(57)【要約】【課題】紫外線による殺菌性能を向上させることができる流体殺菌装置を提供する。【解決手段】流体殺菌装置１は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路に流体が流入する２つの流入口５ａ１，５ａ２と、流路から流体が流出する１つの流出口５ｂとを有する筒体５と、流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源３ａ，３ｂとを備えている。流入口５ａ１，５ａ２は、筒体５の外周に設けられ、流体が軸方向に対して垂直方向から流入するように構成されている。【選択図】図１Ａ
2019201862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路と、前記流体が流入する複数の流入口と、前記流体が流出する少なくとも１つの流出口とを有する筐体と、
前記流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源と、を備え、
前記複数の流入口は、前記筐体の外周に設けられ、前記流体が前記軸方向に対して垂直方向から流入するように構成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体殺菌装置において、
前記複数の流入口は、前記筐体の同一外周上に等間隔で配設されていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体殺菌装置において、
前記筐体は、前記流体が導入される導入口と、前記複数の流入口を覆って前記導入口から導入された前記流体が前記複数の流入口に流入する流入空間と、を有する流入口カバー部を備えていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流体殺菌装置において、
前記導入口は、前記流入口から前記流体が流入する前記垂直方向に対してずれた位置に設けられていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項５】
殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路と、前記流体が流入する少なくとも１つの流入口と、前記流体が流出する複数の流出口と、を有する筐体と、
前記流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源と、を備え、
前記複数の流出口は、前記筐体の外周に設けられ、前記流体が前記軸方向に対して垂直方向から流出するように構成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項６】
請求項１又は５に記載の流体殺菌装置において、
前記流入口の側に、前記流体を整流する整流部が配設されていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の流体殺菌装置において、
前記複数の流出口は、前記筐体の同一外周上に等間隔で配設されていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか１項に記載の流体殺菌装置において、
前記筐体は、前記流体が導出される導出口と、前記複数の流出口を覆って前記導出口から導出された前記流体が前記複数の流出口から流出する流出空間と、を有する流出口カバー部を備えていることを特徴とする流体殺菌装置。
【請求項９】
請求項８に記載の流体殺菌装置において、
前記導出口は、前記流出口から前記流体が流出する前記垂直方向に対してずれた位置に設けられていることを特徴とする流体殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を流れる流体を紫外光により殺菌する流体殺菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、紫外線（波長２４０〜３８０ｎｍ）の殺菌作用が、食品庫の殺菌灯や医療用装置に利用されている。また、流路を流れる流体に対して、紫外ＬＥＤにより紫外光を照射して流体を殺菌し、洗浄用水等に用いる装置もよく知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１の紫外線殺菌浄水装置は、直管状の金属パイプで形成された水を流す流路の管端部内壁に、水に対して紫外線を照射する紫外線ＬＥＤユニットが配されている。紫外線ＬＥＤユニットは、管端部の双方から対向する管端部に向けて配されている。また、上流となる一方の管端部には、その側面に流入口が形成され、下流となる他方の管端部には、その側面に流出口が形成されている（特許文献１／段落００２６、図３)。
【０００４】
また、下記の特許文献２の紫外線殺菌装置は、タンク、流入通路、紫外線照射部、流出通路及びポンプを備えている。タンクは、直方体状に形成されており、内部に液体を貯留する。また、紫外線照射部は、容器及び一対の発光ユニットを備えている。容器は長尺状に形成されており、パイプ及びガラス板を備えている。パイプは、樹脂により、円筒状に形成され、波長３１５〜４００ｎｍのＵＶＡに対して耐腐食性を有している（特許文献２／段落００２５〜００２７、図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３７４６９７号
