特開 2024-171139 紫外線殺菌装置

(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】P2024171139

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】紫外線殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20241204BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20241204BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

H01L23/46 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088054

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】宇和川 智

(72)【発明者】

【氏名】松友 伸司

(72)【発明者】

【氏名】大崎 和隆

(72)【発明者】

【氏名】武内 誠

(72)【発明者】

【氏名】山岡 信也

(72)【発明者】

【氏名】村中 貴志

(72)【発明者】

【氏名】手嶋 慎一郎

(72)【発明者】

【氏名】笹尾 智浩

【テーマコード（参考）】

4C058

4D037

5F136

【Ｆターム（参考）】

4C058AA20

4C058BB06

4C058KK02

4C058KK14

4C058KK23

4D037AA01

4D037AB03

4D037BA18

5F136CB07

5F136DA33

(57)【要約】

【課題】紫外線発光ダイオードの過熱を防止できる紫外線殺菌装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る紫外線殺菌装置１００は、内部に冷媒が流通する冷媒流路１１１を有する支持体１１０と、前記支持体１１０の外面に配設される１つ以上の紫外線発光ダイオード１２０と、前記紫外線発光ダイオード１２０および前記支持体１１０の外側を覆い、紫外線を透過する保護筒１３０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷媒が流通する冷媒流路を有する支持体と、
前記支持体の外面に配設される１つ以上の紫外線発光ダイオードと、
前記紫外線発光ダイオードおよび前記支持体の外側を覆い、紫外線を透過する保護筒と、を備える紫外線殺菌装置。

【請求項2】

前記冷媒を折り返すことにより、前記支持体の内側と外側で向きが異なる前記冷媒の流れを形成するよう、前記支持体は少なくとも一部に開口を有する、請求項１に記載の紫外線殺菌装置。

【請求項3】

前記支持体は、先端部が封止され、内部空間が前記冷媒流路とされる筒状であり、
前記支持体の内部に配設され、前記支持体の内部空間を、前記支持体の基端部に供給される前記冷媒を前記支持体の先端部に案内する往路と、前記冷媒を前記支持体の先端部から基端部に案内する復路と、に分割する分割部材をさらに備える、
請求項１に記載の紫外線殺菌装置。

【請求項4】

前記保護筒の外側に配置され、前記支持体の内部を流れる前記冷媒の少なくとも一部を循環させる外側流路を形成する外側流路部材と、
前記冷媒を循環させる冷却ポンプを、
さらに備える、請求項１に記載の紫外線殺菌装置。

【請求項5】

前記保護筒は、外側流路部材により支持される、請求項４に記載の紫外線殺菌装置。

【請求項6】

前記保護筒の内側で前記紫外線発光ダイオードを覆い、紫外線を透過する内部保護部材と、
前記支持体の先端部において、前記支持体の内部空間と、前記保護筒と前記内部保護部材の間の空間とを連通させる連通流路と、
前記支持体の基端部において、前記支持体の内部空間と、前記保護筒と前記内部保護部材の間の空間とを、連通させる冷却流路と、
前記支持体の内部空間と、前記保護筒と前記内部保護部材の間の空間と、に封入される前記冷媒を前記連通流路および前記冷却流路を通して流動させる冷却ポンプと、
をさらに備える、請求項１に記載の紫外線殺菌装置。

【請求項7】

前記支持体および前記保護筒は、それぞれ軸方向に連結可能な１以上のモジュールから形成される請求項１から６のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。

【請求項8】

少なくとも１つの前記紫外線発光ダイオードは、出射される紫外光の少なくとも一部が前記保護筒の軸方向に照射されるように配設される、請求項１から６のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外線殺菌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

タンク、流路等において、水に紫外線を照射して殺菌を行う紫外線殺菌装置が知られている。近年、紫外線を発する紫外線発光ダイオード（ＵＶ－ＬＥＤ）を光源とする紫外線殺菌装置の利用が検討されている。紫外線発光ダイオードは比較的発光効率が低いため、発熱により自身の温度を増大させ得る。紫外線発光ダイオードの温度が高くなり過ぎると、紫外線発光ダイオードが損傷したり、寿命が短くなったりするおそれがある。このため、紫外線発光ダイオードに、雰囲気中に熱を放散させる放熱部材（ヒートシンク）を設けることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７９３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

殺菌効率を高めるために、例えばタンクや流路の内部に突出するよう紫外線光源を配置する浸漬式の紫外線殺菌装置も知られている。浸漬式の紫外線殺菌装置では、液体の中に配置されるガラス管等の密閉容器の中に光源が配置されるために、雰囲気中に放熱するだけでは光源（紫外線発光ダイオード）の過熱を十分に抑制できないおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、紫外線発光ダイオードの過熱を防止できる紫外線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】

