WO2014058011A1 - 殺菌装置 - Google Patents

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WO2014058011A1
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cylindrical
cylindrical flow
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fluid
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二家本博之
渡邉光彦
越智聡
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イーグル工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sterilization apparatus for sterilizing a fluid such as liquid or gas.
  • a device equipped with a sterilizer that sterilizes water by irradiating ultraviolet rays is known.
  • a water purifier is provided with a light emitter assembly including an ultraviolet LED that generates ultraviolet light, and the ultraviolet light generated by the ultraviolet LED is extended in the water purification passage between the water purification cartridge and the water outlet.
  • a technique for irradiating substantially along a direction is disclosed.
  • an ultraviolet LED unit that irradiates water with ultraviolet light is provided on the inner wall of one or both pipe ends in a flow path for flowing water formed of a straight tubular metal pipe.
  • a technique for forming a mirror-like titanium oxide film on the inner peripheral surface is disclosed.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a sterilization apparatus according to virtual technology.
  • the sterilizer 400 includes a housing 410 having a cylindrical channel 411 through which a fluid to be sterilized flows, an inlet-side channel 412, and an outlet-side channel 413, and a light source unit 420 provided in the housing 410.
  • the light source unit 420 includes an LED element 421 that is a light source for irradiating ultraviolet rays in the cylindrical flow path 411.
  • the LED element 421 irradiates ultraviolet rays in the axial direction of the cylindrical channel 411.
  • a line L in FIG. 12 indicates the central axis (optical axis) of the ultraviolet light emitted from the LED element 421. As shown in FIG. 12, the central axis of the cylindrical channel 411 and the central axis of the ultraviolet light overlap each other.
  • the light intensity In order to obtain a bactericidal effect by ultraviolet rays, the light intensity needs to be a certain value or more. However, the light intensity of ultraviolet light attenuates in inverse proportion to the square of the distance. Therefore, when the ultraviolet light is irradiated from the LED element 421 in the axial direction of the cylindrical flow path 411 as described above, the light intensity decreases as the distance from the LED element 421 in the axial direction of the cylindrical flow path 411 increases. There exists a problem that sterilization efficiency falls.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the sterilization efficiency in a sterilization apparatus that sterilizes a fluid by irradiating ultraviolet rays.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the sterilizer according to the present invention is A housing having a cylindrical flow path through which a fluid to be sterilized flows; A sterilization apparatus comprising: a light source provided in the housing; and irradiating ultraviolet light in the axial direction of the cylindrical flow path in the cylindrical flow path, In the cylindrical flow path, it has a structure that reflects the ultraviolet rays irradiated from the light source in the axial direction of the cylindrical flow path.
  • the ultraviolet light intensity between the light source and the reflecting structure in the cylindrical channel is such that the ultraviolet light intensity from the light source toward the reflecting structure and the ultraviolet light reflected by the reflecting structure toward the light source are It is the sum of the light intensities. Therefore, it is possible to increase the light intensity of the ultraviolet light in the cylindrical flow path, particularly the light intensity of the ultraviolet light at a position away from the light source in the axial direction of the cylindrical flow path. Therefore, sterilization efficiency can be improved.
  • sterilization efficiency can be improved in a sterilization apparatus that sterilizes a fluid by irradiating ultraviolet rays.
  • FIG. 1 is a schematic structure figure of a water purifier provided with a sterilizer concerning an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a first schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a second schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a reflection mode of ultraviolet rays in the sterilizer according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the light intensity of ultraviolet rays in the cylindrical flow path of the sterilizer according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing the shape of the inner wall surface of the end wall in the cylindrical flow path of the sterilizer according to the modification of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic structure figure of a water purifier provided with a sterilizer concerning an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a first schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a second schematic cross
  • FIG. 7 is an enlarged view showing the shape of the inner wall surface of the end wall in the cylindrical flow path of the sterilizer according to the modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a first schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a second schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a first schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a second schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a sterilization apparatus according to virtual technology.
  • the sterilizer according to the present embodiment can be applied to various uses such as sterilizing liquids such as water (tap water) and gases such as air.
  • sterilizing liquids such as water (tap water)
  • gases such as air.
  • it can be used to sterilize water by attaching it to a faucet of a water supply or installing it in a water purifier attached to the water supply.
  • it can be used to sterilize the exhaust gas by attaching it to an exhaust pipe, for example.
  • a case of a cartridge type sterilizer to be mounted on a pot type water purifier will be described with reference to FIG.
  • a pot-type water purifier 500 shown in FIG. 1 includes a case 510, a partition portion 520 that partitions the space inside the case 510 into two regions, and a water purification cartridge 550 that is attached to the partition portion 520.
  • a first lid 530 for putting raw water such as tap water into the case 510 and a second lid 540 for discharging the purified water to the outside are provided on the upper portion of the case 510.
  • the water purification cartridge 550 is filled with activated carbon.
  • the water purifier 500 configured as described above, when raw water is put into the case 510 with the first lid 530 opened, the water W purified by the water purification cartridge 550 is stored below the case 510. It is done. Then, the purified water W can be discharged to the outside by tilting the case 510 toward the second lid 540 with the second lid 540 opened.
  • the water purifier 500 configured as described above, chlorine is removed from the water stored in the case 510 by activated carbon. Therefore, there is a problem that bacteria are generated when left for a long time. Therefore, in the water purifier 500 according to the present embodiment, in order to sterilize the accumulated water W, a cartridge type sterilizer 100 is mounted in the vicinity of the second lid 540. Furthermore, the water purifier 500 is also equipped with a power supply unit 400 for supplying electricity to the sterilizer 100. When the purified water W that has been collected is discharged to the outside of the case 510, the water W is sterilized by ultraviolet rays when passing through the flow path in the sterilizer 100.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the present embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the sterilizer 100 includes a housing 110 and a light source unit 120.
