JP6834664B2 - 流体殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、流体殺菌装置に関する。

光源部の発光素子が発する紫外線を、例えば、水、気体等の流体が流れる流路部材の流路内へ照射することで、流体を殺菌する流体殺菌装置が知られている。

特開２０１４−２３３６４６号公報

流体殺菌装置としては、流路部材の流路内へ紫外線を照射する光源部が、流路部材の一端に設けられており、光源部が、流路部材の、流体の流れ方向に直交する流路断面に対向して配置された構成が提案されている。このような流体殺菌装置では、紫外線が照射される流路を有する流路部材の両端が、流路部材の上流側流路及び下流側流路と接続部材を介してそれぞれ連結されている。一方の接続部材の内部には、光源部が設けられており、光源部の周囲に沿って流れる流路が形成されている。

上述の流体殺菌装置が有する接続部材の内部には、発光素子を収容する収容部が設けられており、収容部の開口が、板状の紫外線透過部材で塞がれている。これにより、光源部の発光素子は、光源部の周囲を流れる流体から保護されている。そのため、収容部内に配置された発光素子が発する光のうち、紫外線透過部材の外周部へ入射した光は、流路部材の流路内へ到達せず、流体に対する紫外線の照射効率を低下させている。

そこで、本発明は、流路内の流体に対する紫外線の照射効率を高め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。

実施形態に係る流体殺菌装置は、流体を流すための第１の流路を有する流路部材と、前記第１の流路の、前記流体の流れ方向に交差する流路断面に対向して配置され、前記第１の流路内へ紫外線を照射する発光素子を有する光源部と、前記流路部材の一端に接続されると共に前記光源部が設けられ、前記光源部の周囲に配置されて前記第１の流路に連通する第２の流路と、前記発光素子が収容される収容部と、を有する接続部材と、前記収容部の開口を塞いで設けられ、前記発光素子が発する紫外線を、前記第１の流路内へ入射するように屈折させる光学系と、を備える。

本発明によれば、流路内の流体に対する紫外線の照射効率を高めることができる。

第１の実施形態に係る流体殺菌装置全体を示す模式図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置が有する光源部を拡大して示す断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部において流路部材を流体が流れる方向を示す断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部において、流路部材を流体が流れる方向に直交するＩ−Ｉ断面をＡ方向から見た断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部において、流路部材を流体が流れる方向に直交するＩ−Ｉ断面をＢ方向から見た断面図である。 第２の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す断面図である。 第３の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す断面図である。

以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置は、流路部材と、光源部と、接続部材と、光学系と、を備える。流路部材は、流体を流すための第１の流路を有する。光源部は、第１の流路の、流体の流れ方向に交差する流路断面に対向して配置されている。光源部は、第１の流路内へ紫外線を照射する発光素子を有する。接続部材は、流路部材の一端に接続されると共に光源部が設けられている。接続部材は、第１の流路に連通する第２の流路を有する。第２の流路は、光源部の周囲に配置されている。接続部材は、発光素子が収容される収容部を有する。光学系は、発光素子が発する紫外線を、第１の流路内へ入射するように屈折させる。光学系は、収容部の開口を塞いで設けられている。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置が備える流路部材の外周面には、反射面が設けられている。反射面は、発光素子が発する紫外線を第１の流路内へ反射する。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置が備える光学系は、レンズを有する。流路部材の内径をＸとする。流路部材の長さ方向において流路部材の一端から、発光素子から紫外線が入射するレンズの入射面までの距離をＬとする。このとき、レンズは、発光素子が発する紫外線の半値角αが、０＜α＜２ｔａｎ^−１（Ｘ／２Ｌ）を満たすように形成されている。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置におけるレンズは、凸レンズである。凸レンズの外径をＹとする。凸レンズの厚みをＤとする。このとき、凸レンズは、Ｘ／２≦Ｙ＜Ｘ、Ｄ＞Ｌ／２を満たす。

