JP7303514B2

JP7303514B2 - 深紫外線殺菌装置

Info

Publication number: JP7303514B2
Application number: JP2020187040A
Authority: JP
Inventors: 宜彦村本; 秀一西村
Original assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd; National Hospital Organization
Current assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd; National Hospital Organization
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2023-07-05
Anticipated expiration: 2040-11-10
Also published as: JP2022076596A

Description

本発明は、深紫外線殺菌装置に関し、特にレジオネラ菌の殺菌に関する。

従来から、例えば２４時間風呂等において、大腸菌やレジオネラ菌を殺菌するための装置が提案されている。

特開平１０－２４４２５７号公報には、放電ランプの発生する紫外線によりレジオネラ菌を殺菌する技術が記載されている。高圧放電ランプは２５０Ｗのランプ電力を有し、ジャケットの半径を１．２５ｃｍとし、殺菌流水管の内半径を２．５ｃｍ、ジャケットの紫外線透過率を０．７２とすると、殺菌流水管の内表面で、紫外線強度が３５ｍＷ秒／ｃｍ^２程あり、流速１０ｃｍ／秒で、１回温水が殺菌流水管内を通過することで、温水中のレジオネラ菌の９９．９％が死滅するとしている。また、高圧放電ランプから照射される３６５ｎｍ、４３５ｎｍの紫外線はジャケットの外表面及び殺菌流水管の内表面に塗布されている酸化チタンなどの光触媒に当たって、活性電子を発生し、この活性電子による温水の殺菌も行われるとしている。

他方で、殺菌作用を有する紫外線の発光光源として、深紫外線発光ダイオード（ＤＵＶ－ＬＥＤ）を用いた殺菌装置も提案されている。特許文献２には、紫外線光源としてＤＵＶ－ＬＥＤを用いた紫外線殺菌装置であって、携帯用としても使用可能であり、更に物の殺菌の操作性を向上させることが可能な、紫外線殺菌装置が記載されている。すなわち、開口部を有する筐体と、内側面および該内側面と反対側の外側面を有し、筐体の開口部を塞ぐように内側面を筐体の内部に向けて配置された、紫外線を透過する紫外線透過窓と、一つ以上の紫外発光ダイオードを有し紫外線を帯状の光束として出射する光源と、光源からの紫外線が紫外線透過窓に入射する位置を帯状の光束の幅方向に交差する方向にずらしながら光源からの紫外線を照射することによって筐体の内部から紫外線透過窓の内側面の全面にわたって光源からの紫外線を照射することができる走査手段とを有する紫外線殺菌ユニットを含み、紫外線透過窓の外側面に対向して配置された被殺菌体に紫外線を照射して殺菌を行う。

また、特許文献３には、２６０ｎｍ～２９０ｎｍ付近の紫外線を発するＬＥＤを用いた流体殺菌装置が記載されている。この流体殺菌装置は、通過する流体が殺菌処理される処理流路が形成されている流路管と、処理流路に向かって紫外線を照射する第１光源と、流路管の外周面と交差する向きに形成された流入路と、流入路と処理流路とを連通する連通路を備え、連通路は、流入路から流路管の第１端部の開口へ向かう途中に、流入路側よりも狭くなった狭路を有する構成である。

特開平１０－２４４２５７号公報特許第５９８９８５４号特許第６４０４４０４号

ところで、ＤＵＶ－ＬＥＤを用いた深紫外線殺菌装置は、種々の殺菌への適用が検討されているが、水中における殺菌、特にレジオネラ菌に対する殺菌の効果については未だ十分に検討されていない。特許文献１では、石英製のジャケットに放電ランプを収容し、これを温水が流出入する所定形状の殺菌流水管内に設置して殺菌しているが、構成が複雑であり、より簡易に設置し得る技術が望まれる。また、特許文献３では、経路内の流体の流れを整流することで紫外線を照射するように構成しているものの、ＬＥＤ光源は流路管の端部に配置されているため、流体全域を漏れなく照射して殺菌することが困難である。

