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  • 特開-紫外線照射装置 図1
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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】P2023146778
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】紫外線照射装置
(51)【国際特許分類】
   C02F 1/32 20230101AFI20231004BHJP
【FI】
C02F1/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022054152
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000208765
【氏名又は名称】株式会社エンプラス
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岡田 俊範
(72)【発明者】
【氏名】本間 一輝
(72)【発明者】
【氏名】宮原 勇兵
【テーマコード(参考)】
4D037
【Fターム(参考)】
4D037AA01
4D037AB03
4D037BA18
(57)【要約】
【課題】装置を大型化することなく、光源の温度の上昇を抑制できる紫外線照射装置を提供すること。
【解決手段】紫外線照射装置は、紫外線が照射される流体が収容される空間と、空間に向けて紫外線を照射するための光源と、光源を支持する金属製の支持部材と、空間に流体を供給するための供給流路を規定する供給管と、空間の流体を排出するための排出流路を規定する排出管とを有する。供給管および排出管のすくなくとも一方は、金属製である。支持部材は、金属製の供給管または金属製の排出管に接触している。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体に紫外線を照射するための紫外線照射装置であって、
紫外線が照射される前記流体が収容される空間と、
前記空間に向けて紫外線を照射するための光源と、
前記光源を支持する金属製の支持部材と、
前記空間に流体を供給するための供給流路を規定する供給管と、
前記空間の流体を排出するための排出流路を規定する排出管と
を有し、
前記供給管および前記排出管のすくなくとも一方は、金属製であり、
前記支持部材は、金属製の前記供給管または金属製の前記排出管に接触している、
紫外線照射装置。
【請求項2】
前記支持部材は、アルミニウム製である、請求項1に記載の紫外線照射装置。
【請求項3】
前記金属は、ニッケルめっきされた黄銅である、請求項1または請求項2に記載の紫外線照射装置。
【請求項4】
前記支持部材と、金属製の前記供給管または金属製の前記排出管とは、螺合することで接触している、請求項1~3のいずれか一項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、流体に紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。例えば、特許文献1には、軸方向に延びる流路に対して、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。
【0003】
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。光源は、筐体の軸方向の一端部に配置されたケースに収容されている。筐体は、ステンレス製であり、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。テーパ構造は、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。さらにケースには、放熱ファンを配置してもよいことが記載されている。
【0004】
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。また、光源を使用することによる光源の温度の上昇は、放熱ファンを使用することで抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2019-98055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に記載の流体殺菌装置では、光源の温度の上昇を抑制するために、放熱ファンと、放熱ファンを駆動するための装置が必要となり、装置が大型化するという問題があった。
【0007】
そこで、本発明の目的は、装置を大型化することなく、光源の温度の上昇を抑制できる紫外線照射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】
本発明の一実施の形態に係る紫外線照射装置は、流体に紫外線を照射するための紫外線照射装置であって、紫外線が照射される前記流体が収容される空間と、前記空間に向けて紫外線を照射するための光源と、前記光源を支持する金属製の支持部材と、前記空間に流体を供給するための供給流路を規定する供給管と、前記空間の流体を排出するための排出流路を規定する排出管とを有し、前記供給管および前記排出管の少なくとも一方は、金属製であり、前記支持部材は、金属製の前記供給管または金属製の前記排出管に接触している。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、装置を大型化することなく、光源の温度の上昇を抑制できる紫外線照射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1図1A、Bは、実施の形態に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。
図2図2は、紫外線照射装置の断面斜視図である。
図3図3は、紫外線照射装置の断面図である。
