(57)【要約】  本発明の紫外線殺菌管は、処理流路を内部に有する流路管と、流路管の管壁の少なくとも一部に配置された窓と、を有する。窓は、紫外線が照射されると可視光線を放出する蛍光体を含む蛍光層と、処理流路に対して、蛍光層よりも離れた位置に配置され、紫外線を遮断し可視光線を透過させる紫外線遮断層と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理するために用いられる紫外線殺菌管であって、
前記処理流路を内部に有する流路管と、
前記流路管の管壁の少なくとも一部に配置された窓と、
を有し、
前記窓は、
紫外線が照射されると可視光線を放出する蛍光体を含む蛍光層と、
前記処理流路に対して、前記蛍光層よりも離れた位置に配置され、前記紫外線を遮断し前記可視光線を透過させる紫外線遮断層と、
を含む、
紫外線殺菌管。
【請求項２】
前記窓は、前記蛍光層に対して前記紫外線遮断層と反対側に配置され、前記紫外線を透過させる紫外線透過層をさらに有する、
請求項１に記載の紫外線殺菌管。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の紫外線殺菌管と、
前記処理流路に向けて紫外線を出射する光源と、
を有する、紫外線殺菌装置。
【請求項４】
前記処理流路は、直線状に形成され、
前記光源は、前記処理流路の軸に沿うように紫外線を照射し、
前記窓は、前記光源と対向した位置に配置される、
請求項３に記載の紫外線殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線殺菌管および紫外線殺菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線を用いて液体などの流体を殺菌処理することが広く知られている。たとえば、特許文献１には、軸方向に延びる流路に対して、軸方向に向けて紫外線を照射して、流路内を流通する液体を殺菌する流体殺菌装置が記載されている。【０００３】
具体的には、特許文献１に記載の流体殺菌装置は、軸方向に延びる処理流路を区画する流路管と、流路管の一方の端部の近傍に設けられ、処理流路に向けて一方の端部から軸方向に紫外線を照射する広配向角の発光素子（ＬＥＤ光源）と、を有する。光源から照射された紫外線は、処理流路に流れる流体を殺菌する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１０４２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような、流体の殺菌に使用する紫外線の波長は２００〜３００ｎｍであるため、光源から出射した紫外線の有無を目視で確認できない。この場合、照度計などのセンサーで紫外線の有無を確認することが考えられる。しかしながら、センサーを使用すると装置が複雑化し大型化することや、製造コストが高くなることなどが想定される。また、紫外線は、可視光線よりも波長が短く、高エネルギーである。このため、紫外線が人体に照射されると、失明などの危険が生じることがある。【０００６】
そこで、本発明は、簡易的かつ安全に、処理流路内に紫外線が照射されているか否かを確認できる、紫外線殺菌管および紫外線殺菌装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線殺菌管は、処理流路を流れる流体に対して紫外線を照射して前記流体を殺菌処理するために用いられる紫外線殺菌管であって、前記処理流路を内部に有する流路管と、前記流路管の管壁の少なくとも一部に配置された窓と、を有し、前記窓は、紫外線が照射されると可視光線を放出する蛍光体を含む蛍光層と、前記処理流路に対して、前記蛍光層よりも離れた位置に配置され、前記紫外線を遮断し前記可視光線を透過させる紫外線遮断層と、を含む。【０００８】
また、上記の課題を解決するための、本発明に関する紫外線殺菌装置は、上記の紫外線殺菌管と、前記処理流路に向けて紫外線を出射する光源と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易的かつ安全に、処理流路内に紫外線が照射されているか否かを確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る紫外線殺菌装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２に係る紫外線殺菌装置の断面図である。
【図３】図３は、本発明の変形例１に係る紫外線殺菌装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の変形例２に係る紫外線殺菌装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［実施の形態１］
