JP7369665B2 - 流体殺菌装置 - Google Patents

Description

処理容器内で水などの流体に紫外光を照射して殺菌処理をする流体殺菌装置が知られている。処理容器内には、紫外光の強度を測定可能なフォトダイオードが設けられ、流体に照射される紫外光の強度がモニタされる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－３７４５０号公報

流体殺菌装置の使用に伴って処理容器の内面に汚れが付着すると、殺菌処理の性能に影響を与えるおそれがある。このため、汚れが付着しているかどうかをモニタできることが好ましい。

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、汚れの付着をモニタできる流体殺菌装置を提供することにある。

本発明のある態様の流体殺菌装置は、処理流路を区画する直管と、直管の端部と対向する光源窓と、光源窓越しに処理流路に向けて紫外光を照射する光源と、直管の側壁に設けられ、紫外光が透過する光学ブロックと、を備える。光学ブロックは、処理流路の外側に露出し、直管の軸方向に沿う測定面と、処理流路の内側に露出し、測定面に対して傾斜する屈折面と、を有する。

この態様によると、処理流路内の紫外光の一部は、光学ブロックの屈折面に入射し、光学ブロック内を透過して測定面から出射するため、測定面において紫外光をモニタできる。このとき、光源から屈折面に向けて直線的に入射する直接光の屈折面に対する入射角は、直管の内壁面で反射または散乱されて屈折面に入射する間接光の屈折面に対する入射角と異なる。そのため、測定面において直接光が測定される領域は、測定面において間接光が測定される領域と異なる。その結果、測定面において直接光と間接光を区別してモニタすることができ、内壁面の汚れに伴う散乱光成分の増加を検知できる。

測定面に対する屈折面の傾斜角は、４０度以上５０度以下であってもよい。

屈折面は、測定面と直交し、直管の軸方向に沿う仮想平面に対して傾斜してもよい。

仮想平面に対する屈折面の傾斜角は、４０度以上５０度以下であってもよい。

光学ブロックは、直管に対して固定されるフランジ部と、フランジ部から直管の内部に向けて延びる突出部と、を含んでもよい。突出部は、直管の側壁に設けられる開口に挿通されてもよい。屈折面は、突出部の外面であってもよい。

突出部は、角錐形状、角錐台形状、または、角錐の頭頂部および側辺の少なくとも一方が面取りされた形状を有してもよい。

光学ブロックは、紫外光を可視光に変換する蛍光物質を含んでもよい。

測定面の光強度を測定する光測定器をさらに備えてもよい。

直管の側壁に設けられ、光学ブロックとは直管の周方向に異なる位置に設けられる別の光学ブロックをさらに備えてもよい。

本発明によれば、流体殺菌装置の使用に伴う汚れの付着をモニタできる。

実施の形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２（ａ）～（ｃ）は、光学ブロックの構成を概略的に示す図である。 第１屈折面に入射する直接光の光路を模式的に示す図である。 測定面における複数の測定領域の位置を模式的に示す図である。 測定面における光強度分布の一例を示す図である。 測定面における光強度分布の一例を示す図である。 図７（ａ），（ｂ）は、光学ブロックの構成を概略的に示す図である。 実施の形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 第１光源の構成を概略的に示す正面図である。 実施の形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 測定面における光強度分布の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、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。

図１は、実施の形態に係る流体殺菌装置１０の構成を概略的に示す図である。流体殺菌装置１０は、矢印Ｚで示されるように処理流路１２内を通過する流体に対して紫外光ＵＶを照射して殺菌処理を施す。流体殺菌装置１０は、直管２０と、第１筐体３１と、第２筐体３２と、第１光源４１と、第２光源４２と、光測定器４６と、光学ブロック５０とを備える。

直管２０は、処理流路１２を区画する。直管２０は、第１端部２１および第２端部２２を有する。第１端部２１には第１筐体３１が設けられ、第２端部２２には第２筐体３２が設けられる。直管２０の材質は特に問わないが、少なくとも直管２０の内壁面２４が紫外光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。直管２０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂で構成されることが好ましい。例えば、直管２０の側壁２３は、厚さが３ｍｍ以上のＰＴＦＥから構成される。

図面の理解を助けるため、直管２０の第１端部２１から第２端部２２に向かう方向を「軸方向」ともいう。また、直管２０の中心軸から離れる方向を「径方向」ともいい、直管２０の中心軸周りの方向を「周方向」ともいう。図１において、直管２０の軸方向をｚ方向とし、直管２０の第１端部２１から第２端部２２に向かう方向を＋ｚ方向としている。また、直管２０の中心軸から光学ブロック５０に向かう方向を＋ｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向の双方に直交する方向をｘ方向としている。

