(57)【要約】【課題】殺菌用の光を照射する光源に必要なエネルギー量に対する殺菌力を高められ、より少ないエネルギー量で従来と同程度の殺菌力を得られる殺菌装置等を提供する。【解決手段】殺菌装置１００は、水が内部を通過する配管１１０と、予め設定された第１の波長の光を発生させる光源部１２０と、光源部１２０が発生させた光を第１の波長より短い第２の波長の光に変換する波長変換部１３０と、を備える。波長変換部１３０は、光源部１２０が発生させた第１の波長の光を受光可能、かつ、変換後の第２の波長の光を配管１１０の内部の水に照射可能に設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が内部を通過する管と、
予め設定された第１の波長の光を発生させる光源部と、
前記光源部が発生させた光を前記第１の波長より短い第２の波長の光に変換する波長変換部と、を備え、
前記波長変換部は、前記光源部が発生させた前記第１の波長の光を受光可能、かつ、変換後の前記第２の波長の光を前記管の内部の水に照射可能に設けられる殺菌装置。
【請求項２】
前記波長変換部は、
入射した前記第１の波長の光を反射可能であり、かつ、入射光の波長が前記第１の波長である場合の反射光の波長が前記第２の波長であるとともに、
前記光源部が発生させた光の反射光を前記管の内部の水に照射可能である請求項１に記載の殺菌装置。
【請求項３】
前記光源部は、前記管の外部に設けられ、前記管の内部に前記第１の波長の光を照射し、
前記波長変換部は、前記管の内部における前記光源部からの光を反射可能な位置に設けられる請求項２に記載の殺菌装置。
【請求項４】
前記波長変換部は、前記第１の波長の光に対し表面プラズモン共鳴を生じるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＴｉからなる群から選択される材料からなる請求項２又は請求項３に記載の殺菌装置。
【請求項５】
前記波長変換部は、表面に凹凸構造を有する請求項４に記載の殺菌装置。
【請求項６】
前記凹凸構造の凸部は、球状、柱状又は板状の粒子が表面に付着したものである請求項５に記載の殺菌装置。
【請求項７】
前記凹凸構造は、周期が１ｎｍ以上１μｍ以下である請求項５又は請求項６に記載の殺菌装置。
【請求項８】
前記波長変換部は、
入射した前記第１の波長の光が透過可能であり、かつ、入射光の波長が前記第１の波長である場合の透過光の波長が前記第２の波長であるとともに、
前記光源部が発生させた光の透過光を前記管の内部の水に照射可能である請求項１に記載の殺菌装置。
【請求項９】
前記光源部及び前記波長変換部は、前記管の外部に設けられる請求項８に記載の殺菌装置。
【請求項１０】
前記管の内面は、前記第２の波長の光を反射可能である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の殺菌装置。
【請求項１１】
前記管の断面形状は、多角形状である請求項１０に記載の殺菌装置。
【請求項１２】
前記第１の波長は、３００ｎｍ以上である請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の殺菌装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の殺菌装置を備えた給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、殺菌装置及び給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯湯式給湯装置に設けられる殺菌装置においては、水を加熱することにより湯水を生成する湯水生成装置と、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を殺菌する殺菌光として波長２６０ｎｍ前後の紫外線を照射する紫外線ＬＥＤとを備えたものが知られている（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２０１０−０４３７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、特許文献１に示されるような殺菌装置は、紫外線ＬＥＤを用いてタンク内の湯水を殺菌している。しかしながら、タンク内の湯水全体に波長２６０ｎｍ前後の紫外線を照射するためには、高出力な紫外線ＬＥＤが数多く必要となり、殺菌用の光（紫外線）を照射する光源に必要なエネルギー量が多くなる。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、殺菌用の光を照射する光源に必要なエネルギー量に対する殺菌力を高めることができ、より少ないエネルギー量で従来と同程度の殺菌力を得ることができる殺菌装置及び給湯装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る殺菌装置は、水が内部を通過する管と、予め設定された第１の波長の光を発生させる光源部と、前記光源部が発生させた光を前記第１の波長より短い第２の波長の光に変換する波長変換部と、を備え、前記波長変換部は、前記光源部が発生させた前記第１の波長の光を受光可能、かつ、変換後の前記第２の波長の光を前記管の内部の水に照射可能に設けられる。
