特許 7607453 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】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20241220BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20241220BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020218782

(22)【出願日】2020-12-28

(65)【公開番号】P2022103883

(43)【公開日】2022-07-08

【審査請求日】2023-11-10

(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】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 俊範

(72)【発明者】

【氏名】常盤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】稲岡 夏希

【審査官】渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５１２７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３４１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０７７２９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表平０７－５００２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９８０５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｌ ２／００－ ２／２８

Ｃ０２Ｆ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置であって、
前記流体を収容するための略球状の貯留部と、
前記貯留部に開口し、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、
前記貯留部に開口し、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、
前記貯留部内に紫外線を照射する光源と、
を有し、
前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１半貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２半貯留部と、を含み、
前記供給口は、前記第１半貯留部に開口し、
前記取出口は、前記第２半貯留部に開口し、
前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間しており、
前記供給口は、前記供給流路に接続されており、
前記供給口における前記流体の流動方向に沿い、かつ前記貯留部の重心を含む断面における、前記供給流路の内面と前記貯留部の内面との接続部において、前記供給流路の内面の一部は、前記接続部における前記貯留部の内面の接線と一致するように、前記貯留部の内面と滑らかに連続して配置されている、
殺菌装置。

【請求項2】

前記仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口と前記取出口とは離間している、請求項１に記載の殺菌装置。

【請求項3】

前記光源は、前記第２半貯留部側に配置されている、請求項１または請求項２に記載の殺菌装置。

【請求項4】

前記貯留部の重心は、前記供給口の重心と前記取出口の重心とを結ぶ直線から離間している、請求項１～３のいずれか一項に記載の殺菌装置。

【請求項5】

前記貯留部の重心は、前記供給口と前記取出口との間に位置しない、請求項４に記載の殺菌装置。

【請求項6】

前記仮想平面に前記供給口、前記取出口および前記貯留部を投影したとき、前記供給口の重心および前記貯留部の重心を結ぶ直線と、前記取出口の重心および前記貯留部の重心を結ぶ直線とのなす角度は、７５～１６５°の範囲内である、請求項１～５のいずれか一項に記載の殺菌装置。

【請求項7】

前記取出口は、前記光源から出射された紫外線が直接到達しない位置に配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の殺菌装置。

【請求項8】

前記貯留部を構成する壁は、紫外線を透過させる窓を含み、
前記光源は、前記窓を通して前記貯留部内に紫外線を照射する、
請求項１～７のいずれか一項に記載の殺菌装置。

【請求項9】

前記貯留部の内面は、紫外線の反射率が８０％以上である紫外線反射面を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

紫外線を用いて液体などの流体を殺菌処理できることは広く知られている。たとえば、特許文献１には、軸方向に延びる流路に対して、上記軸方向に紫外線を照射して、流路内を流れる流体を殺菌する流体殺菌装置が記載されている。

【0003】

具体的には、特許文献１に記載の流体殺菌装置は、紫外線を出射する半導体発光素子を含む光源と、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筐体と、を有する。上記光源は、筐体の軸方向の一端部に配置される。上記筐体は、上記一端部から他端部に向けて流路の断面積が徐々に大きくなるテーパ構造を有する。当該テーパ構造は、上記半導体発光素子の配向角に合わせた傾斜を有している。また、上記筐体の他端部に、流体の流れを整える整流手段が設けられている。

【0004】

特許文献１では、筐体が半導体発光素子の配向角に合わせた傾斜を有するテーパ構造を有することにより、光源から遠い位置まで紫外線を到達させることができ、かつ、整流手段で流れを整えた流体に紫外線を照射することで、流体に万遍なく紫外線が照射されるので、殺菌効果を高めることができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－９８０５５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に記載の殺菌装置には、流体に紫外線を均一に照射する観点、および流体の圧力損失を低減する観点から改善の余地がある。

【0007】

そこで、本発明の目的は、流体に紫外線を均一に照射して十分に殺菌できる殺菌装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施の形態に係る殺菌装置は、流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置であって、前記流体を収容するための略球状の貯留部と、前記貯留部に開口し、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、前記貯留部に開口し、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、前記貯留部内に紫外線を照射する光源と、を有し、前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１半貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２半貯留部と、を含み、前記供給口は、前記第１半貯留部に開口し、前記取出口は、前記第２半貯留部に開口し、前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間している。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、流体に紫外線を均一に照射して十分に殺菌できる殺菌装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態に係る殺菌装置の斜視図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る殺菌装置の断面斜視図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る殺菌装置の透過斜視図である。