第１筐体３１は、直管２０の外側に設けられる第１連通室１３および第１光源室１７を区画する。第１連通室１３と第１光源室１７の間は、第１光源窓３７により仕切られる。第１筐体３１には第１流通口３３が設けられ、第１流通口３３から第１流通管３５が径方向に延びる。第１連通室１３は、処理流路１２と第１流通口３３の間をつなぐ。第１連通室１３は、直管２０の第１端部２１と、第１端部２１に対向する第１光源窓３７との間の第１隙間１５を通じて処理流路１２と連通する。第１連通室１３は、例えば、直管２０の外側の全周にわたって設けられる。

第２筐体３２は、直管２０の外側に設けられる第２連通室１４および第２光源室１８を区画する。第２連通室１４と第２光源室１８の間は、第２光源窓３８により仕切られる。第２筐体３２には第２流通口３４が設けられ、第２流通口３４から第２流通管３６が径方向に延びる。第２連通室１４は、処理流路１２と第２流通口３４の間をつなぐ。第２連通室１４は、直管２０の第２端部２２と、第２端部２２に対向する第２光源窓３８との間の第２隙間１６を通じて処理流路１２と連通する。第２連通室１４は、例えば、直管２０の外側の全周にわたって設けられる。

第１筐体３１および第２筐体３２は、紫外光に対する耐久性および反射率が高い材料で構成されることが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂から構成される。第１筐体３１および第２筐体３２の材料として、ＰＴＦＥよりも紫外光反射率の低いＰＶＤＦを用いることで、第１連通室１３および第２連通室１４の内面にて紫外光が反射され、第１流通口３３および第２流通口３４を通じて第１筐体３１および第２筐体３２の外部に向かう紫外光の強度を低減できる。

図１の構成では、第１光源室１７が設けられる第１筐体３１を流体の流入側とし、第２光源室１８が設けられる第２筐体３２を流体の流出側としている。つまり、第１流通口３３を流入口とし、第１流通管３５を流入管とし、第２流通口３４を流出口とし、第２流通管３６を流出管としている。別の実施の形態では、流入側と流出側を逆にしてもよい。つまり、第１流通口３３を流出口とし、第１流通管３５を流出管とし、第２流通口３４を流入口とし、第２流通管３６を流入管としてもよい。図１では、第１流通管３５および第２流通管３６が＋ｙ方向に延びる構成を示しているが、第１流通管３５および第２流通管３６の延在方向は＋ｙ方向に限られず、－ｙ方向、＋ｘ方向または－ｘ方向に延在してもよい。第１流通管３５および第２流通管３６の延在方向は、直管２０の径方向であれば、任意の方向であってもよい。

第１光源４１は、第１光源室１７に設けられる。第１光源４１は、複数の発光素子４４を含む。第１光源４１は、複数の発光素子４４が実装される基板や、複数の発光素子４４を冷却するためのヒートシンク（不図示）をさらに含んでもよい。第１光源４１は、第１光源窓３７越しに処理流路１２に向けて軸方向に紫外光ＵＶを照射するよう構成される。つまり、第１光源４１は、第１端部２１から第２端部２２に向けて直管２０の内部に紫外光ＵＶを照射する。

第２光源４２は、第２光源室１８に設けられる。第２光源４２は、複数の発光素子４４を含む。第２光源４２は、第１光源４１と同様に構成される。第２光源４２は、第２光源窓３８越しに処理流路１２に向けて軸方向に紫外光を照射するよう構成される。つまり、第２光源４２は、第２端部２２から第１端部２１に向けて直管２０の内部に紫外光ＵＶを照射する。

発光素子４４は、いわゆるＵＶ－ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）である。発光素子４４は、発光のピーク波長が３００ｎｍ以下であり、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ～２９０ｎｍ付近の紫外光を発する。複数の発光素子４４は、第１光源４１または第２光源４２が備える基板の実装面上にアレイ状に並べられ、軸方向に紫外光ＵＶを照射するように配置される。複数の発光素子４４は、例えば円形や矩形状の基板の実装面上に等間隔となるように二次元アレイ状に配置される。

第１光源窓３７は、第１光源４１と第１端部２１の間に設けられ、第１隙間１５を挟んで第１端部２１と対向するように配置される。第２光源窓３８は、第２光源４２と第２端部２２の間に設けられ、第２隙間１６を挟んで第２端部２２と対向するように配置される。第１光源窓３７および第２光源窓３８は、紫外光の透過率が高い材料で構成され、例えば石英ガラス（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などで構成される。

直管２０の側壁２３には、光学ブロック５０を取り付けるための測定開口２５が設けられる。測定開口２５は、直管２０の中央付近に設けられ、例えば、第１端部２１と第２端部２２の中間に設けられる。測定開口２５は、第１端部２１と第２端部２２の中間からずれた位置に設けられてもよく、中間よりも第１端部２１に近い位置に設けられてもよいし、中間よりも第２端部２２に近い位置に設けられてもよい。測定開口２５は、直管２０の周方向の一部箇所に設けられており、図１の例では、直管２０の中心軸から＋ｙ方向の位置に測定開口２５が設けられる。測定開口２５には、光学ブロック５０の突出部５２が挿通される。