（紫外線殺菌装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００の断面図である。
【００１３】
図１に示されるように、紫外線殺菌装置１００は、紫外線殺菌管１１０と、光源１４０とを有する。
【００１４】
紫外線殺菌管１１０は、流路管１１１と、窓１１２と、入射窓１３１とを有する。
【００１５】
流路管１１１は、処理される流体が流れる管である。ここで、「流体」とは、液体および気体など、流路管１１１を流れ得る物質を意味する。流路管１１１は、流入管１２１と、流路管本体１２２と、流出管１２３と、を有する。
【００１６】
流入管１２１は、紫外線の照射により殺菌処理される流体を処理流路１１３に導入するために用いられる。流入管１２１は、内部に流入流路１２４を有する。流入管１２１の上流側端部は、流体を流入流路１２４に流入させるための流入口１２５である。流入管１２１の下流側端部は、流路管本体１２２の上流側端部近傍の管壁１１４に開口している。流入管１２１は、流入口１２５を介して図外の流体供給装置などに接続され、流体供給装置からの流体を処理流路１１３に導く。流入口１２５は、流体を流入流路１２４に導くためのホースを嵌め込み可能な形状を有してもよい。
【００１７】
流路管本体１２２は、一方の端部側から他方の端部側に向けて流れる処理流路１１３を内部に有する。流路管本体１２２の形状は、流体が流れることができれば特に限定されない。流路管本体１２２の形状は、直線状でもよいし、曲線状でもよい。本実施の形態では、流路管本体１２２の形状は、直線状である。また、流路管本体１２２の流体が流れる方向に垂直な方向の断面形状も特に限定されない。当該断面形状は、円形でもよいし、多角形でもよい。本実施の形態では、流路管本体１２２の流体が流れる方向に垂直な方向の断面形状は、円形である。
【００１８】
流路管本体１２２は、紫外線の反射率が高い材料から形成されていることが好ましい。流路管本体１２２の材料の例には、鏡面研磨されたアルミニウム（Ａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。なお、流路管本体１２２の材料は、化学的に安定しかつ紫外線の反射率も高い観点から、ＰＴＦＥが好ましい。流路管本体１２２が紫外線の反射率が高い材料から形成されると、光源１４０から発光される紫外線の利用効率を高くできる。
【００１９】
流路管本体１２２の大きさは、紫外線の照射により流体を十分に殺菌処理できれば特に限定されない。たとえば、光出力が３０ｍＷ／灯の一灯の光源１４０で紫外線を照射する場合、流路管本体１２２の内径は５ｃｍ以下とし、流路管本体１２２の流路長は２ｃｍ以上３０ｃｍ以下としてもよい。流路管本体１２２の内径や処理流路１１３の長さなどのサイズがこれとは異なる場合であっても、光源１４０の数を変更することで同等の殺菌効果を得ることができる。本実施の形態では、流路管本体１２２の上流側端面には窓１１２が配置されており、下流側端面には入射窓１３１が配置されている。
【００２０】
流出管１２３は、殺菌処理された流体を処理流路１１３から流出させるために用いられる。流出管１２３は、内部に流出流路１２６を有する。流出管１２３の上流側端部は、流路管本体１２２の下流側端部近傍に開口している。流出管１２３の下流側端部は、図外の液体貯留装置などに導くための流出口１２７である。流出口１２７は、液体貯蔵装置に接続され、処理流路１１３からの流体を液体貯蔵装置などに導く。流出口１２７は、流体を液体貯留装置に導くためのホースを嵌め込み可能な形状を有してもよい。
【００２１】
入射窓１３１は、光源１４０から出射した紫外線を流路管１１１（流路管本体１２２）内に導く。入射窓１３１が配置される位置は、前述の機能を発揮できれば、特に限定されない。本実施の形態では、入射窓１３１は、流路管本体１２２の下流側の端面に配置されている。入射窓１３１は、紫外線を透過させ、流通する流体の圧力によって変形または破損しにくい材料で形成される。また、入射窓１３１の内面は、処理流路１１３の外周の一部として機能し、流路管本体１２２の一方の端部から流体が外部に流れ出ることを防止する。入射窓１３１の材料としては、石英（ＳｉＯ２）や、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、非晶質のフッ素系樹脂などの、紫外線に対する透過率が高い材料が好ましい。
【００２２】
窓１１２は、光源１４０から適切に紫外線が出射されているかを判断するために使用される。窓１１２は、管壁１１４の少なくとも一部に配置されていればよいが、光源１４０から出射された紫外線が到達しやすい位置に配置されていることが好ましい。本実施の形態では、窓１１２は、流路管本体１２２の上流側の端面に、光源１４０（入射窓１３１）と対向して配置されている。窓１１２は、蛍光層１３２と、紫外線遮断層１３３とを有する。
