特開 2025-102413 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】P2025102413

(43)【公開日】2025-07-08

(54)【発明の名称】流体殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20250701BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20250701BHJP

   B01J 19/12 20060101ALI20250701BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

B01J19/12 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023219847

(22)【出願日】2023-12-26

(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】谷山 嘉紀

(72)【発明者】

【氏名】田島 善直

【テーマコード（参考）】

4C058

4D037

4G075

【Ｆターム（参考）】

4C058AA20

4C058BB06

4C058EE26

4C058KK02

4C058KK22

4C058KK28

4C058KK32

4C058KK46

4D037AA01

4D037AA11

4D037AB03

4D037BA18

4G075AA03

4G075AA13

4G075AA15

4G075BB10

4G075BD09

4G075CA33

4G075DA02

4G075DA18

4G075EB01

4G075EB31

4G075FA01

4G075FB02

4G075FB06

4G075FB12

4G075FB13

4G075FC04

4G075FC11

(57)【要約】

【課題】所望の積算照量を確保することにより所望の殺菌性能を確保できる流体殺菌装置を提供する。
【解決手段】流体殺菌装置１は、壁面が凹球面状に形成された流体の殺菌室６０を有し、光源用開口１４、流体を殺菌室６０に流入するための室流入口１２、および、流体を殺菌室６０から流出するための室流出口１３が殺菌室６０に開口するように形成された殺菌室本体１０と、光源用開口１４を閉塞し、光源用開口１４から殺菌室６０に紫外光を出射するように構成された光源部２０とを備える。室流入口１２は、室流入口１２の開口が光源用開口１４を含む平面のうち殺菌室６０側の面に対向するように配置され、光源用開口１４の中心軸Ｌ１方向から見た場合において、室流入口１２の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

壁面が凹球面状に形成された流体の殺菌室を有し、光源用開口、前記流体を前記殺菌室に流入するための室流入口、および、前記流体を前記殺菌室から流出するための室流出口が前記殺菌室に開口するように形成された殺菌室本体と、
前記光源用開口を閉塞し、前記光源用開口から前記殺菌室に紫外光を出射するように構成された光源部と、を備え、
前記室流入口は、前記室流入口の開口が前記光源用開口を含む平面のうち前記殺菌室側の面に対向するように配置され、
前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の少なくとも一部が、前記光源用開口に重ならないように配置されている、流体殺菌装置。

【請求項2】

前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の全てが、前記光源用開口に重ならないように配置されている、請求項１に記載の流体殺菌装置。

【請求項3】

前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の他の一部が、前記光源用開口に重なるように配置されている、請求項１に記載の流体殺菌装置。

【請求項4】

前記室流出口は、前記室流出口の開口が前記光源用開口を含む平面のうち前記殺菌室側の面に対向するように配置され、
前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流出口の開口の少なくとも一部が、前記光源用開口に重ならないように配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項5】

前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流出口の開口の全てが、前記光源用開口に重ならないように配置されている、請求項４に記載の流体殺菌装置。

【請求項6】

前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流出口の開口の他の一部が、前記光源用開口に重なるように配置されている、請求項４に記載の流体殺菌装置。

【請求項7】

前記室流出口の内径は、前記室流入口の内径よりも大きく形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項8】

前記室流入口および前記室流出口は、前記室流入口から流入した前記流体が前記殺菌室における前記凹球面状の壁面に沿って発生する螺旋流が、前記室流入口寄りから前記室流出口に進むに従って、前記螺旋流の中心軸の方向が変化するように、構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項9】

前記光源用開口の縁線は、円形に形成され、
前記殺菌室の直径Ｄと前記光源用開口の直径ｄの比率Ｄ／ｄは、１．８～２．２の範囲に設定されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項10】

前記殺菌室本体は、前記殺菌室を流通する前記流体の単位時間当たりの流量が、０．５～５０Ｌ／ｓｅｃである場合に、前記殺菌室における前記流体の滞在時間が、０．０２～２ｓｅｃとなるように構成されている、請求項１～３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】

特許文献１には、紫外光を発光する発光素子を用いる流体殺菌装置が開示されている。この流体殺菌装置は、流体を収容するための略凹球面状の殺菌室（貯留部）と、殺菌室内に流体を流入するための室流入口（供給口）と、殺菌室内の流体を取り出すための室流出口（取出口）と、紫外光を照射するための光源部と、を有する。

【0003】

殺菌室は、室流入口における流体の流動方向において上流側に位置する略半凹球面状の第１殺菌室と、下流側に位置する略半凹球面状の第２殺菌室と、を含む。第１殺菌室の側に、室流入口が形成され、第２殺菌室の側には、室流出口が形成されている。光源部は、第２殺菌室の側に配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２３－６７１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

流体殺菌装置において所望の殺菌性能を確保するためには、殺菌室内における紫外光の積算照量を確保することが必要となる。積算照量は、殺菌室内における紫外光の照度と、殺菌室内を流体が滞留する時間とに依存する。所望の殺菌性能を確保するためには、発光素子が発光する紫外光が殺菌室内において満遍なく照射されること、殺菌室内において流体が滞留することが求められる。

【0006】

しかし、特許文献１に記載の流体殺菌装置においては、室流入口と室流出口とが殺菌室の球中心に対して対称位置の近傍に位置している。そのため、室流入口から流入した流体の一部が、直ちに室流出口から流出し、滞留時間を確保することができなくなるおそれがある。そのうえ、光源用開口の開口面に平行で殺菌室の球中心を通る平面上に、室流入口および室流出口が位置している。この点からも、一部の流体に対して積算照量が少なくなるおそれがある。

【0007】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、所望の積算照量を確保することにより所望の殺菌性能を確保できる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】