【図4】図４は、仮想平面に供給口、取出口および貯留部を投影したときの、供給口と取出口との位置関係を示す投影図である。

【図5】図５は、実施の形態に係る殺菌装置の貯留部内における流体の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態に係る殺菌装置について説明する。

【0012】

（殺菌装置の構成）
図１～３は、本発明の一実施の形態に係る殺菌装置１００の構成を示す図である。図１は、殺菌装置１００の斜視図である。図２は、殺菌装置１００の断面斜視図である。図３は、殺菌装置１００の貯留部１１０の近傍の透過斜視図である。図４は、仮想平面（後述）に供給口１２０、取出口１３０および貯留部１１０を投影したときの、供給口１２０と取出口１３０との位置関係を示す投影図である。

【0013】

図１および図２に示されるように、殺菌装置１００は、流体に紫外線を照射して流体を殺菌処理する殺菌装置であって、殺菌対象の流体を収容するための貯留部１１０と、貯留部１１０に開口した供給口１２０と、貯留部１１０に開口した取出口１３０と、貯留部１１０内に紫外線を照射する光源１４０と、を有する。

【0014】

貯留部１１０は、流体を収容するための略球状の空間である。貯留部１１０は、供給口１２０における流体の流動方向（図２における矢印Ａ方向）において上流側に位置する略半球状の第１半貯留部１１１と、下流側に位置する略半球状の第２半貯留部１１２と、を含む。本実施の形態では、貯留部１１０は、第１半貯留部１１１を含む第１部材１０１と、第２半貯留部１１２を含む第２部材１０２とを接合することで、貯留部１１０が形成される。本実施の形態では、第１部材１０１のフランジと第２部材１０２のフランジとを複数の螺子を用いて接合している。なお、第２部材１０２には、さらに第３部材１０３も接合される。第２部材１０２と第３部材１０３も複数の螺子を用いて接合される。

【0015】

貯留部１１０の周囲の壁は、流れる流体の圧力によって変形または破損しないように構成されている。貯留部１１０の周囲の壁は、例えば金属または樹脂により構成されている。また、貯留部１１０内の流体に対して効率よく紫外線を照射する観点からは、貯留部１１０（第１半貯留部１１１および第２半貯留部１１２）の内面は、光源１４０から照射される紫外線の反射率が８０％以上である紫外線反射面を含むことが好ましい。たとえば、貯留部１１０の内面をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やアルミニウムなどの紫外線に対して高い反射率を有する材料で構成することで、貯留部１１０の内面を紫外線反射面とすることができる。本実施の形態では、第１部材１０１および第２部材１０２は、いずれもＰＴＦＥで構成されている。

【0016】

貯留部１１０の内径Ｗ_１は、特に限定されないが、例えば２０～６０ｍｍ程度である。貯留部１１０の内径Ｗ_１を２０～６０ｍｍ程度とすることにより、光源１４０として１個のＵＶ－Ｃ ＬＥＤのみを用いた場合であっても、貯留部１１０内の流体を十分に殺菌することができる。

【0017】

供給口１２０は、貯留部１１０に開口し、貯留部１１０内に流体を供給するための開口部である。取出口１３０は、貯留部１１０に開口し、貯留部１１０内の殺菌された流体を取り出すための開口部である。供給口１２０は、貯留部１１０の中でも第１半貯留部１１１に開口し、取出口１３０は、貯留部１１０の中でも第２半貯留部１１２に開口する。取出口１３０は、貯留部１１０（第２半貯留部１１２）において、光源１４０から出射された紫外線が直接到達しない位置に配置されていることが好ましい。本実施の形態では、供給口１２０は、供給流路１２１に接続されており、取出口１３０は、取出流路１３１に接続されている。また、本実施の形態では、供給流路１２１の供給口１２０の近傍の部分および取出流路１３１の取出口１３０の近傍の部分は、互いに平行である。

【0018】

本実施の形態では、供給口１２０は、供給流路１２１に接続されている。換言すれば、供給流路１２１の貯留部１１０への開口部が、供給口１２０である。供給口１２０（供給流路１２１）は、貯留部１１０内に貯留部１１０の壁に沿って滑らかに流体を供給できるように配置されていることが好ましい。本実施の形態では、供給口１２０における流体の流動方向（図２における矢印Ａ方向）に沿い、かつ貯留部１１０の重心を含む断面における、供給流路１２１の内面と貯留部１１０の内面との接続部１２２において、供給流路１２１の内面の一部は、接続部１２２における貯留部１１０の内面の接線と一致するように、貯留部１１０の内面と滑らかに連続して配置されている。

