特許 7182447 流体殺菌装置及び駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-24

(45)【発行日】2022-12-02

(54)【発明の名称】流体殺菌装置及び駆動方法

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20221125BHJP

   C02F 1/32 20060101ALI20221125BHJP

   B01J 19/12 20060101ALN20221125BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

B01J19/12 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018232462

(22)【出願日】2018-12-12

(65)【公開番号】P2020092814

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-11-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 英明

(72)【発明者】

【氏名】加藤 裕幸

【審査官】中野 孝一

(56)【参考文献】

【文献】特表２００９－５０６８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－７４１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－５８７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８８１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－６１３４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｌ２／１０

Ｃ０２Ｆ１／３２

Ｂ０１Ｊ１９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に一端側から他端側に流体が流れる流体空間が内部に画成されている筒状チャンバと、
前記流体空間の前記他端側に設けられ、紫外光を透過する透過部と、
前記筒状チャンバの前記他端側の周部に設けられ、前記流体が前記流体空間の外に流出する少なくとも１つの流出口と、
前記流体空間の前記少なくとも１つの流出口の周方向位置に対応する外周領域の部分に照射される前記紫外光の強度が前記外周領域よりも内周側の中央領域に照射される前記紫外光の強度よりも大きくなるように、前記透過部を介して前記流体空間に前記紫外光を照射する紫外光照射部とを備えることを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項2】

請求項１に記載の流体殺菌装置において、
前記流出口は、前記筒状チャンバの前記周部に周方向に等角度間隔で複数、設けられていることを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項3】

請求項２に記載の流体殺菌装置において、
前記紫外光照射部は、前記外周領域における前記紫外光の強度を一様にする配光パターンで前記紫外光を前記流体空間に照射することを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項4】

請求項３に記載の流体殺菌装置において、
前記軸方向における前記流出口の中心位置は、前記中央領域を前記軸方向に流れる前記流体の流速に応じた位置に設定されていることを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の流体殺菌装置において、
前記紫外光照射部は、複数の光源と、該複数の光源から照射する前記紫外光を前記透過部の方へ反射するリフレクタとを備え、
前記紫外光照射部が前記配光パターンを生成するように、前記光源の個数、位置及び光度、並びに前記リフレクタの位置及び反射面形状のうちの少なくとも１つが前記流体空間における前記流体の流速及び経路長に基づいて設定されていることを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の流体殺菌装置において、
前記流体空間の前記一端側に配設された整流部を備えることを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項7】

軸方向に一端側から他端側に流体が流れる流体空間が内部に画成されている筒状チャンバと、
前記流体空間の前記他端側に設けられ、紫外光を透過する透過部と、
前記筒状チャンバの前記他端側の周部に設けられ、前記流体が前記流体空間の外に流出する少なくとも１つの流出口と、
前記透過部を介して前記流体空間に前記紫外光を照射する紫外光照射部とを備える流体殺菌装置において、
前記流体空間の前記少なくとも１つの流出口の周方向位置に対応する外周領域の部分に照射される前記紫外光の強度が前記外周領域よりも内周側の中央領域に照射される前記紫外光の強度よりも大きくなるように、前記紫外光照射部から前記紫外光を照射することを特徴とする流体殺菌装置の駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外光によって流体を殺菌する流体殺菌装置及び駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水等の流体の殺菌を行うために、詳細には、流体に混入する菌の殺菌を行うために、流体を筒状チャンバ内に軸方向に流しつつ、流れる流体に対し紫外光を照射する流体殺菌装置が知られている（例：特許文献１）。

【0003】

特許文献１の流体殺菌装置では、流体は、長手方向に延びる直管（筒状チャンバに相当）内を軸方向に一端側から他端側に向かって流れるとともに、直管の他端側の周部に設けられた流出口から直管の外に流出する。流体が直管内を流れる際、紫外光が、流れの他端側から照射され、混入菌を不活化する。

【0004】

直管内の流体の流速は、径方向の中央領域が外周領域より速くなる。特許文献１の流体殺菌装置は、この流速差に着目し、中央領域を流れる流体に、外周領域を流れる流体より紫外光の強度が強くなる配光パターンを生成して、流速差による紫外光のドーズ量のばらつきを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－７４１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の流体殺菌装置は、筒状チャンバ内の中央領域と外周領域とをそれぞれ流れる流体の経路を考慮していない。流出口は、筒状チャンバの周部に設けられるので、外周領域を流れる流体の経路は短い。したがって、外周領域を流れる流体は、流速が低くても、通過時間は短い。このため、単純に外周領域の紫外光の強度を弱くしてしまうと、紫外光のドーズ量について、流速の遅い外周領域を通過する流体の方が、流速の速い中央領域を通過する流体より小さくなってしまい、径方向の通過領域による紫外光のドーズ量の不均衡が拡大してしまう。