本発明の目的は、ＤＵＶ－ＬＥＤを用い、水中においてレジオネラ菌を確実に殺菌し得る装置を提供することにある。

本発明は、水中に設置され、水中のレジオネラ菌を殺菌する深紫外線殺菌装置であって、波長２６５ｎｍ～２８５ｎｍの深紫外線（ＤＵＶ）を照射する、光出力１．５ｍＷ以上の複数のＬＥＤユニットと、前記複数のＬＥＤユニットを格子状に３次元配置する格子構造であり、水中の任意の１点を中心とする半径３０ｃｍの球内に少なくとも１個の前記ＬＥＤユニットが配置されるように３次元配置する格子構造とを備える深紫外線殺菌装置である。

本発明の１つの実施形態では、前記格子構造は、ＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸方向に延在するバーをＹ方向に第１の間隔だけ離間して複数個配置し、かつ、Ｚ方向にも第２の間隔だけ離間して複数個配置して構成され、前記複数個のＬＥＤユニットは、各バーに第３の間隔で配置される。

また、本発明の他の実施形態では、前記複数のＬＥＤユニットは、斜方格子、菱形格子、中心矩形格子、二等辺三角格子、六角格子状、あるいは正三角格子のいずれかの格子状に３次元配置される。

また、本発明のさらに他の実施形態では、前記格子構造は、ＲθＺ円筒座標系において、Ｚ方向に延在する中心バーの回りに放射状にバーを所定角度間隔で複数個配置し、かつＺ方向にも第４の間隔だけ離間して放射状にバーを所定角度間隔で複数個配置して構成され、前記複数個のＬＥＤユニットは、各バーに第５の間隔で配置される。

また、本発明のさらに他の実施形態では、前記複数のＬＥＤユニットは、複数の一対のＬＥＤユニットから構成され、前記一対のＬＥＤユニットは、その照射面が互いに反対方向となるように配置される。

本発明によれば、給水タンク等に設置することで、当該給水タンク内のレジオネラ菌を殺菌することができる。

実施形態の深紫外線殺菌装置の平面図である。実施形態のＤＵＶ－ＬＥＤユニットの斜視図である。実施形態のＤＵＶ－ＬＥＤユニットの平面図である。実施形態の給水タンク内の深紫外線殺菌装置の配置図（その１）である。実施形態の給水タンク内の深紫外線殺菌装置の配置図（その２）である。実施形態のＤＵＶ－ＬＥＤユニットの照射範囲説明図（その１）である。実施形態のＤＵＶ－ＬＥＤユニットの照射範囲説明図（その２）である。実施形態のＤＶＤ－ＬＥＤユニットの照射範囲説明図（その３）である。他の実施形態の深紫外線殺菌装置の斜視図である。実施例の実験結果を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における深紫外線殺菌装置１０の平面図を示す。深紫外線殺菌装置１０は、複数のバー１２，１３，１４，１５，１６，・・・を備える。これら複数のバー１２，１３，１４，１５，１６，・・・は、３次元において格子状に配列される。具体的には、ＸＹＺ座標系において、ＸＹ平面上でＸ方向に延在する所定長のバーが、Ｙ方向に等間隔で複数個整列し、かつ、Ｚ方向に等間隔で複数個整列して格子状に配列される。図において、バー１２，１４，１６は同一ＸＹ平面上に整列しており、バー１３，１５はこれと異なるＸＹ平面（Ｚ方向、すなわち紙面に垂直な方向に異なる平面）上に整列している。各バー１２，１３，１４，１５，１６，・・・の断面形状は任意であり、円形、正方形、多角形のいずれであってもよい。

それぞれのバーには、等間隔に一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニットが配置される。例えば、バー１２に関しては、バー１２の所定位置における一面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａが配置され、反対面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂが配置され、これら一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａ、１２０ｂが所定ピッチＰで複数配置される。一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａ、１２０ｂは、その照射面が互いに反対方向となるように背中合わせに配置される。同様に、バー１３に関しては、バー１３の所定位置における一面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａが配置され、反対面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂが配置され、これら一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａ、１３０ｂが所定ピッチＰで複数配置される。バー１４に関しては、バー１４の所定位置における一面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａが配置され、反対面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ｂが配置され、これら一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａ、１４０ｂが所定ピッチＰで複数配置される。バー１５に関しては、バー１５の所定位置における一面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１５０ａが配置され、反対面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１５０ｂが配置され、これら一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１５０ａ、１５０ｂが所定ピッチＰで複数配置される。バー１６に関しては、バー１６の所定位置における一面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１６０ａが配置され、反対面にはＤＵＶ－ＬＥＤユニット１６０ｂが配置され、これら一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１６０ａ、１６０ｂが所定ピッチＰで複数配置される。