【０００７】
また、この発明に係る給湯装置は、上述のように構成された殺菌装置を備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る殺菌装置及び給湯装置によれば、殺菌用の光を照射する光源に必要なエネルギー量に対する殺菌力を高めることができ、より少ないエネルギー量で従来と同程度の殺菌力を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る殺菌装置を備えた給湯装置の全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る殺菌装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る殺菌装置の要部の一例を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る殺菌装置の要部の別例を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る殺菌装置の構成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】
【００１０】
この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００１１】
実施の形態１．
図１から図４は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は殺菌装置を備えた給湯装置の全体構成を示す図、図２は殺菌装置の構成を模式的に示す断面図、図３は殺菌装置の要部の一例を模式的に示す拡大断面図、図４は殺菌装置の要部の別例を模式的に示す拡大断面図である。
【００１２】
図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る殺菌装置１００を備えた給湯装置１は、ヒートポンプユニット２と、タンクユニット３とを備える。ヒートポンプユニット２は、屋外に設置される。タンクユニット３は、屋外に設置されてもよいし、屋内に設置されてもよい。図示の構成ではヒートポンプユニット２とタンクユニット３とが別体であるが、ヒートポンプユニット２とタンクユニット３とが一体でもよい。
【００１３】
ヒートポンプユニット２は、冷媒回路４を備える。冷媒回路４は、圧縮機５、熱交換器６、減圧装置７、蒸発器８、及び冷媒配管９を備える。冷媒配管９は、圧縮機５、熱交換器６、減圧装置７、及び蒸発器８を環状に接続する。圧縮機５は、低圧冷媒ガスを圧縮する。冷媒は、例えば、二酸化炭素、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、炭化水素、のうちの一つでもよい。熱交換器６は、圧縮機５により圧縮された高温高圧の冷媒と、水との間で熱を交換する。水は、熱交換器６内で加熱されることで湯になる。減圧装置７は、熱交換器６を通過した高圧冷媒を減圧させて膨張させる。膨張弁を減圧装置７として用いてもよい。蒸発器８は、減圧装置７を通過した低圧冷媒を蒸発させる。蒸発器８は、外気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させるものでもよい。蒸発器８で蒸発した低圧冷媒ガスは、圧縮機５に吸入される。
【００１４】
タンクユニット３内には、貯湯タンク１０、第１のポンプ１１、切替弁１２、風呂熱交換器１３、第２のポンプ１４、第３のポンプ１５、減圧弁１６、給湯混合弁１７、風呂混合弁１８、殺菌装置１００、及び制御装置５０が備えられている。
【００１５】
貯湯タンク１０は、ヒートポンプユニット２で加熱された湯を貯留できる。貯湯タンク１０内には、温度による水の密度の違いによって、温度成層を形成できる。すなわち、貯湯タンク１０内は、上側が高温で下側が低温になる。
【００１６】
第１の給水路２１は、外部からタンクユニット３の内部に引き込まれている。第１の給水路２１には、例えば上水道のような水源からの水が流れる。第１の給水路２１は、タンクユニット３の内部で減圧弁１６に接続されている。減圧弁１６は、第１の給水路２１から供給される水の圧力を所定圧力に減圧する。
【００１７】