【0007】

本発明の目的は、通過する流体の流速及び経路長の両方を考慮して、通過する流体の全体に対して紫外光のドーズ量の均一化を図ることができる流体殺菌装置及び駆動方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の流体殺菌装置は、
軸方向に一端側から他端側に流体が流れる流体空間が内部に画成されている筒状チャンバと、
前記流体空間の前記他端側に設けられ、紫外光を透過する透過部と、
前記筒状チャンバの前記他端側の周部に設けられ、前記流体が前記流体空間の外に流出する少なくとも１つの流出口と、
前記流体空間の前記少なくとも１つの流出口の周方向位置に対応する外周領域の部分に照射される前記紫外光の強度が前記外周領域よりも内周側の中央領域に照射される前記紫外光の強度よりも大きくなるように、前記透過部を介して前記流体空間に前記紫外光を照射する紫外光照射部とを備えることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、筒状チャンバ内での経路長が他より短くなる流出口の周方向位置に対応する外周領域の部分の紫外光の強度が、外周領域の内周側の中央領域よりも大きくなる。これにより、流体空間を通過する流体の流速及び経路長に関係する紫外光のドーズ量の不均衡が緩和される。この結果、通過する流体の全体に対して紫外光のドーズ量の均一化を図ることができる。

【0010】

好ましくは、本発明の流体殺菌装置において、前記流出口は、前記筒状チャンバの前記周部に周方向に等角度間隔で複数、設けられている。

【0011】

この構成によれば、流出口は、筒状チャンバの周部に周方向に等角度間隔で複数、設けられる。これにより、流体空間の外周領域を流れる流体についての経路長が均一化するとともに、外周領域において、流出口の周方向位置に対応する部分の個数が、増大する。この結果、外周領域の全体における紫外光の照射のむらが抑制され、混入菌に対する不活度を改善することができる。

【0012】

好ましくは、本発明の流体殺菌装置において、前記紫外光照射部は、前記外周領域における前記紫外光の強度を一様にする配光パターンで前記紫外光を前記流体空間に照射する。

【0013】

この構成によれば、外周領域の紫外光の強度は一様となるので、配光パターンの生成構造を簡単化することができる。

【0014】

好ましくは、本発明の流体殺菌装置において、前記軸方向における前記流出口の中心位置は、前記中央領域を前記軸方向に流れる前記流体の流速に応じた位置に設定されている。

【0015】

この構成によれば、流出口の中心位置が中央領域を軸方向に流れる流体の流速に応じた位置に設定される。これにより、中央領域を流れる流体は、透過部に衝突した後、スムーズに流出口に流れて（すなわち、流体空間内で乱流を生成することなく）、流出口から流出する。

【0016】

好ましくは、本発明の流体殺菌装置において、
前記紫外光照射部は、複数の光源と、該複数の光源から照射する前記紫外光を前記透過部の方へ反射するリフレクタとを備え、
前記紫外光照射部が前記配光パターンを生成するように、前記光源の個数、位置及び光度、並びに前記リフレクタの位置及び反射面形状のうちの少なくとも１つが前記流体空間における前記流体の流速及び経路長に基づいて設定されている。

【0017】

この構成によれば、所望の配光パターンを支障なく生成することができる。

【0018】

好ましくは、本発明の流体殺菌装置において、前記流体空間の前記一端側に配設された整流部を備える。

【0019】

この構成によれば、整流部による流体の整流により他端側から照射する紫外光の殺菌効果を高めることができる。

【0020】

本発明の流体殺菌装置の駆動方法は、
軸方向に一端側から他端側に流体が流れる流体空間が内部に画成されている筒状チャンバと、
前記流体空間の前記他端側に設けられ、紫外光を透過する透過部と、
前記筒状チャンバの前記他端側の周部に設けられ、前記流体が前記流体空間の外に流出する少なくとも１つの流出口と、
前記透過部を介して前記流体空間に前記紫外光を照射する紫外光照射部とを備える流体殺菌装置において、
前記流体空間の前記少なくとも１つの流出口の周方向位置に対応する外周領域の部分に照射される前記紫外光の強度が前記外周領域よりも内周側の中央領域に照射される前記紫外光の強度よりも大きくなるように、前記紫外光照射部から前記紫外光を照射することを特徴とする。

【0021】

本発明によれば、筒状チャンバ内での経路長が他より短くなる流出口の周方向位置に対応する外周領域の部分の紫外光の強度が、外周領域の内周側の中央領域よりも大きくなるように、流体殺菌装置が駆動される。これにより、流体空間を通過する流体の流速及び経路長に関係する紫外光のドーズ量の不均衡が緩和される。この結果、通過する流体の全体に対して紫外光のドーズ量の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】流体殺菌装置の外観斜視図。