  • the housing 110 has a cylindrical channel 111 through which a fluid to be sterilized (here, water) flows, an inlet-side channel 112, and an outlet-side channel 113.
  • the light source unit 120 is provided at one end of the cylindrical flow path 111 in the housing 110.
  • the light source unit 120 includes an LED element 121, a substrate 122, a lens 123, and an LED housing 124.
  • the LED element 121 is a light source for irradiating the cylindrical flow path 111 with ultraviolet rays.
  • the LED element 121 is attached to the substrate 122.
  • an LED housing 124 is installed on the substrate 122 so as to surround the LED element 121.
  • a lens 123 is provided in the LED housing 124. The lens 123 collects the ultraviolet rays emitted from the LED element 121.
  • a window 125 is provided between the light source unit 120 and the cylindrical channel 111.
  • the window 125 is provided to partition the area where the light source unit 120 is disposed from the cylindrical flow path 111. That is, the window 125 plays a role of preventing the fluid from entering the light source unit 120 side while allowing ultraviolet rays to pass therethrough so that the fluid to be sterilized does not go to the light source unit 120 side.
  • the LED element 121 irradiates ultraviolet rays in the axial direction of the cylindrical flow path 111.
  • a line L in FIG. 2 indicates the central axis (optical axis) of ultraviolet rays emitted from the LED element 121.
  • the central axis of the cylindrical flow path 111 and the central axis of the ultraviolet light overlap each other.
  • electricity is supplied to the LED element 121 from the power supply unit 400 mounted on the water purifier 500.
  • the power source of the LED element 121 can also be provided in the sterilizer 100.
  • an inlet-side flow path 112 is connected to a side near one end of the cylindrical flow path 111 (an end where the light source unit 120 is provided). Further, the outlet-side channel 113 is connected to the other end of the cylindrical channel 111 (the end opposite to the side where the light source unit 120 is provided). A fluid flows into the cylindrical channel 111 through the inlet channel 112. Further, the fluid flows out from the cylindrical channel 111 through the outlet side channel 113.
  • the inlet-side flow path 112 has a position where its central axis is offset with respect to the central axis of the cylindrical flow path 111 (that is, the extension line of the central axis of the inlet-side flow path 112 and the cylindrical flow
  • the center axis of the path 111 is connected to a three-dimensional intersection without colliding with each other. Since the inlet-side flow path 112 is configured in this manner, a swirling flow of a fluid swirling around the axis of the cylindrical flow path 111 is generated in the cylindrical flow path 111. 2 and 3 indicate the swirling flow of the fluid.
  • the outlet-side flow path 113 is connected so that the central axis thereof overlaps with the central axis of the cylindrical flow path 111.
  • the diameter of the outlet side channel 113 is smaller than the diameter of the cylindrical channel 111. Therefore, the outlet side channel 113 is connected to the other end wall 111 a of the cylindrical channel 111.
  • the cylindrical channel 111 is formed of a material having a high transmittance such as quartz glass.
  • the outer wall surface of the cylindrical channel 111 (the outer wall surface of the end wall 111a and the side wall 111b) is covered with a reflective film 130.
  • the reflective film 130 is formed by coating the surface of the outer wall surface of the cylindrical channel 111 with a protective film having a high ultraviolet transmittance, such as magnesium fluoride, and depositing aluminum on the protective film. It can be formed by coating with a protective film having a high ultraviolet transmittance such as.
  • the material forming the reflective film 130 is not limited to these.
  • FIG. 4 schematically showing the reflection mode of ultraviolet rays in the sterilization apparatus according to the present embodiment.
  • the ultraviolet rays irradiated from the LED element 121 and spread in the radial direction of the cylindrical flow path 111 are reflected by the reflective film 130 formed on the outer wall surface of the side wall 111 b of the cylindrical flow path 111. While being repeatedly reflected, it goes toward the end wall 111 a of the cylindrical flow path 111.
  • the ultraviolet rays are reflected in the axial direction of the cylindrical channel 111.
  • the ultraviolet rays reflected by the reflective film 130 formed on the outer wall surface of the end wall 111 a of the cylindrical flow path 111 are directed toward the light source unit 120.
  • the LED element 121 irradiates ultraviolet rays in the axial direction of the cylindrical flow path 111.
  • the light intensity is the highest in the vicinity of the central axis of the cylindrical flow path 111, and the light intensity decreases as the distance from the central axis increases (radial direction).
  • the light intensity is lowest in the vicinity of the inner wall surface of the side wall 111b of the cylindrical channel 111. Therefore, it is difficult to obtain a sterilizing effect for the fluid flowing near the inner wall surface of the side wall 111b of the cylindrical channel 111.
  • a swirling flow of a fluid swirling around the central axis of the cylindrical flow path is generated in the cylindrical flow path 111.
  • the fluid flowing in the vicinity of the central axis having a high light intensity and the fluid flowing in the vicinity of the inner wall surface of the side wall 111b having a low light intensity are mixed in the cylindrical channel 111. Therefore, the fluid flowing in the cylindrical flow path 111 can be sterilized substantially uniformly. Therefore, sterilization efficiency can be improved.
  • the sterilization apparatus 100 it is possible to generate a swirling flow of fluid in the cylindrical flow path 111 without separately providing power such as a motor.