減圧弁１６の下流は、第２の給水路２２と第３の給水路２３とに分岐している。第２の給水路２２は、貯湯タンク１０の下部にある水入口１０ａに接続されている。第１の給水路２１及び第２の給水路２２を通って水が貯湯タンク１０の下部に流入することで、貯湯タンク１０は満水状態に維持される。第２の給水路２２の途中の位置に殺菌装置１００が設置されている。殺菌装置１００については後述する。第３の給水路２３は、給湯混合弁１７及び風呂混合弁１８のそれぞれに水を供給可能に接続されている。
【００１８】
貯湯タンク１０の下部にある水出口１０ｂは、第１の水路２４を介して、ヒートポンプユニット２内の熱交換器６の水入口に接続されている。第１の水路２４の途中の位置に第１のポンプ１１が接続されている。第１のポンプ１１は、貯湯タンク１０とヒートポンプユニット２との間で水を循環させる。図示の構成では第１のポンプ１１がタンクユニット３に内蔵されているが、第１のポンプ１１がヒートポンプユニット２内に配置されてもよい。
【００１９】
熱交換器６の水出口は、第２の水路２５を介して、タンクユニット３内の切替弁１２の入口に接続されている。第１の水路２４及び第２の水路２５の一部は、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３の外部を通る。貯湯タンク１０の上部にある湯入口１０ｃは、上部通路２６を介して、切替弁１２の第１の出口に接続されている。切替弁１２の第２の出口は、バイパス通路２７を介して、貯湯タンク１０の戻り口１０ｄに接続されている。戻り口１０ｄは、貯湯タンク１０の下部において、水入口１０ａ及び水出口１０ｂより高い位置にある。切替弁１２は、第２の水路２５を上部通路２６に連通させる状態と、第２の水路２５をバイパス通路２７に連通させる状態とに、流路を切替可能である。
【００２０】
本実施の形態の給湯装置１は、浴室にある浴槽２００に湯を供給できる。以下の説明では、浴槽２００に供給された湯を「浴槽水」と呼ぶことがある。風呂熱交換器１３は、浴槽水を再加熱するための熱交換器である。風呂熱交換器１３は、一次側流路及び二次側流路を備える。
【００２１】
貯湯タンク１０の上部にある湯出口１０ｅは、第３の水路２８を介して、風呂熱交換器１３の一次側流路の入口である第１の入口１３ａに接続されている。風呂熱交換器１３の一次側流路の出口である第１の出口１３ｂは、第４の水路２９を介して、貯湯タンク１０の戻り口１０ｆに接続されている。戻り口１０ｆは、貯湯タンク１０の下部において、水入口１０ａ及び水出口１０ｂより高い位置にある。第４の水路２９の途中の位置に第２のポンプ１４が接続されている。第２のポンプ１４は、貯湯タンク１０と風呂熱交換器１３との間で水を循環させる。
【００２２】
風呂熱交換器１３の二次側流路の入口である第２の入口１３ｃは、第５の水路３０を介して、浴槽２００に接続されている。第５の水路３０の途中の位置に第３のポンプ１５が接続されている。風呂熱交換器１３の二次側流路の出口である第２の出口１３ｄは、第６の水路３１を介して、浴槽２００に接続されている。第５の水路３０及び第６の水路３１は、浴槽アダプタ２１０を介して、浴槽２００内に連通している。第３のポンプ１５は、浴槽２００と風呂熱交換器１３との間で浴槽水を循環させる。
【００２３】
湯路３２は、第３の水路２８の途中の位置から分岐して、給湯混合弁１７及び風呂混合弁１８のそれぞれに湯を供給可能に接続されている。本実施の形態の給湯装置１は、給湯栓３００に湯を供給できる。給湯栓３００は、例えば、浴室のシャワー、キッチンシンクの蛇口、洗面所の蛇口のうちの少なくとも一つでもよい。給湯栓３００は、使用者が手で操作して開栓するものである。給湯栓３００は、使用者がセンサを感応させて自動的に開栓させるものでもよい。給湯混合弁１７の出口は、第１の給湯管３３を介して、給湯栓３００に接続されている。第４の給水路３４は、タンクユニット３の外部において、第１の給水路２１から分岐して延びて、給湯栓３００に接続されている。
【００２４】
風呂混合弁１８の出口は、第２の給湯管３５を介して、第５の水路３０の途中の位置に接続されている。第２の給湯管３５の途中の位置には、風呂電磁弁３８が設置されている。風呂電磁弁３８は、第２の給湯管３５の通路を開閉する。
【００２５】
貯湯タンク１０には、複数のタンク温度センサ３６が、高さの異なる位置に取り付けられている。例えば、貯湯タンク１０の上部からの容積が、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌ、２００Ｌ、２５０Ｌとなる位置に、タンク温度センサ３６を配置してもよい。これらのタンク温度センサ３６により鉛直方向の水温分布を検出することで、貯湯タンク１０内の貯湯温度及び貯湯量を検出できる。
【００２６】
