特許 7509074 流体殺菌装置

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】流体殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20240625BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021068724

(22)【出願日】2021-04-14

(65)【公開番号】P2022163644

(43)【公開日】2022-10-26

【審査請求日】2023-04-24

(73)【特許権者】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】山森 翔太

(72)【発明者】

【氏名】下西 正太

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智行

(72)【発明者】

【氏名】林 貴文

【審査官】中田 光祐

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００８１８５４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１２７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４９２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８７４７４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４８９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５７９５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０１６７１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｌ ２／１０

Ｃ０２Ｆ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入口と流出口とを有し、前記流入口から導入した流体を前記流出口から排出する筐体と、
前記筐体内部に配置され、前記流体を滞留させる滞留空間を有した隔壁と、
前記滞留空間内の前記流体に紫外線を照射する紫外発光素子と、
を有し、
前記滞留空間は、前記滞留空間への流体の流入方向に角度を成す側面を有し、
前記側面の前記流入方向を含む面での断面形状は、外側に向かって凸な曲面であり、前記流入方向とは反対側に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲面である、
ことを特徴とする流体殺菌装置。

【請求項2】

前記滞留空間からの流体の流出方向は、前記滞留空間への流体の前記流入方向とは逆向きである、ことを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。

【請求項3】

前記隔壁は、前記紫外発光素子からの紫外線を反射する反射材からなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体殺菌装置。

【請求項4】

前記筐体の内壁と前記隔壁との間に、前記滞留空間から排出された流体の流路を有し、
前記紫外発光素子は、前記流路に配置されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項5】

前記紫外発光素子は、前記流入方向に対向して配置されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

【請求項6】

前記筐体は、球形である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５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、紫外線の照射によって液体を殺菌する装置に関する。特に光源として紫外ＬＥＤを用いたものに関する。

【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という問題もある。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。紫外ＬＥＤを用いた流体殺菌装置として、特許文献１～３がある。

【0003】

特許文献１には、円筒状の筐体の上面と下面にそれぞれ流入口と流出口を設け、下面側に流入口と対向して紫外ＬＥＤを設けた流体殺菌装置が記載されている。

【0004】

特許文献２には、筐体を積分楕円体や積分球とし、側面に紫外ＬＥＤを配置した流体殺菌装置が記載されている。また、筐体の内部であって流入口に対向する位置に機械的バッフルを設けて流体の滞留時間を長くし、それにより殺菌効率を向上させることが記載されている。

【0005】

特許文献３には、容器を外側と内側の二重にし、外側容器に流入した流体は、外側容器と内側容器の隙間を通って内側容器に流入することが記載されている。また、容器の形状は円筒や球とすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２０２０－５３０３８４号公報

【文献】特許第５４３２２８６号公報

【文献】特表２０２０－５２１５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、光源として紫外ＬＥＤを用いれば、装置の小型化を図ることができるが、紫外線の照射時間が短くなってしまい、殺菌効率が低下してしまう問題があった。

【0008】

そこで本発明の目的は、光源として紫外ＬＥＤを用いた流体殺菌装置の殺菌効率を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、流入口と流出口とを有し、前記流入口から導入した流体を前記流出口から排出する筐体と、筐体内部に配置され、前記流体を滞留させる滞留空間を有した隔壁と、滞留空間内の前記流体に紫外線を照射する紫外発光素子と、を有し、滞留空間は、前記滞留空間への流体の流入方向に角度を成す側面を有し、側面の前記流入方向を含む面での断面形状は、外側に向かって凸な曲面であり、前記流入方向とは反対側に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲面である、ことを特徴とする流体殺菌装置である。

【0010】

滞留空間からの流体の流出方向は、前記滞留空間への流体の前記流入方向とは逆向きであってもよい。

【0011】

隔壁は、紫外発光素子からの紫外線を反射する反射材からなるものであってもよい。

【0012】

筐体の内壁と前記隔壁との間に、前記滞留空間から排出された流体の流路を有し、前記紫外発光素子は、前記流路に配置されていてもよい。

【0013】

紫外発光素子は、前記流入方向に対向して配置されていてもよい。

【0014】

筐体は球形であってもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、筐体内の滞留空間における流体の平均滞留時間を長くすることができる。その結果、流体への紫外線の照射時間を長くすることができ、殺菌効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例１の流体殺菌装置の断面を示した図。

