特許 6986618 紫外線照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986618

(24)【登録日】2021年12月1日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】紫外線照射装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20211213BHJP

   C02F 1/32 20060101ALI20211213BHJP

   A61L 9/20 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   A61L2/10

   C02F1/32

   A61L9/20

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-207078(P2020-207078)

(22)【出願日】2020年12月14日

(62)【分割の表示】特願2019-46294(P2019-46294)の分割

【原出願日】2019年3月13日

(65)【公開番号】特開2021-62369(P2021-62369A)

(43)【公開日】2021年4月22日

【審査請求日】2021年2月12日

(31)【優先権主張番号】特願2018-81805(P2018-81805)

(32)【優先日】2018年4月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000033

【氏名又は名称】旭化成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】矢吹 直人

(72)【発明者】

【氏名】杉山 聖

(72)【発明者】

【氏名】兒玉 篤史

(72)【発明者】

【氏名】神野 すみれ

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１０４２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０３４１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平５−０２０７４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１９−０９８０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１９／０３２１５０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｌ ２／００− ２／２８

Ａ６１Ｌ １１／００− １２／１４

Ｃ０２Ｆ １／２０− １／２６

Ｃ０２Ｆ １／３０− １／３８

Ａ６１Ｌ ９／００− ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に延びる処理流路と、
前記処理流路を収容するケース部と、
前記処理流路の一端側の外周面と前記ケース部の内周面との隙間に設けられ前記処理流路の前記一端側の開口部を介して前記処理流路と連通する第一室と、
前記ケース部の外周面に設けられ、前記第一室に対象物を流入する流入部と、
前記処理流路を通過した前記対象物を前記処理流路の他端側から流出させる流出部と、
前記処理流路を通過する前記対象物に向けて紫外光を照射する発光素子と、を備え、
前記処理流路の外周面の静止摩擦係数は、前記ケース部の内周面の静止摩擦係数よりも小さい紫外線照射装置。

【請求項2】

前記処理流路は、筒状の筒状部である請求項１に記載の紫外線照射装置。

【請求項3】

前記筒状部は、紫外線反射性材料で形成されている請求項２に記載の紫外線照射装置。

【請求項4】

前記紫外線反射性材料として、ポリテトラフルオロエチレン、シリコン樹脂、内部に０．０５μｍ以上１０μｍ以下の気泡を含む石英ガラス、内部に０．０５μｍ以上１０μｍ以下の結晶粒を含む部分結晶化石英ガラス、０．０５μｍ以上１０μｍ以下の結晶粒状のアルミナ焼結体、０．０５μｍ以上１０μｍ以下の結晶粒状のムライト焼結体のうちの少なくともいずれか一つを含む請求項３に記載の紫外線照射装置。

【請求項5】

前記発光素子は、前記筒状部の一方の端部の開口部に面して設けられ、前記処理流路を通過する前記対象物に向けて前記長手方向に沿って紫外光を照射する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。

【請求項6】

前記発光素子は、前記筒状部の前記他端側に設けられている請求項２から請求項５の いずれか一項に記載の紫外線照射装置。

【請求項7】

前記筒状部と前記流出部との間に第二室をさらに備える請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。

【請求項8】

前記ケース部は、当該ケース部の外側から当該ケース部に向けて光を照射したときに、当該ケース部の内周面に付着したバイオフィルムの影を当該ケース部の外側から視認可能に形成されている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。

【請求項9】

前記流入部は、ポリオレフィンで形成されている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。

【請求項10】

前記ポリオレフィンは、ポリエチレン又はポリプロピレンの少なくともいずれか一方を含む請求項９に記載の紫外線照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外線照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

紫外線には、殺菌能力があることから、水等の流体に紫外線を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置が提案されている。
このような装置においては、従来、紫外線光源として、水銀ランプやキセノンランプ等の管球が用いられている。また、殺菌を行うことの可能な波長の光を照射することのできるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）を紫外線光源とした流体殺菌装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

また、このように流体を流路内で移動させるようにした装置においては、バイオフィルムの発生を抑制するため、乱流循環を維持することが知られている。また、例えば、水中構造物においては、微生物等が壁面に付着することから、流体の流速を調整することで、微生物等の付着を防止するようにした装置等も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６０８０９３７号公報