【0006】

本発明の一態様に係る紫外線殺菌装置は、内部に冷媒が流通する冷媒流路を有する支持体と、前記支持体の外面に配設される１つ以上の紫外線発光ダイオードと、前記紫外線発光ダイオードおよび前記支持体の外側を覆い、紫外線を透過する保護筒と、を備える。

【0007】

上述の紫外線殺菌装置において、前記冷媒を折り返すことにより、前記支持体の内側と外側で向きが異なる前記冷媒の流れを形成するよう、前記支持体は少なくとも一部に開口を有してもよい。

【0008】

上述の紫外線殺菌装置において、前記支持体は、先端部が封止され、内部空間が前記冷媒流路とされる筒状であり、紫外線殺菌装置は、前記支持体の内部に配設され、前記支持体の内部空間を、前記支持体の基端部に供給される前記冷媒を前記支持体の先端部に案内する往路と、前記冷媒を前記支持体の先端部から基端部に案内する復路と、に分割する分割部材をさらに備えてもよい。

【0009】

上述の紫外線殺菌装置は、前記保護筒の外側に配置され、前記支持体の内部を流れる前記冷媒の少なくとも一部を循環させる外側流路を形成する外側流路部材と、前記冷媒を循環させる冷却ポンプを、さらに備えてもよい。

【0010】

上述の紫外線殺菌装置において、前記保護筒は、外側流路部材により支持されてもよい。

【0011】

上述の紫外線殺菌装置は、前記保護筒の内側で前記紫外線発光ダイオードを覆い、紫外線を透過する内部保護部材と、前記支持体の先端部において、前記支持体の内部空間と、前記保護筒と前記内部保護部材の間の空間とを連通させる連通流路と、前記支持体の基端部において、前記支持体の内部空間と、前記保護筒と前記内部保護部材の間の空間とを、連通させる冷却流路と、前記支持体の内部空間と、前記保護筒と前記内部保護部材の間の空間と、に封入される前記冷媒を前記連通流路および前記冷却流路を通して流動させる冷却ポンプと、をさらに備えてもよい。

【0012】

上述の紫外線殺菌装置において、前記支持体および前記保護筒は、それぞれ軸方向に連結可能な１以上のモジュールから形成されてもよい。

【0013】

上述の紫外線殺菌装置において、少なくとも１つの前記紫外線発光ダイオードは、出射される紫外光の少なくとも一部が前記保護筒の軸方向に照射されるように配設されてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、紫外線発光ダイオードの過熱を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る紫外線殺菌装置を示す模式断面図である。

【図2】本発明の第２実施形態に係る紫外線殺菌装置を示す模式断面図である。

【図3】本発明の第３実施形態に係る紫外線殺菌装置を示す模式断面図である。

【図4】本発明の第４実施形態に係る紫外線殺菌装置を示す模式断面図である。

【図5】本発明の第５実施形態に係る紫外線殺菌装置を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。また、後から説明する実施形態については、先に説明した実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略することがある。

【0017】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る紫外線殺菌装置１００を示す模式断面図である。紫外線殺菌装置１００は、流体を貯留するタンクまたは流体が流通する流路の開口に取り付けられ、タンクまたは流路の内部に紫外線を照射することにより、タンクまたは流路の中の流体を殺菌する装置である。紫外線殺菌装置１００は、支持体１１０と、紫外線発光ダイオード１２０と、保護筒１３０と、ファン１４０と、フランジ１５０と、を備える。

【0018】

支持体１１０は、内部に冷媒として利用される空気、およびＵＶ透過率の高い絶縁流体が流通する第１冷媒流路１１１を有する筒状体であり、第１冷媒流路１１１に突出する複数の冷却フィン１１２を有してもよい。支持体１１０は、外面に１以上の紫外線発光ダイオード１２０を支持する。支持体１１０は、比較的熱伝導率が高い例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属から形成されることが好ましい。支持体１１０は、その外側、つまり保護筒１３０との間にも冷媒が流通する第２冷媒流路１１３を画定する。支持体１１０は、冷媒を折り返すことにより、支持体１１０の内側と外側で向きが異なる冷媒の流れを形成するよう、少なくとも一部に、典型的には図示するように先端に通気開口１１４を有する。通気開口１１４は、支持体１１０の周面に開口してもよい。

