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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-69585(P2021-69585A)
(43)【公開日】2021年5月6日
(54)【発明の名称】流体殺菌装置
(51)【国際特許分類】
   A61L 2/10 20060101AFI20210409BHJP
【FI】
   A61L2/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2019-197353(P2019-197353)
(22)【出願日】2019年10月30日
(71)【出願人】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田中 英明
(72)【発明者】
【氏名】加藤 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】新野 和久
【テーマコード(参考)】
4C058
【Fターム(参考)】
4C058AA20
4C058AA30
4C058BB06
4C058KK02
4C058KK22
4C058KK28
4C058KK42
4C058KK46
(57)【要約】
【課題】紫外光の利用効率を高め、殺菌効果を向上させることができる流体殺菌装置を提供する。
【解決手段】流体殺菌装置1は、流体が軸方向に流れる流路を有する筐体5の筒体5cと、流体が筒体5cに流入する流入口5aと、筒体5cの外周上に設けられた流出口5bと、流入口5aとは反対側の端部に設けられた光源3と、筒部9aと先端部9bとからなり、紫外光を透過、集光又は発散する石英キャップ9を備えている。石英キャップ9は、筒部9aが筒体5cの内壁に嵌合しており、境界部9cが、流出口5bの光源3に近い側の端面Xに一致する位置、又は端面Xよりも突出した位置に配置されている。
【選択図】図3A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筒体と、
前記流体が前記筒体に流入する流入口と、
前記筒体の外周上に設けられ、前記流体が流出する流出口と、
前記筒体の前記流入口とは反対側の端部に設けられた基板に実装され、前記流路に向けて紫外光を出射する発光素子を有する第1の光源と、
筒部と先端部とからなり、前記第1の光源を収容し、前記紫外光を透過、集光又は発散する第1の光学部材とを備え、
前記筒部は前記筒体の内壁に嵌入し、前記筒部と前記先端部との境界部が前記流出口の前記第1の光源に近い側の端面に一致する位置にあるか、又は前記近い側の端面よりも突出した位置にあることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項2】
前記筒体と前記第1の光学部材の前記筒部とは、円筒形状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。
【請求項3】
前記第1の光学部材の前記先端部は、平面形状を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体殺菌装置。
【請求項4】
前記境界部は面取り加工されていることを特徴とする請求項3に記載の流体殺菌装置。
【請求項5】
前記第1の光学部材の前記先端部は、前記流路側に突出した曲面形状を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体殺菌装置。
【請求項6】
前記筒体は、前記第1の光源側の端部内壁に切欠部を有し、
前記第1の光学部材は、前記切欠部に収容されたシール部材を介して固定されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の流体殺菌装置。
【請求項7】
前記筒体は、当該筒体の前記境界部に対応する位置に切欠部を有し、
前記第1の光学部材は、前記切欠部に収容されたシール部材を介して固定されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の流体殺菌装置。
【請求項8】