【特許文献2】特開２００３−１５５７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特に、紫外線照射を行う流路の入口側に設けた整流室を介して流体を流路に流入させるようにした流体殺菌装置においては、より一層の殺菌効果を得ることの可能な流体殺菌装置が望まれていた。
そこで、この発明は従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、整流室を備えた紫外線照射装置において、整流室を設けることによる殺菌効果の低下を、より小さくすることの可能な紫外線照射装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係る紫外線照射装置は、長手方向に延びる処理流路と、前記処理流路を収容するケース部と、前記処理流路の一端側の外周面と前記ケース部の内周面との隙間に設けられ前記処理流路の前記一端側の開口部を介して前記処理流路と連通する第一室と、前記ケース部の外周面に設けられ、前記第一室に対象物を流入する流入部と、前記処理流路を通過した前記対象物を前記処理流路の他端側から流出させる流出部と、前記処理流路を通過する前記対象物に向けて紫外光を照射する発光素子と、を備え、前記処理流路の外周面の静止摩擦係数は、前記ケース部の内周面の静止摩擦係数よりも小さいことを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、殺菌効果をより高めることができ、紫外線照射装置の信頼性をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る紫外線照射装置を適用した流体殺菌モジュールの一例を示す外観図である。

【図2】（ａ）は図１の縦断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ′線端面図である。

【図3】拡散透過率の測定に用いる装置の一例である。

【図4】整流用の板の一例を示す平面図である。

【図5】殺菌エリアの長さと殺菌に必要な紫外線のドーズ量との関係を示す特性図の一例である。

【図6】紫外線の透過状況を説明するための説明図である。

【図7】流体殺菌モジュールの変形例である。

【図8】流体殺菌モジュールを用いた流体シミュレーション結果の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0010】

図１は、本発明に係る紫外線照射装置を適用した流体殺菌モジュールの一例を示す正面図である。また、図２（ａ）は図１の縦断面図、図２（ｂ）は図１のＡ−Ａ′線端面図である。
流体殺菌モジュール１は、図１に示すように、殺菌処理部２と、発光部３と、流入部４と、流出部５と、を備える。

【0011】

殺菌処理部２は、図２（ａ）に示すように、内筒（筒状部）２１と、内筒２１を収容するケース部２２と、内筒２１の一端側の開口部に固定され、内筒２１内に流入される流体を整流するための円盤状の板２３と、内筒２１とケース部２２との間に配置され、内筒２１とケース部２２との間の隙間を区画する部材２４とを備える。

【0012】

内筒２１は、両端が開口された筒状に形成され、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。また、内筒２１は、紫外線反射性材料で形成され、この紫外線反射性材料は、拡散透過率が１％／１ｍｍ以上２０％／１ｍｍ以下であり、且つ紫外線領域における全反射率が８０％／１ｍｍ以上９９％／１ｍｍ以下である。拡散透過率と紫外線領域における全反射率との和は９０％／１ｍｍ以上であることが好ましい。内筒２１に適用される紫外線反射性材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene ＰＴＦＥ)、シリコン樹脂、内部に０．０５μｍ以上１０μｍ以下の気泡を含む石英ガラス、内部に０．０５μｍ以上１０μｍ以下の結晶粒を含む部分結晶化石英ガラス、０．０５μｍ以上１０μｍ以下の結晶粒状のアルミナ焼結体、及び０．０５μｍ以上１０μｍ以下の結晶粒状のムライト焼結体等のうちの少なくともいずれか一つを含むものを挙げることができる。

【0013】

ここで、内筒２１として、拡散反射性の材料を用いる場合、材料自体での紫外線の吸収は無いと仮定すると、内筒２１の一端側に設けられた発光部３による照射光の少なくとも一部は、内筒２１の他端側まで透過するように設定している。このときの透過率が、２０％／１ｍｍより大きいと、有効な紫外線反射量を増やすために内筒２１の肉厚として非常に厚い素材が必要になる。そのため、流体殺菌モジュール１全体が大きくなったり、適切な流路設計が困難になったりするばかりでなく、深層から反射を制御しなくてはならなくなり、光学的な設計も困難になる。散乱体の光学密度が高く、透過率が低いことは一般的に望ましいが、非多孔質の場合は、結晶部と非晶部等、材料内部の粗密差が散乱体となるため、透過率が１％／１ｍｍを下回る構造とすることは困難である。多孔質の場合には透過率が１％／１ｍｍを下回る構造とすることは可能であるが、後述の処理流路２１ｄが殺菌対象物（以下、単に対象物ともいう。）に接触するため、菌類の温床となる微細な穴構造を提供してしまうことになり、内筒２１の構成部材としてふさわしくない。

【0014】

また、紫外線領域における全反射率は８０％／ｍｍ以下では有効な紫外光線の多重反射効果を得ることが出来ない。全反射率は高ければ高いほど望ましいが、非多孔質の場合は、結晶部と非晶部等、材料内部の粗密差が散乱体となるため、全反射率が９９％／１ｍｍを上回る構造とすることは困難である。多孔質の場合には９９％／１ｍｍを上回る構造とすることは可能であるが、処理流路２１ｄが対象物に接触するため、菌類の温床となる微細な穴構造を提供してしまうことになり、内筒２１の構成部材としてふさわしくない。