これらのバー１２，１３，１４，１５，１６，・・・に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニットは、図１に示されるように、互いに千鳥状に配置される。すなわち、バー１２に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａ、１２０ｂに対し、バー１３に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａ、１３０ｂは、図中Ｘ軸方向に所定量だけオフセットして配置される。Ｘ軸方向のオフセット量は、図では所定ピッチＰに対してＰ／２である。また、バー１３に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａ、１３０ｂに対し、バー１４に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａ、１４０ｂは、図中Ｘ軸方向に所定量だけオフセットして配置される。Ｘ軸方向のオフセット量は、図では所定ピッチＰに対してＰ／２である。同様に、バー１４に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａ、１４０ｂに対し、バー１５に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１５０ａ、１５０ｂは、図中Ｘ軸方向に所定量だけオフセットして配置される。Ｘ軸方向のオフセット量は、図では所定ピッチＰに対してＰ／２である。バー１５に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１５０ａ、１５０ｂに対し、バー１６に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１６０ａ、１６０ｂは、図中Ｘ軸方向に所定量だけオフセットして配置される。Ｘ軸方向のオフセット量は、図では所定ピッチＰに対してＰ／２である。バー１２，１４，１６のＤＵＶ－ＬＥＤユニットは、Ｘ軸方向に互いに同一位置に配置され、バー１３，１５のＤＵＶ－ＬＥＤは、Ｘ軸方向に互いに同一位置に配置される。

バー１２，１３，１４，１５，１６に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニットは同一構造であり、例えば、バー１２に所定ピッチＰで複数配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ１個又は複数個のＤＵＶ－ＬＥＤと防水構造から構成される。

ＤＵＶ－ＬＥＤは、深紫外線、すなわち一般に１００～２８０ｎｍの「ＵＶ－Ｃ」と呼ばれる波長領域の光を発するＬＥＤであり、本実施形態のＵＶ－ＬＥＤは、
発光波長：２６０ｎｍ～２９０ｎｍ
光出力：１．５ｍＷ
指向角：１２０度以下
の深紫外光を発する。ＤＵＶ－ＬＥＤの構造は公知であり、基板上にｎ－ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ活性層、ｐ－ＡｌＧａＮ層が積層され、ｎ－ＡｌＧａＮ層にｎ型電極、ｐ－ＡｌＧａＮ層にｐ－ＧａＮコンタクト層を介してｐ型電極が設けられる構造であるが、必ずしもこれに限定されない。

防水構造は、ＵＶ－ＬＥＤを密閉する構造であればよく、例えば外観形状が円柱形状に成形される。防水構造の少なくとも一部は、石英（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、これらの成分を適宜混合したガラス、あるいは非晶質のフッ素系樹脂等の深紫外線の透過率が相対的に高い材料で構成され得る。

図２及び図３は、バー１２に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａの拡大図を示す。図２は、ＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａの模式的斜視図であり、図３は、バー１２に取り付けた状態のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａの模式的平面図である。

ＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａは、ＤＵＶ－ＬＥＤを円柱形状のアウターガード１２１で密閉した構造である。アウターガード１２１の一部、すなわちＤＵＶ－ＬＥＤの射出面には石英ガラス１２２が形成される。アウターガード１２１は、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂で構成される。ＤＵＶ－ＬＥＤは、アウターガード１２１内に収容され、駆動電流を供給するためのワイヤが配線される。当該ワイヤは、例えばバー１２の内部空洞を通って電源に接続される。ＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａは、取付構造を介してバー１２の所定位置に設置されるが、所定位置に固定されてもよく、あるいはバー１２に沿って移動自在に取り付けられてもよい。なお、防水保護等級は、例えば給水タンク内に配置する場合には、ＩＰＸ８程度とするのが望ましい。

図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態の深紫外線殺菌装置１０を給水タンク５０内に設置する例を示す。図４Ａは、ＹＺ平面上における配置説明図であり、図４ＢはＸＹＺ座標系における斜視図である。

