特開 2024-85559 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】P2024085559

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】流体殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20240620BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200136

(22)【出願日】2022-12-15

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、環境省、革新的な省ＣＯ２型感染症対策技術等の実用化加速のための実証事業（高効率・長寿命深紫外ＬＥＤの技術開発と細菌・ウイルス不活化および脱炭素効果の実証）、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】和田 聡

(72)【発明者】

【氏名】林 貴文

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智行

(72)【発明者】

【氏名】立花 和也

【テーマコード（参考）】

4C058

4D037

【Ｆターム（参考）】

4C058AA20

4C058BB06

4C058KK02

4C058KK14

4C058KK22

4C058KK46

4D037AA01

4D037AB03

4D037BA18

(57)【要約】

【課題】小型で軽量な流体殺菌装置を提供する。
【解決手段】流体殺菌装置は、紫外線を放射する光源部３０と、流体を流す空間であって光源部３０からの紫外線が入射する流路空間７０と、を有し、光源部３０は、実装基板３２と、前記実装基板３２上に実装されたＬＥＤパッケージ３１と、を有し、ＬＥＤパッケージ３１は、紫外線を放射する発光素子（ＬＥＤ３５）と、ＬＥＤ３５からの紫外線を透過し、流路空間７０に接するように配置され、ＬＥＤ３５から伝導された熱を、流路空間７０を流通する流体に伝導させるように構成されたリッド部３７と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

紫外線を放射する光源部と、
流体を流す空間であって前記光源部からの前記紫外線が入射する流路空間と、を有し、
前記光源部は、
実装基板と、
前記実装基板上に実装されたＬＥＤパッケージと、
を有し、
前記ＬＥＤパッケージは、
前記紫外線を放射する発光素子と、
前記発光素子からの前記紫外線を透過し、前記流路空間に接するように配置され、前記発光素子から伝導された熱を、前記流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されたリッド部と、を有する流体殺菌装置。

【請求項2】

前記ＬＥＤパッケージは、
内部空間と、その内部空間が開口する開口部を有し、前記発光素子を内部空間に収容し、底面側を前記実装基板に実装され、前記発光素子から発生する熱を前記開口側に伝導するように構成されているパッケージケースを有し、
前記リッド部は、前記パッケージケースの前記開口部を封止し、
前記発光素子からの熱は、前記パッケージケースを介して前記リッド部に伝導される、請求項１に記載の流体殺菌装置。

【請求項3】

前記パッケージケースは、前記流路空間に接するように配置され、前記発光素子から伝導された熱を、前記流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されている、請求項２に記載の流体殺菌装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤパッケージは、前記発光素子が載置された平板状の基板を有し、
前記リッド部は、
内部空間と、その内部空間が開口する開口部を有し、
前記開口部を前記基板側とし、前記内部空間に前記発光素子が位置するようにして、前記基板上に配置され、
前記発光素子から前記基板を介して伝導された熱を、前記流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されている、請求項１に記載の流体殺菌装置。

【請求項5】

前記内部空間は、封止部材が充填され、
前記封止部材は、前記紫外線を透過し、熱伝導率が空気よりも高い材料である、請求項２～４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項6】

前記光源部は、
前記実装基板上を覆い、前記リッド部は覆わないシール部と、
前記実装基板および前記ＬＥＤパッケージを収容し、少なくとも前記ＬＥＤパッケージを露出させる開口が形成された光源ケースと、をさらに有し、
前記シール部は、熱伝導粒子または熱伝導性繊維を含有する高分子材料により形成され、前記パッケージケースに接触し、前記光源ケースの内面に接触し、
前記光源ケースは、前記流路空間に接するように配置され、前記パッケージケースおよび前記シール部を介して伝導された前記発光素子の熱を、前記流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されている、請求項２に記載の流体殺菌装置。

【請求項7】

筒状に形成され内部が前記流路空間である流路管をさらに有し、
前記光源部は、前記流路管の軸方向の一端に配置され、前記流路管の軸方向の一端を閉塞するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項8】

筒状に形成され内部が前記流路空間である流路管をさらに有し、
前記光源部は、前記流路管の軸方向の一端に配置され、前記流路管側と前記流路管の反対側とを前記流体が流通可能に構成された貫通孔を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項9】

筒状に形成され内部が前記流路空間である流路管をさらに有し、
前記流路管の側面に貫通孔が設けられ、
前記貫通孔に前記光源部がはめ込まれている、請求項１～４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は流体殺菌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

紫外線の照射によって流水中の細菌やウイルスを殺菌する殺菌装置が知られている。光源には水銀ランプが広く用いられている。水銀ランプは水銀を用いているため毒性が強く、環境負荷が大きいという問題がある。また、水銀ランプを用いると殺菌装置が大型になる問題もある。そこで水銀ランプの紫外ＬＥＤへの置き換えが進められている。

【0003】

特許文献１－４には、紫外ＬＥＤを用いた水の殺菌装置が示されている。特許文献１－３には、水を導通させる管の一端に紫外線を透過可能な窓を設け、その窓越しに紫外線放射のＬＥＤパッケージを配置した構成が示されている。

【0004】

また、流路管として紫外線反射率の高いＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用い、流路管の内部で紫外線を反射させることで、殺菌効率を向上させることが知られている。特許文献１、２には、樹脂材料や金属材料などの管の内面にＰＴＦＥ材料を設けた流路管が示されている。また、特許文献３には、内側を紫外線透過部材とし外側をＰＴＦＥとした流路管が示されている。

【0005】

また、特許文献４には、流路管の内部に金属の台座を突出させ、台座上に紫外発光素子を実装した実装基板を配置し、紫外発光素子を覆う金属のキャップを設け、キャップに紫外線透過の窓を設けた構造が記載されている。また、台座やキャップは流路に露出しており、台座やキャップから液体に熱を逃がすことが可能であることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０１６－５２３５９４号公報

【特許文献2】特開２０２２－６９５９６号公報

【特許文献3】国際公開第２０１８／１４３３０４号

【特許文献4】特開２０２１－４１３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１－３のような殺菌装置では、従来、ＬＥＤからの熱はＬＥＤの実装基板にヒートシンクを接続し、ヒートシンクから空気に放熱していた。しかし、ヒートシンクを設けるために装置が大型化し、装置の重量も増大していた。特許文献４の台座もヒートシンクに相当するものであり、やはり重量の増加や大型化の懸念がある。

【0008】

また、流路管側とＬＥＤパッケージ側とを隔てる窓は、高い紫外線透過率と水圧に耐えられる耐圧性が求められ、使用できる材料に限定があった。また、特許文献１－３の殺菌装置では、ＬＥＤからの熱によって水蒸気が発生し、窓のＬＥＤパッケージ側が曇って紫外線の透過率が減少し、殺菌効率が悪化してしまうことがあった。

【0009】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型で軽量な流体殺菌装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様は、
紫外線を放射する光源部と、
流体を流す空間であって前記光源部からの前記紫外線が入射する流路空間と、を有し、
前記光源部は、
実装基板と、
前記実装基板上に実装されたＬＥＤパッケージと、
を有し、
前記ＬＥＤパッケージは、
前記紫外線を放射する発光素子と、
前記発光素子からの前記紫外線を透過し、前記流路空間に接するように配置され、前記発光素子から伝導された熱を、前記流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されたリッド部と、を有する流体殺菌装置、にある。

【発明の効果】

【0011】

上記流体殺菌装置では、ＬＥＤパッケージのリッド部を流路空間に露出させている。そのためリッド部から流体へと効率的に放熱することができ、ヒートシンクを設ける必要がなくなる。その結果、流体殺菌装置の小型化、軽量化を図ることができる。

【0012】

以上のごとく、上記態様によれば、小型で軽量な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】

【0013】

【図1】実施形態１における流体殺菌装置の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図2】実施形態１における流体殺菌装置の分解図。