【0008】

本発明の一態様は、壁面が凹球面状に形成された流体の殺菌室を有し、光源用開口、前記流体を前記殺菌室に流入するための室流入口、および、前記流体を前記殺菌室から流出するための室流出口が前記殺菌室に開口するように形成された殺菌室本体と、
前記光源用開口を閉塞し、前記光源用開口から前記殺菌室に紫外光を出射するように構成された光源部と、を備え、
前記室流入口は、前記室流入口の開口が前記光源用開口を含む平面のうち前記殺菌室側の面に対向するように配置され、
前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の少なくとも一部が、前記光源用開口に重ならないように配置されている、流体殺菌装置にある。

【発明の効果】

【0009】

上記態様によれば、光源用開口の中心軸方向から見た場合において、室流入口の開口の少なくとも一部が、光源用開口に重ならないように配置されている。従って、室流入口から流入した流体は、全てが光源用開口に向かって進むことがなく、流入した流体の少なくとも一部が、殺菌室における凹球面状の壁面に当たることになる。このように、流入した流体の少なくとも一部が凹球面状の壁面に当たることによって、殺菌室において螺旋流を発生することができる。そして、殺菌室に流入した直後に螺旋流を発生させることにより、凹球面状の殺菌室の全ての領域において螺旋流を維持させることができる。その結果、殺菌室における流体の圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。従って、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0010】

以上のように、上記態様によれば、所望の積算照量を確保することにより所望の殺菌性能を確保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】

【0011】

【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。

【図2】流体殺菌装置における流体の流れを模式的に示した図。

【図3】殺菌室本体の構成を示した図。（ａ）は、殺菌室本体１０の分解図であり、（ｂ）は、実際に組付けられた状態での殺菌室本体１０を示した図である。

【図4】殺菌室本体の外側を光源用開口の中心軸方向から見た場合の光源用開口、室流入口、および室流出口の位置を示した図。

【図5】光源部の構成を示した断面図。

【図6】筐体の外側を筐体供給口の中心軸方向から見た場合の筐体供給口および光源部の位置を示した図。

【図7】室流出口と筐体排出口の接続部分を拡大して示した断面図。

【図8】水流シミュレーションの結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

流体殺菌装置は、壁面が凹球面状に形成された流体の殺菌室を有し、光源用開口、前記流体を前記殺菌室に流入するための室流入口、および、前記流体を前記殺菌室から流出するための室流出口が前記殺菌室に開口するように形成された殺菌室本体と、前記光源用開口を閉塞し、前記光源用開口から前記殺菌室に紫外光を出射するように構成された光源部と、を備える。そして、前記室流入口は、前記室流入口の開口が前記光源用開口を含む平面のうち前記殺菌室側の面に対向するように配置される。前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の少なくとも一部が、前記光源用開口に重ならないように配置されている。

【0013】

前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の全てが、前記光源用開口に重ならないように配置されてもよい。この場合、室流入口から流入した流体は、全てが殺菌室における凹球面状の壁面に当たることになる。従って、殺菌室において螺旋流を効果的に発生することができる。殺菌室に流入した直後に、より強い螺旋流を発生させることにより、凹球面状の殺菌室の全ての領域において螺旋流を維持させることができる。従って、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0014】

また、前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流入口の開口の他の一部が、前記光源用開口に重なるように配置されてもよい。この場合は、室流入口から流入した流体の一部が、殺菌室における凹球面状の壁面に当たるが、残りの一部が光源用開口に配置された光源部に当たることになる。このように、流入した流体の一部のみが殺菌室における凹球面状の壁面に当たるとしても、螺旋流を発生させることができる。従って、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0015】

また、前記室流出口は、前記室流出口の開口が前記光源用開口を含む平面のうち前記殺菌室側の面に対向するように配置され、前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流出口の開口の少なくとも一部が、前記光源用開口に重ならないように配置されてもよい。この場合、室流出口へ向かう流体の少なくとも一部が、殺菌室における凹球面状の壁面に当たりながら、室流出口へ流動する。従って、室流出口へ向かう流体は、螺旋流を維持した状態にできる。その結果、室流入口から室流出口へ流通する流体が、全体に亘って、螺旋流を維持することができる。つまり、殺菌室における流体の圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。従って、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0016】

また、前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流出口の開口の全てが、前記光源用開口に重ならないように配置されてもよい。この場合、室流出口へ向かう流体に、強い螺旋流を維持させることができる。従って、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0017】

また、前記光源用開口の中心軸方向から見た場合において、前記室流出口の開口の他の一部が、前記光源用開口に重なるように配置されてもよい。この場合にも、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0018】

また、前記室流出口の内径は、前記室流入口の内径よりも大きく形成されてもよい。室流入口の内径を小さくすることにより、殺菌室に流入する流速を大きくすることができ、効果的に螺旋流を発生することができる。さらに、室流出口の内径を大きくすることにより、流出する流体が、螺旋流を維持した状態で流出させることができる。従って、室流出口付近における圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。

【0019】

また、前記室流入口および前記室流出口は、前記室流入口から流入した前記流体が前記殺菌室における前記凹球面状の壁面に沿って発生する螺旋流が、前記室流入口寄りから前記室流出口に進むに従って、前記螺旋流の中心軸の方向が変化するように、構成されてもよい。これにより、殺菌室内において、室流入口から流入した流体が直ちに室流出口へ向かうことを抑制でき、効果的に螺旋流を発生させることができる。その結果、圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。

【0020】

また、前記光源用開口の縁線は、円形に形成され、前記殺菌室の直径Ｄと前記光源用開口の直径ｄの比率Ｄ／ｄは、１．８～２．２の範囲に設定されてもよい。この構成により、室流入口から流入した流体が凹球面状の壁面に確実に当たり、効果的に螺旋流を発生させることができる。その結果、圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。

