(57)【要約】【課題】発光ダイオードが照射する紫外線により、液体の殺菌を効果的に行うことのできる紫外線殺菌装置を提供する。【解決手段】紫外線殺菌装置１０は、液体Ｌｑを貯留するタンク１１と、長尺状の容器２１と、タンク１１と容器２１とを接続する流入通路１２と、容器２１とタンク１１とを接続する流出通路１３と、タンク１１から流入通路１２を通じて容器２１へ液体Ｌｑを流入させ、容器２１から流出通路１３を通じてタンク１１へ液体Ｌｑを流出させるポンプ１４と、波長３１５〜４００ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを、容器２１の長手方向に沿って容器２１内に照射する発光ダイオード２７と、を備える。【選択図】      図１
2014233712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンクと、
長尺状の容器と、
前記タンクと前記容器とを接続する流入通路と、
前記容器と前記タンクとを接続する流出通路と、
前記タンクから前記流入通路を通じて前記容器へ前記液体を流入させ、前記容器から前記流出通路を通じて前記タンクへ前記液体を流出させるポンプと、
波長３１５〜４００ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを、前記容器の長手方向に沿って前記容器内に照射する発光ダイオードと、
を備えることを特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードは、前記容器の長手方向の一端側から前記ＵＶＡを照射する発光ダイオードと、前記容器の長手方向の他端側から前記ＵＶＡを照射する発光ダイオードとを含む請求項１に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項３】
前記流入通路は前記容器において長手方向の一端部に接続され、前記流出通路は前記容器において長手方向の他端部に接続されている請求項１又は２に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項４】
前記流入通路は前記容器において長手方向の一端部に接続され、前記流出通路は前記容器において長手方向の他端部に接続されており、
前記発光ダイオードは、前記容器において前記流出通路の接続された端部側から前記ＵＶＡを照射する発光ダイオードを含む請求項１に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項５】
前記容器と前記発光ダイオードとの間には、透過させるＵＶＡを屈折させて平行光にする平行レンズが設けられており、
前記発光ダイオードは、前記平行レンズを介して前記ＵＶＡを前記容器内に照射することにより、前記ＵＶＡを前記容器の長手方向に沿って照射する請求項１〜４のいずれか１項に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項６】
前記発光ダイオードは、波長３８５ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを照射する請求項１〜５のいずれか１項に記載の紫外線殺菌装置。
【請求項７】
前記発光ダイオードが照射するＵＶＡの強度は、前記容器の長手方向の一端側から前記発光ダイオードにより前記ＵＶＡを照射した場合に、前記液体の流通する状態の前記容器内における長手方向の他端側の面において１ｍＷ／ｃｍ２以上となるように設定されている請求項１〜６のいずれか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、発光ダイオードが照射する紫外線により液体の殺菌を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本体部内に浄水部を備える浄水器において、紫外線発光ダイオードで生じた紫外線を浄水部と吐水口との間の浄水通路内で、浄水通路の延伸方向に沿って照射するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものによれば、紫外線ランプよりも小さい紫外線発光ダイオードを用いたため、浄水器を大型化することなく、殺菌機能を与えることができる。また、浄水部で浄化された後の浄水が流れる浄水通路の延伸方向に沿って紫外線を照射するため、より広い範囲で効率よく殺菌することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１４２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、波長２８０ｎｍ未満のＵＶＣを照射する発光ダイオードは、未だ開発されていない。これに対して、波長３１５〜４００ｎｍのＵＶＡを照射する発光ダイオードは開発されているものの、一般にＵＶＡの殺菌能力はＵＶＣの殺菌能力よりも低い。このため、特許文献１に記載のものにおいて、ＵＶＡを用いた場合は、浄水通路の延伸方向に沿って紫外線を照射したとしても、吐水口までに浄水の殺菌を効果的に行うことができない。また、仮にＵＶＣを用いたとしても、水によるＵＶＣの吸収が大きいため、殺菌を効果的に行うことができない。