【0019】

また、本実施の形態では、取出口１３０は、取出流路１３１に接続されている。換言すれば、取出流路１３１の貯留部１１０への開口部が、取出口１３０である。取出口１３０（取出流路１３１）は、貯留部１１０内から貯留部１１０の壁に沿って滑らかに流体を取り出せるように配置されていることが好ましい。本実施の形態では、取出口１３０における流体の流動方向（図２における矢印Ｂ方向）に沿い、かつ貯留部１１０の重心を含む断面における、取出流路１３１の内面と貯留部１１０の内面との接続部１３２において、取出流路１３１の内面の一部は、接続部１３２における貯留部１１０の内面の接線と一致するように、貯留部１１０の内面と滑らかに連続して配置されている。

【0020】

供給流路１２１の内面と貯留部１１０の内面との接続部１２２、および取出流路１３１の内面と貯留部１１０の内面との接続部１３２において段差を無くすことにより、球状の貯留部１１０の壁面に沿った流体の流れを作ることができるとともに、貯留部１１０内で流体を一定の方向に回転させながら滞留させた後に流体を取り出すことができる。これにより、流体に紫外線が均一に照射されるので、流体の十分な殺菌を行うことができる。

【0021】

供給口１２０（供給流路１２１）の内径Ｗ_２および取出口１３０（取出流路１３１）の内径Ｗ_３は、特に限定されないが、殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失を低減する観点からは、貯留部１１０の内径Ｗ_１に対して、２５～４０％の範囲内であることが好ましい。供給口１２０の内径Ｗ_２および取出口１３０の内径Ｗ_３を大きくすることで、殺菌装置１００における流体の圧力損失を低減することができる。一方、供給口１２０の内径Ｗ_２および取出口１３０の内径Ｗ_３を小さくすることで、供給口１２０から供給された流体が貯留部１１０内に留まる時間が長くなり、殺菌性能を向上させることができる。

【0022】

図４に示されるように、供給口１２０において貯留部１１０に接続される供給流路１２１の内面の延在方向（図２における矢印Ａ方向）に直交する仮想平面に供給口１２０、取出口１３０および貯留部１１０を投影したとき、供給口１２０の重心と取出口１３０の重心とが離間するように、供給口１２０および取出口１３０は配置されている。本実施の形態では、上記のように投影したときに、供給口１２０と取出口１３０とが離間するように、供給口１２０および取出口１３０は配置されている。このように供給口１２０および取出口１３０を配置した場合、図５に示されるように、供給口１２０から貯留部１１０内に供給された流体は、取出口１３０に直線的に向かうことなく、貯留部１１０内を何度も旋回した上で取出口１３０に到達する。したがって、流体は、十分な量の紫外線を照射され、十分に殺菌された上で取出口１３０に到達する。なお、本実施の形態では、上記のように投影したときに、窓１５０（光源１４０）は、供給口１２０および取出口１３０と重ならないように配置されている。なお、本実施の形態では、図４に示されるように、上記仮想平面に投影したとき、供給口１２０、取出口１３０、窓１５０および貯留部１１０は、いずれも円形である。したがって、供給口１２０の重心は、供給口１２０の中心と一致し、取出口１３０の重心は、取出口１３０の中心と一致し、貯留部１１０の重心は、貯留部１１０の中心と一致する。

【0023】

本実施の形態では、図３に示すように、貯留部１１０の重心（図３において貯留部１１０の中央にある黒点）は、供給口１２０の重心（図３において供給口１２０の中央にある黒点）と取出口１３０の重心（図３において取出口１３０の中央にある黒点）とを結ぶ直線から離間している。また、貯留部１１０の重心は、供給口１２０と取出口１３０との間に位置していない。

【0024】

また、本実施の形態では、図４に示すように、上記仮想平面に供給口１２０、取出口１３０および貯留部１１０を投影したとき、供給口１２０の重心（図４において供給口１２０の中央にある黒点）および貯留部１１０の重心（図４において貯留部１１０の中央にある黒点）を結ぶ直線と、取出口１３０の重心（図４において取出口１３０の中央にある黒点）および貯留部１１０の重心を結ぶ直線とのなす角度αは、７５～１６５°の範囲内であることが好ましく、１２０～１５０°の範囲内であることがより好ましい。角度αを上記の範囲内とすることで、十分な殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失をより低減することができる。ここで２つの直線がなす角度とは、２つの直線がなす２つの角度のうち小さい方の角度を意味する。

