JP7795304B2

JP7795304B2 - 殺菌装置

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Publication number: JP7795304B2
Application number: JP2021109443A
Authority: JP
Inventors: 直洋石川; 俊範岡田; 翔中村
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2026-01-07
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: WO2023276524A1; CN221739979U; US20240335577A1; JP2023006710A

Description

本発明は、流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置に関する。

紫外線を用いて液体などの流体を殺菌処理できることは広く知られている。たとえば、特許文献１には、軸方向に延びる流路に対して、上記軸方向に紫外線を照射して、流路内を流れる流体を殺菌する流体殺菌装置が記載されている。

具体的には、特許文献１に記載の流体殺菌装置は、紫外線を出射する半導体発光素子を含む光源と、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筐体と、を有する。上記光源は、筐体の軸方向の一端部に配置される。上記筐体は、上記一端部から他端部に向けて流路の断面積が徐々に大きくなるテーパ構造を有する。当該テーパ構造は、上記半導体発光素子の配向角に合わせた傾斜を有している。また、上記筐体の他端部に、流体の流れを整える整流手段が設けられている。

特許文献１では、筐体が半導体発光素子の配向角に合わせた傾斜を有するテーパ構造を有することにより、光源から遠い位置まで紫外線を到達させることができ、かつ、整流手段で流れを整えた流体に紫外線を照射することで、流体に万遍なく紫外線が照射されるので、殺菌効果を高めることができるとされている。

特開２０１９－９８０５５号公報

特許文献１に記載の殺菌装置には、流体に紫外線を効果的に照射する観点から改善の余地がある。

そこで、本発明の目的は、流体に紫外線を効果的に照射して殺菌できる殺菌装置を提供することである。

本発明の一実施の形態に係る殺菌装置は、流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置であって、前記流体を収容するための略球状の貯留部と、前記貯留部に開口し、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、前記貯留部に開口し、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、前記貯留部内に紫外線を照射するための光源と、を有し、前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２貯留部と、を含み、前記供給口は、前記第１貯留部に開口し、前記取出口は、前記第２貯留部に開口し、前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間しており、前記光源は、その光軸が、前記貯留部の重心と、前記取出口の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている。

本発明によれば、流体に紫外線を効果的に照射して殺菌できる殺菌装置を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る殺菌装置の斜視図である。図２は、実施の形態に係る殺菌装置の断面斜視図である。図３は、仮想平面に供給口、取出口および貯留部を投影したときの、供給口と取出口との位置関係を示す投影図である。図４は、実施の形態に係る殺菌装置の貯留部内における流体の流れを示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る殺菌装置について説明する。

（殺菌装置の構成）
図１、図２は、本発明の一実施の形態に係る殺菌装置１００の構成を示す図である。図１は、殺菌装置１００の斜視図である。図２は、殺菌装置１００の断面斜視図である。図３は、仮想平面（後述）に供給口２１６、取出口２１７および貯留部２１０を投影したときの、供給口２１６と取出口２１７との位置関係を示す投影図である。図４は、貯留部２１０における流体の流れを示す図である。

図１および図２に示されるように、殺菌装置１００は、流体に紫外線を照射して流体を殺菌処理する殺菌装置であって、内壁部１１０と、窓１２０と、光源１３０と、外壁部１４０と、封止部材１５０とを有する。本実施の形態の殺菌装置１００は、上記の構成に加え、供給部１７０と、取出部１８０とをさらに有する。

内壁部１１０は、貯留部２１０と、照射口２１５と、供給口２１６と、取出口２１７とを構成する。貯留部２１０は、内壁部１１０の内部に配置された、流体を収容するための略球状の空間である。照射口２１５は、貯留部２１０および外部に開口し、外部（光源１３０）からの紫外線を貯留部２１０内に導く貫通孔である。供給口２１６は、貯留部２１０および外部に開口し、貯留部２１０内に流体を供給するための貫通孔である。取出口２１７は、貯留部２１０および外部に開口し、貯留部２１０内の流体を取り出すための貫通孔である。

貯留部２１０の内径Ｗ１は、特に限定されない。貯留部２１０の内径Ｗ１は、例えば１０～６０ｍｍ程度である。貯留部２１０の内径Ｗ１を１０～６０ｍｍ程度にすることにより、光源１３０として１個のＵＶ－ＣＬＥＤのみを用いた場合でも、内壁部１１０内の流体を十分に殺菌できる。