第２の水路２５には、水路温度センサ３７が取り付けられている。水路温度センサ３７により、ヒートポンプユニット２で加熱された水の温度を検出できる。以下の説明では、ヒートポンプユニット２で加熱された水の温度、すなわちヒートポンプユニット２から流出する湯の温度を、「被加熱水温度」とも呼ぶ。
【００２７】
制御装置５０は、給湯装置１の後述する各種の運転を制御する。給湯装置１が備えるアクチュエータ、センサ等の電子機器は、制御装置５０に接続される。上述した圧縮機５、減圧装置７、第１のポンプ１１、切替弁１２、第２のポンプ１４、第３のポンプ１５、給湯混合弁１７、風呂混合弁１８、殺菌装置１００、風呂電磁弁３８等の動作は、制御装置５０により制御される。タンク温度センサ３６及び水路温度センサ３７で検出された温度情報は、制御装置５０に入力される。
【００２８】
端末装置６０は、制御装置５０に対して、無線又は有線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。端末装置６０は、給湯装置１に対するユーザーインターフェースとして機能する。端末装置６０は、例えば、キッチンに設置されてもよい。端末装置６０は、例えば、浴室に設置されてもよい。給湯装置１は、異なる場所に設置された複数の端末装置６０を備えてもよい。あるいは、端末装置６０は、持ち運び可能なものでもよい。端末装置６０が制御装置５０と直接通信する構成に限らず、端末装置６０が他の機器を介して制御装置５０と通信する構成にしてもよい。
【００２９】
端末装置６０は、操作部６１及び表示装置６２を備える。操作部６１は、使用者が操作する複数の入力スイッチを有する。使用者は、操作部６１を操作することで、例えば、給湯温度の設定、浴槽２００に湯を供給する運転、浴槽水を再加熱する運転等の指令又は予約、蓄熱運転の制御モードの選択等に関する入力操作を行うことができる。すなわち、使用者は、給湯装置１の運転に関する指令及び設定値の変更等を、端末装置６０に対して入力できる。
【００３０】
端末装置６０は、その入力された情報を制御装置５０へ送信する。制御装置５０は、端末装置６０から受信した情報に応じて、給湯装置１の運転を制御する。表示装置６２は、例えば、液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネル等のフラットディスプレイパネルを用いて構成される。表示装置６２は、文字、図形、キャラクタ等を視覚表示することで情報を表示できる。表示装置６２は、報知装置の例である。端末装置６０は、例えば、音声出力装置等の他の報知装置をさらに備えてもよい。
【００３１】
次に、給湯装置１の蓄熱運転について説明する。蓄熱運転は、ヒートポンプユニット２により加熱された湯を貯湯タンク１０内に蓄積する運転である。蓄熱運転のときには、以下のようになる。ヒートポンプユニット２及び第１のポンプ１１が運転される。切替弁１２は、第２の水路２５を上部通路２６に連通させる状態にされる。貯湯タンク１０の下部の水出口１０ｂから流出した低温水が、第１の水路２４及び第１のポンプ１１を通って、ヒートポンプユニット２の熱交換器６に導かれる。水が熱交換器６内で加熱されることで、湯、すなわち高温水が生成する。この湯が、第２の水路２５、切替弁１２、及び上部通路２６を通って、湯入口１０ｃから貯湯タンク１０の上部へ流入する。貯湯タンク１０内で、上から下へ向かって湯が蓄積していく。
【００３２】
蓄熱運転のとき、制御装置５０は、水路温度センサ３７により検出される被加熱水温度が目標温度に等しくなるように、ヒートポンプユニット２及び第１のポンプ１１を制御する。ヒートポンプユニット２及び第１のポンプ１１の少なくとも一方の運転状態を、例えば以下のように制御することで、被加熱水温度を調整できる。水の循環流量が増すように第１のポンプ１１を制御すると、被加熱水温度が低下する。水の循環流量が減るように第１のポンプ１１を制御すると、被加熱水温度が上昇する。圧縮機５の動作速度を増すと、被加熱水温度が上昇する。圧縮機５の動作速度を減速すると、被加熱水温度が低下する。
【００３３】
ヒートポンプユニット２の圧縮機５を起動した直後は、熱交換器６に流入する冷媒の温度が十分に高くならない。このため、ヒートポンプユニット２を起動した直後は、被加熱水温度が目標温度より低くなりやすい。蓄熱運転を開始するときに、ヒートポンプユニット２の起動直後は、切替弁１２により、第２の水路２５をバイパス通路２７に連通させる状態にしてもよい。そして、水路温度センサ３７により検出される被加熱水温度が目標温度に達した後に、切替弁１２を切り替えて、第２の水路２５を上部通路２６に連通させる状態すればよい。そのようにすることで、目標温度より低い温度の水が貯湯タンク１０の上部に流入することを防止できる。
【００３４】