【0019】

紫外線発光ダイオード１２０は、支持体１１０の外面に配設され、流体を殺菌可能な紫外線を出射する。紫外線発光ダイオード１２０は、支持体１１０に熱を放出できるよう配設される。具体例として、紫外線発光ダイオード１２０は、プリント配線板に実装され、熱伝導性シートを介してプリント配線板を支持体１１０に取り付けることによって支持体１１０に配設され得る。

【0020】

保護筒１３０は、紫外線発光ダイオード１２０および支持体１１０の外側を覆う筒状体であり、先端（遠位端）を封止する端壁１３１を有する。保護筒１３０は、タンクまたは流路の中の流体が紫外線発光ダイオード１２０に接触することを防止する。保護筒１３０は、紫外線を透過するガラス、樹脂等から形成される。保護筒１３０は、第１冷媒流路１１１を通過して通気開口１１４から流出する冷媒を第２冷媒流路１１３に導入できるよう、支持体１１０の先端側に隙間を空けて端壁１３１を配置するよう配設される。保護筒１３０は、例えば径方向外側に平行に配設される支持棒などの不図示の支持体によって支持されてもよい。

【0021】

ファン１４０は、第１冷媒流路１１１および第２冷媒流路１１３を通して空気を流通させる。これにより、紫外線発光ダイオード１２０を冷却して、紫外線発光ダイオード１２０の過熱による発光効率の低下および寿命の短縮を防止する。

【0022】

フランジ１５０は、支持体１１０および保護筒１３０を保持し、タンクまたは流路に固定される。これにより、支持体１１０および保護筒１３０は、タンクまたは流路の中に突出するよう保持される。

【0023】

以上の構成を有する紫外線殺菌装置１００は、外気を取り込んで紫外線発光ダイオード１２０を冷却するため、紫外線発光ダイオード１２０の過熱を防止できる。

【0024】

［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る紫外線殺菌装置２００を示す模式断面図である。紫外線殺菌装置２００は、第１実施形態の紫外線殺菌装置１００と同様にタンクまたは流路の中の流体を殺菌する装置である。紫外線殺菌装置２００は、支持体２１０と、紫外線発光ダイオード１２０と、保護筒１３０と、フランジ２５０と、分割部材２６０と、を備える。

【0025】

支持体２１０は、内部空間が外部から供給される液状の冷媒が流通する冷媒流路２１１とされる筒状体である。支持体２１０の先端は、封止板２１２によって封止されている。支持体２１０は、外周面および先端面にそれぞれ紫外線発光ダイオード１２０が配設される。支持体２１０は、比較的熱伝導率が高い例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属から形成されることが好ましい。

【0026】

紫外線発光ダイオード１２０は、支持体２１０の外面に配設され、流体を殺菌可能な紫外線を出射する。本実施形態において、少なくとも１つの紫外線発光ダイオード１２０は、出射される紫外光の少なくとも一部が支持体２１０および保護筒１３０の軸方向に照射されるよう配設される。具体的には、一部の紫外線発光ダイオード１２０は、支持体２１０の封止板２１２によって形成される先端面に配設される。一部の紫外線発光ダイオード１２０が軸方向に紫外光を出射することで、多様なタンク、流路等において効率的に流体を殺菌できる。

【0027】

フランジ２５０は、支持体２１０および保護筒１３０を保持し、タンクまたは流路に固定される。フランジ２５０は、支持体２１０と保護筒１３０の間の空間の基端側を封止する。

【0028】

分割部材２６０は、支持体２１０の内部に配設され、支持体２１０の内部空間、つまり冷媒流路２１１を、支持体２１０の基端部に供給される冷媒を支持体２１０の先端部に案内する 往路２１３と、冷媒を支持体２１０の先端部から基端部に案内する復路２１４と、に分割する。このように、分割部材２６０によって支持体２１０の内側で冷媒を往復させることで、冷媒を紫外線発光ダイオード１２０やその電気回路に接触させることなく、紫外線発光ダイオード１２０を冷却できる。

【0029】

以上の構成を有する紫外線殺菌装置２００は、冷媒によって紫外線発光ダイオード１２０を効率よく冷却するため、紫外線発光ダイオード１２０の過熱を防止できる。

【0030】

［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る紫外線殺菌装置３００を示す模式断面図である。紫外線殺菌装置３００は、他の実施形態の紫外線殺菌装置１００，２００と同様にタンクまたは流路の中の流体を殺菌する装置である。紫外線殺菌装置３００は、支持体２１０と、紫外線発光ダイオード１２０と、保護筒１３０と、フランジ３５０と、分割部材２６０と、外側流路部材３７０と、冷却ポンプ３８０と、を備える。