【特許文献２】特開２０１４−２３３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２の装置では、流路の端部に紫外線の光源が配置され、流路の軸方向に交差する方向に流体の流入口、流出口が設けられているため、流入口、流出口近傍において乱流が生じ、効率的に殺菌が行われないおそれがあった。また、流路の軸方向に対して流れが蛇行するため、流路の垂直方向のみならず、流路の軸方向にも流速分布の不均一が発生している可能性があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、紫外線による殺菌性能を向上させることができる流体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】
【０００８】
第１発明の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路と、前記流体が流入する複数の流入口と、前記流体が流出する少なくとも１つの流出口とを有する筐体と、前記流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源と、を備え、前記複数の流入口は、前記筐体の外周に設けられ、前記流体が前記軸方向に対して垂直方向から流入するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、光源から出射された紫外光が流路を通過する流体を照射することで殺菌が進む。この筐体では、筐体の外周に設けられた複数の流入口から流体が流入するが、筐体の軸方向に対して垂直方向から流入する流体同士が衝突し撹拌されるので、ほぼ均一な流速分布が形成される。その後、流体は、少なくとも１つの流出口から流出する。これにより、流体が流れる経路による紫外線照射量の差が小さくなるので、殺菌性能を向上させることができる。
【００１０】
第１発明の流体殺菌装置において、前記複数の流入口は、前記筐体の同一外周上に等間隔で配設されていることが好ましい。
【００１１】
複数の流入口を筐体の同一外周上に等間隔で設けると、筐体の軸方向に対して垂直方向から流入する流体同士が衝突し、前記垂直方向の流速が相殺される。これにより、流速分布がより均一化され、殺菌性能をさらに向上させることができる。
【００１２】
また、第１発明の流体殺菌装置において、前記筐体は、前記流体が導入される導入口と、前記複数の流入口を覆って前記導入口から導入された前記流体が前記複数の流入口に流入する流入空間と、を有する流入口カバー部を備えていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、筐体の流入口カバー部の導入口から流体が導入し、流入空間を通過して、複数の流入口から流体が筐体の内部に流入する。これにより、元々の導入水路から１つの導入口へ流体を送出すればよい点で、装置を簡易な構成とすることができる。
【００１４】
また、第１発明の流体殺菌装置において、前記導入口は、前記流入口から前記流体が流入する前記垂直方向に対してずれた位置に設けられていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、導入口は、流入口から流体が流入する垂直方向に対してずれて設けられているので、導入口から直線的に流路に流体が流入しない。すなわち、流入空間で流体が流動して流速分布が均一化されるので、殺菌性能をさらに向上させることができる。
【００１６】
第２発明の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路と、前記流体が流入する少なくとも１つの流入口と、前記流体が流出する複数の流出口と、を有する筐体と、前記流体に対して紫外光を出射する半導体発光素子を有する光源と、を備え、前記複数の流出口は、前記筐体の外周に設けられ、前記流体が前記軸方向に対して垂直方向から流出するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明では、光源から出射された紫外光が流路を通過する流体を照射することで殺菌が進む。この筐体では、少なくとも１つの流入口から流入した流体が筐体の軸方向に進む。その後、流体は筐体の外周に設けられた複数の流出口から流出するが、ほぼ均等の流速に抑えられて複数の流出口から流出する。これにより、流体が流れる経路による紫外線照射量の差が小さくなるので、殺菌性能を向上させることができる。
【００１８】
第１発明又は第２発明の流体殺菌装置において、前記流入口の側に、前記流体を整流する整流部が配設されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、筐体の流入口から流入した流体が整流部を通過して整流されるので、流体の流速分布が均一化される。これにより、紫外光が万遍なく流体に照射されるようになるため、殺菌性能をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、第２発明の流体殺菌装置において、前記複数の流出口は、前記筐体の同一外周上に等間隔で配設されていることが好ましい。
【００２１】
複数の流出口を筐体の同一外周上に等間隔で設けると、流路内の対流領域が無くなり、流出口から流出する流体の流速分布がより均一化される。
【００２２】
