(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口に整流板が設けられ、前記整流板を通過した流体が第１方向に流れる処理室と、
前記処理室を挟んで前記整流板と前記第１方向に対向する面内にアレイ状に配置され、前記処理室内の流体に紫外光を照射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を内部に収容する光源室と、
前記光源室の側方に設けられ、前記処理室を通過した流体が前記第１方向に流れる排出路と、を備えることを特徴とする殺菌装置。
【請求項２】
前記複数の発光素子が発する紫外光を前記第１方向に進む平行光に変換する光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
【請求項３】
前記光学素子は、前記複数の発光素子が並置される方向に延びるロッドレンズであることを特徴とする請求項２に記載の殺菌装置。
【請求項４】
前記光源室を挟んで前記処理室と反対側に設けられ、前記複数の発光素子を冷やすための冷却流路をさらに備え、
前記冷却流路は、前記排出路を介して前記処理室と連通しており、前記処理室内の流体の少なくとも一部が前記冷却流路を通って外部へ流出するよう構成され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殺菌装置。
【請求項５】
前記処理室の内面は、前記複数の発光素子が発する紫外光を反射するフッ素樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の殺菌装置。
【請求項６】
前記処理室、前記光源室および前記排出路を内部に区画する筐体をさらに備え、前記筐体は、
前記処理室を区画する上流壁と、前記光源室を区画する内壁と、前記内壁との間で前記排出路を区画する下流壁と、前記上流壁と前記下流壁の間を接続する接続壁と、を有し、
前記接続壁の前記第１方向に直交する第２方向の厚さは、前記上流壁から前記下流壁に向かう方向に小さくなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殺菌装置に関し、特に、流体に紫外光を照射して殺菌する装置に関する。
【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。このような殺菌装置として、例えば、流路に沿って複数の紫外光発光素子を並べた流水殺菌モジュールが挙げられる（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２０１４−２３３６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
紫外光の照射による殺菌効果を高めるには、流体に対する紫外光の照射量を増やす必要があるが、適切な殺菌効果が得られるよう発光素子の数を増やさなければならないとするとコストの増大につながる。
【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、少ない発光素子数で殺菌能力を高めることのできる殺菌装置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殺菌装置は、入口に整流板が設けられ、整流板を通過した流体が第１方向に流れる処理室と、処理室を挟んで整流板と第１方向に対向する面内にアレイ状に配置され、処理室内の流体に紫外光を照射する複数の発光素子と、を備える。
【０００７】
この態様によると、入口に設けられる整流板によって第１方向の流れとなるように整流された流体に対し、第１方向に紫外光を照射して殺菌処理を施すことができる。その結果、流体が整流板を通過してから複数の発光素子の近傍まで第１方向に流れていく時間にわたって、発光素子からの紫外光を流体に作用させることができる。つまり、流路に沿って複数の発光素子を配置し、流体の流れに垂直に紫外光を照射する場合と比べて、一つの発光素子からの紫外光が流体に作用する時間を長くできる。したがって、本態様によれば、より少ない数の発光素子を用いる場合であっても、流体に対する紫外光の積算照射量を高めて殺菌能力を向上させることができる。
【０００８】
複数の発光素子が発する紫外光を第１方向に進む平行光に変換する光学素子をさらに備えてもよい。
【０００９】
光学素子は、複数の発光素子が並置される方向に延びるロッドレンズであってもよい。
【００１０】
複数の発光素子を挟んで処理室と反対側に設けられ、複数の発光素子を冷やすための冷却流路をさらに備えてもよい。冷却流路は、処理室と連通しており、処理室内の流体の少なくとも一部が冷却流路を通って外部へ流出するよう構成されてもよい。
【００１１】