図4図4A、Bは、排出管の材料の違いによる光源の温度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の一実施の形態に係る紫外線照射装置について、添付した図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、紫外線照射装置を流体を殺菌するための殺菌装置に適用した例について説明する。
【0012】
(紫外線照射装置の構成)
図1A、B、図2および図3は、本実施の形態に係る紫外線照射装置100の構成を示す図である。図1Aは、紫外線照射装置100の斜視図であり、図1Bは、平面図である。図2は、紫外線照射装置100の断面斜視図である。図3は、紫外線照射装置100の断面図である。
【0013】
図1A、B、図2および図3に示されるように、紫外線照射装置100は、流れる流体に紫外線を照射するための装置であって、紫外線が照射される流体が収容される空間S1と、空間S1に向けて紫外線を照射するための光源120と、光源120を支持する金属製の支持部材130と、空間S1に流体を供給するための供給流路S2を規定する供給管140と、空間S1の流体を排出するための排出流路S3を規定する排出管150とを有する。なお、本実施の形態では、紫外線照射装置100は、主として貯留壁110の第1壁111を覆うカバー160をさらに有する。
【0014】
空間S1は、貯留壁110により規定される。貯留壁110は、流体を収容するための空間S1を規定し、光源120から出射された紫外線を反射させる。貯留壁110は、1つの部材でもよいし、2以上の部材でもよい。本実施の形態では、貯留壁110は、第1壁111と、第2壁112との2つの部材を有する。貯留壁110(第1壁111および第2壁112)により規定される空間S1の形状の例には、球形状、円柱形状、角柱形状、その他の形状が含まれる。本実施の形態では、貯留壁110(第1壁111および第2壁112)により規定される空間S1の形状は、略球形状である。第1壁111は空間S1の一方の略半球形状を規定し、第2壁112は空間S1の他方の略半球形状を規定する。なお、本実施の形態では、第1壁111は後述する供給流路S2の一部も規定し、第2壁112は後述する排出流路S3の一部も規定する。本実施の形態では、第1壁111は流体の流動方向において上流側に配置されており、第2壁112は流体の流動方向において下流側に配置されている。略球形状の空間S1は、第1壁111および第2壁112を接合することで形成される。
【0015】
第1壁111および第2壁112の材料は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。第1壁111および第2壁112の材料は、同じでもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、第1壁111および第2壁112の材料は、同じ材料である。第1壁111および第2壁112の材料は、紫外線を効率的に反射する観点から、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が好ましい。貯留壁110の内径は、特に限定されないが、例えば20~60mm程度である。貯留壁110の内径を20~60mm程度とすることにより、光源120として1個のUV-C LEDのみを用いた場合であっても、貯留壁110内の流体を十分に殺菌できる。空間S1には、供給流路S2および排出流路S3が接続されている。
【0016】
供給管140は、空間S1に流体を供給するための供給流路S2を規定する。供給管140の下流側では、例えばOリングなどの第1封止部材(図示省略)が供給管140と第1壁111との間の一部の領域に配置され、液漏れを防止している。また、本10進形態では、供給管140は、螺合することでカバー160に接触している(図示省略)。供給管140の材料は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。供給管140の材料の例には、ニッケルめっきされた黄銅、ポリプロピレン(PP)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリスチレン、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)、ポリアセタール(POM)、ポリ塩化ビニル(PVC)が含まれる。本実施の形態では、供給管140の材料は、ポリプロピレンである。
【0017】
供給流路S2は、貯留壁110の内部(空間S1)に流体を供給する。供給流路S2は、その一端が空間S1に開口している。すなわち、供給流路S2の空間S1への開口部が、供給口141である。供給流路S2は、貯留壁110の内部(空間S1)に貯留壁110の内面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、供給流路S2における流体の流動方向に沿い、かつ空間S1の重心を含む断面における、供給流路S2の内面と貯留壁110の内面との接続部において、供給流路S2の内面の一部は、接続部における貯留壁110の内面の接線と一致するように、貯留壁110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S2は、貯留壁110(第1壁111)の一部と、供給管140とにより構成されている。
【0018】
排出管150は、空間S1の内部の流体を排出するための排出流路S3を規定する。排出管150の上流側では、第2封止部材152が供給管140と第1壁111との間の一部の領域に配置され、液漏れを防止している。本実施の形態では、第2封止部材152は、Oリングである。また、排出管150は、螺合することで支持部材130に接続されている。排出管150の材料は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。排出管150の材料の例には、ニッケルめっきされた黄銅、黄銅、銅、アルミニウムが含まれる。本実施の形態では、排出管150の材料は、ニッケルめっきされた黄銅である。排出管150の材料としてのニッケルめっきされた黄銅は、異種金属腐食が生じにくいため、好ましい。よって、供給管140および排出管150の少なくとも一方は、金属製である。ここで、「供給管140および排出管150の少なくとも一方は、金属製である」とは、供給管140だけが金属製でもよく、排出管150だけが金属製でもよく、供給管140および排出管150の両方が金属製でもよいことを意味する。支持部材130と、金属で形成された排出管150は、螺合することで接触している。