以下、実施形態に係る流体殺菌装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は、一例を示すものであって、発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置全体を示す模式図である。図２は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す断面図である。図３は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置が有する光源部を拡大して示す断面図である。図４は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部において流路部材を流体が流れる方向を示す断面図である。

（流体殺菌装置の構成）
図１に示すように、第１の実施形態の流体殺菌装置１は、紫外線（紫外光）を照射する流体を流すための流路部材１３が、流体を供給する給水タンク６に連結されると共に、紫外線が照射された流体を回収する回収タンク７に連結されている。図１及び図２に示すように、流体殺菌装置１は、流路部材１３の上流側が、上流側流路部材８を介して給水タンク６に連結されている。上流側流路部材８には、給水タンク６から流体殺菌装置１へ流体を送るポンプ１１が設けられている。また、流体殺菌装置１は、流路部材１３の上流側と同様に、流路部材１３の下流側が、下流側流路部材９を介して回収タンク７に連結されている。下流側流路部材９には、流体殺菌装置１から回収タンク７へ送る流体の流量を調整する流量調整機構１２が設けられている。

流体殺菌装置１は、例えば、飲料水供給装置において、給水タンク６内の水を殺菌処理するために用いられる。本実施形態では、流体として、例えば、上水等の水に適用されるが、気体に適用されてもよい。

図２に示すように、流体殺菌装置１は、流体を流すための第１の流路としての流路１３ａを有する流路部材１３と、流路部材１３の流路１３ａ内へ紫外線を照射する発光素子としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）２３（以下、ＬＥＤ２３と称する。）を有する光源部１５と、を備える。また、流体殺菌装置１は、ＬＥＤ２３が発する紫外線を、流路１３ａ内へ入射するように屈折させる凸レンズ２１を有する光学系２０と、流路部材１３の一端に接続された第１の接続部材１７と、流路部材１３の他端に接続された第２の接続部材１８と、第１の接続部材１７と第２の接続部材１８とを連結する連結部材１９と、を備える。

流路部材１３は、紫外線反射率が高く、紫外線による劣化が抑えられた材料で形成されることが好ましい。本実施形態では、流路部材１３として、透明な石英管が用いられており、石英管の外周面全体に、紫外線反射率が高い反射面としての反射膜１３ｂが形成されたものを用いる。反射膜１３ｂは、光源部１５が発する紫外線を、流路部材１３の流路１３ａ内へ反射する反射面の一例であり、例えばシリカ膜が用いられている。

なお、流路部材１３に形成される反射膜１３ｂは、シリカ膜に限らず、アルミニウム蒸着膜であってもよい。また、流路部材１３は、透明な石英管に限らず、高反射率のポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene：ＰＴＥＦ、テトラフルオロエチレンの重合体）等のフッ素樹脂であってもよい。また、反射膜１３ｂは、流路部材１３の外周面に形成する代わりに、流路部材１３の内周面に形成されてもよい。

光源部１５は、第１の接続部材１７の内部に設けられている。光源部１５は、光源１６と、光源１６のＬＥＤ２３が発する紫外線を、流路部材１３の流路１３ａ内へ入射するように屈折させる光学系２０と、を有する。光源１６は、流路部材１３の一端側において、流路１３ａの、流体の流れ方向に直交する流路断面（以下、流路１３ａの流路断面と称する。）に対向して配置されている。また、光源部１５の光源１６は、第１の接続部材１７が有する後述の光源収容部１７ｂ−３内に配置されている。光源収容部１７ｂ−３内に配置された光源１６は、光学系２０の凸レンズ２１によって光源収容部１７ｂ−３の開口が塞がれることで、流体から保護されている。

光源１６は、紫外線を発するＬＥＤ２３が基板２４上に実装された光モジュールである。基板２４は、金属材料を母材として形成されている。基板２４上には、図示しないが、絶縁層を介して所望の導電パターン（配線パターン）が形成されており、導電パターン上にＬＥＤ２３が設けられている。なお、基板２４の母材は、金属材料に限らず、例えばアルミナ等のセラミックスが用いられてもよい。また、光源１６が有する発光素子は、ＬＥＤ２３に限らず、ＬＤ（Laser diode）等の他の半導体素子が用いられてもよい。

