特開 2022-73930 流体殺菌装置

(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】P2022073930

(43)【公開日】2022-05-17

(54)【発明の名称】流体殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20220510BHJP

   C02F 1/32 20060101ALI20220510BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021107248

(22)【出願日】2021-06-29

(31)【優先権主張番号】P 2020181521

(32)【優先日】2020-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003757

【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(72)【発明者】

【氏名】阿部 周平

(72)【発明者】

【氏名】加藤 剛雄

【テーマコード（参考）】

4C058

4D037

【Ｆターム（参考）】

4C058AA30

4C058BB06

4C058EE30

4C058KK02

4C058KK22

4D037AA00

4D037AA06

4D037AB03

4D037BA18

4D037CA00

(57)【要約】

【課題】異物の付着を抑制することができる流体殺菌装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る流体殺菌装置は、筒部と；前記筒部の一方の端部に設けられた供給ヘッドと；前記筒部の他方の端部に設けられ、前記筒部側の端面と、前記筒部側とは反対側の端面と、の間を貫通する孔を有する排出ヘッドと；前記排出ヘッドの前記孔の内部に設けられた基板と；前記基板の、前記筒部側の面に設けられ、紫外線を照射可能な発光素子と；前記排出ヘッドに設けられ、前記発光素子と対向する窓と；を具備している。前記筒部の内側面の表面粗さＲａは、５０ｎｍ（ナノメートル）以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒部と；
前記筒部の一方の端部に設けられた供給ヘッドと；
前記筒部の他方の端部に設けられ、前記筒部側の端面と、前記筒部側とは反対側の端面と、の間を貫通する孔を有する排出ヘッドと；
前記排出ヘッドの前記孔の内部に設けられた基板と；
前記基板の、前記筒部側の面に設けられ、紫外線を照射可能な発光素子と；
前記排出ヘッドに設けられ、前記発光素子と対向する窓と；
を具備し、
前記筒部の内側面の表面粗さＲａは、５０ｎｍ（ナノメートル）以下である流体殺菌装置。

【請求項2】

前記筒部は、Ｎｉ（ニッケル）を８ｗｔ％以上含むステンレスから形成されている請求項１記載の流体殺菌装置。

【請求項3】

前記窓の、前記筒部側の面に接触した状態で、前記窓の前記面に沿って移動可能なスクレーパをさらに具備した請求項１または２に記載の流体殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、流体殺菌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水などの流体に紫外線を照射して、流体を殺菌する流体殺菌装置がある。例えば、流体が流れる筒部と、筒部の端部に設けられ、筒部の内部に紫外線を照射する光源と、を備えた流体殺菌装置が提案されている。この場合、光源から照射された紫外線の一部は、筒部の内部を流れる流体に直接照射される。また、光源から照射され、筒部の内側面に入射した紫外線は、筒部の内部で反射を繰り返しながら伝搬していく。

【0003】

この様な流体殺菌装置は、例えば、海水や地下水などの殺菌にも用いることができる。ところが、海水や地下水などには、砂、微生物の死骸、無機塩などの異物が含まれている。そのため、流体殺菌装置をこの様な用途に用いると、異物が流体殺菌装置の接液部分に付着して、殺菌効果が小さくなる場合がある。

【0004】

例えば、筒部の内側面に異物が付着すると、反射率が低下する。反射率が低下すると、流体に照射される反射光（紫外線）の強度が低下するので、殺菌効果が小さくなる。また、光源と流路との間に設けられた窓に異物が付着すると、光源から流体に向けて照射された紫外線の一部が遮光されるので、殺菌効果が小さくなる。

【0005】

この場合、流体殺菌装置を分解して付着した異物を除去すると、手間と時間がかかり、また、流体殺菌装置の可動率も低くなる。
そこで、異物の付着を抑制することができる流体殺菌装置の開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８－６９１６６号公報

【特許文献2】特開２０１７－０５１２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、異物の付着を抑制することができる流体殺菌装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態に係る流体殺菌装置は、筒部と；前記筒部の一方の端部に設けられた供給ヘッドと；前記筒部の他方の端部に設けられ、前記筒部側の端面と、前記筒部側とは反対側の端面と、の間を貫通する孔を有する排出ヘッドと；前記排出ヘッドの前記孔の内部に設けられた基板と；前記基板の、前記筒部側の面に設けられ、紫外線を照射可能な発光素子と；前記排出ヘッドに設けられ、前記発光素子と対向する窓と；を具備している。前記筒部の内側面の表面粗さＲａは、５０ｎｍ（ナノメートル）以下である。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態によれば、異物の付着を抑制することができる流体殺菌装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施の形態に係る流体殺菌装置を例示するための模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0012】