【0019】
排出流路S3は、貯留壁110の内部(空間S1)の流体を排出する。排出流路S3は、その一端が空間S1に開口している。すなわち、排出流路S3の空間S1への開口部が、排出口151である。排出流路S3は、貯留壁110の内部(空間S1)に貯留壁110の壁に沿って滑らかに流体を排出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、排出流路S3における流体の流動方向に沿い、かつ貯留壁110の重心を含む断面における、排出流路S3の内面と貯留壁110の内面との接続部において、排出流路S3の内面の一部は、接続部における貯留壁110の内面の接線と一致するように、貯留壁110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、排出流路S3は、貯留壁110(第2壁112)の一部と、排出管150とにより構成されている。
【0020】
支持部材130は、光源120を支持する。本実施の形態では、支持部材130は、貯留壁110の一部を覆うとともに、排出管150を支持する。支持部材130には、光源120が配置される凹部131が配置されている。支持部材130は、光源120で生じた熱を効率的に排出管150に移行させるために、金属で形成されている。支持部材130の材料は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。支持部材130の材料の例には、アルミニウム、黄銅、銅などの金属が含まれる。本実施の形態では、支持部材130の材料は、放熱性および製造コストの観点から、アルミニウムである。また、支持部材130は、光源120で生じた熱を効率よく排出管150に移行させるため、排出管150に接触している。支持部材130と、排出管150との接触方法は、特に限定されない。本実施の形態では、支持部材130と、排出管150とは、螺合により接触している。これにより、支持部材130と、排出管150との接触面積を大きくして、光源120で生じた熱を効率よく排出管150に移行させている。なお、本実施の形態では、アルミニウムは、異種金属腐食が生じやすいため、流体に接触する排出流路S3を規定する排出管150をニッケルめっきされた黄銅で形成することで、光源120で生じた熱を逃がしている。
【0021】
カバー160は、第1壁111の全部および第2壁112の一部を覆うとともに、供給管140を支持する。より具体的には、カバー160は、支持部材130と共同で貯留壁を覆う。本実施の形態では、支持部材130と、カバー160とが固定されることで、第1壁111および第2壁112とが固定される。カバー160の材料は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。カバー160の材料の例には、アルミニウム、ステンレス、黄銅、銅などの金属、ポリプロピレン(PP)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリスチレン、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)、ポリアセタール(POM)、ポリ塩化ビニル(PVC)などの樹脂が含まれる。本実施の形態では、カバー160の材料は、ポリプロピレンである。
【0022】
光源120は、貯留壁110の内部(空間S1)の流体に紫外線を照射する。光源120は、空間S1の流体に直接紫外線を照射してもよいし、窓やミラーなどの他の部材を介して空間S1の流体に紫外線を照射してもよい。本実施の形態では、貯留壁110の一部には、紫外線を透過させる窓123が配置され、光源120は窓123を通して空間S1に紫外線を照射する。
【0023】
光源120の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源120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120は、発光ダイオード(LED)である。光源120が照射する紫外線の波長は、特に限定されない。光源120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120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120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。
【0024】
光源120の位置は、空間S1の流体に紫外線を照射できれば特に限定されない。光源120は、第1壁111に配置されていてもよいし、第2壁112に配置されていてもよい。本実施の形態では、光源120は、第2壁112側に配置されている。より具体的には、光源120は、支持部材130に設けられた凹部131の内部に、生じた熱が支持部材130に移行しやすいように配置されている。また、光源120は、その光軸が供給口141および排出口151のいずれにも交差しないように配置されている。
【0025】
窓123は、貯留壁110(第2壁112)の壁面の一部として配置されており、光源120から出射された紫外線を貯留壁110の内部(空間S1)へ透過させる。窓123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123の材料は、波長200nm以上830nm以下の紫外線を透過させる材料であることが好ましい。窓123の材料の例には、石英ガラス、サファイアガラス、フッ化バリウム、フッ化カルシウムが含まれる。
【0026】