照射口２１５の内径は、貯留部２１０の内径Ｗ１の大きさに対して、２０～５０％の大きさであることが好ましい。照射口２１５の内径を大きくすることで、貯留部２１０の広い範囲に紫外線を直接照射ができる。一方、照射口２１５の内径を小さくすることで、貯留部２１０の内面に占める紫外線反射面の割合を大きくすることができる。

内壁部１１０は、１つの部材で構成されていてもよいし、複数の部材で構成されていてもよい。本実施の形態では、内壁部１１０は、第１内壁部１１１と、第２内壁部１１２との２部材で構成されている。また、内壁部１１０は、貯留部２１０と、照射口２１５と、供給口２１６と、取出口２１７とを構成する。

第１内壁部１１１は、供給口２１６と、供給口２１６における流体の流動方向（図２に示される矢印Ａ方向）において上流側に位置する略半球状の第１貯留部２１１とを構成する。供給口２１６には、供給流路２７０が接続されている。

第２内壁部１１２は、取出口２１７と、照射口２１５と、供給口２１６における流体の流動方向（図２における矢印Ａ方向）において下流側に位置する略半球状の第２貯留部２１２とを構成する。取出口２１７には、取出流路２８０が接続されている。照射口２１５は、窓１２０により覆われており、光源１３０から出射された紫外線が通過する。本実施の形態では、第２内壁部１１２の外面には、環状溝１１４が配置されている。

なお、上記では供給口２１６は第１内壁部１１１に存在し、取出口２１７は第２内壁部１１２に存在するように説明したが、供給口２１６、取出口２１７の態様はこれに限定されない。供給口２１６は、第１内壁部１１１および第２内壁部１１２に渡って存在するように構成されてもよいし、取出口２１７は、第２内壁部１１２および第１内壁部１１１に渡って存在するように構成されてもよい。すなわち、供給口２１６は、第１貯留部２１１および第２貯留部２１２に渡って開口し、取出口２１７は第２貯留部２１２および第１貯留部２１１に渡って開口してもよい。

環状溝１１４は、封止部材１５０を位置決めするための溝である。環状溝１１４の形状は光源１３０からの光を妨げない範囲で封止部材１５０を適切に配置することができれば特に限定されない。本実施の形態では、環状溝１１４は、照射口２１５を取り囲むように配置されている。環状溝１１４の形状に倣って封止部材１５０を変形させることが可能であるため、環状溝１１４の形状は、封止部材１５０の形状と同じ形状であっても、異なる形状であってもよい。本実施の形態では、環状溝１１４の平面視形状は、楕円形状であり、円形状である封止部材１５０がこれに合わせて変形されてはめ込まれる。

内壁部１１０は、流れる流体の圧力によって変形または破損しない部材で形成されている。内壁部１１０の材料の例には、アルミニウムなどの金属、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂が含まれる。また、内壁部１１０内の流体に対して効率よく紫外線を照射する観点から、内壁部１１０の内面は、光源１３０から照射される紫外線の反射率が８０％以上である紫外線反射面を含むことが好ましい。紫外線反射面の材料の例には、紫外線に対して高い反射率を有するアルミニウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。また、紫外線反射面は、内壁部１１０の内面に紫外線反射塗料を塗布することや紫外線反射膜を形成することで構成されてもよい。本実施の形態では、内壁部１１０（第１内壁部１１１および第２内壁部１１２）の材料は、いずれもＰＴＦＥである。

窓１２０は、照射口２１５を覆うように配置されている。窓１２０の形状は、光源１３０から出射された紫外線を貯留部２１０に透過させることができれば、特に限定されない。窓１２０の形状は、平板状でもよいし、貯留部２１０の内面に合わせた形状でもよい。本実施の形態では、窓１２０の形状は、平板状である。窓１２０の大きさは、照射口２１５を完全に塞ぎ、かつ内壁部１１０と窓１２０との間に封止部材１５０を適切に配置することができれば特に限定されない。

窓１２０の材料は、紫外線を透過させることができ、かつ必要な強度を有していれば、特に限定されない。殺菌性能を向上させる観点からは、窓１２０の材料は、波長２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線を透過させる材料であることが好ましく、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を透過させる材料であることがより好ましい。窓１２０の材料の例には、石英（ＳｉＯ_２）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）および非晶質のフッ素系樹脂などが含まれる。

