(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】2023-10-20
(45)【発行日】2023-10-30
(54)【発明の名称】紫外線照射ユニット及び紫外線殺菌装置
(51)【国際特許分類】
A61L 2/10 20060101AFI20231023BHJP
A61L 9/20 20060101ALI20231023BHJP
C02F 1/32 20230101ALI20231023BHJP
【ＦＩ】
A61L2/10
A61L9/20
C02F1/32
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020553863
(86)(22)【出願日】2019-10-25
(86)【国際出願番号】 JP2019042048
(87)【国際公開番号】W WO2020090687
(87)【国際公開日】2020-05-07
【審査請求日】2022-09-21
(31)【優先権主張番号】P 2018207395
(32)【優先日】2018-11-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2019063231
(32)【優先日】2019-03-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2019135582
(32)【優先日】2019-07-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000208765
【氏名又は名称】株式会社エンプラス
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】稲岡 夏希
(72)【発明者】
【氏名】河野 隼
(72)【発明者】
【氏名】常盤 哲也
【審査官】森 健一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／２２１７３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０６４７７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１８２０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６８４４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０３４０２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９８０５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｌ ２／１０
Ａ６１Ｌ ９／２０
Ｃ０２Ｆ １／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３つ以上の口部を有する継手の１つの口部に紫外線照射ユニットを嵌合した紫外線殺菌装置であって、
前記紫外線照射ユニットは、筐体と、前記筐体内に配置される紫外線を出射する光源と、前記筐体の紫外線出射口と前記光源との間に配置される紫外線透過体とを備え、
前記筐体は、流路管に接続される継手の口径内に収まる外径寸法を有し、
前記３つ以上の口部を有する継手は、互いに対向して配置される第１口部及び第２口部と、前記第１口部及び前記第２口部を繋ぐ管と、前記管に開口を有する１つ以上の第３口部とを含み、
前記紫外線照射ユニットは、前記継手を流れる流体の流れ方向と対向するように設けられ、かつ、前記筐体の一部が前記第３口部の開口に離間して対向するように前記継手の前記第１口部又は前記第２口部に嵌合されている、紫外線殺菌装置。
【請求項2】
前記紫外線透過体は、石英、サファイア、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種又は２種以上を含む板状体又は集光レンズである請求項１に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項3】
前記紫外線照射ユニットは、前記光源から出射された紫外線のうちの一部を前記紫外線出射口に向けて反射するリフレクターをさらに備える、請求項１又は２に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項4】
前記筐体に、紫外線を出射する紫外線照射モジュールが取り付けられ、前記光源及び前記紫外線透過体が、前記紫外線照射モジュールに配置されている請求項１～３の何れか１項に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項5】
前記紫外線照射ユニットにさらに放熱部が設けられ、前記放熱部は熱伝導性が高い材料で形成されている請求項１～４の何れか１項に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項6】
前記放熱部は、前記流路管内を流れる流体に接する位置に配置されている請求項５に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項7】
前記筐体は、紫外線出射口側筐体と反紫外線出射口側筐体に分割され、少なくとも前記紫外線出射口側筐体に前記放熱部が配置されている請求項５又は６に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項8】
前記紫外線照射ユニットは、筐体の紫外線出射口側筐体端部が、前記継手の第３口部の開口を越えて、前記紫外線照射ユニットが嵌合している口部に対向する口部側に存在している請求項１～７の何れか１項に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項9】
前記紫外線殺菌装置は、流路内において低い位置に配置されている請求項１～８の何れか１項に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項10】
前記継手の第１口部には、集光レンズである紫外線透過体を有する紫外線照射ユニットが嵌合し、前記継手の第２口部の内径寸法は、第１口部に向かって小さくなっている請求項１～８の何れか１項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、紫外線照射ユニット及び紫外線殺菌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
紫外線を用いて流路管内の流体を殺菌処理することが広く知られている。例えば、特表２０１６－５３１７４６号公報には、紫外線を均一に分散させて流路管内の流体を殺菌処理する紫外線殺菌装置が記載されている。
【発明の概要】
【0003】
しかし、既設の流路管を流れる流体を殺菌する場合、従来の紫外線殺菌装置を既設の流路管に接続することは困難であり、別途接続するための設備が必要になる。
【0004】
そこで本発明は、既設の流路管に容易に接続できる紫外線照射ユニット及び紫外線殺菌装置の提供を目的とする。
【0005】
上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線照射ユニットは、筐体と、前記筐体内に配置される紫外線を出射する光源と、前記筐体の紫外線出射口と前記光源との間に配置される紫外線透過体とを備え、前記筐体は、流路管に接続される継手の口径内に収まる外径寸法を有する。
【0006】
また、上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線殺菌装置は、上述した紫外線照射ユニットを、３つ以上の口部を有する継手の１つの口部に嵌合している。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図7】図７の（Ａ）は、筐体の上面から２８ｍｍにおける、実施の形態４の紫外線照射ユニットの紫外線照射強度の分布図、（Ｂ）は、筐体の上面から２８ｍｍにおける紫外線照射ユニットの紫外線照射強度を示すグラフである。
【図22】図２２は、紫外線照射ユニットの筐体の紫外線出射口側筐体端部の位置を変えて比較した図であり、（Ａ）は、例１の紫外線殺菌装置内の流体の速度の分布図であり、（Ｂ）は、例２の紫外線殺菌装置内の流体の速度の分布図であり、（Ｃ）は、例３の紫外線殺菌装置内の流体の速度の分布図であり、（Ｄ）例４の紫外線殺菌装置内の流体の速度の分布図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0009】
【0010】
筐体３は、流路管に接続される継手の口径内に収まる外径寸法を有し、紫外線出射口７と、光源５を備える紫外線照射モジュール１１を挿入するためのモジュール挿入口１３とを備える、略円筒形状の筐体本体１５を有する。筐体３は、例えば、塩化ビニル、ポリプロピレン（ＰＰ）、架橋ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）のような樹脂材料、カーボンブラックのような熱伝導性の高い材料を含む樹脂材料、又はステンレス鋼、銅とスズの合金である青銅、銅と亜鉛との合金である黄銅、アルミニウムのような金属材料から形成される。筐体３は、後述する継手５１と同じ材料から形成されることが好ましい。
【0011】
モジュール挿入口１３は、紫外線出射口７と比較して大きく開口している。モジュール挿入口１３は、例えば、直径２１ｍｍの円形状である。紫外線出射口７は、例えば、直径１４ｍｍの円形状である。
【0012】
