(57)【要約】【課題】紫外線を放出するＬＥＤユニットを配置した水浄化モジュールにおいてＬＥＤユニットから入射される紫外線の光量を増大させる。【解決手段】被処理水のべセルと、基板上に配置された紫外線を放出可能なＬＥＤからなる発光素子を封止部材で被覆してなるＬＥＤユニットと、を備え、ＬＥＤユニットがべセルにおいて被処理水に対向する内周壁に配置される水浄化モジュールであって、封止部材は透光性ガラスからなり、該封止部材の側面が前記被処理水に接触する、水浄化モジュール。【選択図】  図１
2018192403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水のべセルと、
基板上に配置された紫外線を放出可能なＬＥＤからなる発光素子を封止部材で被覆してなるＬＥＤユニットと、を備え、
前記ＬＥＤユニットは前記べセルにおいて前記被処理水に対向する内周壁に配置される水浄化モジュールであって、
前記封止部材は透光性ガラスからなり、該封止部材の側面が前記被処理水に接触する、水浄化モジュール。
【請求項２】
前記封止部材は前記内周壁から前記べセルの中心側へ突出している、請求項１に記載の水浄化モジュール。
【請求項３】
前記発光素子の発光層は前記内周壁の表面より前記べセルの中心側へ位置している、請求項２に記載の水浄化モジュール。
【請求項４】
前記内周壁には前記ＬＥＤユニットを埋設するための取付け孔が形成されて、該取付け孔の周壁と前記ＬＥＤユニットの間にはシール部材が配置され、
前記発光素子の発光層が前記シール部材よりも前記べセルの中心側へ位置している、請求項１〜３の何れかに記載の水浄化モジュール。
【請求項５】
前記内周壁には前記ＬＥＤユニットを埋設するための取付け孔が形成され、
前記取付け孔の周壁は前記内周壁の表面に対してテーパ状であり、前記基板の側面が前記取付け孔の周壁に沿ったテーパ面を有し、該基板の側面と前記取付け孔の周壁との間にシール部材が配置される、請求項１〜４の何れかに記載の水浄化モジュール。
【請求項６】
前記べセル内周壁において水圧が垂直方向にかかる位置に前記取付け孔が形成され、該取付けの周壁と前記内周壁の表面との挟角は鈍角である、請求項５に記載の水浄化モジュール。
【請求項７】
該取付け孔の周壁と前記内周壁の表面との挟角は鋭角である、請求項５に記載の水浄化モジュール。
【請求項８】
前記内周壁には前記ＬＥＤユニットを埋設するための取付け孔が形成され、
該取付け孔は前記内周壁の表面側の小径部分とその奥側の大径部分とで規定され、
前記ＬＥＤユニットの基板表面には平坦部が形成されて、
該基板表面の平坦部と前記小径部分の側面との間にシール部材が配置される、請求項１〜４の何れかに記載の水浄化モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は水浄化モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線を放出するＬＥＤユニットを用いる水浄化モジュールが特許文献１に開示されている。
この水浄化モジュールに使用されるＬＥＤユニットは基板の上にＬＥＤ型の発光素子が載置され、この発光素子が紫外線を放出する。この発光素子は紫外線透過型アモルファスフッ素樹脂からなる封止部材で囲繞されている。発光素子の光軸は基板に垂直方向であり、封止部材の上面を通過する。つまり、この上面が主発光面となる。このＬＥＤユニットは被処理水の容器又は流路（両方を含む意味で「べセル」）の内周壁に埋設される。ＬＥＤユニットの封止部材の上面はべセルの内周壁の表面とほぼ面一である。その結果、ＬＥＤユニットの封止部材がその上面において被処理水に直接接触することとなって、発光素子から放出された紫外線を効率よく被処理水内へ導入できる。
その他、特許文献２〜６を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０１６０７４号公報
【特許文献２】特表２０１６−５１１１３８号公報
【特許文献３】特開２００８−２９６１０３号公報
【特許文献４】特開２０１１−０７８９６７号公報
【特許文献５】特開２０１６−０１０７８９号公報