光源１３０は、貯留部２１０の流体に紫外線を照射する。光源１３０は、貯留部２１０の流体に直接紫外線を照射してもよいし、窓などの他の部材を介して貯留部２１０の流体に紫外線を照射してもよい。本実施の形態では、光源１３０は、外壁部１４０に固定されており、窓１２０を通して貯留部２１０に紫外線を照射する。より具体的には、本実施の形態において、光源１３０は第２貯留部２１２側に配置されている。光源１３０の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源１３０の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。本実施の形態では、光源１３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光源１３０が出射する紫外線の波長は、特に限定されない。光源１３０が出射する紫外線の波長は、効果的に殺菌する観点から、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下がより好ましい。すなわち、光源１３０から出射される紫外線は、紫外線Ｃ波（ＵＶＣ）が好ましい。市販されている光源１３０の例には、ピーク波長が２８０ｎｍの紫外線発光ダイオードであるＮＣＳＵ３３４Ａ（日亜化学工業株式会社）が含まれる。また、ピーク波長が２８０ｎｍの紫外線発光ダイオードの他の例には、ＫＬＡＲＡＮ（旭化成株式会社）、ＺＥＵ１１０ＢＥＡＥ（スタンレー電気株式会社）が含まれる。

なお、上記では光源１３０が、第２貯留部２１２側に配置されている態様を説明したが、本発明の殺菌装置はこの態様に限定されない。光源１３０は、第１貯留部２１１側に配置されていてもよい。

光源１３０は、その光軸ＬＡが、貯留部２１０の重心と、取出口２１７（より正確には貯留部２１０への取出口２１７の開口部）の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されることが好ましく、８０°～１００°であることがさらに好ましく、８５°～９５°であることがさらに好ましい。図４に示されるように、本実施の形態においては、光軸ＬＡは上記の直線に対して９０°になるように配置されている。また、光軸ＬＡは、貯留部２１０の重心と交わることが好ましい。このように光源１３０が配置されることで、流体に効率的に紫外線を照射することができる。

なお、上記の貯留部２１０の重心および取出口２１７の重心とは本実施の形態において以下のようなものである。すなわち、図３に示されるように、供給口２１６において貯留部２１０に接続される供給流路２７０の内面の延在方向（図２における矢印Ａ方向）に直交する仮想平面に取出口２１７（の開口部）および貯留部２１０を投影したとき、これらはいずれも円形である。したがって、本実施の形態において、取出口２１７（の開口部）の重心は、取出口２１７（の開口部）の中心と一致し、貯留部２１０の重心は、貯留部２１０の中心と一致する。また、図４に示されるように、本実施の形態において、上記の取出口２１７の重心は、取出流路２８０の中心線Ｌと、貯留部２１０の球の仮想表面との交点Ｘである。また、上記の光軸ＬＡとは、光源１３０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。

図４に示されるように、貯留部２１０内において、供給口２１６から取出口２１７へ向かう流体は、上記の貯留部２１０の重心と、取出口２１７の重心とを結ぶ直線を中心軸として旋回しやすい。ここで光源１３０が上記のように配置されることで、旋回の軸に対して紫外線がおおむね９０°の角度で照射されて効果的に殺菌することができる。

なお、上記の旋回の軸は、貯留部２１０内への流体の供給量などによって、角度が変化するが、光源１３０が上記の角度の範囲で配置されることで、光軸ＬＡが旋回の軸に対しておおむね９０°となり、流体に紫外線を効果的に照射することができる。

外壁部１４０は、内壁部１１０および窓１２０を覆い、内壁部１１０および窓１２０を押圧する。本実施の形態では、外壁部１４０は、内壁部１１０、窓１２０に加え、光源１３０も覆う。本実施の形態では、外壁部１４０は、第１外壁部１４１と、第２外壁部１４２とを有する。

第１外壁部１４１は、第１内壁部１１１を流体の流動方向における上流側から覆う。本実施の形態では、第１外壁部１４１は、第１内壁部１１１と、第２内壁部１１２の第１内壁部１１１側の一部を覆うように配置されている。

第２外壁部１４２は、第２内壁部１１２を流体の流動方向における下流側から覆う。本実施の形態では、第２内壁部１１２の流体の流動方向における下流側の一部を覆うように配置されている。また、第２外壁部１４２には、窓１２０を位置決めする位置決め段部１４３が配置されている。位置決め段部１４３は、照射口２１５を取り囲むように配置されている。また、位置決め段部１４３により位置決めされた窓１２０に対向するように光源１３０が配置されている。

第１外壁部１４１と、第２外壁部１４２とを接合すると、第１内壁部１１１と、第２内壁部１１２とが接合される。本実施の形態では、流体の流動方向において、第１外壁部１４１および第２外壁部１４２の接合部分と、第１内壁部１１１および第２内壁部１１２の接合部分は、一致していない。より具体的には、流体の流動方向において、第１外壁部１４１および第２外壁部１４２の接合部分は、第１内壁部１１１および第２内壁部１１２の接合部分よりも下流側に配置されている。第１外壁部１４１および第２外壁部１４２の接合方法は、特に限定されない。本実施の形態では、第１外壁部１４１および第２外壁部１４２は、嵌合により接合されている。