筐体本体１５は、後述する継手５１の口部の口径内に収まる外径寸法を有する。筐体本体１５の外径寸法は、接続する継手の規格にあった外径とし、例えば、この実施の形態ではＪＩＳ Ｋ６７４３ ＴＳチーズ継手 呼び径２０に接続できる外径としている。筐体本体１５の内壁１７には、紫外線照射モジュール１１と螺合するネジ溝（図示せず）が設けられている。筐体本体１５の外壁１９には、後述する継手５１の第１口部５３の内壁５９と螺合するネジ溝（図示せず）が設けられている。
【0013】
また、筐体本体１５は、モジュール挿入口１３側の端部に鍔部２１と、紫外線出射口７側の端部に延出部２３とを有する。
【0014】
鍔部２１は、筐体本体１５のモジュール挿入口１３側の端部から外周側に向かって延出して設けられている。鍔部２１は、後述する継手５１の第１口部５３の開口側端部６１に当接して、紫外線照射ユニット１が継手５１の第１口部５３内に全て入ることを防止する。
【0015】
延出部２３は、筐体本体１５の紫外線出射口７側の端部から紫外線出射口７の口径を狭めるように内周側に向かい、続いて筐体本体１５の中空内に向かって延出して設けられている。延出部２３は、流体接触部２５と、紫外線透過体当接部２７と、紫外線透過体当接部２７及び筐体本体１５の内壁１７の間に形成されたパッキン挿入溝２９とを有する。紫外線透過体当接部２７は、パッキン挿入溝２９内に配置されたパッキン３１とともに紫外線透過体９と当接する。
【0016】
パッキン３１は、オーリングであり、例えば、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴムから形成される。
【0017】
紫外線照射モジュール１１は、光源５と、光源５のモジュール挿入口１３側の面に配置された基板３３と、基板３３のモジュール挿入口１３側の面に配置された基体３５と、基体３５のモジュール挿入口１３側の面に互いに間隔をあけて配置された複数の放熱板３７を備える放熱体３９とを有する。
【0018】
光源５は、紫外線を出射し、光源５から出射される紫外線の中心波長又はピーク波長は、例えば、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。光源５から出射される紫外線の中心波長又はピーク波長は、殺菌率が高い観点から、２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下であることが好ましい。光源５の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源５の種類は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザーダイオード（ＬＤ）である。
【0019】
基体３５は、円形の板状形状であり、側壁４１に筐体３の内壁１７と螺合するネジ溝（図示せず）が設けられている。基体３５は、例えば、カーボンブラックを含む樹脂材料、Ａｌ（アルミニウム）等の熱伝導性の高い材料から形成される。
【0020】
各放熱板３７は、光源５から発生した熱を外部に放出する。各放熱板３７は、例えば、アルミニウム、鉄、銅等の熱伝導性が高い材料から形成される。各放熱板３７は、剣山状や蛇腹状のように表面積を大きくすることによって放熱性能を向上することができる。また、筐体３を、カーボンブラックを含む樹脂材料、Ａｌ（アルミニウム）等の熱伝導性の高い材料にすることで、流体と筐体３と放熱板３７とにおける連続的な熱移動を促進でき、更に放熱性能を向上させることができる。
【0021】
紫外線透過体９は、光源５から出射された紫外線を継手５１内に透過させる。紫外線透過体９は、筐体３の紫外線透過体当接部２７とパッキン３１に当接して、筐体本体１５内に嵌め込まれている。紫外線透過体９は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、非晶質のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂のような紫外線に対する透過率が高い材料から形成される。紫外線透過体は、例えば上述した材料から選択される１種又は２種以上を含む板状体又は集光レンズである。
【0022】
光源５と紫外線透過体９との間には、スペーサー４３が設けられている。スペーサー４３は、その一端４５が紫外線透過体９のモジュール挿入口１３側の面の外周近傍に当接して、紫外線透過体９がずれないように固定している。また、スペーサー４３は、その他端４７が紫外線照射モジュール１１の基体３５の紫外線出射口７側の面の外周近傍に当接することによって、光源５が紫外線透過体９に接触して、紫外線透過体９が破損しないように位置決めしている。
【0023】
上述した紫外線照射モジュール１１は、光源５をモジュール挿入口１３から筐体本体１５の中空内に向けて挿入し、筐体３の内壁１７と、紫外線照射モジュール１１の基体３５の側壁４１とを螺合し、基体３５の外周近傍をスペーサー４３の他端４７に当接させて、筐体３に取り付けることができる。このため、紫外線照射モジュール１１は、筐体３内に脱着自在に設けられている。
【0024】
図２に示すように、紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１を、３つの口部を有する継手５１の１つの口部である第１口部５３に嵌合している。
【0025】
継手５１は、例えば、市販の継手であり、塩化ビニル、ポリプロピレン、架橋ポリエチレンのような樹脂材料、又はステンレス鋼、青銅、黄銅のような金属材料から形成される。継手５１は、筐体３と同じ材料から形成されることが好ましい。継手５１は、例えば、Ｔ字型、Ｙ字型のような３つの口部を有する継手、十字型のような４つの口部を有する継手などの３つ以上の口部を有する継手である。
【0026】
継手５１は、Ｔ字型の継手であり、長手方向の一端側に開口している第１口部５３と、長手方向の他端側に開口している第２口部５５と、長手方向の中央近傍から垂直に分岐して、開口している第３口部５７とを有する。言い換えると、３つの口部を有する継手５１は、互いに対向して配置されている第１口部５３及び第２口部５５と、第１口部５３及び第２口部５５を繋ぐ管と、管に開口を有する第３口部５７とを有する。
【0027】
第１口部５３には、第１口部５３の内壁５９に設けられたネジ溝（図示せず）と、紫外線照射ユニット１の筐体本体１５の外壁１９に設けられたネジ溝とを螺合させ、継手５１の開口側端部６１に紫外線照射ユニット１の鍔部２１を当接させて、紫外線照射ユニット１が固定されている。第１口部５３には、例えば、紫外線照射ユニット１が接着剤、又は溶接により固定されていてもよい。
【0028】
第２口部５５には、流入側流路管６３が接続されている。流入側流路管６３は、既設の流路管であり、例えば、ネジ、接着剤、溶接等により第２口部５５に固定されている。流入側流路管６３の上流側には、流体供給装置など（図示せず）が接続されている。
【0029】
第３口部５７には、流出側流路管６５が接続されている。流出側流路管６５は、既設の流路管であり、例えば、ネジ、接着剤、溶接等により第３口部５７に固定されている。流出側流路管６５の下流側には、液体貯蔵装置など（図示せず）が接続されている。
【0030】
流体供給装置から流入側流路管６３を経由して第２口部５５内に導入された流体は、流入側流路管６３と第２口部５５を流れている間に、紫外線照射ユニット１から出射された紫外線により殺菌処理される。続いて、殺菌処理された流体は、第３口部５７と流出側流路管６５を経由して液体貯蔵装置に流れる。このようにして、紫外線殺菌装置４９は、流体を紫外線により殺菌処理することができる。
【0031】
流体の流量は、流入側流路管６３と第２口部５５を流れる間に紫外線の照射によって殺菌される流量であればよく、例えば、１Ｌ／ｍｉｎ～１００Ｌ／ｍｉｎである。
【0032】
流体は、例えば、空気等の気体、小麦粉のような穀物やその他の粉体、上水や農業用水のような液体である。
【0033】
上述したように、紫外線照射ユニット１は、継手５１の第１口部５３の口径内に収まる外径寸法を有する円筒形状の筐体３を備えるため、継手５１に容易に接続できる。そのため、紫外線照射ユニット１は、継手５１を介在させて、既設の流路管である流入側流路管６３と流出側流路管６５に容易に接続することができ、さらに別途接続するための設備を必要としないため、コストを削減することもできる。
【0034】
図２に示すように、紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１を、継手５１を流れる流体に対して、流体の流れる向きに対向する口部である第１口部５３に設けることによって、流体に対して紫外線を照射する時間を長くして、殺菌処理する流体の量を増やすことができる。
【0035】
紫外線殺菌装置４９は、交換並びにメンテナンスを以下に示すように実施することができる。図３に示すように、紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１の筐体３及び紫外線透過体９を残して紫外線照射モジュール１１のみを取り外すことができる。続いて、新規の紫外線照射モジュール１１を紫外線照射ユニット１の筐体３内に取り付けて、新規の紫外線照射モジュール１１に交換することができる。このため、紫外線殺菌装置４９は、別の紫外線照射ユニット１を用意することなく、紫外線照射モジュール１１のみを準備すればよいため、コストを削減することができる。また、紫外線透過体９は、パッキン３１及び紫外線透過体当接部２７とスペーサー４３とにより挟持されているため、流体が外部に漏れ出ることを防止できる。
【0036】
以下に本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する実施形態において、上述した実施の形態１と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では実施の形態１と主に異なる点を説明する。
【0037】
［実施の形態２］