  • the inlet side flow path 112 and the outlet side flow path 113 may be reversed. That is, a configuration in which a fluid flows into the cylindrical flow channel 111 through the flow channel 113 and flows out from the cylindrical flow channel 111 through the flow channel 112 may be employed. Further, in the sterilization apparatus 100 shown in FIG. 2, not only the inlet-side channel 112 but also the outlet-side channel 113 is connected to the side of the cylindrical channel 111, and the connection position thereof is cylindrical in the center axis.
  • a position offset with respect to the central axis of the flow path 111 that is, a position where the extension line of the central axis of the outlet side flow path 113 and the central axis of the cylindrical flow path 111 do not collide with each other in a three-dimensional manner
  • the light intensity of ultraviolet light attenuates in inverse proportion to the square of the distance. Therefore, in the sterilization apparatus 100 according to the present embodiment, the intensity of ultraviolet rays that are irradiated from the LED element 121 in the axial direction of the cylindrical flow path 111 toward the end wall 111a of the cylindrical flow path 111 is as follows. The lower the distance from the LED element 121 in the axial direction, the lower the value.
  • the ultraviolet light emitted from the LED element 121 is reflected by the reflective film 130 formed on the outer wall surface of the end wall 111a of the cylindrical flow path 111. Reflected in the axial direction of the path 111. For this reason, the ultraviolet light intensity in the cylindrical flow path 111 is equal to the ultraviolet light intensity from the LED element 121 toward the end wall 111a of the cylindrical flow path 111 and the outside of the end wall 111a of the cylindrical flow path 111. The light intensity of the ultraviolet rays reflected by the reflective film 130 formed on the wall surface and directed toward the light source unit 120 is added.
  • the light intensity of ultraviolet rays in the cylindrical flow path 111 particularly, the light intensity of ultraviolet light at a position away from the LED element 121 in the axial direction of the cylindrical flow path 111 (that is, near the inner wall surface of the end wall 111a). Can be increased. As a result, the sterilization efficiency can be further improved.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the distribution of the light intensity of ultraviolet rays in the cylindrical channel 111 in the BB cross section in FIG.
  • FIG. 5B shows the cylindrical flow path 111 in the BB cross section in FIG. 2 when the reflection film 130 is not present on the end wall 111a of the cylindrical flow path 111 in the sterilization apparatus 100 according to the present embodiment. It is a figure which shows distribution of the light intensity of the inside ultraviolet-ray.
  • the light intensity is the highest near the central axis of the cylindrical flow path 111, and the light intensity decreases as the distance from the central axis increases outward (radial direction). Yes. Further, when (a) and (b) in FIG. 5 are compared, the ultraviolet ray is reflected by the reflection film 130 formed on the end wall 111a of the cylindrical flow path 111, so that the reflection film 130 does not exist. It can be seen that the light intensity of the ultraviolet light in the cylindrical channel 111 is higher than in the case.
  • the outer wall surface of the side wall 111b of the cylindrical flow path 111 in the housing 110 is also covered with the reflective film 130. Therefore, the leakage to the exterior of the housing 110 of the ultraviolet-ray irradiated from the LED element 121 can be suppressed.
  • the diameter of the outlet side flow path 113 is smaller than the diameter of the inlet side flow path 112. That is, the channel area of the outlet side channel 113 is smaller than the channel area of the inlet side channel.
  • the fluid is easily filled in the cylindrical flow path 111.
  • the cylindrical channel 111 is filled with fluid, the fluid flowing near the central axis and the fluid flowing near the inner wall surface of the side wall 111b are likely to be mixed by the swirling flow in the cylindrical channel 111. Therefore, the sterilization efficiency can be further increased.
  • the wall surface of the end wall 111a of the cylindrical channel 111 is inclined with respect to the axial direction of the cylindrical channel 111.
  • the shape of the wall surface of the end wall 111a of the cylindrical channel 111 can be any shape as long as it can reflect ultraviolet rays in the axial direction of the cylindrical channel 111 by the reflective film 130 formed on the outer wall surface thereof. Such a shape may be adopted.
  • 6 and 7 are enlarged views showing other examples of the shape of the inner wall surface of the end wall 111a of the cylindrical flow path 111.
  • FIG. for example, as the shape of the wall surface of the end wall 111a of the cylindrical flow path 111, a curved surface shape as shown in FIG. 6 may be adopted.
  • the inclination angle ⁇ should be close to 90 degrees in order to increase the amount of reflected ultraviolet light, and particularly shown in FIG. 90 degrees may be used.
  • the outer wall surfaces of the end wall 111a and the side wall 111b of the cylindrical channel 111 are covered with the reflective film 130, but the end wall 111a of the cylindrical channel 111 and The inner wall surface of the side wall 111b may be covered with a reflective film.
  • the reflective film can be formed, for example, by vapor-depositing aluminum on the inner wall surface of the cylindrical channel 111 and further coating the surface with a protective film having a high ultraviolet transmittance such as magnesium fluoride.
  • the material forming the reflective film is not limited to these.
  • the radial direction of the cylindrical channel 111 is larger than when these inner wall surfaces are covered with a reflective film.
  • the distance from the central axis of the cylindrical flow path 111 to the reflective film increases. For this reason, the light intensity of ultraviolet rays decreases in the vicinity of the reflective film.
  • the end wall 111a and the side wall 111b of the cylindrical flow path 111 are present at a portion in contact with the reflective film where the light intensity of the ultraviolet light is lowest, the portion does not serve as a fluid flow path. That is, it is difficult to cause a decrease in the light intensity of the ultraviolet light in the cylindrical flow path 111 that becomes the flow path of the fluid.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along AA in FIG.