【０００５】
本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、発光ダイオードが照射する紫外線により、液体の殺菌を効果的に行うことのできる紫外線殺菌装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
第１の手段は、紫外線殺菌装置であって、液体を貯留するタンクと、長尺状の容器と、前記タンクと前記容器とを接続する流入通路と、前記容器と前記タンクとを接続する流出通路と、前記タンクから前記流入通路を通じて前記容器へ前記液体を流入させ、前記容器から前記流出通路を通じて前記タンクへ前記液体を流出させるポンプと、波長３１５〜４００ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを、前記容器の長手方向に沿って前記容器内に照射する発光ダイオードと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、タンクに液体が貯留される。そして、ポンプにより、タンクから流入通路を通じて容器へ液体が流入させられ、容器から流出通路を通じてタンクへ液体が流出させられる。このため、タンク内の液体を容器内に流通させてタンクへ戻すように、液体を循環させることができる。
【０００９】
ここで、発光ダイオードにより、波長３１５〜４００ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡが、容器の長手方向に沿って容器内に照射される。このため、液体が容器内を長手方向へ流通して容器内に留まっている間、液体にＵＶＡを照射することができ、容器内でＵＶＡが液体に照射される時間を長くすることができる。さらに、液体はタンクから容器内に流入してタンクへ戻るように循環しているため、液体を繰り返し容器内に流通させて殺菌することができる。したがって、液体が容器内を一度流通する間に十分殺菌されなかったとしても、繰り返し殺菌を行うことにより、殺菌効果を高めることができる。その結果、発光ダイオードが照射する紫外線により、液体の殺菌を効果的に行うことができる。
【００１０】
第２の手段では、前記発光ダイオードは、前記容器の長手方向の一端側から前記ＵＶＡを照射する発光ダイオードと、前記容器の長手方向の他端側から前記ＵＶＡを照射する発光ダイオードとを含む。
【００１１】
ＵＶＡは液体を透過する際に次第に吸収されるため、発光ダイオードにより照射されるＵＶＡの強度は、発光ダイオードから離れるほど低下する。したがって、容器の長手方向の一端側から発光ダイオードによりＵＶＡを照射した場合には、容器の長手方向の他端側に近付くほどＵＶＡの強度が低下することとなる。
【００１２】
この点、上記構成によれば、容器の長手方向の両側から、発光ダイオードによりＵＶＡが照射される。このため、容器の長手方向の両側においてＵＶＡの強度を高くすることができ、殺菌効率を向上させることができる。
【００１３】
第３の手段では、前記流入通路は前記容器において長手方向の一端部に接続され、前記流出通路は前記容器において長手方向の他端部に接続されている。
【００１４】
上記構成によれば、容器において長手方向の一端部に接続された流入通路から容器内へ液体が流入し、液体は容器内を長手方向へ流通する。そして、容器において長手方向の他端部に接続された流出通路から、容器内を流通した液体が流出する。このため、液体が容器内を長手方向の全長にわたって流通する間、液体にＵＶＡを照射することができ、容器内でＵＶＡが液体に照射される時間を長くすることができる。
【００１５】
第４の手段では、前記流入通路は前記容器において長手方向の一端部に接続され、前記流出通路は前記容器において長手方向の他端部に接続されており、前記発光ダイオードは、前記容器において前記流出通路の接続された端部側から前記ＵＶＡを照射する発光ダイオードを含む。
【００１６】
上記構成によれば、発光ダイオードは、容器において流出通路の接続された端部側からＵＶＡを照射するため、容器の出口付近においてＵＶＡの強度を向上させることができ、殺菌効果を高めることができる。
【００１７】
第５の手段では、前記容器と前記発光ダイオードとの間には、透過させるＵＶＡを屈折させて平行光にする平行レンズが設けられており、前記発光ダイオードは、前記平行レンズを介して前記ＵＶＡを前記容器内に照射することにより、前記ＵＶＡを前記容器の長手方向に沿って照射する。
【００１８】
上記構成によれば、発光ダイオードによって平行レンズを介してＵＶＡが容器内に照射されることにより、平行レンズを透過するＵＶＡが屈折させられて平行光となる。したがって、容器の長手方向に沿ってＵＶＡを照射することができる。
【００１９】
第６の手段では、前記発光ダイオードは、波長３８５ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを照射する。