次に、給湯栓３００への給湯運転について説明する。使用者によって給湯栓３００が開かれると、給湯栓３００への給湯運転が開始する。この給湯運転のときには、以下のようになる。水源から供給される低温水が、第１の給水路２１及び第３の給水路２３を通って、給湯混合弁１７の第１の入口に流入する。貯湯タンク１０の上部の湯出口１０ｅから流出した高温水が、第３の水路２８及び湯路３２を通って、給湯混合弁１７の第２の入口に流入する。このとき、湯出口１０ｅから流出した高温水と同量の低温水が、第２の給水路２２及び水入口１０ａを通って貯湯タンク１０の下部に流入する。給湯混合弁１７は、低温水と高温水とを混合する。給湯混合弁１７は、低温水と高温水との混合比を変えることができる。
【００３５】
給湯混合弁１７での混合により生成された湯は、第１の給湯管３３を通って給湯栓３００へ供給される。制御装置５０は、第１の給湯管３３に設置された温度センサ（図示省略）により検出される給湯温度が、目標値に等しくなるように、給湯混合弁１７の動作を制御する。給湯温度の目標値は、使用者が端末装置６０にて設定した温度でもよい。使用者は、さらに温度調節したい場合には、給湯栓３００を操作することで、第１の給湯管３３から供給される湯に、第４の給水路３４から供給される低温水を混合できる。第１の給湯管３３内の流れを検出するセンサ（図示省略）の出力に応じて、制御装置５０が給湯運転を制御してもよい。
【００３６】
次に、浴槽２００への給湯運転について説明する。制御装置５０が風呂電磁弁３８を開くと、浴槽２００への給湯運転が開始する。この給湯運転のときには、以下のようになる。水源から供給される低温水が、第１の給水路２１及び第３の給水路２３を通って、風呂混合弁１８の第１の入口に流入する。貯湯タンク１０の上部の湯出口１０ｅから流出した高温水が、第３の水路２８及び湯路３２を通って、風呂混合弁１８の第２の入口に流入する。このとき、湯出口１０ｅから流出した高温水と同量の低温水が、第２の給水路２２及び水入口１０ａを通って貯湯タンク１０の下部に流入する。風呂混合弁１８は、低温水と高温水とを混合する。風呂混合弁１８は、低温水と高温水との混合比を変えることができる。
【００３７】
風呂混合弁１８での混合により生成された湯は、第２の給湯管３５、第５の水路３０及び３１を通って、浴槽２００へ注入される。制御装置５０は、第２の給湯管３５に設置された温度センサ（図示省略）により検出される給湯温度が、目標値に等しくなるように、風呂混合弁１８の動作を制御する。給湯温度の目標値は、使用者が端末装置６０にて設定した温度でもよい。
【００３８】
次に、浴槽２００に対する追い焚き運転について説明する。追い焚き運転は、浴槽水を再加熱する運転である。追い焚き運転のときには、以下のようになる。第２のポンプ１４及び第３のポンプ１５が運転される。浴槽２００の浴槽水が、第５の水路３０、第３のポンプ１５、風呂熱交換器１３、第６の水路３１を通過して、浴槽２００に戻るように循環する。貯湯タンク１０の上部の湯出口１０ｅから流出した高温水が、第３の水路２８を通って、風呂熱交換器１３に流入する。風呂熱交換器１３内で、浴槽水が高温水によって加熱される。風呂熱交換器１３内で、高温水は、浴槽水に熱を奪われることで、中温水になる。風呂熱交換器１３から流出した中温水は、第４の水路２９及び第２のポンプ１４を通って、戻り口１０ｆから貯湯タンク１０内に流入する。風呂熱交換器１３内の浴槽水は、貯湯タンク１０の湯出口１０ｅから供給される湯の熱で加熱される対象物に相当する。
【００３９】
次に、図２から図４を参照しながら、殺菌装置１００について説明する。図２に示すように、殺菌装置１００は、配管１１０、光源部１２０、波長変換部１３０及び窓部１４０を備えている。
【００４０】
配管１１０の内部には、水が通過する。図１の構成例では、殺菌装置１００は第２の給水路２２に設けられている。したがって、図１の構成例の場合、配管１１０は第２の給水路２２を形成するための管である。図２に示す例では、殺菌装置１００が設けられる部分の配管１１０はＬ字型に屈曲している。ただし、殺菌装置１００が設けられる部分の配管１１０はＬ字型に限られず、他に例えば直管型でもよい。
【００４１】
光源部１２０は、第１の波長の光を発生させる。第１の波長は予め設定される。具体的に例えば、第１の波長は３００ｎｍ以上である。光源部１２０は、電源部１２１から供給される電力により点灯する。具体的に例えば、光源部１２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。なお、光源部１２０は、前述の第１の波長の光を発生させるものであれば、ＬＥＤ以外の光源を用いても構わない。
【００４２】
