(57)【要約】【課題】紫外光による殺菌効率を高めた流水殺菌装置を提供する。【解決手段】処理流路１６を区画する直管２０と、直管２０の両端部（上流側端部２１、下流側端部２２）の少なくとも一方に設けられ、処理流路１６に向けて直管２０の軸方向に紫外光を照射する光源（第１光源４１または第２光源４２）と、処理流路１６より上流に設けられ、処理流路１６に流入する水に気泡７０を混合させるバブル発生装置５０と、を備える。光源と処理流路の間を区画する窓部材（第１窓部材２５または第２窓部材２６）をさらに備えてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理流路を区画する直管と、
前記直管の両端部の少なくとも一方に設けられ、前記処理流路に向けて前記直管の軸方向に紫外光を照射する光源と、
前記処理流路より上流に設けられ、前記処理流路に流入する水に気泡を混合させるバブル発生装置と、を備えることを特徴とする流水殺菌装置。
【請求項２】
前記光源は、少なくとも前記直管の下流側端部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の流水殺菌装置。
【請求項３】
前記光源と前記処理流路の間を区画する窓部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の流水殺菌装置。
【請求項４】
前記処理流路より下流に設けられ、前記処理流路から流出する水から気泡を除去する脱気装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流水殺菌装置。
【請求項５】
前記直管は、少なくとも内壁面がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成されることを特徴する請求項１から４のいずれか一項に記載の流水殺菌装置。
【請求項６】
直管で区画される処理流路に流入する水に気泡を混合させるステップと、
前記処理流路を流れる気泡を含む水に向けて前記直管の軸方向に紫外光を照射するステップと、を備えることを特徴とする流水殺菌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流水殺菌装置および流水殺菌方法に関し、特に、紫外光を照射して流水を殺菌する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外光には殺菌能力があることが知られており、医療や食品加工の現場などでの殺菌処理に紫外光を照射する装置が用いられている。また、水などの流体に紫外光を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置も用いられている。このような装置として、例えば、直管状の金属パイプで形成される流路の管端部内壁に紫外線ＬＥＤを配置した装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直管状の流路内の流水に対して高効率で紫外光を照射できることが望ましい。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、殺菌効率を高めた流水殺菌装置および流水殺菌方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の流水殺菌装置は、処理流路を区画する直管と、直管の両端部の少なくとも一方に設けられ、処理流路に向けて直管の軸方向に紫外光を照射する光源と、処理流路より上流に設けられ、処理流路に流入する水に気泡を混合させるバブル発生装置と、を備える。
【０００７】
この態様によると、直管状の処理流路を流れる水に気泡を混合させることにより、処理流路内で水が占める体積を減少させ、処理流路内での紫外光の透過率を高めることができる。また、気泡によって紫外光を散乱、反射および屈折させることで処理流路内の紫外光の照度分布を均一化し、照射ムラの発生を抑えることができる。さらに、気泡が圧壊する際の衝撃波を利用して処理流路内の壁面への汚れ付着を防止できる。
【０００８】
光源は、少なくとも直管の下流側端部に設けられてもよい。
【０００９】
光源と処理流路の間を区画する窓部材をさらに備えてもよい。
【００１０】
処理流路より下流に設けられ、処理流路から流出する水から気泡を除去する脱気装置をさらに備えてもよい。
【００１１】
直管は、少なくとも内壁面がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成されてもよい。
【００１２】
本発明の別の態様は、流水殺菌方法である。この方法は、直管で区画される処理流路に流入する水に気泡を混合させるステップと、処理流路を流れる気泡を含む水に向けて直管の軸方向に紫外光を照射するステップと、を備える。
【００１３】