前記第1の光学部材の内部に、前記第1の光源を囲むように前記基板上に配置され、前記紫外光を内面で反射して前記流路の方向に導くリフレクタを有していることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の流体殺菌装置。
【請求項9】
前記筒体の周方向に対称な位置に、前記流出口が複数設けられていることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の流体殺菌装置。
【請求項10】
前記流入口は、前記筒体との間に、当該筒体の方向に向かって径が拡大する円錐台部を有していることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の流体殺菌装置。
【請求項11】
前記流入口は、前記筒体の外周上に設けられていることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の流体殺菌装置。
【請求項12】
前記筒体の前記流入口に近い側の端部に設けられた基板に実装され、前記流路に向けて紫外光を出射する発光素子を有する第2の光源と、
筒部と先端部とからなり、前記第2の光源を収容し、前記紫外光を透過、集光又は発散する第2の光学部材と、を備え、
前記筒部は前記筒体の内壁に嵌入し、前記筒部と前記先端部との境界部が前記流入口の前記第2の光源に近い側の端面に一致する位置にあるか、又は前記近い側の端面よりも突出していることを特徴とする請求項11に記載の流体殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流路を流れる流体を紫外光により殺菌する流体殺菌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、紫外線の殺菌作用が、食品庫の殺菌灯や医療用装置に利用されている。また、流路を流れる流体に対して、紫外LEDにより紫外光を照射して流体を殺菌し、洗浄用水等に用いる装置もよく知られている。
【0003】
例えば、下記の特許文献1の流体殺菌モジュールは、流水が流通する内部空間を有する流路管と、流路管の一端部の側から内部空間に突出し、内部空間に向けて紫外線を照射可能とした光源とを備えている。
【0004】
具体的には、前記光源は、発生する熱を放熱する放熱部材を備え、放熱部材の一端部が、第一流入出口よりも流路管の他端部の側に飛び出して配置されている。また、前記放熱部材は、光源が取り付けられる光源取付部と、光源で発生する熱を放熱する放熱部とを兼ねる柱状部を有している(特許文献1/段落0012,0016,図1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2019−18198号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1の流体殺菌モジュールは、配置する向きや流水の方向によっては、柱状部とモジュール内壁との間の内部空間に気泡が発生するため、紫外線による殺菌効率が低下するおそれがある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、紫外光の利用効率を高め、殺菌効果を向上させることができる流体殺菌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筒体と、前記流体が前記筒体に流入する流入口と、前記筒体の外周上に設けられ、前記流体が流出する流出口と、前記筒体の前記流入口とは反対側の端部に設けられた基板に実装され、前記流路に向けて紫外光を出射する発光素子を有する第1の光源と、筒部と先端部とからなり、前記第1の光源を収容し、前記紫外光を透過、集光又は発散する第1の光学部材とを備え、前記筒部は前記筒体の内壁に嵌入し、前記筒部と前記先端部との境界部が前記流出口の前記第1の光源に近い側の端面に一致する位置にあるか、又は前記近い側の端面よりも突出した位置にあることを特徴とする。
【0009】
本発明の流体殺菌装置は、第1の光源から出射された紫外光が、当該第1の光源を収容する第1の光学部材で透過、集光又は発散され、流路を通過する流体を照射することで殺菌が進む。
【0010】
本装置は、配置の向きによって内部に気泡が生じて紫外光の照射効率を低下させないように、第1の光学部材の筒部は筒体の内壁に嵌合させ、ほとんど隙間がない状態とする。また、第1の光学部材の筒部と先端部との境界部を、流出口の第1の光源に近い側の端面に一致する位置、又はこれよりも突出した位置となるようにして、先端部に当たった流体を流出口の方向に導く。これにより、本装置は、気泡の発生を抑えつつ、殺菌効果を向上させることができる。