【図2】筐体１０内の水の流れを示した図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0018】

図１は、実施例１の流体殺菌装置の断面を示した図である。図１のように、実施例１の流体殺菌装置は、筐体１０と、紫外ＬＥＤ（紫外発光素子）１１と、隔壁１２と、を有している。

【0019】

筐体１０は、球形であり、内部に水を導入するための空間を有している。筐体１０は、筐体１０内部へ水を供給する流入口１３と、筐体１０外部へ水を排出する流出口１４を有する。流入口１３と流出口１４は、筐体１０の球の軸に対して同軸に対向して設けられている。筐体１０は、たとえばＳＵＳ（ステンレス鋼）からなる。

【0020】

筐体１０の内部には、流入口１３に連続して管１５が設けられている。管１５は円筒状であり、筐体１０の球の軸と同軸に配置されている。また、管１５は、筐体１０の中心部付近（後述の滞留空間２０）まで延びている。この管１５によって流入口１３からの水を滞留空間２０に導いている。

【0021】

紫外ＬＥＤ１１は、流体の殺菌に適した波長の紫外線を発光するＬＥＤである。たとえば波長は２５０～２８０ｎｍである。紫外ＬＥＤ１１は、基板１６上に実装され、その基板１６は第３流路２３内に配置されている。また、紫外ＬＥＤ１１から放射される紫外線が、ガラス板１７を透過して滞留空間２０および管１５内を照射するように基板１６が配置されている。

【0022】

隔壁１２は、筐体１０の内部に設けられている。隔壁１２は、筐体１０内部に所定の流路を形成するために設けるものであり、筐体１０の形状によりその流路を設定している。流路は、水が滞留する滞留空間２０と、流入の外壁に沿って水が流れる第１流路２１と、筐体の内壁に沿って水が流れる第２流路２２と、紫外ＬＥＤ１１が実装された基板１６を配置し、基板１６の裏面に水が流れる第３流路２３と、によって構成されている。

【0023】

滞留空間２０は、管１５からの水を滞留させるための空間である。滞留空間２０は、管１５に対向し、管１５の軸に垂直な平面である底面２０ａと、その平面に角度を成なして管１５側に延びる側面２０ｂとを有している。

【0024】

滞留空間２０の底面２０ａには、円形の孔２０ｃが空けられている。その孔２０ｃは隔壁１２の外側、第３流路２３内に配置されたガラス板１７によって覆われ、孔２０ｃが封止されている。紫外ＬＥＤ１１からの紫外線は、ガラス板１７を透過し孔２０ｃを介して滞留空間２０に放射される。ガラス板１７の材料は、紫外ＬＥＤ１１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り、たとえば石英ガラスである。なお、底面２０ａは平面に限らず、曲面であってもよい。

【0025】

滞留空間２０の側面２０ｂは、外側に向かって凸な曲面であり、滞留空間２０への水の流入方向（管１５の軸方向と同軸）を含む面での断面形状が黄金螺旋となっている。また、その黄金螺旋は、滞留空間２０への水の流入方向とは反対側に向かって次第に曲率半径が小さくなる螺旋である。滞留空間２０への水の流入方向を含む面での断面においては、図１に示すように、流入側を上にとると、管１５の軸の右側の側面２０ｂは時計回り（右巻き）の黄金螺旋、左側の側面２０ｂは反時計回り（左巻き）の黄金螺旋となる。

【0026】

第１流路２１は、管１５の外側面と隔壁１２との隙間に形成される流路であり、滞留空間２０から水が流れ込む流路である。第１流路２１の方向は、滞留空間２０への水の流入方向と平行であるため、滞留空間２０から第１流路２１への水の排出方向は流入方向とは逆方向である。そのため、滞留空間２０から水が排出しにくくなっており、これにより滞留空間２０における水の平均滞留時間が長くなっている。つまり、筐体１０内の流速分布が均一化し、全体に同一時間の紫外線が照射されるようになっている。

【0027】

第２流路２２は、隔壁１２の側部と筐体１０の内壁との隙間に形成される流路であり、第１流路２１と第３流路２３とを接続する流路である。第１流路２１から第２流路２２に流れ込んだ水は、筐体１０の径方向に沿って流れた後、筐体１０の内壁に沿って流出口１４側へと流れ、第３流路２３へと流れ込む。

