特開 2024-7562 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】P2024007562

(43)【公開日】2024-01-18

(54)【発明の名称】流体殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/32 20230101AFI20240110BHJP

   A61L 2/10 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

C02F1/32

A61L2/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023183041

(22)【出願日】2023-10-25

(62)【分割の表示】P 2022106941の分割

【原出願日】2022-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000195029

【氏名又は名称】星和電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104569

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 正夫

(72)【発明者】

【氏名】黒川 篤

【テーマコード（参考）】

4C058

4D037

【Ｆターム（参考）】

4C058AA20

4C058BB06

4C058DD11

4C058KK02

4C058KK46

4D037AA01

4D037AB03

4D037BA18

4D037BB04

(57)【要約】

【課題】中心部分の流体の速度と周辺部分の流体の速度とを均一化、すなわち流路の位置の違いによって流路内を流れる水の速度のばらつきがなく、流路内を流れる位置の違いに関わらず、殺菌の程度を均一化する。
【解決手段】殺菌対象となる流体である水が流通される断面円形の流路１００と、この流路１００に水を導く導入管５００と、この導入管５００と流路１００との間に設けられる整流部７００と、前記流路１００内を流通する水に紫外線を照射する光源２１０を含む光源モジュール２００とを備えており、前記整流部７００は複数個の開口７１１、７２１が開設された上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とを所定の間隔を空けて設置したものであり、前記開口は６０°千鳥パターン、４５°千鳥パターン、並列パターン、同心円パターンのいずれかであり、かつ上流側整流板７１０の開口７１１の位置と下流側整流板７２０の開口７２１の位置とは異なっている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

殺菌対象となる流体が流通される断面円形の流路と、この流路に流体を導く導入管と、この導入管と流路との間に設けられる整流部と、前記流路内を流通する流体に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールとを具備しており、前記整流部は複数個の開口が開設された整流板を複数枚所定の間隔を空けて設置したものであり、前記開口は６０°千鳥パターン、４５°千鳥パターン、並列パターン、同心円パターンのいずれかであり、かつ整流板の開口の位置は整流板ごとに異なっていることを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項2】

前記整流板は、同一の金型を用いて板材に複数個の開口を開設したものであり、開口を開設する際には板材をずらすことで整流板ごとに開口の位置を異ならせていることを特徴とする請求項１記載の流体殺菌装置。

【請求項3】

前記整流板は、同一の金型を用いて板材に複数個の開口を開設したものであり、開口の位置はすべての整流板で同一であり、かつ整流板を回転させることで整流板ごとに開口の位置を異ならせていることを特徴とする請求項１記載の流体殺菌装置。

【請求項4】

前記開口は、すべてが同じ大きさに設定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の流体殺菌装置。

【請求項5】

前記整流板は、２枚であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の流体殺菌装置。

【請求項6】

前記光源は、波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであることを特徴とする請求項１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、紫外線を照射して水等の流体を殺菌する流体殺菌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、紫外線を照射して水を殺菌する流水殺菌装置が知られている。
紫外線のうち、波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下のＵＶＣは特に殺菌力が強いため、流水殺菌装置には適したものとなっている。
流水殺菌装置としては、特開２０１９－０３４２９７号公報に記載されたように、紫外線を照射する光源に発光ダイオードを用いたものがある。この流水殺菌装置で使用される紫外線は、波長２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線が、かつ照射する光に波長２００ｎｍ以下の光を含まないものである。

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０３４２９７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

流路内を流通する水の速度は、流路の中心部分では大きく、周辺部分では小さくなる。すなわち、流路の位置の違いによって水の速度が異なる。
流路の位置によって水の速度が異なると、殺菌が不均一になる。すなわち、速度の大きい中心部分の水はＵＶＣの照射時間が短く、速度の小さい周辺部分の水はＵＶＣの照射時間が長くなる。このため、中心部分の水は、周辺部分の水より殺菌の程度が低く、全体で殺菌の程度の不均一が生じる。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、中心部分の流体の速度と周辺部分の流体の速度とを均一化、すなわち流路の位置の違いによって速度のばらつきがなく、流路内を流れる位置に関わらず、殺菌の程度を均一化した流体殺菌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】