【図3】光源部の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図4】光源部付近の、軸を含む面での断面での熱分布を示した図。

【図5】水の流量（Ｌ／ｍｉｎ）と不活化率（Ｌоｇ）の関係を示したグラフ。

【図6】光源部付近の、軸を含む面での断面での熱分布を示した図。

【図7】未焼成ＰＴＦＥと焼成ＰＴＦＥについて厚さと反射率の関係を示したグラフ。

【図8】未焼成ＰＴＦＥについて厚さと反射率の関係を示したグラフ。

【図9】流路管の反射体の反射率と照射線量の関係を示したグラフ。

【図10】パッケージケースの熱伝導率とジャンクション温度の関係を示したグラフ。

【図11】リッド部の熱伝導率とジャンクション温度の関係を示したグラフ。

【図12】変形形態２におけるＬＥＤパッケージ近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図13】変形形態３におけるＬＥＤパッケージ近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図14】変形形態４におけるＬＥＤパッケージ近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図15】変形形態５におけるＬＥＤパッケージ近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図16】変形形態６におけるＬＥＤパッケージ近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図17】実施形態２における流体殺菌装置の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面。

【図18】実施形態２における実装基板の熱伝導率とジャンクション温度の関係を示したグラフ。

【図19】実施形態３における流体殺菌装置の軸に垂直な断面図であって光源部を通る面での断面。

【図20】実施形態３における流体殺菌装置の軸を含む面での断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

流体殺菌装置は、紫外線を放射する光源部と、流体を流す空間であって光源部からの紫外線が入射する流路空間と、を有する。光源部は、実装基板と、実装基板上に実装されたＬＥＤパッケージと、を有する。ＬＥＤパッケージは、紫外線を放射する発光素子と、発光素子からの紫外線を透過し、流路空間に接するように配置され、発光素子から伝導された熱を、前記流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されたリッド部と、を有する。

【0015】

ＬＥＤパッケージは、内部空間と、その内部空間が開口する開口部を有し、発光素子を内部空間に収容し、底面側を実装基板に実装され、発光素子から発生する熱を開口側に伝導するように構成されているパッケージケースを有し、リッド部は、パッケージケースの開口部を封止し、発光素子からの熱は、パッケージケースを介してリッド部に伝導されるようにしてもよい。

【0016】

パッケージケースは、流路空間に接するように配置され、発光素子から伝導された熱を、流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されていてもよい。

【0017】

ＬＥＤパッケージは、発光素子が載置された平板状の基板を有し、リッド部は、内部空間と、その内部空間が開口する開口部を有し、開口部を基板側とし、内部空間に発光素子が位置するようにして、基板上に配置され、発光素子から基板を介して伝導された熱を、流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されていてもよい。

【0018】

内部空間は、封止部材が充填され、封止部材は、紫外線を透過し、熱伝導率が空気よりも高い材料であってもよい。

【0019】

光源部は、実装基板上を覆い、リッド部は覆わないシール部と、実装基板およびＬＥＤパッケージを収容し、少なくともＬＥＤパッケージを露出させる開口が形成された光源ケースと、をさらに有し、シール部は、熱伝導粒子または熱伝導性繊維を含有する高分子材料により形成され、パッケージケースに接触し、光源ケースの内面に接触し、光源ケースは、流路空間に接するように配置され、パッケージケースおよびシール部を介して伝導された発光素子の熱を、流路空間を流通する流体に伝導させるように構成されていてもよい。

【0020】

筒状に形成され内部が前記流路空間である流路管をさらに有し、光源部は、流路管の軸方向の一端に配置され、流路管の軸方向の一端を閉塞するように構成されていてもよい。

【0021】

筒状に形成され内部が流路空間である流路管をさらに有し、光源部は、流路管の軸方向の一端に配置され、流路管側と流路管の反対側とを液体が流通可能に構成された貫通孔を有していてもよい。流体殺菌装置を直管型に構成することができる。

【0022】

筒状に形成され内部が流路空間である流路管をさらに有し、流路管の側面に貫通孔が設けられ、貫通孔に光源部がはめ込まれていてもよい。

【0023】

（実施形態１）
１．流体殺菌装置１の構成の概要
図１は、実施形態１における流体殺菌装置１の構成を示した断面図であり、流体殺菌装置１の軸を含む面での断面である。また、図２は、実施形態１における流体殺菌装置１の分解図である。実施形態１の流体殺菌装置１は、図１、２に示すように、筐体１０と、流路管２０と、光源部３０と、スペーサ４０と、プレート５０を有している。また、光源部３０は、ＬＥＤパッケージ３１と、実装基板３２と、シール部３３と、光源ケース３４と、を有している。また、ＬＥＤパッケージ３１は、ＬＥＤ３５と、パッケージケース３６と、リッド部３７と、を有している。

【0024】

実施形態１の流体殺菌装置１は、流路管２０およびスペーサ４０の内部に水を流し、水に紫外線を照射して殺菌する装置である。流路管２０およびスペーサ４０の内部空間は流路空間７０（殺菌時に水を流す空間であって紫外線が照射される領域）である。殺菌対象は水の他にも、油、アルコールなど、任意の液体とすることが可能である。流動性を有する範囲であれば液体に固体が混合された状態でもよい。

【0025】

２．流体殺菌装置１の各構成の詳細
次に、流体殺菌装置１の各構成について詳細に説明する。

【0026】

筐体１０は筒状であり、軸方向の一方の端面に流入口１１、筒の側面であって他方の端面近傍に排出口１２が設けられている。筐体１０の材料は、たとえば黒色のＰＰ（ポリプロピレン）などである。筐体１０の内部には、流入口１１側から順に、プレート５０、流路管２０．スペーサ４０が同軸に配置されている。

【0027】

筐体１０の他方の端面は開放されている。その他方の端面近傍であって筒の内周面には、ねじ山１３が設けられている。筐体１０の他方の端面には、光源部３０がはめ込まれ、ねじ止めされていて、光源部３０によって筐体１０の他方の端面が封止されている。

【0028】

筐体１０とプレート５０との間、プレート５０と流路管２０の間、および流路管２０とスペーサ４０との間には、Ｏリング６０が設けられ、各部材の間から水が漏れることを防止している。流入口１１から流入した水は、プレート５０、流路管２０．スペーサ４０を通り、光源部３０によって紫外線を照射されたのち、排出口１２より排出される。

【0029】

流路管２０は、円筒状であり、透明管２１と、透明管２１の外周面に接して設けられた反射体２２を有している。反射体２２の外周面は筐体１０の内周面に接している。反射体２２は紫外線の反射率が高く、流路管２０側面で紫外線を反射させて流路管２０を流れる水に対して効率的に紫外線を照射することができる。

【0030】

透明管２１は、石英からなる円筒状の管であり、管内部に殺菌対象である水を流すものである。

【0031】

透明管２１の材料は石英に限らず、紫外線を透過し、吸収率が低い材料であれば任意でよい。たとえばサファイア、紫外線透過ガラス、フッ素樹脂、アクリル樹脂などを用いてもよい。特に水との屈折率差が小さい材料が好ましく、その点で実施形態１の石英は好適である。たとえば屈折率が１．３～１．５の材料が好ましい。

【0032】

透明管２１の厚さは、水圧に耐えられる強度と紫外線透過性を有する範囲であれば任意であり、たとえば０．４～３ｍｍである。垂直入射の場合に紫外線透過率が８０％以上の材料、厚さが好ましい。

