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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-16
(45)【発行日】2024-04-24
(54)【発明の名称】流体殺菌装置
(51)【国際特許分類】
   A61L 2/10 20060101AFI20240417BHJP
   C02F 1/32 20230101ALI20240417BHJP
【FI】
A61L2/10
C02F1/32
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2022201187
(22)【出願日】2022-12-16
【審査請求日】2022-12-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000195029
【氏名又は名称】星和電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104569
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 正夫
(72)【発明者】
【氏名】森田 英樹
【審査官】中田 光祐
(56)【参考文献】
【文献】特開平08-117741(JP,A)
【文献】特開2019-201861(JP,A)
【文献】特開2017-154118(JP,A)
【文献】特開2017-047385(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2020-0119086(KR,A)
【文献】特開2012-115601(JP,A)
【文献】特開2018-148938(JP,A)
【文献】特開2013-158717(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61L 2/00- 2/28
C02F 1/20- 1/26;
1/30- 1/38
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
殺菌対象となる流体が流通される直管型の流路と、この流路を流通する流体に深紫外線を照射する光源と、前記流路の一端に連結されており、流路に流体を流入させる流入部と、前記流路の他端に連結されており、流路から流体を流出させる流出部とを具備しており、前記流路は深紫外線が透過可能なフッ素樹脂から構成されており、前記光源は流路の側面から深紫外線を照射し、前記流入部は円柱状の流入部空間が形成された流入部本体と、この流入部本体の前記流入部空間の周面部分に相当する部分に開設された流入管用開口に接続される流入管とを有し、前記流出部は円柱状の流出部空間が形成された流出部本体と、この流出部本体の前記流出部空間の周面部分に相当する部分に開設された流出管用開口に接続される流出管とを有しており、前記流入管用開口は流入部空間の角部に、前記流出管用開口は流出部空間の角部にそれぞれ形成されており、しかも流入管と流出管とは流路に対して略直角方向とされ、かつ流入管用開口と流出管用開口とは対角の位置の位置に形成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項2】
前記流入部と流出部とは、流路より小径であることを特徴とする請求項1記載の流体殺菌装置。
【請求項3】
前記フッ素樹脂は、PFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂)であることを特徴とする請求項1又は2記載の流体殺菌装置。
【請求項4】
前記フッ素樹脂は、PTFE(四フッ化エチレン樹脂)、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂)、ETFE(四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)、PVDF(フッ化ビニリデン樹脂(二フッ化))、PCTFE(三フッ化塩化エチレン樹脂)、ECTFE(三フッ化塩化エチレン・エチレン共重合樹脂)のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2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、深紫外線を照射して水等の流体を殺菌する流体殺菌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、紫外線を照射して水を殺菌する流水殺菌装置が知られている。
紫外線のうち、波長が100nm以上280nm以下のUVC(深紫外線)は、特に殺菌力が強いため、流水殺菌装置には適したものとなっている。
流水殺菌装置としは、特開2019-034297号公報に記載されたように、紫外線を照射する光源に発光ダイオードを用いたものである。この流水殺菌装置で使用される紫外線は、波長250nm以上350nm以下の紫外線で、かつ波長200nm以下の光を含まないものである。
【0003】
また、殺菌対象である水を流通させる流路には、紫外線が透過しない金属製のものと紫外線が透過する石英ガラス製のものとがある。
金属製の流路を使用する流水殺菌装置では、流路の終端部分に石英ガラス等からなる蓋体を設け、この蓋体の外側に光源を設置し、蓋体を通して紫外線を照射するように構成されている。
【0004】