図４を参照して、実施の形態２の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態２の紫外線照射ユニット１は、スペーサー４３の代わりにリフレクター６７を有することのみが実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
図４を参照して、実施の形態２の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態２の紫外線照射ユニット１は、スペーサー４３の代わりにリフレクター６７を有することのみが実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0038】
図４に示すように、実施の形態２の紫外線照射ユニット１は、紫外線透過体９の外周近傍に当接し、光源５の周囲に配置されたリフレクター６７を有する。
【0039】
リフレクター６７は、凹部６９と、紫外線反射面７１と、紫外線出射口側面７３と、モジュール挿入口側面７５と、紫外線出射口側開口部７７と、モジュール挿入口側開口部７９とを備えている。
【0040】
リフレクター６７は、光源５から出射された紫外線のうち、一部の紫外線（出射角度が大きな紫外線）を紫外線透過体９に向けて反射する。リフレクター６７は、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ガラス、金属から形成され、少なくとも紫外線反射面７１の表面はアルミニウムでミラー状にコーティングされている。凹部６９の表面は、紫外線から樹脂を保護するためにコーティングされていてもよい。凹部６９と紫外線反射面７１の表面のコーティングは、例えば、蒸着によるアルミニウムコーティングが挙げられる。
【0041】
凹部６９は、紫外線照射モジュール１１の光源５と基板３３を収容する。凹部６９の底部の中央部部分は、モジュール挿入口側開口部７９と連通している。
【0042】
紫外線反射面７１は、光源５から出射され、直接到達した紫外線を紫外線透過体９に向けて反射する。紫外線反射面７１は、中心軸８１を回転軸とした回転対象面であり、本実施の形態では円対称であり、中心軸８１に対して直線状である。紫外線反射面７１は、中心軸８１の方向に凸の曲線状や凹の曲線状であってもよく、光源５から出射された紫外線を紫外線透過体９に向けて反射する目的が達成されればよい。
【0043】
紫外線出射口側面７３は、紫外線透過体９の外周近傍に当接し、モジュール挿入口側面７５は、基体３５の紫外線出射口側の面の外周近傍に当接している。紫外線出射口側面７３とモジュール挿入口側面７５は、中心軸８１が紫外線出射口側開口部７７とモジュール挿入口側開口部７９の中心を通るように、リフレクター６７を位置決めしている。
【0044】
紫外線出射口側開口部７７は、モジュール挿入口側開口部７９と比較して大きく開口している。紫外線出射口側開口部７７は、例えば、直径１６ｍｍの円形状である。モジュール挿入口側開口部７９は、例えば、直径６ｍｍの円形状である。
【0045】
実施の形態２の紫外線照射ユニット１は、リフレクター６７の紫外線反射面７１において、光源５から出射された紫外線を紫外線透過体９に向けて反射するため、中心付近に高い紫外線強度を有する紫外線を外部に向けて照射することができる。このため、実施の形態２の紫外線照射ユニット１は、流路管を流れる流体に対して、すなわち管の中央では速く、管壁側では遅い層流の流体に対して、流体の流れに対向する位置から、中心付近に高い紫外線強度を有する紫外線を照射することによって、流体を十分に殺菌することができる。
【0046】
また、実施の形態２の紫外線照射ユニット１は、継手の内壁と流路管の内壁に紫外線が直接照射されることを抑制して、継手及び流路管が紫外線により劣化することを防止できる。
【0047】
［実施の形態３］
図５を参照して、実施の形態３の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態３の紫外線照射ユニット１は、スペーサー４３の代わりにリフレクター６７を有すること、紫外線透過体として第１集光レンズを有すること、パッキン３１を有していないことが実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
図５を参照して、実施の形態３の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態３の紫外線照射ユニット１は、スペーサー４３の代わりにリフレクター６７を有すること、紫外線透過体として第１集光レンズを有すること、パッキン３１を有していないことが実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0048】
実施の形態３において、紫外線透過体９は第１集光レンズであり、凸レンズ面８３と、鍔部８５と、脚部８７とを有する。以下、実施の形態３において、紫外線透過体９を第１集光レンズとして記載する。
【0049】
凸レンズ面８３は、紫外線照射モジュール１１の光源５に対向するように配置されている。凸レンズ面８３は、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射され、直接到達した紫外線と、リフレクター６７の紫外線反射面７１に反射して到達した紫外線とが入射する面である。凸レンズ面８３は、中心軸８１を回転軸とした円対称である。凸レンズ面８３は、中心軸８１に対して直交する断面において、光源５側から継手５１側に向かうにしたがって、断面の径が大きくなるように形成されている。
【0050】
鍔部８５は、凸レンズ面８３の周囲に配置されている。鍔部８５には、リフレクター６７の紫外線出射口側面７３が当接している。
【0051】
脚部８７は、鍔部８５の凸レンズ面８３と反対側面の外周近傍から筐体３のパッキン挿入溝２９内に向かって延出し、形成されている。脚部８７は、筐体３のパッキン挿入溝２９と係合している。
【0052】
第１集光レンズは、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線、すなわち、紫外線照射モジュール１１から出射され、第１集光レンズに直接到達した紫外線と、紫外線照射モジュール１１から出射された後にリフレクター６７の紫外線反射面７１で反射され、第１集光レンズに到達した紫外線とを集光し、外部に向けて透過する。
【0053】
実施の形態３の紫外線照射ユニット１は、リフレクター６７の紫外線反射面７１において、光源５から出射された紫外線を紫外線透過体９に向けて反射するとともに、紫外線透過体９である第１集光レンズにおいて、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線を集光し、外部に向けて透過するため、中心付近にさらに高い紫外線強度を有する紫外線を外部に向けて照射することができる。このため、実施の形態３の紫外線照射ユニット１は、流路管を流れる流体に対して、すなわち管の中央では速く、管壁側では遅い層流の流体に対して、流体の流れに対向する位置から、中心付近にさらに高い紫外線強度を有する紫外線を照射することによって、流体をさらに十分に殺菌することができる。
【0054】
また、実施の形態３の紫外線照射ユニット１は、継手の内壁と流路管の内壁に紫外線が直接照射されることをさらに抑制して、継手及び流路管が紫外線により劣化することをさらに防止できる。
【0055】
［実施の形態４］
図６を参照して、実施の形態４の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、紫外線透過体９として第２集光レンズを有することが実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
図６を参照して、実施の形態４の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、紫外線透過体９として第２集光レンズを有することが実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0056】
実施の形態４において、紫外線透過体９は第２集光レンズであり、凸レンズ面８９と、突出部９１と、紫外線入射面９３と、鍔部９５と、脚部９７とを有する。以下、実施の形態４において、紫外線透過体９を第２集光レンズとして記載する。
【0057】
凸レンズ面８９は、紫外線照射モジュール１１の光源５に対向するように配置されている。凸レンズ面８９は、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線のうち、出射角度が小さい紫外線が入射する面である。凸レンズ面８９は、中心軸８１を回転軸とした円対称である。凸レンズ面８９は、中心軸８１に対して直交する断面において、光源５側から紫外線出射口７側に向かうにしたがって、断面の径が大きくなるように形成されている。
【0058】
突出部９１は、凸レンズ面８９の周囲から紫外線照射モジュール１１側に向かって延出した後、中心軸８１側から外周に向かって直線状に傾斜している。
【0059】
紫外線入射面９３は、突出部９１の中心軸８１側の面であり、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線のうち、出射角度が大きい紫外線が入射する面である。
【0060】
鍔部９５は、突出部９１の周囲に配置されている。鍔部９５の紫外線照射モジュール１１側の面には、スペーサー４３の一端４５が当接している。
【0061】
脚部９７は、鍔部９５の凸レンズ面８９と反対側面の外周近傍から筐体３のパッキン挿入溝２９内に向かって延出し、形成されている。脚部９７は、筐体３のパッキン挿入溝２９と係合している。
【0062】
第２集光レンズは、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線、すなわち、紫外線照射モジュール１１から出射され、凸レンズ面８９に到達した紫外線と、紫外線照射モジュール１１から出射され、紫外線入射面９３に到達した紫外線とを集光し、外部に向けて透過する。