【0033】

透明管２１の内周面はなるべく平坦であることが好ましく、たとえばＲＭＳ（２乗平均平方根高さ）は１μｍ以下とすることが好ましい。内周面の凹凸に菌が付着しにくくなり、内周面に汚れが付きにくくなり、殺菌効率の低下を抑制することができる。また、透明管２１の内周面にフッ素樹脂などの撥水性被膜を形成することで、透明管２１の内周面が水をはじくようにし、透明管２１の内周面の汚れを防止してもよい。

【0034】

反射体２２は、透明管２１の外周面に接して設けられている。反射体２２は、透明管２１を透過して外側へ向かう紫外線を反射させるものである。

【0035】

反射体２２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）未焼成膜を透明管２１の外周面に１～複数回巻いて形成したものである。つまり、反射体２２は、ＰＴＦＥ未焼成膜を透明管２１に積層させたもの（積層体）である。ＰＴＦＥ未焼成膜とは、ＰＴＦＥファインパウダーを未焼成のまま圧延したシート状、テープ状などの膜である。また、ＰＴＦＥファインパウダーは、ＰＴＦＥの微粒子を凝集した白色粉末である。

【0036】

ＰＴＦＥファインパウダーには、たとえば、ＪＩＳ Ｋ ６８９６：１９９５に規格されたペースト押出成形用粉（ＩＩ－１、またはＩＩ－２）を用いることができる。ＩＩ－１は、次のような特性を満たす。見かけ密度（ｇ／ｍｌ）が０．５０±０．１５、水分（％）が０．０４以下、高温揮発分（％）が０．１以下、融点（℃）が３２７±１０、比重が２．１３～２．２０、引張強さ（ＭＰａ）が１７．６以上、伸び（％）が２００以上。これら特性の測定方法はＪＩＳ Ｋ ６８９６：１９９５による。また、ＩＩ－２は、比重が２．１８～２．２８である以外はＩＩ－１と同様の特性である。

【0037】

また、ＰＴＦＥ未焼成膜には、ＪＩＳ Ｋ ６８９６：１９９５に規格されたペースト押出成形用粉を用いて製造した未焼成膜であって添加物を含まないものを用いることができる。特に、ＪＩＳ Ｋ ６８８５：２００５に規格されたＰＴＦＥ未焼成テープを用いることができる。ＪＩＳ Ｋ ６８８５：２００５に規格されたＰＴＦＥ未焼成テープは、次のような品質を満たす。見掛け密度（ｇ／ｃｍ^３）が１．０以上、引張強さ（ＭＰａ）が７．０以上、伸び（％）が２０以上、揮発減量（％）が０．５以下、不燃性であること。これらの品質についての測定方法は、ＪＩＳ Ｋ ６８８５：２００５による。

【0038】

ＰＴＦＥ未焼成膜は、未焼成であるため自己融着性を有している。そのため、透明管２１にＰＴＦＥ未焼成膜を巻き付けたときに、透明管２１とＰＴＦＥ未焼成膜の隙間、ＰＴＦＥ未焼成膜とＰＴＦＥ未焼成膜との隙間がなくなる。よって、接着剤などを使用することなく透明管２１にＰＴＦＥ未焼成膜を密着させ固定することができ、簡便に反射体２２を形成することができる。

【0039】

なお、透明管２１とＰＴＦＥ未焼成膜の隙間、あるいはＰＴＦＥ未焼成膜とＰＴＦＥ未焼成膜との間に空気層が一部残ってもよい。空気層が残ったとしても、空気層との界面で屈折率差による反射があり、また空気層を透過した紫外線はＰＴＦＥ未焼成膜によって反射されるため、反射体２２の紫外線反射率にはさほど影響しない。したがって、透明管２１にＰＴＦＥ未焼成膜を巻いて反射体２２を形成する際に、空気層が残らないようにきっちりと巻く必要はなく、簡便に反射体２２を形成することができる。

【0040】

反射体２２は、紫外線に対して高い反射率を有している。これは次の理由による。第１に、ＰＴＦＥ自体が紫外線反射率の高い材料であるためである。第２に、ＰＴＦＥ未焼成膜の自己融着性により透明管２１とＰＴＦＥ未焼成膜との間、およびＰＴＦＥ未焼成膜とＰＴＦＥ未焼成膜との間に隙間が生じないためである。第３に、ＰＴＦＥファインパウダーはせん断応力を加えると繊維状となるため、ＰＴＦＥ未焼成膜の粒子は繊維状となっており、その結果として粒子の密度が高くなっているためである。

【0041】

反射体２２の厚さは０．０２ｍｍ以上が好ましく、そのような厚さとなるようにＰＴＦＥ未焼成膜の巻き回数を設定するとよい。反射材として一般的な材料である硫酸バリウムと同等以上の反射率とすることができる。特に、反射体２２の厚さは０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。流路管２０を厚さ８ｍｍのＰＴＦＥバルクとした場合と同等以上の紫外線反射率を実現することができる。反射体２２の厚さの上限は特にないが、厚くなるにつれて紫外線反射率は飽和していくため、２ｍｍ以下とするのがよい。また、反射体２２の厚さは透明管２１の厚さよりも薄くしてもよい。また、ＰＴＦＥ未焼成膜の厚さや幅は任意でよいが、ＪＩＳ Ｋ ６８８５：２００５に規格された値としてもよい。

【0042】

流路管２０の両端にはＯリング６０がそれぞれ配置されている。そのため、透明管２１の外周面と筐体１０の内周面との間、より詳細には透明管２１の外周面と反射体２２の内周面の間、および反射体２２の外周面と筐体１０の内周面の間に水が浸入することを防止することができる。

【0043】

光源部３０は、円柱状であり、円柱の側面（後述の光源ケース３４側面）にはねじ山３８が設けられている。このねじ山３８は、筐体１０のねじ山１３に対応するものである。光源部３０は、筐体１０の開放された端面にはめ込まれ、ねじ山３８とねじ山１３がはめ合わされてねじ止めされている。また、光源部３０は、流路管２０の軸方向の一端にスペーサ４０を介して配置されている。

【0044】

光源部３０は紫外線を放射し、紫外線はスペーサ４０の一端からスペーサ４０および流路管２０の内部に入射する。これにより、スペーサ４０および流路管２０を流れる水に紫外線を照射して殺菌することができる。光源部３０の詳細な構成については後述する。

【0045】

スペーサ４０は、流路管２０と光源部３０との間に配置されている。スペーサ４０は、ＰＴＦＥからなる円筒状の管であり、流路管２０と同軸に配置されている。スペーサ４０は、光源部３０から放射される紫外線のうち軸に対して大きな角度を有した紫外線を効率的に反射させることで、水への紫外線の照射効率を高めるために設けている。

【0046】

プレート５０は、筐体１０の流入口１１と流路管２０との間に配置されている。プレート５０は円盤状であり、流路管２０と同軸に配置されている。プレート５０の材料はＰＴＦＥである。紫外線反射率の高いＰＴＦＥを用いることで、流路管２０の流入口１１側の端面に達する紫外線を反射させて流路管２０の内部に戻し、水への紫外線の照射効率を高めている。プレート５０には複数の貫通孔が設けられている。流入口１１から流入する水は、プレート５０の複数の貫通孔を通ることで分散されたのち、流路管２０に流入する。

【0047】

なお、実施形態１の流体殺菌装置１は円筒状としているが、水を流すことが可能な形状であれば任意の形状でよい。たとえば角筒状など筒状に形成してもよい。

【0048】

３．光源部３０の各構成の詳細
次に、光源部３０の構成について、図を参照に詳細に説明する。

【0049】

図３は、光源部３０の構成を示した断面図であり、光源部３０の軸を含む面での断面である。図３に示したように、光源部３０は円柱状であり、ＬＥＤパッケージ３１と、実装基板３２と、シール部３３と、光源ケース３４と、を有している。

