TWI702967B - 流體殺菌裝置 - Google Patents

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TWI702967B TW105130817A TW105130817A TWI702967B TW I702967 B TWI702967 B TW I702967B TW 105130817 A TW105130817 A TW 105130817A TW 105130817 A TW105130817 A TW 105130817A TW I702967 B TWI702967 B TW I702967B
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Abstract

本發明提供一種流體殺菌裝置(100)，具備：光源(14)，其具有射出紫外線的半導體發光元件(12)；框體(10)，用以形成可供作為殺菌對象的流體通過的流路；受光部(16)，用以受光從光源(14)所射出的紫外線的一部分，且檢測所受光的紫外線的光量；以及控制部(18)，其基於從受光部所取得的紫外線光量的資訊來控制半導體發光元件的輸出。框體(10)係具有可供紫外線入射的入射部(20)、以及將紫外線在內面進行反射的反射部(22)。反射部(22)係由使紫外線的一部分穿透的材料所構成；受光部(16)係設置於可以受光已穿透反射部(22)的一部分紫外線的位置。

Description

流體殺菌裝置
本發明係關於一種流體殺菌裝置。
以往，已在各種的領域中進行以紫外線照射而行的殺菌。例如，已有創作出一種對水等流體進行殺菌的殺菌裝置(參照專利文獻1)。又，作為用於紫外線殺菌裝置的光源，已知有一種放射藉由低壓水銀蒸氣的放電而產生的253.7nm波長的光的水銀燈。
如此的紫外線光源，其消耗電力或發熱量較大，且光源本身亦為大型。於是，近年來，已開發出一種將壽命比水銀燈還長、消耗電力亦較低的紫外線發光二極體(diode)作為光源來使用的紫外線殺菌裝置。又，因紫外線發光二極體的輸出係隨著使用而慢慢地降低，故而亦創作出以下的技術：用受光元件來檢測紫外線的光量，且基於所檢測出的紫外線光量的資訊來調整驅動信號以使發光二極體的紫外線照射量成為期望值(參照專利文獻2)。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開2014-87544號公報。
專利文獻2：日本特開2005-227241號公報。
可是，已入射於使流體通過的空間內的紫外線，只要可以直接在空間的內部一邊重複反射一邊持續照射流體，就可以減低紫外線光源的數量或輸出。另一方面，為了將紫外線光源的輸出保持於一定，而有必要用某種方法來檢測從紫外線光源射出的一部分的紫外線。
本發明係有鑑於如此的狀況而開發完成者，其目的在於提供一種效率佳地殺菌並且使紫外線光源的輸出穩定化的技術。
為了解決上述課題，本發明的某一態樣的流體殺菌裝置，係具備：光源，其具有射出紫外線的半導體發光元件；框體，用以形成可供作為殺菌對象的流體通過的流路；受光部，用以受光從光源所射出的紫外線的一部分，且檢測所受光的紫外線的光量；以及控制部，其基於從受光部所取得的紫外線光量的資訊來控制半導體發光元件的輸出。框體係具有可供紫外線入射的入射部、以及將紫外線在內面進行反射 的反射部。反射部係由使紫外線的一部分穿透的材料所構成；受光部係設置於可以受光已穿透反射部的一部分紫外線的位置。
依據該態樣，用受光部檢測的紫外線，係指已穿透反射部的一部分的紫外線。因已穿透反射部的紫外線係無助於殺菌，故而利用如此的紫外線並用受光部來檢測光量，藉此不用減少利用於殺菌的紫外線的量就可以解決。又，基於從受光部所取得的紫外線光量的資訊來控制半導體發光元件的輸出，藉此就可以使光源的輸出穩定化。
受光部，亦可配置於隔著反射部而與入射部為相反側的區域。藉此，可以將受光部設置於框體的外部。
反射部，亦可由波長285nm的紫外線的擴散反射率為78.5%至95.4%的範圍且波長285nm的紫外線的擴散穿透率為0.6%至13.1%的範圍的材料所構成。藉此，因在反射部反射後的紫外線係可以再度利用於殺菌中，故而能效率佳地進行對框體內的流體的殺菌。又，可以用配置於框體外部的受光部來檢測已穿透的一部分的紫外線。
反射部，亦可為一部分具有非晶質結晶結構的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene：PTFE)。藉此，可以提高擴散反射率。
反射部的厚度亦可為1mm至20mm的範圍。較佳是，厚度可為2mm以上，厚度可為9mm以下。藉此，可以同時並存紫外線在反射部的反射和穿透。