また、第２発明の流体殺菌装置において、前記筐体は、前記流体が導出される導出口と、前記複数の流出口を覆って前記導出口から導出された前記流体が前記複数の流出口から流出する流出空間と、を有する流出口カバー部を備えていることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、流体は、複数の流出口から筐体の外部に流出し、筐体の流出口カバー部の流出空間に流入する。その後、流体は、流入空間を通過して導出口から排出される。これにより、１つの導出口から排出水路へ流体を排出すればよい点で、装置を簡易な構成とすることができる。
【００２４】
また、第２発明の流体殺菌装置において、前記導出口は、前記流出口から前記流体が流出する前記垂直方向に対してずれた位置に設けられていることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、導出口は、流出口から流体が流出する垂直方向に対してずれて設けられているので、導出口から直線的に導出口に流体が流出しない。すなわち、流入空間において流体を循環させて、１つの導出口から流体をゆっくりと排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態の流体殺菌装置の全体構成図（断面図）。
【図１Ｂ】図１Ａの流体殺菌装置のI-I断面図。
【図２Ａ】（ａ）軸方向の断面流速分布を示す図（流入口１個）。（ｂ）軸方向と垂直方向の断面流速分布を示す図。
【図２Ｂ】（ａ）軸方向の断面流速分布を示す図（流入口２個）。（ｂ）軸方向と垂直方向の断面流速分布を示す図。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態の流体殺菌装置の全体構成図（断面図）。
【図３Ｂ】図４Ａの流体殺菌装置のII-II断面図。
【図４Ａ】（ａ）軸方向の断面流速分布を示す図（流出口１個）。（ｂ）粒子通過時間ヒストグラムを示すグラフ。
【図４Ｂ】（ａ）軸方向の断面流速分布を示す図（流出口２個）。（ｂ）粒子通過時間ヒストグラムを示すグラフ。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態の流体殺菌装置の全体構成図（断面図）。
【図５Ｂ】（ａ）図５Ａの流体殺菌装置のIII-III断面図。（ｂ）図５Ａの流体殺菌装置のIV-IV断面図。
【図６Ａ】本発明の第４実施形態の流体殺菌装置の全体構成図（断面図）。
【図６Ｂ】（ａ）図６Ａの分流ブロックの側面図。（ｂ）分流ブロック（変更形態）の側面図。
【図７】本発明の第４実施形態（変更形態）の流体殺菌装置の全体構成図（断面図）。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の流体殺菌装置の実施形態について説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
図１Ａは、本発明の第１実施形態の流体殺菌装置１の全体構成図（断面図）である。流体殺菌装置１は、流路を流れる流体に対して紫外光を照射して、流体を殺菌する装置である。
【００２９】
流体殺菌装置１は、主に流路を形成し、流体の殺菌部となる筒体５（本発明の「筐体」）と、後述する紫外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を含むハウジング６Ａ，６Ｂとで構成されている。
【００３０】
筒体５は、直径が１３９ｍｍ（内径１３４ｍｍ）、殺菌部の長さが３００ｍｍの直管形状を有し、殺菌対象の流体が筒体５の長軸方向に流れるようになっている。筒体５の材料は目的により異なるが、例えば、ステンレス又はフッ素系樹脂である。流体は流入口５ａ１，５ａ２（直径４３ｍｍ）から筒体５に流入して、流出口５ｂ（直径４３ｍｍ）から流出し、流量は約１００（Ｌ／ｍｉｎ）である。図示するように、流出口５ｂは紙面奥側に開口しているが、何れの方向であってもよい。
【００３１】
また、筒体５の右端の開口５ｃには、ハウジング６Ａが取り付けられている。ハウジング６Ａは、開口５ｃと接続される前端部６ａ１と、前端部６ａ１の後側と接続される後端部６ａ２とで構成される。
【００３２】
前端部６ａ１には、後述する光源３ａの紫外光を集光するレンズ９ａが収容されている。また、前端部６ａ１と開口５ｃとの間には、紫外光入射窓７ａが配設されている。後端部６ａ２には、紫外光を出射する光源３ａが配設された基板４ａ、紫外光の配光を制御するリフレクタ８ａが収容されている。
【００３３】
一方、筒体５の左端の開口５ｄには、ハウジング６Ｂが取り付けられている。ハウジング６Ｂは、開口５ｄと接続される前端部６ｂ１と、前端部６ｂ１の後側と接続される後端部６ａ２とで構成される。
【００３４】
ハウジング６Ｂ内の構成はハウジング６Ａ内の構成と同じであり、各部材の材料、性能もハウジング６Ａを構成する各部材と同じである。具体的には、前端部６ｂ１にはレンズ９ｂが収容され、前端部６ｂ１と開口５ｄとの間には、紫外光入射窓７ｂが配設されている。また、後端部６ｂ２には、光源３ｂが配設された基板４ｂとリフレクタ８ｂが収容されている。
【００３５】
図示するように、筒体５の両端に配設された光源３ａ，３ｂにより、流体に対して紫外光が照射される。光源３ａ，３ｂから出射される紫外光は、殺菌効果を有する波長又は化学物質を分解する波長を有しており、例えば、波長２４０〜３８０ｎｍの範囲である。光源３ａ，３ｂは紫外ＬＥＤ（本発明の「半導体発光素子」）であり、それぞれ基板４ａ，４ｂに対して複数設けられている。
【００３６】