【0050】

ＬＥＤパッケージ３１は、実装基板３２上に実装されている。ＬＥＤパッケージ３１は、ＬＥＤ（発光素子）３５と、ＬＥＤ３５を収納するパッケージケース３６と、パッケージケース３６を密封し紫外線を透過するリッド部３７とを有している。

【0051】

ＬＥＤ３５は、紫外線を放射する発光素子である。紫外線の波長は、水に対する殺菌効率の高い波長である２５０～２８５ｎｍが好ましい。１つのＬＥＤパッケージ３１にＬＥＤ３５を複数設けてもよい。

【0052】

パッケージケース３６は、上部が開口された直方体、円筒などの箱状である。箱の内側底面と外側底面には２つの電極がそれぞれ形成され、内側と外側とで電極が接続されている。パッケージケース３６の外側の底面が実装基板３２に実装されており、外側底面の電極は実装基板３２の回路と接続されている。パッケージケース３６内部にはＬＥＤ３５が収納され、箱の内側底面には、２つの電極と接続するようにＬＥＤ３５が配置されている。パッケージケース３６の形状は箱状に限らず、ＬＥＤ３５を収納する内部空間と、その内部空間が開口する開口部とを有する形状であればよい。

【0053】

パッケージケース３６はセラミックからなる。特に、紫外線反射率が高く熱伝導率の高い窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミックが好ましい。また、Ｃｕ、Ａｌなどの熱伝導性の高い金属であってもよい。また、パッケージケース３６は、実装基板３２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有した材料により形成されていてもよい。ＬＥＤ３５からパッケージケース３６を介してリッド部３７への熱伝導をより効率的に行うことができ、放熱効率を向上させることができる。また、同様の理由で、パッケージケース３６は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックや金属により形成されていることが好まし。

【0054】

リッド部３７は、平板上であり、パッケージケース３６の開口を覆うように配置されている。リッド部３７とパッケージケース３６は、樹脂やはんだにより接合されている。リッド部３７は、パッケージケース３６の開口を封止してＬＥＤ３５を密閉するとともに、ＬＥＤ３５からの紫外線を透過する窓として機能する。リッド部３７はサファイアからなる。

【0055】

リッド部３７の表面は、流路空間７０と接している。そのため、殺菌時にリッド部３７表面と水が直接接する。

【0056】

なお、リッド部３７表面の全面が流路空間７０と接している必要はないが、全面が接していることが好ましい。また、リッド部３７側面が流路空間７０と接していてもよい。

【0057】

リッド部３７は平板状に限らず、凸レンズ型であってもよい。凸レンズ型とすれば、ＬＥＤパッケージ３１から放射される紫外線の指向性が狭くなり、より効率的に紫外線を水に照射することができる。特に、リッド部３７の材料の屈折率と水の屈折率の差が大きい場合には凸レンズ型とすることが好適である。

【0058】

リッド部３７の材料はサファイアに限らず、ＬＥＤ３５から放射される紫外線を透過する材料であれば任意であるが、熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が好ましい。放熱効率を高めるためである。たとえば、石英、ホウケイ酸ガラス、フッ素樹脂などを用いることができる。放熱効率を高める点では熱伝導率の高い材料が好ましく、実施形態１のようにサファイアを用いることが好ましい。また、リッド部３７は、実装基板３２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有した材料により形成されていてもよい。ＬＥＤ３５からパッケージケース３６を介してリッド部３７への熱伝導をより効率的に行うことができ、放熱効率を向上させることができる。

【0059】

リッド部３７の厚さは、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。熱の広がりが大きくなり、放熱面積が広くなるため、リッド部３７を介した水への放熱をより効率的に行うことができる。ただし、リッド部３７が厚くなりすぎると熱抵抗が増えてしまうため、リッド部３７の面積と厚さを適切な放熱特性となるように設定することが好ましい。

【0060】

ＬＥＤパッケージ３１は複数設けてもよい。実施形態１では、ＬＥＤパッケージ３１の熱を効率的に放熱できるので、ＬＥＤパッケージ３１を複数設ける場合にＬＥＤパッケージ３１間の距離を短くすることができ、光源部３０を小型にできる。

【0061】

実装基板３２は、ＬＥＤパッケージ３１が実装された基板である。実装基板３２には、ＬＥＤパッケージ３１と電気的に接続された回路形成部材８０が実装されている。回路形成部材８０は、ＬＥＤパッケージ３１を駆動するための駆動回路や、駆動回路と電源ケーブルを接続するコネクタヘッダなどである。他にも、実装基板３２の温度を計測するサーミスタ、サーミスタを電源ケーブルと接続するためのコネクタヘッダ、などが実装基板３２に設けられている。

【0062】

実施形態１では、実装基板３２の裏面にヒートシンクを設けていない。そのため、実装基板３２の裏面に電子部品や回路を実装してもよい。たとえば、実装基板３２の表面にはＬＥＤパッケージ３１のみ実装し、ＬＥＤパッケージ３１以外の電子部品は裏面に実装してもよい。両面実装とすることで実装基板３２の面積を小さくすることができ、光源部３０の小型化を図ることができる。

【0063】

実装基板３２はアルミニウムである。他にも任意の材料を用いることができる。従来は実装基板３２の裏面にヒートシンクを接続していたため、実装基板３２はアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料を用いていた。一方、実施形態１では後述のように実装基板３２は主要な放熱経路ではないため、実装基板３２の熱伝導性は低くてもよい。つまり、実施形態１では実装基板３２の材料選択の幅が広くなっている。たとえば、ＦＲ－４、ＣＥＭ３などのガラスエポキシ基板やポリイミドなどからなるフレキシブル基板を用いてもよい。また、実装基板３２には穴開け加工など各種の加工が施されていてもよい。

【0064】

光源ケース３４は、円筒状であり、内部に実装基板３２を保持する。光源ケース３４の材料は、ＰＰである。他にもＳＵＳなどを用いてもよい。光源ケース３４の上面（スペーサ４０側の面）には、ＬＥＤパッケージ３１からの紫外線を透過させるための開口３４ｂが設けられている。光源ケース３４の内部において、実装基板３２は、開口３４ｂとＬＥＤパッケージ３１が対向するように配置されている。開口３４ｂの幅は、たとえばリッド部３７の幅以上とする。また、リッド部３７の上面が、開口３４ｂの底面と面一となるように配置されている。

【0065】

また、光源ケース３４の外側上面には凸部３４ａが設けられている。凸部３４ａはスペーサ４０と接している。この凸部３４ａによって光源ケース３４の上面とスペーサ４０の間に隙間を生じさせ、スペーサ４０からの水がこの隙間を介して排出口１２へと流れるようにしている。この隙間もまた、流路空間７０であり、リッド部３７が接している。

【0066】

光源ケース３４の外周面には、ねじ山３８が設けられている。ねじ山３８は、筐体１０の内周面に設けられたねじ山１３に対応している。筐体１０にはめ込まれた光源部３０は、ねじ山３８が筐体１０のねじ山１３とかみ合うことでねじ止めされている。もちろん、ねじ止め以外の方法で光源部３０が筐体１０に固定されていてもよい。

【0067】

シール部３３は、実装基板３２と光源ケース３４との隙間を満たすように形成されたコーキング材である。シール部３３は、たとえばウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの防水性を有した高分子材料である。シール部３３によって光源ケース３４の内側上面までシール部３３によって埋められ、ＬＥＤパッケージ３１の下部や、実装基板３２の駆動回路などの回路形成部材８０は覆われ、ＬＥＤパッケージ３１と実装基板３２との接続部や回路形成部材８０が水に接触しないようにしている。また、リッド部３７の外面はシール部３３によって覆われず、流路空間７０に接している。