【0015】

さらに、拡散透過率と紫外線領域における全反射率との和が９０％／１ｍｍ以下、すなわち、内部で吸収されるエネルギーが１０％以上である素材は、有効な紫外光線の多重反射効果を得ることが出来ないため、処理流路２１ｄの構成部材としてふさわしくない。

【0016】

なお、拡散透過率は、紫外線反射性材料をスライスした板状サンプルを用いて測定する。具体的には、例えば紫外線反射性材料としてＰＴＦＥの拡散透過率を測定する場合には、以下の手順で行う。

【0017】

すなわち、ＰＴＦＥは、拡散性を有する材料であるため、通常の直線光を用いた透過率測定では適切に測定することが困難である。そのため、積分球を用いた拡散透過率の測定を行う。この積分球を用いた拡散透過率の測定は、例えば図３に示すように、懸濁性物質の拡散透過率を測定する際に一般的に用いられる分光光度計等を用いて行えばよい。
なお、図３において、１０１は板状サンプル、１０２は検出器、１０３は測定光、１０４は対照光、１０５は標準白板である。

【0018】

図２に戻って、内筒２１は、その外周面の静止摩擦係数が、ケース部２２の内周面の静止摩擦係数よりも小さい材料で形成されることが好ましい。つまり、内筒２１とケース部２２との間の隙間からなる後述の第一室２６において、第一室２６の内周側の壁面を形成する内筒２１の外周面の静止摩擦係数が、第一室２６の外周側の壁面を形成するケース部２２の内周面の静止摩擦係数よりも小さいことが好ましい。このような構成であれば、バイオフィルムが発生する状況では、第一室２６の外周側の壁面の方が第一室２６の内周側の壁面よりも先にバイオフィルムが発生する。ケース部２２の厚さや色を調整することにより、第一室２６の外周側の壁面、つまりケース部２２の内周面に付着したバイオフィルムはケース部２２の外側から懐中電灯等を当てると影ができることから、影の有無を視認することによってその存在を確認することができる。そのため、第一室２６内におけるバイオフィルムの発生を容易に検出することができると共に、第一室２６内全体にバイオフィルムが発生する前の、第一室２６の外周側の壁面、つまりケース部２２の内周面側にバイオフィルムが発生した段階で、バイオフィルムの発生を検出することができる。そのため、バイオフィルムによるリスクの発生を抑制することができる。
なお、バイオフィルムにおるリスクをより低減するため、内筒２１の外周面の静止摩擦係数はケース部２２の内周面の静止摩擦係数の１／２以下であることが好ましい。また、内筒２１の外周面の静止摩擦係数は、ケース部２２の内周面の静止摩擦係数の１／１０以下であることがより好ましい。

【0019】

表１、表２に、樹脂の摩擦係数を示す。表１は、代表的な樹脂の摩擦係数を示したものである。表２は、フッ素樹脂の静止摩擦係数及び動摩擦係数を示したものである。

【0020】

【表1】

【0021】

【表2】

【0022】

図２（ａ）に戻って、内筒２１の、発光部３側の端部寄りの位置には、周方向の例えば６０度離れた６箇所に、径方向を向き、内筒２１を貫通する連通口２１ａが形成されている。なお、連通口２１ａの配置位置及び配置数はこれに限るものではない。
連通口２１ａの形状は、機械加工の観点から、断面が円形であることが望ましい。連通口２１ａの形状は断面が円形である場合に限るものではなく、任意の形状とすることができる。また、連通口２１ａの直径は処理流路２１ｄの直径の１／１００以上１／４以下であることが望ましく、１／２０以上１／５以下であることがさらに望ましい。

【0023】

連通口２１ａの配置位置は、発光部３そのものから少し遠ざかる位置であり、連通口２１ａの開口部における中心位置と処理流路２１ｄの発光部３側の端部との間の距離が、処理流路２１ｄの直径の１／２０以上直径以下となる処理流路２１ｄの発光部３とは逆側の端部寄りとなる位置であることが望ましく、より好ましくは処理流路２１ｄの直径の１／１０以上１／４以下となる処理流路２１ｄの逆側の端部寄りとなる位置である。
内筒２１の、内筒２１が延びる方向の中央部分の外周面には、部材２４と嵌合する溝２１ｂが形成されている。溝２１ｂの断面は例えば矩形状である。