【0011】
本発明の流体殺菌装置において、前記筒体と前記第1の光学部材の前記筒部とは、円筒形状であることが好ましい。
【0012】
本発明では、流体殺菌装置の筒体と第1の光学部材の筒部とは、ともに円筒形状とする。これにより、内部での気泡の発生を抑制し、流体の流れを円滑にすることができる。また、筒体の内径と筒部の外径を合わせることで、容易に当該筒部を当該筒体に隙間なく嵌入させることができる。
【0013】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記第1の光学部材の前記先端部は、平面形状を有していることが好ましい。
【0014】
本発明では、第1の光学部材の先端部を平面形状とすることで、第1の光源から出射された紫外光を透過し、集光又は発散させ、流路内の流体に紫外光が満遍なく照射されるようにすることができる。
【0015】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記境界部は面取り加工されていることが好ましい。
【0016】
第1の光学部材の先端部が平面形状である場合、面取り加工された境界部を、流出口の第1の光源に近い側の端面に一致する位置、又はこれよりも突出した位置とする。これにより、本装置は、気泡の発生を抑えつつ、流体を流出口の方向に導くことができる。
【0017】
本発明の流体殺菌装置において、前記第1の光学部材の前記先端部は、前記流路側に突出した曲面形状を有していることが好ましい。
【0018】
第1の光学部材の先端部は、曲面形状(丸形状)としてもよく、この場合、第1の光源から出射された紫外光を流路の特定部分に集光させることができる。すなわち、本装置は、目的に応じて光学部材の先端部を変更して、所望の配光を得ることができる。
【0019】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記筒体は、前記第1の光源側の端部内壁に切欠部を有し、前記第1の光学部材は、前記切欠部に収容されたシール部材を介して固定されていることが好ましい。
【0020】
筒体が端部内壁に切欠部を有していることで、当該切欠部にシール部材を設けることができる。本装置は、当該シール部材で第1の光学部材を固定することができ、さらに流体が第1の光源側に浸入することを防止することができる。
【0021】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記筒体は、当該筒体の前記境界部に対応する位置に切欠部を有し、前記第1の光学部材は、前記切欠部に収容されたシール部材を介して固定されていることが好ましい。
【0022】
本発明の筒体は、第1の光学部材の境界部に対応する位置に切欠部を有していてもよい。この場合も当該切欠部にシール部材を設けることができるので、筒体と第1の光学部材(筒部)との間に僅かな隙間があっても、流体が浸入しないようにすることができる。
【0023】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記第1の光学部材の内部に、前記第1の光源を囲むように前記基板上に配置され、前記紫外光を内面で反射して前記流路の方向に導くリフレクタを有していることが好ましい。
【0024】
この構成によれば、第1の光源から出射された紫外光がリフレクタの内面で反射されることで、紫外光を任意の場所に配光し、流路内で流速の速い部分に集中的に紫外光を照射することができる。これにより、本装置は、流体の殺菌効率をより高めることができる。
【0025】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記筒体の周方向に対称な位置に、前記流出口が複数設けられていることが好ましい。
【0026】
本発明では、筒体の周方向に対称な位置に流出口を複数設けることで、殺菌した流体を流出口付近で滞留することなく、排出することができる。
【0027】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記流入口は、前記筒体との間に、当該筒体の方向に向かって径が拡大する円錐台部を有していることが好ましい。