図１で説明したように、深紫外線殺菌装置１０は、ＸＹ平面上でＸ方向に延在する所定長のバーが、Ｙ方向に等間隔で複数個整列し、かつ、Ｚ方向に等間隔で複数個整列して格子状に配列される。従って、図４に示されるように、ＹＺ平面上において、バー１２，１４，１６はあるＺ位置で所定間隔で配置され、バー１３，１５，１７は異なるＺ位置で所定間隔で配置される。このような配置パターンがＺ方向に必要な数だけ繰り返されて配置される。

図４Ａ、図４Ｂに示されるように、複数のバー１２，１３，１４，１５，１６，１７，・・・は、斜方格子、菱形格子、中心矩形格子、あるいは二等辺三角格子状に配置される。要するに、均等な間隔で並べられた列の上に均等な間隔でバーが並び、かつ、各列は配置間隔の半分ずつ互い違いにずれている配置である。なお、必ずしも当該格子に限定されるものではなく、例えば六角格子状、あるいは正三角格子状に配置されてもよい。

バーの数、及びそれぞれのバーに配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニットの数は任意であり、給水タンク５０の容量に応じて適宜調整される。但し、隣接するバーの間隔、より特定的には隣接するＤＵＶ－ＬＥＤユニットの間隔は、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットから照射される深紫外線の波長や指向角、光出力に応じ、レジオネラ菌を十分に殺菌し得る程度の間隔に調整することが必要である。

図５Ａ及び図５Ｂは、図４Ａに示すような均等な間隔で並べられた列の上に均等な間隔でバーが並び、かつ、各列は配置間隔の半分ずつ互い違いにずれている配置での、ＹＺ平面におけるＤＵＶ－ＬＥＤユニットから照射される深紫外線の照射範囲を示す。図５Ａは、例えばバー１３に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａ、１３０ｂの深紫外線の照射範囲であり、ＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａの照射範囲１３１ａ、及びＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂの照射範囲１３１ｂを示す。図では、ＤＵＶ－ＬＥＤの指向角を１２０度としている。

図５Ｂは、例えばバー１３に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａ、１３０ｂに着目し、これに隣接するバー１２のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａ、１２０ｂの照射範囲１２１ａ、１２１ｂ、及びバー１４のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａ、１４０ｂの照射範囲１４１ａ、１４１ｂを模式的に示す。

バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａの照射範囲１３１ａについては、隣接する左隣のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂの照射範囲１３１ｂと一部重複するとともに、バー１２のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの照射範囲１２１ｂ、及びバー１４のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ｂの照射範囲１４１ｂとそれぞれ一部重複する。バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａの照射範囲１３１ａは、バー１２の左上のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの近傍、及びバー１４の左下のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ｂの近傍まで延在する。

また、バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂの照射範囲１３１ｂについては、隣接する右隣のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａの照射範囲１３１ａと一部重複するとともに、バー１２のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａの照射範囲１２１ａ、及びバー１４のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの照射範囲１４１ａとそれぞれ一部重複する。バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂの照射範囲１３１ｂは、バー１２の右上のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ａの近傍、及びバー１４の右下のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの近傍まで延在する。

また、図６は、ＸＹ平面におけるＤＵＶ－ＬＥＤユニットから照射される深紫外線の照射範囲を示す。例えばバー１３に配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａ、１３０ｂに着目し、これに隣接するバー１２のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの照射範囲１２１ｂ、及びバー１４のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの照射範囲１４１ａを模式的に示したものである。

バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａの照射範囲１３１ａについては、バー１２の隣接する左上のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの照射範囲１２１ｂと一部重複するとともに、右上のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの照射範囲１２１ｂとそれぞれ一部重複する。バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ａの照射範囲１３１ａは、バー１２の左上のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの近傍、及びバー１２の右上のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１２０ｂの近傍まで延在する。

また、バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂの照射範囲１３１ｂについては、バー１４の隣接する左下のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの照射範囲１４１ａと一部重複するとともに、右下のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの照射範囲１４１ａとそれぞれ一部重複する。バー１３のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１３０ｂの照射範囲１３１ｂは、バー１４の左下のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの近傍、及びバー１４の右下のＤＵＶ－ＬＥＤユニット１４０ａの近傍まで延在する。