封止部材１５０は、内壁部１１０および窓１２０の間に配置された弾性を有する部材であって、内壁部１１０および窓１２０の間を封止する。封止部材１５０は、内壁部１１０および窓１２０の間に照射口２１５を取り囲むように配置されている。封止部材１５０の構成は、内壁部１１０および窓１２０の間を適切に封止できれば特に限定されない。封止部材１５０は、例えばＯリングや、パッキンである。本実施の形態では、封止部材１５０は、Ｏリングである。本実施の形態では、封止部材１５０（Ｏリング）は、第２内壁部１１２の環状溝１１４に配置されている。本実施の形態では、光源１３０が固定された第２外壁部１４２に、封止部材１５０および窓１２０を順番に配置した第２内壁部１１２を収容する。

供給部１７０は、内壁部１１０内の貯留部２１０内に流体を供給する。供給部１７０は、供給流路２７０を有する。供給流路２７０の一方の端部は、内壁部１１０の供給口２１６に接続しており、他方の端部は、図外の流体供給装置に接続されている。供給流路２７０は、貯留部２１０内に貯留部２１０の壁に沿って滑らかに流体を供給できるように配置されていることが好ましい。本実施の形態では、供給口２１６における流体の流動方向（図２における矢印Ａ方向）に沿い、かつ貯留部２１０の重心を含む断面における、供給流路２７０の内面と貯留部２１０の内面との第１接続部２７１において、供給流路２７０の内面の一部は、第１接続部２７１における貯留部２１０の内面の接線と一致するように、貯留部２１０の内面と滑らかに連続して配置されている。

取出部１８０は、内壁部１１０内の貯留部２１０内の殺菌された流体を取り出す。取出部１８０は、取出流路２８０を構成する。取出流路２８０の一方の端部は、内壁部１１０の取出口２１７に接続しており、他方の端部は、図外の流体取出装置に接続されている。取出部１８０は、貯留部２１０（第２貯留部２１２）において、光源１３０から出射された紫外線が直接到達しない位置に配置されていることが好ましい。取出流路２８０は、貯留部２１０から貯留部２１０の壁に沿って滑らかに流体を取り出せるように配置されていることが好ましい。本実施の形態では、取出口２１７における流体の流動方向（図２における矢印Ｂ方向）に沿い、かつ貯留部２１０の重心を含む断面における、取出流路２８０の内面と貯留部２１０の内面との第２接続部２８１において、取出流路２８０の内面の一部は、第２接続部２８１における貯留部２１０の内面の接線と一致するように、貯留部２１０の内面と滑らかに連続して配置されている。本実施の形態では、供給流路２７０および取出流路２８０は、互いに平行である。

供給流路２７０の内面と貯留部２１０の内面との第１接続部２７１、および取出流路２８０の内面と貯留部２１０の内面との第２接続部２８１において段差を無くすことにより、球状の貯留部２１０の壁面に沿った流体の流れを作ることができるとともに、貯留部２１０内で流体を一定の方向に回転させながら滞留させた後に流体を取り出すことができる。これにより、流体に紫外線が均一に照射されるので、流体の十分な殺菌を行うことができる。

供給口２１６（供給流路２７０）の内径Ｗ２および取出口２１７（取出流路２８０）の内径Ｗ３の大きさは、特に限定されないが、殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失を低減する観点からは、貯留部２１０の内径Ｗ１に対して、２５～４０％の範囲内が好ましい。供給口２１６の内径Ｗ２および取出口２１７の内径Ｗ３を大きくすることで、殺菌装置１００における流体の圧力損失を低減することができる。一方、供給口２１６の内径Ｗ２および取出口２１７の内径Ｗ３を小さくすることで、供給口２１６から供給された流体が貯留部２１０に留まる時間が長くなり、殺菌性能を向上させることができる。より具体的には、供給口２１６（供給流路２７０）の内径Ｗ２および取出口２１７（取出流路２８０）の内径Ｗ３の大きさは、例えば、貯留部２１０の内径Ｗ１に対して１０％以上であってもよい。