基板４ａ，４ｂは、放熱性に優れた銅、アルミニウム等の金属製のものが望ましく、それぞれ後端部６ａ２，６ｂ２にネジ止めされている。基板４ａ，４ｂを通して、光源３ａ，３ｂに給電が行われる。
【００３７】
なお、流入口５ａ１，５ａ２と流出口５ｂとの間の位置に、流体の流れを整える整流部を設けてもよい。整流板を通過することにより、筒体５の殺菌部に流入した流体が層流化される。従って、紫外光が流体に万遍なく照射されるようになり、殺菌性能がさらに向上する。
【００３８】
また、基板４ａ，４ｂの背面側、又は後端部６ａ２，６ｂ２の後側にヒートシンク等の放熱部を設けてもよい。これにより、光源３ａ，３ｂで発生する熱を効率的に放熱することができる。また、前端部６ａ１，６ｂ１、後端部６ａ２，６ｂ２は、筒体５よりも熱伝導率の高い樹脂や金属で作ることが好ましい。このような構成にすることで、光源３ａ，３ｂの熱は、筒体５に伝導して流体により放熱される。
【００３９】
図１Ｂは、図１ＡのI-I断面図である。筒体５は、流体が流れる軸方向（紙面手前側）に対して垂直の方向に、流入口５ａ１，５ａ２が設けられている。流入口５ａ１，５ａ２は、軸に対して対向する向きに（同一外周上で等間隔）配置されているため、流入した流体は筒体５内で衝突して撹拌され、軸に垂直の方向の流速が相殺される。これにより、流体の流速分布が均一化される。
【００４０】
次に、図２Ａ、図２Ｂを参照して、筒体内の流体の断面流速分布について説明する。
【００４１】
まず、図２Ａ（ａ）に、従来の１個の流入口を有する流体殺菌装置について、流体の断面流速分布（軸方向）のシミュレーション結果を示す。流入口が１個の場合、流体は流入口の真下方向（筒体５’の長軸に対して垂直方向）に向かって流れるため、筒体５’の下部に流速の速い領域Ｒ１が形成される。一方、筒体５’の上部には、流速が遅い、又は流体が停滞する領域Ｒ２が形成される。
【００４２】
図２Ａ（ｂ）の断面流速分布（軸と垂直方向）においても、筒体５’の上部（色の薄い部分）は、流速が遅い領域となっていることが分かる。このように、流速分布が不均一となるため、流体の流れる経路により紫外光の照射量に大きな差が生じる。すなわち、流速が遅いパスを通過する流体は紫外光が十分照射されて殺菌が進むが、流速が速いパスを通過する流体については、紫外光の照射量が不足する。
【００４３】
次に、図２Ｂ（ａ）に、本実施形態の流体殺菌装置１について、流体の断面流速分布（軸方向）のシミュレーション結果を示す。流入口が２個の場合、流体は筒体５の長軸に対して垂直の方向に対向する流入口５ａ１，５ａ２からの流れが筒体５内で衝突する。これにより、長軸に対して垂直方向の流速ベクトルが相殺されるので、流速分布の均一化が図られる。
【００４４】
図２Ｂ（ｂ）の断面流速分布（軸と垂直方向）においても、筒体５の上下や中央の流速がやや速いが、流速分布の大きな差異は認められない。このように、流入口を２個設けることで、均一な流速分布が形成されるので、流体の流れる経路によって紫外光の照射量の差がなくなり、流体が効率よく殺菌されるようになる。流入口の数は２個に限られず、３〜５個とすることができるが、筒体の外周面に等間隔で配置することが好ましい。
【００４５】
以上のように、流体殺菌装置１は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路に流体が流入する２つの流入口５ａ１，５ａ２と流体が流出する１つの流出口５ｂを有する筒体５と、流体に対して紫外光を出射する光源３ａ，３ｂとを備えている。流入口５ａ１，５ａ２は筒体５の外周に設けられ、流体が軸方向に対して垂直方向から流入するように構成されている。これにより、流体の流れる経路による紫外線照射量の差が小さくなるので、殺菌性能を向上させることができる。
【００４６】
［第２実施形態］
次に、図３Ａ〜図４Ｂを参照して、本発明の第２実施形態について説明する。  
【００４７】
図３Ａは、本発明の第２実施形態の流体殺菌装置１０の全体構成図（断面図）である。流体殺菌装置１０は、主に流路を形成し、流体の殺菌部となる筒体１５と、後述する紫外ＬＥＤ等を含むハウジング１６とで構成されている。
【００４８】
筒体１５は、直径が１３９ｍｍ（内径１３４ｍｍ）、殺菌部の長さが４００ｍｍの直管形状を有し、殺菌対象の流体が筒体１５の長軸方向に流れるようになっている。流体は流入口１５ａ（直径４３ｍｍ）から筒体１５に流入して、流出口１５ｂ１，１５ｂ２（直径４３ｍｍ）から流出し、流量は約１００（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００４９】
筒体１５の流入口１５ａと流出口１５ｂ１，１５ｂ２との間の位置には、流体の流れを整える、２枚の整流板が一体となった整流部１２が配設されている。詳細には、流入口１５ａに近い位置に、直径約５ｍｍの多数の孔が設けられた整流板１２ａ、整流板１２ａと筒体５の軸方向に離間した位置に、直径約２ｍｍの多数の孔が設けられた整流板１２ｂが設けられている。なお、整流板１２ａは、その中央に直径４５ｍｍの止水部がある。
【００５０】
整流板１２ａ、整流板１２ｂは、金属製又はフッ素樹脂製の板材であり、筒体５の軸方向に貫通する複数の孔を有している。２枚の整流板により、筒体５の殺菌部に流入した流体が層流化し、紫外光が万遍なく照射されるため、殺菌性能を向上させることができる。なお、整流板の孔の形状は円形や楕円に限られず、多角形や十字型等にしてもよい。
【００５１】
筒体１５の右端の開口１５ｃには、ハウジング１６が取り付けられている。ハウジング１６は、開口１５ｃと接続される前端部１６ａと、前端部１６ａの後側と接続される後端部１６ｂとで構成される。