【0021】

また、前記殺菌室本体は、前記殺菌室を流通する前記流体の単位時間当たりの流量が、０．５～５０Ｌ／ｓｅｃである場合に、前記殺菌室における前記流体の滞在時間が、０．０２～２ｓｅｃとなるように構成されてもよい。これにより、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0022】

（実施形態１）
１．流体殺菌装置１の基本構成
流体殺菌装置１の基本構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、流体殺菌装置１は、主として、殺菌室６０を有した殺菌室本体１０と、殺菌室６０に紫外光を出射する光源部２０と、殺菌室本体１０および光源部２０を内包する筐体３０と、を有している。

【0023】

殺菌室本体１０と筐体３０との間には、空間が形成されている。その空間は殺菌室本体１０の外側に位置することから、その空間を外側領域７０と呼ぶことにする。さらに、流体殺菌装置１は、第１シール部材４０と、第２シール部材５０とを有している。ただし、第１シール部材４０および第２シール部材５０については、後述する。

【0024】

流体殺菌装置１は、外部から外側領域７０を介して殺菌室６０へと流体を流入させ、殺菌室６０内の流体に光源部２０からの紫外光を照射して流体を殺菌する装置である。殺菌対象の流体は、気体でも液体でもよく、流動性を有する範囲であれば、気体と液体の混合物、気体と粉状の固体の混合物、などであってもよい。液体の場合、たとえば水、油、アルコール、これらを溶媒とする溶解液などである。

【0025】

殺菌室本体１０は、殺菌室６０を内部に有している。殺菌室６０は、流動している流体に対して、光源部２０から出射された紫外光を照射する空間である。殺菌室６０の壁面は、凹球面状に形成されている。殺菌室６０を凹球面状とすることにより、紫外光を凹球面で効率的に反射させることができ、殺菌室６０内の紫外光の照度を高めることができるので、流体の殺菌効率を向上させることができる。

【0026】

殺菌室本体１０は、紫外光の反射率が高い材料を用いる。殺菌室本体１０は、たとえば、全体がＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されている。ＰＴＦＥを用いることにより、紫外光の反射率を高めることができ、殺菌効率の向上を図ることができる。光源部２０からの紫外光に対して高い反射率を有する材料であれば、ＰＴＦＥ以外の材料を用いてもよい。特に、殺菌室本体１０の材料は、光源部２０からの紫外光に対して反射率が８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上の材料とするとよい。また、殺菌室本体１０は、凹球面を構成する表層のみを、紫外光に対する反射率が８０％以上の材料、たとえば、ＰＴＦＥやアルミニウムなどにより形成するようにしてもよい。

【0027】

殺菌室本体１０には、殺菌室６０に開口するように光源用開口１４が形成されている。光源用開口１４は、光源部２０から出射された紫外光を殺菌室６０に入射させるための開口である。

【0028】

殺菌室本体１０には、さらに、殺菌室６０に開口するように室流入口１２が形成されている。室流入口１２は、殺菌室６０と外側領域７０とを導通する。室流入口１２は、外側領域７０から殺菌室６０に流体を流入させるための入口である。

【0029】

殺菌室本体１０には、さらに、殺菌室６０に開口するように室流出口１３が形成されている。室流出口１３は、殺菌室６０と外部とを導通する。室流出口１３は、殺菌室６０から外部へ流体を流出させるための出口である。

【0030】

光源部２０は、光源用開口１４を閉塞するように配置されている。光源部２０は、光源用開口１４から殺菌室６０に紫外光を出射するように構成されている。光源部２０のうち光源用開口１４に露出する部位、すなわち光源部２０における紫外光を出射する出射面２０Ａは、殺菌室６０の壁面の一部を構成する。そのため、殺菌室６０の流体は光源部２０の出射面２０Ａと接触する。したがって、光源部２０は、殺菌室６０内の流体によって冷却される。その結果、光源部２０の発光効率を高めることができる。

【0031】

筐体３０は、殺菌室本体１０と光源部２０を内包するようにして設けられている。つまり、筐体３０は、殺菌室本体１０および光源部２０を覆うように配置されている。詳細には、筐体３０の内面は、殺菌室本体１０の外面に対向する。また、筐体３０の内面は、光源部２０の外面に対向する。つまり、筐体３０の内面は、光源部２０の外面を構成する外側裏面２０Ｂおよび外周面２０Ｃに対向する。

【0032】

そして、筐体３０の内面と殺菌室本体１０の外面との隙間、および、筐体３０の内面と光源部２０の外面との隙間により、外側領域７０が形成されている。外側領域７０の一部は、筐体３０の内面に面し、かつ、殺菌室本体１０の外面に面する領域である。外側領域７０の他の一部は、筐体３０の内面に面し、かつ、光源部２０の外面に面する領域である。

【0033】

筐体３０には、流体が供給される筐体供給口３１Ａが形成されている。筐体供給口３１Ａは、外側領域７０に導通されている。つまり、筐体供給口３１Ａから供給された流体は、外側領域７０を通過して、室流入口１２から殺菌室６０に流入する。

【0034】

筐体３０には、さらに、流体を排出する筐体排出口３２Ａが形成されている。筐体排出口３２Ａは、殺菌室本体１０の室流出口１３に導通されている。したがって、殺菌室６０で殺菌された流体は、室流出口１３を介して、筐体排出口３２Ａから外部へ排出される。

【0035】

２．流体殺菌装置１における流体の流路について
流体殺菌装置１における流体の流路について図２を参照して説明する。図２に示すように、流体は、筐体供給口３１Ａから外側領域７０に供給される。