【図2】流体殺菌装置の分解斜視図。

【図3】流体殺菌装置を中心線に沿って切った縦断面図。

【図4】整流板を軸方向から見た図。

【図5】紫外光照射部の例を示す図。

【図6A】流体空間の縦断面における紫外光の配光パターンを示す図。

【図6B】流体空間の横断面における紫外光の配光パターンを示す図。

【図7】所定のシミュレーションにより比較例の流体殺菌装置と実施形態の流体殺菌装置とで菌の不活度を調べて対比したグラフ。

【図8A】別の紫外光照射部の正面図。

【図8B】図８Ａの紫外光照射部による横断面における配光パターンを示す図。

【図9A】流出口を１つか有しない流体殺菌装置の流体空間の縦断面における紫外光の配光パターン図。

【図9B】流出口を１つか有しない流体殺菌装置の流体空間の横断面における紫外光の配光パターン図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

［全体の構成］
図１は、流体殺菌装置１の外観斜視図である。図２は、流体殺菌装置１の分解斜視図である。流体殺菌装置１は、軸方向に一端側から他端側に順番に筒状チャンバ２、石英板３、固定ブラケット４、リフレクタ部５、光源部６及びヒートシンク７の部品を備えている。

【0024】

図３は、流体殺菌装置１をその中心線Ｃｌに沿って切った縦断面図である。流体殺菌装置１は、中心線Ｃｌの周りに回転対称の構造を有している。図３において、ＩＮ及びＯＵＴは、流体殺菌装置１に対する殺菌対象の流体の流入方向及び流出方向を示している。

【0025】

筒状チャンバ２は、軸方向に一端側から他端側に順番に流入管１１、湾曲部１５、円筒部１２及びフランジ１３を有している。単一の流入管１１は、筒状チャンバ２の一端側において湾曲部１５から中心線Ｃｌに沿って突出している。

【0026】

複数の流出口管１４は、円筒部１２の他端側の周部に周方向に等角度間隔で設けられ、該周部から筒状チャンバ２の径方向に突出している。この例では、流出口管１４は２本であるので、等角度間隔の角度は１８０°になる。湾曲部１５は、流入管１１と円筒部１２との移行部を形成し、流入管１１に向かって、径をつぼめている。筒状チャンバ２は、他端側を開放させつつ、内面側に流体空間１６を画成する。

【0027】

流入口１７は、流入管１１の流入通路が流体空間１６に開口する位置に設けられている。各流出口２１は、各流出口管１４の流出通路が流体空間１６に開口する位置に設けられている。

【0028】

整流板１９ａ，１９ｂは、流体空間１６の一端側に中心線Ｃｌの方向に間隔を開けて配設される。以降、整流板１９ａ，１９ｂを区別しないときは、「整流板１９」と総称する。図４は、整流板１９を軸方向から見た図である。整流板１９は、多数の円形孔２０を均一な密度分布で有している。各円形孔２０は、例えば２ｍｍΦである。

【0029】

円形の石英板３は、その周縁部がフランジ１３の内周側の環状段部に当てられた位置決め状態で、固定ブラケット４側から嵌着されている。石英板３は、流体空間１６の開放端を閉鎖する隔壁の機能を有する。処理室２３は、流体空間１６において流体が軸方向に一端側から他端側へ整流状態で流れる空間部分として定義される。処理室２３は、径方向には流体空間１６の全体を占め、軸方向には、例えば、整流板１９ｂと流出口２１の間の範囲になる。

【0030】

リフレクタ部５及び光源部６は、紫外光照射部２６を構成する。光源部６は、１枚の基板２８と、基板２８上に所定の配置で取り付けられた複数のＬＥＤ２９とを含む。以降、基板２８において、ＬＥＤ２９が取り付けられている面を「表面」と呼び、表面とは反対側の面を「裏面」と呼ぶことにする。基板２８の表面は、筒状チャンバ２側に向けられている。複数のＬＥＤ２９は、基板２８の表面に取り付けられている。

【0031】

リフレクタ部５は、複数のリフレクタ３０を備えている。リフレクタ部５は、固定ブラケット４の内周に嵌挿される。この紫外光照射部２６では、各リフレクタ３０は、１つのＬＥＤ２９に対応付けて設けられている。各リフレクタ３０は、光軸を中心線Ｃｌに平行に揃えて、光源部６から石英板３の方に向かって径を徐々に増大させる貫通空間を形成している。各ＬＥＤ２９は、各貫通空間のヒートシンク７側の開口の中心に位置する。貫通空間の周面は、ＬＥＤ２９の紫外光のリフレクタ３０（反射面）を形成する。

【0032】

基板２８におけるＬＥＤ２９の取付位置及びリフレクタ３０の形状等は、流体殺菌装置１における紫外光の配光パターンを決める重要な因子となるので、後述の図５以降で詳細に説明する。

【0033】

ヒートシンク７は、基板２８の裏面に面接触している。ＬＥＤ２９は、点灯中、発熱する。ＬＥＤ２９の発熱は、基板２８を介してヒートシンク７に伝わり、ヒートシンク７から大気中に放出される。