【0063】
実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、紫外線透過体９である第２集光レンズにおいて、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線を集光し、外部に向けて透過するため、中心付近に高い紫外線強度を有する紫外線を外部に向けて照射することができる。このため、実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、流路管を流れる流体に対して、すなわち管の中央では速く、管壁側では遅い層流の流体に対して、流体の流れに対向する位置から、中心付近に高い紫外線強度を有する紫外線を照射することによって、流体を殺菌することができる。
【0064】
また、実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、継手の内壁と流路管の内壁に紫外線が直接照射されることを抑制して、継手及び流路管が紫外線により劣化することを防止できる。
【0065】
図７を参照して、実施の形態４の紫外線照射ユニット１から出射される紫外線照射強度について説明する。図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、筐体３の上面から２８ｍｍにおいて、実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、中心から直線距離で約１ｍｍまでの範囲において１．９４Ｅ－４Ｗ／ｍｍ２以上の強度を有し、中心から直線距離で約１０ｍｍ離れた箇所において２．２５Ｅ－５Ｗ／ｍｍ２程度の強度を有していることがわかる。一方、筐体３の上面から２８ｍｍにおいて、実施の形態１の紫外線照射ユニット１は、中心から直線距離で約１ｍｍ離れた箇所において６．７３Ｅ－６Ｗ／ｍｍ２程度の強度を有し、中心から直線距離で約１０ｍｍ離れた箇所において６．１４Ｅ－６Ｗ／ｍｍ２程度の強度を有していることがわかる。したがって、実施の形態４の紫外線照射ユニット１は、紫外線透過体９として第２集光レンズを備え、第２集光レンズにおいて、紫外線照射モジュール１１の光源５から出射された紫外線を集光し、外部に向けて透過するため、中心付近に高い紫外線強度を有する紫外線を照射することができる。
【0066】
［実施の形態５］
図１を参照して、実施の形態５の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態５の紫外線照射ユニット１は、筐体として、熱伝導性の高い材料から形成された筐体３を備える。熱伝導性の高い材料は、例えば、カーボンブラックを含むＰＰＳ、又はアルミニウム等である。
図１を参照して、実施の形態５の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態５の紫外線照射ユニット１は、筐体として、熱伝導性の高い材料から形成された筐体３を備える。熱伝導性の高い材料は、例えば、カーボンブラックを含むＰＰＳ、又はアルミニウム等である。
【0067】
実施の形態５の紫外線照射ユニット１は、熱伝導性の高い材料から形成された筐体３を備えるため、光源５から発生した熱が、基板３３と基体３５を介して、各放熱板３７と筐体３に移動する。各放熱板３７に移動した熱は大気中に放出され、筐体３に移動した熱は流体接触部２５から流体中に移動する。このため、実施の形態５の紫外線照射ユニット１は、光源５の熱を大気中に放出して、又は流体中に移動させることによって放熱性を高めているので、紫外線照射時に光源５が高温状態（例えば、光源５に隣接する基板が６５℃以上）になって、光源５が早期に劣化することを抑制又は防止できる。
【0068】
実施の形態５の紫外線照射ユニット１の放熱性を評価するために、図８に示すような放熱性試験を行なった。最初に、放熱性試験に用いる紫外線照射ユニットとして、以下に示す例１～４の紫外線照射ユニットを準備した。
【0069】
例１：カーボンブラックを含むＰＰＳから形成された筐体３を備える紫外線照射ユニット１（実施の形態５）
例２：アルミニウムから形成された筐体３を備える紫外線照射ユニット１（実施の形態５）
例３：塩化ビニルから形成された筐体３を備える紫外線照射ユニット１
例４：塩化ビニルから形成された筐体３と、筐体３の鍔部２１に取り付けられた、放熱装置であるファン１０７とを備える紫外線照射ユニット１
次に、室温の水１０９を入れたビーカー１１１と、筐体本体１５の外径寸法と同じ直径の孔１１３を有するプレート１１５を４セット準備した。その後、例１～３の各紫外線照射ユニット１の、基板３３の光源５側表面（i点）と、放熱板３７表面（ii点）と、筐体３の筐体本体１５の外壁１９表面（iii点）に温度測定用の熱電対（図示せず）をそれぞれ取り付けた。次に、各ビーカー１１１の水１０９内（iv点）にも温度測定用の熱電対（図示せず）をそれぞれ配置した。その後、熱電対を取り付けた各紫外線照射ユニット１の筐体本体１５をプレート１１５の孔１１３にそれぞれ挿入し、筐体３の流体接触部２５を水の表面に接触させるようにして、プレート１１５をビーカー１１１の開口上にそれぞれ配置した。（図８の（Ａ））。
例２：アルミニウムから形成された筐体３を備える紫外線照射ユニット１（実施の形態５）
例３：塩化ビニルから形成された筐体３を備える紫外線照射ユニット１
例４：塩化ビニルから形成された筐体３と、筐体３の鍔部２１に取り付けられた、放熱装置であるファン１０７とを備える紫外線照射ユニット１
次に、室温の水１０９を入れたビーカー１１１と、筐体本体１５の外径寸法と同じ直径の孔１１３を有するプレート１１５を４セット準備した。その後、例１～３の各紫外線照射ユニット１の、基板３３の光源５側表面（i点）と、放熱板３７表面（ii点）と、筐体３の筐体本体１５の外壁１９表面（iii点）に温度測定用の熱電対（図示せず）をそれぞれ取り付けた。次に、各ビーカー１１１の水１０９内（iv点）にも温度測定用の熱電対（図示せず）をそれぞれ配置した。その後、熱電対を取り付けた各紫外線照射ユニット１の筐体本体１５をプレート１１５の孔１１３にそれぞれ挿入し、筐体３の流体接触部２５を水の表面に接触させるようにして、プレート１１５をビーカー１１１の開口上にそれぞれ配置した。（図８の（Ａ））。
【0070】
次に、例４の紫外線照射ユニット１の、基板３３の光源５側表面（i点）と、放熱板３７表面（ii点）と、筐体３の筐体本体１５の外壁１９表面（iii点）に温度測定用の熱電対（図示せず）を取り付けた。その後、各ビーカー１１１の水１０９内（iv点）にも温度測定用の熱電対（図示せず）を配置した。次に、熱電対を取り付けた紫外線照射ユニット１の筐体本体１５をプレート１１５の孔１１３に挿入し、筐体３の流体接触部２５を水の表面に接触させるようにして、プレート１１５をビーカー１１１の開口上に配置して準備を完了した（図８の（Ｂ））。
【0071】
続いて、例１～４の各紫外線照射ユニット１の光源５から紫外線を照射させて放熱性試験を開始した。放熱性試験として、紫外線照射開始（０秒）から１８００秒まで、１０秒間隔で、例１～４の各紫外線照射ユニット１の上記i～iii点及び水（iv点）の温度をそれぞれ測定した。その結果を図９～１２に示す。また、紫外線照射１８００秒後の例１～４の各紫外線照射ユニット１の上記i～iii点及び水（iv点）の温度をそれぞれ表１に示す。
【表1】
【0072】
表１を参照して、実施の形態５の紫外線照射ユニット１の放熱性について説明する。表１に示すように、例１の紫外線照射ユニット１の基板温度は６０．１℃であり、例２の紫外線照射ユニット１の基板温度は３９．８℃であり、例３の紫外線照射ユニット１の基板温度は７９．３℃であることがわかる。したがって、実施の形態５である、例１、２の紫外線照射ユニット１は、熱伝導性の高い材料から形成された筐体３を備えるため、光源５の熱を基板３３と基体３５を介して放熱板３７と筐体３に移動させ、筐体３に移動させた熱を流体接触部２５から水中に移動させることによって、放熱性を高めていることがわかる。
【0073】
また、表１に示すように、例１の紫外線照射ユニット１の基板温度は６０．１℃であり、例３の紫外線照射ユニット１の基板温度は７９．３℃であり、例４の紫外線照射ユニット１の基板温度は５８．１℃であることがわかる。ここから、実施の形態５である、例１の紫外線照射ユニット１は、放熱装置を備える例４の紫外線照射ユニット１と同程度に基板の温度を冷却していることがわかる。したがって、実施の形態５である、例１の紫外線照射ユニット１は、熱伝導性の高い材料から形成された筐体３を備えるため、ファン１０７のような放熱装置を必要とせず、放熱装置のためのコストを削減し、紫外線照射ユニットを小型化することができる。
【0074】
さらに、表１に示すように、例２の紫外線照射ユニット１の基板温度は３９．８℃であり、例３の紫外線照射ユニット１の基板温度は７９．３℃であり、例４の紫外線照射ユニット１の基板温度は５８．１℃であることがわかる。ここから、実施の形態５である、例２の紫外線照射ユニット１は、放熱装置を備える例４の紫外線照射ユニット１よりも基板の温度を１８℃以上冷却していることがわかる。したがって、実施の形態５である、例２の紫外線照射ユニット１は、熱伝導性の高い材料から形成された筐体３を備えるため、ファン１０７のような放熱装置を必要とせず、放熱装置のためのコストを削減し、紫外線照射ユニットを小型化することができる。
【0075】
［実施の形態６］