紫外線は、流路の終端側から照射されるため、照射効率がそれほど高くはないという問題点がある。また、この流路の終端部分に石英ガラス等からなる蓋体を用いると、金属製の流路の終端部分の近傍の側面側に水の流出部を形成する必要がある。また、石英ガラス製の蓋体と金属製の流体との接続部分を水密に保つためのパッキンや組み立てのための構造物や固定用のネジ等が必要となる。水の流出部の構造や、蓋体の接続部分を水密に保つための構造が複雑になり、部品点数も多くなるという問題点があった。
【0005】
一方、石英ガラス製の流路の場合には、流路自体が紫外線を透過するため、光源を流路の側面に設置することが可能となる。このため、紫外線のより効率的な照射が可能となるが、石英ガラス製の流路と、異種材料である金属や合成樹脂等からなる水の流入部や流出部との接続が困難という問題点がある。
【0006】
また、石英ガラス製の流路の外部からの衝撃による破損、使用時のみならず設置時に破損する危険性があるので、その取り扱いが難しいという問題がある。
さらに、石英ガラス製であると、流路の形状を流体殺菌装置の設置箇所に応じて変更することも難しいという問題もある。
【0007】
【文献】特開2019-034297号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述したように、金属製の流路や石英ガラス製の流路は、それぞれ長所と短所を有しており、紫外線の照射を効率的に行うことができ、しかも流入部や流出部自体の構造や接続が容易で、かつ部品点数が少なく流路の形状を設置箇所に応じて変更することができるものではない。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、組立や維持においても取り扱いやすく、構成する部品点数が少なく、かつ流路の形状の自由度が高い(設置箇所に応じて自由に流路の形状を変えられる)流体殺菌装置を提供することを目的としている
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る流体殺菌装置は、殺菌対象となる流体が流通される直管型の流路と、この流路を流通する流体に深紫外線を照射する光源と、前記流路の一端に連結されており、流路に流体を流入させる流入部と、前記流路の他端に連結されており、流路から流体を流出させる流出部とを備えており、前記流路は深紫外線が透過可能なフッ素樹脂から構成されており、前記光源は流路の側面から深紫外線を照射し、前記流入部は円柱状の流入部空間が形成された流入部本体と、この流入部本体の前記流入部空間の周面部分に相当する部分に開設された流入管用開口に接続される流入管とを有し、前記流出部は円柱状の流出部空間が形成された流出部本体と、この流出部本体の前記流出部空間の周面部分に相当する部分に開設された流出管用開口に接続される流出管とを有しており、前記流入管用開口は流入部空間の角部に、前記流出管用開口は流出部空間の角部にそれぞれ形成されており、しかも流入管と流出管とは流路に対して略直角方向とされ、かつ流入管用開口と流出管用開口とは対角の位置の位置に形成されている。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る流体殺菌装置は、深紫外線を透過させるPFT等のフッ素樹脂で流路を形成するので、流路の形状をより自由に決定することができる。このため、各部の構造や接続が容易で、かつ部品点数の少なく流路の形状を設置箇所に応じて変更することができる流体殺菌装置とすることができる。
しかも壊れにくいので安価でメンテナンス性に優れた流体殺菌装置とすることができ、流体を流通させる部分に殺菌性能を容易に後つけすることができる。
さらに、この流体殺菌装置は、流入部は円柱状の流入部空間が形成された流入部本体と、この流入部本体の前記流入部空間の周面部分に相当する部分に開設された流入管用開口に接続される流入管とを有し、前記流出部は円柱状の流出部空間が形成された流出部本体と、この流出部本体の前記流出部空間の周面部分に相当する部分に開設された流出管用開口に接続される流出管とを有しており、前記流入管用開口は流入部空間の角部に、前記流出管用開口は流出部空間の角部にそれぞれ形成されており、しかも流入管と流出管とは流路に対して略直角方向とされ、かつ流入管用開口と流出管用開口とは対角の位置の位置に形成されているので、流路の内部で流体が渦を形成して通過するので、光源が流路の側面の一方にのみ形成されていたとしても、流体は必ず光源が設置された側も通過するので、より深紫外線の照射具合が均一になり、流体の殺菌も均一になるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の第1の実施の形態に係る流体殺菌装置の図面であって、同図(A)は概略的正面図、同図(B)は概略的断面平面図、同図(C)は概略的右側面図、同図(D)は概略的左側面図である。
図2】本発明の第2の実施の形態に係る流体殺菌装置の図面であって、同図(A)は概略的一部断面正面図、同図(B)は概略的断面平面図、同図(C)は概略的一部断面右側面図、同図(D)は概略的左側面図である。
図3】本発明の第3の実施の形態に係る流体殺菌装置の図面であって、同図(A)は概略的断面正面図、同図(B)は概略的断面平面図、同図(C)は概略的一部断面右側面図、同図(D)は概略的左側面図である。
図4】本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の効果を確認するための実験装置の概略的説明図である。