【0024】

内筒２１の発光部３とは逆側の端部の内周面には板２３と嵌合する段差部２１ｃが形成されている。そして、内筒２１の中空部が処理流路２１ｄを形成している。
なお、処理流路２１ｄは、処理流路２１ｄ内で対象物の流速のむらを抑制するという観点から、処理流路２１ｄの最上流部、つまり、内筒２１の内周面の板２３側の端部から内筒２１の内周面の発光部３側の端部までの間の、主たる断面積の変化量は５％以下であることが好ましい。また、処理流路２１ｄは円筒でなくともよい。

【0025】

ケース部２２は、例えば、ポリオレフィン、具体的にはポリプロピレン又はポリエチレンで形成され、一端が閉じ、他端が開放された、断面が円形の筒状を有する。ケース部２２の開放端の外周面にはフランジ部２２ａが形成される。また、ケース部２２の開放端の内周面には段差部２２ｂが形成されている。

【0026】

ケース部２２の開放端とは逆側の閉端には、ケース部２２の内側に向いて突出する凸部２２αが形成されている。凸部２２αは、周方向の例えば１２０度離れた３箇所に設けられている。なお、凸部２２αの配置位置また配置数はこれに限るものではなく、要は、後述のように板２３を固定することができればよい。

【0027】

ケース部２２の閉端寄りの外周面には、円筒状の中空部を内部に有する流入部４がケース部２２と一体に形成され、ケース部２２の開放端寄りの外周面には、円筒状の中空部を内部に有する流出部５がケース部２２と一体に形成されている。流入部４の中空部の開口部が流入口４ａとなり、流出部５の中空部の開口部が流出口５ａとなる。

【0028】

流入部４及び流出部５は、それぞれの中空部を対象物が流れる方向と、ケース部２２の長手方向とが直交するように形成されることが好ましい。
流入部４は、内筒２１の、段差部２１ｃ側の外周面の端部との間の距離が、流入口４ａの流入口相当半径以上、処理流路２１ｄの処理流路長の２／３以下の距離だけ、内筒２１の連通口２１ａ側の端部寄りとなる位置に形成される。
流出部５は、連通口２１ａからの距離が、流出口５ａの流出口相当半径以上、処理流路長の２／３以下の距離だけ、内筒２１の、段差部２１ｃ側の端部寄りとなる位置に形成される。

【0029】

流入部４及び流出部５をそれぞれこのような範囲内に形成することによって、処理流路２１ｄにおいて、流速が極端に速い部分の発生を抑制することができる。
なお、流入部４の配置位置は、内筒２１の、段差部２１ｃ側の外周面の端部との間の距離が、処理流路２１ｄの相当内径（以下、処理流路相当内径ともいう。）の１／２以上、処理流路長の２／３以下の距離だけ、内筒２１の、連通口２１ａ側の端部寄りとなる位置がより好ましく、処理流路相当内径の３／４以上、処理流路長の２／３以下の距離だけ、内筒２１の、連通口２１ａ側の端部寄りとなる位置がさらにより好ましい。

【0030】

同様に、流出部５の配置位置は、連通口２１ａからの距離が、処理流路相当内径の１／２以上、処理流路長の２／３以下の距離だけ、段差部２１ｃ側の端部寄りとなる位置がより好ましく、処理流路相当内径の３／４以上、処理流路長の２／３以下の距離だけ、段差部２１ｃ側の端部寄りの位置がさらにより好ましい。
なお、流入部４及び流出部５の配置位置が、処理流路長の２／３を上回る位置となると、流入部４及び流出部５を配置する設計自由度が低くなるため、処理流路長の２／３以下の範囲が好ましい。

【0031】

板２３は、ＰＴＦＥ等の紫外線反射性材料で形成される。板２３は、図４の平面図に示すように、表裏間を通じる開口孔２３ａを複数有し、開口率は、５％以上８０％以下に設定される。また、各開口孔２３ａの相当直径は、０．５ｍｍ以上、処理流路２１ｄの処理流路相当内径の１／３以下に設定される。

【0032】

開口率を５％以上８０％以下とすることによって、第一室２６及び後述の第二室２７を設けない場合に比較して、より整流効果を得ることができる。つまり処理流路２１ｄにおける対象物の流速のばらつきを抑制することができる。開口率は、５％以上６０％以下であることが好ましく、５％以上３５％以下であることがより好ましい。なお、開口率が５％を下回ると、処理流路２１ｄの大きさに対して最大処理流量が少なくなるため、開口率は５％以上であることが好ましい。

【0033】

なお、ここでは、第一室２６から処理流路２１ｄに流入される対象物の流れを制御する目的で板２３を設けているが、整流用の板２３に限るものではなく、整流することの可能な整流機構を設ければよい。また、要求される殺菌効果を得ることができるのであれば、整流用の板２３つまり整流機構を必ずしも設けなくともよい。