図１３を参照して、実施の形態６の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態６の紫外線照射ユニット１は、放熱部として、筐体３の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって突出する、間隔をあけて周方向に設けられた、直方体状の複数の放熱突出部１１７を有することが、実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
図１３を参照して、実施の形態６の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態６の紫外線照射ユニット１は、放熱部として、筐体３の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって突出する、間隔をあけて周方向に設けられた、直方体状の複数の放熱突出部１１７を有することが、実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0076】
直方体状の複数の放熱突出部１１７は、筐体３の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって突出し、流体接触部２５の流体に接触する表面積を大きくしている。複数の放熱突出部１１７は、筐体３と同じ材料から形成され、例えば、一体成型により筐体３とともに形成される。
【0077】
図１４に示すように、実施の形態６の紫外線照射ユニット１は、直方体状の複数の放熱突出部１１７を、継手５１の第２口部５５に向かうように、継手５１の第１口部５３に挿入される。実施の形態６の紫外線照射ユニット１は、直方体状の複数の放熱突出部１１７を有するため、光源５から発生した熱が、基板３３と基体３５を介して、各放熱板３７と筐体３に移動し、筐体３に移動した熱が、直方体状の複数の放熱突出部１１７から流体中に移動する。このため、実施の形態６の紫外線照射ユニット１は、光源５の熱を流体中に移動させることによって、光源５が高温状態になって、光源５が早期に劣化することを抑制又は防止できる。さらに、実施の形態６の紫外線照射ユニット１は、直方体状の複数の放熱突出部１１７を備えるため、放熱装置を必要とせず、放熱装置のためのコストを削減し、紫外線照射ユニットを小型化することができる。
【0078】
［実施の形態７］
図１５を参照して、実施の形態７の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、筐体３の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって長く突出する、流体接触部２５の半周領域に間隔をあけて周方向に設けられた、角柱状の複数の放熱突出部１１７を有することが、実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
図１５を参照して、実施の形態７の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、筐体３の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって長く突出する、流体接触部２５の半周領域に間隔をあけて周方向に設けられた、角柱状の複数の放熱突出部１１７を有することが、実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0079】
角柱状の複数の放熱突出部１１７は、筐体３の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって突出し、流体接触部２５の流体に接触する表面積を大きくしている。複数の放熱突出部１１７は、筐体３と同じ材料から形成され、例えば、一体成型により筐体３とともに形成される。
【0080】
図１６に示すように、実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、角柱状の複数の放熱突出部１１７を、継手５１の第３口部５７とは反対側に位置するように、継手５１の第１口部５３に挿入される。このため、実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、第２口部５５から第３口部５７に向かう流体の流れを妨げない。
【0081】
また、実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、角柱状の複数の放熱突出部１１７を有するため、光源５から発生した熱が、基板３３と基体３５を介して、各放熱板３７と筐体３に移動し、筐体３に移動した熱が、角柱状の複数の放熱突出部１１７から流体中に移動する。このため、実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、光源５の熱を流体中に移動させることによって、光源５が高温状態になって、光源５が早期に劣化することを抑制又は防止できる。さらに、実施の形態７の紫外線照射ユニット１は、角柱状の複数の放熱突出部１１７を備えるため、放熱装置を必要とせず、放熱装置のためのコストを削減し、紫外線照射ユニットを小型化することができる。
【0082】
［実施の形態８］
図１７を参照して、実施の形態８の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態８の紫外線照射ユニット１は、筐体３が紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１とに分割されていること、基体３５がスペーサー４３と一体に形成されていること、基体３５が紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１にそれぞれ螺合してこれらを接続していること、紫外線照射モジュール１１が放熱体３９を有していないことが、実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
図１７を参照して、実施の形態８の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態８の紫外線照射ユニット１は、筐体３が紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１とに分割されていること、基体３５がスペーサー４３と一体に形成されていること、基体３５が紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１にそれぞれ螺合してこれらを接続していること、紫外線照射モジュール１１が放熱体３９を有していないことが、実施の形態１の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0083】
紫外線出射口側筐体１１９は、モジュール挿入口１３側の内壁１２３に、基体３５の側壁４１と螺合するネジ溝（図示せず）が設けられている。紫外線出射口側筐体１１９は、例えば、カーボンブラックを含む樹脂材料、Ａｌ（アルミニウム）等の熱伝導性の高い材料で形成される。
【0084】
反紫外線出射口側筐体１２１は、紫外線出射口７側の内壁１２５に、基体３５の側壁４１と螺合するネジ溝（図示せず）が設けられている。反紫外線出射口側筐体１２１は、例えば、後述する紫外線出射口側筐体１１９と同じ材料から形成されてもよく、別の材料で形成されてもよい。
【0085】
基体３５は、スペーサー４３と一体に形成され、側壁４１に紫外線出射口側筐体１１９の内壁１２３及び反紫外線出射口側筐体１２１の内壁１２５とそれぞれ螺合するネジ溝（図示せず）が設けられている。
【0086】
図１８に示すように、実施の形態８の紫外線照射ユニット１は、筐体が紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１とに分かれており、光源５から発生した熱が、基板３３と基体３５を介して、放熱部として熱伝導性の高い材料で形成された紫外線出射口側筐体１１９に移動し、紫外線出射口側筐体１１９に移動した熱が、流体接触部２５から流体中に移動する。このため、実施の形態８の紫外線照射ユニット１は、光源５の熱を流体中に移動させることによって、光源５が高温状態になって、光源５が早期に劣化することを抑制又は防止できる。実施の形態８の紫外線照射ユニット１は、反紫外線出射口側筐体１２１を熱伝導性の高い材料で形成した場合、大気中への放熱も可能となるが、必ずしも紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１とを同じ材料で形成する必要はなく、熱伝導性の高い材料が高価である場合、反紫外線出射口側筐体１２１のみ塩化ビニル等の安価な材料で形成しコストを削減できる。さらに、実施の形態８の紫外線照射ユニット１は、放熱体３９を有していないため、放熱体３９のためのコストを削減し、紫外線照射ユニットを小型化することができる。
【0087】
［実施の形態９］
図１９を参照して、実施の形態９の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態９の紫外線照射ユニット１は、紫外線出射口側筐体１１９の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって長く突出する、流体接触部２５の半周領域に間隔をあけて周方向に設けられた、角柱状の複数の放熱突出部１１７を有することが、実施の形態８の紫外線照射ユニット１と異なる。
図１９を参照して、実施の形態９の紫外線照射ユニット１について説明する。実施の形態９の紫外線照射ユニット１は、紫外線出射口側筐体１１９の流体接触部２５から紫外線照射方向に向かって長く突出する、流体接触部２５の半周領域に間隔をあけて周方向に設けられた、角柱状の複数の放熱突出部１１７を有することが、実施の形態８の紫外線照射ユニット１と異なる。
【0088】