この態様によると、直管状の処理流路を流れる水に気泡を混合させることにより、処理流路内で水が占める体積を減少させ、処理流路内での紫外光の透過率を高めることができる。また、気泡によって紫外光を散乱、反射および屈折させることで処理流路内の紫外光の照度分布を均一化し、照射ムラの発生を抑えることができる。さらに、気泡が圧壊する際の衝撃波を利用して処理流路内の壁面への汚れ付着を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、紫外光の照射効率を高めて殺菌能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る流水殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１７】
図１は、実施の形態に係る流水殺菌装置１０の構成を概略的に示す図である。流水殺菌装置１０は、直管２０と、流入管３１と、流出管３２と、第１光源４１と、第２光源４２と、バブル発生装置５０と、脱気装置６０とを備える。流水殺菌装置１０は、直管２０で区画される処理流路１６を流れる水に気泡７０を混合させ、気泡７０が混合した水に紫外光を照射して殺菌処理を施すために用いられる。
【００１８】
直管２０は、上流側端部２１と、下流側端部２２と、流入口２３と、流出口２４と、第１窓部材２５と、第２窓部材２６とを有する。直管２０は、上流側端部２１から下流側端部２２に向けて軸方向に延びており、例えば内直径の３倍以上の長さを有する。上流側端部２１には、第１光源４１からの紫外光を透過させる第１窓部材２５が設けられ、第１窓部材２５の近傍に流入口２３が設けられる。下流側端部２２には、第２光源４２からの紫外光を透過させる第２窓部材２６が設けられ、第２窓部材２６の近傍に流出口２４が設けられる。第１窓部材２５および第２窓部材２６は、石英（ＳｉＯ２）やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、非晶質のフッ素系樹脂といった紫外光の透過率が高い部材で構成される。
【００１９】
流入口２３には、直管２０の軸方向と交差または直交する方向に延びる流入管３１が取り付けられている。流出口２４には、直管２０の軸方向と交差または直交する方向に延びる流出管３２が取り付けられている。流入管３１の途中には第１分岐管３３が設けられ、第１分岐管３３を介してバブル発生装置５０が接続される。流出管３２の途中には第２分岐管３４が設けられ、第２分岐管３４を介して脱気装置６０が接続される。
【００２０】
直管２０は、例えば、全フッ素化樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成される。ＰＴＦＥは、化学的に安定した材料であり、耐久性、耐熱性および耐薬品性に優れた材料である。また、ＰＴＦＥは、紫外光の反射率が高い材料である。そのため、直管２０をＰＴＦＥで構成することにより、第１光源４１および第２光源４２が発する紫外光を内壁面１８で反射させながら直管２０の軸方向に伝搬させることができる。
【００２１】
直管２０は、その全体がＰＴＦＥで構成されなくてもよく、処理流路１６を区画する内壁面１８がＰＴＦＥで構成されてもよい。例えば、他の樹脂材料もしくは金属材料で構成される管の内面にＰＴＦＥのライナを取り付けて直管２０を構成してもよい。流入管３１および流出管３２は、直管２０と同様の材料で構成されてもよいし、直管２０と異なる材料で構成されてもよい。
【００２２】
第１光源４１および第２光源４２は、紫外光を発する発光素子を含むいわゆるＵＶ−ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）光源である。光源に含まれる発光素子は、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれ、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２７０ｎｍ付近の紫外光を発することが好ましい。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。
【００２３】
第１光源４１は、上流側端部２１と第１窓部材２５の間に区画される第１光源室１１に配置される。第１光源４１は、第１窓部材２５を介して処理流路１６に向けて軸方向に紫外光を照射するよう配置される。第２光源４２は、下流側端部２２と第２窓部材２６の間に区画される第２光源室１２に配置される。第２光源４２は、第２窓部材２６を介して処理流路１６に向けて軸方向に紫外光を照射するよう配置される。第１光源４１および第２光源４２は、例えば、ベース材料が銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの基板に実装される。
【００２４】