【００２０】
上記構成によれば、発光ダイオードにより、波長３８５ｎｍに主発光ピークを有する比較的波長の長いＵＶＡが照射される。このため、投入エネルギーを抑制しつつ、殺菌効果を高めることができる。
【００２１】
殺菌効果を生じさせるためには、ＵＶＡの強度が少なくとも１ｍＷ／ｃｍ２以上である必要がある。
【００２２】
この点、第７の手段では、前記発光ダイオードが照射するＵＶＡの強度は、前記容器の長手方向の一端側から前記発光ダイオードにより前記ＵＶＡを照射した場合に、前記液体の流通する状態の前記容器内における長手方向の他端側の面において１ｍＷ／ｃｍ２以上となるように設定されているといった構成を採用している。このため、容器の長手方向の全長にわたって殺菌効果を生じさせることができ、殺菌効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】紫外線殺菌装置を示す模式図。
【図２】紫外線照射部を示す断面図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】ＵＶＡの照射態様を示す模式図。
【図５】ＵＶＡの積算光量と菌生存率との関係を示すグラフ。
【図６】照射部の変更例を示す断面図。
【図７】照射部の他の変更例を示す断面図。
【図８】照射部の他の変更例を示す断面図。
【図９】図８の９−９線断面図。
【図１０】照射部の他の変更例を示す断面図。
【図１１】照射部の他の変更例を示す断面図。
【図１２】図１１の１２−１２線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、水耕栽培に用いられる水や培養液の殺菌を行う紫外線殺菌装置として具体化している。
【００２５】
図１に示すように、紫外線殺菌装置１０は、タンク１１、流入通路１２、紫外線照射部２０、流出通路１３、及びポンプ１４を備えている。
【００２６】
タンク１１は、直方体状に形成されており、内部に液体Ｌｑを貯留する。タンク１１の上面は開放されているが、蓋を取り付けてもよい。タンク１１の容量は、用途に応じた所定容量、例えば５００Ｌに設定されている。本実施形態では、液体Ｌｑとして水を採用している。なお、タンク１１の形状は、直方体状に限らず、任意である。
【００２７】
紫外線照射部２０は、容器２１、及び一対の発光ユニット２５を備えている。容器２１は、長尺状に形成されており、パイプ２２及びガラス板２３を備えている。パイプ２２は、樹脂により、円筒状に形成されている。パイプ２２は、波長３１５〜４００ｎｍのＵＶＡに対して耐腐食性を有している。なお、波長２８０ｎｍ未満のＵＶＣに対して、樹脂製のパイプが耐腐食性を有することは困難である。ガラス板２３は、石英ガラスにより円板状に形成されており、ＵＶＡを透過させることができる。パイプ２２の両端部は、ガラス板２３により閉じられている。パイプ２２とガラス板２３との間は、シール部材（図示せず）によりシールされている。なお、ガラス板２３に代えて、フッ化カルシウムやフッ化マグネシウム等、ＵＶＡを透過させる材料により形成されたプレートを用いることもできる。
【００２８】
パイプ２２の軸線方向（容器２１の長手方向）の一端部とタンク１１とが流入通路１２により接続されており、パイプ２２の軸線方向の他端部とタンク１１とが流出通路１３により接続されている。流入通路１２には、ポンプ１４が設けられている。ポンプ１４は、タンク１１から流入通路１２を通じて容器２１へ液体Ｌｑを流入させ、容器２１から流出通路１３を通じてタンク１１へ液体Ｌｑを流出させる。ポンプ１４の吐出容量は、容器２１内に液体Ｌｑを流通させる速度の目標値に基づいて設定されている。なお、ポンプ１４を流出通路１３に設けることもできる。
【００２９】
図２は紫外線照射部２０を示す断面図であり、図３は図２の３−３線断面図である。同図に示すように、一対の発光ユニット２５は、容器２１の長手方向の両端部にそれぞれ設けられている。発光ユニット２５は、基板２６、発光ダイオード２７、平行レンズ２８等を備えている。基板２６は、パイプ２２の軸線方向に対して垂直に配置されている。基板２６には、発光ダイオード２７の発光状態を制御する電子回路等（図示せず）が設けられている。
【００３０】
基板２６において容器２１側の面には、４つ（複数）の発光ダイオード２７が搭載されている。発光ダイオード２７は、波長３８５ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを照射する紫外線発光ダイオードである。発光ダイオード２７は、窒化ガリウム系化合物半導体等により形成されている。各発光ダイオード２７は、平行レンズ２８により覆われている。すなわち、容器２１と発光ダイオード２７との間に、平行レンズ２８が設けられている。
【００３１】
図４に示すように、平行レンズ２８は、発光ダイオード２７から広角で（拡散して）照射されるＵＶＡを、透過させる際に屈折させて平行光にする。このため、発光ダイオード２７から照射されるＵＶＡは、平行レンズ２８により屈折させられて容器２１の長手方向に沿って進むこととなる。このＵＶＡは、ガラス板２３を透過して容器２１内に照射される。