【0034】

［寸法例］
ここで、流体殺菌装置１の各部の寸法例について述べる。寸法例の単位は、ｍｍとする。ただし、Ｄは処理室２３の直径、ｄ１は流入口１７の直径、ｄ２は流出口２１の直径、Ｌ１は石英板３と整流板１９ｂとの対向面間の軸方向距離、Ｌ２は整流板１９ａ－整流板１９ｂ間の軸方向距離、Ｌ３は流入口１７－整流板１９ａ間の軸方向距離、Ｌ４は石英板３の紫外光の照射側の面と流出口２１の中心との間の軸方向距離である。例えば、Ｄ＝１３４、ｄ１＝４３、ｄ２＝４３、Ｌ１＝４００、Ｌ２＝４５、Ｌ３＝３０、Ｌ４＝５０である。Ｌ４は、ｄ２／２＜Ｌ４≦Ｄ／２として定義される。Ｌ４の意義については、後述する。

【0035】

［全体の作用］
流体殺菌装置１が処理する流体（例：水）は、菌を含み、ＩＮの向きで流入管１１内に流入し、ＯＵＴの向きで流出口管１４から流出する。流入口１７から流体空間１６内に流入した流体は、湾曲部１５において径方向に広がる。次に、流体は、整流板１９を通過する。流体は、整流板１９の通過後、整流状態で、すなわち中心線Ｃｌに平行な向きになって、処理室２３を流れる。

【0036】

ここで、基準横断面３５を定義する。基準横断面３５は、処理室２３内の横断面（中心線Ｃｌに対して直角方向の断面）における配光パターンを考えるとき（設計するとき）の横断面と定義する。この例では、中心線Ｃｌの方向に処理室２３を３つの区分に等分割したときの中央の区分に属する横断面、典型的には処理室２３の軸方向中点の横断面を基準横断面３５としている。

【0037】

整流板１９は、流体を整流する機能の他に、処理室２３の横断面（基準横断面３５に対して平行な断面）における領域間の流速差を緩和する役目を有する。図３において、流速Ｖｃ，Ｖｅは、基準横断面３５を径方向に中央領域と外周領域とに二分したときに、それぞれ中央領域及び外周領域を通過する流体Ｆｃ，Ｆｅとし、それぞれ流体Ｆｃ，Ｆｅの速度（流速）とて定義している。流速Ｖｃ＞流速Ｖｅの関係がある。

【0038】

図３において、流体Ｆｔは、基準横断面３５を通過する流体の全部を意味する。さらに、流体Ｆｏは、処理室２３における流出口２１の周方向位置に対応する外周領域を軸方向に流れる流体（流体Ｆｔに対しては部分）を示す。この流体殺菌装置１は、流出口２１を２個、有するので、流体Ｆｏは、外周領域において周方向に２つある。流体Ｆｒは、流体Ｆｔから全部の流体Ｆｏを除いた流体を意味する。

【0039】

流体Ｆｔは、筒状チャンバ２の他端側において径方向に向きを変え、近い方の流出口２１から流体空間１６の外へ流出する。流体Ｆｔは、整流板１９ｂを通過後、流出口２１に到達するまでの期間、石英板３を介して紫外光照射部２６からの紫外光を照射される。流体Ｆｔに混入されている菌は、この紫外光を浴びて、不活化される。

【0040】

［紫外光照射部］
図５は、紫外光照射部２６の正面図である。なお、紫外光照射部２６の正面とは、紫外光照射部２６を石英板３側から見た面と定義する。紫外光照射部２６は、２種類のリフレクタ３０ｃ，３０ｅを有している。円形の基板２８は、基準横断面３５の中央領域と外周領域とに対応付けられて、径方向に内側の中央領域と外側の外周領域とに二分される。なお、両者の境界線は、図５において基板２８の円周円に対して同心円（二点鎖線）で示されている。

【0041】

群４０ｃは、基板２８の中央領域に取り付けられているＬＥＤ２９が属する群である。群４０ｅは、基板２８の外周領域に取り付けられているＬＥＤ２９が属する群である。リフレクタ３０ｃは、群４０ｃの各ＬＥＤ２９に１つずつ設けられている。リフレクタ３０ｅは、群４０ｅの各ＬＥＤ２９に１つずつ設けられている。

【0042】

群４０ｃのＬＥＤ２９は、縦横２×２で基板２８に取り付けられている。群４０ｅのＬＥＤ２９は、周方向に等角度間隔で基板２８に取り付けられている。群４０ｅにおけるＬＥＤ２９の分布密度は、群４０ｃにおけるＬＥＤ２９の分布密度より大きい。さらに、リフレクタ３０ｅの配光角（反射紫外光の広がり角）は、リフレクタ３０ｃの配光角より狭い。なお、各ＬＥＤ２９の光度は、群４０ｅ，４０ｃに関係なく、等しく設定されている。