半導體發光元件，亦可發出峰值發光波長在250nm至350nm的範圍內的紫外線。藉此，可以提高殺菌功效。
框體亦可具有：筒狀的殺菌室，其具有反射部；以及流體的流入口以及流體的流出口，其設置於流體朝與前述殺菌室的長邊方向相交叉的方向流動之方向。光源係配置於殺菌室的長邊方向的兩端的至少一方的外側；入射部係設置於光源與殺菌室之間。
另外，即便將以上的構成要素的任意組合、本發明的表現在方法、其他的裝置、系統等之間進行變換，仍有效作為本發明的態樣。
依據本發明，可以效率佳地殺菌並且可以將紫外線光源的輸出穩定化。
10:框體
12:半導體發光元件
14:光源
16:受光部
18:控制部
20:入射部
22:反射部
24:殺菌室
26:流入口
28:流出口
30:筒部
32、34:凸緣部
36:基板
38:供電部
40:光源搭載構件
40a:凹部
40b:底部
40c:貫通孔
40d:內面
42、44:緊固構件
100:流體殺菌裝置
F:流體
L1:紫外線
t:厚度
圖1係顯示本實施形態的殺菌裝置的概略構成的示意 圖。
圖2係顯示本實施形態的PTFE的每一波長的擴散反射率的圖形(graph)。
圖3係顯示本實施形態的PTFE的每一波長的擴散穿透率的圖形。
以下，參照圖式來說明本發明的實施形態。另外，在圖式的說明中，在同一要素上係附記同一元件符號，且適當省略重複的說明。又，以下所述的構成係例示，而非將本發明的範圍做任何限定。
(流體殺菌裝置)
圖1係顯示本實施形態的殺菌裝置的概略構成的示意圖。流體殺菌裝置100係將紫外線照射於殺菌室，藉此來殺死通過殺菌室的流體中所包含的細菌等。
流體殺菌裝置100係具有：框體10，用以形成可供作為殺菌對象的流體F通過的流路；光源14，其具有射出紫外線的半導體發光元件12；受光部16，其受光從光源14所射出的紫外線的一部分，且檢測所受光的紫外線的光量；以及控制部18，其基於從受光部16所取得的紫外線光量的資訊來控制半導體發光元件12的輸出。框體10係具有可供紫外線入射的入射部20、以及將紫外線在內面進行反射的反射部 22。
反射部22係由使紫外線的一部分穿透的材料所構成，受光部16係設置於可以受光已穿透反射部22的一部分紫外線L1的位置。受光部16係能使用光電二極體(photodiode)等。
框體10係具有：筒狀的殺菌室24，其具有反射部22；以及流體F的流入口26及流體的流出口28，設置於流體朝與前述殺菌室的長邊方向相交叉的方向流動之方向。本實施形態的框體10係具有：筒部30，其由至少一部分具有非晶質(amorphous)結晶結構的非晶質氟樹脂(例如，具有非晶質結晶結構的聚四氟乙烯(PTFE；Polytetrafluoroethylene))所構成；以及凸緣(flange)部32、34，其安裝於筒部30的兩端的開口部。
筒部30係指內徑為15mm至25mm左右的構件。凸緣部32為由PFA(四氟乙烯-全氟代烷基乙烯基醚共聚合物(tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer))所構成的形成有入射部20及流入口26的構件，且為可使紫外線幾乎穿透的構件。同樣地，凸緣部34為由PFA所構成的形成有入射部20及流出口28的構件。另外，亦可藉由施予加工來將筒部30及凸緣部32、34形成為由非晶質氟樹脂所構成的一構件。
本實施形態的二個光源14係配置於殺菌室24的長邊方向的兩端的外側，而入射部20係設置於光源14與殺菌室24之間。
光源14係具有：半導體發光元件12；基板36，用以搭載半導體發光元件12；以及供電部38，用以對半導體發光元件12供給驅動信號。光源14係透過基板36並用緊固構件42來固定於光源搭載構件40。
本實施形態的半導體發光元件12，為發出紫外線的發光二極體。本實施形態的發光二極體係具有：基板，其由藍寶石(sapphire)所構成；AlGaN(氮化鋁鎵)系的發光層；以及晶格不匹配(lattice mismatch)緩衝層，其積層於基板與發光層之間，且由AlN(氮化鋁)所構成。藉此，可以實現小型且高效率的殺菌裝置。另外，本實施形態的半導體發光元件12，較佳是發出峰值發光波長在250nm至350nm的範圍內的紫外線。本實施形態的發光二極體係使用峰值發光波長為285nm者。藉此，可以提高殺菌功效。
光源搭載構件40，例如是由鋁等的金屬材料所構成，且具有作為散熱片(heat sink)的功能。又，光源搭載構件40係用緊固構件44來與凸緣部32(或凸緣部34)及筒部30一體化。又，在可供光源14搭載的凹部40a的底部40b， 係以與半導體發光元件12的發光面對向的方式形成有圓錐(多角錘)狀的貫通孔40c。貫通孔40c的內面40d係被施以金屬鏡面加工，且具有反射器(reflector)的功能。