波長変換部１３０は、光源部１２０が発生させた光を第２の波長の光に変換する。第２の波長は、前述の第１の波長より短い。第２の波長は、具体的に例えば、２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満である。波長変換部１３０は、光源部１２０が発生させた前述の第１の波長の光を受光可能に設けられる。そして、波長変換部１３０は、変換後の前述した第２の波長の光を配管１１０の内部の水に照射可能にも設けられる。この実施の形態１においては、波長変換部１３０は、入射した前述の第１の波長の光を反射可能である。そして、波長変換部１３０は、光源部１２０が発生させた光の反射光を配管１１０の内部の水に照射可能である。
【００４３】
波長変換部１３０への入射光の波長が前述の第１の波長である場合、波長変換部１３０からの反射光の波長が前述の第２の波長である。このような性質を有する波長変換部１３０を実現するため、例えば、表面プラズモン共鳴を利用することが考えられる。すなわち、波長変換部１３０は、前述の第１の波長の光に対し表面プラズモン共鳴を生じるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＴｉからなる群から選択される材料からなる。換言すれば、波長変換部１３０は、負の誘電率を有する材料で構成することが望ましい。
【００４４】
このような表面プラズモン共鳴を生じる波長変換部１３０の構成の具体例について、図３及び図４を参照しながら説明する。表面プラズモン共鳴を生じさせるため、波長変換部１３０には、これらの図に示すような凹凸構造を表面に有する。この凹凸構造の周期、すなわち、凸部から凸部までの距離又は凹部から凹部までの距離は、１ｎｍ以上１μｍ以下で、かつ、前述の第１の波長より短い。凹凸構造の形状は、表面プラズモン共鳴が起こるものであればよい。例えば、グレーティングのような長方形状の凹凸、円錐状の凹凸、ホールアレイ等である。
【００４５】
図３に示すのはこの凹凸構造を、配管１１０内壁の表面に金属ナノ粒子１３１を付着させることで形成した例である。すなわち、前述の凹凸構造の凸部は、球状、柱状又は板状の粒子が表面に付着したものである。金属ナノ粒子１３１は、前述したＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＴｉのいずれかである。金属ナノ粒子１３１は、球状、柱状又は板状の粒子である。例えば、球状とした場合、金属ナノ粒子１３１の外径は１ｎｍ以上１μｍ以下である。柱状又は板状とした場合も、金属ナノ粒子１３１の寸法は、凹凸構造の周期が１ｎｍ以上１μｍ以下となるように調整される。
【００４６】
図４に示すのは前述の凹凸構造を、配管１１０内壁の表面に金属からなる凹凸部１３２を設けることで形成した例である。凹凸部１３２は、前述したＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＴｉのいずれかである。そして、凹凸部１３２の周期は１ｎｍ以上１μｍ以下である。凹凸部１３２の材質は、全体が上述した金属でもよいし、凹凸が加工された非金属材料に上述した金属薄膜を形成したものでもよい。後者の例としては、ガラス板をエッチングして表面を凹凸に加工した上で、その表面に金属薄膜を形成したものが挙げられる。
【００４７】
この実施の形態１に係る殺菌装置１００の具体的な構成例として、図２においては、光源部１２０は、配管１１０の外部に設けられている。また、配管１１０の壁の一部には、窓部１４０が設けられている。窓部１４０は、光源部１２０が発した前述の第１の波長の光を透過する材質でできている。したがって、光源部１２０が発した前述の第１の波長の光は、窓部１４０を通って配管１１０の内部に照射される。
【００４８】
そして、波長変換部１３０は、配管１１０の内部における光源部１２０からの光を反射可能な位置に設けられる。すなわち、光源部１２０から窓部１４０を通って配管１１０内に照射された光が届く範囲内に、波長変換部１３０が配置される。波長変換部１３０に届いた光源部１２０からの光は、波長変換部１３０で反射される。波長変換部１３０が光源部１２０からの前述した第１の波長の光を反射する際、表面プラズモン共鳴が生じ、反射光の波長は前述した第２の波長に変換される。そして、波長変換部１３０で反射された前述の第２の波長の光が、配管１１０の内部の水に照射される。
【００４９】
このようにして、配管１１０の内部の水には、光源部１２０から直接に照射される光と、波長変換部１３０で反射された、より波長の短い光の２種類の光が照射される。したがって、波長変換部１３０での反射光が殺菌に有効な波長となるようにすれば、光源部１２０で発生させる光は、殺菌に有効な波長よりも長い波長であってもよい。そして、光源部１２０で発生させる光の波長を長くできるため、殺菌用の光を照射する光源に必要なエネルギー量を低減できる。すなわち、殺菌力を低下させることなく、殺菌用の光を照射する光源に必要なエネルギー量を低減できる。つまり、殺菌用の光を照射する光源に必要なエネルギー量に対する殺菌力を高めることができ、より少ないエネルギー量で従来と同程度の殺菌力を得ることが可能である。