【0028】
流体の流入口側に円錐台部を設けることで、流体を、ある程度滑らかに筒体内に流入させることができる。そして、本装置は、流入口側での気泡の発生を抑えることができる。
【0029】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記流入口は、前記筒体の外周上に設けられていることが好ましい。
【0030】
流体の流入口を筒体の外周に設けることで、本装置は、いわゆるU字型の流路を有する装置として、目的に応じて使用することができる。
【0031】
また、本発明の流体殺菌装置において、前記筒体の前記流入口に近い側の端部に設けられた基板に実装され、前記流路に向けて紫外光を出射する発光素子を有する第2の光源と、筒部と先端部とからなり、前記第2の光源を収容し、前記紫外光を透過、集光又は発散する第2の光学部材と、を備え、前記筒部は前記筒体の内壁に嵌入し、前記筒部と前記先端部との境界部が前記流入口の前記第2の光源に近い側の端面に一致する位置にあるか、又は前記近い側の端面よりも突出していることが好ましい。
【0032】
筒体の外周上に流入口を設けたときは、流入口に近い側に端部に第2の光源を設けることができる。本装置は、流入口側から第2の光源の紫外光により流体を照射し、流出口側から第1の光源の紫外光により流体を照射するため、殺菌効率が向上する。
【0033】
また、第2の光源に対して設けられる第2の光学部材についても、筒部が筒体の内壁に嵌合し、境界部を流入口の第2の光源に近い側の端面に一致する位置、又はこれよりも突出した位置になるようにする。これにより、本装置は、流入口側での気泡の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
図1A】本発明の実施形態の流体殺菌装置の側面図。
図1B】本発明の実施形態の流体殺菌装置の背面図。
図2図1Bの流体殺菌装置のII-II断面図(第1実施形態)。
図3A図2の光源モジュール装置の拡大図。
図3B図2の筐体の変更形態を説明する図。
図4】第2実施形態の流体殺菌装置の断面図。
図5図4の光源モジュール装置の拡大図。
図6】第3実施形態の流体殺菌装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、本発明の流体殺菌装置の実施形態について説明する。
【0036】
[第1実施形態]
まず、図1Aに、本発明の流体殺菌装置の第1実施形態の側面図を示す。流体殺菌装置1は、流路を流れる流体に対して紫外光を照射して殺菌する装置であり、浄水器、給湯器、ウォーターサーバ、工業用冷却水循環装置等に利用される。
【0037】
流体殺菌装置1は流路を有し、流体の殺菌部となる筐体5と、光源としてのLED(Light Emitting Diode)を含む光源モジュール装置10とで構成されている。
【0038】
筐体5は、直径が31.8mm(内径29.4mm)、流路(殺菌部)の長さが100mmの直管形状を有し、殺菌対象の流体が筒体5cの長軸方向に流れるようになっている。筒体5cの材料は目的により異なるが、ここではステンレス製である。流体は筒体5cの軸方向の一端部に取り付けられた流入口5a(内径12.7mm)から筒体5cに流入して、筒体5cの外周上に設けられた流出口5d(内径12.7mm)から流出する。流量は、0.5〜5(L/min)である。
【0039】
また、筐体5は、流入口5aと筒体5cの間に、筒体5cの方向に向かって径が拡大する円錐台部5bを有している。流入口5aから流入した流体は、円錐台部5bがあることで急激に拡大することなく、滑らかに拡大する。このため、流入口5aから筒体5cの間の流路が拡大された後の境界領域に流体が滞留せず、気泡の発生を抑えることができる。
【0040】
円錐台部5bと筒体5cの境界部付近に、整流板(図示省略)を設けてもよい。この場合、流入口5aから流入した流体は、整流板を通過して筒体5cの流路に到達する。整流板は金属製又はフッ素樹脂製の板材であり、筒体5cの軸方向に貫通する複数の孔を有している。流体は、整流板を通過することにより、筒体5cの流路に流入する際に流速が平均化される。従って、紫外光が流体に万遍なく照射されるようになり、殺菌性能が向上する。
【0041】