【0028】

第３流路２３は、隔壁１２の下部と筐体１０の内壁との隙間に形成される流路である。第３流路２３によって、紫外ＬＥＤ１１が実装された基板１６を配置するスペースを確保している。基板１６は、防水のため封止部１８により封止されている。第２流路２２から第３流路２３に流れ込んだ水は、封止部１８に接触しながら流出口１４へと流れ込み、筐体１０の外部へと排出される。また、封止部１８と筐体１０に孔が設けられ、その孔は配線用管１９で連結されている。基板１６からの配線（図示しない）は、配線用管１９を通して外部に取り出される。

【0029】

隔壁１２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる。ＰＴＦＥを用いることで、紫外線に対する耐性を確保するとともに、側面２０ｂでの紫外線の反射により水への紫外線の照射効率を向上させ、殺菌効率の向上を図っている。ＰＴＦＥ以外にも紫外線に対する耐性を有した材料であれば任意の材料を用いてよい。たとえばＳＵＳ（ステンレス）やＡｌなどを用いてもよい。また、隔壁１２の材料として紫外線反射率の低い材料を用いる場合、側面２０ｂに紫外線反射率が高い材料からなる反射膜を設けてもよい。

【0030】

次に、実施例１の流体殺菌装置の動作について説明する。流入口１３から流入した水は、管１５を介して筐体１０内部の滞留空間２０に導かれる。滞留空間２０の底面２０ａは管１５に対向しているため、水の流れが底面２０ａによって遮られ、滞留空間２０の側面２０ｂに沿って水が流れる。ここで、側面２０ｂの形状が、外側に向かって凸な曲面であり、滞留空間２０への水の流入方向を含む面での断面形状が黄金螺旋であるため、滞留空間２０内で水が渦巻くように流れる。また、管１５からの水の流入方向と、第１流路２１への水の排出方向が逆方向であるため、滞留空間２０から水が排出されにくい。そのため、滞留空間２０において水が長時間滞留する。その結果、滞留空間２０における水への紫外線の照射時間が長くなり、殺菌効率が向上している。

【0031】

また、滞留空間２０において殺菌された水は、第１流路２１、第２流路２２を介して第３流路２３へと流れ、封止部１８と接触した後、流出口１４から排出される。そのため、封止部１８を介して紫外ＬＥＤ１１を効率的に冷却することができる。

【0032】

図２は、実施例１の流体殺菌装置について、筐体１０内の水の流れをシミュレーションした結果である。図２のように、滞留空間２０内で水が側面２０ｂの螺旋形状に沿って渦巻いていることがわかり、滞留空間２０内での水の平均滞留時間が長くなっていることがわかる。

【0033】

以上、実施例１の流体殺菌装置によれば、滞留空間２０の側面２０ｂを滞留空間２０への水の流入方向を含む面での断面形状が黄金螺旋となるようにしているため、滞留空間２０内での水の平均滞留時間を長くさせることができる。その結果、流体への紫外線の照射時間を長くすることができ、殺菌効率を向上させることができる。

【0034】

なお、実施例１では滞留空間２０側面の形状を黄金螺旋としていたが、任意の螺旋形状でよく、曲率が連続的に変化するものだけでなく、段階的に変化するものであってもよい。たとえば、対数螺旋、アルキメデスの螺旋、双曲螺旋などであってもよい。

【0035】

また、実施例１では、筐体１０の形状を球形としているが、これに限らず任意の形状でよい。たとえば、半球、円筒、楕円球などの形状であってもよい。ただし、紫外ＬＥＤ１１からの紫外線を近距離で水に照射して殺菌効率の向上を図るためには、実施例１のように球形が好ましい。

【0036】

また、実施例１では殺菌対象を水とした例を示したが、本発明は水の殺菌に限らず、任意の流体の殺菌に用いることができる。

【0037】

実施例１の流体殺菌装置を複数個並列または直列に接続してもよい。並列に接続することでより多くの流体を同時に処理することができる。また、直列に接続することで殺菌効率をより向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の殺菌装置は小型化が可能であるため、家庭用の給湯器などの水の殺菌に好適である。

【符号の説明】

【0039】

１０：筐体
１１：紫外ＬＥＤ
１２：隔壁
１３：流入口
１４：流出口
１５：管
１６：基板
１７：ガラス板
２０：滞留空間
２１：第１流路
２２：第２流路
２３：第３流路

【図1】

【図2】