光源１６は、図示しない電源から電力が供給され、ＬＥＤ２３を発光させる。光源１６は、ＬＥＤ２３の発光面が、流路１３ａの流路断面に対向しており、例えば、光源１６の基板２４の主面が流路１３ａの流れ方向に対して略垂直となるように配置されている。ここで、「ＬＥＤ２３の発光面」とは、単にＬＥＤ２３の発光領域のみを示しているのではなく、ＬＥＤ２３が配置された基板２４の主面全体を指している。また、「ＬＥＤ２３の発光面が、流路１３ａの流路断面に対向する」向きは、互いに平行に対向する向きのみに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ２３の発光面と、流路１３ａの流路断面とがなす角度（鋭角）は±１０°程度まで許容される。

また、ＬＥＤ２３としては、殺菌作用が比較的高い波長２７５ｎｍ近辺にピーク波長を有するものが好ましいが、殺菌作用を奏する波長帯域であればよく、紫外線の波長を限定するものではない。

光源部１５に配置された光学系２０は、レンズとして、紫外線透過性を有する凸レンズ２１を有する。凸レンズ２１は、ＬＥＤ２３が発した光が入射する入射面２１ａと、流路１３ａ内へ紫外線を出射する出射面２１ｂと、を有し、入射面２１ａが、光源１６のＬＥＤ２３に対向して配置されている。凸レンズ２１は、光源１６のＬＥＤ２３が発した紫外線を、流路部材１３の流路１３ａの流路断面の中央側へ向けて屈折させ、流路１３ａ内を流れる流体、及び第１の接続部材１７が有する後述の流路１７ａ−１、１７ａ−２を流れる流体に対して紫外線を照射する。

ここで、凸レンズ２１は、図３に示すように、流路部材１３の内径をＸ［ｍｍ］、流路部材１３の長さ方向（管軸方向）において、流路部材１３の光源部１５側の一端から、ＬＥＤ２３から紫外線が入射する凸レンズ２１の入射面２１ａまでの距離をＬ［ｍｍ］としたとき、凸レンズ２１は、ＬＥＤ２３が発する紫外線の半値角（半値幅）α［°］が、
０＜α＜２ｔａｎ^−１（Ｘ／２Ｌ） ・・・式１
を満たすように形成されている。これにより、凸レンズ２１は、ＬＥＤ２３が発する紫外線を、流路部材１３の流路１３ａ内へ入射するように適正に屈折させることが可能になり、ＬＥＤ２３が発した紫外線のうち、光源収容部１７ｂ−３の開口の縁部近傍へ向かう紫外線が流路１３ａ内へ入射せずに損失することが抑えられる。ここで、α＝０とすると、ＬＥＤ２３が発する紫外線が広がりを持たない直線光として出力されることとなり、流路１３ａ内を流れる流体に対して紫外線を効率よく照射することができなくなり、好ましくない。一方、α≧２ｔａｎ^−１（Ｘ／２Ｌ）とすると、ＬＥＤ２３が発する紫外線の一部が、流路部材１３の流路１３ａ内に入射せず、例えば流路１７ａ−２に到達してしまうことから、流路１３ａ内を流れる流体に対して紫外線を効率よく照射することができなくなり、好ましくない。また、光源部１５において、凸レンズ２１によって生じる配光曲線Ｆは、流路部材１３における光源部１５側の一端の端面と、流路部材１３の内面との角を通過する。

