(57)【要約】      （修正有）【課題】紫外線ランプの表面（石英ガラスの表面）に物質が付着するファウリングと呼ばれる現象を抑制し殺菌能力の劣化を抑制可能な流水殺菌装置を提供する。【解決手段】殺菌対象となる海水が流通される流路２と、流路２を流通する海水に紫外光を照射する光源３と、を備え、光源３には、ファウリングの発生に大きく影響していると考えられる熱の発生を抑えるため、従来用いられていた紫外線ランプと比較して発熱が小さい赤外光を含まない発光ダイオード３ａを用いた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
殺菌対象となる海水が流通される流路と、
前記流路を流通する海水に紫外光を照射する光源と、を備え、
前記光源は、照射する光に赤外光を含まない発光ダイオードである、
流水殺菌装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードは、波長２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外光を照射し、かつ、照射する光に波長２００ｎｍ以下の光を含まない、
請求項１に記載の流水殺菌装置。
【請求項３】
前記光源を冷却する冷却手段をさらに備えた、
請求項１または２に記載の流水殺菌装置。
【請求項４】
前記流路は、直線状に延びる直管を有し、
前記光源は、前記直管の下流側または上流側に設けられ、前記直管の軸方向に紫外光を照射する、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の流水殺菌装置。
【請求項５】
前記流路を流れる海水の流量を検出する流量検出手段と、
前記流量検出手段が検出した海水の流量に応じて、前記光源の光出力を制御する光出力制御部と、をさらに備えた、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の流水殺菌装置。
【請求項６】
前記光出力制御部は、前記海水の流量が少ないほど光出力が小さくなるように前記光源を制御し、かつ、前記海水の流量がゼロのとき、前記光源の光出力を、予め設定された最小値に保持する、
請求項５に記載の流水殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を照射して流水を殺菌する流水殺菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紫外線を照射して流水を殺菌する流水殺菌装置が知られている。このような流水殺菌装置として、紫外線を照射する光源に紫外線ランプを用いたものがある（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２００５−２９６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、紫外線ランプを用いた流水殺菌装置では、特にミネラルを多く含む海水を殺菌する場合に、紫外線ランプの表面（石英ガラスの表面）に物質が付着するファウリングと呼ばれる現象が発生し易く、このファウリングで生じた膜により紫外線が遮られて、殺菌性能が早期に劣化してしまうという課題があった。本発明者らが検討したところ、従来の紫外線ランプを用いた流水殺菌装置を海水の殺菌用に使用したところ、使用開始から１週間程度でファウリングにより黒色の膜が発生してしまい、殺菌能力が劣化してしまうことが確認された。
【０００５】
そこで、本発明は、ファウリングを抑制し殺菌能力の劣化を抑制可能な流水殺菌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、殺菌対象となる海水が流通される流路と、前記流路を流通する海水に紫外光を照射する光源と、を備え、前記光源は、照射する光に赤外光を含まない発光ダイオードである、流水殺菌装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ファウリングを抑制し殺菌能力の劣化を抑制可能な流水殺菌装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流水殺菌装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、光源に用いる発光ダイオードのスペクトル分布を示すグラフ図であり、（ｂ）は発光ダイオードの温度と発光波長との関係を示すグラフ図である。