【0068】

なお、シール部３３には、熱伝導粒子や熱伝導性繊維を混合してもよい。シール部３３に高い熱伝導性を付与することで、ＬＥＤパッケージ３１からの熱がシール部３３を介して分散しやすくなり、放熱性を高めることができる。特に、光源ケース３４についても金属など熱伝導性の高い材料とし、シール部３３と光源ケース３４の両方を熱伝導性の高い材料とするのがよい。光源ケース３４は流路空間７０と接触しているので、光源ケース３４は水と直接接触し、シール部３３から光源ケース３４を介して水へと放熱することができる。そのため放熱性をより高めることができる。シール部３３を流路空間７０に接触させ、シール部３３から水へと放熱させてもよい。

【0069】

４．放熱経路について
次に、ＬＥＤパッケージ３１から発する熱の放熱経路について説明する。流入口１１から水を導入して流路管２０、スペーサ４０に水を流し、光源部３０から紫外線を水に照射して殺菌を行う際、光源部３０のＬＥＤ３５から熱が発生する。ＬＥＤ３５から発生した熱は、パッケージケース３６に伝導し、パッケージケース３６からリッド部３７へと伝導する。ここで、リッド部３７は流路空間７０と接するように配置されているため、スペーサ４０と光源ケース３４の間を流れる水と直接接触する。そのため、リッド部３７から水へと効率的に熱が伝導する。このように、実施形態１では、ＬＥＤ３５から発生した熱を水へ効率的に放熱することができる。

【0070】

シール部３３は、パッケージケース３６と光源ケース３４の双方に接し、光源ケース３４は流路空間７０に接している。そのため、パッケージケース３６、シール部３３、光源ケース３４、水と順に熱が伝導する放熱経路も形成される。この放熱経路による放熱は、シール部３３について熱伝導粒子を含有した材料として熱伝導性を高めた場合に効果的となる。

【0071】

また、シール部３３が流路空間７０に接している場合には、パッケージケース３６、シール部３３、水と順に熱が伝導する放熱経路も形成される。この放熱経路による放熱も、シール部３３の熱伝導性を高めたときに効果的である。

【0072】

５．効果のまとめ
以上、実施形態１の流体殺菌装置１では、ＬＥＤ３５から発生する熱をリッド部３７から水へと効率的に放熱することができる。そのため、実装基板３２の裏面にヒートシンクなどの放熱構造を設ける必要がなく、装置の小型化、軽量化を図ることができる。また、ＬＥＤパッケージ３１のリッド部３７が水に直接接するので、水への紫外線の入射効率がよく、殺菌効率を向上させることができる。また、ＬＥＤパッケージ３１と流路管２０との間を仕切る窓を必要としないため、窓が曇って紫外線の照射効率が悪化してしまうことがない。

【0073】

また、実施形態１の流体殺菌装置１では、実装基板３２として熱伝導率の高い材料を用いたり、実装基板３２の裏面にヒートシンクなどの放熱構造を設けたりする必要がない。そのため、実装基板３２の材料として熱伝導率の低い材料を用いることができ、実装基板３２への穴開け加工や両面実装などが容易になり形状の自由度が高まる。

【0074】

また、実施形態１の流体殺菌装置１では、流路管２０として、透明管２１にＰＴＦＥ未焼成膜の積層体である反射体２２を用いている。そのため、流路管２０の側面での紫外線反射率を簡便に高めることができる。また、ＰＴＦＥバルクを用いた従来の流路管と同等の殺菌効率を維持しつつ、流路管２０の径を小さくすることができる。

【0075】

ＰＴＦＥバルクに対する本実施形態１における流路管２０の効果を詳細に説明すると次の通りである。

【0076】

第１に、実施形態１における流路管２０は、ＰＴＦＥバルクに比べて簡便に形成することができる。

【0077】

ＰＴＦＥバルクは、ＰＴＦＥパウダーに添加剤を加え、型に充填し、圧縮してボイドを除いて緻密化し、その後焼成した成形物であり、ブロック状、棒状、パイプ状などの形状である。しかし、ＰＴＦＥバルクは成形、加工が容易でなく、加工時間が長くなり高コストとなる。

【0078】

一方、実施形態１の流路管２０では、透明管２１にＰＴＦＥ未焼成膜を巻き付けるだけでよく、簡便に流路管２０の紫外線反射率を向上させることができる。透明管２１とＰＴＦＥ未焼成膜は、ＰＴＦＥ未焼成膜の自己融着性によって密着している。そのため、接着剤を必要としない。接着剤は紫外線により劣化して剥がれやクラックが発生する可能性があるが、流路管２０は接着剤を使用していないためそのような心配がない。また、接着剤による光吸収が生じないため、より高い反射率を得ることができる。さらに、ＰＴＦＥ未焼成膜は透明管２１の外周面であるため、水圧によってＰＴＦＥ未焼成膜が物理的な損傷を受ける可能性もない。

【0079】

第２に、実施形態１における流路管２０は、ＰＴＦＥバルクに比べて紫外線反射率が高く、小型に構成することができる。

【0080】

ＰＴＦＥバルクは紫外線反射率を高めるために比較的厚く、小型化しようとすると内径を小さくする必要があるが、内周面での反射回数が多くなって光損失が大きくなり、殺菌効率が低下してしまう。

【0081】

これに対し、ＰＴＦＥ未焼成膜は、同じ厚さで比較するとＰＴＦＥバルクよりも紫外線反射率が高いため、実施形態１の流路管２０の厚さは、流路管２０をＰＴＦＥバルクとした場合よりも薄くすることができ、流路管２０の小型化を図ることができる。また、透明管２１の材料である石英と水の屈折率差が小さく、ＰＴＦＥ未焼成膜によって反射された紫外線が石英と水との界面で反射されて戻ってしまうことを抑制できる。よって流路管２０全体として反射率が向上している。

【0082】

ＰＴＦＥバルクの反射率がＰＴＦＥ未焼成膜よりも低いのは、ＰＴＦＥバルクでは結晶粒の隙間があるため紫外線が一部ＰＴＦＥバルク内に侵入し、結晶粒構造などによって散乱されてしまうためである。一方、ＰＴＦＥ未焼成膜では、結晶粒が緻密であるため、ＰＴＦＥ未焼成膜内への紫外線の侵入が抑制され、反射率が高くなっている。

【0083】

第３に、実施形態１における流路管２０は、ＰＴＦＥバルクに比べて内壁面に汚れが付きにくく、殺菌効率の低下が抑制されている。

【0084】

ＰＴＦＥバルクはパウダーの焼結成形であり、機械加工により製造させるため、内周面に細かな凹凸がある。そのため、内周面に汚れが付きやすかった。特に、凹凸に菌が付着し増殖することでバイオフィルムを形成してしまうことがあった。流路管２０の内周面が汚れると紫外線反射率が低下してしまい、殺菌効率が低下してしまう。

【0085】

一方、透明管２１は石英であり、内周面を平坦に加工することが容易である。そのため、透明管２１の内周面に汚れが付きにくく、汚れによる殺菌効率の低下が抑制されている。

【0086】

第４に、実施形態１における流路管２０によれば、ＰＴＦＥバルクの場合に比べて紫外線が軸方向遠方まで届きやすくなり、水の殺菌効率を向上させることができる。

【0087】

ＰＴＦＥバルクでは、紫外線はＰＴＦＥバルクの内壁面で反射されながら軸方向に伝搬するが、その伝搬経路はすべて水である。そのため、ＰＴＦＥバルクでの反射による減衰と水による紫外線の吸収による減衰によって軸方向に遠方まで紫外線が到達しない。