また、凸レンズ２１の外径をＹ［ｍｍ］、凸レンズ２１の厚みをＤ［ｍｍ］としたとき、凸レンズ２１は、
Ｘ／２≦Ｙ＜Ｘ、Ｄ＞Ｌ／２ ・・・式２
を満たす。凸レンズ２１は、式１、２を満たすことにより、紫外線の屈折作用を適正に確保しながら、凸レンズ２１の出射面２１ｂと、流路部材１３における光源部１５側の一端との間の距離が狭められる。これにより、流路部材１３の流路１３ａから、第１の接続部材１７内へ流体が流れ込むときに、凸レンズ２１の出射面２１ｂの周囲に渦等の乱流が生じやすくなり、出射面２１ｂの周囲で流体を局所的に滞留させることで紫外線の照射時間を延ばし、流体に対する紫外線の照射効率が高められる。ここで、Ｙ＜Ｘ／２とすると、凸レンズ２１の出射面２１ｂの周囲に渦等の乱流が生じなくなり、出射面２１ｂの周囲で流体を局所的に滞留させることができなくなり、紫外線の照射時間が短くなり、流体に対する紫外線の照射効率が高められないため、好ましくない。一方、Ｙ≧Ｘとすると、凸レンズ２１が流路１７ａ−１、１７ａ−２に対して障壁となり、流路１３ａを流れた流体が流路１７ａ−１、１７ａ−２に到達することが難しくなるため、流体殺菌装置１を流れることができる流体の量が減少することから、好ましくない。また、Ｄ≦Ｌ／２とすると、凸レンズ２１の出射面２１ｂの周囲に渦等の乱流が生じなくなり、出射面２１ｂの周囲で流体を局所的に滞留させることができなくなり、紫外線の照射時間が短くなり、流体に対する紫外線の照射効率が高められないため、好ましくない。更に、Ｄ≦Ｌ／２とすると、ＬＥＤ２３が発する紫外線の一部が、流路部材１３の流路１３ａ内に入射せず、例えば流路１７ａ−２に到達してしまうことから、流路１３ａ内を流れる流体に対して紫外線を効率よく照射することができなくなり、好ましくない。なお、ＤのＬに対する上限は特に限定されないが、流体殺菌装置１の組立時に流路部材１３と凸レンズ２１とが接触しないことが望ましいため、Ｄ≦Ｌとすることが望ましい。

なお、光学系２０が有するレンズとしては、凸レンズ２１に限定されず、ＬＥＤ２３が発する紫外線を流路１３ａ内へ入射させるように屈折するレンズであれば、他のレンズが用いられてもよい。他のレンズとしては、例えば、紫外線を出射する出射面上において、ＬＥＤ２３が発する紫外線の光軸上に凸部が設けられたレンズ、ＬＥＤ２３から紫外線が入射する入射面上において、ＬＥＤ２３が発する紫外線の光軸上に凹部が設けられたレンズ、レンズアレイ、ロッドレンズ等が用いられてもよい。また、ロッドレンズの出射側の端部は、流路１３ａ内で乱流を生じさせるように、流路１３ａ内へ挿入されて配置されてもよく、例えば錐形状に形成されてもよい。この場合、ロッドレンズの端部を流路１３ａ内に挿入する長さを調整することにより、流路１３ａ内の光源部１５側で発生させる乱流が調整されてもよい。また、光学系２０としては、複数のレンズを組み合わせた組みレンズが用いられてもよい。

光源１６のＬＥＤ２３から出射された紫外線は、凸レンズ２１を介して屈折され、流路１３ａ内を流れる流体に対してＬＥＤ２３からの直射光が照射されると共に、図２に示す矢印のように、流路１３ａ内において反射膜１３ｂで反射されることで流路１３ａ内を流れる流体に対して反射膜１３ｂからの反射光が間接的に照射される。

第１の接続部材１７の内部には、光源１６が設けられており、流路１３ａの一端に連通する第２の流路としての流路１７ａ−１、１７ａ−２、１７ｂ−１、１７ｂ−２が光源１６の周囲に沿って形成されている。また、第１の接続部材１７の上流側フランジ１７ａには、後述する連結部材１９の一端部が固定されている。

第１の接続部材１７は、一対の上流側フランジ１７ａと下流側フランジ１７ｂを、図示しない締結部材を介して一体に締結して構成されている。上流側フランジ１７ａは、流路部材１３側に配置されており、下流側フランジ１７ｂは、光源部１５を挟んで流路部材１３とは反対側に配置されている。