図1Aに示す筐体5は、流入口5a及び流出口5dの配置からL字管と呼ばれるが、流入口5aを筒体5cの外周上に設けて、いわゆるU字管としてもよい。また、筒体5cの端部(光源モジュール装置10と反対側)に着脱可能な流入装置を取り付けて、L字型の流路とすることもできる。
【0042】
図1Aの例では、流出口5dが1つであったが、筒体5cの外周上に複数の流出口を設けてもよい。この場合、筒体5cの周方向に対称な位置に流出口を配置することが好ましい。例えば、流出口が3つの場合は120°間隔で配置すればよい。
【0043】
筒体5cの流入口5aと反対側の端部には、光源モジュール装置10が取り付けられている。光源モジュール装置10の詳細は後述するが、その内部には、光源、基板、リフレクタ、石英キャップ等が収められている。
【0044】
図1Bは、流体殺菌装置1を光源モジュール装置10の方向から見た図(背面図)である。ここでは、筒体5cの流出口5dが上方向に突出しているが、流出口が2つの場合は、筒体5cの周方向に対称な位置、すなわち下方向に第2の流出口が突出することになる。
【0045】
光源モジュール装置10(背面側)の孔部11a〜11dは、後述する光源用基板を取り付けるビス用の孔である。また、孔部12は、当該基板の配線を外部の電源に接続するハーネス用の孔である。なお、当該基板の裏面側(光源の発光面がない側)に金属製のヒートシンク(図示省略)を設けてもよく、当該基板の熱を放熱することができる。
【0046】
次に、図2に、図1Bの流体殺菌装置1のII-II断面図を示す。
【0047】
筒体5cの光源モジュール装置10側にある接続ポート5fには、雌ネジが形成されている。また、光源モジュール装置10は、枠体10aの内壁に雄ネジが形成されているため、光源モジュール装置10を接続ポート5fに螺合させることができる。なお、雄ネジ、雌ネジの関係は逆、すなわち、接続ポート5fが雄ネジとなっていてもよい。
【0048】
流入口5aから流入し、筒体5cの流路に到達した流体は、流出口5dの方向に進み、筐体5の外部に流出する。このとき、流路内で光源モジュール装置10内の光源3(本発明の「第1の光源」に相当)から出射された紫外光に晒されるので、流体が殺菌される。
【0049】
次に、図3Aに、図2の光源モジュール装置10の拡大図を示す。
【0050】
光源3から出射される紫外光は、殺菌効果を有する波長又は化学物質を分解する波長を有しており、例えば、波長240〜280nmの範囲である。光源3は紫外LEDであり、図示するように、基板4の前面側に1つ実装されている。なお、紫外LEDを複数並べて光源とすることもできる。
【0051】
基板4は、放熱性に優れた銅、アルミニウム等の金属製のものが望ましい。基板4を通して、光源3に給電が行われる。また、基板4は、その後面側(光源3の発光面と反対側)で光源モジュール装置10の枠体10aに当接して、ネジ(図示省略)で固定されている。
【0052】
また、基板4の前面側には、光源3を囲むようにリフレクタ8が配設されている。リフレクタ8は回転楕円面又は回転放物面の反射鏡であり、光源3から出射された紫外光は、リフレクタ8の内面で反射して任意の場所に配光され、筒体5cの流路の方向に進む。これにより、流路内の流体の流速が速い部分に集中的に紫外光が照射されるため、流体の殺菌効率を高めることができる。
【0053】
リフレクタ8で反射された紫外光は、リフレクタ8を覆うように取り付けられたキャップ状の石英キャップ9(本発明の「第1の光学部材」に相当)を通過する。石英キャップ9は、空気よりも屈折率の大きい石英ガラスを略均一の厚みに加工した部材であり、円筒形状の筒部9aと非円筒形状の先端部9bとで構成されている。先端部9bは、筒部9aに気密的に接続された、又は延在した平面形状又は曲面形状を有する。なお、筒部9aと先端部9bとの境界部分が境界部9cであり、面取り加工されている。
【0054】
筒体5cは多角形の角筒形状であってもよいが、本実施形態のように筒体5cと筒部9aをともに円筒形状とすることで、内部での気泡の発生を抑制し、流体の流れを円滑にすることができる。さらに、筒体5cの内径と筒部9aの外径を合わせることで、容易に筒部9aを筒体5cにほぼ隙間なく嵌入させることができる。筒体5cと筒部9aとをともに角筒形状とする場合には、稜線部が面取り加工されていることが望ましい。
【0055】