【0036】

まずは、筐体供給口３１Ａから供給された流体は、外側領域７０のうち、筐体３０の内面と光源部２０の外側裏面２０Ｂとの隙間に流入する。このとき、流体は、光源部２０の外側裏面２０Ｂに接触して、光源部２０を冷却する。続いて、流体は、外側領域７０のうち、筐体３０の内面と光源部２０の外周面２０Ｃとの隙間に流入する。このとき、流体は、光源部２０の外周面２０Ｃに接触して、光源部２０を冷却する。続いて、流体は、外側領域７０のうち、筐体３０の内面と殺菌室本体１０の外面との隙間に流入する。

【0037】

このように、筐体供給口３１Ａから供給された流体は、最初に、光源部２０の外面である外側裏面２０Ｂおよび外周面２０Ｃに接触する。したがって、光源部２０は、筐体供給口３１Ａから供給された流体によって効率的に冷却される。その結果、光源部２０の発光効率を高めることができる。

【0038】

続いて、外側領域７０の流体は、殺菌室本体１０の室流入口１２から殺菌室６０へと流れ込む。殺菌室６０に流入した流体は、螺旋流を維持しながら、室流出口１３に向かって進んでいく。流体は、室流出口１３から筐体排出口３２Ａへ流動し、外部へ排出される。

【0039】

ここで、殺菌室６０が凹球面状の壁面を有するため、殺菌室６０における流体は、螺旋流を構成する。さらに、室流入口１２および室流出口１３は、室流入口１２から流入した流体が殺菌室６０における凹球面状の壁面に沿って発生する螺旋流が、室流入口１２寄りから室流出口１３に進むに従って、螺旋流の中心軸の方向が変化するように、構成されている。

【0040】

図２に示すように、殺菌室６０における螺旋流の中心軸方向は、室流入口１２から室流出口１３へ向かって変化するように構成されている。室流入口１２と室流出口１３との位置関係から、殺菌室６０に流入した流体の螺旋流の中心軸方向は、室流出口１３の中心軸Ｌ３の方向に近づいていくように変化するように構成されている。

【0041】

本形態においては、室流入口１２から流入した直後に発生する螺旋流の中心軸方向が、室流出口１３の中心軸Ｌ３の方向に対して角度を有しているために、螺旋流の中心軸方向が変化する。特に、螺旋流の中心軸方向と室流出口１３の中心軸Ｌ３の方向とのなす角度が、大きな角度（９０°に近い角度）を有しているため、螺旋流の中心軸方向が変化する角度が大きくなる。このように構成されることにより、殺菌室６０において、流体のよどみ部分がなくなり流れが良好とできる。特に、室流出口１３の近傍における流体の流れを良好にできる。

【0042】

このように、殺菌室６０内において、室流入口１２から流入した流体が直ちに室流出口１３へ向かうことを抑制でき、効果的に螺旋流を発生させることができる。殺菌室６０全体において螺旋流を維持することができるため、殺菌室６０における流体の流路を長くすることができる。その結果、光源部２０からの紫外光による所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。さらに、圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。

【0043】

また、殺菌室６０において螺旋流を維持することができるため、殺菌室６０における流体の圧損を小さくすることができる。このことからも、殺菌効率を高めることができる。

【0044】

３．殺菌室本体１０の構成部材
殺菌室本体１０の構成部材について図３を参照して説明する。殺菌室本体１０は、少なくとも２つに分割された複数の本体構成部材を備える。殺菌室本体１０は、２つの本体構成部材により構成されている場合を例にあげる。

【0045】

殺菌室本体１０は、図３に示すように、第１本体構成部材１０Ａと、第２本体構成部材１０Ｂとに２分割されている。

【0046】

第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂは、殺菌室６０が２つの半球状に２分割されるように構成されている。つまり、第１本体構成部材１０Ａは、殺菌室本体１０を構成する複数の本体構成部材の１つを構成し、壁面が半凹球面状に形成されている。第２本体構成部材１０Ｂは、殺菌室本体１０を構成する複数の本体構成部材の１つを構成し、壁面が半凹球面状に形成されている。第２本体構成部材１０Ｂは、第１本体構成部材１０Ａに対向して配置されている。

【0047】

第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂには、分割面として、リング状に境界面１０Ａａ、１０Ｂａがそれぞれ現れる。第１本体構成部材１０Ａのリング状の境界面１０Ａａと第２本体構成部材１０Ｂのリング状の境界面１０Ｂａとを合わせることで内部に殺菌室６０が現れるように構成されている。

【0048】

殺菌室本体１０の凹球面の直径は、Ｄである。第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂとの分割面における殺菌室６０の開口の直径が、Ｄに一致する。殺菌室本体１０をこのように２分割することで、殺菌室本体１０の作製を容易にすることができる。

【0049】

第１本体構成部材１０Ａには、光源用開口１４が形成されている。光源用開口１４を含む平面Ｐは、境界面１０Ａａ、１０Ｂａに平行な面となるように構成されている。つまり、光源用開口１４の中心軸Ｌ１は、境界面１０Ａａ、１０Ｂａに直交する。したがって、光源用開口１４は、第１本体構成部材１０Ａにおいて、境界面１０Ａａ、１０Ｂａから最も遠い位置に形成されている。光源用開口１４の縁線は、たとえば円である。したがって、光源用開口１４は、同一平面状に位置する。光源用開口１４の縁線の直径は、ｄである。