【0043】

［配光パターン］
図６Ａ及び図６Ｂは、流体空間１６の縦断面（２つの流出口２１を含む平面上の縦断面）及び横断面（例：基準横断面３５）における紫外光の配光パターンを示している。

【0044】

流体空間１６の横断面の配光パターンのうち、基準横断面３５の配光パターンを選択した理由は、軸方向に分布する複数の横断面における配光パターンとしてほぼ平均的な配光パターンとなるからである。なお、基準横断面３５の配光パターンは、図６Ｂ、並びに後述の図８Ｂ及び図９Ｂ共に、基準横断面３５を整流板１９ｂから軸方向に（流体の流れ方向に上流側から）見たものとなっている。

【0045】

図６Ａの配光パターンにおいて、灰色の領域は、紫外光の強度が基準値以上を確保されている領域を示している。紫外光の基準値の強度とは、ここでは、流体空間１６を軸方向に流れる流体に混入している菌を、殺菌するのに必要であると設定した最小の強度を意味する。図６Ｂの基準横断面３５の配光パターンでは、ドットの密度が大きく、黒っぽい領域ほど紫外光の強度が低いことを示している。

【0046】

流体空間１６における紫外光の配光パターンについて、処理室２３を径方向に外周領域Ｒｅと中央領域Ｒｃとの２つに分けて説明する。外周領域Ｒｅ及び中央領域Ｒｃは、それぞれ基準横断面３５の外周領域３５ｅ及び中央領域３５ｃとに対応付けられる。すなわち、外周領域Ｒｅの紫外光は、紫外光照射部２６から出射されて基準横断面３５の外周領域３５ｅを通過する紫外光に対応する。中央領域Ｒｃの紫外光は、紫外光照射部２６から出射されて基準横断面３５の中央領域３５ｃを通過する紫外光に対応する。

【0047】

図６Ａの縦断面の配光パターンおいて、同一の軸方向位置では、灰色の領域が右に延びている径方向位置ほど、すなわち灰色の領域が整流板１９ｂの近くまでが達している径方向位置ほど、紫外光の強度が大きいことを意味する。図６Ｂの基準横断面３５の配光パターンにおいて、Ｓａｅ，Ｓａｃは、それぞれ外周領域３５ｅ及び中央領域３５ｃにおける紫外光の強度を示している。

【0048】

基準横断面３５の外周領域３５ｅ及び中央領域３５ｃ、したがって、外周領域Ｒｅ及び中央領域Ｒｃは、それぞれ流体空間１６の群４０ｅ，４０ｃのＬＥＤ２９からの紫外光により照射される。図５で説明したように、群４０ｅにおけるＬＥＤ２９の分布密度は、群４０ｃにおけるＬＥＤ２９の分布密度より大きい。また、リフレクタ３０ｅの配光角（反射紫外光の広がり角）は、リフレクタ３０ｃの配光角より狭い。

【0049】

この結果、同一の軸方向位置では、紫外光の強度は、外周領域Ｒｅの方が中央領域Ｒｃより大きくなる。したがって、基準横断面３５における配光パターンの紫外光強度は、Ｓａｅ＞Ｓａｃとなる。

【0050】

紫外光照射部２６では、群４０ｅのＬＥＤ２９の分布密度は、周方向に一様であるので、基準横断面３５の外周領域３５ｅの紫外光の強度は、周方向に一様になる。

【0051】

なお、図６Ｂにおいて、Ｅｑが、流体空間１６の流出口２１の周方向位置に対応する外周領域Ｒｅの部分（以下、「流出口対応外周部分Ｅｑ」という。）に相当する。図６Ｂでは、流出口２１が２つあるので、流出口対応外周部分Ｅｑも２つある。Ｓａｅ＞Ｓａｃであるので、当然に、紫外光の強度は、流出口対応外周部分Ｅｑの方が中央領域３５ｃより大きくなる。

【0052】

［具体的な作用・効果］
図３で説明したように、流入口１７から流体空間１６に流入した流体は、整流板１９により整流される。そして、外周領域Ｒｅにおける流体の流速Ｖｅは、中央領域Ｒｃにおける流体の流速Ｖｃより低いものの、整流板１９ｂから流出口２１までの経路長は、外周領域Ｒｅの流体の方が中央領域Ｒｃの流体より大幅に短い。図６Ａ及び図６Ｂの配光パターンは、経路長の短い外周領域Ｒｅの流体に経路長の長い中央領域Ｒｃの流体よりも紫外光の強度を強くすることを意味する。

【0053】

これにより、処理室２３を通過する流体の流速及び経路長に関係する紫外光のドーズ量の不均衡が緩和される。この結果、流体に対する紫外光のドーズ量が均一化し、流体殺菌装置１による殺菌効果を高めることができる。