以上のように、複数のバーに配置されるＤＵＶ－ＬＥＤユニットの間隔を調整することで、給水タンク内のほぼ全ての領域を漏れなく照射することができる。以下の実施例に記載されているように、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットから２６５ｎｍ～２８５ｎｍの波長の深紫外線を照射する場合、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットからの距離が３０ｃｍ未満であれば、レジオネラ菌を確実に殺菌し得ることから、給水タンク内の任意の１点を中心とした半径３０ｃｍの球を想定し、この球内に少なくとも１つのＤＵＶ－ＬＥＤユニットが存在するように配置するのが望ましい。

なお、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットの３次元配置は、ＸＹＺ直交座標系に限らず、他の座標系に基づいて決定してもよい。具体的には、レジオネラ菌を殺菌すべき給水タンクの形状に応じた座標系に基づいて決定すればよい。

例えば、給水タンクが立方体あるいは直方体形状であればＸＹＺ直交座標系に基づいて決定し、給水タンクが円筒形状であればＲθＺ円筒座標系に基づいて決定する等である。

図７は、円筒形状の給水タンク５０内の水のレジオネラ菌を殺菌するための深紫外線殺菌装置１０の格子構造を模式的に示す。

図７において、深紫外線殺菌装置１０の格子構造は、ＲθＺ円筒座標系におけるＺ方向に延在する中心バー４０の回りに、複数のバーが放射状に設置される。すなわち、中心バー４０の同一Ｚ位置において、バー５２，５４，５６，５８，６０，６２, ６４、６６が放射状に互いにθ＝４５度の角度をなして設置される。また、中心バー４０の異なるＺ位置において、バー５１，５３，５５，５７，５９，６１，６３，６５が放射状に互いにθ＝４５度の角度をなして設置される。バー５２，５４，５６，５８，６０，６２, ６４、６６の放射角度と、バー５１，５３，５５，５７，５９，６１，６３，６５の放射角度は、互いに２２．５度だけずれて配置される。

バー５２，５４，５６，５８，６０，６２, ６４、６６のそれぞれには、所定間隔で一対のＤＵＶ－ＬＥＤ１２０ａ、１２０ｂが設置される。一対のＤＵＶ－ＬＥＤ１２０ａ、１２０ｂは、その照射面が互いに反対方向となるように背中合わせに配置される。同様に、バー５１，５３，５５，５７，５９，６１，６３，６５のそれぞれにも、所定間隔で一対のＤＵＶ－ＬＥＤ１２０ａ、１２０ｂが設置される。図７では、バー５２，５８に設置された複数の一対のＤＵＶ－ＬＥＤ１２０ａ、１２０ｂを模式的に示す。この場合においても、各バーの間隔及び一対のＤＵＶ－ＬＥＤユニットの間隔を調整することで、給水タンク５０内の任意の１点を中心とした半径３０ｃｍの球を想定し、この球内に少なくとも１つのＤＵＶ－ＬＥＤユニットが存在するように配置するのが望ましい。

直方体の水槽（縦５０ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ１００ｍｍ）の一端部にＤＵＶ－ＬＥＤユニットを取り付け、水槽に水を入れた。ＤＵＶ－ＬＥＤユニットは、２６５ｎｍ、２７５ｎｍ、２８５ｎｍの波長の３種類を用意した。水とレジオネラ菌の入った筒を用意し、水槽内に横方向に移動自在に挿入した。ＤＵＶ－ＬＥＤユニットの光出力はいずれも１．５ｍＷ以上であり、指向角は１２０度以下、半値幅は２０ｎｍ未満であった。

３種類のＤＵＶ－ＬＥＤユニットを順次、水槽の端部に取り付け、それぞれのＤＵＶ－ＬＥＤユニットからレジオネラ菌の入った筒までの距離を順次変化させて深紫外線を３０ｍｉｎ照射し、照射後の筒の中のレジオネラ菌の数をカウントして殺菌性能を評価した。距離は、各波長において、５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍと変化させた。