本発明に係る流体殺菌装置は、殺菌対象となる流体が流通される断面円形の流路と、この流路に流体を導く導入管と、この導入管と流路との間に設けられる整流部と、前記流路内を流通する流体に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールとを具備しており、前記整流部は複数個の開口が開設された整流板を複数枚所定の間隔を空けて設置したものであり、前記開口は６０°千鳥パターン、４５°千鳥パターン、並列パターン、同心円パターンのいずれかであり、かつ整流板の開口の位置は整流板ごとに異なっている。

【0007】

前記整流板は、同一の金型を用いて板材に複数個の開口を開設したものであり、開口を開設する際には板材をずらすことで整流板ごとに開口の位置を異ならせているか、または同一の金型を用いて板材に複数個の開口を開設したものであり、開口の位置はすべての整流板で同一であり、かつ整流板を回転させることで整流板ごとに開口の位置を異ならせている。

【0008】

前記開口は、すべてが同じ大きさに設定されている。

【0009】

前記整流板は、２枚である。

【0010】

前記流体は、液体である。

【0011】

前記光源は、波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードである。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る流体殺菌装置は、整流部を開口が異なる位置（例えば、６０°千鳥パターン、４５°千鳥パターン、並列パターン、同心円パターンのいずれか）に開設された複数枚の整流板から構成し、同一の金型を用いて開口の開設時には板材をずらすことで整流板ごとに開口の位置を異ならせているか、または同一の金型を用いて板材に開口の開設時には整流板を回転させることで整流板ごとに開口の位置を異ならせている。 このため、流路内を流通する流体の速度を流路内の位置に関わらずほぼ均一にすることができるので、流体に対する光源モジュールからの紫外線の照射時間をほぼ均一化し、殺菌の度合いをほぼ均一化するこことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略的端面図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の整流部を構成する整流板の図面であって、同図（Ａ）は上流側整流板の概略的正面図、同図（Ｂ）は下流側整流板の概略的正面図、同図（Ｃ）は下流側整流板の中心位置を示す概略的正面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の整流部を構成する整流板に開設される開口のパターンを示す図面であって、同図（Ａ）は６０°千鳥の模式図、同図（Ｂ）は４５°千鳥の模式図、同図（Ｃ）は並列の模式図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の整流部を構成する上流側整流板の開口と下流側整流板の開口との位置関係を示す模式図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の整流部を構成する上流側整流板と下流側整流板とをそれぞれの開口がずれた位置にある場合の流路内における水の速度を示す概略的説明図である。

【図6】整流部が上流側整流板と下流側整流板との２枚の整流板から構成され、かつ２枚の整流板の開口の位置が揃っている場合の流路内における水の速度を示す概略的説明図である。

【図7】整流部が１枚の整流板のみで構成されている場合の流路内における水の速度を示す概略的説明図である。

【図8】整流部が上流側整流板と下流側整流板との２枚の整流板から構成され、かつ上流側整流板に対して下流側整流板を１５°回転させた場合の流路内における水の速度を示す概略的説明図である。

【図9】整流部が上流側整流板と下流側整流板との２枚の整流板から構成され、かつ上流側整流板に対して下流側整流板を３０°回転させた場合の流路内における水の速度を示す概略的説明図である。

【図10】整流部が上流側整流板と下流側整流板との２枚の整流板から構成され、かつ上流側整流板に対して下流側整流板を４５°回転させた場合の流路内における水の速度を示す概略的説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置１０００は、殺菌対象となる流体が流通される断面円形の流路１００と、この流路１００に流体を導く導入管５００と、この導入管５００と流路１００との間に設けられる整流部７００と、前記流路１００内を流通する流体に紫外線を照射する光源２１０を含む光源モジュール２００とを備えており、前記整流部７００は複数個の開口７１１、７２１が開設された上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とを所定の間隔を空けて設置したものであり、前記開口は６０°千鳥パターン、４５°千鳥パターン、並列パターン、同心円パターンのいずれかであり、かつ上流側整流板７１０の開口７１１の位置と下流側整流板７２０の開口７２１の位置とは異なっている。

【0015】

なお、以下の説明では殺菌対象となる流体は水とするが、本発明に係る流体殺菌装置は、水以外の液体や気体等の他の流体にも適用することができることはいうまでもない。

【0016】

この流体殺菌装置１０００を構成する流路１００は、始端と終端にフランジ１１０、１２０がそれぞれ設けられた円筒形の直管型に形成されている。この流路１００の終端は、フランジ１２０よりも後側に突出しており、この突出した部分の側面に複数個の流出孔１３０が等間隔で形成されている。複数個の流出孔１３０は流路１００の終端側に開設されていることになる。
なお、この流路１００は、フッ素樹脂で成形されている。