【0054】

流体殺菌装置１では、整流板１９が、処理室２３を流入口１７から流出口２１へ軸方向に流れる流体を整流化する。このことは、処理室２３の外周領域Ｒｅを流れるために経路長が短くなる流体に対する大きな強度での紫外光の照射を安定化させることになる。すなわち、経路長の短い外周領域Ｒｅを流れていた流体が、紫外光の強度の小さい内周側の中央領域Ｒｃに移行することが抑制される。この結果、流出口対応外周部分Ｅｑを流れる流体に対する紫外光の強度を、中央領域３５ｃを流れる流体に対す紫外光の強度よりも大きくした配光パターンによるドーズ量の均一化の効果を一層高めることができる。

【0055】

流体殺菌装置１では、流出口２１が周方向に等角度間隔（例：１８０°）で複数、設けられている。これにより、流体空間１６の外周領域を流れる流体についての経路長が均一化するとともに、外周領域Ｒｅにおいて、流出口２１の周方向位置に対応する部分としての流出口対応外周部分Ｅｑの個数が、流出口２１が１つの場合よりも、増大する。この結果、外周領域Ｒｅの全体におけるドーズ量のむらが抑制され、混入菌に対する不活度を改善することができる。

【0056】

この流体殺菌装置１では、紫外光照射部２６は、外周領域Ｒｅにおける紫外光の強度を一様にする配光パターンで紫外光を流体空間１６に照射する（図６Ｂの配光パターン参照）。これにより、配光パターンの生成部としての紫外光照射部２６の構造は、後述の図８Ｂの配光パターンの生成部としての紫外光照射部２６ｂの構造に比して、簡単となる。

【0057】

［シミュレーション］
図７は、所定のシミュレーションにより比較例の流体殺菌装置（上）と実施の形態の流体殺菌装置１（下）とで菌の不活度を調べて対比したグラフである。比較例及び流体殺菌装置１共に、流速Ｖｃ＝１５ｃｍ／秒、流速Ｖｅ＝１０ｃｍ／秒としている。また、比較例及び流体殺菌装置１共に、Ｌ４は、ｄ２／２＜Ｌ４≦Ｄ／２としている。

【0058】

流体殺菌装置１と比較例とで相違させた点は、流体殺菌装置１の配光パターンでは、外周領域Ｒｅの紫外光の強度を中央領域Ｒｃの紫外光の強度より強くしているのに対し、比較例の配光パターンでは、前述の特許文献１の配光パターンと同様に、中央領域Ｒｃの紫外光の強度を外周領域Ｒｅの紫外光の強度より強くしている点である。

【0059】

図７において、横軸はドーズ量を示している。シミュレーションにおいてドーズ量とは、菌を所定の径の粒子に置き換え、各粒子が、処理室２３を通過する通過時間Ｔｐの各時刻に照射される紫外光の強度を通過時間Ｔｐにわたり積分したものである。横軸のドーズ量は、所定の刻みで等分割されて、縦軸の粒子数は、ドーズ量の分割区分ごとの粒子数を示している。

【0060】

図７における上側のグラフと下側のグラフとの対比から、流体殺菌装置１では、粒子数が最大となるドーズ量の分割区分が増大側にシフトしていることが分かる。この結果、菌の不活度が、シフト分、改善されたことになる。

【0061】

具体的な不活度を述べるために、不活化の指標菌として用いられるＭＳ２ファージの回文試験の結果を用いる。1Log(90%)不活化するのに必要なＲＥＤ(Reduction Equivalent Dose)は20.2mJ/cm²であることがわかっており、その実験値からＲＥＤを推定すると比較例ではＲＥＤ推定値が９．６７ｍＪ／ｃｍ^２となったのに対し、流体殺菌装置１では１０．４３ｍＪ／ｃｍ^２と、高くなった。

【0062】

［オフセット］
さらに、該比較例を第１比較例として、第１比較例とは別の第２比較例についてもシミュレーションを行った。第１比較例と第２比較例との相違点は、第１比較例では、Ｌ４は、ｄ２／２＜Ｌ４≦Ｄ／２としているのに対し、第２比較例では、Ｌ４は、ｄ２／２＝Ｌ４とした点である。第２比較例におけるＲＥＤ推定値は、９．１９ｍＪ／ｃｍ^２となった。

【0063】

特許文献１の流体殺菌装置では、Ｌ４＝ｄ２／２としている。以下、Ｌ４－ｄ２／２を流出口２１の「オフセット」という。オフセット＝０は、筒状チャンバ２の軸方向に流出口２１の他端側の端が石英板３の流体空間１６側の面に接していることを意味する。流出口２１は、円の横断面に設定されているので、オフセットとは、流出口２１の中心が、石英板３の流体空間１６側の面から一端側の方にｄ／２だけずれた軸方向位置（オフセット＝０）を基準に一端側の方にずれた寸法（＝Ｌ４－ｄ２／２：図３参照）となる。前述の特許文献１の流体殺菌装置では、オフセット＝０になっている。