図5】本発明の第4の実施の形態に係る流体殺菌装置を構成する流路の概略的平面図である。
図6】本発明の第5の実施の形態に係る流体殺菌装置を構成する流路の概略的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の第1の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Aは、殺菌対象となる流体、例えば水が流通される直管状の流路100Aと、この流路100Aを流通する流体に深紫外線を照射する光源400と、前記流路100Aの一端に連結されており、流路100Aに流体を流入させる流入部200Aと、前記流路100Aの他端に連結されており、流路100Aから流体を流出させる流出部300Aとを備えており、前記流路100Aは深紫外線が透過可能なフッ素樹脂から構成されており、前記光源400は流路100Aの側面から深紫外線を照射するように構成されている。
【0016】
本明細書において深紫外線とは、波長が100nm以上280nm以下のUVC(深紫外線)を意味する。
この深紫外線は、長波長紫外線(UVA:315nm~400nm)、中波長紫外線(UVB:280nm~315nm)よりもエネルギーが高く、生体に対する強い破壊力を持っている。このため、深紫外線は、医療機器や工場、研究機関、食品分野など主に業務用の殺菌や検査用途に利用されており、生活面でもトイレ、キッチン、調理器具などの殺菌・消臭や水の浄化、空気の除菌などで使用されている。
【0017】
この流体殺菌装置1000Aを構成する流路100Aは、図1に示すように、まっすぐな円筒形状、すなわち直管状に形成されている。
かかる流路100Aは、深紫外線が透過可能なフッ素樹脂から構成されている。
従って、この流路100Aの側面の外側に深紫外線を発する光源400、例えば発光ダイオードを設置すれば、流路100Aの内部を流通する流体に深紫外線を照射することができる。
【0018】
このように構成された流路100Aの一端(図面では右側)には流入部200Aが、他端(図面では左側)には流出部300Aがそれぞれ水密に接続されている。
【0019】
前記流入部200Aは、略立方体状の流入部本体210Aを有している。この流入部本体210Aには、流入部空間220Aが形成され、この流入部空間220Aには流路100Aが接続される流路用開口部230Aと、流入管100Aが接続される流入管用開口部240Aとが連なって形成される。
前記流路用開口部230Aは、流路100Aの外径に対応しており、流路100Aの一端が挿入されるようになっている。また、前記流入管用開口部240Aは、流入管250Aの外径に対応しており、流路100Aより小径の流入管250Aの終端が挿入されるようになっている。
なお、流入部空間230Aは円筒形状の流路100Aに対応するため、円柱状に形成されている。
【0020】
そして、この流入管用開口部240Aは、流入部本体210Aの流入部空間220Aの縁部に開設されている。すなわち、流入管用開口部240Aは、流路100Aの中心からは外れた位置に形成されている。これは、流路100Aの最短経路を長くし、除菌効果を向上させるためである。
【0021】
一方、前記流出部300Aは、略立方体状の流出部本体310Aを有している。この流出部本体310Aには、流出部空間320Aが形成され、この流出部空間320Aには、流路100Aが接続される流路用開口部330Aと、流出管350Aが接続される流出管用開口部340Aとが連なって形成される。
前記流路用開口部330Aは、流路100Aの外径に対応しており、流路100Aの一端が挿入されるようになっている。また、前記流出管用開口部340Aは、流出管350Aの外径に対応しており、流路100Aより小径の流出管350Aの終端が挿入されるようになっている。
なお、流出部空間330Aは円筒形状の流路100Aに対応するため、円柱状に形成されている。
【0022】
そして、この流出管用開口部340Aは、流出部本体310Aの流出部空間320Aの縁部に開設されている。すなわち、流出管用開口部340Aは、流路100Aの中心からは外れた位置に形成されている。
【0023】
しかも、前記流入管用開口部240Aと流出管用開口部340Aとは一直線上には位置しないように設定されている。図1に示すように、流入管用開口部240Aと流出管用開口部2340Aは、流路100Aの中心軸Lを中心として180°ずれた位置にくるように設定されている。
このため、流入管250Aと流出管350Aとは、流路100Aの中心軸Lを中心として180°ずれた位置に設けられることになる。
【0024】
なお、流入管250A、流入部本体210A、流路100A、流出部本体310A、流出管235Aが連結される箇所は、PFA500等を用いて水密に接続されている。
【0025】
殺菌対象となる水等の流体は、流入管250A→流入部本体210Aの流入部空間220A→流路100A→流出部本体310Aの流出部空間320A→流出管350Aの順に流れることになる。
ここで、流路100Aの中心軸Lに沿った流体の速度は大きく、その周囲の速度はそれよりも小さくなる。
【0026】
このように構成された流路100Aの側面に波長が100nm以上280nm以下の深紫外線を発する光源400を設置する。
この光源400には、発光ダイオードが用いられる。
【0027】