【００２３】
蛍光層１３２は、処理流路１１３側に配置されている。蛍光層１３２は、紫外線が照射されると可視光線を放出する蛍光体を含む。蛍光体の例には、タングステン酸カルシウム、タングステン酸マグネシウム、カロリン酸カルシウム、ケイ酸亜鉛、ケイ酸カルシウムが含まれる。蛍光層１３２の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。蛍光層１３２の形態は、樹脂板やガラス板に蛍光体粒子が分散したものでもよいし、紫外線遮断層１３３の表面に蛍光塗料を塗布し、硬化させたものでもよい。本実施の形態では、蛍光層１３２は、紫外線遮断層１３３の表面に蛍光塗料を塗布し、硬化させたものである。また、蛍光層１３２の内面は、処理流路１１３の外周の一部として機能し、流路管本体１２２の一方の端部から流体が外部に流れ出ることを防止する。
【００２４】
紫外線遮断層１３３は、処理流路１１３に対して、蛍光層１３２よりも離れた位置に配置されている。紫外線遮断層１３３は、紫外線を遮断し可視光線を透過させる。紫外線遮断層１３３の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。紫外線遮断層１３３は、例えば、ＢＫ７などの光学材料を用いて板状に成形すればよい。本実施の形態では、紫外線遮断層１３３の処理流路１１３側の面に蛍光層１３２が形成されている。
【００２５】
光源１４０は、処理流路１１３に向けて紫外線を出射する。光源１４０の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源の例には、ＬＥＤ、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ＬＤが含まれる。光源１４０から出射される紫外線の中心波長またはピーク波長は、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下が好ましい。光源１４０から発光される紫外線の中心波長またはピーク波長は、殺菌効率が高い観点から、２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下がより好ましい。光源１４０は、基板１４１上に配置される。光源１４０は、入射窓１３１と対向するように取り付けられる。
【００２６】
流入口１２５から流入流路１２４を経由して処理流路１１３に導入された流体は、処理流路１１３を流れている間に、入射窓１３１を介して光源１４０から出射された紫外線を照射され、殺菌処理される。その後、殺菌処理された流体は、流出流路１２６を経由して流出口１２７から排出される。
【００２７】
流体は、殺菌処理を行うべき処理流路１１３を流れ得る物質であればよく、たとえば、液体であれば水などとすることができる。また、上記流体は、飲用水および農業用水などを含む上水と、工場などからの排水を含む下水とを含む。
【００２８】
流体の流速は、処理流路１１３を流れる間の紫外線の照射によって十分に殺菌される速さであればよく、たとえば、出力が３０ｍＷ／灯の一灯の光源１４０で液体に紫外線を照射する場合、液体の流速は１０Ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。なお、光源１４０の数や配置を変更することで、１０Ｌ／ｍｉｎより早い流速であっても本実施形態と同等の殺菌効果を得ることができる。
【００２９】
前述した通り、光源１４０から出射された紫外線は、入射窓１３１を介して処理流路１１３に入射する。処理流路１１３に入射した紫外線のうち、一部の紫外線は、直接窓１１２（蛍光層１３２）に到達する。また、処理流路１１３に入射した紫外線のうち、他の一部の紫外線は、管壁１１４で反射した後に、窓１１２（蛍光層１３２）に到達する。
【００３０】
窓１１２に到達した紫外線のうち、一部の紫外線は、蛍光体に到達する。紫外線が到達した蛍光体は、可視光線を放出する。窓１１２に到達した紫外線のうち、他の一部の紫外線は、蛍光体に到達することなく、蛍光層１３２を透過することもある。
【００３１】
蛍光体から放出された可視光線のうち、一部の可視光線は、紫外線遮断層１３３を透過して外部に出射する。一方、蛍光層１３２を透過した紫外線は、紫外線遮断層１３３で遮断され、外部に出射しない。このように、紫外線殺菌管１１０からは、可視光線のみが出射される。したがって、ユーザーは、蛍光層１３２からの可視光を観察することで、処理流路１１３内に紫外線が照射されているか否かを確認できる。
【００３２】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る紫外線殺菌装置１００によれば、紫外線殺菌管１１０（紫外線殺菌装置１００）からは、可視光線のみが出射されるため、簡易的かつ安全に、処理流路１１３内に紫外線が照射されているか否かを確認（目視）できる。