從而，從半導體發光元件12所射出的紫外線因是一部分在內面40d反射並且從入射部20入射於殺菌室24，故而可以抑制從入射部20入射的紫外線的照射角的擴展。結果，從入射部20入射後的紫外線，能一邊在殺菌室24的反射部22反射一邊照射至更遠處，而可以效率佳地對流體F進行殺菌。
另外，在本實施形態中，雖然是在殺菌室24的兩端設置光源14，但是亦可僅在一方的端部設置。在該情況下，亦可在殺菌室的另一方的端部設置用以反射紫外線的構件。又，在圖1中，雖然僅圖示與左側的光源14對應的受光部16，但是亦可設置與右側的光源14對應的受光部。
其次，針對構成筒部30的氟系樹脂加以詳述。圖2係顯示本實施形態的PTFE的每一波長的擴散反射率的圖形。圖3係顯示本實施形態的PTFE的每一波長的擴散穿透率的圖形。
圖2所示的擴散反射率的測定係針對厚度t為1mm、3mm、5mm、7mm、9mm的PTFE試料進行。又，各種厚 度的PTFE試料係準備三個，且算出各自的測定值的平均值並予以圖形化。
如圖2所示，可明白當厚度t變大時擴散反射率就會上升。又，隨著波長變成長波長側，擴散反射率就會慢慢地降低。在本實施形態的半導體發光元件12的峰值發光波長285nm，PTFE的厚度t為1mm的情況的擴散反射率為78.5[%]，厚度t為3mm的情況的擴散反射率為92.5[%]，厚度t為5mm的情況的擴散反射率為94.3[%]，厚度t為7mm的情況的擴散反射率為95.1[%]，厚度t為9mm的情況的擴散反射率為95.4[%]。如此，藉由使用本實施形態的PTFE樹脂就可以提高對紫外線的擴散反射率。
圖3所示的擴散穿透率的測定係針對厚度t為1mm、1.5mm、3mm、5mm、7mm、9mm、10mm的PTFE試料進行。又，各種厚度的PTFE試料係準備三個，且算出各自的測定值的平均值並予以圖形化。
如圖3所示，可明白當厚度t變大時擴散穿透率就會降低。又，隨著波長變成長波長側，擴散穿透率就會慢慢地增加。在本實施形態的半導體發光元件12的峰值發光波長285nm，PTFE的厚度t為1mm的情況的擴散穿透率為13.1[%]，厚度t為1.5mm的情況的擴散穿透率為7.7[%]，厚度t為3mm的情況的擴散穿透率為5.0[%]，厚度t為5mm 的情況的擴散穿透率為2.9[%]，厚度t為7mm的情況的擴散穿透率為1.8[%]，厚度t為9mm的情況的擴散穿透率為1.2[%]，厚度t為10mm的情況的擴散穿透率為0.6[%]。
如此，構成本實施形態的筒部的PTFE係可以反射大半的紫外線並且使一部分的紫外線穿透。亦即，用本實施形態的流體殺菌裝置100的受光部16檢測的紫外線係指已穿透反射部22的一部分的紫外線。因已穿透反射部22的紫外線係無助於殺菌，故而利用如此的紫外線並用受光部16來檢測光量，藉此不用減少利用於殺菌的紫外線的量就可以達成目的。又，基於從受光部16所取得的紫外線光量的資訊來控制半導體發光元件12的輸出，藉此就可以使光源的輸出穩定化。
又，受光部16係配置於隔著反射部22而與入射部20為相反側的區域。藉此，可以將受光部16設置於框體10的外部，且增加各構件的布局(layout)設計的自由度。
反射部22例如可以選擇其厚度在1mm至20mm的範圍內。較佳是如上述般地可為1mm至9mm的範圍，更佳是厚度可為2mm以上，又，厚度亦可為5mm以下。藉此，可以同時並存紫外線在反射部的反射和穿透。
又，反射部22係可如上述般地由波長285nm的紫外線的擴散反射率為78.5%至95.4%的範圍且波長285nm的紫外線的擴散穿透率為0.6%至13.1%的範圍的材料所構成。藉此，因在反射部22反射後的紫外線係可以再度利用於殺菌中，故而能效率佳地進行對框體10內的流體F的殺菌。又，可以用配置於框體10外部的受光部16來檢測已穿透的一部分的紫外線。
以上，雖然已參照上述的實施形態來說明本發明，但是本發明並非被限定於上述的實施形態，即便是有關適當組合或置換實施形態的構成仍是涵蓋於本發明中。又，亦能夠基於該發明所屬技術領域中具有通常知識者的知識來適當改編實施形態中的組合或處理的順序或對實施形態施加各種的設計變更等的變化，而施加有如此的變化的實施形態仍是涵蓋於本發明的範圍內。
(產業上之可利用性)
本發明係可以利用於水等流體的殺菌中。
10‧‧‧框體
12‧‧‧半導體發光元件
14‧‧‧光源
16‧‧‧受光部
18‧‧‧控制部
20‧‧‧入射部
22‧‧‧反射部
24‧‧‧殺菌室
26‧‧‧流入口
28‧‧‧流出口
30‧‧‧筒部
32、34‧‧‧凸緣部
36‧‧‧基板
38‧‧‧供電部
40‧‧‧光源搭載構件
40a‧‧‧凹部
40b‧‧‧底部
40c‧‧‧貫通孔
40d‧‧‧內面
42、44‧‧‧緊固構件
100‧‧‧流體殺菌裝置
F‧‧‧流體
L1‧‧‧紫外線