【特許文献６】特開２０１６−２１６０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の水浄化モジュールでは、ＬＥＤユニットがべセルの内周壁内へ完全に埋設される。その上面（主発光面）のみが被処理液へ対向して、これへ紫外線を入射する。
水浄化モジュールの浄化能力を向上させるには、ＬＥＤユニットから入射される紫外線の光量を増大させることが好ましい。この観点から特許文献１に記載の装置には次の解決すべき課題がある。
第１に、ＬＥＤ型の発光素子はその上面のみならず、その側面からも光が放出されている。従って、この側面からの光を効率よく被処理水へ導入することが好ましい。
【０００５】
ＬＥＤユニットからの光量を大きくする方策として、発光素子の高出力化がある。発光素子の出力を大きくするとその熱対策が問題となる。ここに、被処理水が全体として流れていたとしても、べセルの内周壁に接する領域では境界層として殆ど流れがないに等しい。つまり、べセルの内周壁と同レベルにおいて被処理水は滞留しているので、ＬＥＤユニットの冷却効率を上げられない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上記課題の少なくとも１つを解決すべくなされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。即ち、
被処理水のべセルと、
基板上に配置された紫外線を放出可能なＬＥＤからなる発光素子を封止部材で被覆してなるＬＥＤユニットと、を備え、
前記ＬＥＤユニットが前記べセルにおいて前記被処理水に対向する内周壁に配置される水浄化モジュールであって、
前記封止部材は透光性材料からなり、該封止部材の側面が前記被処理水に接触する、水浄化モジュール。
このように規定される第１の局面の水浄化モジュールによれば、封止部材の側面が被処理水に接触するので、発光素子の側面から放出された紫外線が封止部材を透過して被処理水内へ直接的に導入される。よって、発光素子の側面から放出される紫外線は、減衰の原因となる反射を何ら経ることがない。従って、第１の局面に規定の水浄化モジュールによれば、ＬＥＤユニットの主発光面である封止部材の上面からの紫外線はもとより、封止部材の側面からも紫外線が効率よく取り出される。これにより、水浄化モジュールの水浄化能力が向上する。
【０００７】
この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、第１の局面に規定の水浄化モジュールにおいて、前記封止部材は前記内周壁から前記べセルの中心側へ突出している。
このように規定される第２の局面の水浄化モジュールによれば、べセルの内周壁から封止部材が突出しているので、その上面及び側面が確実に被処理水へ接触する。よって、ＬＥＤユニットの光軸方向及び側方へ放出される紫外線を共に効率よく被処理水内へ導入できる。更には、内周壁から突出した封止部材の上側の部分は境界層を超えて非粘性流の主流に達し、被処理水の流れの影響を受けてその冷却効率が向上する。
勿論、封止部材の高さや被処理水の粘度等の影響で封止部材が主流に達しない場合もあるが、その場合でもべセルの内周壁と同じレベルに存在する被処理水に比べれば封止部材の上側部分において被処理水の流れは大きくなる。よって、封止部材は確実に被処理水の流れに曝されることとなり、ＬＥＤユニットに対する冷却効率が向上する。
【０００８】
発光素子から側方へ放出される紫外線を効率よく取り出すためには、べセルの内周壁が遮蔽物とならないように、発光素子の発光層が内周壁の表面よりべセルの中心側へ位置していることが好ましい（第３の局面）。同様に、べセルの内周壁とＬＥＤユニットとの間にシール部材が配置されている場合にも、当該シール部材が遮蔽物とならないように、発光素子の発光層がこのシール部材よりもべセルの中心側へ位置していることが好ましい（第４の局面）。
【０００９】
この発明の第５の局面は次のように規定される。即ち、第１〜第４の局面に記載の水浄化モジュールにおいて、前記内周壁には前記ＬＥＤユニットを取付けるための取付け孔が形成され、
前記取付け孔の周壁は前記内周壁の表面に対してテーパ状であり、前記基板の側面が前記取付け孔の周壁に沿ったテーパ面を有し、該基板の側面と前記取付け孔の周壁との間にシール部材が配置される。