【0050】

殺菌室６０の直径Ｄと光源用開口１４の直径ｄの比率Ｄ／ｄは、たとえば１．８～２．２の範囲に設定されている。この場合、殺菌室６０の中心点Ｏ１を中心とした場合に、第１本体構成部材１０Ａに形成された光源用開口１４の開口角θ１は、約６０°となる。同様の基準として、第１本体構成部材１０Ａの凹球面状を形成する部分の角度θ２、θ３の合計は、残りの１２０°（６０°ずつ）となる。この構成により、室流入口１２から流入した流体が凹球面状の壁面に確実に当たり、効果的に螺旋流を発生させることができる。その結果、圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。

【0051】

第２本体構成部材１０Ｂには、室流入口１２と室流出口１３が形成されている。室流入口１２の中心軸Ｌ２は、殺菌室６０の中心点Ｏ１からオフセットしている。室流入口１２の中心軸Ｌ２は、光源用開口１４の中心軸Ｌ１に平行に形成されている。ただし、室流入口１２の中心軸Ｌ２が中心点Ｏ１からオフセットしていれば、室流入口１２の中心軸Ｌ２と光源用開口１４の中心軸Ｌ１とは、交差する位置関係や、ねじれの位置関係としてもよい。

【0052】

室流入口１２は、たとえば円筒状の内周面を有する。室流入口１２の内径は、ｄｉである。室流入口１２の中心軸Ｌ２が殺菌室６０の中心点Ｏ１からオフセットしているため、室流入口１２における殺菌室６０側の開口の縁線は、卵型に近似した形状を有している。

【0053】

室流入口１２は、室流入口１２における殺菌室６０側の開口が光源用開口１４を含む平面Ｐのうち殺菌室６０側の面に対向するように配置されている。図３（ｂ）においては、室流入口１２における殺菌室６０側の開口が下方を向いており、光源用開口１４を含む平面のうち殺菌室６０側の面が上方を向いている。

【0054】

室流出口１３の中心軸Ｌ３は、殺菌室６０の中心点Ｏ１からオフセットしている。室流出口１３の中心軸Ｌ３は、室流入口１２の中心軸Ｌ２に平行に形成されている。したがって、室流出口１３の中心軸Ｌ３は、光源用開口１４の中心軸Ｌ１にも平行に形成されている。ただし、室流出口１３の中心軸Ｌ３が中心点Ｏ１からオフセットしていれば、室流出口１３の中心軸Ｌ３と室流入口１２の中心軸Ｌ２とは、交差する位置関係や、ねじれの位置関係としてもよい。また、室流出口１３の中心軸Ｌ３と光源用開口１４の中心軸Ｌ１とは、交差する位置関係や、ねじれの位置関係としてもよい。

【0055】

室流出口１３は、たとえば円筒状の内周面を有する。室流出口１３の内径は、ｄｏである。室流出口１３の中心軸Ｌ３が殺菌室６０の中心点Ｏ１からオフセットしているため、室流出口１３における殺菌室６０側の開口の縁線は、卵型に近似した形状を有している。

【0056】

室流出口１３は、室流出口１３における殺菌室６０側の開口が光源用開口１４を含む平面Ｐのうち殺菌室６０側の面に対向するように配置されている。図３（ｂ）においては、室流出口１３における殺菌室６０側の開口が下方を向いており、光源用開口１４を含む平面のうち殺菌室６０側の面が上方を向いている。

【0057】

上述したように、光源用開口１４の中心軸Ｌ１は、境界面１０Ａａ、１０Ｂａに直交する。この場合、境界面１０Ａａ、１０Ｂａの全面が、光源用開口１４の中心軸Ｌ１に対して最大の角度を有する面となる。したがって、境界面１０Ａａ、１０Ｂａに入り込む紫外光を少なくすることができるので、境界面１０Ａａ、１０Ｂａを介した紫外光の漏れを低減することができる。

【0058】

４．殺菌室本体１０の各口１２，１３，１４の位置関係
殺菌室本体１０の各口１２，１３，１４の位置関係について、図４を参照して説明する。詳細には、室流入口１２、室流出口１３および光源用開口１４の位置関係について説明する。

【0059】

上述したように、光源用開口１４の中心軸Ｌ１、室流入口１２の中心軸Ｌ２、および室流出口１３の中心軸Ｌ３は、たとえば平行である。そして、光源用開口１４の縁線、室流入口１２の内周面の断面形状、および室流出口１３の内周面の断面形状は、それぞれ円形である。

【0060】

室流入口１２は、室流入口１２の開口が光源用開口１４を含む平面Ｐのうち殺菌室６０側の面に対向するように配置されている。光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流入口１２の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。本形態においては、光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流入口１２の開口の他の一部が、光源用開口１４に重なるように配置されている。つまり、室流入口１２は、図４に示した方向から見て、その少なくとも一部のみが光源用開口１４の外側となるようにその位置が設定されている。

【0061】

上述したように、光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流入口１２の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。光源用開口１４の中心軸Ｌ１と室流入口１２の中心軸Ｌ２とは平行である。つまり、室流入口１２の中心軸Ｌ２の方向から見た場合においても、室流入口１２の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。

【0062】

したがって、室流入口１２から流入した流体は、全てが光源用開口に向かって進むことがなく、流入した流体の少なくとも一部が、殺菌室６０の凹球面状の壁面に当たることになる。このように、流入した流体の少なくとも一部が凹球面状の壁面に当たることによって、殺菌室において螺旋流を発生することができる。そして、殺菌室６０に流入した直後に螺旋流を発生させることにより、凹球面状の殺菌室６０の全ての領域において螺旋流を維持させることができる。したがって、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0063】

なお、上記構成の他に、光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流入口１２の開口の全てが、光源用開口１４に重ならないように配置されるようにしてもよい。つまり、室流入口１２の中心軸Ｌ２の方向から見た場合において、室流入口１２の開口の全てが、光源用開口１４に重ならないように配置してもよい。この場合、殺菌室６０において螺旋流を効果的に発生することができる。殺菌室６０に流入した直後に、より強い螺旋流を発生させることにより、凹球面状の殺菌室６０の全ての領域において螺旋流を維持させることができる。