図１は、本実施の形態に係る流体殺菌装置１を例示するための模式断面図である。
図１に示すように、流体殺菌装置１は、例えば、筒部２、カバー３、供給ヘッド４、排出ヘッド５、光源６、窓７、冷却部８、およびスクレーパ９を有する。

【0013】

筒部２は、筒状を呈し、両側の端部が開口している。筒部２は、例えば、円筒管とすることができる。筒部２の内部には光源６から紫外線が照射されるが、照射された紫外線の一部が、筒部２を透過して外部に漏れると、流体殺菌装置１の処理能力が低下する。そのため、筒部２は、紫外線が透過せず、且つ、紫外線に対する反射率が高い材料から形成することが好ましい。例えば、筒部２は、紫外線に対する反射率が高い金属から形成することができる。

【0014】

筒部２が、紫外線に対する反射率が高い金属を含んでいれば、筒部２の内側面に入射した紫外線を流体３０１ａに向けて反射させ易くなる。そのため、光源６から照射された紫外線の利用効率を向上させることができる。紫外線の利用効率を向上させることができれば、発光素子６１の数を少なくすることが可能となる。発光素子６１の数が少なくなれば、光源６の小型化、低コスト化、省エネルギー化などを図ることができる。

【0015】

また、筒部２の内部空間は、殺菌の対象となる流体３０１ａの流路となる。そのため、筒部２の内側面には、流体３０１ａが接触する。ここで、流体３０１ａが海水や地下水などの場合がある。例えば、海水が、金属を含む筒部２の内側面に接触すると腐食が発生する場合がある。そのため、筒部２は、海水などの腐食が生じ易い液体に対する耐食性を有する金属から形成することが好ましい。例えば、筒部２が、Ｎｉ（ニッケル）を８ｗｔ％以上含むステンレスから形成されていれば、紫外線に対する反射率と、海水などの腐食が生じ易い液体に対する耐食性を向上させることができる。ステンレスとしては、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等を使用することができる。

【0016】

また、海水や地下水などには、砂、微生物の死骸、無機塩などの異物が含まれている。流体３０１ａは筒部２の内側面に接触するので、流体３０１ａに異物が含まれていると、筒部２の内側面に異物が付着し易くなる。筒部２の内側面に異物が付着すると、紫外線に対する反射率が低下する場合がある。反射率が低下すると、流体３０１ａに照射される反射光（紫外線）の強度が低下するので、殺菌効果が小さくなるおそれがある。
この場合、流体殺菌装置１を分解して、筒部２の内側面に付着した異物を除去すると、手間と時間がかかり、また、流体殺菌装置１の可動率も低くなる。

【0017】

本発明者の得た知見によれば、筒部２の内側面の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを５０ｎｍ（ナノメートル）以下の範囲、好ましくは、３ｎｍ（ナノメートル）以上、５０ｎｍ（ナノメートル）以下の範囲にすれば、筒部２の内側面に異物が付着するのを抑制することができ、且つ、紫外線に対する反射率を向上させることができる。例えば、筒部２の内側面をバフ研磨することで、筒部２の内側面の表面粗さＲａを前記数値の範囲となるようにすることができる。

【0018】

カバー３は、筒状を呈し、両側の端部が開口している。カバー３は、例えば、円筒管とすることができる。カバー３の内部空間には、筒部２が収納される。カバー３の材料は、ある程度の剛性を有するものであれば特に限定はない。カバー３の材料は、例えば、ステンレスなどの金属とすることができる。カバー３は、例えば、供給ヘッド４と排出ヘッド５に固定することができる。カバー３の固定方法には特に限定がない。例えば、カバー３の一方の端部を供給ヘッド４に設けられた凹部や溝の内部に設け、カバー３の他方の端部を排出ヘッド５に設けられた凹部や溝の内部に設けることができる。また、例えば、カバー３の両側の端部のそれぞれにフランジを設け、一方のフランジを供給ヘッド４にネジなどで固定し、他方のフランジを排出ヘッド５にネジなどで固定してもよい。
なお、カバー３は、必ずしも必要ではなく省くこともできる。ただし、カバー３が設けられていれば、外力が筒部２に直接作用するのを抑制することができる。