【0031】

フランジ３５０は、支持体２１０、保護筒１３０および外側流路部材３７０を保持し、タンクまたは流路に固定される。

【0032】

外側流路部材３７０は、保護筒１３０の外側に配置され、支持体２１０の内部を流れる冷媒の少なくとも一部を循環させる外側流路３７１を形成する。外側流路部材３７０は、フランジ３５０を貫通してタンクまたは流路の内部に延出し、保護筒１３０の遠位側で折り返してフランジ３５０に戻るパイプ状の部材によって形成され得る。外側流路部材３７０の一端は、第１冷却流路３７２によって 往路２１３に接続され、外側流路部材３７０の一端は、第２冷却流路３７３によって復路２１４に接続される。外側流路部材３７０は、紫外線殺菌装置３００の内部に封入される冷媒とタンクまたは流路の内部の流体と熱交換を行う。つまり、外側流路部材３７０は、紫外線殺菌装置３００の内部に封入される冷媒の熱をタンクまたは流路の内部の流体に放出する。また、外側流路部材３７０は、保護筒１３０を支持する部材としても使用され得る。具体的には、外側流路部材３７０には、保護筒１３０を保持するサポートリング３７４が取付られてもよい。保護筒１３０を支持する部材として外側流路部材３７０を用いることで、構成を簡素化でき、紫外線を遮蔽し得る構成要素を減らすことができる。

【0033】

冷却ポンプ３８０は、紫外線殺菌装置３００の内部に封入される冷媒を循環させる。つまり、冷却ポンプ３８０は、冷媒流路２１１および外側流路３７１を通して冷媒を循環させる。冷却ポンプ３８０が冷媒を循環させることによって、冷媒が冷媒流路２１１において紫外線発光ダイオード１２０から奪った熱は、外側流路３７１においてタンクまたは流路の内部の流体に放出される。

【0034】

以上の構成を有する紫外線殺菌装置３００は、冷媒によって紫外線発光ダイオード１２０を効率よく冷却するため、紫外線発光ダイオード１２０の過熱を防止できる。また、紫外線殺菌装置３００は、内部に封入した冷媒を循環させて、紫外線発光ダイオード１２０の熱をタンクまたは流路の内部の流体に放出するため、外部から継続的に冷媒を供給する必要がなく、冷媒の排水が生じない。

【0035】

［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態に係る紫外線殺菌装置４００を示す模式断面図である。紫外線殺菌装置４００は、他の実施形態の紫外線殺菌装置１００，２００，３００と同様にタンクまたは流路の中の流体を殺菌する装置である。紫外線殺菌装置４００は、支持体４１０と、紫外線発光ダイオード１２０と、保護筒１３０と、フランジ４５０と、冷却ポンプ４８０と、内部保護部材４９０と、を備える。

【0036】

支持体４１０は、内側の空間が冷媒が流通する第１冷媒流路４１１とされる筒状体である。つまり、支持体４１０の内部空間が第１冷媒流路４１１である。支持体４１０は、外面に１以上の紫外線発光ダイオード１２０を支持する。支持体４１０は、比較的熱伝導率が高い例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属から形成されることが好ましい。支持体４１０は、少なくとも一部に、典型的には図示するように先端に冷媒を流出させ得る流通開口４１２を有する。流通開口４１２は、支持体４１０の周面に開口してもよい。

【0037】

内部保護部材４９０は、紫外線を透過する材料から形成され、保護筒１３０の内側で紫外線発光ダイオード１２０を気密に覆うよう配設される。内部保護部材４９０は、支持体４１０に嵌装され、先端に支持体４１０との間を封止するリブ４９１を有する筒状体とされ得る。また、内部保護部材４９０は、１以上の紫外線発光ダイオード１２０を覆うよう支持体４１０の外面に気密に取り付けられる複数のドーム状の部材であってもよく、支持体４１０の外面に紫外線発光ダイオード１２０を埋め込むよう盛り付けられた樹脂モールドであってもよい。保護筒１３０と内部保護部材４９０と間の空間は、冷媒が流通する第２冷媒流路４９２となる。また、支持体４１０および内部保護部材４９０の先端と保護筒１３０の端壁１３１との間の空間は、第１冷媒流路４１１と第２冷媒流路４９２とを連通させる連通流路４９３となる。

【0038】

フランジ４５０は、支持体４１０および保護筒１３０を保持し、タンクまたは流路に固定される。フランジ４５０は、保護筒１３０と内部保護部材４９０の間の空間、つまり第２冷媒流路４９２に開口する貫通流路４５１を有する。