筒部9aは、筒体5cの内壁にほぼ隙間なく(0.7mm程度の隙間はある)嵌入している。また、紫外光が通過する先端部9bは、リフレクタ8の開口端面に対して平面状に形成されている。図示するように、紫外光は、石英キャップ9(先端部9b)を通過する際に屈折により任意の場所に配光され、流路内の流体の流速が速い部分に集中するため、流路内の流体に効率良く紫外光が照射される。
【0056】
流体殺菌装置1の使用時には、石英キャップ9の前面側は、空気よりも屈折率の大きい流体で満たされている。詳細は後述するが、石英キャップ9の先端部9bは、リフレクタ8の開口端面に対して、凸状又はその他の形状であってもよい。なお、リフレクタ8は、本発明の必須の構成ではなく、先端部9bの形状により、紫外光の配光を制御してもよい。
【0057】
また、石英キャップ9は、境界部9cが流出口5dの光源モジュール装置10に近い側の端面(内壁)Xよりも突出した位置となるように配置されている。これにより、筒体5cを流通して石英キャップ9の先端部9bに当たった流体は、筒体5cと石英キャップ9との隙間にほとんど流入することなく、流出口5dの方向に導かれる。石英キャップ9は、境界部9cが端面Xと一致する位置に配置してもよい。
【0058】
流体殺菌装置1を縦置き(光源モジュール装置10が上方)した場合、当該隙間に気泡が発生して、流出口5d付近に到達した流体に対して紫外光が十分照射されないという懸念がある。しかしながら、上記のように石英キャップ9を配置することで流出口5d付近の気泡の発生を抑え、流体の殺菌効率を向上させることができる。なお、当該隙間をさらに小さくするため、石英キャップ9の筒部9aを帯状のシリコンシートで被覆してもよい。
【0059】
また、図示するように、接続ポート5fの端部内壁には三角溝5f1が形成されている。三角溝5f1により、石英キャップ9の筒部9aと接続ポート5fとの間に空間が生じるので、Oリング6(本発明の「シール部材」に相当)を配置する。そして、Oリング6の封止機能により、光源モジュール装置10への流体の浸入を防止することができる。なお、図中の接続部5f2は、接続ポート5fの雌ネジが形成された部分である。
【0060】
Oリング6はフッ素系材料で形成されるが、紫外光に晒されて劣化することがある。しかしながら、この位置は石英キャップ9の外側であり、リフレクタ8の外側でもあるので、Oリング6は、ほとんど紫外光が照射されない。これにより、Oリング6の劣化を防止することができる。
【0061】
このように、光源モジュール装置10は、従来のレンズを重ねて配光を調整する機構と比較して小型であるため、装置全体の流体殺菌装置1についても小型化することができる。また、石英キャップ9は、リフレクタ8の外周にキャップのように嵌め込まれるため、交換が容易という利点もある。なお、光源モジュール装置10は、単一基板上に複数の光源とリフレクタとを配置し、単一の石英キャップで覆われる態様であってもよい。
【0062】
次に、図3Bを参照して、上述の筐体5の変更形態(筐体5’)を説明する。
【0063】
図3Aに示した筐体5では、三角溝5f1のOリング6によって封止されるが、石英キャップ9の筒部9aと接続ポート5fとの間に僅かな隙間が生じて、流体が浸入可能であった。変更形態の筐体5’(接続ポート5f’)では、当該隙間への流体の浸入を防止するため、石英キャップ9の境界部9cに対応する位置に三角溝5f3を設けている。
【0064】
図示するように、接続ポート5f’の三角溝5f3は筒体5cの光源モジュール装置10に近い側の端面X付近に設けられており、三角溝5f3により生じた空間にOリング6を配設する。この場合も、Oリング6の封止機能により、光源モジュール装置10への流体の浸入を防止することができる。もちろん、石英キャップ9は、境界部9cが流出口5dの端面Xよりも突出した位置となるように配置することが好ましい。
【0065】
[第2実施形態]
次に、図4図5を参照して、本発明の流体殺菌装置の第2実施形態を説明する。
【0066】
図4は、第2実施形態の流体殺菌装置50の断面図を示している。なお、流体殺菌装置50の側面図及び背面図は図1A図1Bと同じであるため、省略する。また、以下では、第1実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【0067】