図２０に示すように、実施の形態９の紫外線照射ユニット１は、筐体が紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１とに分かれ、かつ角柱状の複数の放熱突出部１１７を有するため、光源５から発生した熱が、基板３３と基体３５を介して、紫外線出射口側筐体１１９と反紫外線出射口側筐体１２１に移動し、放熱部である紫外線出射口側筐体１１９に移動した熱が、流体接触部２５及び角柱状の複数の放熱突出部１１７から流体中に移動する。このため、実施の形態９の紫外線照射ユニット１は、光源５の熱を流体中に移動させることによって、光源５が高温状態になって、光源５が早期に劣化することを抑制又は防止できる。さらに、実施の形態９の紫外線照射ユニット１は、放熱体３９を有していないため、放熱体３９のためのコストを削減することができる。
【0089】
［実施の形態１０］
紫外線照射ユニット１から出射される紫外線の照射強度は、前述のようにＷ／ｍｍ２で示されるが、流体に対する紫外線の殺菌線量は、Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ２で示される。すなわち、用いる紫外線の出力が同じ場合、流体に対して照射時間が長い方が高い殺菌率を得られる。そこで、流体に対する紫外線の照射時間を長くして殺菌効果を向上させるために、流体の流速を低減させることが考えられる。
紫外線照射ユニット１から出射される紫外線の照射強度は、前述のようにＷ／ｍｍ２で示されるが、流体に対する紫外線の殺菌線量は、Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ２で示される。すなわち、用いる紫外線の出力が同じ場合、流体に対して照射時間が長い方が高い殺菌率を得られる。そこで、流体に対する紫外線の照射時間を長くして殺菌効果を向上させるために、流体の流速を低減させることが考えられる。
【0090】
図２１を参照して、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９について説明する。実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１を３つの口部を有する継手５１の１つの口部である第１口部５３に嵌合している。紫外線照射ユニット１は、継手５１を流れる流体に対して、流体の流れる向きに対向する口部である第１口部５３に設けられ、かつ筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、継手５１の第３口部５７の開口１２９を越えて、紫外線照射ユニット１が嵌合している口部である第１口部５３に対向する口部である第２口部５５側に存在している。言い換えると、紫外線照射ユニット１は、筐体３の一部が、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向するように第１口部５３に嵌合されている。
【0091】
図２１に示すように、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、第３口部５７の開口１２９を越えて、第２口部５５側に存在しているため、すなわち、紫外線照射ユニット１の筐体３の一部が、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向するように第１口部５３に嵌合されているため、流入側流路管６３から流出側流路管６５へ流れる流体の、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７までの流速を、流出側流路管６５における流速と比較して低減させることができる。このため、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１の筐体３が第３口部５７の開口１２９に離間対向せずに第１口部５３に嵌合している紫外線殺菌装置と比較して、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７へ流れている流体に対して紫外線照射ユニット１から照射される紫外線の照射時間を延ばし、流体の殺菌率を向上させることができる。
【0092】
実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９における、流入側流路管６３から流出側流路管６５へ流れる流体の、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７までの流速と、流出側流路管６５における流速を確認するために、図２２の（Ａ）～（Ｄ）に示す、例１～４の構成の紫外線殺菌装置内の流体の流速をそれぞれ測定した。例１～４の紫外線殺菌装置の構成を下記に示すが、例１～３の紫外線殺菌装置が、実施の形態１０の紫外線殺菌装置に該当する。
【0093】
例１：紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、第３口部５７の開口１２９を越えて、第２口部５５側に存在している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ａ））
例２：紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、第３口部５７の開口１２９を越えないで、第２口部５５側に存在している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ｂ））
例３：紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、第３口部５７の開口１２９の中心線上に存在している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ｃ））
例４：紫外線照射ユニット１の筐体３が、第３口部５７の開口１２９に離間対向せずに第１口部５３に嵌合している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ｄ））
図２２の（Ａ）～（Ｄ）に示す、例１～４の構成の紫外線殺菌装置４９内の流体の流速は、ＣＯＭＳＯＬを用いたシミュレーションにより測定した。各例におけるシミュレーションは、流入側流路管６３の内径を３１ｍｍ、流出側流路管６５の内径と第３口部の開口の最小の直径を２０ｍｍとし、流入側流路管６３に２Ｌの流量、０．０４ｍ／ｓの流速で流体を供給する条件で行った。
例２：紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、第３口部５７の開口１２９を越えないで、第２口部５５側に存在している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ｂ））
例３：紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口側筐体端部１２７が、第３口部５７の開口１２９の中心線上に存在している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ｃ））
例４：紫外線照射ユニット１の筐体３が、第３口部５７の開口１２９に離間対向せずに第１口部５３に嵌合している紫外線殺菌装置４９（図２２の（Ｄ））
図２２の（Ａ）～（Ｄ）に示す、例１～４の構成の紫外線殺菌装置４９内の流体の流速は、ＣＯＭＳＯＬを用いたシミュレーションにより測定した。各例におけるシミュレーションは、流入側流路管６３の内径を３１ｍｍ、流出側流路管６５の内径と第３口部の開口の最小の直径を２０ｍｍとし、流入側流路管６３に２Ｌの流量、０．０４ｍ／ｓの流速で流体を供給する条件で行った。
【0094】
図２２の（Ａ）～（Ｄ）を参照して、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９の流体の流速について説明する。
【0095】
図２２の（Ａ）に示すように、例１の紫外線殺菌装置４９において、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７までの流体の速度は、流路管の中央から管壁側に亘って約０．０５ｍ／ｓであり、流出側流路管６５の中央付近における流体の速度は最大で約０．３０ｍ／ｓであることがわかる。
【0096】
図２２の（Ｂ）に示すように、例２の紫外線殺菌装置４９において、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７までの流体の速度は、流路管の中央から管壁側に亘って約０．０５ｍ／ｓであり、流出側流路管６５の中央付近における流体の速度は最大で約０．２５ｍ／ｓであることがわかる。
【0097】
図２２の（Ｃ）に示すように、例３の紫外線殺菌装置４９において、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７までの流体の速度は、流路管の中央から管壁側に亘って約０．０５ｍ／ｓであり、流出側流路管６５の中央付近における流体の速度は最大で約０．２５ｍ／ｓであることがわかる。
【0098】
図２２の（Ｄ）に示すように、例４の紫外線殺菌装置４９において、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７までの流体の速度は、流路管の中央付近において約０．１５ｍ／ｓ、管壁側において約０．１０ｍ／ｓであり、流出側流路管６５の中央付近における流体の速度は最大で約０．２５ｍ／ｓであることがわかる。
【0099】
したがって、実施の形態１０である、例１～３の紫外線殺菌装置は、紫外線照射ユニット１の筐体３が第３口部５７の開口１２９に離間対向せずに第１口部５３に嵌合している、例４の紫外線殺菌装置と比較して、流入側流路管６３から紫外線出射口側筐体端部１２７へ流れている流体に対して紫外線照射ユニット１から照射される紫外線の照射時間を延ばし、流体の殺菌率を向上させることができる。