直管２０の側壁２３には、光測定器４６と光学ブロック５０を収容するための収容凹部２６が設けられる。収容凹部２６は、測定開口２５と対応する位置に設けられ、測定開口２５と連通する。収容凹部２６は、直管２０の側壁２３から径方向外側に延在する枠体２７により区画される。枠体２７は、光学ブロック５０のフランジ部５１の外周を包囲するように設けられる。収容凹部２６と光学ブロック５０の間には、Ｏ－リング２８が設けられ、処理流路１２を流れる流体が外部に漏れないように封止される。収容凹部２６の上にはカバー２９が取り付けられる。カバー２９は、収容凹部２６の外部に紫外光が漏れるのを防ぐ。

光学ブロック５０は、測定開口２５に設けられる。光学ブロック５０は、フランジ部５１と、突出部５２とを含む。フランジ部５１は、収容凹部２６に設けられる。フランジ部５１は、収容凹部２６と係合して直管２０に固定される。フランジ部５１は、Ｏ－リング２８とともに止水構造を形成する。突出部５２は、フランジ部５１から直管２０の内部（つまり、処理流路１２）に向けて延在し、測定開口２５に挿通される。突出部５２は、直管２０の中心軸に向けて突出する。処理流路１２において突出部５２が突出する高さｈ_１は、処理流路１２における流体の流れを阻害しない程度に小さいことが好ましい。突出部５２が突出する高さｈ_１は、例えば、処理流路１２の直径Ｄの４０％以下であり、好ましくは３０％以下または２０％以下である。

光学ブロック５０は、測定面５３と、屈折面５４とを有する。測定面５３は、フランジ部５１に設けられ、処理流路１２の外側に露出する。測定面５３は、直管２０の軸方向（ｚ方向）に沿う平面となるように構成される。図１に示される例において、測定面５３は、ｘｚ平面と平行であり、＋ｙ方向に向いている。屈折面５４は、突出部５２に設けられ、処理流路１２の内側に露出する。屈折面５４は、測定面５３に対して傾斜するように構成される。

屈折面５４には、処理流路１２の内部の紫外光が入射する。屈折面５４に入射する紫外光の少なくとも一部は、光学ブロック５０の内部を透過して測定面５３に到達する。このとき、屈折面５４には、第１光源４１または第２光源４２から屈折面５４に向けて直線的に入射する直接光Ａ１と、直管２０の内壁面２４で反射または散乱されてから屈折面５４に入射する間接光Ａ２とが存在する。直接光Ａ１が屈折面５４に入射する入射角は、間接光Ａ２が屈折面５４に入射する入射角と異なるため、測定面５３において直接光Ａ１が測定される領域は、測定面５３において間接光Ａ２が測定される領域と異なる。その結果、測定面５３において直接光Ａ１と間接光Ａ２を区別してモニタすることができる。なお、直接光Ａ１および間接光Ａ２の測定領域の詳細については、別途後述する。

光測定器４６は、測定面５３の光強度を測定する。光測定器４６は、測定面５３に到達する紫外光の二次元強度分布を測定する。光測定器４６は、紫外光の二次元強度分布を測定可能なカメラであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を備える。光測定器４６は、測定面５３と対向するように配置され、例えば、測定面５３に隣接して配置される。光測定器４６は、測定面５３から離れて配置されてもよく、光測定器４６と測定面５３の間に空間が設けられてもよい。

光学ブロック５０は、紫外光を透過する材料で構成され、例えば、石英ガラスや非晶質のフッ素樹脂などで構成される。光学ブロック５０は、紫外光に対して実質的に透明であってもよい。光学ブロック５０は、紫外光を吸収して可視光に変換する蛍光物質を含んでもよい。この場合、光学ブロック５０の屈折面５４に入射する紫外光は、可視光に変換されて測定面５３から出射する。光学ブロック５０が蛍光物質を含む場合、光測定器４６は、可視光を撮像するカメラなどの可視光用の光測定器であってもよい。

図２（ａ）～（ｃ）は、光学ブロック５０の構成を概略的に示す図である。図２（ａ）は、光学ブロック５０の斜視図である。図２（ｂ）は、光学ブロック５０の側面図である。図２（ｃ）は、光学ブロック５０の下面図である。

フランジ部５１は、外周が円形の平板状部材である。フランジ部５１の外周は円形に限られず、矩形などの多角形であってもよいし、楕円形であってもよし、その他の任意の形状であってもよい。突出部５２は、角錐形状の部材であり、図示する例では四角錐形状である。突出部５２は、四角錐に限られず、六角錐などの四角錐以外の角錐形状を有してもよい。