【００３３】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る紫外線殺菌装置２００は、窓２１２の構成のみが実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る紫外線殺菌装置１００と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
（紫外線殺菌装置の構成）
紫外線殺菌装置２００は、紫外線殺菌管２１０と、光源１４０とを有する。また、紫外線殺菌管２１０は、流路管１１１と、窓２１２と、入射窓１３１と、を有する。
【００３５】
本実施の形態に係る紫外線殺菌管２１０の窓２１２は、蛍光層１３２と、紫外線遮断層１３３とに加え、さらに紫外線透過層２２８を有する。紫外線透過層２２８は、蛍光層１３２に対して紫外線遮断層１３３と反対側に配置され、紫外線を透過させる。たとえば、紫外線透過層２２８は、蛍光層１３２の蛍光体が流体に対して溶解する場合などに採用されうる。紫外線透過層２２８の内面は、処理流路１１３の外周の一部として機能し、流路管本体１１２から流体が外部に流れ出ることを防止する。紫外線透過層２２８の材料としては、石英（ＳｉＯ２）や、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、非晶質のフッ素系樹脂などの、紫外線に対する透過率が高い材料が好ましい。紫外線透過層２２８と、蛍光層１３２とは、所定の間隙を有して配置されてもよいし、密着していてもよい。
【００３６】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る紫外線殺菌装置２００によれば、実施の形態１の効果に加え、流体と蛍光体との相性を考慮する必要がないため、紫外線殺菌装置の汎用性を高めることができる。また、蛍光層１３２が劣化することがないため、紫外線殺菌装置２１０の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
なお、光源１４０から発光される紫外線の照度分布をより均一にして、処理流路１１３内の流体をより均一に殺菌するため、光源１４０を回転させながら、処理流路１１３に紫外線を照射してもよい。また、処理流路１１３に紫外線を集光させるための集光レンズやリフレクターを有していてもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態１および実施の形態２では、流路管本体１２２の上流側の開口部全体を塞ぐように窓１１２、２１２が配置されていたが、本発明に係る紫外線殺菌装置の構成は、これに限定されない。たとえば、図３および図４に示されるように、貫通孔を有する反射板３１０、４１０を流路管本体１２２の上流側の開口部全体を塞ぐように配置し、反射板３１０、４１０の貫通孔を塞ぐように窓１１２（または窓２１２）を配置してもよい。このようにすることで、反射板３１０、４１０で反射された紫外線を殺菌に利用することが可能となり、殺菌効率を向上させることができる。また、窓１１２、２１２（特に蛍光層１３２）の大きさを小さくすることができるため、紫外線殺菌装置の製造コストを低減させることもできる。反射板３１０、４１０の反射面の形状は、特に限定されず、図３に示されるように平面であってもよいし、図４に示されるように傾斜面であってもよい。反射板３１０、４１０は、例えば基材にアルミニウムを蒸着させることで得られるアルミニウムミラーや、ＰＴＦＥなどで構成される。
【００３９】
本出願は、２０１８年２月２日出願の特願２０１８−０１７５６８に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、例えば、上水や農業用の流体などの殺菌への紫外線殺菌装置に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００、３００、４００  紫外線殺菌装置
１１０、２１０  紫外線殺菌管
１１１  流路管
１１２、２１２  窓
１１３  処理流路
１１４  管壁
１２１  流入管
１２２  流路管本体
１２３  流出管
１２４  流入流路
１２５  流入口
１２６  流出流路
１２７  流出口
１３１  入射窓
１３２  蛍光層
１３３  紫外線遮断層
１４０  光源
１４１  基板
２２８  紫外線透過層
３１０、４１０  反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019151364.tif 000006
【国際調査報告】
2019151364.tif 000007
2019151364.tif 000008
2019151364.tif 000009