このように規定される第５の局面の水浄化モジュールによれば、取付け孔の周壁とそれに対向する基板の側面をテーパ面としたので、両者の面積を広くとることができる。これにより、シール部材に十分な容積を確保でき、その結果高いシール性が得られる。
【００１０】
この発明の第６の局面は次のように規定される。即ち、第５の局面に規定の水浄化モジュールにおいて、前記べセル内周壁において水圧が垂直方向にかかる位置に前記取付け孔が形成され、該取付け孔の周壁と前記内周壁の表面との挟角は鈍角である。
このように規定される第６の局面の水浄化モジュールによれば、取付け孔の周壁の傾斜により取付け孔の径を狭められている。よって、取付け孔に対するＬＥＤユニットの挿着方向はべセルの内側からとなる。
かかる構造において、ＬＥＤユニットの上面に水圧がかかると、その基板側面（テーパ面）が取付け孔のテーパ面へ押し付けられて機械的に安定する。更には、両テーパ面に水圧がかかるので、そのシール性が維持される。
【００１１】
この発明の第７の局面は次のように規定される。即ち、第５の局面に規定の水浄化モジュールにおいて、前記べセルの内周壁において水流にそった位置に前記取付け孔が形成され、該取付け孔の周壁と前記内周壁の表面との挟角は鋭角である。
このように規定される第７の局面の水浄化モジュールによれば、取付け孔に対して基板がアンカーのように係合するので、機械的に安定する。
【００１２】
この発明の第８の局面は次のように規定される。即ち、第１〜第４の何れかの局面に規定の水浄化モジュールにおいて、前記内周壁には前記ＬＥＤユニットを取付けるための取付け孔が形成され、
該取付け孔は前記内周壁の表面側の小径部分とその奥側の大径部分とで規定され、
前記ＬＥＤユニットの基板表面には平坦部が形成されて、
該基板表面の平坦部と前記小径部分の側面との間にシール部材が配置される。
このように規定される第８の局面の水浄化モジュールによれば、べセルの内周壁の小径部分へ基板表面の平坦部が係合するので、べセルの内周壁からＬＥＤユニットが脱落することを予防できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明の実施の形態の水浄化モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、図１（Ａ）は被処理水の流れに沿ってＬＥＤユニットを配置した例、図１（Ｂ）は被処理水の流れに対向する部分にＬＥＤユニットを配置した例を示す。
【図２】図２はべセルの内周壁に対するＬＥＤユニットの取付け構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３はべセルの内周壁に対するＬＥＤユニットの他の取付け構造の例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４はべセルの内周壁に対するＬＥＤユニットの他の取付け構造の例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５はべセルの内周壁に対するＬＥＤユニットの他の取付け構造の例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１はこの発明の一つの実施の形態の水浄化モジュールの構成を模式的に示している。この水浄化モジュールはべセル３と複数のＬＥＤユニット１０とを備えてなる。
この例のべセル３は有底筒状であって、その中を被処理水５が連続的に流通する。符号３Ａは排出口である。べセル３を無底筒状としてその被処理水５をその軸方向のみへ流通させることもできる。また、べセル３として容器を採用し、被処理水５をバッチ式に処理することもできる。なお、べセル３の内周壁４は少なくとも紫外線を透過させずかつ紫外線に対して耐性を有する材料で形成する。この内周壁４は紫外線を反射する鏡面とするか若しくはこれを紫外線反射率の高いフッ素樹脂で被覆することが好ましい。
【００１５】
被処理水５に溶解若しくは分散する成分は特に限定されるものではない。例えば、浄化対象となる化学的成分や生物学的な成分を含むことができるが、ＬＥＤユニット１０から放射される紫外線を少なくともべセル３の中心部まで透過させる透明度（紫外線透過性）を有するものとする。