【0088】

一方、実施形態１における流路管２０では、透明管２１の材料である石英の屈折率は水に近い。そのため、透明管２１の管内を流れる水と透明管２１との界面での紫外線反射が少なく、大部分は透明管２１と反射体２２の界面で反射されて流路管２０の軸方向に伝搬する。したがって、紫外線は水だけでなく透明管２１内も伝搬する。透明管２１は石英であるため、紫外線の吸収が水より低い。このように、流路管２０の場合は紫外線の伝搬経路に水だけでなく石英も含まれている。その結果、水のみを伝搬するＰＴＦＥバルクの場合に比べて紫外線をより遠方まで伝搬させることができる。この効果は、紫外線に対して濁った水を殺菌する場合に特に有効である。

【0089】

６．実施形態１に係る実験例
実施形態１における流体殺菌装置１に関する各種実験例について説明する。

【0090】

実験例１
実施形態１における流体殺菌装置１について、ＬＥＤ３５に３５０ｍＡの電流を流し、熱分布をシミュレーションにより求めた。熱分布は、空冷（水を流さない場合）、水冷（水を流す場合で流量０．６Ｌ／ｍｉｎ、１．０Ｌ／ｍｉｎ）の３パターンで求めた。水温は２０．５℃とした。

【0091】

図４は、光源部３０付近の、軸を含む面での断面での熱分布を示した図である。図４において断面に示された矢印は熱の伝導方向を示している。図４（ａ）は、空冷、（ｂ）は水冷で流量０．６Ｌ／ｍｉｎ、（ｃ）は水冷で流量１．０Ｌ／ｍｉｎの場合である。図４（ａ）のように、空冷の場合、実装基板３２が高熱となり、ジャンクション温度（ＬＥＤ３５の最大温度）は、２４７℃であった。一方、図４（ｂ）、（ｃ）のように、水を流した場合、実装基板３２の温度は下がり、ジャンクション温度は流量０．６Ｌ／ｍｉｎで６１.２℃、流量１Ｌ／ｍｉｎで５９．０℃であった。この結果、リッド部３７から水へと効率的に放熱できることが分かった。

【0092】

実験例２
実施形態１における流体殺菌装置１について、ジャンクション温度を実測した。水温は２５．２℃とした。流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＬＥＤ３５の電流３５０ｍＡの場合、ジャンクション温度は６０．７℃であった。また、流量０．６Ｌ／ｍｉｎ、ＬＥＤ３５の電流３５０ｍＡの場合、ジャンクション温度は６４．３℃であった。実施形態１の流体殺菌装置１は、実測においてもリッド部３７から水へと効率的に放熱できていることが確認された。

【0093】

実験例３
実施形態１における流体殺菌装置１について、殺菌性能を評価した。流路管２０の反射体２２には、後述の実験例５、図７、８に示す未焼成膜ＰＴＦＥ＿Ａを用い、厚さは０．４ｍｍとした。大腸菌ＮＢＲＣ３９７２を１０^５ＣＦＵ／ｍＬの濃度で含む水を用い、不活化率（Ｌｏｇ）を測定した。測定は２回行い、平均値を求めた。ＬＥＤ３５は電流３５０ｍＡ、出力６２ｍＷとし、波長は２８０ｎｍとした。また、水の流量は０．６Ｌ／ｍｉｎ、０．８Ｌ／ｍｉｎ、１．０Ｌ／ｍｉｎの３通りとした。

【0094】

図５は、水の流量（Ｌ／ｍｉｎ）と不活化率（Ｌоｇ）の関係を示したグラフである。図５のように、不活化率は、流量１．０Ｌ／ｍｉｎで３．５Ｌｏｇ、流量０．８Ｌ／ｍｉｎで４．６Ｌоｇ、流量０．６Ｌ／ｍｉｎで５．６Ｌｏｇであった。いずれの流量でも不活化率は３Ｌｏｇ以上であり、高い殺菌性能を示していた。この結果、実施形態１における流体殺菌装置１においても十分な殺菌性能を得られることが分かった。

【0095】

実験例４
実装基板３２の材料をＦＲ－４（ガラスエポキシ基板）に変更し（実験例４－１とする）、実験例１と同様にシミュレーションにより熱分布を求めた。水の流量は１Ｌ／ｍｉｎとした。また、実装基板３２の厚みを薄くして（ｔ＝１．６ｍｍ）シール部３３に埋め込んだ場合（実験例４－２とする）と、実装基板３２をＦＲ－４、光源ケース３４をＰＰからＳＵＳに変更した場合（実験例４－３とする）も同様に熱分布を求めた。

【0096】

図６は、光源部３０付近の、軸を含む面での断面での熱分布を示した図である。図６（ａ）は実験例４－１、（ｂ）は実験例４－２、（ｃ）は実験例４－３である。図６のように、いずれの場合も実装基板３２の温度は下がっていることが分かった。また、ジャンクション温度は、実験例４－１の場合が６３．３℃、実験例４－２の場合が６２．２℃、実験例４－３の場合が５８．９℃であった。この結果、リッド部３７から水へと効率的に放熱できることが分かった。また、実装基板３２や光源ケース３４の材料によらず、放熱可能であることが分かった。これは、実施形態１において実装基板３２や光源ケース３４は主要な放熱経路ではないことを示している。

【0097】

実験例５
未焼成ＰＴＦＥと焼成ＰＴＦＥについて、各厚さにおける紫外線反射率を測定した。波長は２８０ｎｍとし、反射率はＢａＳＯ_４の標準反射板に対する相対値（％）とした。未焼成ＰＴＦＥについては製造会社の異なる３種の試料（未焼成ＰＴＦＥ＿Ａ～Ｃ）を用意し、焼成ＰＴＦＥについては製造会社の異なる４種の試料（焼成ＰＴＦＥ＿Ａ～Ｄ）を用意した。

【0098】

図７、８は、ＰＴＦＥの厚さと反射率の関係を示したグラフである。また、図７、８のように、未焼成ＰＴＦＥは焼成ＰＴＦＥよりも薄い厚さとしても高反射率であり、１ｍｍ以下で十分な反射特性が得られた。また、焼成ＰＴＦＥの反射率の最大は厚さ８ｍｍの焼成ＰＴＦＥ Ｃであるが、未焼成ＰＴＦＥ Ｂは０．２ｍｍ以上で焼成ＰＴＦＥ Ｃよりも反射率が高くなった。この結果、未焼成ＰＴＦＥの厚さは０．２ｍｍ以上が好ましいことが分かった。

【0099】

実験例６
実験例１の構造において流量を１．０Ｌ/ｍｉｎ、０．８Ｌ/ｍｉｎ、０．６Ｌ/ｍｉｎとしたときの流路管２０の反射体２２の反射率と照射線量の関係をシミュレーションにより求めた。反射体２２には図７、図８に示す未焼成ＰＴＦＥ＿Ａ０．４ｍｍ、反射率１０５．２％を使用した。

【0100】

図９はその結果を示したグラフである。各流量における反射率１０５．２％での照射線量はおよそ９．５ｍＪ／ｃｍ^２、１２ｍＪ／ｃｍ^２、１６ｍＪ／ｃｍ^２であることから、不活化率３Ｌｏｇはおよそ８ｍＪ／ｃｍ^２に相当すると考えられる。各流量において不活化率３Ｌｏｇの殺菌性能を得るための流路管２０の反射体２２の反射率は０．６Ｌ／ｍｉｎではおよそ８４％、０．８Ｌ／ｍｉｎではおよそ９６％、１．０Ｌ／ｍｉｎではおよそ１０２％である。図８より、これらの条件を満たすには１．０Ｌ／ｍｉｎでは膜厚は０．１ｍｍ、０．８Ｌ／ｍｉｎでは０．０４ｍｍ、０．６Ｌ／ｍｉｎでは０．０１ｍｍの膜厚があれば達成可能である。

【0101】

実験例７
実施形態１における流体殺菌装置１について、パッケージケース３６の熱伝導率を種々の値に変更してジャンクション温度を実験例１と同様の条件にてシミュレーションにより求めた。