【００５２】
ハウジング１６内の構成は上述の流体殺菌装置１のハウジング６Ａ内の構成と同じであり、各部材の材料、性能もハウジング６Ａを構成する各部材と同じである。具体的には、前端部１６ａにはレンズ１９が収容され、前端部１６ａと開口１５ｃとの間には、紫外光入射窓１７が配設されている。また、後端部１６ｂには、光源１３が配設された基板１４とリフレクタ１８が収容されている。
【００５３】
図３Ｂは、図３ＡのII-II断面図である。筒体１５は、流体が流れる軸方向に対して垂直の方向に流出口１５ｂ１，１５ｂ２が設けられている。流出口１５ｂ１，１５ｂ２は軸に対して対向する向きに（同一外周上で等間隔）配置されているため、流体は、ほぼ均等の速度で流出口１５ｂ１，１５ｂ２から流出する。これにより、殺菌部での流体の滞留が低減され、筒体５の断面方向、及び長軸方向に対して略均一な流速分布が形成される。
【００５４】
次に、図４Ａ、図４Ｂを参照して、筒体内の流体の断面流速分布、及び粒子通過時間について説明する。ここでは、筒体内を通過する約３，０００個の粒子の流れを追跡した。
【００５５】
まず、図４Ａ（ａ）に従来の１個の流出口を有する流体殺菌装置について、流体の軸方向断面流速分布のシミュレーション結果を示す。流出口が１個の場合は、流体が筒体１５’の流出口１５ｂ’に向かって勢いよく流れ出るため、流出口１５ｂ’に向かう流れは速く、流出口１５ｂ’の反対側に滞留領域Ｒ３が生じる。
【００５６】
このように、不均一な流速分布が形成されるため、流体の流れる経路により紫外光の照射量に大きな差が生じる。すなわち、流速が遅いパスを通過する流体は紫外光が十分照射され殺菌が進むが、流速が速いパスを通過する流体については、紫外光の照射量が不足する。
【００５７】
また、図４Ａ（ｂ）は、筒体１５’の流入口１５a’から流入し、流出口１５ｂ’から流出するまでの粒子通過時間のヒストグラムを示している。図示するように、粒子の通過する平均時間は３．３６秒、最短時間は１．６７秒であった。
【００５８】
次に、図４Ｂ（ａ）に、本実施形態の流体殺菌装置１０について、流体の軸方向断面流速分布のシミュレーション結果を示す。流出口が２個の場合、筒体１５の流出口１５ｂ１，１５ｂ２に向かう流体の流速が約半分となるので、流速分布の均一化が図られる。
【００５９】
このように、均一な流速分布が形成されることにより、流体の流れる経路による紫外光の照射量の差がなくなるため、流体が効率よく殺菌されるようになる。
【００６０】
また、図４Ｂ（ｂ）は、筒体１５の流入口１５ａから流入し、流出口１５ｂ１，１５ｂ２から流出するまでの粒子通過時間のヒストグラムを示している。図示するように、粒子が通過する平均時間は３．５４秒、最短時間は１．９２秒となり、流速の低下が確認された。これは、従来構造の流体殺菌装置よりも紫外光が流体に十分照射されることを意味する。なお、流出口の数は２個に限られず、３〜５個とすることができるが、筒体の外周面に等間隔で配置することが好ましい。
【００６１】
以上のように、流体殺菌装置１０は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路に流体が流入する１つの流入口１５ａと、流体が流出する２つの流出口１５ｂ１，１５ｂ２を有する筒体１５と、流体に対して紫外光を出射する光源１３とを備えている。２つの流出口１５ｂ１，１５ｂ２は筒体１５の外周に設けられ、流体が軸方向に対して垂直方向から流出するように構成されている。これにより、流体が流れる経路による紫外線照射量の差が小さくなるので、殺菌性能を向上させることができる。
【００６２】
［第３実施形態］
次に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
【００６３】
図５Ａは、本発明の第３実施形態の流体殺菌装置２０の全体構成図（断面図）である。流体殺菌装置２０は、主に流路を形成し、流体の殺菌部となる筒体２５と、紫外ＬＥＤ等を含むハウジング２６Ａ，２６Ｂとで構成されている。
【００６４】
筒体２５は、直径が１３９ｍｍ（内径１３４ｍｍ）、殺菌部の長さが３００ｍｍの直管形状を有し、殺菌対象の流体が筒体１５の長軸方向に流れるようになっている。流体は流入口２５ａ１，２５ａ２（直径４３ｍｍ）から筒体２５に流入して、流出口２５ｂ１，２５ｂ２（直径４３ｍｍ）から流出し、流量は約１００（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００６５】
本実施形態は、上述の第１実施形態と第２実施形態の技術思想を合わせたものである。また、図５Ｂ（ａ）は、図５ＡのIII-III断面図であるが、筒体２５は、流体が流れる軸方向（紙面手前側）に対して垂直の方向に、流入口２５ａ１，２５ａ２が設けられている。流入口２５ａ１，２５ａ２は、軸に対して対向する向きに（同一外周上で等間隔）配置されているため、流入した流体は筒体２５内で衝突して撹拌され、軸に垂直の方向の流速が相殺される。これにより、流体の流速分布が均一化される。
【００６６】
図５Ｂ（ｂ）は、図５ＡのIV-IV断面図であるが、筒体２５は、流体が流れる軸方向（紙面手前側）に対して垂直の方向に流出口２５ｂ１，２５ｂ２が設けられている。流出口２５ｂ１，２５ｂ２は軸に対して対向する向きに（同一外周上で等間隔）配置されているため、流体はほぼ均等の速度で流出口２５ｂ１，２５ｂ２から流出する。これにより、殺菌部での流体の滞留が低減され、筒体２５の断面方向、及び長軸方向に対して略均一な流速分布が形成される。