【００１６】
ＬＥＤユニット１０はべセル３の内周壁４に取り付けられる。べセル３の筒状の部位では、図１（Ａ）に示すように、このＬＥＤユニット１０はその光軸がべセル３の軸へ向くように配置されている。各ＬＥＤユニット１０はその光軸が交差しないように配置することが好ましく、例えば、内周壁４に螺旋を描くように、等間隔をあけて配置する。
べセル３の底の部位、即ち終端の部位では、図１（Ｂ）に示すように、ＬＥＤユニット１０はその光軸がべセル３の軸と平行になるように配置される。
上記の例では、各ＬＥＤユニット１０はその光軸は内周壁４に対して垂直になるように配置されているが、これに限定されるものではく、各ＬＥＤユニット１０の光軸が全体的に若しくは部分的に交差していてもよい。
【００１７】
図２にＬＥＤユニット１０及びその取付け構造を示す。
べセル３の内周壁４には、取付け孔６が設けられる。この取付け孔６へＬＥＤユニット１０がシール部材２０を介して取り付けられる。
シール部材２０として、例えばＯリングを採用できる。
ＬＥＤユニット１０において、ＬＥＤ型の発光素子１３が基板１１に直接マウントされ、この発光素子１３はガラス材料からなる封止部材１５で被覆される。
【００１８】
水を浄化する見地から発光素子１３は紫外線を放出するものとし、豊田合成株式会社が提供するガラス封止紫外線ＬＥＤ等を用いることができる。この発光素子１３の波長は２５０〜３００nmである。
基板１１はエポキシ樹脂等からなる絶縁性の基板本体とその表面にプリントされた配線とを備えている。発光素子１３の電極と基板の配線とがバンプやワイヤ等を介して電気的に接続される。なお、図示は省略するが、基板１１にはべセル３の外部より電源線及び必要に応じて制御線が接続されている。
封止部材１５は耐水性、耐光性、耐薬品性等の見地からガラスが望ましい。このガラス材料は、そのガラス転移点が発光素子１３の耐熱温度よりも低く、熱膨張率が基板１１と同等であれば任意に選択できるが、例えば、ＺｎＯ-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２が挙げられる。なお、この封止部材１５に用いられるガラスは、加熱により軟化状態として成形したガラスであり、ゾルゲル法により成形されるガラスと異なる。ゾルゲルガラスでは成形時の体積変化が大きいのでクラックが生じやすくガラスによる厚膜を形成することが困難であるところ、熱により軟化させて基板１１に融着させるガラスを用いればこの問題を回避できる。また、ゾルゲルガラスでは細孔を生じるので気密性を損なうことがあるが、本実施形態のガラスはこの問題点を生じることもなく、発光素子１３の封止が確実となる。
かかるガラス材料として株式会社住田光学ガラスが提供する低融点ガラス（型番：K-PBK40）が用いられる。
封止部材１５の形状は図示した矩形に限定されず、砲弾型や円筒型など任意の形状を採用できる。
【００１９】
この実施例のＬＥＤユニットは被処理水５に浸されるので耐水性が要求される。そのため、基板１１の配線は基板の中央部分に集中され、その周囲にはマージナル領域が設けられて専ら封止部材１５との融着に用いられる。このガラスにはその屈折率を制御するため、酸化ニオブ等の屈折率調整剤を配合できる。
【００２０】
ＬＥＤユニット１０のサイズは水浄化モジュールの目的用途に応じて任意に設計できる。例えば、発光素子１３は基板１１に対して１〜１６個を載置できる。これら発光素子１３の厚さは通常０．１〜１．０ｍｍであり、それに応じて封止部材１５の厚さ（その上面と基板１１との距離）は０．２〜１．５ｍｍとなる。また、発光素子１３の側方（基板１１の平面方向）には０．０５〜１．０ｍｍ程度の幅を設けることが好ましい。
封止部材１５に上記の厚さがあると、その上側部分は被処理水５の乱流層に到達し、その部分で流れる被処理水５に接する。もって、封止部材１５を介しての発光素子１３に対する冷却機能を担保できる。
【００２１】
ＬＥＤユニット１０とべセル３の内周壁４との間の水密性も必要である。そのため、シール部材２０が十分に機能するように、基板１１には所定の厚さが求められる。例えばシール部材２０として市販のオーリングを採用したとき、内周壁４に対向する基板１１の側面には０．２〜１．０ｍｍ程度の幅（図２の例では基板１１の厚さに等しい）があるとよい。