【0100】
［実施の形態１１］
図２３を参照して、実施の形態１１の紫外線殺菌装置４９について説明する。実施の形態１１の紫外線殺菌装置４９は、筐体３の、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向する位置に放熱部１３１が設けられ、放熱部１３１は熱伝導性が高い材料で形成されていることが、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９と異なる。
図２３を参照して、実施の形態１１の紫外線殺菌装置４９について説明する。実施の形態１１の紫外線殺菌装置４９は、筐体３の、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向する位置に放熱部１３１が設けられ、放熱部１３１は熱伝導性が高い材料で形成されていることが、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９と異なる。
【0101】
放熱部１３１は、筐体３の、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向する位置に複数のスリット１３３を形成することによって設けられている。放熱部１３１は、上述した熱伝導性が高い材料を用いて形成されている。複数のスリット１３３は、筐体３が流体に接触する面積を広くしている。
【0102】
実施の形態１１の紫外線殺菌装置４９は、筐体３が、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向する位置に放熱部１３１を有するため、光源５から発生した熱が、基板３３と基体３５を介して、各放熱板３７と筐体３に移動する。各放熱板３７に移動した熱は大気中に放出され、筐体３に移動した熱は放熱部１３１から流体中に移動する。このため、実施の形態１１の紫外線殺菌装置４９は、光源５の熱を大気中に放出して、又は流体中に移動させることによって放熱性を高めているので、紫外線照射時に光源５が高温状態になって、光源５が早期に劣化することを抑制又は防止できる。
【0103】
［実施の形態１２］
図２４を参照して、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９について説明する。図２４において、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９は、継手５１の第２口部５５に設けられた流入側流路管６３が、９０度エルボタイプの継手１３５を介して上流側流路管１３７に接続していることが、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９と異なる。
図２４を参照して、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９について説明する。図２４において、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９は、継手５１の第２口部５５に設けられた流入側流路管６３が、９０度エルボタイプの継手１３５を介して上流側流路管１３７に接続していることが、実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９と異なる。
【0104】
図２４において、流入側流路管６３に平行な方向を第１方向Ｘとし、流出側流路管６５及び上流側流路管１３７に平行な方向を第２方向Ｙとし、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは互いに直交し、第２方向Ｙの正の向きを上又は上方と定義すると、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９は、流路内において上流側流路管１３７よりも低い位置に配置されている。
【0105】
図２４に示すように、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９は、流路内において低い位置に配置されているため、第２口部５５と流入側流路管６３内に空気等の気泡が入り込んでしまうことを抑制又は防止することができる。このため、実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９は、紫外線照射ユニット１から照射される紫外線が、第２口部５５や流入側流路管６３の内径表面に直接に照射されて、第２口部５５や流入側流路管６３が早期劣化することを抑制又は防止することができる。また、気泡による殺菌率の低下を抑制または防止することができる。
【0106】
［実施の形態１３］
図２５及び２６を参照して、実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９について説明する。図２５において、実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９は、継手５１の第１口部５３に、集光レンズである紫外線透過体９を有する実施の形態４の紫外線照射ユニット１が嵌合していること、継手５１の第２口部５５の内径寸法が第１口部５３に向かって小さくなっていることが実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９と異なる。
図２５及び２６を参照して、実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９について説明する。図２５において、実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９は、継手５１の第１口部５３に、集光レンズである紫外線透過体９を有する実施の形態４の紫外線照射ユニット１が嵌合していること、継手５１の第２口部５５の内径寸法が第１口部５３に向かって小さくなっていることが実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９と異なる。
【0107】
図２６に示すように、実施の形態１３の継手５１の第２口部５５の内径寸法は、第１口部５３に向かってΦ１からΦ２に、次第に小さくなっている。図２５において、Φ１は、第２口部５５に挿入して接続される流入側流路管６３の内径寸法と同じである。Φ２は、紫外線照射ユニット１の筐体３の紫外線出射口７の内径寸法以上であり、例えばΦ１の内径寸法の９０％から５０％である。
【0108】
図２５に示すように、実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９は、継手５１の第２口部５５の内径寸法が第１口部５３に向かって小さくなっているため、流入側流路管６３から流出側流路管６５へ流れる流体を、第２口部５５内において管の中央付近に集めることができる。そして、実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９は、第２口部５５内において管の中央付近に集めた流体に、紫外線強度の高い紫外線を照射することによって、流体の殺菌率を向上させることができる。
【0109】
実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９における流体の殺菌率の向上を確認するために、図２７の（Ａ）、（Ｂ）に示す、例５、６の構成の紫外線殺菌装置を用いて、ＣＯＭＳＯＬによるシミュレーションを行った。以下に、例５、６の紫外線殺菌装置の各構成、及びシミュレーションの条件を示す。なお、図２７の（Ａ）、（Ｂ）において紫外線照射ユニット１は白抜きで示す。
【0110】
例５：継手５１の第２口部５５の内径寸法が、第１口部５３に向かって２５ｍｍで一定（例えば、図２６において、Φ１＝Φ２＝２５ｍｍ）である紫外線殺菌装置４９（図２７の（Ａ））
例６：継手５１の第２口部５５の内径寸法が、第１口部５３に向かって２５ｍｍから１８ｍｍ（例えば、図２６において、Φ１＝２５ｍｍ、Φ２＝１８ｍｍ）に小さくなっている紫外線殺菌装置４９（図２７の（Ｂ））
シミュレーション条件：例５、６の構成の紫外線殺菌装置に、流入側流路管６３から流出側流路管６５に向けて、菌体を模した１０００個の粒子を含む流体を２Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。
例６：継手５１の第２口部５５の内径寸法が、第１口部５３に向かって２５ｍｍから１８ｍｍ（例えば、図２６において、Φ１＝２５ｍｍ、Φ２＝１８ｍｍ）に小さくなっている紫外線殺菌装置４９（図２７の（Ｂ））
シミュレーション条件：例５、６の構成の紫外線殺菌装置に、流入側流路管６３から流出側流路管６５に向けて、菌体を模した１０００個の粒子を含む流体を２Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。
【0111】
上記シミュレーションによって、例５、６の構成の紫外線殺菌装置における、紫外線照射ユニットから照射された紫外線の強度分布と、紫外線殺菌装置内を流れる粒子が浴びた紫外線の照射線量を測定した。
【0112】
ここで、粒子が浴びた紫外線の照射線量は、紫外線殺菌装置による流体の殺菌率に対応し、各粒子が浴びた紫外線の照射線量を図２８に示す。図２８の（Ａ）、（Ｂ）のグラフにおいて、横軸は１０００個の粒子に付した通し番号を示し、縦軸は各粒子が浴びた紫外線の照射線量を示す。なお、図２８において、３．０×Ｅ－５Ｊ／ｍｍ２を超える紫外線照射線量の粒子のプロットは省略している。
【0113】
【0114】
例５の紫外線殺菌装置４９は、図２７の（Ａ）に示すように、流体に含まれる粒子１３９のいくつかが、第２口部５５内において、管の中央付近と比べて紫外線強度が低い管の管壁側を流れていることがわかる。また、図２８の（Ａ）に示すように、１０００個の粒子のうち最小の紫外線照射線量は１．９×Ｅ－５Ｊ／ｍｍ２であることがわかる。