【００６７】
流体殺菌装置３０では、流入口２５ａ１，２５ａ２が、それぞれ流出口２５ｂ１，２５ｂ２と同じ方向に開口しているが、流入口の方向と流出口の方向とは、流体が流れる軸方向に対して角度がずれていてもよい。また、流入口は筒体２５の同一外周上に等間隔で３個設けられ、流出口は筒体２５の同一外周上に等間隔で４個設けられるような構成であってもよく、その数に制約はない。
【００６８】
筒体５の右端部の開口２５ｃには、ハウジング２６Ａが取り付けられている。ハウジング２６Ａは、開口２５ｃと接続される前端部２６ａ１と、前端部２６ａ１の後側と接続される後端部２６ａ２とで構成される。
【００６９】
ハウジング２６Ａ内の構成は、上述の流体殺菌装置１のハウジング６Ａ内の構成と同じであり、各部材の材料、性能もハウジング６Ａを構成する各部材と同じである。具体的には、前端部２６ａ１にはレンズ２９ａが収容され、前端部２６ａ１と開口２５ｃとの間には、紫外光入射窓２７ａが配設されている。また、後端部２６ａ２には、光源２３ａが配設された基板２４ａとリフレクタ２８ａが収容されている。
【００７０】
一方、筒体２５の左端部の開口２５ｄには、ハウジング２６Ｂが取り付けられている。ハウジング２６Ｂは、開口２５ｄと接続される前端部２６ｂ１と、前端部２６ｂ１の後側と接続される後端部２６ｂ２とで構成される。なお、ハウジング２６Ｂ内の構成は、ハウジング２６Ａ内の構成と同じであるので、説明を省略する。
【００７１】
このように、筒体２５の両端に配設された光源２３ａ，２３ｂにより、流体に対して紫外光が照射されるので、流体の殺菌性能が向上する。なお、流入口２５ａ１，２５ａ２と流出口５ｂとの間の位置に、流体の流れを整える整流部を設けてもよい。整流板により、筒体２５の殺菌部に流入した流体が層流化される。これにより、紫外光が流体に万遍なく照射されるようになるため、殺菌性能をさらに向上させることができる。
【００７２】
［第４実施形態］
次に、図６Ａ、図６Ｂを参照して、本発明の第４実施形態について説明する。
【００７３】
図６Ａは、本発明の第４実施形態の流体殺菌装置３０の全体構成図（断面図）である。流体殺菌装置３０は、主に流路を形成し、流体の殺菌部となる筒体３５と、紫外ＬＥＤ等を含むハウジング３６Ａ，３６Ｂとで構成されている。筒体３５の端部は、それぞれ流出口、流入口を覆うカバー部３５Ａ，３５Ｂとなっている。
【００７４】
筒体３５は、直径が１３９ｍｍ（内径１３４ｍｍ）、殺菌部の長さが３００ｍｍの直管形状を有し、殺菌対象の流体が筒体１５の長軸方向に流れるようになっている。
【００７５】
筒体３５の左側は流入口を覆うカバー部３５Ｂ（本発明の「流入口カバー部」）となっており、その左端にハウジング３６Ｂが取り付けられている。ハウジング３６Ｂは、カバー部３５Ｂと接続される前端部３６ｂ１と、前端部３６ｂ１の後側と接続される後端部３６ｂ２とで構成される。なお、ハウジング３６Ｂ内の構成は、上述の流体殺菌装置１のハウジング６Ａ，６Ｂ内の構成と同じであるので、説明を省略する。
【００７６】
また、図示するように、カバー部３５Ｂには、１つの導入口３５ｂが設けられている。また、カバー部３５Ｂの内側に円筒状の分流ブロック４０を嵌合させている。分流ブロック４０はテフロン（登録商標）や石英で作られ、流入口４０ｂ１，４０ｂ２等の複数の孔が設けられている。
【００７７】
図６Ｂ（ａ）に示すように、流入口４０ｂ１，４０ｂ２等の複数の孔は、分流ブロック４０の同一外周上に等間隔で設けられている。これらの孔は、３つ以上が好ましいが、数に制限はない。
【００７８】
本実施形態において、これらの孔は、分流ブロック４０の同一外周上に一列に形成されているが、二列以上の複数列であってもよい。なお、図６Ｂ（ｂ）に示す分流ブロック４０’のように、流入口の孔の形状は、多角形等でもよい。また、筒体３５をカバー部３５Ｂの内側まで延伸させてもよい。
【００７９】
流体はカバー部３５Ｂの導入口３５ｂから導入して、カバー部３５Ｂと分流ブロック４０との間の流入空間３５ｂ’を循環する。その後、流入口４０ｂ１等から筒体３５の内部に流入する。
【００８０】
このとき、導入口３５ｂは、分流ブロック４０の流入口４０ｂ１等から流体が流入する垂直方向に対してずれた位置に配置されている。これにより、導入口３５ｂから直線的に筒体３５内に流体が流入しない。すなわち、流入空間３５ｂ’内で流体が流動して流速分布が均一化されるので、殺菌性能の向上につながる。なお、導入口３５ｂと流入口４０ｂ１等とは、筒体３５の軸方向、又は筒体３５の外周方向にずらして配置することができるが、両方向にずらして配置してもよい。
【００８１】
一方、筒体３５の右端は流出口を覆うカバー部３５Ａ（本発明の「流出口カバー部」）となっており、ハウジング３６Ａが取り付けられている。ハウジング３６Ａは、カバー部３５Ａと接続される前端部３６ａ１と、前端部３６ａ１の後側と接続される後端部３６ａ２とで構成される。なお、ハウジング３６Ａ内の構成は、上述の流体殺菌装置１のハウジング６Ａ，６Ｂ内の構成と同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
図示するように、カバー部３５Ａには、１つの導出口３５ａが設けられている。また、カバー部３５Ａの内側に円筒状の分流ブロック４１を嵌合させている。分流ブロック４１には、流出口４１ａ１，４１ａ２等の複数の孔が設けられている。