突出部５２は、複数の屈折面５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ（総称して屈折面５４ともいう）を有する。複数の屈折面５４ａ～５４ｄは、角錐の側面であり、四角錐の四つの側面である。突出部５２は、複数の底辺５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ（総称して底辺５５ともいう）を有する。複数の底辺５５ａ～５５ｄは、角錐の底面の外周である。突出部５２は、一つの頭頂部５６と、複数の頂点５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ（総称して頂点５７ともいう）とを有する。頭頂部５６は、角錐の側辺の交点である。複数の頂点５７ａ～５７ｄは、角錐の底辺５５の交点である。

第１屈折面５４ａは、第１底辺５５ａから頭頂部５６に向けて延びる平面である。第２屈折面５４ｂは、第１屈折面５４ａとｘ方向に隣接し、第２底辺５５ｂから頭頂部５６に向けて延びる平面である。第３屈折面５４ｃは、第１屈折面５４ａとｚ方向に隣接し、第３底辺５５ｃから頭頂部５６に向けて延びる平面である。第４屈折面５４ｄは、頭頂部５６を挟んで第１屈折面５４ａの反対側にあり、第４底辺５５ｄから頭頂部５６に向けて延びる平面である。

第１頂点５７ａは、第１底辺５５ａと第２底辺５５ｂの交点であり、頭頂部５６から－ｚ方向に離れた位置にある。第２頂点５７ｂは、第３底辺５５ｃと第４底辺５５ｄの交点であり、頭頂部５６から＋ｚ方向に離れた位置にある。第３頂点５７ｃは、第１底辺５５ａと第３底辺５５ｃの交点であり、頭頂部５６から＋ｘ方向に離れた位置にある。第４頂点５７ｄは、第２底辺５５ｂと第４底辺５５ｄの交点であり、頭頂部５６から－ｘ方向に離れた位置にある。

屈折面５４は、測定面５３に対して傾斜している。測定面５３に対する測定面５３の傾斜角θ（図２（ｂ）参照）は、３０度以上６０度以下であり、好ましくは４０度以上５０度以下である。屈折面５４の傾斜角θをこのような大きさに設定することにより、直接光Ａ１と間接光Ａ２を好適に分離してモニタすることが可能となり、かつ、流体の流れを阻害しない程度に突出部５２の高さｈ_２（またはｈ_１）を小さくできる。

屈折面５４は、測定面５３と直交し、直管２０の軸方向に沿う仮想平面（ｙｚ平面）に対して傾斜している。図示する例において、第１頂点５７ａから第２頂点５７ｂに向かう方向が軸方向（ｚ方向）となり、第４頂点５７ｄから第３頂点５７ｃに向かう方向が径方向（ｘ方向）となる。仮想平面（ｙｚ平面）に対する屈折面５４の傾斜角φ（図２（ｃ）参照）は、３０度以上６０度以下であり、好ましくは４０度以上５０度以下である。屈折面５４の傾斜角φをこのように設定することにより、複数の屈折面５４ａ～５４ｄのそれぞれに入射する直接光を好適に分離してモニタできる。

突出部５２のｘ方向の幅ｗは、直管２０の直径Ｄの５０％以上であることが好ましい。突出部５２のｘ方向の幅ｗを直径Ｄの５０％以上とすることで、処理流路１２の軸方向に直交する断面におけるより広範囲の紫外光をモニタできる。

図３は、第１屈折面５４ａに入射する直接光Ａ１の光路を模式的に示す図である。図３は、直管２０の中心軸から光学ブロック５０に向けて＋ｙ方向に見たときの構成を描いている。第１屈折面５４ａには、主に第１光源４１に含まれる第１発光素子４４ａからの直接光Ａ１が入射する。複数の第１発光素子４４ａは、直管２０の中心軸に対して－ｘ方向側に配置されている。なお、第１光源４１に含まれる複数の第２発光素子４４ｂは、直管２０の中心軸に対して＋ｘ方向側に配置される。

第１発光素子４４ａからの直接光Ａ１は、第１屈折面５４ａに入射し、第１屈折面５４ａにおいて屈折して光学ブロック５０の内部を透過し、測定面５３（図３に不図示）に向かう。第１屈折面５４ａに入射する直接光Ａ１は、主に測定面５３の第１測定領域６０ａに向かう。第１測定領域６０ａは、第２頂点５７ｂの近傍に位置し、第４底辺５５ｄに対応する箇所に位置する。第１測定領域６０ａは、第４底辺５５ｄに沿った領域のうち第２頂点５７ｂに近い領域であり、第４頂点５７ｄから離れた領域である。第１測定領域６０ａは、第１屈折面５４ａに対して対角の位置にある。第１測定領域６０ａの光強度をモニタすることで、第１光源４１に含まれる第１発光素子４４ａの光出力をモニタできる。