【００２２】
図１の例では、ＬＥＤユニット１０の基板１１の表面がべセル３の内周壁４と面一に設計されている。発光素子１１の光軸はその垂直方向であり、この方向に最も多くの光が放射されるが、ＬＥＤの構造上、発光素子１１の側方からも光が放出される。図１の例では、基板１１の表面がべセル３の内周壁４と同じレベルにあって、発光素子１３は内周壁４より立ち上がっているので、発光素子１３の発光層（図示せず）は内周壁４よりべセル３の中心側に位置している。即ち、発光層がべセル内に突出しているため、側方へ放出された光がべセル３の内周壁４で遮蔽されることがない。
また、発光素子１３から側方に放出された紫外線がシール部材２０で遮蔽されるおそれもある。そのため、発光素子１３の発光層はこのシール部材２０よりもべセル３の中心側に位置するように、シール部材２０の取付け位置及びＬＥＤユニット１０の突出量を調整することが好ましい。
【００２３】
以下、ＬＥＤユニットの変形態様について説明する。
図３の例では、ＬＥＤユニット３０においてその基板３１の側面にテーパ面３２が形成される。このテーパ面３２は基板３１の表面（発光素子１３のマウント面）から離れるに従って基板３１を拡径させる形状である。他方、べセル３の内周壁４にも、このテーパ面３０に対向したテーパ面３７が形成されている。即ちこのテーパ面３７と内周壁４との挟角は鋭角となる。テーパ面３２、３７を設けることにより、べセル３の内周壁４と基板３１との間に広い接触面が確保でき、もってシール部材２１により大きな容積を確保できることとなる。
【００２４】
図３の例によれば、べセル３の外周方向から取付け孔３６に対してＬＥＤユニット３０が挿着される。べセル３の内周壁４に対してＬＥＤユニット３０の基板３１がアンカー状となるので、特に横方向への荷重に対するその機械的安定性が向上する。
【００２５】
図４には、テーパ面３２、３７の代わりに、係合面４２、４７を設けたＬＥＤユニット４０を示す。なお、図３と同じ作用を奏する要素には同じ番号を付してその説明を省略する。
この例では、べセル３の内周壁４に形成される取付け孔は、内周壁４の表面側から外側に向かって（図４では上から下に向かって）、小径部４６と大径部４８とで規定される。小径部４６の外側面（図４では下側面）が一方の係合面４７を構成する。
他方、ＬＥＤユニット４０の基板４１の表面の外周縁には平坦部が設けられ、この平坦部が他方の係合面４２となる。この係合面４２と係合面４７との間にシール部材２１が配され、相互に係合する。
図３及び図４の例では、べセル３の外側より嵌め込まれたＬＥＤユニットを固定するために取付け孔３６、４６へ、例えば蓋部材が更に嵌め込まれる。
【００２６】
図５の例では、ＬＥＤユニット５０における基板５１のテーパ面５２が基板５１を縮径するものとした。その結果、このテーパ面５２に対向するべセル３の内周壁４もテーパ面５７を有する。このテーパ面５７と内周壁４の表面との挟角は鈍角である。
このように構成された図５の例では、べセルの内周壁４の取付け孔５６に対して、べセルの中心側からＬＥＤユニット５０が嵌め込まれる。
図５の例ではべセル側のテーパ面５７がＬＥＤユニット５０側のテーパ面５２を支えるかたちになるので、ＬＥＤユニット５０へその軸方向（光軸方向）の水圧がかかる部位（図１（Ｂ）参照）に採用することが好ましい。水圧によりＬＥＤユニット５０側のテーパ面５２がべセル側のテーパ面５７へ押圧されて両者のシール性が向上かつ維持されるからである。
【００２７】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
３  べセル、４  べセルの内周壁、５  被処理水、１０，３０，４０，５０  ＬＥＤユニット、１１，３１，４１，５１  基板、１３  発光素子、１５  封止部材、２０  シール部材、３２，３７，５２，５７  テーパ面。
【図１】
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【図２】
2018192403.tif 000004
【図３】
2018192403.tif 000005
【図４】
2018192403.tif 000006
【図５】
2018192403.tif 000007