【0064】

室流出口１３は、室流出口１３の開口が光源用開口１４を含む平面Ｐのうち殺菌室６０側の面に対向するように配置されている。光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流出口１３の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。本形態においては、光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流出口１３の開口の他の一部が、光源用開口１４に重なるように配置されている。つまり、室流出口１３もまた、図４に示した方向から見て、その少なくとも一部のみが光源用開口１４の外側となるようにその位置が設定されている。

【0065】

上述したように、光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流出口１３の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。光源用開口１４の中心軸Ｌ１と室流出口１３の中心軸Ｌ３とは平行である。つまり、室流出口１３の中心軸Ｌ３の方向から見た場合においても、室流出口１３の開口の少なくとも一部が、光源用開口１４に重ならないように配置されている。

【0066】

したがって、室流出口１３へ向かう流体の少なくとも一部が、殺菌室６０における凹球面状の壁面に当たりながら、室流出口１３へ流動する。室流出口１３へ向かう流体は、螺旋流を維持した状態にできる。その結果、室流入口１２から室流出口１３へ流通する流体が、全体に亘って、螺旋流を維持することができる。殺菌室６０において螺旋流を維持することができるため、殺菌室６０における流体の圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。したがって、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【0067】

なお、上記構成の他に、光源用開口１４の中心軸Ｌ１の方向から見た場合において、室流出口１３の開口の全てが、光源用開口１４に重ならないように配置されるようにしてもよい。つまり、室流出口１３の中心軸Ｌ３の方向から見た場合において、室流出口１３の開口の全てが、光源用開口１４に重ならないように配置してもよい。この場合、室流出口１３へ向かう流体に、強い螺旋流を維持させることができる。

【0068】

また、室流出口１３の内径は、室流入口１２の内径よりも大きく形成している。室流入口１２の内径を小さくすることにより、殺菌室６０に流入する流速を大きくすることができ、効果的に螺旋流を発生することができる。さらに、室流出口１３の内径を大きくすることにより、流出する流体が、螺旋流を維持した状態で流出させることができる。したがって、室流出口１３付近における圧損を小さくすることができ、殺菌効率を高めることができる。

【0069】

なお、図４に示した方向から見て、室流入口１２や室流出口１３の面積における光源用開口１４の外側となる面積の割合は、５０％以上が好ましいく、さらに大きいほどより好ましい。これにより、螺旋流を形成することがより容易となる。なお、この面積に割合は、殺菌室６０の直径Ｄ、室流入口１２の内径ｄｉ、室流出口１３の内径ｄｏの大きさに応じて、設定する必要がある。

【0070】

５．境界面１０Ａａ，１０Ｂａの構成および第１シール部材４０
第１本体構成部材１０Ａの境界面１０Ａａ、第２本体構成部材の境界面１０Ｂａおよび第１シール部材４０について、図３を参照して説明する。

【0071】

第１本体構成部材１０Ａの境界面１０Ａａは、リング状に形成されている。境界面１０Ａａには、リング状の凹溝１５が形成されている。この凹溝１５は、リング状の第１シール部材４０を嵌め込んで境界面１０Ａａにおける第１シール部材４０の位置を固定するために設けたものである。凹溝１５の断面形状は、矩形、Ｖ字、円など、第１シール部材４０を嵌め込める形状であれば任意である。

【0072】

第１シール部材４０は、フッ素ゴムまたはフッ素エラストマーによって形成されている。いずれの材料も、紫外光による劣化に強く、紫外光の反射率が高い弾性材料である。第１シール部材４０は、断面円形のリング状を例にあげるが、任意の断面形状とすることができる。

【0073】

第１シール部材４０は、凹溝１５に嵌め込まれている。第１シール部材４０を凹溝１５に嵌め込むことにより、第１本体構成部材１０Ａの境界面１０Ａａにおける第１シール部材４０を固定し安定させることができ、位置決めすることができる。また、第１シール部材４０を凹溝１５に嵌め込むことで第１シール部材４０の露出面積を小さくすることができ、紫外光が第１シール部材４０に直接照射されないようにすることができる。そのため、第１シール部材４０の寿命を向上させることができる。

【0074】

図３（ｂ）に示すように、流体殺菌装置１においては、第１本体構成部材１０Ａの境界面１０Ａａと第２本体構成部材１０Ｂの境界面１０Ｂａとが対向するように配置されている。そして、殺菌室本体１０は、図３（ｂ）の上下方向において、筐体３０の内部において筐体３０から押圧されるように配置される。その押圧によって、第１シール部材４０が、第１本体構成部材１０Ａの境界面１０Ａａおよび第２本体構成部材１０Ｂの境界面１０Ｂａに、周方向全周に亘って密着する。このようにして、第１シール部材４０は、殺菌室６０と外側領域７０とを区画している。

【0075】

この状態において、第１本体構成部材１０Ａの境界面１０Ａａと第２本体構成部材１０Ｂの境界面１０Ｂａとは、密着する状態、または、僅かに隙間を有する状態となる。このようにして、第１本体構成部材１０Ａの半凹球面と第２本体構成部材１０Ｂの半凹球面とにより殺菌室６０が構成され、殺菌室本体１０が構成される。

【0076】

上記構成により、仮に殺菌室６０から第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂの境界面１０Ａａ、１０Ｂａに流体が浸入したとしても、第１シール部材４０によってこれよりも外側には流体が流動しない。つまり、第１シール部材４０によって第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂの境界面１０Ａａ、１０Ｂａがシールされ、殺菌室６０と外側領域７０との間での流体の漏れを防止することができる。