  • symbol is attached
  • the sterilization apparatus 200 according to the present embodiment is different from the sterilization apparatus 100 according to the first embodiment in the configuration of the inlet-side flow path 212 in the housing 210.
  • the inlet-side channel 212 is connected to the side near one end of the cylindrical channel 111 (the end on which the light source unit 120 is provided). Has been.
  • the inlet-side channel 212 is connected to a position where the extension line of the central axis and the central axis of the cylindrical channel 111 collide with each other.
  • the impeller 240 is installed in the inlet side flow path 212.
  • the impeller 240 is an impeller that rotates around the central axis of the inlet-side flow channel 212 by the kinetic energy of the fluid flowing in the inlet-side flow channel 212 toward the cylindrical flow channel 111.
  • a swirling flow of the fluid is generated in the cylindrical flow path 111, so that the vicinity of the central axis where the light intensity is high in the cylindrical flow path 111.
  • the flowing fluid and the fluid flowing in the vicinity of the inner wall surface of the side wall 111b with low light intensity are mixed. Therefore, the fluid flowing in the cylindrical flow path 111 can be sterilized substantially uniformly. Therefore, sterilization efficiency can be improved.
  • the impeller 240 is rotated by the kinetic energy of the fluid. Therefore, also in the sterilization apparatus 200 according to the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to generate a swirling flow of fluid in the cylindrical flow path 111 without separately providing power such as a motor.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the sterilizer according to the present embodiment.
  • 11 is a cross-sectional view taken along AA in FIG.
  • symbol is attached
  • the sterilization apparatus 300 according to the present embodiment is different from the sterilization apparatus 100 according to the first embodiment in the configuration of the inlet-side flow channel 312 in the housing 310.
  • the inlet-side channel 312 is connected to the side near one end of the cylindrical channel 111 (the end on which the light source unit 120 is provided). Has been.
  • the inlet-side channel 312 is connected to a position where the extension line of the central axis and the central axis of the cylindrical channel 111 collide with each other.
  • the thread-like member 340 is provided in the downstream of the connection part of the inlet side flow path 312 along the flow of the fluid.
  • the thread-like member 340 is provided so as to cross the central axis of the cylindrical flow path 111.
  • a fluid swirl flow is generated in the cylindrical flow path 111 as in the first embodiment, so that the vicinity of the central axis where the light intensity is high in the cylindrical flow path 111.