【００８３】
流出口４１ａ１，４１ａ２等の複数の孔は、分流ブロック４１の同一外周上に等間隔で設けられている。これらの孔は、３つ以上が好ましいが、数に制限はない（図６Ｂ（ａ）参照）。
【００８４】
本実施形態において、これらの孔は、分流ブロック４１の同一外周上に一列に形成されているが、二列以上の複数列であってもよい。複数の孔の開口面積の総和は、導出口の断面積と同じが、それ以上であることが好ましい。なお、図６Ｂ（ｂ）に示す分流ブロック４１’のように、流出口の孔の形状は、多角形等でもよい。また、筒体３５をカバー部３５Ａの内側まで延伸させてもよい。
【００８５】
筒体３５から流出口４１ａ１，４１ａ２等を通過して流出した流体は、カバー部３５Ａと分流ブロック４１との間の流出空間３５ａ’を循環する。その後、導出口３５ａから排出される。
【００８６】
導出口３５ａについても、分流ブロック４１の流出口４１ａ１等から流体が流出する垂直方向に対してずれた位置に配置されている。これにより、流出口４１ａ１等から直線的に導出口３５ａに流体が流出しない。すなわち、流出空間３５ａ’で流体が流動して流速が抑えられるので、導出口３５ａから流体をゆっくりと排出することができる。
【００８７】
流体殺菌装置３０は、筒体３５の両端部に光源３３ａ，３３ｂが設けられ、また、カバー部３５Ｂの構造により、筒体３５内の流体の流速分布が均一化されるので、殺菌性能を向上させることができる。なお、筒体３５の端部のカバー部及びハウジングは、何れか一方のセットのみでもよい。
【００８８】
以上のように、流体殺菌装置３０の筒体３５は、流体が導入される導入口３５ｂと、流入口４０ｂ１等を覆って導入口３５ｂから導入された流体が流入口４０ｂ１等に流入する流入空間３５ｂ’とを有するカバー部３５Ｂを備えている。これにより、元々の導入水路から１つの導入口へ流体を送出すればよい点で、装置を簡易な構成とすることができる。
【００８９】
また、流体殺菌装置３０の筒体３５は、流体が導出される導出口３５ａと、流出口４１ａ１等を覆って導出口３５ａから導出された流体が流出口４１ａ１等から流出する流出空間３５ａ’とを有するカバー部３５Ａを備えている。これにより、１つの導出口から排出水路へ流体を排出すればよい点で、装置を簡易な構成とすることができる。
【００９０】
最後に、第４実施形態の変更形態について説明する。図７は、第４実施形態の変更形態である流体殺菌装置５０の全体構成図（断面図）である。以下では、上述の流体殺菌装置３０と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９１】
流体殺菌装置５０は、、主に流路を形成し、流体の殺菌部となる筒体５５と、紫外ＬＥＤ等を含むハウジング３６Ａ，３６Ｂとで構成されている。
【００９２】
筒体５５は、直径が１３９ｍｍ（内径１３４ｍｍ）、殺菌部の長さが３００ｍｍの直管形状を有し、殺菌対象の流体が筒体１５の長軸方向に流れるようになっている。流体は流入口５５ａ（直径４３ｍｍ）から筒体５５に流入して、流出口５５ｂ（直径４３ｍｍ）から流出し、流量は約１００（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００９３】
筒体５５は、流入口５５ａの内側に円筒状の分流ブロック４０を嵌合させている。分流ブロック４０は、流入口４０ｂ１，４０ｂ２等の複数の孔が設けられている。流入口４０ｂ１，４０ｂ２等の複数の孔は、分流ブロック４０の同一外周上に等間隔で設けられている。これらの孔は、３つ以上が好ましいが、数に制限はない（図６Ｂ（ａ）参照）。
【００９４】
本実施形態において、これらの孔は、分流ブロック４０の同一外周上に一列に形成されているが、二列以上の複数列であってもよい。流体は筒体５５の流入口５５ａから流入して、筒体５５と分流ブロック４０との間の流入空間を循環する。その後、流入口４０ｂ１等から分流ブロック４０の内部に流入する。
【００９５】
ここでも、流入口５５ａは、分流ブロック４０の流入口４０ｂ１等から流体が流入する垂直方向に対してずれた位置に配置されている。これにより、流入口５５ａから直線的に分流ブロック４０内に流体が流入しない。すなわち、流入口５５ａが上述の流体殺菌装置３０の導入口３５ｂの役割を果たし、流入空間で流体が流動して流速分布が均一化される。
【００９６】
さらに、流体は筒体５５の殺菌部に至るが、分流ブロック４０の端部（筒体５５の流出口５５ｂ側）に整流板４２ｂが取り付けられている。流体は、整流板４２ｂを通過することで層流化され、特に光源３３ｂからの紫外光が流体に万遍なく照射されるようになるため、殺菌性能を向上させることができる。
【００９７】
また、筒体５５は、流出口５５ｂの内側に円筒状の分流ブロック４１を嵌合させている。ここで、分流ブロック４１の端部（筒体５５の流出口５５ｂ側）には、整流板４２ｂが取り付けられている。流体は、整流板４２ａを通過することで再度層流化される。流体は、特に光源３３ａからの紫外光が流体に万遍なく照射されるようになるため、殺菌性能をさらに向上させることができる。
【００９８】
分流ブロック４１には、流出口４１ａ１，４１ａ２等の複数の孔が設けられている。流出口４１ａ１，４１ａ２等の複数の孔は、分流ブロック４１の同一外周上に等間隔で設けられている。これらの孔は、３つ以上が好ましいが、数に制限はない（図６Ｂ（ａ）参照）。
【００９９】