【0077】

なお、境界面１０Ａａ、１０Ｂａの寸法精度や表面粗さによっては、周方向の一部において接触し、周方向の残りの部位において離間している場合もある。これらの場合においても、第１シール部材４０は、第２本体構成部材１０Ｂの境界面１０Ｂａに全周に亘って密着している。したがって、上記と同様の効果を発揮する。

【0078】

また、第１シール部材４０がフッ素ゴムまたはフッ素エラストマーであるため、第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂとの境界面１０Ａａ、１０Ｂａに光源部２０からの紫外光が進入したとしても、紫外光を第１シール部材４０によって反射させることができる。したがって、第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂとの境界面１０Ａａ、１０Ｂａから殺菌室本体１０の外部に紫外光の漏れが生じるのを防止することができる。

【0079】

また、第１シール部材４０は、凹溝１５に嵌め込まれているので、光源用開口１４からの紫外光が直接照射されない。そのため、第１シール部材４０の寿命を向上されることができる。

【0080】

なお、本形態では殺菌室本体１０は第１本体構成部材１０Ａと第２本体構成部材１０Ｂの２つで構成されているが、３つ以上の本体構成部材で構成されていてもよい。その場合も各本体構成部材との境界面に第１シール部材４０を配置することで、殺菌室６０と外側領域７０との間の流体の漏れを防止し、殺菌室本体１０外部への紫外光の漏れを防止することができる。

【0081】

また、本形態では、凹溝１５を第１本体構成部材１０Ａに設けていたが、第２本体構成部材１０Ｂに設けてもよいし、両方に設けてもよい。

【0082】

６．光源部２０の構成
光源部２０の構成について、図５を参照して説明する。図５は、光源部２０の構成を示した断面図である。光源部２０は、殺菌室本体１０の光源用開口１４を塞ぐようにして配置されている。また、光源部２０の紫外光放射側が殺菌室６０側となるように配置されている。光源部２０から放射される紫外光は、光源用開口１４から殺菌室６０へと入射する。

【0083】

光源部２０は、実装基板２１と、発光素子２２と、窓部材２３と、光源筐体２４と、ガスケット２５と、を有している。光源部２０全体としての形状は、たとえば円盤状である。ただし、光源部２０の形状は、任意の形状とすることができる。

【0084】

実装基板２１は、実装面を有する基板である。実装基板２１には、配線パターンが形成されている。実装基板２１の裏面には、電力を供給する配線８０が接続されている。

【0085】

発光素子２２は、紫外光を発光する素子である。たとえば、発光素子２２は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いたものであり、発光波長は、２００～２８０ｎｍである。発光波長がＵＶＣ領域にあるため、流体を効率的に殺菌することができる。発光素子２２は、実装基板２１の実装面に直接実装してもよいし、パッケージ化されたＬＥＤパッケージを実装基板２１の実装面に実装してもよい。ＬＥＤパッケージは、発光素子２２を筐体に配置してガラス板やレンズにより封止したユニットである。また、実装基板２１の実装面には、発光素子２２の駆動や保護に必要な各種素子（たとえばツェナーダイオード）などが実装されている。

【0086】

窓部材２３は、円形のガラス板であり、ガスケット２５上に配置されている。窓部材２３は、石英からなる。紫外光を透過する材料であれば石英以外を用いてもよい。たとえば、サファイアなどを用いてもよい。また、窓部材２３は、板状に限らず、レンズ状であってもよく、たとえば、ＴＩＲレンズ、フライアイレンズ、フレネルレンズなどであってもよい。

【0087】

光源筐体２４は、少なくとも窓部材２３の中心付近を覆わないように、他の部位を覆うように設けられている。光源筐体２４は、たとえば、実装基板２１の裏面および側面、ならびに窓部材２３の側面に連続して覆うように設けられている。光源筐体２４は、１つの部材により構成してもよいし、複数の部材により構成してもよい。

【0088】

光源筐体２４は、放熱性の高い材料により形成される。たとえば、光源筐体２４は、ＳＵＳ、Ａｌなどの金属や、放熱性の高い樹脂材料などにより形成される。光源部２０の光源筐体２４は流体に接触するため、光源部２０を効率的に冷却することができる。

【0089】

ガスケット２５は、リング状に形成されており、実装基板２１上であって端部近傍に沿って配置され、ガスケット２５の内側に発光素子２２や各種素子が位置している。ガスケット２５の高さは、発光素子２２や各種素子よりも高く設定されている。ガスケット２５は、紫外光に対して耐性のある弾性材料からなる。第１シール部材４０と同じ材料としてもよい。

【0090】

ガスケット２５は、弾性変形して、実装基板２１、窓部材２３、光源筐体２４と密着している。これにより、光源筐体２４、窓部材２３、およびガスケット２５で囲まれた内部空間が密閉され、流体がその内部空間に漏れないようにしている。したがって、発光素子２２や各種素子が配置された領域に流体が浸入しないようにできる。なお、ガスケット２５は、実装基板２１と窓部材２３のみに密着するようにしてもよいし、窓部材２３と光源筐体２４のみに密着するようにしてもよい。

【0091】

ここで、光源部２０の外面は、紫外光を出射する出射面２０Ａと、出射面の裏面に位置する外側裏面２０Ｂと、外周面２０Ｃとを有する。出射面２０Ａは、光源用開口１４に対応して位置し、窓部材２３のうち光源筐体２４に覆われていない部位により構成される。つまり、出射面２０Ａは、窓部材２３の表面により構成される。外側裏面２０Ｂは、光源筐体２４の裏面側の部位により構成される。外周面２０Ｃは、光源筐体２４の外周面の部位により構成される。