【0019】

供給ヘッド４は、筒部２の一方の端部に設けられている。供給ヘッド４と筒部２の端部との間には、図示しないシール部材を設けることができる。シール部材は、供給ヘッド４と筒部２との間が液密となるように封止する。シール部材は、例えば、Ｏリングなどとすることができる。

【0020】

供給ヘッド４は、例えば、円柱状を呈し、筒部２側の端面と、筒部２側とは反対側の端面との間を貫通する孔４ａを有する。孔４ａの筒部２側の開口は、筒部２の内部空間とつながっている。孔４ａの筒部２側とは反対側の開口は、供給口４ａ１となる。供給口４ａ１には、配管を介して、流体３０１ａの供給源を接続することができる。また、フィルタや整流板などを孔４ａの内部に設けることもできる。

【0021】

供給ヘッド４の材料は、流体３０１ａと紫外線に対する耐性があれば特に限定がない。供給ヘッド４の材料は、例えば、ステンレスなどの金属とすることができる。前述したように、流体３０１ａが海水などの腐食が生じ易い液体の場合には、供給ヘッド４を、Ｎｉが８ｗｔ％以上含まれるステンレスから形成することが好ましい。このようにすれば、海水などの殺菌を行う場合であっても、供給ヘッド４に腐食が発生するのを抑制することができる。

【0022】

排出ヘッド５は、筒部２の他方の端部に設けられている。排出ヘッド５と筒部２の端部との間には、図示しないシール部材を設けることができる。シール部材は、排出ヘッド５と筒部２との間が液密となるように封止する。シール部材は、例えば、Ｏリングなどとすることができる。

【0023】

排出ヘッド５は、例えば、円柱状を呈し、孔５ａ、および孔５ｂを有する。
孔５ａの筒部２側の開口は、筒部２の内部空間とつながっている。孔５ａの筒部２側とは反対側の開口は、排出ヘッド５の側面に設けられた排出口５ａ１となる。殺菌済みの流体３０１ｂは、排出口５ａ１から排出される。排出口５ａ１には、配管を介して、殺菌済みの流体３０１ｂが収納されるタンクなどを接続することができる。
また、孔５ａは屈曲した流路となっている。孔５ａは、排出ヘッド５の筒部２側の端面に略平行な流路５ａ２と、排出ヘッド５の軸方向に延びる流路５ａ３とを有する。

【0024】

流路５ａ２は、排出ヘッド５の、筒部２側の端面に開口している。また、流路５ａ２の内壁には、窓７が露出している。流路５ａ２は、例えば、円板状の空間である。
流路５ａ３の一方の端部は、流路５ａ２の周縁近傍に接続されている。流路５ａ３の他方の端部には、排出口５ａ１が接続されている。流路５ａ３は、例えば、円筒状の空間である。

【0025】

光源６から照射された紫外線は、窓７を介して流路５ａ２に入射する。そのため、流路５ａ２を流れる流体３０１ａが、紫外線により殺菌される。また、流路５ａ２に入射した紫外線の一部は、筒部２の内部空間に照射される。筒部２の内部空間に照射された紫外線の一部は、筒部２の内側面において反射される。そのため、筒部２の内部を流れる流体３０１ａが、紫外線により殺菌される。

【0026】

孔５ｂは、排出ヘッド５の、筒部２側とは反対側の端面と、流路５ａ２とに開口している。すなわち、排出ヘッド５は、筒部２側の端面と、筒部２側とは反対側の端面と、の間を貫通する孔（孔５ｂおよび孔５ａ）を有する。
孔５ｂには、例えば、ホルダ６３の凸部６３ｂ、基板６２、および発光素子６１が設けられる。

【0027】

排出ヘッド５の材料は、流体３０１ａ、３０１ｂと紫外線に対する耐性があれば特に限定がない。排出ヘッド５の材料は、例えば、ステンレスなどの金属とすることができる。前述したように、流体３０１ａ、３０１ｂが海水などの腐食が生じ易い液体の場合には、排出ヘッド５を、Ｎｉが８ｗｔ％以上含まれるステンレスから形成することが好ましい。このようにすれば、海水などの殺菌を行う場合であっても、排出ヘッド５に腐食が発生するのを抑制することができる。