【0017】

かかる流路１００の始端には、殺菌対象となる水を流路１００に導く導入管５００が接続されている。この導入管５００と流路１００との間には、流路１００内を流通する水を整流するための整流部７００が介在されている。
水は導入管５００の中心位置から流路１００内に導入されるようになっている。
この導入管５００と整流部７００とは、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製である。

【0018】

前記整流部７００は、上流側に設置される上流側整流板７１０と、下流側に設置される下流側整流板７２０との２枚の整流板から構成される。
上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とは、流路１００の内側形状に対応した円形に形成されている。かかる上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とは、パンチングメタルと称されるものであって、図２に示すように、複数個の円形の開口７１１、７２１が等間隔に開設されている。

【0019】

前記上流側整流板７１０は、図２（Ａ）に示すように、外径が３２ｍｍの円形の金属板材に直径が１ｍｍの開口７１１を複数個開設したものである。しかも、複数個の開口７１１の間隔は２ｍｍピッチに設定されている。
また、前記下流側整流板７２０は、図２（Ａ）に示すように、外径が３２ｍｍの円形の金属板材に直径が１ｍｍの開口７２１を複数個開設したものである。しかも、複数個の開口７２１の間隔は２ｍｍピッチに設定されている。

【0020】

しかも、上流側整流板７１０は外径３２ｍｍの円形の金属板材の中心に開口７１１が開設されるように、下流側整流板７２０は外径３２ｍｍの円形の金属板材の中心が図２（Ｃ）に示すように３つの開口７２１で形作られる正三角形の中心と一致するようにしている。
すなわち、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とは同一の金型で形成されるが、開口７１１、７２１の開設の際に金属板材をずらすことでそれぞれの開口７１１、７２１の位置がずれるようになっている。

【0021】

なお、開口７１１、７２１は、図３（Ａ）に示すように、６０°で交差する３組の平行線の交点を中心として開設されるようになっている。この開口７１１、７２１の配置パターンは、６０°千鳥と称されている。
なお、開口７１１、７２１の配置パターンは６０°千鳥に限定されるものではなく、図３（Ｂ）に示すような４５°千鳥と称されるパターン、図３（Ｃ）に示すような並列と称されるパターンや同心円上に一定間隔で配置されるようなものであってもよい。
また、各整流板７１０、７２０の外径寸法や開口７１１、７２１の直径、ピッチ間隔は上述のものに限定されるものでないことはいうまでもない。
これは以下の実施の形態でも同様である。

【0022】

前記 上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とで、同一の金型を使用し、開口７１１、７２１を開設する際に板材をずらすことでそれぞれの開口７１１、７２１の位置を異ならせているが、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とで金型を違うものして両整流板７１０、７２０のそれぞれの開口７１１、７２１の位置を異なるようにしてもよいことはいうまでもない。
ただし、同一の金型を使用することで製造工数、製造コストの低減を図ることができるというメリットがある。

【0023】

上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とを加工する際に、上流側整流板７１０の開口７１１は上流側整流板７１０の中心に開口７１１が開設されるように金型をセットして開口７１１を開設し、下流側整流板７２０の開口７２１は下流側整流板７２０の中心にからずれた位置に開口７２１が開設されるように金型をセットして開口７２１を開設するので、開口７１１、７２１が開設された上流側整流板７１０と下流側整流板７２０を所定の間隔を有して平行に設置すると、図４に示すように、上流側整流板７１０の開口７１１と下流側整流板７２０の開口７２１とはずれた位置に存在することになる。

【0024】

なお、図４に示す上流側整流板７１０の開口７１１と、下流側整流板７２０の開口７２１とは一部が重なった状態になっているが、両開口７１１、７２１が完全に重ならないようになっていてもよい。

【0025】

流路１００の下流側には、導出管６００が設けられる。この導出管６００は、流路１００内を流通した水を外部に排出するための複数個の流出孔１３０をカバーする導出部６１０と、光源モジュール２００がセットされる光源セット部６４０とを有している。
この導出管６００は、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製である。

【0026】

前記導出部６１０は、流路１００のフランジ１２０より下流側の外周面を覆うようになっている。この導出部６１０により流出孔１３０を覆った環状の流出路６２０が形成されることになる。
従って、流路１００内を流通した水は、排出孔１３０を介して流出路６２０に導かれ、流出路６２０を介して導出口６３０に導かれ外部に排出されることになる。