【００５０】
配管１１０は、耐水性を有し、かつ、さらに紫外線耐性を有する材料で構成される。具体的に例えば、ポリテトラフルオロエチレンを用いることが望ましい。ポリテトラフルオロエチレンは、紫外線耐性に優れるだけでなく、紫外線を反射する。したがって、配管１１０にポリテトラフルオロエチレンを用いることで、配管１１０の内面は、前述の第２の波長の光を反射可能となる。このようにすることで、波長変換部１３０での変換後の光を配管１１０の内側で反射させ、配管１１０内のより広範囲に前述の第２の波長の光を照射できる。
【００５１】
この際、配管１１０の水流に垂直な断面形状を、多角形状とするとなおよい。配管１１０の断面形状を多角形状にすることで、多角形状の各辺に相当する各面で前述の第２の波長の光を反射させ、配管１１０内の各所に前述の第２の波長の光をいきわたらせることが可能である。なお、少なくとも配管１１０の内側表面をポリテトラフルオロエチレンで被覆等すれば、配管１１０の全体をポリテトラフルオロエチレンで構成しなくともよい。
【００５２】
次に、以上のように構成された殺菌装置１００を、図１の構成例のように給湯装置１に適用した場合の動作と作用について説明する。制御装置５０は、殺菌装置１００内を水が流れているときには電源部１２１から光源部１２０に電力を供給する。この際、制御装置５０は、殺菌装置１００内を水が流れていないときには電源部１２１から光源部１２０への電力供給を停止するように、電源部１２１を制御してもよい。そのようにすることで、殺菌装置１００を通過する水に光を確実に照射しつつ、電力消費量を低減できる。例えば、制御装置５０は、給湯栓３００への給湯運転中、及び浴槽２００への給湯運転中に、電源部１２１から光源部１２０に電力を供給すればよい。また、給湯装置１の設置後最初の使用時に、貯湯タンク１０を水で満たすときに、電源部１２１から光源部１２０に電力を供給してもよい。
【００５３】
第２の給水路２２内に、例えばレジオネラ菌のような細菌が存在する可能性がある。レジオネラ菌は、自然界の土壌及び淡水に生息するグラム陰性の桿菌である。レジオネラ菌は、２０℃から５０℃の温度範囲で生育し、３６℃前後で最もよく生育するといわれている。本実施の形態であれば、殺菌装置１００により、水に含まれる細菌等の微生物が殺菌される。このため、給湯装置１内の水に、例えばレジオネラ菌のような細菌類を含む微生物が生育する可能性を低減できる。以下の説明では、例えばレジオネラ菌のような細菌類を含む微生物を単に「微生物」と呼ぶ場合がある。
【００５４】
本実施の形態であれば、水源から貯湯タンク１０に流入する前の水に対して殺菌装置１００が作用することで、貯湯タンク１０に流入する水の全量を殺菌しやすい。よって、貯湯タンク１０内で微生物が生育する可能性をより低くできる。
【００５５】
特に、波長変換部１３０による変換後の前述した第２の波長は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満である。この波長帯の紫外線は、細菌の原形質である核酸に作用して増殖能力を奪うだけでなく、原形質を破壊して細菌を死滅させる作用を有する。このため、そのような波長の紫外線を照射することにより、殺菌効果をさらに向上できる。
【００５６】
また、一般に水中の微生物の生育を防止するためには、水の温度が高い方が有利である。このため、貯湯タンク１０内に微生物が存在する場合、微生物の生育を妨げるためには、貯湯タンク１０内の貯湯温度を高くする必要がある。その一方で、被加熱水温度が高いほど、ヒートポンプユニット２のエネルギー効率が低くなる。逆にいえば、被加熱水温度が低いほど、ヒートポンプユニット２のエネルギー効率が高くなる。このため、給湯装置１のエネルギー効率を向上するためには、貯湯タンク１０内の貯湯温度を低くした方がよい。本実施の形態であれば、殺菌装置１００により、貯湯タンク１０内で微生物が生育する可能性をより低くできる。このため、貯湯タンク１０内での微生物の生育を抑制しつつも、貯湯タンク１０内の貯湯温度を低くして、給湯装置１のエネルギー効率を向上できる。
【００５７】
なお、ここでは、給湯装置１の第２の給水路２２に殺菌装置１００を設けた構成例について説明したが、殺菌装置１００の設置箇所はこれに限られない。また、給湯装置１に殺菌装置１００を複数設けてもよい。さらに、以上のように構成された殺菌装置１００は、給湯装置１以外にも他に例えば、浄水器等にも適用可能である。