【0039】

冷却ポンプ４８０は、紫外線殺菌装置３００の内部に封入される冷媒を循環させる。つまり、冷却ポンプ４８０は、第１冷媒流路４１１および第２冷媒流路４９２を通して冷媒を循環させる。冷却ポンプ４８０は、貫通流路４５１を通して冷媒流路２１１と外側流路３７１を接続する冷却流路４８１に設けられ得る。

【0040】

以上の構成を有する紫外線殺菌装置４００は、保護筒１３０を介して冷媒とタンクまたは流路の内部の流体との熱交換を行う。これにより、冷媒が冷媒流路２１１において紫外線発光ダイオード１２０から奪った熱は、タンクまたは流路の内部の殺菌対象である流体に放出される。このように、紫外線殺菌装置４００は、少量の冷媒を循環させることにより、紫外線発光ダイオード１２０の過熱を防止できるので、冷媒の排水が生じない。
［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態に係る紫外線殺菌装置５００を示す模式断面図である。紫外線殺菌装置５００は、他の実施形態の紫外線殺菌装置１００，２００，３００，４００と同様にタンクまたは流路の中の流体を殺菌する装置である。紫外線殺菌装置５００は、支持体５１０と、紫外線発光ダイオード１２０と、保護筒５３０と、フランジ５５０と、冷却ポンプ５８０と、を備える。

【0041】

支持体５１０は、内部に冷媒が流通する冷媒流路５１１を有する筒状体であり、外面に１以上の紫外線発光ダイオード１２０を支持する。支持体５１０は、軸方向に連結可能な１以上の支持体モジュール５１２から形成される。支持体モジュール５１２は、両端が開口している。支持体モジュール５１２は、互いに軸方向に接続するフランジ、フェルール、ネジ等の接続構造５１３を有する。

【0042】

保護筒５３０は、紫外線発光ダイオード１２０および支持体５１０の外側を覆う筒状体である。保護筒５３０と支持体５１０の間の空間の基端側はフランジ５５０によって封止され、保護筒５３０と支持体５１０の空間の先端側は、環状の封止部材５３１によって封止される。このため、冷媒流路５１１先端部は、タンクまたは流路の内部空間に開放される。また、保護筒５３０は、軸方向に連結可能な１以上の保護筒モジュール５３２から形成される。保護筒モジュール５３２は、互いに軸方向に接続するフランジ、フェルール、ネジ等の接続構造５３３を有する。

【0043】

フランジ５５０は、支持体５１０および保護筒５３０を保持し、タンクまたは流路に固定される。フランジ５５０は、保護筒１３０の外側に開口する貫通流路５５１を有する。

【0044】

冷却ポンプ５８０は、タンクまたは流路の中の流体を支持体５１０の冷媒流路５１１および貫通流路５５１を通過するよう流動させる。つまり、紫外線殺菌装置５００では、紫外線発光ダイオード１２０を冷却するための冷媒としてタンクまたは流路の中の殺菌対象である流体を使用する。冷却ポンプ５８０は、貫通流路５５１を通して第１冷媒流路５１１とタンクまたは流路の内部空間と冷媒流路５１１とを接続する冷却流路５８１に設けられ得る。

【0045】

以上の構成を有する紫外線殺菌装置５００は、タンクまたは流路の中の流体を冷媒として使用するため、冷媒の排水が生じない。また、紫外線殺菌装置５００を長さ方向に接続される複数のモジュール５１２，５３２から構成されるため、タンクまたは流路の形状に応じて適切な長さを有するものとされ得る。

【0046】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。

【符号の説明】

【0047】

１００，２００，３００，４００，５００ 紫外線殺菌装置
１１０，２１０，４１０，５１０ 支持体
１１１，１１３，２１１，４１１，４９２，５１１ 冷媒流路
１１２ 冷却フィン
１１４ 通気開口
１２０ 紫外線発光ダイオード
１３０，５３０ 保護筒
１３１ 端壁
１４０ ファン
１５０，２５０，３５０，４５０，５５０ フランジ
２１２ 封止板
２１３ 往路
２１４ 復路
２６０ 分割部材
３７０ 外側流路部材
３７１ 外側流路
３７２，３７３ 冷却流路
３７４ サポートリング
３８０，４８０，５８０ 冷却ポンプ
４１２ 流通開口
４５１，５５１ 貫通流路
４８１，５８１ 冷却流路
４９１ リブ
４９３ 連通流路
５１２ 支持体モジュール
５１３ 接続構造
５３１ 封止部材
５３２ 保護筒モジュール
５３３ 接続構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】