図示するように、筒体5cの光源モジュール装置20側の端部の接続ポート5fには、雌ネジが形成されている。光源モジュール装置20は、枠体20aの内壁に雄ネジが形成されているため、光源モジュール装置20を接続ポート5fに螺合させることができる。
【0068】
流入口5aから流入し、筒体5cの流路に到達した流体は、流出口5dの方向に進み、筐体5の外部に流出する。このとき、流路内で光源モジュール装置20内の光源3から出射された紫外光に晒されるので、流体が殺菌される。詳細は後述するが、光源モジュール装置20の石英キャップ19は、先端部が流路側に突出した曲面形状(丸形状)を有する。
【0069】
次に、図5に、図4の光源モジュール装置20の拡大図を示す。
【0070】
光源モジュール装置20は、枠体20aの内部に光源3、基板4、リフレクタ8及び石英キャップ19が収められている。光源モジュール装置20を構成する各部材の配置は、上述の光源モジュール装置10(図2B参照)と同じである。
【0071】
光源3から出射され、リフレクタ8の内面で反射された紫外光は、リフレクタ8を覆うように取り付けられた石英キャップ19を通過する。石英キャップ19も略均一の厚みの石英ガラスであり、紫外光は石英キャップ19を通過する際に屈折し、上述の石英キャップ9(平面状)と同様に紫外光を任意の場所に配光する。従って、石英キャップ19は、ある領域の流体に集中的に紫外光を照射するような場合に最適である。
【0072】
ここでも、円筒形状の筒部19aは、筒体5cの内壁にほぼ隙間なく嵌入している。また、石英キャップ19と接続ポート5f(三角溝5f1)との間にOリング6を配設するため、光源モジュール装置20への流体の浸入を防止することができる。
【0073】
また、石英キャップ19は、境界部19cが流出口5dの光源モジュール装置20に近い側の端面(内壁)Xよりも突出した位置となるように配置されている。これにより、筒体5cを流通して石英キャップ19の先端部19bに当たった流体は、筒体5cと石英キャップ19との隙間にほとんど流入することなく、流出口5dの方向に導かれる。
【0074】
石英キャップ19は、境界部19cが端面Xと一致する位置に配置してもよい。この位置に石英キャップ19を配置することで、流出口5d付近の気泡の発生を抑えることができ、流体の殺菌効率を向上させることができる。
【0075】
石英キャップは、この他にも様々な形状が考えられ、それぞれ目的に応じて使い分けることができる。例えば、紫外光が通過する先端部が両面凸状に形成されているもの、先端部を一方の側(流路側)が平面状で他方の側(光源3側)凹状又は凸状のものが考えられ、それぞれ異なる配光制御に用いることができる。石英キャップ19の場合、リフレクタ8(内面)との間にスペースが生じるため、当該スペースに凹レンズ又は凸レンズを配設して、配光を制御してもよい。
【0076】
[第3実施形態]
最後に、図6を参照して、本発明の流体殺菌装置の第3実施形態を説明する。
【0077】
図6は、第3実施形態の流体殺菌装置100の断面図を示している。流体殺菌装置100は流路を有し、流体の殺菌部となる筐体15と、光源としてのLEDを含む光源モジュール装置10及び光源モジュール装置30とで構成されている。
【0078】
筐体15は、筒体15cの外周上に流入口15a及び流出口15dを取り付けた、いわゆるU字管である。流体は流入口15a(内径12.7mm)から筒体15cに流入して、流出口15d(内径12.7mm)から流出する。流量は0.5〜5(L/min)である。
【0079】
筒体15cの一端部(図の左側)である接続ポート15fには、第1実施形態と同じ光源モジュール装置10が取り付けられている。また、筒体15cの他端部(図の右側)である接続ポート15gには、光源モジュール装置30が取り付けられている。
【0080】
光源モジュール装置30の内部には、光源33、基板34、リフレクタ38及び石英キャップ39が収められている。流体は、流入口15aから筐体15に流入した直後に、光源モジュール装置30の光源33(本発明の「第2の光源」に相当)により紫外光が照射される。
【0081】
光源33から出射された紫外光は、リフレクタ38の内面で反射して平行光となり、筒体15cの流路の方向に進む。これにより、流路内の流体に均一に紫外光が照射されるため、流体の殺菌効率を高めることができる。また、リフレクタ38で反射された紫外光は、リフレクタ38を覆うように取り付けられたキャップ状の石英キャップ39(本発明の「第2の光学部材」に相当)を通過する。