また、窓123の形状は、光源120から出射された紫外線を空間S1に到達させることができれば特に限定されず、平板状でもよいし、貯留壁110の内面に合わせた形状でもよい。本実施の形態では、窓123は、平板状であり、第2壁112に設けられた凹部を覆うように配置されている。窓123の外径は、光源120から出射された紫外線を空間S1に到達させることができれば特に限定されない。例えば、窓123の外径は、貯留壁110の内径の大きさに対して、20~50%の大きさであることが好ましい。窓123の外径を大きくすることで、空間S1の広い範囲に紫外線を直接照射することができる。一方、窓123の外径を小さくすることで、空間S1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。また、本実施の形態では、第3封止部材124が窓123と第2壁112との間の一部の領域に配置され、液漏れを防止している。
【0027】
(紫外線照射装置の使用方法および光源の冷却方法)
次に、本実施の形態に係る紫外線照射装置100の使用方法および光源120の冷却方法について説明する。
【0028】
光源120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141から空間S1に導入するとともに、空間S1の流体を排出口151から取り出す。このとき、供給口141導入された流体は、直接排出口151に移動するわけではなく、螺旋状に回って空間S1に滞在する。なお、供給口141(供給流路S2)側を加圧して流体を移動させてもよいし、排出口151(排出流路S3)側を減圧して流体を移動させてもよい。光源120から出射された紫外線は、貯留壁110の内面で反射される。
【0029】
ここで、光源120は、金属製の支持部材130に配置されている。また、金属製の排出管150は、排出流路S3を規定する。そして、金属製の支持部材30と、金属製の排出管150とは接触している。さらに、排出管150が規定する排出流路S3には流体が流れている。よって、光源120で生じた熱は、支持部材130、排出管150および流体の順番に伝わる。なお、本実施の形態では、支持部材130が金属で形成されており、排出管150が金属で形成されているため、光源120で生じた熱は、速やかに排出管150を介して流体に伝わる。これにより、光源120で生じた熱は、速やかに排除されるため、光源120の温度の上昇を抑制できる。
【0030】
なお、上記の例では、支持部材130は、排出管150に接触している形態を例に説明したが、支持部材130は、金属製の供給管140に接触していてもよい。この場合、供給管140は、ニッケルめっきされた黄銅で形成されていることが好ましく、排出管150は樹脂製でもよい。また、供給管140および排出管150は、金属製でもよく、ニッケルめっきされた黄銅で形成されていてもよい。
【0031】
(実験)
ここで、排出管150(または供給管140)の材料の違いによる光源120の温度および温度の変化を調べた。本実験では、支持部材130は、排出管150に接触している。排出管150の材料は、ポリプロピレンまたは無電解ニッケルめっきされた黄銅である。
【0032】
図4Aは、光源120を1つ点灯した紫外線照射装置100における流体の流量と光源120の温度との関係を示すグラフであり、図4Bは、光源120を2つ点灯した紫外線照射装置100における流体の流量と光源120の温度との関係を示すグラフである。図4A、Bの横軸は流体の流量を示しており、縦軸は光源120の温度を示している。図4A、Bの三角シンボルは、排出管150がニッケルめっきされた黄銅で構成されている場合の結果を示しており、四角シンボルは、排出管150がポリプロピレンで構成されている場合の結果を示している。光源120として、ピーク波長が280nmの紫外線発光ダイオードであるNCSU434B(日亜化学工業株式会社)を使用し、光源の駆動電流は500mAとした。
【0033】
図4A、Bにおける三角シンボルに示されるように、排出管150が金属製の場合、流量を高くしても光源120の温度に大きな変動は見られなかった。また、四角シンボルと、三角シンボルとの比較から、光源120の数に関係なく、金属製の排出管150を有する紫外線照射装置100の方が、樹脂製の排出管150を有する紫外線照射装置よりも光源120の温度が低かった。これは、金属製の排出管150を有する紫外線照射装置100では、光源120で生じた熱が、支持部材130および排出管150を介して排出流路S3内を流れる流体へ放散されたためと考えられる。すなわち、アルミニウム製の支持部材130および排出管150がヒートシンクとして機能したと考えられる。
【0034】
一方、図4A、Bにおける四角シンボルに示されるように、樹脂製の排出管150を有する紫外線照射装置では、光源120の温度が高かった。これは、光源120で生じ支持部材130に伝導された熱が、排出管150を介して排出流路S3内を流れる流体に包さんされなかったためと考えられる。すなわち、樹脂製の排出管150がヒートシンクとして機能しなかったためと考えられた。
【0035】
さらに、特に結果は示していないが、排出管150がニッケルめっきされた黄銅で構成された本実施の形態に係る紫外線照射装置100では、異種金属腐食が生じなかった。
【0036】
(効果)
本発明によれば、光源120の熱が、金属製の支持部材130と、金属製の供給管140または排出管150とを介して流体に効率よく放散されるため、光源120の温度の上昇を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明に係る紫外線照射装置は、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。
【符号の説明】
【0038】
100 紫外線照射装置
110 貯留壁
111 第1壁
112 第2壁
123 窓
124 第3封止部材
120 光源
130 支持部材
131 凹部
140 供給管
141 供給口
150 排出管
151 排出口
152 第2封止部材
160 カバー
S1 空間
S2 供給流路
S3 排出流路
図1
図2
図3
図4