【００３２】
このように、一対の発光ユニット２５により、容器２１の長手方向の両側から、容器２１内にＵＶＡが照射される。すなわち、紫外線照射部２０は、容器２１の長手方向の一端側からＵＶＡを照射する発光ダイオード２７と、容器２１の長手方向の他端側からＵＶＡを照射する発光ダイオード２７とを備えている。
【００３３】
ＵＶＡは液体Ｌｑを透過する際に次第に吸収されるため、発光ダイオード２７により照射されるＵＶＡの強度は、発光ダイオード２７から離れるほど低下する。したがって、容器２１の長手方向の一端側から発光ダイオード２７（発光ユニット２５）によりＵＶＡを照射した場合には、容器２１の長手方向の他端側に近付くほどＵＶＡの強度が低下することとなる。
【００３４】
ここで、殺菌効果を生じさせるためには、ＵＶＡの強度が少なくとも１ｍＷ／ｃｍ２以上である必要がある。この点、発光ダイオード２７が照射するＵＶＡの強度は、容器２１の長手方向の一端側から発光ダイオード２７によりＵＶＡを照射した場合に、液体Ｌｑが容器２１内を流通する状態で、長手方向の他端側のガラス板２３の内面において１ｍＷ／ｃｍ２以上となるように設定されている。
【００３５】
次に、図１を参照して紫外線殺菌装置１０の作用を説明する。
【００３６】
タンク１１には、液体Ｌｑが貯留されている。ポンプ１４により、タンク１１から流入通路１２を通じて容器２１へ液体Ｌｑが流入させられ、容器２１から流出通路１３を通じてタンク１１へ液体Ｌｑが流出させられる。このため、タンク１１内の液体Ｌｑを容器２１内に流通させてタンク１１へ戻すように、液体Ｌｑが循環させられる。このとき、パイプ２２において軸線方向（容器２１において長手方向）の一端部に接続された流入通路１２から容器２１内へ液体Ｌｑが流入し、液体Ｌｑは容器２１内を長手方向へ流通する。そして、パイプ２２において軸線方向の他端部に接続された流出通路１３から、容器２１内を流通した液体Ｌｑが流出する。
【００３７】
一方、発光ユニット２５（発光ダイオード２７）により、波長３８５ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡが、容器２１の長手方向に沿って容器２１内に照射される。このため、液体Ｌｑが容器２１内を長手方向へ流通して容器２１内に留まっている間、液体ＬｑにＵＶＡが照射される。さらに、液体Ｌｑはタンク１１から容器２１内に流入してタンク１１へ戻るように循環しているため、液体Ｌｑは繰り返し容器２１内に流通させられて殺菌される。したがって、液体Ｌｑが容器２１内を一度流通する間に十分殺菌されなかったとしても、繰り返し殺菌を行うことにより、殺菌効果が高められる。
【００３８】
図５は、ＵＶＡの積算光量と菌生存率との関係を示すグラフである。同図に示すように、液体Ｌｑに対するＵＶＡの積算光量が増加するに伴って、菌の生存率が低下している。したがって、ポンプ１４により液体Ｌｑを循環させつつ、紫外線照射部２０において液体ＬｑにＵＶＡを照射することにより、液体Ｌｑの殺菌を効果的に行うことができる。
【００３９】
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
【００４０】
・発光ダイオード２７により、波長３１５〜４００ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡが、容器２１の長手方向に沿って容器２１内に照射される。このため、液体Ｌｑが容器２１内を長手方向へ流通して容器２１内に留まっている間、液体ＬｑにＵＶＡを照射することができ、容器２１内でＵＶＡが液体Ｌｑに照射される時間を長くすることができる。
【００４１】
・液体Ｌｑはタンク１１から容器２１内に流入してタンク１１へ戻るように循環しているため、液体Ｌｑを繰り返し容器２１内に流通させて殺菌することができる。したがって、液体Ｌｑが容器２１内を一度流通する間に十分殺菌されなかったとしても、繰り返し殺菌を行うことにより、殺菌効果を高めることができる。その結果、発光ダイオード２７が照射するＵＶＡにより、液体Ｌｑの殺菌を効果的に行うことができる。
【００４２】
・容器２１の長手方向の両側から、発光ダイオード２７によりＵＶＡが照射される。このため、容器２１の長手方向の両側においてＵＶＡの強度を高くすることができ、殺菌効率を向上させることができる。
【００４３】
・容器２１において長手方向の一端部に接続された流入通路１２から容器２１内へ液体Ｌｑが流入し、液体Ｌｑは容器２１内を長手方向へ流通する。そして、容器２１において長手方向の他端部に接続された流出通路１３から、容器２１内を流通した液体Ｌｑが流出する。このため、液体Ｌｑが容器２１内を長手方向の全長にわたって流通する間、液体ＬｑにＵＶＡを照射することができ、容器２１内でＵＶＡが液体Ｌｑに照射される時間を長くすることができる。
【００４４】
・発光ダイオード２７によって平行レンズ２８を介してＵＶＡが容器２１内に照射されることにより、平行レンズ２８を透過するＵＶＡが屈折させられて平行光となる。したがって、容器２１の長手方向に沿ってＵＶＡを照射することができる。