  • the flowing fluid and the fluid flowing in the vicinity of the inner wall surface of the side wall 111b with low light intensity are mixed. Therefore, the fluid flowing in the cylindrical flow path 111 can be sterilized substantially uniformly. Therefore, sterilization efficiency can be improved.
  • a plurality of thread members 340 for generating Karman vortices may be provided in the cylindrical flow path 111. Further, a Karman vortex may be generated by providing a rod-shaped member in the cylindrical flow path 111 instead of the thread-shaped member 340.
  • an on / off switch may be provided to irradiate ultraviolet rays only when used.
  • a swirling flow of the fluid may be generated in the cylindrical flow path by appropriately combining the configurations according to the above embodiments.

Abstract

　紫外線を照射することで流体の殺菌を行う殺菌装置において、殺菌効率を向上させることが可能な技術を提供する。殺菌対象となる流体が流れる筒状流路１１１を有するハウジング１１０と、該ハウジング１１０に設けられ、前記筒状流路１１１内に該筒状流路１１１の軸方向にて紫外線を照射する光源１２１と、を備える殺菌装置１００であって、前記筒状流路１１１内において、前記光源１２１から照射された紫外線を該筒状流路１１１の軸方向に反射する構造１１１ａ，１３０を有することを特徴とする。

Description

殺菌装置
　本発明は、液体や気体などの流体を殺菌する殺菌装置に関する。
　浄水器などにおいて、紫外線を照射することで水の殺菌を行う殺菌装置を備えたものが知られている。
　例えば、特許文献１には、浄水器に、紫外線を生じる紫外線ＬＥＤを含む発光体アセンブリを設け、紫外線ＬＥＤで生じた紫外線を浄水カートリッジと吐水口との間の浄水通路内で該浄水通路の延伸方向に略沿って照射する技術が開示されている。
　特許文献２には、直管状の金属パイプで形成された水を流す流路における一方又は両方の管端部の内壁に、水に対して紫外線を照射する紫外線ＬＥＤユニットを設けると共に、金属パイプの内周面に鏡面状酸化チタン膜を形成する技術が開示されている。
　ここで、図１２を参照して、流路内に紫外線を照射することで流体の殺菌を行う場合の仮想技術について説明する。図１２は、仮想技術に係る殺菌装置の模式的断面図である。
　殺菌装置４００は、殺菌対象となる流体が流れる円筒状流路４１１、入口側流路４１２、及び出口側流路４１３を有するハウジング４１０と、該ハウジング４１０に設けられる光源ユニット４２０とを備えている。光源ユニット４２０には、円筒状流路４１１内に紫外線を照射する光源であるＬＥＤ素子４２１が備えられている。ＬＥＤ素子４２１は、円筒状流路４１１の軸方向に紫外線を照射する。尚、図１２中の線Ｌは、ＬＥＤ素子４２１から照射された紫外線の中心軸（光軸）を示している。図１２に示すように、円筒状流路４１１の中心軸と紫外線の中心軸とは重なり合っている。
　紫外線による殺菌効果を得るためには、光強度が一定値以上である必要がある。しかしながら、紫外線の光強度は距離の二乗に反比例するように減衰する。そのため、上記のように円筒状流路４１１の軸方向に向けてＬＥＤ素子４２１から紫外線が照射される場合、円筒状流路４１１の軸方向においてＬＥＤ素子４２１から離れるほど光強度が低下するため、殺菌効率が低下するという問題がある。
特開２０１０－２１４２４１号公報 特開２０１１－０１６０７４号公報
　本発明の目的は、紫外線を照射することで流体の殺菌を行う殺菌装置において、殺菌効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
　本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
　本発明に係る殺菌装置は、
　殺菌対象となる流体が流れる筒状流路を有するハウジングと、
　該ハウジングに設けられ、前記筒状流路内に該筒状流路の軸方向にて紫外線を照射する光源と、を備える殺菌装置であって、
　前記筒状流路内において、前記光源から照射された紫外線を該筒状流路の軸方向に反射する構造を有する。
　本発明によれば、筒状流路内において、光源と反射構造との間の紫外線の光強度は、光源から反射構造に向う紫外線の光強度と、反射構造によって反射されて光源に向う紫外線の光強度を足し合わせたものとなる。従って、筒状流路内における紫外線の光強度、特に、筒状流路の軸方向において光源から離れた位置での紫外線の光強度を高めることができる。そのため、殺菌効率を向上させることができる。
　本発明によれば、紫外線を照射することで流体の殺菌を行う殺菌装置において、殺菌効率を向上させることができる。
図１は、本発明の実施例に係る殺菌装置を備える浄水器の概略構成図である。 図２は、実施例１に係る殺菌装置の第一の模式的断面図である。 図３は、実施例１に係る殺菌装置の第二の模式的断面図である。 図４は、実施例１に係る殺菌装置内における紫外線の反射態様を模式的に示す図である。 図５は、実施例１に係る殺菌装置の円筒状流路内の紫外線の光強度の分布を示す図である。 図６は、実施例１の変形例に係る殺菌装置の円筒状流路における端部壁の内壁面の形状を示す拡大図である。 図７は、実施例１の変形例に係る殺菌装置の円筒状流路における端部壁の内壁面の形状を示す拡大図である。 図８は、実施例２に係る殺菌装置の第一の模式的断面図である。 図９は、実施例２に係る殺菌装置の第二の模式的断面図である。 図１０は、実施例３に係る殺菌装置の第一の模式的断面図である。 図１１は、実施例３に係る殺菌装置の第二の模式的断面図である。 図１２は、仮想技術に係る殺菌装置の模式的断面図である。
　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　＜殺菌装置の適用例＞