【0102】

図１０は、パッケージケース３６の熱伝導率とジャンクション温度の関係を示したグラフである。図８１０のように、パッケージケース３６の熱伝導率が高くなるにつれてジャンクション温度が低下することが分かった。一般的な紫外線ＬＥＤの最大ジャンクション温度は１００～１５０℃であるから、パッケージケース３６の熱伝導率を１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすれば十分な放熱性が得られることが分かった。

【0103】

実験例８
実施形態１における流体殺菌装置１について、リッド部３７の熱伝導率を種々の値に変更してジャンクション温度を実験例１と同様の条件にてシミュレーションにより求めた。

【0104】

図１１は、リッド部３７の熱伝導率とジャンクション温度の関係を示したグラフである。図１１のように、リッド部３７の熱伝導率が高くなるにつれてジャンクション温度が低下することが分かった。一般的な紫外線ＬＥＤの最大ジャンクション温度は１００～１５０℃であるから、リッド部３７の熱伝導率を０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすれば十分な放熱性が得られることが分かった。

【0105】

（実施形態１の変形形態１）
実施形態１では、リッド部３７の上面（ＬＥＤ３５側とは反対側の面）が、開口３４ｂの底面（ＬＥＤ３５側の面）と面一となるように配置していたが、リッド部３７の上面がシール部３３に覆われないのであれば任意の配置でよい。たとえば、リッド部３７の上面が開口３４ｂ内となるような配置であってもよいし、リッド部３７の上面が光源ケース３４の外側上面よりもスペーサ側となるように配置してもよい。ＬＥＤパッケージ３１のうち、流路空間７０に接する領域がより広くなるため、放熱効率もより高くなる。

【0106】

（実施形態１の変形形態２）
図１２は、実施形態１の変形形態２を示したものであり、ＬＥＤパッケージ３１近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面である。ただし、回路形成部材８０の図示は省略している。

【0107】

図１２のように、変形形態２では、ＬＥＤパッケージ３１をスペーサ４０側に突出させてパッケージケース３６の一部が光源ケース３４よりもスペーサ４０側に位置するようにしている。そして、リッド部３７の上面だけでなく、リッド部３７の側面やパッケージケース３６の外周側面（下端を除く）がシール部３３に覆われないようにして流路空間７０に接するようにしている。これにより、流路管２０に水を導入した際にリッド部３７だけでなくパッケージケース３６の側面も水と直接接する。そのため、リッド部３７から水への放熱経路だけでなく、パッケージケース３６から水への放熱経路も形成され、放熱面積が広くなるため放熱効率を向上させることができる。

【0108】

（実施形態１の変形形態３）
図１３は、実施形態１の変形形態３を示したものであり、ＬＥＤパッケージ３１近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面である。変形形態３は、変形形態２において、パッケージケース３６内部に封止部材９０を充填し、ＬＥＤ３５を封止したものである。内部を完全に充填していてもよいし、部分的に充填していてもよい。封止部材９０は、リッド部３７とパッケージケース３６に接している。封止部材９０は、紫外線を透過し、空気よりも熱伝導率の高い材料であればよく、オイル、樹脂などの液体でもよいし、硬化樹脂、ガラスなどの固体であってもよい。封止部材９０の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。

【0109】

変形形態３では、ＬＥＤ３５から封止部材９０を介してリッド部３７やパッケージケース３６に熱伝導する経路が生じるため、より効率的に放熱することができる。

【0110】

（実施形態１の変形形態４）
図１４は、実施形態１の変形形態４を示したものであり、ＬＥＤパッケージ３１近傍の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面である。

【0111】

図１４のように、変形形態４は、パッケージケース３６を平板の基板１３６に替え、リッド部３７を直方体状の箱型の形状のリッド部１３７に替えたものである。

【0112】

基板１３６上にはＬＥＤ３５が配置されている。基板１３６は、紫外線反射率が高く熱伝導率の高い材料が好ましく、たとえばパッケージケース３６と同様の材料である。基板１３６の側面の一部はシール部３３に覆われておらず、水と直接接する。

【0113】

リッド部１３７は、直方体の箱状であり、内部空間とその開口である開口部を有している。リッド部１３７は、内部空間にＬＥＤ３５を封止するように基板１３６上に配置されている。つまり、リッド部１３７は、開口部が基板１３６側となるように基板１３６上に配置され、ＬＥＤ３５がリッド部１３７の内部となるように基板１３６上に配置されている。また、接着剤によって基板１３６とリッド部１３７が接合されている。これにより、ＬＥＤ３５はリッド部１３７の内部に密閉されている。リッド部１３７の上面や側面はシール部３３に覆われておらず、水と直接接する。リッド部１３７の形状は直方体状に限らず、ＬＥＤ３５を密閉可能な内部空間と、その内部空間が開口する開口部を有した形状であればよい。たとえば半球殻状などであってもよい。リッド部１３７の内部空間は、変形形態２と同様に封止部材９０が充填されていてもよい。

【0114】

変形形態４では、リッド部３７の上面や側面、基板１３６から水へと放熱することができ、放熱面積が広くなるので放熱効率を向上させることができる。

【0115】

ガラス封止などによってリッド部１３７とＬＥＤ３５が密着するようにし、内部空間が生じないように封止してもよい。この場合、ＬＥＤ３５から直接リッド部１３７へと熱伝導させることができ、効率的に放熱することができる。また、基板１３６とリッド部１３７を同一材料にして一体化してもよい。

【0116】

（実施形態１の変形形態５）
シール部３３を第１シール部３３Ａと第２シール部３３Ｂの２層構造としてもよい。図１５は、変形形態２において２層構造とした場合である。図１５のように、第１シール部３３Ａは実装基板３２の表面およびＬＥＤパッケージ３１と実装基板３２の間の隙間に設けられている。これにより、実装基板３２上の回路形成部材８０やＬＥＤパッケージ３１と実装基板３２の接続部を防水し、ＬＥＤパッケージ３１と実装基板３２との密着性を高めている。第２シール部３３Ｂは、第１シール部３３Ａと光源ケース３４との隙間を埋めるように設けられている。

【0117】

第１シール部３３ＡにはＬＥＤ３５からの紫外線が実質的に当たらない。そのため、実装基板３２との密着性と防水性を有した材料であればよく、耐紫外線性は必要ない。また、第２シール部３３Ｂは防水性と耐紫外線性を有していれば、実装基板３２との密着性はさほど問題にならない。このように、シール部３３を第１シール部３３Ａと第２シール部３３Ｂの２層構造とすることで、それぞれの機能に適した材料を選択することが可能となり、材料選択の幅を広げることができる。第１シール部３３Ａには、たとえばフッ素樹脂、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、液体ガスケットなどを用いることができる。

【0118】

（実施形態１の変形形態６）
図１６に示すように、変形形態６において第２シール部３３Ｂを省き、ガスケット１３３を第１シール部３３Ａと光源ケース３４の間に設けた構成としてもよい。ガスケット１３３は、実装基板３２の側面や裏面側に水が回り込まないように密閉するものである。変形形態６では、ＬＥＤパッケージ３１と水との接触面積を広く取ることができ、放熱効率を向上させることができる。

【0119】

（実施形態２）
図１７は、実施形態２の流体殺菌装置２の構成を示した断面図であって軸を含む面での断面である。図１７のように、実施形態２の流体殺菌装置２は、光源部３０を挟んで流入口１１と反対側に、流入口１１と同軸に排出口２１６を設けた直管型の装置である。図１７の符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。図１７に示すように、実施形態２の流体殺菌装置２は、筐体２１０、２１５と、流路管２０、２２０と、光源部２３０と、スペーサ４０と、プレート５０、２５０と、を有している。