【0025】

光源１４０は、貯留部１１０内の流体に紫外線を照射する。光源１４０は、貯留部１１０内の流体に直接紫外線を照射してもよいし、窓やミラーなどの他の部材を介して貯留部１１０内の流体に紫外線を照射してもよい。本実施の形態では、貯留部１１０を構成する壁は、紫外線を透過させる窓１５０を含み、光源１４０は、窓１５０を通して貯留部１１０内に紫外線を照射する。光源１４０の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源１４０の例には、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）が含まれる。本実施の形態では、光源１４０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光源１４０が出射する紫外線の波長は、特に限定されない。光源１４０が出射する紫外線の波長は、効果的に殺菌する観点から、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下がより好ましい。すなわち、光源１４０から出射される紫外線は、紫外線Ｃ波（ＵＶＣ）が好ましい。市販されている光源１４０の例には、ピーク波長が２８０ｎｍの紫外線発光ダイオードであるＮＣＳＵ３３４Ａ（日亜化学工業株式会社）が含まれる。また、ピーク波長が２８０ｎｍの紫外線発光ダイオードの他の例には、ＫＬＡＲＡＮ（旭化成株式会社）、ＺＥＵ１１０ＢＥＡＥ（スタンレー電気株式会社）が含まれる。

【0026】

光源１４０の位置は、貯留部１１０内の流体に紫外線を照射できれば特に限定されないが、第２半貯留部に配置することで、より殺菌性能を向上させることができる。本実施の形態では、光源１４０は、第２半貯留部１１２側に配置されている。より具体的には、光源１４０は、第３部材１０３に設けられた凹部の内部（第２半貯留部１１２を構成する壁の内部）に、光源１４０の光軸が供給口１２０および取出口１３０のいずれにも交差しないように配置されている。

【0027】

窓１５０は、貯留部１１０の壁面の一部として配置されており、光源１４０から出射された紫外線を貯留部１１０の内部へ透過させる。窓１５０の材料は、紫外線を透過させることができ、かつ必要な強度を有していれば、特に限定されない。殺菌性能を向上させる観点からは、窓１５０の材料は、波長２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線を透過させる材料であることが好ましく、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を透過させる材料であることがより好ましい。窓１５０の材料の例には、石英（ＳｉＯ_２）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）および非晶質のフッ素系樹脂などが含まれる。

【0028】

また、窓１５０の形状は、光源１４０から出射された紫外線を貯留部１１０内に到達させることができれば特に限定されず、平板状であってもよいし、貯留部１１０の内面に合わせた形状であってもよい。本実施の形態では、窓１５０は、平板状であり、第２部材１０２に設けられた凹部の内部に配置されている。窓１５０の外径Ｗ_４は、光源１４０から出射された紫外線を貯留部１１０の内に到達させることができれば特に限定されない。たとえば、窓１５０の外径Ｗ_４は、貯留部１１０の内径Ｗ_１の大きさに対して、２０～５０％の大きさであることが好ましい。窓１５０の外径Ｗ_４を大きくすることで、貯留部１１０内の広い範囲に紫外線を直接照射することができる。一方、窓１５０の外径Ｗ_４を小さくすることで、貯留部１１０の内面に占める紫外線反射面の割合を大きくすることができる。

【0029】

（殺菌装置の使用方法）
次に、本実施の形態に係る殺菌装置１００の使用方法について説明する。

【0030】

光源１４０から紫外線を出射させた状態で、殺菌対象の流体（例えば水）を供給口１２０から貯留部１１０内に導入するとともに、貯留部１１０内の流体を取出口１３０から取り出す。このとき、供給口１２０（供給流路１２１）側を加圧して流体を移動させてもよいし、取出口１３０（取出流路１３１）側を減圧して流体を移動させてもよい。前述のとおり、本実施の形態に係る殺菌装置１００では、貯留部１１０の形状を略球状とし、かつ供給口１２０および取出口１３０を所定の条件を満たすように配置したため、殺菌対象の流体は、貯留部１１０内を旋回しつつ紫外線を照射され、十分に殺菌された状態で取出口１３０から取り出される。

【0031】

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る殺菌装置１００によれば、貯留部１１０の形状を略球状とし、かつ供給口１２０および取出口１３０を所定の条件を満たすように配置したため、十分な殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失を低減できる。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本実施の形態に係る殺菌装置は、例えば、浄水や農業用水、食品用洗浄水、各種洗浄水、浴場の水、プールの水などの殺菌において有用である。

【符号の説明】

【0033】

１００ 殺菌装置
１０１ 第１部材
１０２ 第２部材
１０３ 第３部材
１１０ 貯留部
１１１ 第１半貯留部
１１２ 第２半貯留部
１２０ 供給口
１２１ 供給流路
１２２ 接続部
１３０ 取出口
１３１ 取出流路
１３２ 接続部
１４０ 光源
１５０ 窓

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】