フッ素樹脂には、PFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂)、PTFE(四フッ化エチレン樹脂)、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂)、ETFE(四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)、PVDF(フッ化ビニリデン樹脂(二フッ化) )、PCTFE(三フッ化塩化エチレン樹脂)、ECTFE(三フッ化塩化エチレン・エチレン共重合樹脂)等がある。
【0028】
数あるフッ素樹脂でもPFAは、発明者の測定によると、深紫外線の透過率が1mm厚で30~40%と特に優れている。透過率のみで比較すると、確かに石英ガラスが極めて優れてはいるが、フッ素樹脂の方が石英ガラスよりコスト面で極めて有利であり、かつ壊れにくいので極めて取り扱いやすいというメリットを有している。
また、発明者の測定によると、PTFEは深紫外線の透過率が1mm厚で5~10%、FEPは深紫外線の透過率が1mm厚で20~30%と、PFAより劣っていることが確認されている。
なお、文献によると、ETFEの深紫外線の透過率は20~25μm厚で40~50%、PVDFの深紫外線の透過率は20~25μm厚で70~80%とされている。
【0029】
深紫外線を発する光源400は、図1に示すように、流路100Aの側面に設けられている。この流路100Aを流通する流体にフッ素樹脂製(PFA製)の流路100Aを透過した深紫外線が照射されるのである。
【0030】
石英ガラス製の流路100GとPFA製の流路100Pを流通する水に深紫外線を照射した実験結果を示す。
図4に示すように、外径が12mm、内径が10mmの流路100G、100Pを長さ120mm、高さ120mmの遮光ケース2000で覆い、流路100から43mm離れた位置に設置した光源400から深紫外線を照射した。なお、光源400としては、波長が275nmの深紫外線を照射することができる発光ダイオードを使用した。
流路100に大腸菌が9×103 CFU/mlである水を0.25l/minで流通させた後、採取し段階希釈して培養した。
その結果は以下の通りである。
【0031】
除菌率
通水前の大腸菌 9075CFU/ml
PFA製の流路を通過後の大腸菌 2525CFU/ml 72%
石英ガラス製の流路を通過後の大腸菌 4175CFU/ml 54%
【0032】
深紫外線の透過率に劣るPFA製の流路100Pを流通させた方が除菌率が高いのは次のような理由によると考えられる。
すなわち、石英ガラスは深紫外線の透過率が高いため、照射された深紫外線が石英ガラス製の流路100Gを透過してしまうためロスが大きくなる。
これに対してPFAは深紫外線の透過率は石英ガラスより低いが、透過した深紫外線が流路100Pの内部で拡散反射するため、結果としてロスが少なくなり、高い除菌率を得ることができると考えられる。
【0033】
なお、上述した第1の実施の形態では、流路100Aに接続される流入部200Aと流出部300Aとは一直線上にあったが(以下、『両方直線型』とする)、図2に示すような流入管250Bが流路100Bに対して略直角方向で、流出管350Bが流路100Bに対して一直線上にあるタイプのもの(第2の実施の形態、以下『一方直角型』とする)、図3に示すような流入管250Cが流路100Cに対して略直角方向で、流出管350Cも流路100Cに対して略直角方向にあるタイプのもの(第3の実施の形態、以下『両方直角型』とする)もある。
【0034】
第1の実施の形態に係る両方直線型のものは上述したように、流路100Aの中心軸Lに沿った流体の速度は大きく、その周囲の速度はそれよりも小さくなる。そのため、流路100A中の位置によって深紫外線の照射具合が不均一になり、除菌率にむらが生じるという問題点がある。
【0035】
一方、第2の実施の形態に係る一方直角型の流体殺菌装置1000Bは、流路100B中の位置による速度の差は小さく、ほぼ均一になるので、流路100B中の位置に関わらず深紫外線の照射具合がほぼ均一になる。安定した除菌性能を発揮することができると考えられる。
これは、図2(C)にも示すように、流体が流入管250Bから流入部本体210Bの流入部空間220Bに流入すると、流入部空間250Bの壁部に流体があたり、その結果、図2(C)に矢印Bで示すように流体が左右両方向に分かれて流通するためと考えられる。
【0036】
なお、第2の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Bの他の部分、すなわち流出部300B(流出部本体310B、流出部空間320B、流路用開口部330B、流出管用開口部340B)、光源400は、第1の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Aと同様に構成されている。
【0037】
また、第3の実施の形態に係る両方直角型の流体殺菌装置1000Cは、流路100Cの内部で流体が渦を巻いて流通するように構成されている。
すなわち、図3に示すように、流入部本体210Cに開設される流入管用開口240Cは、流入部空間220Cの角部に形成され、流出部本体310Cに開設される流出管用開口340Cは流出部空間320Cの角部、それも流入管用開口240Cが開設された角部とは対角の位置の角部に形成される。
【0038】
これにより、まずは流入管250Cから流入部空間220Cに流入した流体は、円柱状の流入部空間220C壁部に沿って渦を巻くように流通する(図3(C)の矢印C参照)。