【0027】

前記光源モジュール２００は、前記流路１００の終端側に位置するものであって、波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードである光源２１０と、この光源２１０が実装される実装基板２２０と、この実装基板２２０が設置される蓋部２３０と、流路１００の終端を閉塞するガラス窓４００とを有している。
すなわち、光源モジュール２００は、上流側からみるとガラス窓４００、光源２１０、実装基板２２０、蓋部２３０の順に並ぶことになる。

【0028】

前記ガラス窓４００は石英ガラス製であり、その周縁にはフッ素ゴム製のパッキン４１０が設けられている。このガラス窓４００は、前記光源２１０の前面側（紫外線が発される側）に位置することになり、流路１００内を流通する水に対して光源モジュール２００からの紫外線を透過させることになる。従って、このガラス窓４００は光源２１０から発せられる波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を透過させることができるものが使用される。
また、このガラス窓４００は、光源モジュール２００の内部に流路１００内を流通する水が浸入しないようにする役目をも有している。

【0029】

このように構成された流体殺菌装置１０００においては、導入管５００から流路１００内に導入された水は、流路１００の終端側に位置する光源モジュール２００の光源２１０から発せられる波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線によって効率的に殺菌される。

【0030】

流路１００内において殺菌された水は、流路１００の終端側の流出孔１３０→導出管６００の導出部６２０→導出口６３０の順に通過して、外部に排出される。

【0031】

整流部７００が上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との２枚の整流板から構成されるものであり、かつ上流側整流板７１０の開口７１１と下流側整流板７２０の開口７２１とがずれている場合、流路１００内での水の速度は図５に示すようになる。
すなわち、流路１００内での水の速度は、その位置に関わらず、中心部分でも周辺部分でもばらつきなくほぼ同一の速度になることが確認されている。

【0032】

なお、流路１００内での水の速度は、色の濃度で示されており、黒色になるほど速度が高いことを示している。なお、この水の速度の表し方は、本願における他の図面でも同様である。

【0033】

これに対して、整流部１７００上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との２枚の整流板から構成されるものであっても、上流側整流板７１０の開口７１１と下流側整流板７２０の開口７２１とが一致している場合、流路１００内での水の速度は図６に示すようになる。
すなわち、流路１００内での水の速度は、中心部分で大きく、周辺部分にいくに従って小さくなる。つまり，流路１００内での水の速度には場所によってばらつきが生じていることが確認できる。

【0034】

また、整流板が１枚で構成された従来の整流部が組み込まれた流体殺菌装置における流路１００内での水の速度は、図７に示すように、中心部分で大きく、周辺部分にいくに従って小さくなる。つまり，流路１００内での水の速度には場所によってばらつきが生じていることが確認できる。
すなわち、流路１００内を流通する水の速度は、整流板が１枚では、図６に示す２枚の整流板７１０、７２０の開口７１１、７２１の位置が一致しているものとほぼ同等になることが確認できる。

【0035】

上流側整流板７１０の開口７１１と下流側整流板７２０の開口７２１とがずれている場合、流路１００内での水の速度は、その位置に関わらず、中心部分でも周辺部分でもばらつきなくほぼ同一の速度になるのは以下のような理由によると考えられる。
すなわち、水は導入管５００の中心位置から流路１００内に導入されるようになっているため、導入管５００の中心部分、ひいては流路１００の中心部分には水が最短距離で供給されるが、周辺部分には水が拡散した後に供給される。このため、中心部分での水の速度は大きく、周辺部分での水の速度は小さくなる。

【0036】

ここで、上流側整流板７１０の開口７１１の位置と下流側整流板７２０の開口７２１の位置とがずれていると、中心部分の水も上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との間の隙間で拡散される。
また、周辺部分の水も上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との間の隙間で拡散されることになる。
このため、中心部分の水の速度と周辺部分の水の速度は、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との間の隙間で拡散されることによってばらつきがなくほぼ均一化される、すなわち流路１００内での位置の違いに関わらず水の速度はばらつきなくほぼ均一化されることになると考えられる。

【0037】

水の速度が流路１００内での位置の違いに関わらずほぼ均一になると、流路１００のどの位置を通過しても光源モジュール２００の光源２１０から発せられる波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線に晒される時間もほぼ均一になる。このため、流路１００内を流通する水は、流路１００内での位置の違いに関わらずほぼ同等に殺菌されることになる。