図８は、その評価結果を示す。
図において、２６５ｎｍ、２８５ｎｍの波長については、光出力は１．５ｍＷとしたが、２７５ｎｍの波長については、１．５ｍＷと３．５ｍＷの２段階に変化させた。各波長において、「Ｃｏｎｔｒｏｌ」は照射前のレジオネラ菌のカウント数を示す。

２６５ｎｍ：１．５ｍＷの照射では、距離が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍにおいて照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数が大幅に減少し、レジオネラ菌が効果的に殺菌されたことが確認された。距離５ｃｍ～２０ｃｍでは、レジオネラ菌の殺菌効果はほぼ同程度であった。例えば、距離２０ｃｍでは、照射前の３．７０Ｅ＋０６に対し、照射後では１０まで減少していた。他方で、距離が３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍでは照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数はあまり減少しておらず、レジオネラ菌が殺菌されていないことが確認された。例えば、距離３０ｃｍでは、照射前の３．７０Ｅ＋０６に対し、照射後でも３．４０Ｅ＋０３であった。

２７５ｎｍ：１．５ｍＷの照射では、距離が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍにおいて照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数が大幅に減少し、レジオネラ菌が効果的に殺菌されたことが確認された。距離５ｃｍ～２０ｃｍでは、レジオネラ菌の殺菌効果はほぼ同程度であった。例えば、距離２０ｃｍでは、照射前の３．５０Ｅ＋０６に対し、照射後では２１０まで減少していた。他方で、距離が３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍでは照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数はあまり減少しておらず、レジオネラ菌が殺菌されていないことが確認された。例えば、距離３０ｃｍでは、照射前の３．５０Ｅ＋０６に対し、照射後でも６．１０Ｅ＋０４であった。

２７５ｎｍ：３．５ｍＷの照射では、距離が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍにおいて照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数が大幅に減少し、レジオネラ菌が効果的に殺菌されたことが確認された。距離５ｃｍ～２０ｃｍでは、レジオネラ菌の殺菌効果はほぼ同程度であった。例えば、距離２０ｃｍでは、照射前の２．４０Ｅ＋０５に対し、照射後では１０まで減少していた。他方で、距離が３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍでは照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数はあまり減少しておらず、レジオネラ菌が殺菌されていないことが確認された。例えば、距離３０ｃｍでは、照射前の２．３０Ｅ＋０５に対し、照射後でも２．１０Ｅ＋０４であった。

２８５ｎｍ：１．５ｍＷの照射では、距離が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍにおいて照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数が大幅に減少し、レジオネラ菌が効果的に殺菌されたことが確認された。距離５ｃｍ～２０ｃｍでは、レジオネラ菌の殺菌効果はほぼ同程度であった。例えば、距離２０ｃｍでは、照射前の３．７０Ｅ＋０６に対し、照射後では４０まで減少していた。他方で、距離が３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍでは照射前と比べてレジオネラ菌のカウント数はあまり減少しておらず、レジオネラ菌が殺菌されていないことが確認された。例えば、距離３０ｃｍでは、照射前の３．７０Ｅ＋０６に対し、照射後でも２．００Ｅ＋０４であった。

なお、図８には示されていないが、２８５ｎｍの光出力を１．０ｍＷまで低下させた場合には、距離５ｃｍ、１０ｃｍでは照射後のレジオネラ菌のカウント数が１０まで減少したものの、距離１５ｃｍ及び２０ｃｍでは照射後のレジオネラ菌のカウント数がそれぞれ４．５０Ｅ＋０３、５．１０Ｅ＋０４となり、殺菌性能が低下することが確認された。

以上の結果より、波長２６５ｎｍ～２８５ｎｍの深紫外線照射によりレジオネラ菌を殺菌できること、光出力を１．５ｍＷ以上とし、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットからの距離が３０ｃｍ未満、特に２０ｃｍ以下ではレジオネラ菌を効果的に殺菌できること、光出力を１．５ｍＷから３．５ｍＷに増大しても、距離が３０ｃｍ未満の殺菌効果はほぼ変わらないこと、波長２６５ｎｍ～２８５ｎｍの深紫外線照射においてＤＵＶ－ＬＥＤユニットからの距離が３０ｃｍ以上ではレジオネラ菌の殺菌効果が大幅に低下すること、光出力を１．５ｍＷから３．５ｍＷに増大しても、距離が３０ｃｍ以上では殺菌効果はほぼ変わらないことが確認された。