このため、流路100Cの内部でも流体は渦を形成して流通し、流出部300Cにまで到達するようになる。
【0039】
なお、第3の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Cの他の部分、すなわち流出部300C(流出部本体310C、流出部空間320C、流路用開口部330C、流出管用開口部340C)、光源400は、第1の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Aと同様に構成されている。
【0040】
このように、流体が流路100の内部を渦を巻いて流通することで光源400が流路100Cの側面の一方側にのみ形成されていたとしても、流体は必ず光源400が設置された側も通過するので、より深紫外線の照射具合が均一になり、その結果、流体の殺菌はより均一になると考えられる。
【0041】
上述した第1~3の実施の形態に係る流体殺菌装置1000A、1000B、1000Cでは、流入部200A、200B、200Cの流入管250A、250B、250Cと流出部300A、300B、320Cの流出管350A、350B、350Cを流路100A、100B、100Cより小径とした。
すなわち、流路100A、100B、100Cの方を大径とした。
これにより、流路100A、100B、100Cを流通する流体に対して照射される深紫外線の量が増加するので、より高い除菌効果を発揮することができるようになっている。
【0042】
なお、上述した第2の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Bでは流入部200Bのみが、第3の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Cでは流入部200C及び流出部300Cの両方が流路100B、100Cに対して直角(90°)になっていたが、流入部と流出部の少なくともいずれか一方が流路に対して角度θ(0°<θ≦90°)で連結されていてもよい。
【0043】
このように角度θ(0°<θ≦90°)をもって持って流入部と流出部の少なくともいずれか一方が流路に対することで、流路の内部における流体の速度や流れ方を自由に設定することができるので、より効率的に深紫外線を流体に照射することでき、その結果、より効率的な流体の殺菌が可能になる。
【0044】
上述した第1、第2、第3の実施の形態に係る流体殺菌装置1000A、1000B、1000Cでは、流路100A、100B、100Cはいずれも直管型のものを使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図5に示すようにPFA製の略U字形状の流路100Dを有する第4の実施の形態に係る流体殺菌装置1000Dもありうる。
なお、図5においては流路100Dとその側面の光源400のみを示し、他の部分、すなわち流入部や流出部は記載を省略している。
【0045】
このような略U字形状の流路100Dを使用すると、光源400の手前側(図面では下側)に照射された深紫外線はその一部が透過して流路100Dの内部に照射され、そののちさらに一部が光源400の奥側(図面では上側)の内部に照射される。
すなわち、直管型での流路では無駄になっていた深紫外線(一度流路の内部に照射され、その後外部に漏れ出た深紫外線)をも有効に利用することができるのである。
従って、この略U字形状の流路100Dを使用すると、より効率的に深紫外線を照射することができ、その結果、流体の殺菌をより効果的に行うことが可能になる。
【0046】
またさらに図6に示すようならせん状の流路100Eを有する流体殺菌装置1000Eとすることもできる。
なお、図6においてはらせん状の流路100Eとその中心部の光源400のみを示し、他の部分、すなわち流入部や流出部は記載を省略している。
【0047】
PFA製のらせん状の流路100Eであると、流路100Eの中心に光源400を設置することができる。
流路100Eの中心に光源400を設置すると、流路100Eを流通する流体にまんべんなく深紫外線を照射でき、その結果、流体の殺菌効率をより高めることができる。
【0048】
上述したような略U字形状やらせん状の流路100D、100Eは、石英ガラスでも形作ることは可能ではあるが、加工精度を高めることは難しくなる。
しかし、PFA等のフッ素樹脂であると自由に流路の形状を構成することができる。
これは、単に略U字形状やらせん状にすることに止まらず、流体殺菌装置を設けたい場所の周囲の状況に応じた形状に流路を構成することができることを意味する。
【符号の説明】
【0049】
100A 流路
200A 流入部
300A 流出部
400 光源
1000A流体殺菌装置
【要約】      (修正有)
【課題】流路の形状をより自由に決定することができ、各部の構造や接続が容易で、かつ部品点数が少なく、安価でメンテナンス性に優れた流体殺菌装置とする。
【解決手段】殺菌対象となる流体、例えば水が流通される直管状の流路100Aと、この流路100Aを流通する流体に深紫外線を照射する光源400と、前記流路100Aの一端に連結されており、流路100Aに流体を流入させる流入部200Aと、前記流路100Aの他端に連結されており、流路100Aから流体を流出させる流出部300Aとを備えており、前記流路100Aは深紫外線が透過可能なフッ素樹脂から構成されており、前記光源400は流路100Aの側面から深紫外線を照射するように構成されている。
【選択図】図1
図1
図2
図3
図4
図5
図6