Claims (6)

  1. 一種流體殺菌裝置，具備：光源，具有射出紫外線的半導體發光元件；框體，用以形成可供作為殺菌對象的流體通過的流路；受光部，用以受光從前述光源所射出的紫外線的一部分，且檢測所受光的紫外線的光量；以及控制部，基於從前述受光部所取得的紫外線光量的資訊來控制前述半導體發光元件的輸出；前述框體係具有可供紫外線從外部入射的入射部、以及以與流體相接的內面將紫外線進行反射的反射部；前述反射部係由使紫外線的一部分穿透的材料所構成；前述受光部係設置於可以受光已穿透前述反射部的一部分紫外線的位置；前述反射部係由波長285nm的紫外線的擴散反射率為78.5%至95.4%的範圍且波長285nm的紫外線的擴散穿透率為0.6%至13.1%的範圍的材料所構成。
  2. 如請求項1所記載之流體殺菌裝置，其中前述受光部係配置於隔著前述反射部而與前述入射部為相反側的區域。
  3. 如請求項1或2所記載之流體殺菌裝置，其中前述反射部為一部分具有非晶質結晶結構的聚四氟乙烯。
  4. 如請求項1或2所記載之流體殺菌裝置，其中前述反射部的厚度為1mm至20mm的範圍。
  5. 如請求項1或2所記載之流體殺菌裝置，其中前述半導體發光元件係發出峰值發光波長在250nm至350nm的範圍內的紫外線。
  6. 如請求項1或2所記載之流體殺菌裝置，其中前述框體係具有：筒狀的殺菌室，具有前述反射部；以及流體的流入口以及流體的流出口，設置於流體朝與前述殺菌室的長邊方向相交叉的方向流動之方向；前述光源係配置於前述殺菌室的長邊方向的兩端的至少一方的外側；前述入射部係設置於前述光源與前述殺菌室之間。
TW105130817A 2015-09-25 2016-09-23 流體殺菌裝置 TWI702967B (zh)

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