処理室の内面は、複数の発光素子が発する紫外光を反射するフッ素樹脂材料で構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の殺菌装置によれば、少ない数の発光素子を用いて装置の殺菌能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】整流板の構成を概略的に示す上面外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、実施の形態に係る殺菌装置１０の構成を概略的に示す断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面を示す。殺菌装置１０は、飲料水などの流体を入口３０の整流板３６を通じて処理室４０に流入させ、処理室４０内の流体に向けて複数の発光素子１２からの紫外光を照射し、処理対象となる流体に殺菌処理を施す。殺菌装置１０は、処理室４０内での流体の流れの方向Ｂに沿って紫外光Ｃを照射することにより、処理室４０内を流れている流体に紫外光が作用する時間を長くする。
【００１６】
殺菌装置１０は、複数の発光素子１２と、基板１４と、ロッドレンズ１６と、窓部１８と、筐体２０と、整流板３６とを備える。図面において、複数の発光素子１２が並置される方向をｘ方向およびｙ方向とし、ｘ方向およびｙ方向の双方と直交する方向をｚ方向としている。また、ロッドレンズ１６が延びる方向をｘ方向としている。
【００１７】
筐体２０は、箱形形状を有し、その内部に処理室４０と、光源室４２と、冷却流路４４と、第１排出路４６と、第２排出路４８とを区画する。筐体２０は、第１方向（ｚ方向）に延在し、ｚ方向に離れた両端に入口３０と出口３２が設けられる。筐体２０の内面は、発光素子１２が発する紫外光の反射率が高い部材で構成されることが望ましく、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの紫外光の反射率の高いフッ素樹脂で構成されることが好ましい。この場合、筐体２０をＰＴＦＥなどのフッ素樹脂で構成してもよいし、筐体２０の内面をＰＴＦＥ製のライナで被覆してもよい。
【００１８】
本明細書において、入口３０が設けられる側を上流側といい、出口３２が設けられる側を下流側という。筐体２０の内部において、処理室４０は、光源室４２よりも上流側に設けられ、光源室４２は処理室４０よりも下流側に設けられる。光源室４２は、処理室４０、冷却流路４４、第１排出路４６および第２排出路４８により囲われている。
【００１９】
筐体２０は、外側壁２２と、フランジ２４と、底壁２６と、内壁２８とを有する。外側壁２２は、上流壁２２ａと、接続壁２２ｂと、下流壁２２ｃとを有する。上流壁２２ａは、処理室４０の周りを区画し、処理室４０に沿ってｚ方向に延在する。下流壁２２ｃは、光源室４２、冷却流路４４、第１排出路４６および第２排出路４８の周りを区画し、第１排出路４６または第２排出路４８に沿ってｚ方向に延在する。接続壁２２ｂは、上流壁２２ａと下流壁２２ｃの間に設けられ、第１排出路４６および第２排出路４８の入口付近を区画する。
【００２０】
上流壁２２ａの内面は、処理室４０のｘ方向の幅Ｗａが光源室４２のｘ方向の幅Ｗｂと同程度か、光源室４２のｘ方向の幅Ｗｂよりも狭くなるように形成される。いいかえれば、上流壁２２ａは、処理室４０のｘ方向の幅Ｗａが狭くなるように接続壁２２ｂや下流壁２２ｃよりも肉厚となるように形成される。一方、下流壁２２ｃの内面は、光源室４２よりもｘ方向の外側に位置するように形成される。その結果、下流壁２２ｃは、上流壁２２ａよりも肉薄となるように形成される。接続壁２２ｂは、下流側に向けて徐々にｘ方向の厚さが小さくなるように形成され、ｘ方向の厚さが互いに異なる上流壁２２ａと下流壁２２ｃを接続する。
【００２１】
フランジ２４は、外側壁２２の上流側の端部に設けられ、殺菌装置１０の処理対象となる流体を処理室４０に供給するための配管等が接続される。底壁２６は、外側壁２２の下流側の端部に設けられ、内壁２８との間で冷却流路４４を区画する。内壁２８は、窓部１８とともに光源室４２を区画するように設けられる。内壁２８は、冷却流路４４、第１排出路４６および第２排出路４８に沿って形成され、これらと光源室４２の間を仕切る。
【００２２】
光源室４２の内部には、複数の発光素子１２と、基板１４と、ロッドレンズ１６とが設けられる。発光素子１２は、紫外光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれる。発光素子１２は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２７０ｎｍ付近の紫外光を発するＬＥＤであることが好ましい。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】
複数の発光素子１２は、基板１４に実装され、処理室４０に向けてｚ方向に紫外光を照射する向きとなるようにして、光源室４２の載置面３４の上に設けられる。複数の発光素子１２は、整流板３６と対向する載置面３４の上においてアレイ状に配置され、例えば、ｘ方向に４個、ｙ方向に２列並べられる。なお、複数の発光素子１２は、線状アレイとなるように一列だけ設けられてもよいし、三列以上となるように設けられてもよい。
【００２４】
基板１４は、熱伝導性の高い部材で構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などがベース材料として用いられる。基板１４は、冷却流路４４を区画する内壁２８に取り付けられており、冷却流路４４を通る流体を通じて冷却される。
【００２５】