【図３】流水殺菌装置を約５カ月使用した後の写真である。
【図４】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る流水殺菌装置を示す概略構成図であり、（ｂ）はその光出力と流量との関係の一例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１０】
（流水殺菌装置の全体構成）
図１は、本実施の形態に係る流水殺菌装置を示す断面図である。
【００１１】
流水殺菌装置１は、海水を殺菌するものであり、例えば海水を貯留する水槽（不図示）に取り付けられる。流水殺菌装置１は、殺菌対象となる海水が流通される流路２と、流路２を流通する海水に紫外光を照射する光源３と、を備えている。
【００１２】
流路２は、海水を流入する流入管２１と、海水を排出する排出管２２と、流入管２１と排出管２２とを連通し直線状に延びる直管２３と、を有している。直管２３の両端部は、それぞれ第１筐体４１及び第２筐体４２に挿入されている。以下、直管２３の軸方向を単に軸方向と呼称する。第１筐体４１及び第２筐体４２は、略直方体状に形成されており、流水殺菌装置１を所定の設置位置に固定する役割も果たす。
【００１３】
第１筐体４１には、軸方向の一方に開口し直管２３の端部が挿入される第１直管挿入孔４１ａと、軸方向と垂直な方向に開口し流入管２１が接続される第１接続孔４１ｂと、第１直管挿入孔４１ａと第１接続孔４１ｂとを連通する第１整流室４１ｃと、が形成されている。直管２３は、その一端部が、第１整流室４１ｃ内に突出するように配置されている。
【００１４】
第２筐体４２には、軸方向の他方に開口し直管２３の端部が挿入される第２直管挿入孔４２ａと、軸方向と垂直な方向に開口し排出管２２が接続される第２接続孔４２ｂと、第２直管挿入孔４２ａと第２接続孔４２ｂとを連通する第２整流室４２ｃと、が形成されている。直管２３は、その他端部が、第２整流室４２ｃ内に突出するように配置されている。
【００１５】
直管挿入孔４１ａ，４２ａと接続孔４１ｂ，４２ｂとは互いに直交する方向に延びている。すなわち、直管挿入孔４１ａ，４２ａに挿入された直管２３と、接続孔４１ｂ，４２ｂに挿入された流入管２１または排出管２２とは、互いに直交する方向に延びている。本実施の形態では、流入管２１及び排出管２２は、鉛直方向下方（図１では上側）に延びるように設けられている。なお、図１では、第１筐体４１と流入管２１、及び第２筐体４２と排出管２２を一体に示しているが、別体であってもよい。また、流入管２１や排出管２２の一部が筐体４１，４２と一体に形成されていてもよい。
【００１６】
流入管２１は、その一端から海水が流入され、他端が第１筐体４１の第１接続孔４１ｂに接続されている。つまり、流入管２１の他端は、第１筐体４１を介して直管２３の一端に連通されている。流入管２１から流入した海水は、第１整流室４１ｃを通って直管２３に導入される。
【００１７】
排出管２２は、一端が第２筐体４２の第２接続孔４２ｂに接続され、他端から海水が水槽等に排出される。排出管２２の一端は、第２筐体４２を介して直管２３の他端に連通されている。直管２３を通過した海水は、第２整流室４２ｃを通って排出管２２に導入され、排出管２２の他端から水槽等に排出される。図示していないが、流入管２１または排出管２２には、海水を流入・排出させるためのポンプが設けられている。
【００１８】
直管２３としては、少なくともその内周面２３ａが、光源３からの紫外光を反射する材質からなるものを用いるとよい。光源３からの紫外光を反射する材質としては、例えば、紫外光の反射率が高く耐久性、耐熱性、及び対薬品性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。本実施の形態では、ＰＴＦＥからなる内径約４０ｍｍの直管２３を用いた。
【００１９】
第２筐体４２では、第２整流室４２ｃを軸方向に区画するように窓部材３１が設けられている。窓部材３１を設けることにより区画される空間を光源収容空間４１ｄと呼称する。この光源収容空間４１ｄに、窓部材３１を介して直管２３の下流側の端部と対向するように、光源３が設けられている。つまり、流水殺菌装置１では、光源３は、直管２３の下流側（排出管２２側）に設けられ、直管２３の軸方向に紫外光を照射する。窓部材３１としては、紫外光の透過率が高いものを用いるとよく、例えば、石英ガラス（ＳｉＯ２）、サファイアガラス（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは非晶質のフッ素系樹脂等からなるものを用いることができる。図示していないが、光源収容空間４１ｄには、光源３を搭載した回路基板が収容されている。