本実施形態において、これらの孔は、分流ブロック４１の同一外周上に一列に形成されているが、二列以上の複数列であってもよい。流体は整流板４２ａを通過して分流ブロック４１の内部に至り、流出口４１ａ１，４１ａ２等を通過して、筒体５５と分流ブロック４１との間の流入空間を循環する。その後、流出口５５ｂから流出する。
【０１００】
流出口５５ｂについても、分流ブロック４１の流出口４１ａ１等から流体が流出する垂直方向に対してずれた位置に配置されている。すなわち、流出口５５ｂが上述の流体殺菌装置３０の導出口３５ａの役割を果たし、流出口４１ａ１等から直線的に流出口５５ｂに流体が流出しない。これにより、流入空間で流体が流動して流速が抑えられるので、流出口５５ｂから流体をゆっくり流出させることができる。
【０１０１】
以上のように、流体殺菌装置５０は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路に流体が流入する流入口５５ａと流体が流出する流出口５５ｂを有する筒体５５と、流体に対して紫外光を出射する光源３３ａ，３３ｂとを備えている。筒体５５の流入口５５ａの内側には、円筒状の分流ブロック４０が配設され、分流ブロック４０の複数の流入口４０ｂ１，４０ｂ２は、流入口５５ａから流体が流入する垂直方向に対してずれた位置に設けられている。
【０１０２】
また、筒体５５の流出口５５ｂの内側には、円筒状の分流ブロック４１が配設され、分流ブロック４１の複数の流出口４１ａ１，４１ａ２は、流出口５５ｂから流体が流入する垂直方向に対してずれた位置に設けられている。これにより、元々の導入水路から１つの流入口５５ａへ流体を送出し、１つの流出口５５ｂから排出水路へ流体を排出すればよい点で、装置を簡易な構成とすることができる。
【０１０３】
上述の実施形態は一例に過ぎず、用途に応じて適宜変更することができる。例えば、流体殺菌装置の筒体は、用途により流量が異なるため、サイズを変更する必要がある。
【０１０４】
例えば、流体殺菌装置１０のように、流路の片側に光源が配設される形態では、流体が流れる方向は、一般的に紫外光の照射方向と逆向きであるが、照射方向と一致させてもよい。流入口、流出口の数や方向、紫外ＬＥＤの数等も適宜変更可能である。整流部は、その位置に特に制約はなく、流出口の付近にのみ設けられていてもよい。
【０１０５】
流体殺菌装置３０は、筒体３５の両端部にカバー部３５Ａ，３５Ｂが設けられていたが、何れか一方のみでも殺菌性能の向上に効果がある。また、流体殺菌装置３０では、分流ブロック４０，４１を用いて筒体３５に流体を流入、流出させたが、必ずしも分流ブロックを用いる必要はない。例えば、筒体３５の一部分として分流穴を設けることでも同じ効果が得られる。
【０１０６】
流体殺菌装置の筒体の内壁がポリ塩化ビニルで構成される場合、ポリ塩化ビニルの紫外光による劣化を防止するため、紫外光反射材料や紫外光吸収材料でコーティングするようにしてもよい。紫外光反射材料としては、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、アルミニウム等を用いることができる。また、紫外光吸収材料としては、ステンレス鋼等を用いることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１，１０，２０，３０，５０…流体殺菌装置、３ａ，３ｂ，１３，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…光源、４ａ，４ｂ，１４，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ…基板、５，５’，１５，１５’２５，３５，５５…筒体、５ａ１，５ａ２，１５ａ，１５ａ’，２５ａ１，２５ａ２，４０ｂ１，４０ｂ２…流入口、５ｂ，１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ’，２５ｂ１，２５ｂ２，４１ａ１，４１ａ２…流出口、５ｃ，５ｄ，１５ｃ，２５ｃ，２５ｄ，５５ｃ，５５ｄ…開口、６Ａ，６Ｂ，１６，２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ…ハウジング、６ａ１，６ｂ１，１６ａ，２６ａ１，２６ｂ１，３６ａ１，３６ｂ１…前端部、６ａ２，６ｂ２，１６ｂ，２６ａ２，２６ｂ２，３６ａ２，３６ｂ２…後端部、７ａ，７ｂ，１７，２７ａ，２７ｂ，３７ａ，３７ｂ…紫外光入射窓、８ａ，８ｂ，１８，２８ａ，２８ｂ，３８ａ，３８ｂ…リフレクタ、９ａ，９ｂ，１９，２９ａ，２９ｂ，３９ａ，３９ｂ…レンズ、１２…整流部、１２ａ，１２ｂ，４２ａ，４２ｂ…整流板、３５Ａ，３５Ｂ…カバー部、３５ａ’…流出空間、３５ｂ’…流入空間、４０，４０’，４１，４１’…分流ブロック。
【図１Ａ】
2019201862.tif 000003
【図１Ｂ】
2019201862.tif 000004
【図２Ａ】
2019201862.tif 000005
【図２Ｂ】
2019201862.tif 000006
【図３Ａ】
2019201862.tif 000007
【図３Ｂ】
2019201862.tif 000008
【図４Ａ】
2019201862.tif 000009
【図４Ｂ】
2019201862.tif 000010
【図５Ａ】
2019201862.tif 000011
【図５Ｂ】
2019201862.tif 000012
【図６Ａ】
2019201862.tif 000013
【図６Ｂ】
2019201862.tif 000014
【図７】
2019201862.tif 000015