【0034】

図２に戻って、部材２４は、例えば、バイトン（登録商標）等のフッ素ゴムで形成される。部材２４は、円環状に形成され、内周面側には、内筒２１に形成された溝２１ｂと嵌合する凸部２４ａが形成されている。部材２４の外周面側には断面が半円の環状の凸部２４ｂが幅方向に複数（例えば３つ）形成されている。

【0035】

また、部材２４は、径方向の肉厚によって、内筒２１とケース部２２と密着し、且つこれらの間に予め設定した一定の隙間を形成する形状を有する。
そして、内筒２１とケース部２２との間の隙間において、部材２４で区分けされた区画のうちの、ケース部２２の閉端側の領域が、流入部４と処理流路２１ｄとの間に設けられ、内筒２１の、段差部２１ｃ側の開口部と連通する、流入側の整流室となる第一室２６を形成している。また、部材２４で区分けされた区画のうちの、ケース部２２の開放端側の領域が、流出部５と処理流路２１ｄとの間に設けられ、連通口２１ａを介して処理流路２１ｄと連通する、流出側の整流室となる第二室２７を形成している。

【0036】

このとき、第一室２６の内容積は、処理流路２１ｄの処理流路相当内径の三乗の２／３（約６７％）以上、処理流路２１ｄの処理流路内容積の３倍以下に設定される。第一室２６の内容積を、このような範囲とすることによって、第一室２６及び第二室２７を設けない場合に比較して、より整流効果を得ることができる。なお、第一室２６の内容積は、処理流路相当内径の三乗の７５％以上、処理流路内容積の２倍以下とすることがより好ましく、処理流路相当内径の三乗の８５％以上、処理流路内容積以下であることがより好ましい。第一室２６の内容積を大きくしすぎると、流体殺菌モジュール１全体のサイズが処理流量に対して大きくなり過ぎるため、第一室２６の内容積は処理流路内容積の３倍以下であることが好ましい。

【0037】

また、図２（ｂ）に示す第一室２６の断面積Ａ２６は、処理流路２１ｄの断面積Ａ２１の１／１０以上１以下であることが好ましく、より好ましくは、断面積Ａ２１の、１／１０以上１／２以下に設定される。第一室２６の断面積Ａ２６が、処理流路２１ｄの断面積Ａ２１の１／１０よりも小さい場合には圧力損失が大きくなるため流体殺菌モジュール１として機能させることが困難であり、断面積Ａ２６が断面積Ａ２１よりも大きいとバイオフィルムの発生を十分に抑制することが困難となる。

【0038】

つまり、流体殺菌モジュール１における殺菌処理の処理流量が２Ｌ／ｍｉｎであるときに殺菌に必要な断面積つまり処理流路２１ｄの断面積Ａ２１がＡ２１＞３．１４ｃｍ^２であり、バイオフィルムの発生防止に必要な第一室２６の断面積Ａ２６がＡ２６＜１．５３ｃｍ^２であるとする。これらの相対値が流量に比例すると考えられるため、処理流量がＸＬ／ｍｉｎであるときには、殺菌に必要な処理流路２１ｄの断面積Ａ２１は、Ａ２１＞１．５７×Ｘｃｍ^２であり、バイオフィルムの発生防止に必要な第一室２６の断面積Ａ２６は、Ａ２６＜０．７６×Ｘｃｍ^２と表すことができる。したがって、「殺菌に必要な断面積Ａ２１÷バイオフィルム発生防止に必要な断面積Ａ２６」が２．０６よりも大きい（（Ａ２１／Ａ２６）＞２．０６）ことが好ましい。なお、処理流路２１ｄの長さは対象物の透過率によって決まり、目的処理流量には因らない。

【0039】

図５は、殺菌エリアの長さ、つまり、処理流路２１ｄの長さと、流体に吸収され殺菌に利用される紫外線のドーズ量（積算照射量）との関係を示す特性図である。図５において横軸は殺菌エリアの長さ（ｍｍ）、縦軸は紫外線のドーズ量（積算照射量）（ｍＪ／ｃｍ^２）を示す。各特性線は、処理流路２１ｄの内径及び処理流路２１ｄの反射率が異なる。処理流路２１ｄの内径と、処理流路２１ｄの反射率とが決まれば、図５から処理流路２１ｄの長さ及び紫外線のドーズ量（積算照射量）を決定することができる。つまり、バイオフィルムの発生を防止する流速と、一定の殺菌能力を担保するドーズ量とを両立することで、長期的に安定した殺菌能力を提供することができる。