ロッドレンズ１６は、複数の発光素子１２と窓部１８の間の位置において、複数の発光素子１２が並置されるｘ方向に延びるように設けられる。ロッドレンズ１６は、図２に示すように、発光素子１２からの紫外光を処理室４０に向けてｚ方向に進む平行光に変換する。なお、発光素子１２からの光を平行化する光学素子として、ロッドレンズ１６の代わりに、シリンドリカルレンズを設けてもよいし、各発光素子１２に対応したボールレンズや凸レンズなどを設けてもよい。
【００２６】
窓部１８は、処理室４０と光源室４２の間を区画し、発光素子１２からの紫外光を透過させる。窓部１８は、発光素子１２からの紫外光の透過率が高い材料で構成され、例えば、石英（ＳｉＯ２）やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、非晶質フッ素樹脂などで構成される。窓部１８は、処理室４０を流れる流体が光源室４２に侵入しないようにして内壁２８に取り付けられる。
【００２７】
光源室４２の側方には、図２に示されるように、開口５０が設けられる。開口５０は、光源室４２の内部と、筐体２０の外部とを連通させる。開口５０を設けることにより、光源室４２の内部に複数の発光素子１２やロッドレンズ１６を取り付けやすくできる。また、複数の発光素子１２の一部に不具合が生じた際に、該当する発光素子１２を交換するためのメンテナンスがしやすくできる。開口５０には、取り外し可能なカバーが取り付けられてもよい。
【００２８】
図３は、整流板３６の構成を模式的に示す外観図である。整流板３６は、ｘ方向およびｙ方向に並べられた複数の孔３８を有する多孔整流板である。整流板３６は、筐体２０の入口３０に設けられ、入口３０から流入する流体の流れを整える。整流板３６は、処理室４０を流れる流体がｚ方向に層流状態で流れるようにする。なお、整流板３６は、多孔整流板に限られず、処理室４０の流れを層流化できる他の形状を有する整流機構であってもよい。
【００２９】
以上の構成によれば、殺菌装置１０に流入する流体は、整流板３６によって整流され、処理室４０の内部を層流状態となってｚ方向に沿った方向Ｂに進む。光源室４２からの紫外光Ｃは、ｚ方向に沿った方向に平行化されて処理室４０の内部の流体に照射される。処理室４０を通過した流体の一部は、第１排出路４６および冷却流路４４を通って出口３２から排出され、他の一部は、第２排出路４８を通って出口３２から排出される。冷却流路４４を通る流体は、点灯により発熱する発光素子１２を冷却する。
【００３０】
本実施の形態によれば、複数の発光素子１２からの紫外光を第１方向（ｚ方向）に伝播させるため、紫外光が出射される窓部１８の近傍の流体だけでなく、窓部１８から離れた整流板３６の近くの流体にまで高強度の紫外光を照射できる。特に、処理室４０に流入する流体が整流板３６によって層流化されるため、処理室４０の内部において流体が乱流状態となる場合よりも紫外光をより遠くまで伝播させやすくできる。これにより、所定強度以上の紫外光が流体に作用する時間を長くして、処理室４０を通過する流体に対する紫外光の積算照射量を高めることができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、複数の発光素子１２からの紫外光がロッドレンズ１６によって平行化されるため、紫外光の強度をそれほど減衰させることなく窓部１８から離れた整流板３６の近くまで紫外光を伝播させることができる。これにより、流体に作用する紫外光の積算照射量を高めて殺菌能力を向上させることができる。
【００３２】
本実施の形態によれば、筐体２０の内面が紫外光反射率の高い材料で構成されるため、筐体２０の内面に向かう紫外光を反射させて流体に向かわせることができる。これにより、処理室４０の流体に作用する紫外光の積算照射量を高めて、殺菌能力をより向上させることができる。
【００３３】
本実施の形態によれば、処理室４０の通水断面積を窓部１８が設けられる範囲と同程度、もしくは、それよりも狭くすることで、処理室４０を流れる流体の全体にわたって複数の発光素子１２からの紫外光を照射できる。仮に、処理室４０のｘ方向の幅Ｗａを光源室４２のｘ方向の幅Ｗｂよりも大きくしてしまうと、上流壁２２ａの内面に沿って流れる流体は、紫外光が十分に照射されないまま排出されてしまう。一方、本実施の形態によれば、複数の発光素子１２からの平行光が照射される範囲に処理室４０の幅が制限されるため、処理室４０を流れる流体の全体にわたって好適に紫外光を照射できる。
【００３４】
本実施の形態によれば、処理室４０を流れる流体の一部を発光素子１２の冷却に用いるため、発光素子１２の発熱による紫外光出力の低下や、発光素子１２の短寿命化といった影響を低減させることができる。
【００３５】
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。
【００３６】
変形例においては、紫外光の照射により流体に含まれる有機物を分解させる浄化処理に本殺菌装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…殺菌装置、１２…発光素子、１６…ロッドレンズ、３０…入口、３６…整流板、４０…処理室、４４…冷却流路。
【図１】
0006530681.tif 000002
【図２】
0006530681.tif 000003
【図３】
0006530681.tif 000004