【0082】
石英キャップ39は、第1実施形態の石英キャップ9と同様に、空気よりも屈折率の大きい石英ガラスを略均一の厚みに加工した部材である。なお、石英キャップ39は、円筒形状の筒部39aと非円筒形状の先端部39bとで構成され、それらの境界部分が面取り加工された境界部39cである。
【0083】
筒部39aは、筒体15cの内壁にほぼ隙間なく嵌入している。また、紫外光が通過する先端部39bは、リフレクタ38の開口端面に対して平面状に形成されている。紫外光は、石英キャップ39(先端部39b)を通過する際に屈折により任意の場所に配光され、流路内の流体の速度が速い部分に集中するため、流路内の流体に効率良く紫外光が照射される。
【0084】
また、石英キャップ39は、境界部39cが流入口15aの光源モジュール装置30に近い側の端面(内壁)Yよりも突出した位置となるように配置されている。従って、流入口15aから流入した流体は、筒体15c(接続ポート15g)と石英キャップ39との隙間にほとんど流入することなく、筒体15cの方向に導かれる。これにより、流入口15a付近での気泡の発生を抑えて、流体の殺菌効率を向上させることができる。
【0085】
また、石英キャップ39と筒体15cの接続ポート15gとの間に空間(三角溝)が設け、Oリング6を配設する(図3A参照)。Oリングの封止機能により、光源モジュール装置30への流体の浸入を防止することができる。
【0086】
さらに、流体殺菌装置100では、筒体15cを通過した流体が、流出口15d付近で光源モジュール装置10の光源3により紫外光が流体に照射される。これにより、殺菌効率をさらに向上させることができる。
【0087】
光源モジュール装置10,30は、目的に応じて上述の光源モジュール装置20等を採用してもよい。また、光源モジュール装置10と光源モジュール装置30とで、異なる光源モジュール装置を採用してもよい。
【0088】
上述の実施形態は一例に過ぎず、用途に応じて適宜変更することができる。流体殺菌装置の筒体は、用途により流量が異なるため、サイズや形状を変更することができる。特に、本発明の光源モジュール装置は、水路の一部に取り付ける流水リアクタに限られるものではない。
【0089】
例えば、光源モジュール装置を専用の接続ポートを有するサーバや貯水タンクに取り付けることで、容器内の流体に対して紫外光を照射し、殺菌することができる。紫外光は、容器の側面側から流体に照射してもよいし、上面側から照射してもよい。この他にも、表面殺菌や風呂場の水垢、カビ対策としての殺菌にも利用することができる。
【0090】
筒体の断面形状は、円形状、オーバル形状に限られず、多角形状としてもよい。筐体の断面積に応じて、例えば、3個以上の光源モジュール装置を筐体の端部に取り付けてもよい。1つの光源モジュール装置内の光源の数も適宜変更することができ、筐体の断面形状に応じてマトリクス状に配置すること等が可能である。
【0091】
流体殺菌装置1のように、流路の片側に光源が配設される形態では、流体が流れる方向は、一般的に紫外光の照射方向と逆向きであるが、照射方向と一致させてもよい。流入口、流出口の数や方向、紫外LEDの数等も適宜変更可能である。
【0092】
流体殺菌装置の筒体の内壁がポリ塩化ビニルで構成される場合、ポリ塩化ビニルの紫外光による劣化を防止するため、紫外光反射材料や紫外光吸収材料でコーティングするようにしてもよい。紫外光反射材料としては、PTFE等のフッ素系樹脂、アルミニウム等を用いることができる。また、紫外光吸収材料としては、ステンレス鋼等を用いることができる。
【符号の説明】
【0093】
1,50,100…流体殺菌装置、3,33…光源、4,34…基板、5,5’、15…筐体、5a,15a…流入口、5b…円錐台部、5c,15c…筒体、5d,15d…流出口、5f,5f’15f,15g…接続ポート、6,36…Oリング、8,38…リフレクタ、9,19,39…石英キャップ、9a,19a,39a…筒部、9b,19b,39b…先端部、9c,19c,39c…境界部、10,20,30…光源モジュール装置、10a,20a…枠体、11a〜11d…孔部(ネジ用)、12…孔部(ハーネス用)。
図1A
図1B
図2
図3A
図3B
図4
図5
図6