【0040】

なお、部材２４は、フッ素ゴムに限るものではなく、内筒２１とケース部２２との間の隙間において、ケース部２２の閉端側と開放端側との間を対象物が行き来しないように区画することができ、耐久性があればどのような材料で形成されていてもよい。
また、部材２４に設けられた凸部２４ｂは３つでなくともよく複数備えていればよい。凸部２４ｂを複数備えることによって、内筒２１とケース部２２とを安定して固定することができる。凸部２４ｂは、幅方向に例えば等間隔で配置されていればよく、要は、凸部２４ｂの配置位置が偏ること等により、内筒２１とケース部２２との間隔が不均一となることがなく、均等となる位置に配置すればよい。

【0041】

なお、ここでいう、相当内径又は相当直径とは、「流路断面積の四倍／流路断面周長」のことをいう。
また、相当半径とは、「流路断面積の二倍／流路断面周長」のことをいう。
また、整流室とは、処理流路と外部装置との間に配置され、流体殺菌モジュール１と外部装置との間で対象物の授受を行うための流入口及び流出口を有し、処理流路相当内径に対して、１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上の相当内径を有する空間のことをいう。
図２（ａ）に戻って、発光部３は、窓部３１と、素子部３２とを備える。

【0042】

窓部３１は、例えばステンレス等で形成され、ケース部２２のフランジ部２２ａの外径と同一の外径を有する円環状に形成される。窓部３１の内周面には、第一段差部３１ａと、第一段差部３１ａよりも直径の大きい第二段差部３１ｂとが形成され、第二段差部３１ｂに、例えば石英ガラス等の紫外線透過性素材からなる円盤状の窓３３が窓部３１の素子部３２側の表面と面一となるように嵌め込まれている。

【0043】

素子部３２は、例えばステンレス等で形成され、窓部３１の外径と同一の外径を有する円環状に形成される。素子部３２の窓部３１と対向する面には、平面視で円形の凹部３２ａが形成されている。ＵＶＣ−ＬＥＤ（深紫外ＬＥＤ）等の発光素子３４ａとこの発光素子３４ａが実装された基板３４ｂとを含む光源３４は、発光面が窓３３と対向するように凹部３２ａに固定される。光源３４は、光源３４からの照射光の光軸と、処理流路２１ｄの長手方向の中心軸とが一致するように配置される。

【0044】

素子部３２の窓部３１とは逆側の面には、図示しない制御装置等が搭載された制御基板を固定するための凹部３２ｂが形成されている。
殺菌処理部２と発光部３とは、ケース部２２のフランジ部２２ａの部分で、貫通ボルト２５により一体に固定されている。

【0045】

このとき、段差部２２ｂには、ゴム等の弾性部材からなるＯリング２２ｃが設けられると共に、内筒２１の連通口２１ａ側の端部と窓部３１との間に弾性部材からなる円環状の弾性シート２２ｄが設けられ、対象物が窓部３１とケース部２２との接触部分から外部に漏れだすことを防止している。弾性シート２２ｄとなる弾性部材としては、シリコン樹脂エラストマー、フッ素樹脂エラストマー等のエラストマーを適用することが好ましい。

【0046】

また、内筒２１の連通口２１ａ側の端部と窓部３１との間に弾性シート２２ｄを介在させた状態で貫通ボルト２５で固定することにより、内筒２１の段差部２１ｃに設けられた板２３を凸部２２αによって押圧し、凸部２２αと段差部２１ｃとで挟み込むことによって板２３を段差部２１ｃに固定するようになっている。

【0047】

また、窓部３１の第一段差部３１ａと窓３３との間にゴム等の弾性部材からなるＯリング３１ｃが設けられ、対象物が窓部３１と窓３３との接触部分から外部に漏れだすことを防止している。
内筒２１の端部と、窓部３１の、弾性シート２２ｄを介して内筒２１の端部と対向する領域との間の隙間は、機械加工の精度等の観点から、２５μｍ以下に設定できる。さらに１０μｍ以下であれば、対象物としての水等の表面張力によって、実質的に漏洩することがなくなる。

【0048】

〔効果〕
（１）本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１は、第一室２６の断面積Ａ２６が処理流路２１ｄの断面積Ａ２１の１／１０以上１以下、より好ましくは１／１０以上１／２以下となるようにしている。そのため、処理流路２１ｄにおける殺菌効果を得ることができると共に、第一室２６におけるバイオフィルムの発生を防止することができる。

【0049】

また、内筒２１は、その外周面の静止摩擦係数が、ケース部２２の内周面の静止摩擦係数よりも小さい材料で形成している。そのため、バイオフィルムの発生を容易に検出することができ、且つ、第一室２６内全体にバイオフィルムが発生するよりも前の、ケース部２２の内周面側にバイオフィルムが生じた段階でバイオフィルムの発生を検出することができる。そのため、バイオフィルムによるリスク発生の低減に寄与することができる。
ここで、ケース部２２側に付着したバイオフィルムは、流体殺菌モジュール１に対する定期的なメンテナンス時に、懐中電灯等の光源をケース部２２の外周面に近接させ、ケース部２２の内側の反射から汚れ状態を視認することで、発生状況を確認することができる。