【００２０】
また、図１では図示を省略しているが、第２筐体４２には、コネクタ部が設けられており、外部の電源装置から延びるケーブルが、コネクタ部を介して回路基板に電気的に接続されている。さらに、第２筐体４２には、光源３を冷却する冷却手段が設けられることが望ましい。冷却手段としては、殺菌対象の海水等を冷却水として用いた水冷式の冷却装置や、ファン等を有する空冷式の冷却装置を用いることができる。冷却手段を備えることで、回路基板及び光源３が冷却されるので、光源３で発生する熱が流路２を流れる海水に伝わってしまうことを抑制でき、後述するファウリングの抑制に寄与する。
【００２１】
また、第１筐体４１では、第１整流室４１ｃの直管２３の上流側の端部と対向する内壁に沿うように、紫外光を反射する板状の反射体３２が設けられている。つまり、本実施の形態では、直管２３の上流側（流入管２１側）に、光源３と対向するように反射体３２を設けている。反射体３２は、光源３から出射され直管２３の内部を伝播する紫外光を下流側へと反射することで、紫外光の照射効率を高める。反射体３２は、平坦な反射面を有していてもよいし、凹曲面などの曲面となる反射面を有していてもよい。反射体３２としては、例えば、基材となるアルミニウム上にアルミニウムを蒸着し、さらに酸化膜層を蒸着したものを用いることができる。
【００２２】
流水殺菌装置１では、光源３から出射された紫外光は、窓部材３１を透過し、直管２３の内周面２３ａで反射されつつ、直管２３の軸方向に伝播する。直管２３を通過した紫外光は、反射体３２により反射され、再び直管２３を軸方向に伝播する。流水殺菌装置１では、これら直管２３を軸方向に伝播する紫外光により、直管２３を流通している海水の殺菌が連続的に行われる。
【００２３】
（ファウリングを抑制するための構成）
ファウリングの発生には、光源３で発生する熱が大きく影響していると考えられる。従来光源３として用いられていた紫外線ランプでは、紫外線ランプ自体が発熱し、また照射する光に赤外光を含んでいるため、ファウリングが発生し易くなっていたと考えられる。
【００２４】
そこで、本実施の形態に係る流水殺菌装置１では、光源３として、照射する光に赤外光を含まない発光ダイオード３ａを用いた。発光ダイオード３ａは、従来用いられていた紫外線ランプと比較して発熱が小さい。よって、照射する光に赤外光を含まない発光ダイオード３ａを用いることにより、光源３による熱の影響を抑え、ファウリングを抑制することが可能になる。本実施の形態では、１９個の発光ダイオード３ａを用いて光源３を構成したが、光源３として用いる発光ダイオード３ａの数はこれに限定されるものではない。なお、図１では、図の簡略化のため、１つの発光ダイオード３ａのみを示している。
【００２５】
発光ダイオード３ａは紫外線ランプと比較して発熱が小さいものの、若干の発熱は発生するため、光源３を冷却する冷却手段を設けることがより望ましい。また、発光ダイオード３ａの駆動回路での発熱の影響を抑制するために、駆動回路は、第２筐体４２の外部に設けられることが望ましい。本実施の形態では、外部の電源装置内に、駆動回路を搭載した。
【００２６】
光源３に用いる発光ダイオード３ａとしては、波長２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外光を照射するものを用いるとよい。すなわち、発光ダイオード３ａとしては、その中心波長またはピーク波長が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲に含まれるものを用いることが望ましい。殺菌効果をより高めるため、発光ダイオード３ａとしては、殺菌効果が高い波長２５５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下の紫外光を照射するものを用いることがより望ましい。このような発光ダイオード３ａとしては、例えば、発光層（活性層）に窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが挙げられる。
