入射面に対して斜めに入射するように配置されており、
   前記窓部材は、前記入射面に斜めに入射した紫外線が屈折して前記出射面から出射する方向が前記筐体の軸方向と平行に近づくように構成され、
   前記受光部は、前記複数のＵＶ－ＬＥＤがそれぞれ照射する紫外線が前記入射面で反射された反射紫外線の照度分布を検出し、
   前記制御部は、前記受光部が検出した前記照度分布に基づいて前記複数のＵＶ－ＬＥＤの出力を制御することを特徴とする流体殺菌装置。
6. 通過する流体が殺菌処理される処理流路を有する筒状の筐体と、
   前記処理流路に向けて紫外線を照射する光源と、
   前記光源と前記処理流路との間に設けられ、前記光源から照射された紫外線が入射する入射面と、前記処理流路に向けて紫外線が出射する出射面と、を有する窓部材と、
   前記光源から照射された紫外線のうち前記入射面で反射された一部の紫外線を受光する受光部と、
   前記光源の出力を制御する制御部と、を備え、
   前記光源は、紫外線を照射する複数のＵＶ－ＬＥＤがアレイ状に配置されており、
   前記光源は、照射した紫外線が前記入射面に対して斜めに入射するように配置されており、
   前記窓部材は、前記入射面に斜めに入射した紫外線が屈折して前記出射面から出射する方向が前記筐体の軸方向と平行に近づくように構成され、
   前記受光部は、前記複数のＵＶ－ＬＥＤがそれぞれ照射する紫外線が前記入射面で反射された反射紫外線の照度分布を検出し、
   前記制御部は、前記受光部が第１のタイミングで検出した前記反射紫外線の第１照度分布と、前記受光部が前記第１のタイミングより後の第２のタイミングで検出した前記反射紫外線の第２照度分布とに基づいて、前記複数のＵＶ－ＬＥＤの出力を制御することを特徴とする流体殺菌装置。
7. 前記窓部材は、前記入射面と前記筐体の軸方向とが成す角度αが４５～７５°の範囲となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
8. 前記光源は、該光源の紫外線の照射強度が最も高くなる方向と前記筐体の軸方向とが成す角度βが０～２５°の範囲となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

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