【0050】

これに対し、内筒２１側は、内筒２１とケース部２２との間に、流入側の整流室となる第一室２６及び流出側の整流室となる第二室２７が設けられており、すなわち、屈折率の異なる流体層が存在する。そのため、内筒２１側に付着したバイオフィルムは、ケース部２２の外側からは視認することはできない。つまり、内筒２１側にバイオフィルムが付着していたとしても視認することは困難である。そのため、内筒２１側は、ケース部２２側よりもバイオフィルムの発生が遅くなる工夫が実用上から非常に重要となる。つまり、ケース部２２側にバイオフィルムが付着したことを検出した時点で内筒２１側にはバイオフィルムは発生していないと予測されることから、ケース部２２側にバイオフィルムが付着したことを検出するタイミングで内筒２１についてもバイオフィルムに対する対処を行えばよい。

【0051】

このように本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１は、第一室２６におけるバイオフィルムの発生を抑制することができる。したがって、第一室２６を設けることによる殺菌効果の低下を、より小さくすることができる。

【0052】

（２）本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１は、内筒２１の肉厚を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とし、さらに、内筒２１を、拡散透過率が１％／１ｍｍ以上、２０％／１ｍｍ以下であり、且つ紫外線領域における全反射率が８０％／１ｍｍ以上、９９％／１ｍｍ以下である紫外線反射性材料で形成している。

【0053】

そのため、発光部３から処理流路２１ｄに向けて照射された紫外光を処理流路２１ｄ内に高密度に紫外光を閉じ込めることができ、強い殺菌力を発揮させることができる。また、内筒２１は紫外光の一部は透過させるため、処理流路２１ｄ内に照射された紫外光は、図６中に符号Ｚで示すように、内筒２１を透過して第一室２６及び第二室２７内に向けて照射される。つまり、第一室２６及び第二室２７内の流体に対しても紫外光照射が行われることになるため、これら第一室２６や第二室２７に溜まっている対象物に雑菌が増殖することを防止することができる。このため、第一室２６や第二室２７内に対象物が溜まっていたとしても、雑菌の生成を抑えることができ、流動開始時に菌の増殖した対象物が流出されることを抑制することができ、流体殺菌モジュール１の信頼性をより向上させることができる。なお、図６は、図２（ａ）に示す流体殺菌モジュール１を簡易的に示している。

【0054】

（３）本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１は、内筒２１とケース部２２との間の隙間を、部材２４によって流入部４側と流出部５側とに分割している。そのため、組み付け精度が低い場合であっても、第一室２６や第二室２７等、流路から対象物が漏れることを低減することができる。また、内筒２１とケース部２２との間に部材２４を介在させることで実現することができるため、製造工程の大幅な増加を伴うことなく実現することができる。また、部材２４は、弾性部材で構成されるため、例えば稼動時におけるロバストネスにも優れた流体殺菌モジュールを実現することができる。

【0055】

（４）本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１は、処理流路２１ｄを通過した対象物を、内筒２１の発光部３側の端部寄りに設けた連通口２１ａを介してのみ第二室２７に流入させて流出部５から流出させるようにしている。処理流路２１ｄを通過した対象物は全て連通口２１ａのみを通じて流出されることになる。そのため、流量が変動した場合であっても、この流量の変動に起因して処理流路２１ｄ内における流速分布が変動することを抑制することができる。そのため、流速分布が変動することにより殺菌不良が生じることを防止することができる。

【0056】

（５）本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１は、処理流路２１ｄの上流に、一定以上の容積を有する第一室２６を設けている。そのため、例えば組み付け精度にばらつきが生じる場合であっても、対象物を、第一室２６を介して処理流路２１ｄに流入させることによって、組み付け精度によるばらつきの影響を緩和させることができ、結果的に、処理流路２１ｄにおける対象物の流速のばらつきを抑制することができる。そのため、組み付け精度による個体間のばらつきが抑制された流体殺菌モジュール１を実現することができる。

【0057】

〔変形例〕
上記実施形態においては、流体の殺菌を行う流体殺菌モジュールに適用した場合について説明したが、殺菌対象は、水、水溶液、コロイド分散液等の流体であってもよく、また、空気等の気体や、氷や固体の微粉末等であってもよい。
また、上記実施形態においては、部材２４の内周面側には凸部２４ａを設け、外周面側には複数の凸部２４ｂを設けた場合について説明したが、これに限るものではない。要は、内筒２１の外周面に設けた溝２１ｂと嵌合することで、内筒２１の延びる方向への部材２４の移動を制限することができ、且つ、部材２４と内筒２１との接触面及び部材２４とケース部２２との接触面を通して、部材２４で区画される一方の側から他方の側へ対象物が移動することを阻止することが可能であって、十分な耐久性を有していれば部材２４はどのような形状であってもよい。