【0028】

光源６は、排出ヘッド５に着脱自在に設けられている。
光源６は、例えば、発光素子６１、基板６２、およびホルダ６３を有する。
発光素子６１は、基板６２の、筒部２側の面に設けられている。発光素子６１は、窓７に向けて紫外線を照射する。発光素子６１は、少なくとも１つ設けることができる。発光素子６１が複数設けられる場合には、複数の発光素子６１を直列接続することができる。発光素子６１は、紫外線を発生させる素子であれば特に限定はない。発光素子６１は、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードなどとすることができる。

【0029】

発光素子６１から照射される紫外線のピーク波長は、殺菌効果があれば特に限定はない。ただし、ピーク波長が２５５ｎｍ～２９０ｎｍであれば、殺菌効果を向上させることができる。そのため、ピーク波長が２５５ｎｍ～２９０ｎｍの紫外線を照射可能な発光素子６１とすることが好ましい。

【0030】

基板６２は、板状を呈し、凸部６３ｂの、筒部２側の端面に設けられている。基板６２には、配線パターンを設けることができる。基板６２の材料は、紫外線に対する耐性を有するものとすることが好ましい。基板６２の材料は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックスとすることができる。基板６２は、金属板の表面を無機材料で覆ったもの（メタルコア基板）とすることもできる。基板６２の材料がセラミックスなどであったり、基板６２がメタルコア基板であったりすれば、紫外線に対する耐性と高い放熱性を得ることができる。

【0031】

ホルダ６３は、排出ヘッド５に着脱自在に設けることができる。発光素子６１は放電ランプなどに比べて長寿命ではあるが、点灯時間が長くなれば発光効率が低下する。また、発光素子６１が故障して不灯になることも考えられる。ホルダ６３が排出ヘッド５に着脱自在に設けられていれば、発光素子６１の交換を容易とすることができる。

【0032】

ホルダ６３は、例えば、フランジ６３ａと凸部６３ｂを有する。フランジ６３ａと凸部６３ｂは一体に形成することができる。
フランジ６３ａは、板状を呈し、排出ヘッド５の、筒部２側とは反対側の端面に設けられている。フランジ６３ａは、例えば、ネジなどの締結部材を用いて排出ヘッド５に取り付けられる。

【0033】

凸部６３ｂは、フランジ６３ａの、筒部２側の面に設けられている。凸部６３ｂは、フランジ６３ａの一方の面から突出し、排出ヘッド５の孔５ｂの内部に設けられる。凸部６３ｂの、筒部２側の端面には、発光素子６１が実装された基板６２を設けることができる。また、凸部６３ｂは、排出ヘッド５に対する発光素子６１の位置を決める機能を有することができる。例えば、凸部６３ｂの側面を、排出ヘッド５の孔５ｂの内壁に接触させることができる。この様にすれば、排出ヘッド５に対する発光素子６１の位置を決めることができる。

【0034】

また、排出ヘッド５の孔５ｂと流路５ａ２は、窓７により仕切られているので、流路５ａ２に流体３０１ａがある状態でも、排出ヘッド５（光源６）の着脱が可能となる。そのため、メンテナンス性の向上を図ることができる。

【0035】

また、ホルダ６３は、発光素子６１において発生した熱を外部に放出する機能を有する。そのため、ホルダ６３は、熱伝導率の高い材料から形成することが好ましい。ホルダ６３は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属から形成することができる。また、ホルダ６３の、筒部２側とは反対側の端面や、側面などに放熱フィンを設けることもできる。

【0036】

窓７は、板状を呈し、例えば、排出ヘッド５の孔５ｂの内壁に液密となるように設けられている。すなわち、窓７は、排出ヘッド５設けられ、一方の面が、排出ヘッド５に設けられた流路５ａ２に露出している。窓７の平面形状は、例えば、四角形とすることができる。窓７の平面形状が四角形であれば、窓７の全面にスクレーパ９を接触させるのが容易となる。そのため、窓７に付着した異物を除去するのが容易となる。

【0037】

窓７は、発光素子６１と対向している。窓７と発光素子６１との間には空間５ｂ１を設けることができる。窓７は、紫外線を透過させることができ、且つ、紫外線と流体３０１ａに対する耐性を有する材料から形成される。窓７は、例えば、石英や、紫外線を透過するフッ素樹脂などから形成される。

【0038】

また、窓７の、発光素子６１側の面には、反射防止膜を設けることもできる。反射防止膜が設けられていれば、発光素子６１から照射された紫外線が窓７により反射されて、流体３０１ａに照射され難くなるのを抑制することができる。すなわち、発光素子６１から照射された紫外線の利用効率を向上させることができる。