図４は、測定面５３における複数の測定領域６０ａ～６０ｅの位置を模式的に示す図である。図４は、処理流路１２の外側から測定面５３を－ｙ方向に見たときの構成を描いてる。測定面５３には、第１測定領域６０ａ、第２測定領域６０ｂ、第３測定領域６０ｃ、第４測定領域６０ｄおよび第５測定領域６０ｅが設定される。

第１測定領域６０ａは、第４底辺５５ｄに沿った領域であり、第４底辺５５ｄの中間点５８ｄから第２頂点５７ｂにわたって設定される。図３を用いて上述したように、第１測定領域６０ａは、第１屈折面５４ａ（図４に不図示）の対角に位置する。第１測定領域６０ａでは、第１光源４１の第１発光素子４４ａから第１屈折面５４ａに入射する直接光をモニタできる。

第２測定領域６０ｂは、第３底辺５５ｃに沿った領域であり、第３底辺５５ｃの中間点５８ｃから第２頂点５７ｂにわたって設定される。第２測定領域６０ｂは、第２屈折面５４ｂ（図４に不図示）の対角に位置する。第２測定領域６０ｂでは、第１光源４１の第２発光素子４４ｂから第２屈折面５４ｂに入射する直接光をモニタできる。

第３測定領域６０ｃは、第２底辺５５ｂに沿った領域であり、第２底辺５５ｂの中間点５８ｂから第１頂点５７ａにわたって設定される。第３測定領域６０ｃは、第３屈折面５４ｃ（図４に不図示）の対角に位置する。第３測定領域６０ｃでは、第２光源４２に含まれる第３発光素子４４ｃから第３屈折面５４ｃに入射する直接光をモニタできる。第３発光素子４４ｃは、第２光源４２に含まれる発光素子のうち、直管２０の中心軸に対して－ｘ方向側に配置される発光素子である。第３発光素子４４ｃは、第１光源４１の第１発光素子４４ａと軸方向に対向する位置に配置されている。

第４測定領域６０ｄは、第１底辺５５ａに沿った領域であり、第１底辺５５ａの中間点５８ａから第１頂点５７ａにわたって設定される。第４測定領域６０ｄは、第４屈折面５４ｄ（図４に不図示）の対角に位置する。第４測定領域６０ｄでは、第２光源４２に含まれる第４発光素子４４ｄから第４屈折面５４ｄに入射する直接光をモニタできる。第４発光素子４４ｄは、第２光源４２に含まれる発光素子のうち、直管２０の中心軸に対して＋ｘ方向側に配置される発光素子である。第４発光素子４４ｄは、第１光源４１の第２発光素子４４ｂと軸方向に対向する位置に配置されている。

第５測定領域６０ｅは、測定面５３の中央の領域であり、頭頂部５６（図４に不図示）に対応する位置に設定される。第５測定領域６０ｅでは、第１光源４１または第２光源４２からの直接光ではなく、直管２０の内壁面２４にて反射または散乱されて屈折面５４ａ～５４ｄに入射する間接光をモニタできる。第５測定領域６０ｅは、直接光をモニタするための測定領域６０ａ～６０ｄとは異なる領域であり、「間接光測定領域」と言える。一方、第１測定領域６０ａから第４測定領域６０ｄは、「直接光測定領域」と言える。

図５は、測定面５３における光強度分布の一例を示す図である。図５の測定面５３において、光強度が大きい箇所を白色で示し、光強度が小さい箇所を黒色で示す。図５の例では、発光素子４４ａ～４４ｄの光出力を意図的に異ならせている。具体的には、第１発光素子４４ａの光出力を７０％とし、第２発光素子４４ｂの光出力を０％とし、第３発光素子４４ｃおよび第４発光素子４４ｄの光出力を１００％としている。したがって、第１発光素子４４ａの光出力は相対的に小さく、第２発光素子４４ｂは非点灯である。

図５において、直接光測定領域６０ａ～６０ｄの光強度は、各発光素子４４ａ～４４ｄの光出力に対応している。具体的には、第３測定領域６０ｃおよび第４測定領域６０ｄの光強度は相対的に大きく、第１測定領域６０ａおよび第２測定領域６０ｂの光強度は相対的に小さい。また、第２測定領域６０ｂの光強度は、第１測定領域６０ａの光強度よりも小さい。したがって、直接光測定領域６０ａ～６０ｄのそれぞれの光強度をモニタすることで、対応する発光素子４４ａ～４４ｄの光出力を推定できる。図５の例では、測定面５３におけるモニタ結果に基づいて、第１発光素子４４ａの劣化や第２発光素子４４ｂの故障などを検知できる。