【００５８】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係るもので、殺菌装置の構成を模式的に示す断面図である。以下、この実施の形態２に係る殺菌装置及び給湯装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００５９】
この発明の実施の形態２に係る殺菌装置１００の光源部１２０は、レーザー発振器である。レーザー発振器である光源部１２０は、前述した第１の波長のレーザー光を射出する。すなわち、この実施の形態２においても実施の形態１と同様に、光源部１２０は前述の第１の波長の光を発生させる。
【００６０】
光源部１２０から射出されたレーザー光は、波長変換部１３０に入射する。波長変換部１３０は、実施の形態１と同じく、光源部１２０が発生させた前述の第１の波長の光を前述の第２の波長の光に変換する。この実施の形態２においては、波長変換部１３０は入射した前述の第１の波長の光が透過可能である。そして、波長変換部１３０への入射光の波長が前述の第１の波長である場合の透過光の波長が、前述の第２の波長である。
【００６１】
より詳しくいえば、波長変換部１３０へ前述の第１の波長の光を入射させると、波長変換部１３０から射出される透過光には、少なくとも前述の第２の波長が含まれる。したがって、波長変換部１３０を透過した光には前述の第２の波長以外の波長が含まれていてもよい。
【００６２】
このような波長変換部１３０は、例えば、長波長の光を短波長の光へ変換する性質を有する非線形光学結晶を用いることで実現できる。この際に用いる非線形光学結晶としては、具体的に例えば、ＫＴＰ結晶、ＣＬＢＯ結晶等を挙げることができる。
【００６３】
波長変換部１３０は、光源部１２０が発生させた光の透過光を配管１１０の内部の水に照射可能である。図５に示す構成例では、光源部１２０及び波長変換部１３０は、配管１１０の外部に設けられている。また、配管１１０の壁の一部には、窓部１４０が設けられている。窓部１４０は、波長変換部１３０を透過した前述の第２の波長の光を透過する材質でできている。そして、波長変換部１３０したがって、波長変換部１３０を透過した前述の第２の波長の光は、窓部１４０を通って配管１１０の内部に照射される。
【００６４】
ここで、前述したように、波長変換部１３０を透過した光には前述の第２の波長以外の波長が含まれていてもよい。このような場合、窓部１４０は前述の第２の波長の光だけを通過させ、それ以外の波長の光を遮蔽するフィルタを備えるようにするとよい。なお、フィルタは、前述の第２の波長以外であっても微生物の生育抑制に効果が期待できる波長の光を透過させるものとしてもよい。
【００６５】
他の構成については実施の形態１と同様であり、ここでは、その説明を省略する。以上のように構成された殺菌装置及び給湯装置においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
なお、光源部１２０が備えるレーザー発振器は１台とは限らず、異なる波長のレーザー光を射出する複数のレーザー発振器を備えてもよい。また、波長変換部１３０が備える非線形光学結晶も１つとは限らず、性質、特性等が異なる複数の非線形光学結晶を備えてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１    給湯装置
２    ヒートポンプユニット
３    タンクユニット
４    冷媒回路
５    圧縮機
６    熱交換器
７    減圧装置
８    蒸発器
９    冷媒配管
１０    貯湯タンク
１１    第１のポンプ
１２    切替弁
１３    風呂熱交換器
１４    第２のポンプ
１５    第３のポンプ
１６    減圧弁
１７    給湯混合弁
１８    風呂混合弁
２１    第１の給水路
２２    第２の給水路
２３    第３の給水路
２４    第１の水路
２５    第２の水路
２６    上部通路
２７    バイパス通路
２８    第３の水路
２９    第４の水路
３０    第５の水路
３１    第６の水路
３２    湯路
３３    第１の給湯管
３４    第４の給水路
３５    第２の給湯管
３６    タンク温度センサ
３７    水路温度センサ
３８    風呂電磁弁
５０    制御装置
６０    端末装置
６１    操作部
６２    表示装置
１００    殺菌装置
１１０    配管
１２０    光源部
１２１    電源部
１３０    波長変換部
１３１    金属ナノ粒子
１３２    凹凸部
１４０    窓部
２００    浴槽
３００    給湯栓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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