【0038】

なお、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との２枚の整流板を使用していても、両整流板７１０、７２０の開口７１１、７２１の位置が一致していると、上流側整流板７１０の開口７１１を通過した水はそのまま下流側整流板７２０の開口７２１を通過するので、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との間の隙間で拡散されることがなく、中心部分の水の速度は大きいまま、周辺部分の水の速度は小さいままになると考えられる。すなわち整流板が１枚の場合と同じようになる。

【0039】

このため、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０との２枚の整流板を使用していても、両整流板７１０、７２０の開口７１１、７２１の位置が一致していると流路１００内での位置の違いによって光源モジュール２００からの紫外線に晒される時間が異なるため、流路１００内での位置の違いによって殺菌の度合いが異なることになる。

【0040】

上述した実施の形態では、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とは同一の金型で開口７１１、７２１を開設するが、上流側整流板７１０の開口７１１は上流側整流板７１０の中心に開口７１１が開設されるように金型をセットして開口７１１を開設するが、下流側整流板７２０の開口７２１は下流側整流板７２０の中心にからずれた位置に開口７２１が開設されるように金型をセットして開口７２１を開設するようにしている。
このようにすることで上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とでは、それぞれの開口７１１、７２１の位置がずれて開設されるようになっている。

【0041】

しかしながら、上流側整流板７１０の開口７１１と下流側整流板７２０の開口７２１との位置をずらすのは上記の方法に限定されるものではない。
上流側整流板７１０も下流側整流板７２０に位置をずらすことなく、まったく同一の位置に開口７１１、７２１がそれぞれ開設されるものであっても、流体殺菌装置１０００にセットする際に上流側整流板７２０と下流側整流板７２０とを相対的に回転してセットすることによって両整流板７１０、７２０の開口７１１、７２１の位置をずらすことができる。

【0042】

上流側整流板７１０に対して下流側整流板７２０を１５°回転させた場合、３０°回転させた場合、４５°回転させた場合の流路１００内での水の速度をそれぞれ図８、図９及び図１０に示している。
いずれも場合でも、上流側整流板７１０の開口７１１と下流側整流板７２０の開口７２１とは重なることなくその位置がずれることになる。

【0043】

上流側整流板７１０に対して下流側整流板７２０を回転させると、上流側整流板７１０の開口７１１の位置と下流側整流板７２０の開口７２１の位置とが揃っている場合に比較すると、流路１００内での水の速度はばらつきが少なくなっているのが確認できる。
なお、上流側整流板７１０と下流側整流板７２０とは、外径が３２ｍｍの円形の金属板材に直径が１ｍｍの開口７１１を複数個開設したものである。しかも、複数個の開口７１１の間隔は２ｍｍピッチに設定されている。両整流板７１０、７２０とも、外径３２ｍｍの円形の金属板材の中心に開口７１１、７２１が開設されている。

【0044】

流路１００内での水の速度にばらつきがなくなると、流路１００内を流れる水は流路１００内での位置の違いに関わらずほぼ同様に光源モジュール２００の光源２１０から発せられる波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線の照射を受けることができる。このため、流路１００内を流通する水は、流路１００内での位置の違いに関わらずほぼ同様に殺菌されることになる。

【0045】

なお、上述した実施の形態では、流体殺菌装置１０００の整流部７００は上流側整流板７１０、下流側整流板７２０の２枚の整流板を備えているとしたが、３枚以上の整流板を備えるものであってもよいことはいうまでもない。

【0046】

また、上述した流体殺菌装置１０００では、殺菌対象としての流体を水として説明したが、本発明がそれに限定されるものでないことはいうまでもない。
他の流体、例えば水以外の液体、ガス等の気体も含まれるものであることはもちろんである。

【0047】

なお、上述した流体殺菌装置１０００では、光源モジュール２００は、ＵＶＣ発光ダイオードである光源２１０と、この光源２１０が実装される実装基板２２０とから構成され、光源１０とガラス窓４００との間は空間であると説明したが、この空間部分を放熱性に優れた樹脂モールドで充填することも可能である。
前記空間を樹脂モールドで充填することにより、光源２１０のより高い水密性を確保することができるので、ガラス窓４００における水密性はそれほど高いものでなくてもよくなるというメリットもある。

【符号の説明】

【0048】

１００ 流路
２００ 光源モジュール
２１０ 光源
５００ 導入管
７００ 整流部
７１０ 上流側整流板
７１１ （上流側整流板の）開口
７２０ 下流側整流板
７２１ （下流側整流板の）開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】