【0058】

例えば、図２（ａ）に示す内筒２１に代えて図７に示す内筒２１αを用いてもよい。内筒２１αは、図７に示すように、内筒２１αの延びる方向の中央部の外周面に環状の溝２１αａが形成されると共に、溝２１αａの両側に環状の凸部２１αｂ、２１αｃが形成されている。凸部２１αｂ、２１αｃは、凸部２１αｂ、２１αｃの外周面とケース部２２の内周面とが接するように形成される。また、溝２１αａにはゴム等の弾性部材からなるＯリング２１αｄが嵌められている。この内筒２１αを、ケース部２２に収容することによって、凸部２１αｂ及び２１αｃの外周面とＯリング２１αｄとがケース部２２の内周面と接触し、凸部２１αｂの流入部４側及び凸部２１αｃの流出部５側の、ケース部２２と内筒２１αとの間に隙間が形成される。この凸部２１αｂの流入部４側の隙間が第一室２６を形成し、凸部２１αｃの流出部５側の隙間が第二室２７を形成する。

【0059】

このような構成を有する内筒２１αを用いることによっても、上記と同等の作用効果を得ることができる。
また、上記実施形態においては、図２（ａ）に示すように、第一室２６と第二室２７とを備える場合について説明したが、第一室２６のみを備えている場合であっても適用することができる。

【0060】

また、上記実施形態においては、発光素子３４ａを、処理流路２１ｄの板２３とは逆側の端部に設けた場合について説明したが、板２３側に設けることも可能であり、板２３側及び板２３とは逆側の両方に設けることも可能である。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【実施例】

【0061】

図８は、本発明の一実施形態に係る流体殺菌モジュール１のシミュレーション結果を示したものである。流体殺菌モジュール１において、図２（ｂ）に示す第一室２６の断面積Ａ２６と処理流路２１ｄの断面積Ａ２１との関係を説明するためのシミュレーションを行った。
図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、内筒２１の外径φＤ１の異なる３つの流体殺菌モジュール１−１〜１−３を用いて、流入部４と第一室２６との連通部分における流速を測定した。

【0062】

各流体殺菌モジュール１−１〜１−３において、内筒２１の内径φｄ１はφ２０ｍｍ、ケース部２２の内径φｄ２はφ３４ｍｍとした。また、流体殺菌モジュール１−１の内筒２１の外径φＤ１はφ３１ｍｍ、第一室２６の断面積Ａ２６と処理流路２１ｄの断面積Ａ２１との比（Ａ２６／Ａ２１）は４８．８％とした。流体殺菌モジュール１−２の内筒２１の外径φＤ１はφ２８ｍｍ、第一室２６の断面積Ａ２６と処理流路２１ｄの断面積Ａ２１との比（Ａ２６／Ａ２１）は９３％とした。流体殺菌モジュール１−３の内筒２１の外径φＤ１はφ２６ｍｍ、第一室２６の断面積Ａ２６と処理流路２１ｄの断面積Ａ２１との比（Ａ２６／Ａ２１）は１２０％とした。

【0063】

各流体殺菌モジュール１−１〜１−３について、流路における流速分布を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図８は、図２（ａ）に示す流体殺菌モジュール１を簡易的に示している。
断面積の比Ａ２６／Ａ２１が「１」より小さい流体殺菌モジュール１−１及び１−２の場合、流入部４と第一室２６との連通部分Ｋにおける流速の最小値は１ｍ／ｓｅｃより大きく、バイオフィルムの発生を良好に抑制できることが確認された。

【0064】

一方、断面積の比Ａ２６／Ａ２１が「１」より大きい流体殺菌モジュール１−３の場合、流入部４と第一室２６との連通部分における流速の最小値は１ｍ／ｓｅｃより小さく、バイオフィルムの発生を抑制することができない可能性があることが確認された。

【0065】

以上から、バイオフィルムの発生を抑制するためには、第一室２６の断面積Ａ２６と処理流路２１ｄの断面積Ａ２１との比（Ａ２６／Ａ２１）が「１」より小さいことが好ましいことがわかる。

【0066】

１ 流体殺菌モジュール
２ 殺菌処理部
３ 発光部
４ 流入部
５ 流出部
２１ 内筒
２１ｄ 処理流路
２２ ケース部
２３ 板（整流用の板）
２４ 部材（環状の部材）
２６ 第一室
２７ 第二室
３４ 光源
３４ａ 発光素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】