【0092】

７．筐体３０の構成および第２シール部材５０
筐体３０の構成および第２シール部材５０について図１、図６および図７を参照して説明する。上述したように、筐体３０は、殺菌室本体１０と光源部２０を内包するようにして設けられている。筐体３０は、第１筐体部材３１と、第２筐体部材３２とを備える。第１筐体部材３１と第２筐体部材３２との分割位置は、任意に設定することができる。また、筐体３０は、１部材により構成してもよいし、３以上の部材により構成してもよい。なお、第１筐体部材３１と第２筐体部材３２との接合部分には、図示しないシール構造を有している。

【0093】

第１筐体部材３１は、殺菌室本体１０の外面の一部、および、光源部２０の外面を覆うように構成されている。したがって、第１筐体部材３１の内面と、殺菌室本体１０の外面および光源部２０の外面との間に、外側領域７０の一部が形成される。

【0094】

第１筐体部材３１には、筐体供給口３１Ａが形成されている。筐体供給口３１Ａは、筒状に形成されており、たとえば円筒状や多角形筒状に形成される。図１および図６に示すように、筐体供給口３１Ａは、光源部２０の外側裏面２０Ｂに対向するように配置されている。筐体供給口３１Ａの中心軸方向から見た場合に、筐体供給口３１Ａの開口の少なくとも一部が光源部２０の外側裏面に対向するように設定されている。これにより、筐体供給口３１Ａから外側領域７０に流入した流体が直接光源部２０に当たるようにでき、光源部２０の冷却効率を向上させることができる。

【0095】

特に、筐体供給口３１Ａの中心軸方向から見た場合に、筐体供給口３１Ａの開口の全体が光源部２０の外側裏面２０Ｂに対向するように設定されているとよい。光源部２０の冷却効率をより向上させることができる。

【0096】

さらに、第１筐体部材３１には、光源部２０と外部とを接続する配線８０を通すための開口部３１Ｂが設けられている。開口部３１Ｂは、たとえば円筒状であり、円筒の一端は光源部２０の外側裏面２０Ｂに接触している。そして、開口部３１Ｂの円筒の内部に配線８０を通すことで、光源部２０と配線８０の接続部、および配線８０が流体と接触しないようにしている。

【0097】

第２筐体部材３２は、殺菌室本体１０の外面の残りの部分を覆うように構成されている。第２筐体部材３２の内面と、殺菌室本体１０の外面との間に、外側領域７０の一部が形成される。

【0098】

第２筐体部材３２には、筐体排出口３２Ａが形成されている。筐体排出口３２Ａは、殺菌室本体１０の室流出口１３に接続されている。殺菌室本体１０の室流出口１３と筐体３０の筐体排出口３２Ａの接続構造について図７を参照して説明する。

【0099】

図７に示すように、筐体排出口３２Ａは、室流出口１３側に突出する円筒状部分３２Ａａを有し、その円筒状部分３２Ａａを室流出口１３に嵌め込むことによって室流出口１３と接続されている。また、室流出口１３のうち、筐体排出口３２Ａ側の領域は他の領域に比べて内径が大きく、その内径は上記円筒状部分３２Ａａの外径とおよそ一致している。

【0100】

この内径の違いによって室流出口１３には段差部分１３Ａが形成されている。この段差部分１３Ａにリング状の第２シール部材５０が配置されている。第２シール部材５０は、第１シール部材４０と同様の材料により形成されている。すなわち、第２シール部材５０は、フッ素ゴムまたはフッ素エラストマーによって形成されている。

【0101】

第２シール部材５０は、リング状に形成されている。第２シール部材５０は、室流出口１３と筐体排出口３２Ａとの境界面に挟まれて配置されている。第２シール部材５０は、筐体３０からの押圧によって弾性変形しており、室流出口１３の段差部分１３Ａと筐体排出口３２Ａの円筒状部分３２Ａａの先端の双方に密着している。このような構造により、第２シール部材５０は、室流出口１３と筐体排出口３２Ａとの境界面をシールする。したがって、第２シール部材５０によって、室流出口１３と筐体排出口３２Ａとの境界面を介した室流出口１３と外側領域７０との間の流体の漏れを防止している。

【0102】

８．水流シミュレーション
本形態における殺菌室６０をモデル化して、水流シミュレーションを行った。水流シミュレーション結果は、図８に示すように、殺菌室６０において螺旋流を形成していることが分かる。

【0103】

また、殺菌室６０を流通する水の単位時間当たりの流量が、８Ｌ／ｓｅｃである場合に、水が室流入口１２から流入してから、室流出口１３から流出するまでの時間、すなわち、殺菌室６０における滞在時間は、０．１４ｓｅｃであった。流出された水の殺菌性能は、非常に高く、目的の細菌やウイルスの殺菌または不活化が、９０％以上であることが確認できた。

【0104】

以上のことから、殺菌室本体１０は、殺菌室６０を流通する流体の単位時間当たりの流量が、０．５～５０Ｌ／ｓｅｃである場合に、殺菌室６０における流体の滞在時間が、０．０２～２ｓｅｃとなるように構成されるとよい。これにより、所望の積算照量を確保することができ、所望の殺菌性能を確保できる。

【符号の説明】

【0105】

１：流体殺菌装置
１０：殺菌室本体
１０Ａ：第１本体構成部材
１０Ｂ：第２本体構成部材
１０Ａａ、１０Ｂａ：境界面
１２：室流入口
１３：室流出口
１４：光源用開口
１５：凹溝
２０：光源部
３０：筐体
３１Ａ：筐体供給口
３２Ａ：筐体排出口
４０：第１シール部材
５０：第２シール部材
６０：殺菌室
７０：外側領域
８０：配線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】