図５は、直管２０の内壁面２４の汚れが少ない場合に相当する。第１光源４１および第２光源４２からの紫外光は、軸方向に沿って内壁面２４に入射するため、汚れの少ない内壁面２４で反射された紫外光はほぼ軸方向に沿って出射する。したがって、汚れの少ない内壁面２４にて反射または散乱されてから光学ブロック５０に入射する間接光の割合はわずかである。その結果、図５の例では、第５測定領域６０ｅの光強度はわずかであり、直接光測定領域６０ａ～６０ｄの光強度に比べて第５測定領域６０ｅの光強度は非常に小さい。例えば、光出力が１００％である第３発光素子４４ｃまたは第４発光素子４４ｄに対応する第３測定領域６０ｃまたは第４測定領域６０ｄの光強度と、第５測定領域６０ｅの光強度とを比較すれば、光学ブロック５０に入射する間接光の寄与を算出できる。これにより、内壁面２４の汚れの程度を推定できる。

図６は、測定面５３における光強度分布の一例を示す図であり、直管２０の内壁面２４の汚れが多い場合を示す。第１光源４１および第２光源４２に含まれる発光素子４４ａ～４４ｄの光出力は、図５と図６で共通である。そのため、図６の直接光測定領域６０ａ～６０ｄの光強度は、図５の直接光測定領域６０ａ～６０ｄの光強度とほぼ同じである。一方、図６の間接光測定領域（第５測定領域６０ｅ）の光強度は、図５の間接光測定領域（第５測定領域６０ｅ）の光強度に比べて大きい。これは、内壁面２４に付着する汚れによって紫外光が散乱され、散乱された間接光が光学ブロック５０に入射するためである。その結果、図６の場合においても、例えば、光出力が１００％である第３発光素子４４ｃまたは第４発光素子４４ｄに対応する第３測定領域６０ｃまたは第４測定領域６０ｄの光強度と、第５測定領域６０ｅの光強度とを比較することで、光学ブロック５０に入射する間接光の寄与を算出できる。これにより、内壁面２４の汚れの程度を推定できる。

つづいて、流体殺菌装置１０の動作について説明する。殺菌処理の対象となる水などの流体は、第１流通管３５、第１流通口３３、第１連通室１３、第１隙間１５、処理流路１２、第２隙間１６、第２連通室１４、第２流通口３４および第２流通管３６の順に通過する。処理流路１２内の流体の流れは、第１連通室１３および第２連通室１４に通水断面積の小さい第１隙間１５および第２隙間１６を設けることで整流化される。このような整流化された流体に対して、矢印Ｚで示される流れ方向に沿って紫外光ＵＶを軸方向に照射される。流体に照射される紫外光は、測定面５３の光強度分布に基づいてモニタされる。

本実施の形態によれば、直管２０の軸方向に紫外光を照射することで、処理流路１２を流れる流体に対して効率的に紫外光を作用させることができる。また、直管２０の側壁に設けられる光学ブロック５０を用いて紫外光の光強度を測定することにより、第１光源４１および第２光源４２の光出力をモニタできる。特に、測定面５３の光強度分布を解析することで、第１光源４１または第２光源４２のいずれかに劣化や故障などの問題が生じているかを特定できる。また、第１光源４１または第２光源４２に含まれる複数の発光素子４４のうち、＋ｘ方向側または－ｘ方向側のいずれに問題が生じているかを特定できる。さらに、測定面５３の光強度分布を解析することで、直管２０の内壁面２４の汚れの程度を推定できる。

本実施の形態によれば、一つの光学ブロック５０を設けるだけで、流体殺菌装置１０の動作状態に関する多くの情報を得ることができる。その結果、複数の光源または複数の発光素子のそれぞれの光出力を測定するために複数の光センサを設ける必要がなくなり、複数の光センサを設けるために直管２０に多数の測定用の開口等を設ける必要もなくなる。その結果、直管２０の構造を単純化でき、コストの増大を防ぐことができる。

図７（ａ），（ｂ）は、光学ブロック５０ａ，５０ｂの構成を概略的に示す図である。図７（ａ）の光学ブロック５０ａは、頭頂部５６ａが面取りされている点で、上述の実施の形態に係る光学ブロック５０と相違する。頭頂部５６ａは、曲面で構成されてもよいし、平面で構成されてもよい。図７（ａ）の光学ブロック５０ａを用いることで、突出部５２ａの高さを小さくすることができ、処理流路１２における流体の流れを阻害しにくくできる。

図７（ｂ）の光学ブロック５０ｂは、突出部５２ｂの側辺５９が面取りされている点で、上述の光学ブロック５０および５０ａと相違する。側辺５９は、曲面で構成されてもよいし、平面で構成されてもよい。図７（ｂ）の光学ブロック５０ｂを用いることで、光学ブロック５０ｂの突出部５２ｂの近傍を流れる流体の流れを阻害しにくくできる。