【００２７】
また、光源３の配光角は３０度以下であるとよい。これにより、直管２３の内周面２３ａへの紫外光の入射角を７５度以上とし、直管２３の内周面２３ａでの反射率を高め、海水の殺菌効率を高めることができる。光源３は、発光ダイオード３ａから出射する光の配光角を調整するための凹面鏡等の部材を含んでいてもよい。
【００２８】
ところで、従来光源として用いられていた紫外線ランプでは、一般に、照射する光に波長１８５ｎｍの光を含んでいた。この波長１８５ｎｍの光は、オゾン線とも呼称され、酸化力が非常に大きいことが知られている。このオゾン線の存在も、ファウリングの発生に大きく影響を与えていると考えられる。
【００２９】
よって、ファウリングをより抑制するという観点からは、発光ダイオード３ａとして、照射する光に波長１８５ｎｍのオゾン線を含まないものを用いることが望ましい。さらには、波長１８５ｎｍに近い波長の光も酸化力が大きいことから、発光ダイオード３ａとして、照射する光に波長２００ｎｍ以下の光を含まないものを用いることがより望ましい。これにより、海水中のミネラル分の酸化等を抑制し、ファウリングをより抑制することが可能になる。
【００３０】
図２（ａ）は、本実施の形態で光源３として用いた発光ダイオードのスペクトル分布を示すグラフ図であり、図２（ｂ）は当該発光ダイオードの温度と発光波長との関係を示すグラフ図である。なお、図２（ａ）では、２５℃の環境下でのスペクトル分布を示している。図２（ａ），（ｂ）に示すように、光源３として用いた発光ダイオード３ａは、ピーク波長が２５℃環境下において２８５ｎｍであり、照射する光に赤外光や波長２００ｎｍ以下の光を含んでいない。
【００３１】
本発明者らが流水殺菌装置１を用いて海水の殺菌を行ったところ、図３に示すように、使用開始から約５ヶ月経過した後においても、窓部材３１や直管２３の内周面２３ａにファウリングは発生しておらず、殺菌能力の劣化が長期にわたって抑制できていることが確認された。本実施の形態に係る流水殺菌装置１では、光源３として用いている発光ダイオード３ａが赤外光やオゾン線を含んでいないために、ファウリングが抑制されたと考えられる。
【００３２】
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る流水殺菌装置１では、光源３として、照射する光に赤外光を含まない発光ダイオード３ａを用いている。これにより、光源３による熱の影響を抑え、ファウリングを抑制することが可能となる。その結果、殺菌能力の劣化を長期にわたって抑制することが可能になり、殺菌能力が劣化しにくくメンテナンスの容易な流水殺菌装置１を実現できる。
【００３３】
（他の実施の形態）
図４（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る流水殺菌装置１ａを示す概略構成図である。この流水殺菌装置１ａは、図１の流水殺菌装置１と基本的に同じ構成となっており、流量計５と光出力制御部６１とをさらに備えたものである。
【００３４】
ファウリングの一態様として、海水に含まれたカルシウムやマグネシウム、シリカ等が付着するスケーリングが知られている。特に、光源３からの紫外線の照射を停止する装置停止中に、短期間で窓部材３１等にスケーリングが発生し、安定した殺菌性能を維持できなくなるおそれがある。そこで、流水殺菌装置１ａでは、紫外線ランプ等と比較して光出力の制御が容易な発光ダイオード３ａの特性を利用して、スケーリング抑制のために水流に合わせて光源３の光出力を制御するように構成されている。
【００３５】
流量計５は、流路２を流れる海水の流量を検出する流量検出手段として用いられるものである。ここでは、流入管２１に流量計５を設ける場合を示しているが、流量計５を設ける位置はこれに限定されず、例えば排出管２２に流量計５を設けてもよい。流量計５の検出信号は、光出力制御部６１が搭載された制御装置６に送信される。
【００３６】
光出力制御部６１は、流量計５からの検出信号、すなわち流量計５が検出した海水の流量に応じて、光源３の光出力を制御するものである。光出力制御部６１は、ＣＰＵ等の演算素子、メモリ、ソフトウェア、インターフェイス、ハードディスク等の記憶装置等を適宜組み合わせて実現される。ここでは、光源３を収容する第２筐体４２とは別体に設けられた制御装置６に光出力制御部６１を搭載する場合について示しているが、光出力制御部６１は、第２筐体４２に搭載されたマイクロコンピュータ等を用いて実現されてもよい。