【0064】

オフセット（＝Ｌ４－ｄ２／２）は、中央領域Ｒｃを軸方向に流れる流体の流速Ｖｃに応じた位置に設定される。すなわち、流速Ｖｃが大であるほど、オフセットが大であるように、設定されている。これにより、中央領域Ｒｃを流れる流体は、石英板３に衝突後において、スムーズに（すなわち、乱流を生じずに）削除(乱流で流出することもあり得る為)流出口２１に導かれて、流出口２１から流体空間１６の外に流出する。

【0065】

［別の紫外光照射部］
図８Ａ及び図８Ｂは、別の紫外光照射部２６ｂの正面図及び該紫外光照射部２６ｂによる基準横断面３５における配光パターンを示している。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、図５及び図６Ｂの部分と対応する部分は、図５及び図６Ｂの部分に付けた符号と同一の符号を付けて示す。紫外光照射部２６ｂにおいて、紫外光照射部２６との相違点について説明する。

【0066】

紫外光照射部２６ｂは、３種類のリフレクタ３０を有している。３種類のリフレクタ３０とは、具体的には、リフレクタ３０ｃ，３０ｏ，３０ｐである。紫外光照射部２６ｂでは、リフレクタ３０ｃ，３０ｏ，３０ｐの各々は、対応する複数のＬＥＤ２９に対して共通に設けられている。

【0067】

基準横断面３５の外周領域３５ｅは、２つの流出口２１の中心を結ぶ直径と該直径に直交する直径との基準横断面３５への投影線により４等分割されている。流出口２１に臨む外周領域３５ｅの分割部分を「流出口領域３５ｏ」と呼び、流出口２１に臨まない外周領域３５ｅの分割部分を「中間部分３５ｎ」と呼ぶことにする。

【0068】

リフレクタ３０ｏは、群４０ｅのうち流出口領域３５ｏに対応する周方向位置に配置されている複数のＬＥＤ２９に共通に設けられている。リフレクタ３０ｐは、群４０ｅのうち中間部分３５ｎに対応する周方向位置に配置されている複数のＬＥＤ２９に共通に設けられている。

【0069】

紫外光照射部２６ｂでは、リフレクタ３０ｏとリフレクタ３０ｐとは、寸法及び形状が同一である。そして、各リフレクタ３０ｏの内面側に配置されるＬＥＤ２９の個数（例：３個）は、各リフレクタ３０ｐの内面側に配置されるＬＥＤ２９の個数（例：２個）より大となっている。

【0070】

この結果、図８Ｂの基準横断面３５における配光パターンの外周領域３５ｅにおける紫外光の強度は、流出口領域３５ｏの強度Ｓｂｅ１の方が、中間部分３５ｎの強度Ｓｂｅ２より強くなる。基準横断面３５全体の紫外光の強度は、Ｓｂｅ１＞Ｓｂｅ２＞Ｓｂｃとなる。流出口対応外周部分Ｅｑは、流出口領域３５ｏに含まれるので、当然に、紫外光の強度は、流出口対応外周部分Ｅｑの方が中央領域３５ｃより大きくなる。

【0071】

［流出口が単一である流体殺菌装置］
図９Ａ及び図９Ｂは、流出口２１を１つか有しない流体殺菌装置１ｂの流体空間１６における縦断面（中心線Ｃｌと流出口２１の中心とを含む平面上の縦断面）及び横断面（例：基準横断面３５）における紫外光の配光パターン図である。図１の流体殺菌装置１が、２つの流出口２１を周方向に１８０°離れた位置に備えるのに対し、流体殺菌装置１ｂは、流体殺菌装置１の２つの流出口２１のうち、一方を欠落している。

【0072】

図９Ａ及び図９Ｂの流体殺菌装置１ｂの各要素において、流体殺菌装置１ｂの各要素と対応する要素は、流体殺菌装置１ｂの各要素に付けた符号と同一の符号で指示する。流体殺菌装置１ｂは、紫外光照射部２６，２６ｂとは別の紫外光照射部３６を備える。紫外光照射部３６は、例えば、図８Ａの紫外光照射部２６ｂにおいて、下側のリフレクタ３０ｏをリフレクタ３０ｐに置き換えたものなっている。したがって、流体殺菌装置１ｂの紫外光照射部３６は、群４０ｅ（図８Ａ参照）において、周方向に流出口２１に対応する範囲にリフレクタ３０ｏが設けられ、周方向に流出口２１に対応しない範囲としての残りの範囲には、３個のリフレクタ３０ｐが設けられていることになる。

【0073】

図９Ａにおいても、図６Ａの場合と同様に、灰色の領域は、基準の不活度を達成する紫外光の強度が確保されている領域を示している。また、図６Ｂでは、基準横断面３５の全体は、流出口領域３５ｏと残り領域３５ｒとに分けられる。流出口領域３５ｏは、図６Ａの基準横断面３５における外周領域３５ｅのうち周方向に流出口２１に対応する部分を占める。残り領域３５ｒは、図６Ａの基準横断面３５から流出口領域３５ｏを除外した残りの全部であり、図６Ａの中央領域３５ｃも含む。