【0115】
一方、例６の紫外線殺菌装置４９は、図２７の（Ｂ）に示すように、流体に含まれる粒子１３９が、第２口部５５内において、管の管壁側と比べて紫外線強度が高い管の中央付近を流れていることがわかる。また、図２８の（Ｂ）に示すように、１０００個の粒子のうち最小の紫外線照射線量は２．０７×Ｅ－５Ｊ／ｍｍ２であることがわかる。例６の紫外線殺菌装置４９は、例５の紫外線殺菌装置４９と比較して、１０００個の粒子のうち最小の紫外線照射線量は約９％向上していることがわかる。
【0116】
したがって、実施の形態１３である、例６の紫外線殺菌装置は、継手５１の第２口部５５の内径寸法が第１口部５３に向かって小さくなっているため、流入側流路管６３から流出側流路管６５へ流れる流体を、第２口部５５内において管の中央付近に集め、その流体に、紫外線強度の高い紫外線を照射することによって、流体の殺菌率を向上させることができる。
【0117】
［変形例］
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【0118】
図２９に示すように、紫外線殺菌装置４９は、流路管９９を介して接続した２つの継手５１と、各継手５１の第１口部５３に嵌合している紫外線照射ユニット１とを有していてもよい。流路管９９は、既設の流路管であり、例えば、ネジ、接着剤、溶接等により２つの継手５１の口部に固定されている。
【0119】
図２９に示す紫外線殺菌装置４９は、２つの紫外線照射ユニット１を備えているため、流体に対して紫外線を照射する時間を長くして、殺菌処理する流体の量を増やすことができる。
【0120】
紫外線殺菌装置４９は、例えば、１つの紫外線照射ユニット１と１つの継手５１とを１組とした場合に、１～１０組の紫外線照射ユニット１と継手５１とを有する。
【0121】
図３０に示すように、紫外線殺菌装置４９は、４つの口部を有する継手１０１と、継手１０１の２つの口部である第１口部１０３、第２口部１０５に嵌合している、２つの紫外線照射ユニット１とを有していてもよい。なお、図３０に示す紫外線殺菌装置４９は、第１口部１０３に嵌合している紫外線照射ユニット１を備えていればよく、第２口部１０５に紫外線照射ユニット１の代わりに栓（図示せず）を嵌合していてもよい。
【0122】
複数の放熱突出部１１７は、例えば、直方体状に代えて半球体状であってもよく、直方体状の放熱突出部と半球体状の放熱突出部が交互に設けられていてもよい。また、複数の放熱突出部１１７は、例えば、角柱状に代えて円柱状であってもよく、円柱状の放熱突出部と角柱状の放熱突出部が交互に設けられていてもよい。
【0123】
実施の形態１０の紫外線殺菌装置４９の筐体３は、継手５１の第３口部５７の開口１２９に離間して対向している部分の外径が、継手５１の第１口部５３に当接している部分の外径と同じ外径を有していてもよい。
【0124】
実施の形態１２の紫外線殺菌装置４９は、継手５１の第２口部５５に設けられた流入側流路管６３に接続される上流側流路管１３７が、紫外線殺菌装置４９よりも上方に配置されていればよく、他の上流側流路管や下流側流路管よりも上方に配置されていてもよい。
【0125】
実施の形態１３の継手５１の第２口部５５の内径寸法は、第１口部５３に向かって、段階的に小さくなっていてもよい。
【0126】
実施の形態１３において、紫外線照射ユニット１は、実施の形態４の紫外線照射ユニット１の代わりに、実施の形態３の紫外線照射ユニット１であってもよい。
【0127】
実施の形態１３の紫外線殺菌装置の４９の継手５１は、図３１に示すように、継手５１の第１口部５３と、紫外線照射ユニット１の筐体３とが一体に形成されていてもよい。
【0128】
実施の形態１３の紫外線殺菌装置４９において、継手５１の第２口部５５の内径寸法は、図３２に示すように、第２口部５５に内径変換部材１４１を嵌合することによって、第１口部５３に向かって小さくなっていてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
筐体と、
前記筐体内に配置される紫外線を出射する光源と、
前記筐体の紫外線出射口と前記光源との間に配置される紫外線透過体とを備え、
前記筐体は、流路管に接続される継手の口径内に収まる外径寸法を有する紫外線照射ユニット。
［２］
前記紫外線透過体は、石英、サファイア、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種又は２種以上を含む板状体又は集光レンズである［１］に記載の紫外線照射ユニット。
［３］
前記光源から出射された紫外線のうちの一部を、前記紫外線出射口に向けて反射するリフレクターをさらに備える［１］又は［２］に記載の紫外線照射ユニット。
［４］
前記筐体に、紫外線を出射する紫外線照射モジュールが取り付けられ、
前記光源及び前記紫外線透過体が、前記紫外線照射モジュールに配置されている［１］～［３］のいずれか１つに記載の紫外線照射ユニット。
［５］
放熱部が設けられ、前記放熱部は熱伝導性が高い材料で形成されている［１］～［４］のいずれか１つに記載の紫外線照射ユニット。
［６］
前記放熱部は、前記流路管内を流れる流体に接する位置に配置されている［５］に記載の紫外線照射ユニット。
［７］
前記筐体は、紫外線出射口側筐体と反紫外線出射口側筐体に分割され、少なくとも前記紫外線出射口側筐体に前記放熱部が配置されている［５］又は［６］に記載の紫外線照射ユニット。
［８］
［１］～［７］のいずれか１つに記載の紫外線照射ユニットを、３つ以上の口部を有する継手の１つの口部に嵌合した紫外線殺菌装置。
［９］
前記紫外線照射ユニットは、前記継手を流れる流体に対して、流体の流れる向きに対向する口部に設けられている［８］に記載の紫外線殺菌装置。
［１０］
前記３つ以上の口部を有する継手は、互いに対向して配置される第１口部及び第２口部と、前記第１口部及び前記第２口部を繋ぐ管と、前記管に開口を有する１つ以上の第３口部とを含み、
前記紫外線照射ユニットは、前記筐体の一部が前記第３口部の開口に離間して対向するように、前記継手の前記第１口部又は前記第２口部に嵌合されている［９］に記載の紫外線殺菌装置。
［１１］
前記紫外線照射ユニットは、筐体の紫外線出射口側筐体端部が、前記継手の第３口部の開口を越えて、前記紫外線照射ユニットが嵌合している口部に対向する口部側に存在している［１０］に記載の紫外線殺菌装置。
［１２］
前記紫外線殺菌装置は、流路内において低い位置に配置されている［１０］又は［１１］に記載の紫外線殺菌装置。
［１３］
前記継手の第１口部には、集光レンズである紫外線透過体を有する紫外線照射ユニットが嵌合し、前記継手の第２口部の内径寸法は、第１口部に向かって小さくなっている［１０］又は［１１］に記載の紫外線殺菌装置。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
筐体と、
前記筐体内に配置される紫外線を出射する光源と、
前記筐体の紫外線出射口と前記光源との間に配置される紫外線透過体とを備え、
前記筐体は、流路管に接続される継手の口径内に収まる外径寸法を有する紫外線照射ユニット。
［２］
前記紫外線透過体は、石英、サファイア、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種又は２種以上を含む板状体又は集光レンズである［１］に記載の紫外線照射ユニット。
［３］
前記光源から出射された紫外線のうちの一部を、前記紫外線出射口に向けて反射するリフレクターをさらに備える［１］又は［２］に記載の紫外線照射ユニット。
［４］
前記筐体に、紫外線を出射する紫外線照射モジュールが取り付けられ、
前記光源及び前記紫外線透過体が、前記紫外線照射モジュールに配置されている［１］～［３］のいずれか１つに記載の紫外線照射ユニット。
［５］
放熱部が設けられ、前記放熱部は熱伝導性が高い材料で形成されている［１］～［４］のいずれか１つに記載の紫外線照射ユニット。
［６］
前記放熱部は、前記流路管内を流れる流体に接する位置に配置されている［５］に記載の紫外線照射ユニット。
［７］
前記筐体は、紫外線出射口側筐体と反紫外線出射口側筐体に分割され、少なくとも前記紫外線出射口側筐体に前記放熱部が配置されている［５］又は［６］に記載の紫外線照射ユニット。
［８］
［１］～［７］のいずれか１つに記載の紫外線照射ユニットを、３つ以上の口部を有する継手の１つの口部に嵌合した紫外線殺菌装置。
［９］
前記紫外線照射ユニットは、前記継手を流れる流体に対して、流体の流れる向きに対向する口部に設けられている［８］に記載の紫外線殺菌装置。
［１０］
前記３つ以上の口部を有する継手は、互いに対向して配置される第１口部及び第２口部と、前記第１口部及び前記第２口部を繋ぐ管と、前記管に開口を有する１つ以上の第３口部とを含み、
前記紫外線照射ユニットは、前記筐体の一部が前記第３口部の開口に離間して対向するように、前記継手の前記第１口部又は前記第２口部に嵌合されている［９］に記載の紫外線殺菌装置。
［１１］
前記紫外線照射ユニットは、筐体の紫外線出射口側筐体端部が、前記継手の第３口部の開口を越えて、前記紫外線照射ユニットが嵌合している口部に対向する口部側に存在している［１０］に記載の紫外線殺菌装置。
［１２］
前記紫外線殺菌装置は、流路内において低い位置に配置されている［１０］又は［１１］に記載の紫外線殺菌装置。
［１３］
前記継手の第１口部には、集光レンズである紫外線透過体を有する紫外線照射ユニットが嵌合し、前記継手の第２口部の内径寸法は、第１口部に向かって小さくなっている［１０］又は［１１］に記載の紫外線殺菌装置。
【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】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】