第１光源４１および第２光源４２は、発光素子の配光角を調整するための調整機構を含んでもよい。調整機構は、例えば、光源が含む発光素子の指向角または配向角が６０度以上、９０度以上または１２０度以上である場合に、その出射角を調整して配向角が３０度以下となるようにする。調整機構は、レンズなどの透過型の光学系で構成されてもよいし、凹面鏡などの反射型の光学系で構成されてもい。このような調整機構を用いることにより、処理流路１６の内壁面１８に入射する紫外光の入射角が７５度以上となるようにできる。特に内壁面１８がＰＴＦＥで構成される場合、ＰＴＦＥへの入射角が７０度以上となると表面での反射率が非常に高くなることが本発明者らの知見により分かっている。そのため、調整機構により紫外光の配向角を調整することで、より高強度の紫外光を遠くまで伝搬させることができる。
【００２５】
バブル発生装置５０は、流入口２３から処理流路１６に流入する水中に気泡７０を発生させ、処理流路１６を流れる水に気泡７０を混合させる。バブル発生装置５０が発生させる気泡のサイズは特に問わないが、紫外光を効果的に散乱させることができる気泡サイズであることが好ましく、いわゆるミリバブル（泡径：０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度）やマイクロバブル（泡径：１μｍ〜１００μｍ程度）であってよい。バブル発生装置５０が発生させる気泡７０の成分は特に問わず、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）またはこれらを含む空気であってもよい。脱気装置６０は、流出口２４から流出する水中に含まれる気泡７０を除去し、気泡７０を低減または除去させた水が流出管３２から流出されるようにする。
【００２６】
以上の構成によれば、流水殺菌装置１０は、処理流路１６を流れる水に気泡７０を混合させ、気泡７０が含まれる水に対して紫外光を照射する。紫外光の透過率は水中より空気中の方が高いため、処理流路内の気泡の体積の割合を増大させて水の体積の割合を減少させることにより、軸方向に進む紫外光の透過率を高めることができる。また、気泡７０により紫外光を散乱、反射および屈折させることで処理流路１６内の紫外光の照度分布を均一化し、紫外光の照射量が部分的に不足する箇所が生じる照射ムラの発生を防ぐことができる。照射ムラを抑制することにより、十分に殺菌されていない水が部分的に通過してしまうことを防ぎ、殺菌効果を高めることができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、気泡７０が圧壊する際の衝撃波を利用して処理流路１６の内壁面１８への汚れ付着を防止し、紫外光の照射強度の低下を抑えることができる。本実施の形態では、直管２０の通水断面積に対応する比較的小さな開口の窓部材を用いているため、窓部材の局所的な汚れにより紫外光の照射強度が大きく低下するおそれがある。しかしながら、第１窓部材２５は水の流れの方向がＬ字状に変化する流入口２３の近傍に位置し、水の流れ変化に伴う乱流により第１窓部材２５の内面に気泡７０の多くが衝突することから、気泡７０の衝突および圧壊により第１窓部材２５の内面の汚れが効果的に除去される。同様に、第２窓部材２６は軸方向に延びる流路の末端に設けられるため、処理流路１６から流出口２４に向かう気泡７０の多くが第２窓部材２６に衝突し、第２窓部材２６の内面の汚れが効果的に除去される。このように、本実施の形態によれば、紫外光が透過する窓部材の汚れを効果的に除去することができ、窓部材の汚れに伴う紫外光照射強度の低下を抑えることができる。
【００２８】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００２９】
上述の実施の形態では、直管２０の両端部にそれぞれ第１光源４１と第２光源４２を設ける場合を示した。変形例においては、直管２０の両端部のいずれか一方にのみ光源が設けられもよい。例えば、第１光源４１のみを設けてもよいし、第２光源４２のみを設けてもよい。いずれか一方に光源を設ける場合、第２光源４２のみを設けることが好ましいかもしれない。第１窓部材２５の位置と比べて第２窓部材２６の方が気泡７０による汚れ除去効果が高いためである。また流水殺菌装置は、脱気装置６０を備えない構成としてもよい。この場合、気泡７０が含まれた水が流出管３２から外部に流出してもよい。
【００３０】
上述の実施の形態では、水に紫外光を照射して殺菌処理を施すための装置として説明した。変形例においては、紫外光の照射により水に含まれる有機物を分解させる浄化処理に本装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０…流水殺菌装置、１６…処理流路、１８…内壁面、２０…直管、２１…上流側端部、２２…下流側端部、２３…流入口、２４…流出口、２５…第１窓部材、２６…第２窓部材、４１…第１光源、４２…第２光源、５０…バブル発生装置、６０…脱気装置、７０…気泡。
【図１】
2018030077.tif 000003