【0074】

図９Ａにおいても、前述の図６Ａの場合と同様に、不活度強度領域が、整流板１９ｂ側、すなわち一端側への延び出し量が大きい基準横断面３５における径方向の領域ほど、紫外光の強度が強いことを意味する。こうして、基準横断面３５では、流出口領域３５ｏの紫外光の強度Ｓｃｅ１は、残り領域３５ｒの紫外光の強度Ｓｃｅ２より大きくなる。

【0075】

流出口対応外周部分Ｅｑは、流出口領域３５ｏに含まれている。したがって、流体殺菌装置１ｂにおいても、当然に、紫外光の強度は、流出口対応外周部分Ｅｑの方が中央領域３５ｃより大きくなる。

【0076】

流体殺菌装置１ｂは、流出口２１が１つであるので、紫外光で殺菌処理済みの流体を１つの流出口管１４からまとめて流出させることができる。すなわち、複数の流出口２１からの殺菌処理済みの流体を１つにまとめる場合に、流出構造を簡単化することができる。

【0077】

［駆動方法］
駆動方法の実施形態について説明する。駆動方法が適用される流体殺菌装置１は、筒状チャンバ２と、少なくとも１つの少なくとも１つの流出口２１と、紫外光照射部２６とを備える。紫外光照射部２６は、少なくとも透過部としての石英板３を介して流体空間１６に紫外光を照射する構成を必要とする。このような構成を備える流体殺菌装置１において、駆動方法は、流体空間１６の少なくとも１つの流出口２１の周方向位置に対応する外周領域Ｒｅの部分としての流出口対応外周部分Ｅｑに照射される紫外光の強度が外周領域Ｒｅよりも内周側の中央領域Ｒｃに照射される紫外光の強度よりも大きくなるように、紫外光照射部２６から紫外光を照射する。

【0078】

［変形例］
実施形態では、紫外光を透過する透過部として石英板３が用いられている。本発明では、紫外光を透過させ、かつ流体空間１６側からの流体に対する耐圧性と耐衝撃性を有する材料部材であれば、該材料部材を石英板３の代わりに用いることができる。

【0079】

実施形態の流体殺菌装置１では、流出口管１４は、複数の流出口２１に対応して、複数配備されている。流体殺菌装置１では、流出口管１４は１本のみの方が好ましいことが多い。その場合には、筒状チャンバ２の他端側の外周部に、具体的には軸方向に流出口２１と同一の位置に環状管路部材（環状ジャケット）が装着される。複数の流出口２１は、共通の環状管路部材の内周に連通し、１本の流出口管１４が環状管路部材の外周部又は側部に接続される。こうして、複数の流出口２１からの流体は、環状管路部材の環状通路で合流し、その後、１本の流出口管からまとまって流出する。

【0080】

紫外光照射部２６からの処理室２３への紫外光の配光パターンは、流体空間１６における流体の流速及び経路長に応じて所望の配光パターンが生成されるように、設定される。実施形態では、配光パターンの設定は、基板２８におけるＬＥＤ２９の分布密度（分布密度は、ＬＥＤ２９の個数及び位置に関係する。）、並びにリフレクタ３０の位置及び反射面形状（配光角）の変更により行われる。その他の設定として、ＬＥＤ２９の種類や通電量を変更して、ＬＥＤ２９ごとに光度を調整したり、リフレクタ３０の向き、大きさ又は反射率を変更したりすることもできる。

【0081】

配光パターンの設定をＬＥＤ２９の通電量の変更により行う場合には、紫外光照射部２６の外部に接続されている駆動回路等によって、流出口２１付近に対応する位置にあるＬＥＤ２９の通電量をその他の位置のＬＥＤよりも大きくすることができる。この場合は、基板２８上におけるＬＥＤ２９の分布密度が流出口２１付近に対応する位置において高い必要はない。

【0082】

実施形態では、同一の整流板１９を２つ並べて流体殺菌装置１の整流部を構成している。本発明の整流部は、１つ又は３以上の同一又は異なる整流板１９により構成することもできる。異なる整流板１９とは、例えば、通孔の径が外周部と中央部とで相違していたり、分布密度が相違したり構造を意味する。

【0083】

実施形態では、光源としてＬＥＤ２９が用いられている。本発明の光源は、紫外光を出射する光源であれば、ＬＥＤ２９以外の半導体発光素子とすることができる。

【符号の説明】

【0084】

１，１ｂ・・・流体殺菌装置、２・・・筒状チャンバ、３・・・石英板（透過部）、５・・・リフレクタ部、６・・・光源部、１６・・・流体空間、１７・・・流入口、１９・・・整流板、２１・・・流出口、２６・・・紫外光照射部、３０・・・リフレクタ、Ｅｑ・・・流出口対応外周部分、Ｒｃ・・・中央領域、Ｒｅ・・・外周領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】