【0039】

また、窓７の筒部２側の面には、防汚膜を設けることもできる。前述したように、流体３０１ａには異物が含まれている場合がある。異物が窓７に付着すると、発光素子６１から照射された紫外線が窓７を透過し難くなる。防汚膜が設けられていれば、異物が窓７に付着するのを抑制することができる。

【0040】

冷却部８は、例えば、ホルダ６３の、発光素子６１側とは反対側に設けることができる。冷却部８は、例えば、ホルダ６３に空気を供給するファンなどである。ホルダ６３に放熱フィンが設けられる場合には、冷却部８は、放熱フィンに空気を供給するファンとすることができる。また、冷却部８は、例えば、ホルダ６３に設けられた流路に液体を供給するものとしてもよい。すなわち、冷却部８は、空冷式であってもよいし、液冷式であってもよい。

【0041】

なお、発光素子６１の数や発熱量、流体３０１ａの温度や流量などによっては冷却部８を省くこともできる。ただし、冷却部８が設けられていれば、発光素子６１の数や印加電力などを増加させても、発光素子６１の温度が最大ジャンクション温度を越え難くなる。

【0042】

また、冷却部８が設けられていれば、流体３０１ａの温度が高くなったり、温度の高い流体３０１ａの流量が増加したりしても、発光素子６１の温度が最大ジャンクション温度を越え難くなる。そのため、対応可能な流体３０１ａの範囲を広げることができる。

【0043】

ここで、窓７の筒部２側の面には、流体３０１ａが接触するので、流体３０１ａに異物が含まれていると、窓７の筒部２側の面に異物が付着し易くなる。窓７に異物が付着すると、光源６から照射された紫外線が流路５ａ２に入射し難くなる。そのため、殺菌効果が小さくなるおそれがある。

【0044】

前述したように、窓７の筒部２側の面に防汚膜が設けられていれば、異物が付着するのを抑制することができる。しかしながら、防汚膜が設けられていても、流体３０１ａに含まれている異物の量が多い場合などには、異物の付着を抑制するのが困難となる場合がある。

【0045】

この場合、流体殺菌装置１を分解して、窓７に付着した異物を除去すると、手間と時間がかかり、また、流体殺菌装置１の可動率も低くなる。
そこで、流体殺菌装置１には、窓７に付着した異物を除去するスクレーパ９が設けられている。

【0046】

スクレーパ９は、排出ヘッド５に設けることができる。スクレーパ９と排出ヘッド５との間には、シール部材１０を設けることができる。シール部材１０は、スクレーパ９と排出ヘッド５との間が液密となるように封止する。

【0047】

スクレーパ９は、窓７の、筒部２側の面に接触した状態で、窓７の面に沿って移動可能とすることができる。例えば、スクレーパ９の一方の端部９ａは、窓７の、筒部２側の面に接触させることができる。例えば、スクレーパ９の他方の端部９ｂは、排出ヘッド５から露出させることができる。例えば、スクレーパ９は、筒部２の中心軸に直交する方向に移動可能とすることができる。
この様なスクレーパ９が設けられていれば、窓７に付着した異物を掻き取ることができる。

【0048】

スクレーパ９の移動は、例えば、作業者が行うようにしてもよいし、モータやエアシリンダなどの駆動機器を用いて行うようにしてもよい。スクレーパ９による異物の除去は、例えば、付着した異物の量に応じて行うこともできるし、定期的に行うこともできる。

【0049】

スクレーパ９の材料は、流体３０１ａと紫外線に対する耐性があれば特に限定がない。スクレーパ９の材料は、例えば、ステンレスなどの金属とすることができる。前述したように、流体３０１ａが海水などの腐食が生じ易い液体の場合には、スクレーパ９を、Ｎｉが８ｗｔ％以上含まれるステンレスから形成することが好ましい。このようにすれば、海水などの殺菌を行う場合であっても、スクレーパ９に腐食が発生するのを抑制することができる。

【0050】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0051】

１ 流体殺菌装置、２ 筒部、４ 供給ヘッド、５ 排出ヘッド、６ 光源、７ 窓、９ スクレーパ、６１ 発光素子、６３ ホルダ、６３ｂ 凸部、３０１ａ 流体、３０１ｂ 流体

【図1】