【００３７】
図４（ｂ）は、流水殺菌装置１ａにおける光出力と流量との関係の一例を示すグラフ図である。図４（ｂ）に示すように、光出力制御部６１は、海水の流量が少ないほど光出力が小さくなるように光源３を制御する。光出力の制御は、例えば、発光ダイオード３ａに供給する電流の大きさを制御することにより行うことができる。なお、海水の流量（あるいはその逆数（１／流量））と光出力との関係については、図示のものに限定されず、適宜設定可能である。
【００３８】
また、光出力制御部６１は、流量計５が検出した海水の流量がゼロのとき、光源３の光出力を、予め設定された最小値ｘに保持するように構成されている。すなわち、光出力制御部６１は、流路２を流れる海水の流量がゼロであっても、光源３を消灯しない。光出力の最小値ｘは、ファウリング（スケーリング）を抑制可能な最小限の光強度に設定すればよい。
【００３９】
流水殺菌装置１ａによれば、光源３の光出力を、海水の流量に応じた最適な光出力とすることができるため、光源３の寿命を延長することが可能になり、光源３での消費電力を抑えることができる。また、流水殺菌装置１ａによれば、海水の流量がゼロの状態においても、光源３において最小限の光出力を維持しているため、流路２等に滞留した海水によるファウリング（スケーリング）を抑制し、安定した殺菌性能を維持することが可能となる。
【００４０】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【００４１】
［１］殺菌対象となる海水が流通される流路（２）と、前記流路（２）を流通する海水に紫外光を照射する光源（３）と、を備え、前記光源（３）は、照射する光に赤外光を含まない発光ダイオード（３ａ）である、流水殺菌装置（１）。
【００４２】
［２］前記発光ダイオード（３ａ）は、波長２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外光を照射し、かつ、照射する光に波長２００ｎｍ以下の光を含まない、［１］に記載の流水殺菌装置（１）。
【００４３】
［３］前記光源（３）を冷却する冷却手段をさらに備えた、［１］または［２］に記載の流水殺菌装置（１）。
【００４４】
［４］前記流路（２）は、直線状に延びる直管（２３）を有し、前記光源（３）は、前記直管（２３）の下流側または上流側に設けられ、前記直管（２３）の軸方向に紫外光を照射する、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の流水殺菌装置（１）。
【００４５】
［５］前記流路（２）を流れる海水の流量を検出する流量検出手段（５）と、前記流量検出手段（５）が検出した海水の流量に応じて、前記光源（３）の光出力を制御する光出力制御部（６１）と、をさらに備えた、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の流水殺菌装置（１ａ）。
【００４６】
［６］前記光出力制御部（６１）は、前記海水の流量が少ないほど光出力が小さくなるように前記光源（３）を制御し、かつ、前記海水の流量がゼロのとき、前記光源（３）の光出力を、予め設定された最小値に保持する、［５］に記載の流水殺菌装置（１ａ）。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００４８】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、直管２３の下流側端部に光源３を設けたが、直管２３の上流側端部に光源３を設けてもよいし、直管２３の上流側端部と下流側端部の両方に光源３を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…流水殺菌装置
２…流路
２１…流入管
２２…排出管
２３…直管
３…光源
３ａ…発光ダイオード
３１…窓部材
３２…反射体
５…流量計（流量検出手段）
６１…光出力制御部
【図１】
2019034297.tif 000003
【図２】
2019034297.tif 000004
【図３】
2019034297.tif 000005
【図４】
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