　本実施例に係る殺菌装置は、水（水道水）などの液体や空気などの気体を殺菌するためなど、各種用途に適用し得る。前者の場合には、例えば水道の蛇口に取り付けたり、水道に取付ける浄水器内に設置したりすることで水を殺菌するために用いることができる。また、後者の場合には、例えば排気管などに取付けることで、排気を殺菌するために用いることができる。ここでは、一例として、ポット型の浄水器に装着するカートリッジ型の殺菌装置の場合について、図１を参照して説明する。
　図１に示すポット型の浄水器５００は、ケース５１０と、ケース５１０の内部の空間を２つの領域に仕切る仕切り部５２０と、仕切り部５２０に装着される浄水カートリッジ５５０とを備えている。また、ケース５１０の上部には、水道水などの原水をケース５１０内に入れるための第１蓋５３０、及び浄化後の水を外部に排出させるための第２蓋５４０が設けられている。浄水カートリッジ５５０には、その内部に活性炭が充填されている。
　以上のように構成される浄水器５００によれば、第１蓋５３０を開いた状態で、原水をケース５１０内に入れると、浄水カートリッジ５５０により浄化された水Ｗが、ケース５１０の下方に溜められる。そして、第２蓋５４０を開いた状態で、ケース５１０を第２蓋５４０側に傾けることによって、浄化された水Ｗを外部に排出させることができる。
　ここで、上記のように構成される浄水器５００の場合、ケース５１０内に溜められた水は、活性炭によって塩素が除去されている。そのため、長期間放置されると菌が発生してしまう問題がある。そこで、本実施例に係る浄水器５００においては、溜められた水Ｗを殺菌するために、第２蓋５４０の付近にカートリッジ型の殺菌装置１００装着されている。さらに、浄水器５００には、殺菌装置１００に電気を供給するための電源ユニット４００も装着されている。そして、溜められていた浄化後の水Ｗをケース５１０の外部に排出する際には、該水Ｗが殺菌装置１００内の流路を通る際に紫外線によって殺菌される。
　＜実施例１＞
　［殺菌装置の概略構成］
　図２及び３を参照して、本実施例に係る殺菌装置について説明する。図２は、本実施例に係る殺菌装置の模式的断面図である。図３は、図２中のＡＡ断面図である。
　本実施例に係る殺菌装置１００は、ハウジング１１０と光源ユニット１２０とを備えている。ハウジング１１０は、殺菌対象となる流体（ここでは、水）が流れる円筒状流路１１１、入口側流路１１２、及び出口側流路１１３を有している。光源ユニット１２０は、ハウジング１１０における円筒状流路１１１の一方の端部に設けられている。
　光源ユニット１２０は、ＬＥＤ素子１２１と、基板１２２と、レンズ１２３と、ＬＥＤハウジング１２４とを備えている。ＬＥＤ素子１２１は、円筒状流路１１１内に紫外線を照射するための光源である。ＬＥＤ素子１２１は基板１２２に取り付けられている。また、基板１２２上には、ＬＥＤ素子１２１を囲うようにＬＥＤハウジング１２４が設置されている。ＬＥＤハウジング１２４にはレンズ１２３が設けられている。レンズ１２３は、ＬＥＤ素子１２１から照射された紫外線を集光する。
　光源ユニット１２０と円筒状流路１１１との間には、窓１２５が設けられている。この窓１２５は光源ユニット１２０が配置されている領域と円筒状流路１１１とを仕切るために設けられている。即ち、この窓１２５は、殺菌対象となる流体が光源ユニット１２０側に向かわないように、紫外線は透過させつつ流体の光源ユニット１２０側への侵入を防止する役割を担っている。
　ＬＥＤ素子１２１は、円筒状流路１１１の軸方向に紫外線を照射する。尚、図２中の線Ｌは、ＬＥＤ素子１２１から照射された紫外線の中心軸（光軸）を示している。図２に示すように、円筒状流路１１１の中心軸と紫外線の中心軸とは重なり合っている。
　尚、ＬＥＤ素子１２１には、浄水器５００に装着された電源ユニット４００から電気が供給される。ただし、ＬＥＤ素子１２１の電源を殺菌装置１００に設けることもできる。
　ハウジング１１０において、円筒状流路１１１の一方の端部（光源ユニット１２０が設けられている方の端部）近傍の側方に入口側流路１１２が接続されている。また、円筒状流路１１１の他方の端部（光源ユニット１２０が設けられている方とは反対側の端部）に出口側流路１１３が接続されている。入口側流路１１２を通って円筒状流路１１１内に流体が流入する。また、円筒状流路１１１から出口側流路１１３を通って流体が外部に流出する。
　図３に示すように、入口側流路１１２は、その中心軸が円筒状流路１１１の中心軸に対してオフセットした位置（即ち、入口側流路１１２の中心軸の延長線と円筒状流路１１１の中心軸とが互いにぶつからず立体的に交差するような位置）に接続されている。入口側流路１１２がこのように構成されていることで、円筒状流路１１１内において、該円筒状流路１１１の軸周りに旋回する流体の旋回流が生じる。尚、図２及び３中の矢印は流体の旋回流を表している。
　また、図２に示すように、出口側流路１１３は、その中心軸が円筒状流路１１１の中心軸と重なり合うように接続されている。ただし、出口側流路１１３の直径は円筒状流路１１１の直径よりも小さい。そのため、円筒状流路１１１の他方の端部壁１１１ａに出口側流路１１３が接続される形となっている。
　円筒状流路１１１は石英ガラス等の透過率の高い物質で形成されている。円筒状流路１１１の外壁面（端部壁１１１ａ及び側壁１１１ｂの外壁面）は反射膜１３０によって覆われている。この反射膜１３０は、例えば、円筒状流路１１１の外壁面の表面をフッ化マグネシウム等の紫外線透過率の高い保護膜でコーティングし、その上にアルミニウムを蒸着させ、さらにその表面をフッ化マグネシウム等の紫外線透過率の高い保護膜でコーティングすることで形成することができる。ただし、反射膜１３０を形成する物質はこれらに限られるものではない。
　ここで、本実施例に係る殺菌装置内における紫外線の反射態様を模式的に示す図４を参照して、円筒状流路１１１内における紫外線の進路について説明する。図４の破線矢印に示すように、ＬＥＤ素子１２１から照射され円筒状流路１１１の径方向に拡がった紫外線は、該円筒状流路１１１の側壁１１１ｂの外壁面に形成された反射膜１３０によって繰り返し反射されつつ、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａに向っていく。さらに、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの外壁面に形成された反射膜１３０によれば、該円筒状流路１１１の軸方向に紫外線が反射される。この円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの外壁面に形成された反射膜１３０によって反射された紫外線は光源ユニット１２０に向っていく。
　［本実施例に係る殺菌装置の優れた点］