【００４５】
・発光ダイオード２７により、波長３８５ｎｍに主発光ピークを有する比較的波長の長いＵＶＡが照射される。このため、投入エネルギーを抑制しつつ、殺菌効果を高めることができる。
【００４６】
・発光ダイオード２７が照射するＵＶＡの強度は、容器２１の長手方向の一端側から発光ダイオード２７によりＵＶＡを照射した場合に、液体Ｌｑの流通する状態の容器２１内における長手方向の他端側の面において１ｍＷ／ｃｍ２以上となるように設定されている。このため、容器２１の長手方向の全長にわたって殺菌効果を生じさせることができ、殺菌効率を向上させることができる。
【００４７】
上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。なお、上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４８】
・図６に示すように、流出通路１３を、容器２１において長手方向の中間部に接続することもできる。こうした構成においても、液体Ｌｑが容器２１内を長手方向へ流通して容器２１内に留まっている間は、液体ＬｑにＵＶＡを照射することができる。したがって、容器２１内でＵＶＡが液体Ｌｑに照射される時間を長くすることができる。また、液体Ｌｑを繰り返し容器２１内に流通させて殺菌することができる。
【００４９】
・図７に示すように、流入通路１２と流出通路１３とを、パイプ２２の周方向において異なる位置に接続してもよい。また、流入通路１２を、容器２１において長手方向の中間部に接続することもできる。
【００５０】
・図８，９に示すように、平行レンズ２８を省略するとともに、狭角で（集束して）ＵＶＡを照射する発光ダイオード１２７を基板２６に多数（複数）搭載してもよい。こうした構成によっても、発光ダイオード１２７により、ＵＶＡを容器２１の長手方向に沿って容器２１内に照射することができる。
【００５１】
・図１０に示すように、容器２１において流入通路１２の接続された端部側の発光ユニット２５（発光ダイオード２７）を省略することもできる。そして、容器２１において流出通路１３の接続された端部側の発光ユニット２５（発光ダイオード２７）のみにより、ＵＶＡを照射することもできる。こうした構成であっても、発光ユニット２５は、容器２１において流出通路１３の接続された端部側からＵＶＡを照射するため、容器２１の出口付近においてＵＶＡの強度を向上させることができ、殺菌効果を高めることができる。
【００５２】
・図１１，１２に示すように、容器２１において流出通路１３の接続された端部側の発光ユニット２５を省略するとともに、その端部においてガラス板２３に代えて反射板１２３を設けることもできる。反射板１２３は、Ａｌ等の金属によりコーティングされており、ＵＶＡを反射する。こうした構成によれば、発光ユニット２５が１つであっても、液体Ｌｑの殺菌を効果的に行うことができる。なお、図１２に示すように、パイプ１２２（容器２１）の断面形状は、円形に限らず、矩形等、任意の形状を採用することができる。パイプ１２２の断面形状に応じて、発光ダイオード２７の数や配置を変更すればよい。
【００５３】
・発光ダイオード２７が照射するＵＶＡの強度を、容器２１の長手方向の一端側から発光ダイオード２７によりＵＶＡを照射した場合に、液体Ｌｑの流通する状態の容器２１内における長手方向の他端側の面において１ｍＷ／ｃｍ２よりも小さく設定することもできる。その場合であっても、容器２１内において発光ダイオード２７に近い部分では、殺菌効果を生じさせることができる。
【００５４】
・波長３１５〜４００ｎｍに主発光ピークを有するＵＶＡを照射する発光ダイオードとして、波長３８５ｎｍ以外の波長の主発光ピークを有するものを採用することもできる。
【００５５】
・水耕栽培に用いられる水や培養液の殺菌に限らず、医療や半導体製造等に用いられる純水や薬液等の殺菌を行う紫外線殺菌装置として具体化することもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…紫外線殺菌装置、１１…タンク、１２…流入通路、１３…流出通路、１４…ポンプ、２０…紫外線照射部、２１…容器、２５…発光ユニット、２７…発光ダイオード、２８…平行レンズ、１２７…発光ダイオード。
【図１】
2014233712.tif 000003
【図２】
2014233712.tif 000004
【図３】
2014233712.tif 000005
【図４】
2014233712.tif 000006
【図５】
2014233712.tif 000007
【図６】
2014233712.tif 000008
【図７】
2014233712.tif 000009
【図８】
2014233712.tif 000010
【図９】
2014233712.tif 000011
【図１０】
2014233712.tif 000012
【図１１】
2014233712.tif 000013
【図１２】
2014233712.tif 000014