図８は、別の実施の形態に係る流体殺菌装置１１０の構成を概略的に示す断面図である。流体殺菌装置１１０は、複数の光測定器１４６ａ，１４６ｂと、複数の光学ブロック１５０ａ，１５０ｂとを備える点で上述の実施の形態に係る流体殺菌装置１０と相違する。以下、本実施の形態について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。

流体殺菌装置１１０は、直管１２０と、第１筐体３１と、第２筐体３２と、第１光源４１と、第２光源４２と、第１光測定器１４６ａと、第２光測定器１４６ｂと、第１光学ブロック１５０ａと、第２光学ブロック１５０ｂとを備える。

直管１２０の側壁１２３には、第１測定開口１２５ａと、第２測定開口１２５ｂとが設けられる。第１測定開口１２５ａは、図１の測定開口２５と同じ位置に設けられ、直管１２０の中心軸から＋ｙ方向に離れた位置に設けられる。第２測定開口１２５ｂは、第１測定開口１２５ａと周方向に異なる位置に設けられる。第２測定開口１２５ｂは、第１測定開口１２５ａから周方向に１８０度ずれた位置に設けられ、直管１２０の中心軸を挟んで第１測定開口１２５ａの反対側に設けられる。第２測定開口１２５ｂは、直管１２０の中心軸から－ｙ方向に離れた位置に設けられる。

第１光学ブロック１５０ａは、第１測定開口１２５ａに設けられる。第１光学ブロック１５０ａは、処理流路１２の外側に露出する測定面１５３ａと、処理流路１２の内側に露出する屈折面１５４ａとを有する。第１光測定器１４６ａは、第１光学ブロック１５０ａの測定面１５３ａの光強度分布を計測するように配置される。

第２光学ブロック１５０ｂは、第２測定開口１２５ｂに設けられる。第２光学ブロック１５０ｂは、処理流路１２の外側に露出する測定面１５３ｂと、処理流路１２の内側に露出する屈折面１５４ｂとを有する。第２光測定器１４６ｂは、第２光学ブロック１５０ｂの測定面１５３ｂの光強度分布を計測するように配置される。

図９は、第１光源４１の構成を概略的に示す正面図である。第１光源４１は、直管１２０の中心軸よりも左側（－ｘ方向側）に配置される複数の第１発光素子４４ａと、直管１２０の中心軸よりも右側（＋ｘ方向側）に配置される複数の第２発光素子４４ｂとを含む。複数の第１発光素子４４ａは、直管１２０の中心軸よりも上側（＋ｙ方向側）に配置される複数の第１上側発光素子４４ａａと、直管１２０の中心軸よりも下側（－ｙ方向側）に配置される複数の第１下側発光素子４４ａｂとを有する。複数の第２発光素子４４ｂは、直管１２０の中心軸よりも上側（＋ｙ方向側）に配置される複数の第２上側発光素子４４ｂａと、直管１２０の中心軸よりも下側（－ｙ方向側）に配置される複数の第２下側発光素子４４ｂｂとを有する。

第１上側発光素子４４ａａおよび第２上側発光素子４４ｂａからの直接光は、主に第１光学ブロック１５０ａに入射する。第１下側発光素子４４ａｂおよび第２下側発光素子４４ｂｂからの直接光は、主に第２光学ブロック１５０ｂに入射する。第１光学ブロック１５０ａは、上述の実施の形態と同様、第１上側発光素子４４ａａからの直接光と、第２上側発光素子４４ｂａからの直接光とを分離できる。また、第２光学ブロック１５０ｂは、第１光学ブロック１５０ａと同様、第１下側発光素子４４ａｂからの直接光と、第２下側発光素子４４ｂｂからの直接光とを分離できる。したがって、本実施の形態によれば、第１光源４１からの直接光を上下左右の４領域に分割してモニタすることができる。同様に、第２光源４２からの直接光についても、上下左右の４領域に分割してモニタすることができる。

図８の例において、第１光学ブロック１５０ａおよび第２光学ブロック１５０ｂは、軸方向の位置が互いに同じである。さらに別の実施の形態では、第１光学ブロック１５０ａおよび第２光学ブロック１５０ｂの軸方向の位置が異なっていてもよい。例えば、第１光学ブロック１５０ａは、直管１２０の中央よりも第１端部２１に近い位置に設けられてもよい。この場合、第２光学ブロック１５０ｂは、直管１２０の中央よりも第２端部２２に近い位置に設けられてもよい。