　上述したように、本実施例に係る殺菌装置１００において、ＬＥＤ素子１２１は円筒状流路１１１の軸方向に紫外線を照射する。この場合、円筒状流路１１１の中心軸付近で光強度が最も高く、該中心軸から外側（径方向）に離れるほど光強度が低下する。そして、円筒状流路１１１の側壁１１１ｂの内壁面付近では光強度が最も低くなる。そのため、円筒状流路１１１の側壁１１１ｂの内壁面付近を流れる流体に対しては殺菌効果が得られ難い。
　しかしながら、本実施例に係る殺菌装置１００によれば、円筒状流路１１１内において該円筒状流路の中心軸周りに旋回する流体の旋回流が生じる。このような旋回流が生じることで、円筒状流路１１１内において、光強度の高い中心軸付近を流れる流体と、光強度の低い側壁１１１ｂの内壁面付近を流れる流体とが混ざり合う。そのため、円筒状流路１１１内を流れる流体を略均一に殺菌することが可能となる。従って、殺菌効率を向上させることができる。
　また、本実施例に係る殺菌装置１００によれば、モータ等の動力を別途設けることなく、円筒状流路１１１内において流体の旋回流を生じさせることができる。
　尚、図２に示す殺菌装置１００において、入口側流路１１２と出口側流路１１３とを逆にしてもよい。つまり、流路１１３を通って円筒状流路１１１内に流体が流入し、円筒状流路１１１から流路１１２を通って流体が外部に流出する構成を採用してもよい。また、図２に示す殺菌装置１００において、入口側流路１１２のみならず出口側流路１１３も円筒状流路１１１の側方に接続し、且つ、その接続位置を、その中心軸が円筒状流路１１１の中心軸に対してオフセットした位置（即ち、出口側流路１１３の中心軸の延長線と円筒状流路１１１の中心軸とが互いにぶつからず立体的に交差するような位置）とする構成を採用してもよい。これらの構成を採用した場合も、円筒状流路１１１内において流体の旋回流を生じさせることができる。
　また、紫外線の光強度は距離の二乗に反比例するように減衰する。そのため、本実施例に係る殺菌装置１００において、ＬＥＤ素子１２１から円筒状流路１１１の軸方向に照射され円筒状流路１１１の端部壁１１１ａ側に向う紫外線の強度は、円筒状流路１１１の軸方向においてＬＥＤ素子１２１から離れるほど低下する。
　しかしながら、本実施例に係る殺菌装置１００によれば、ＬＥＤ素子１２１から照射された紫外線が、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの外壁面に形成された反射膜１３０によって、該円筒状流路１１１の軸方向に反射される。そのため、円筒状流路１１１内における紫外線の光強度は、ＬＥＤ素子１２１から円筒状流路１１１の端部壁１１１ａに向う紫外線の光強度と、該円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの外壁面に形成された反射膜１３０によって反射されて光源ユニット１２０に向う紫外線の光強度を足し合わせたものとなる。従って、円筒状流路１１１内における紫外線の光強度、特に、円筒状流路１１１の軸方向においてＬＥＤ素子１２１から離れた位置（即ち、端部壁１１１ａの内壁面付近）での紫外線の光強度を高めることができる。その結果、殺菌効率をさらに向上させることができる。
　図５（ａ）は、図２中のＢＢ断面における円筒状流路１１１内の紫外線の光強度の分布を示す図である。図５（ｂ）は、本実施例に係る殺菌装置１００において円筒状流路１１１の端部壁１１１ａに反射膜１３０が存在していない場合の、図２中のＢＢ断面における円筒状流路１１１内の紫外線の光強度の分布を示す図である。
　図５における（ａ）と（ｂ）とのいずれにおいても、円筒状流路１１１の中心軸付近で光強度が最も高く、該中心軸から外側（径方向）に離れるほど光強度が低下している。また、図５における（ａ）と（ｂ）とを比較すると、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａに形成された反射膜１３０によって紫外線が反射されることで、該反射膜１３０が存在しない場合に比べて円筒状流路１１１内における紫外線の光強度が高くなっていることがわかる。
　また、本実施例に係る殺菌装置１００においては、ハウジング１１０における円筒状流路１１１の側壁１１１ｂの外壁面も反射膜１３０に覆われている。これにより、ＬＥＤ素子１２１から照射された紫外線のハウジング１１０の外部への漏れを抑制することができる。
　また、本実施例に係る殺菌装置１００においては、出口側流路１１３の直径は入口側流路１１２の直径よりも小さい。つまり、出口側流路１１３の流路面積が入口側流路の流路面積よりも小さい。これにより、円筒状流路１１１内に流体が充満し易くなっている。円筒状流路１１１内に流体が充満していると、該円筒状流路１１１において、中心軸付近を流れる流体と側壁１１１ｂの内壁面付近を流れる流体とが旋回流によって混ざり合い易い。従って、殺菌効率をより高めることができる。
　［変形例］
　尚、図２に示す殺菌装置１００においては、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの壁面が該円筒状流路１１１の軸方向に対して傾斜した構成となっている。ただし、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの壁面の形状は、その外壁面に形成される反射膜１３０によって円筒状流路１１１の軸方向に紫外線を反射させることができる形状であればどのような形状を採用してもよい。図６及び７は、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの内壁面の形状の他の例を示す拡大図である。例えば、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａの壁面の形状として、この図６に示すような曲面形状を採用してもよい。また、端部壁１１１ａの壁面を傾斜面で構成する場合には、紫外線の反射光量を増大させるために、その傾斜角θ（図７参照）を９０度に近付けるとよく、特に図７に示すように９０度としてもよい。
　また、図２に示す殺菌装置１００においては、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａ及び側壁１１１ｂの外壁面が反射膜１３０に覆われているが、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａ及び側壁１１１ｂの内壁面を反射膜によって覆ってもよい。この場合、反射膜は、例えば、円筒状流路１１１の内壁面にアルミニウムを蒸着させ、さらにその表面をフッ化マグネシウム等の紫外線透過率の高い保護膜でコーティングすることで形成することができる。ただし、反射膜を形成する物質はこれらに限られるものではない。