図３に示されるように、供給口２１６において貯留部２１０に接続される供給流路２７０の内面の延在方向（図２における矢印Ａ方向）に直交する仮想平面に供給口２１６、取出口２１７および貯留部２１０を投影したとき、供給口２１６の重心と取出口２１７の重心とが離間するように、供給口２１６および取出口２１７は配置されている。本実施の形態では、上記のように投影したときに、供給口２１６と取出口２１７とが離間するように、供給口２１６および取出口２１７は配置されている。このように供給口２１６および取出口２１７を配置した場合、図４に示されるように、供給口２１６から貯留部２１０内に供給された流体は、取出口２１７に直線的に向かうことなく、貯留部２１０内を何度も旋回した上で取出口２１７に到達する。したがって、流体は、十分な量の紫外線を照射され、十分に殺菌された上で取出口２１７に到達する。なお、本実施の形態では、上記のように投影したときに、窓１２０（光源１３０）は、供給口２１６および取出口２１７と重ならないように配置されている。なお、本実施の形態では、図４に示されるように、上記仮想平面に投影したとき、供給口２１６、取出口２１７、および貯留部２１０は、いずれも円形である。したがって、供給口２１６の重心は、供給口２１６の中心と一致し、取出口２１７の重心は、取出口２１７の中心と一致し、貯留部２１０の重心は、貯留部２１０の中心と一致する。

また、本実施の形態では、図３に示すように、上記仮想平面に供給口２１６、取出口２１７および貯留部２１０を投影したとき、供給口２１６の重心および貯留部２１０の重心を結ぶ直線と、取出口２１７の重心および貯留部２１０の重心を結ぶ直線とのなす角度αは、７５～１６５°の範囲内であることが好ましく、１２０～１５０°の範囲内であることがより好ましい。角度αを上記の範囲内とすることで、十分な殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失をより低減することができる。ここで２つの直線がなす角度とは、２つの直線がなす２つの角度のうち小さい方の角度を意味する。

（殺菌装置の使用方法）
次に、本実施の形態に係る殺菌装置１００の使用方法について説明する。

光源１３０から紫外線を出射させた状態で、殺菌対象の流体（例えば水）を供給口２１６から貯留部２１０内に導入するとともに、貯留部２１０内の流体を取出口２１７から取り出す。このとき、供給口２１６（供給流路２７０）側を加圧して流体を移動させてもよいし、取出口２１７（取出流路２８０）側を減圧して流体を移動させてもよい。前述のとおり、本実施の形態に係る殺菌装置１００では、貯留部２１０の形状を略球状とし、かつ供給口２１６および取出口２１７を所定の条件を満たすように配置したため、殺菌対象の流体は、貯留部２１０内を旋回する。また、光源１３０は、前述の通り、貯留部２１０の重心と、取出口２１７（の開口部）の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている。これにより流体は十分に殺菌された状態で取出口２１７から取り出される。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る殺菌装置１００によれば、上記の様に光源１３０が配置されることで、流体を効果的に殺菌することができる。

本実施の形態に係る殺菌装置は、例えば、浄水や農業用水、食品用洗浄水、各種洗浄水、浴場の水、プールの水などの殺菌において有用である。

１００殺菌装置
１１０内壁部
１１１第１内壁部
１１２第２内壁部
１１４環状溝
１２０窓
１３０光源
１４０外壁部
１４１第１外壁部
１４２第２外壁部
１４３位置決め段部
１５０封止部材
１７０供給部
１８０取出部
２１０貯留部
２１１第１貯留部
２１２第２貯留部
２１５照射口
２１６供給口
２１７取出口
２７０供給流路
２７１第１接続部
２８０取出流路
２８１第２接続部

Claims

流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置であって、
前記流体を収容するための略球状の貯留部と、
前記貯留部に開口し、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、
前記貯留部に開口し、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、
前記貯留部内に紫外線を照射するための光源と、
を有し、
前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２貯留部と、を含み、
前記供給口は、前記第１貯留部に開口し、
前記取出口は、前記第２貯留部に開口し、
前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間しており、
前記光源は、その光軸が、前記貯留部の重心と、前記取出口の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている、
殺菌装置。
前記貯留部の重心は、前記供給口の重心と前記取出口の重心とを結ぶ直線から離間している、請求項１に記載の殺菌装置。
前記貯留部の重心は、前記供給口と前記取出口との間に位置しない、請求項２に記載の殺菌装置。
前記取出口は、前記光源から出射された紫外線が直接到達しない位置に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の殺菌装置。
前記光源は、前記第２貯留部側に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の殺菌装置。
前記貯留部を構成する壁は、紫外線を透過させる窓を含み、
前記光源は、前記窓を通して前記貯留部内に紫外線を照射する、
請求項１～５のいずれか一項に記載の殺菌装置。