【0120】

筐体２１０は、排出口１２を有しない点以外は実施形態１の筐体１０と同様である。光源部２３０は、軸方向に光源部３０を貫通する貫通孔３９が設けられている点と、実装基板３２に替えて実装基板２３２を用いている点以外は光源部３０と同様である。貫通孔３９は、ＬＥＤパッケージ３１を通らない位置である。実装基板２３２は、ガラスエポキシ基板であり、それ以外は実施形態１の実装基板３２と同様である。実装基板２３２は、ガラスエポキシ基板に限らず、穴開け加工が容易な任意の基板でよい。

【0121】

筐体２１５は、光源部３０の裏面（スペーサ４０側とは反対側の面）に設けられている。筐体２１５は円筒状であり、一方の端面は開放され、光源部３０の裏面と接合している。他方の端面には排出口２１６が設けられている。排出口２１６は流入口１１と同軸に配置されている。筐体２１５の内部には、排出口２１６側から順にプレート２５０、流路管２２０が同軸に配置され、流路管２２０は光源部３０の裏面と接している。また、筐体２１５とプレート２５０の間、およびプレート２５０と流路管２２０の間にはＯリング６０が設けられている。プレート２５０は、直径が異なる以外はプレート５０と同様である。筐体２１５の材料はたとえばＰＰであり、筐体２１０と同一材料でもよい。

【0122】

流路管２２０は、円筒状であり、筐体２１５の軸と同軸に配置されている。流路管２２０は、光源部２３０の貫通孔３９からの水を排出口２１６へと導く管である。流路管２２０には紫外線が照射されないため、流路管２２０には任意の材料を用いてよい。たとえばＳＵＳや石英ガラスなどを用いることができる。なお、水圧に十分に耐えられるのであれば流路管２２０やプレート２５０は設けなくてもよい。

【0123】

実施形態２では、筐体２１０の流入口２１１より流入した水は、プレート５０、流路管２０、スペーサ４０を順に流れた後、光源部２３０の貫通孔３９を通って光源部３０の裏面側に回り、流路管２２０、プレート２５０を流れて筐体２１５の排出口２１６から排出される。ここで、実施形態１と同様に、スペーサ４０、流路管２０を流れる水に光源部３０からの紫外線が照射され、水は殺菌される。

【0124】

実施形態２の流体殺菌装置２は、実施形態１の流体殺菌装置１と同様の効果を得ることができる。従来は、実装基板３２の裏面にヒートシンクを設けて放熱しており、実装基板２３２に熱伝導性の高い材料を用いる必要があった。しかし、実施形態２では、リッド部３７から効率的に放熱できるため、実装基板２３２の裏面にヒートシンクを設ける必要がなく、実装基板２３２としてガラスエポキシ基板などの加工が容易で熱伝導性が低い材料を用いることができる。そのため、実施形態２の流体殺菌装置２のように排出口２１６を実装基板２３２の裏面側に流入口１１と同軸に設けることができ、直管型とすることができる。

【0125】

実験例８
実施形態２における流体殺菌装置２について、実装基板２３２の熱伝導率を種々の値に変更してジャンクション温度を実験例１と同様の条件にてシミュレーションにより求めた。

【0126】

図１８は、実装基板２３２の熱伝導率とジャンクション温度の関係を示したグラフである。図１８のように、実装基板２３２の熱伝導率の増加に対しジャンクション温度の低下は極めて少ないことが分かった。これは、実装基板２３２が放熱経路になっていないことを示している。この結果、実装基板３２の材料には熱伝導率の低い材料も採用可能であり、穴開け加工などが施されていてもよいことが分かった。

【0127】

（実施形態３）
図１９、２０は、実施形態３の流体殺菌装置３の構成を示した図である。流体殺菌装置３は円柱状であり、図１９は、円柱の軸に垂直な断面図であって、光源部３３０を通る断面である。図２０は、円柱の軸を含む面での断面である。図１９、２０の符号のうち、実施形態１、２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１、２と同様の構成要素等を表す。図１９、２０に示したように、実施形態３の流体殺菌装置３は、筐体３１０と、流路管３２０と、光源部３３０と、を有している。

【0128】

筐体３１０は、円筒状であり、内部に流路管３２０が配置されている。筐体３１０の円筒の上面には排出口３１２が設けられている。また、筐体３１０の側面には筐体３１０と流路管３２０を貫通する貫通孔が設けられており、それが流入口３１１となっている。流入口３１１の軸は筐体３１０の軸に垂直であって、円筒の円の周の接線に平行な方向である。流入口３１１の軸をこのように設定することで、流路管３２０内で水が軸周りに回転するような流れを生み出すことができる。これにより、水への紫外線の照射時間を長くし、殺菌効率の向上を図ることができる。

【0129】

流路管３２０は、円筒状であり、内部が流路空間３７０、つまり殺菌時に水が流れる空間であって紫外線が照射される領域である。透明管３２１と、透明管３２１の外周面に接して設けられた反射体３２２を有している。反射体３２２は筐体３１０の内周面に接している。透明管３２１、反射体３２２は、実施形態１の透明管２１、反射体２２と同様である。反射体３２２は紫外線の反射率が高く、流路管３２０側面で紫外線を反射させて流路管３２０を流れる水に対して効率的に紫外線を照射することができる。

【0130】

筐体３１０と流路管３２０の側面には、光源部３３０をはめ込むための貫通孔が設けられている。貫通孔の軸は、流路管３２０の軸に垂直であってその軸に向かう方向である。貫通孔は、円筒の周方向に等間隔で３つ設けられている。

【0131】

光源部３３０は、ＬＥＤパッケージ３１の個数が４つであること、光源ケース３４の側面にねじ山３８と凸部３４ａが設けられていないこと、以外は実施形態１の光源部３０と同様である。ＬＥＤパッケージ３１は２×２のマトリクス状に配置されている。光源部３３０は、３つの貫通孔それぞれにはめ込まれており、紫外線の放射方向が流路管３２０の軸方向となるようにはめ込まれている。また、各ＬＥＤパッケージ３１のリッド部３７が、流空間と接するように配置されている。そのため、流入口３１１から水を導通した場合にリッド部３７は水と直接接する。

【0132】

実施形態３の流体殺菌装置３は、実施形態１の流体殺菌装置と同様の効果を得ることができる。

【0133】

（変形例）
実施形態１～３のように、ＬＥＤパッケージ３１は、リッド部３７が流路空間に接するように配置されていれば任意の配置でよい。また、流入口と排出口の位置も任意でよく、実施形態１～３において流入口と排出口の位置を入れ替えてもよい。

【0134】

実施形態１～３では液体の殺菌について述べたが、流体であれば殺菌可能であり、気体、気体と液体の混合物、気体と粉状の固体の混合物、なども殺菌可能である。

【符号の説明】

【0135】

１０、２１０、３１０：筐体
２０、２２０、３２０：流路管
２１、３２１：透明管
２２、３２２：反射体
３０、２３０、３３０：光源部
４０：スペーサ
５０、２５０：プレート
３１：ＬＥＤパッケージ
３２：実装基板
３３：シール部
３４：光源ケース
３５：ＬＥＤ
３６：パッケージケース
３７：リッド部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0098】

図７、８は、ＰＴＦＥの厚さと反射率の関係を示したグラフである。また、図７、８のように、未焼成ＰＴＦＥは焼成ＰＴＦＥよりも薄い厚さとしても高反射率であり、１ｍｍ以下で十分な反射特性が得られた。また、焼成ＰＴＦＥの反射率の最大は厚さ８ｍｍの焼成ＰＴＦＥ＿Ｃであるが、未焼成ＰＴＦＥ＿Ｂは０．２ｍｍ以上で焼成ＰＴＦＥ＿Ｃよりも反射率が高くなった。この結果、未焼成ＰＴＦＥの厚さは０．２ｍｍ以上が好ましいことが分かった。