従って、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットから波長２６５ｎｍ～２８５ｎｍの深紫外線を、１．５ｍＷ以上の光出力で、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットからの距離が３０ｃｍ未満となるように一定時間照射することで、レジオネラ菌を効果的に殺菌できる。

なお、一般に、２６０ｎｍ～２９０ｎｍ付近の深紫外線であればレジオネラ菌の殺菌に効果があるが、短波長ほど作製することが困難であって効率も低下するため、比較的波長の長い２７０ｎｍ～２９０ｎｍとし得る。

また、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットからの距離が３０ｃｍ未満、例えば２０ｃｍでもレジオネラ菌を十分殺菌し得るため、例えば特定の流路管に沿って水を流し、この水に至近距離から深紫外線を照射する等の複雑な構造は不要であり、給水タンク内にＤＵＶ－ＬＥＤユニットを一定間隔で格子状に３次元配置し、給水タンク内の任意の１点を中心として半径３０ｃｍの球内に少なくとも１つのＤＵＶ－ＬＥＤユニットを配置して照射するようにすればよく、設計の自由度が確保され得る。簡易的には、隣接するＤＵＶ－ＬＥＤユニット間の間隔が３０ｃｍ未満となるように格子状に配置する構成であるが、必ずしもこれに限定されない。

また、本実施形態では、深紫外線殺菌装置１０を給水タンク内に設置する場合について説明したが、ビルの給水塔以外にも、ビルの空調用の冷却塔のタンク内に設置してもよい。これら給水タンクに設置する場合、例えばタイマで１日に３０分間から１時間程度、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットを駆動して深紫外線を照射し、レジオネラ菌を殺菌すればよい。
また、本実施形態では、ＤＵＶ－ＬＥＤユニットとして図２に示すような形状としたが、円筒状のＤＵＶ－ＬＥＤユニットを格子状に３次元配置してもよい。
さらに、本実施形態において、給水タンク内において深紫外線殺菌装置１０を一定方向に往復運動、あるいは回転運動させてもよい。例えば、図２ＢにおいてＺ軸方向に往復駆動する、あるいは図７において中心バー４０の回りに回転駆動する等である。

１０深紫外線殺菌装置、１２，１３，１４，１５，１６，１７バー、１２０ａ，１２０ｂ，１３０ａ，１３０ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１５０ａ，１５０ｂＤＵＶ－ＬＥＤユニット。

Claims

水中に設置され、水中のレジオネラ菌を殺菌する深紫外線殺菌装置であって、
波長２６５ｎｍ～２８５ｎｍの深紫外線を照射する、光出力１．５ｍＷ以上の複数のＬＥＤユニットと、
前記複数のＬＥＤユニットを格子状に３次元配置する格子構造であり、水中の任意の１点を中心とする半径３０ｃｍの球内に少なくとも１個の前記ＬＥＤユニットが配置されるように３次元配置する格子構造と、
を備える深紫外線殺菌装置。
前記格子構造は、ＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸方向に延在するバーをＹ方向に第１の間隔だけ離間して複数個配置し、かつ、Ｚ方向にも第２の間隔だけ離間して複数個配置して構成され、前記複数個のＬＥＤユニットは、各バーに第３の間隔で配置される、
請求項１に記載の深紫外線殺菌装置。
前記複数のＬＥＤユニットは、斜方格子、菱形格子、中心矩形格子、二等辺三角格子、六角格子状、あるいは正三角格子のいずれかの格子状に３次元配置される、
請求項２に記載の深紫外線殺菌装置。
前記格子構造は、ＲθＺ円筒座標系において、Ｚ方向に延在する中心バーの回りに放射状にバーを所定角度間隔で複数個配置し、かつＺ方向にも第４の間隔だけ離間して放射状にバーを所定角度間隔で複数個配置して構成され、前記複数個のＬＥＤユニットは、各バーに第５の間隔で配置される、
請求項１に記載の深紫外線殺菌装置。
前記複数のＬＥＤユニットは、複数の一対のＬＥＤユニットから構成され、前記一対のＬＥＤユニットは、その照射面が互いに反対方向となるように配置される、
請求項１～４のいずれかに記載の深紫外線殺菌装置。