　尚、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａ及び側壁１１１ｂの外壁面を反射膜によって覆った方が、これらの内壁面を反射膜によって覆う場合に比べて、反射膜の形成がより容易となる。そのため、アスペクト比（軸方向の長さ／直径）の高い円筒状流路１１１にも反射膜を容易に形成することができる。
　ただし、円筒状流路１１１の端部壁１１１ａ及び側壁１１１ｂの外壁面を反射膜によって覆う構成とすると、これらの内壁面を反射膜によって覆った場合に比べて、円筒状流路１１１の径方向における該円筒状流路１１１の中心軸から反射膜までの距離が大きくなる。そのため、反射膜近傍で紫外線の光強度が低くなる。しかしながら、紫外線の光強度が最も低くなる反射膜と接する部分には円筒状流路１１１の端部壁１１１ａ及び側壁１１１ｂが存在するため、該部分は流体の流路とはならない。つまり、流体の流路となる円筒状流路１１１内の紫外線の光強度の低下は招き難い。
　＜実施例２＞
　図８及び９を参照して、本実施例に係る殺菌装置について説明する。図８は、本実施例に係る殺菌装置の模式的断面図である。図９は、図８中のＡＡ断面図である。尚、上述した実施例１に係る殺菌装置と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。
　本実施例に係る殺菌装置２００は、ハウジング２１０における入口側流路２１２の構成が、実施例１に係る殺菌装置１００と異なっている。本実施例に係る殺菌装置２００のハウジング２１０においては、円筒状流路１１１の一方の端部（光源ユニット１２０が設けられている方の端部）近傍の側方に入口側流路２１２が接続されている。この入口側流路２１２は、その中心軸の延長線と円筒状流路１１１の中心軸とが互いにぶつかって交差するような位置に接続されている。
　そして、入口側流路２１２内に羽根車２４０が設置されている。この羽根車２４０は、入口側流路２１２内を円筒状流路１１１に向って流れる流体の運動エネルギーによって、該入口側流路２１２の中心軸を中心に回転する羽根車である。
　入口側流路２１２内にこのような羽根車２４０を設置することで、入口側流路２１２内において、該入口側流路２１２の中心軸周りに旋回する流体の旋回流が生じる。そして、流体が旋回しながら円筒状流路１１１に流入する。その結果、円筒状流路１１１内においては、該円筒状流路１１１の中心軸周りに旋回する流体の旋回流が生じる。尚、図８及び９中の矢印は流体の旋回流を表している。
　本実施例に係る殺菌装置２００によっても、実施例１と同様、円筒状流路１１１内において流体の旋回流が生じることで、該円筒状流路１１１内において、光強度の高い中心軸付近を流れる流体と、光強度の低い側壁１１１ｂの内壁面付近を流れる流体とが混ざり合う。そのため、円筒状流路１１１内を流れる流体を略均一に殺菌することが可能となる。従って、殺菌効率を向上させることができる。
　また、上述したように、羽根車２４０は流体の運動エネルギーによって回転する。そのため、本実施例に係る殺菌装置２００によっても、実施例１と同様、モータ等の動力を別途設けることなく、円筒状流路１１１内において流体の旋回流を生じさせることができる。
　＜実施例３＞
　図１０及び１１を参照して、本実施例に係る殺菌装置について説明する。図１０は、本実施例に係る殺菌装置の模式的断面図である。図１１は、図１０中のＡＡ断面図である。尚、上述した実施例１に係る殺菌装置と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。
　本実施例に係る殺菌装置３００は、ハウジング３１０における入口側流路３１２の構成が、実施例１に係る殺菌装置１００と異なっている。本実施例に係る殺菌装置３００のハウジング３１０においては、円筒状流路１１１の一方の端部（光源ユニット１２０が設けられている方の端部）近傍の側方に入口側流路３１２が接続されている。この入口側流路３１２は、その中心軸の延長線と円筒状流路１１１の中心軸とが互いにぶつかって交差するような位置に接続されている。
　そして、円筒状流路１１１内において、流体の流れに沿って入口側流路３１２の接続部分よりも下流側に糸状部材３４０が設けられている。この糸状部材３４０は、円筒状流路１１１の中心軸を横切るように設けられている。
　円筒状流路１１１内にこのような糸状部材３４０を設置すると、該糸状部材３４０が存在することに起因してカルマン渦が発生する。その結果、円筒状流路１１１内において、該円筒状流路１１１の中心軸と交差する軸周りに旋回する流体の旋回流が生じる。尚、図１０中の矢印は流体の旋回流を表している。
　本実施例に係る殺菌装置３００によっても、実施例１と同様、円筒状流路１１１内において流体の旋回流が生じることで、該円筒状流路１１１内において、光強度の高い中心軸付近を流れる流体と、光強度の低い側壁１１１ｂの内壁面付近を流れる流体とが混ざり合う。そのため、円筒状流路１１１内を流れる流体を略均一に殺菌することが可能となる。従って、殺菌効率を向上させることができる。
　また、上述したように、流体の旋回流を生じさせるカルマン渦は糸状部材３４０が存在することに起因して発生する。そのため、本実施例に係る殺菌装置３００によっても、実施例１と同様、モータ等の動力を別途設けることなく、円筒状流路１１１内において流体の旋回流を生じさせることができる。
　尚、円筒状流路１１１内に、カルマン渦を発生させるための糸状部材３４０を複数設けてもよい。また、糸状部材３４０に代えて棒状部材を円筒状流路１１１内に設けることでカルマン渦を発生させてもよい。
　上記各実施例で示したＬＥＤ素子については、例えば、オンオフスイッチを設けることによって、使用する際にのみ紫外線を照射させるようにすればよい。
　また、上記各実施例に係る構成を適宜組み合わせることで、円筒状流路内において流体の旋回流を生じさせてもよい。
　１００，２００，３００・・殺菌装置
　１１０，２１０，３１０・・ハウジング
　１１１・・円筒状流路
　１１２，２１２，３１２・・入口側流路
　１１３・・出口側流路
　１２０・・光源ユニット
　１２１・・ＬＥＤ素子
　１２２・・基板
　１２３・・レンズ
　１２４・・ＬＥＤハウジング
　１２５・・窓
　２４０・・羽根車
　３４０・・糸状部材
　４００・・電源ユニット
　５００・・浄水器
　５１０・・ケース
　５２０・・仕切り部
　５３０・・第１蓋
　５４０・・第２蓋
　５５０・・浄水カートリッジ

Claims (1)

  1. 　殺菌対象となる流体が流れる筒状流路を有するハウジングと、
    　該ハウジングに設けられ、前記筒状流路内に該筒状流路の軸方向に紫外線を照射する光源と、を備える殺菌装置において、
    　前記筒状流路内において、前記光源から照射された紫外線を該筒状流路の軸方向に反射する構造を有する殺菌装置。
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