図１０は、さらに別の実施の形態に係る流体殺菌装置２１０の構成を概略的に示す断面図である。本実施の形態では、光学ブロック２５０の向きが上述の実施の形態と相違する。光学ブロック２５０は、測定面５３と直交して直管２０の軸方向に沿う仮想平面（ｙｚ平面）に対し、複数の屈折面５４ａ～５４ｄが傾斜しないように配置される。図示されるように、第１底辺５５ａおよび第３底辺５５ｃはｘ方向に延在し、第２底辺５５ｂおよび第４底辺５５ｄはｙ方向に延在する。第１光源４１からの直接光は、第１屈折面５４ａに入射する。第２光源４２からの直接光は、第３屈折面５４ｃに入射する。第１光源４１からの直接光は、測定面５３において、第３底辺５５ｃに沿った第１測定領域２６０ａにて測定できる。第２光源４２からの直接光は、測定面５３において、第１底辺５５ａに沿った第２測定領域２６０ｃにて測定できる。光学ブロック２５０に入射する間接光は、測定面５３の中央付近にて測定できる。

図１１は、測定面５３における光強度分布の一例を示す図であり、図１０の光学ブロック２５０を用いる場合の光強度分布を示す。図示されるように、第１測定領域２６０ａおよび第２測定領域２６０ｃの光強度が相対的に大きく、中央付近の間接光測定領域２６０ｅの光強度が相対的に小さいことが分かる。本実施の形態では、第１測定領域２６０ａの光強度に基づいて第１光源４１の光出力を推定でき、第２測定領域２６０ｃの光強度に基づいて第２光源４２の光出力を推定できる。また、間接光測定領域２６０ｅの光強度に基づいて内壁面２４の汚れに伴う間接光の増加を検知できる。したがって、本実施の形態においても、第１光源４１および第２光源４２の劣化や故障を検出することができるとともに、内壁面２４の汚れの程度を推定できる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、光学ブロック５０，１５０ａ，１５０ｂ，２５０の測定面５３を光測定器４６，１４６ａ，１４６ｂで測定する場合について示した。別の実施の形態では、光測定器が設けられなくてもよく、測定面５３の光強度分布を目視で確認してもよい。

上述の実施の形態では、光測定器４６，１４６ａ，１４６ｂが二次元の光強度分布を測定できる場合について示した。別の実施の形態では、光測定器４６，１４６ａ，１４６ｂとして、測定面５３に設定される複数の測定領域６０ａ～６０ｅ，２６０ａ～２６０ｅのそれぞれの光強度を個別に測定する複数のフォトダイオードを用いてもよい。

上述の実施の形態では、直管２０の第１端部２１に第１光源４１が設けられ、直管２０の第２端部２２に第２光源４２が設けられる場合について示した。別の実施の形態では、第１光源４１および第２光源４２の一方のみが設けられ、他方が設けられなくてもよい。

１０…流体殺菌装置、１２…処理流路、２０…直管、２３…側壁、４６…光測定器、５０…光学ブロック、５１…フランジ部、５２…突出部、５３…測定面、５４…屈折面、５６…頭頂部。

Claims (9)

1. 処理流路を区画する直管と、
   前記直管の端部と対向する光源窓と、
   前記光源窓越しに前記処理流路に向けて紫外光を照射する光源と、
   前記直管の側壁に設けられ、前記紫外光が透過する光学ブロックと、を備え、
   前記光学ブロックは、前記処理流路の外側に露出し、前記直管の軸方向に沿う測定面と、前記処理流路の内側に露出し、前記測定面に対して傾斜する屈折面と、を有することを特徴とする流体殺菌装置。
2. 前記測定面に対する前記屈折面の傾斜角は、４０度以上５０度以下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。
3. 前記屈折面は、前記測定面と直交し、前記直管の前記軸方向に沿う仮想平面に対して傾斜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. 前記仮想平面に対する前記屈折面の傾斜角は、４０度以上５０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の流体殺菌装置。
5. 前記光学ブロックは、前記直管に対して固定されるフランジ部と、前記フランジ部から前記直管の内部に向けて延びる突出部と、を含み、
   前記突出部は、前記直管の前記側壁に設けられる開口に挿通され、
   前記屈折面は、前記突出部の外面であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
6. 前記突出部は、角錐形状、角錐台形状、または、角錐の頭頂部および側辺の少なくとも一方が面取りされた形状を有することを特徴とする請求項５に記載の流体殺菌装置。
7. 前記光学ブロックは、前記紫外光を可視光に変換する蛍光物質を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
8. 前記測定面の光強度を測定する光測定器をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
9. 前記直管の側壁に設けられ、前記光学ブロックとは前記直管の周方向に異なる位置に設けられる別の光学ブロックをさらに備え、
   前記別の光学ブロックは、前記処理流路の外側に露出し、前記直管の軸方向に沿う別の測定面と、前記処理流路の内側に露出し、前記別の測定面に対して傾斜する別の屈折面と、を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。

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