第１の接続部材１７の上流側フランジ１７ａは、第２の流路として、流路１７ａ−１と、流路１７ａ−２と、を有する。上流側フランジ１７ａは、Ｏリング２５を介して流路部材１３の一端部を支持している。上流側フランジ１７ａ及び下流側フランジ１７ｂは、所定以上の熱伝導率を有する材料、例えば、腐食性に優れるステンレス鋼によって円筒状に形成されている。なお、上流側フランジ１７ａ及び下流側フランジ１７ｂは、ステンレス鋼に限らず、熱伝導率が高いアルミニウムの複合素材によって形成されてもよく、セラミックスやフィラーが混合された高熱伝導性樹脂材等によって形成されてもよい。

流路１７ａ−１は、上流側フランジ１７ａの中心付近に位置しており、流路部材１３の流路１３ａの一端と連通されている。図６に示すように、流路１７ａ−２は、流路１７ａ−１と連通されており、上流側フランジ１７ａの中心から外周側へ延びている。したがって、上流側フランジ１７ａの流路１７ａ−１及び流路１７ａ−２は、流路部材１３の流路１３ａと連通されている。

下流側フランジ１７ｂは、第２の流路として、流路１７ｂ−１と、流路１７ｂ−２と、光源部１５のＬＥＤ２３が収容される収容部として凹状の光源収容部１７ｂ−３と、を有する。光源収容部１７ｂ−３は、流路１７ｂ−１及び流路１７ｂ−２で囲まれる領域に、円形状の開口を有する凹部として形成されている。したがって、流路１７ｂ−１と流路１７ｂ−２は、第１の接続部材１７の内部に設けられた光源部１５の周囲に配置されている。光源収容部１７ｂ−３の開口は、光学系２０が有する凸レンズ２１によって気密に塞がれており、光源収容部１７ｂ−３に収容された光源１６が、流路部材１３の流路１３ａを流れる流体、流路１７ａ−２、流路１７ａ−１を流れる流体から保護されている。

図３に示すように、光源収容部１７ｂ−３の開口の内径Ｖは、凸レンズ２１の外径Ｙよりも小さく形成されており、光源収容部１７ｂ−３の開口が、凸レンズ２１の入射面２１ａで覆われている。凸レンズ２１は、例えば、接着剤によって光源収容部１７ｂ−３に固定されている。凸レンズ２１の外周縁部は、封止材等によって封止されてもよい。下流側フランジ１７ｂは、光源収容部１７ｂ−３の開口が凸レンズ２１によって塞がれた状態で上流側フランジ１７ａと連結されており、流路１７ｂ−１と、流路１７ａ−２とを接続する。

また、下流側フランジ１７ｂは、下流側流路部材９と連結されている。このように第１の接続部材１７は、例えば、流路部材１３の流路１３ａから流入した流体を、凸レンズ２１の中心付近の流路１７ａ−１、光源収容部１７ｂ−３の外周側へ向かう流路１７ａ−２、光源収容部１７ｂ−３の外周付近を通過する流路１７ｂ−１、光源１６の発光面の反対面側で光源収容部１７ｂ−３の外周側から中心付近へ延びる流路１７ｂ−２の順に経由させて、下流側流路部材９へ流出させる。

第２の接続部材１８は、円筒状に形成されており、上流側流路部材８と流路部材１３とを連結している。第２の接続部材１８は、Ｏリング２５を介して流路部材１３の他端部を支持している。第２の接続部材１８の外周部には、後述する連結部材１９の他端部が固定されている。

図４に示すように、上流側流路部材８の流路から、流路部材１３の流路１３ａ内へ流入した流体は、図４中の矢印のように、流路１３ａ内を流れ、第１の接続部材１７の流路１７ａ−１、流路１７ａ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ｂ−２を経由し、下流側流路部材９の流路へ流出される。第１の接続部材１７へ流入した流体は、流路１７ａ−１、流路１７ａ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ｂ−２の経路を通過する際に、光源収容部１７ｂ−３に収容された光源１６が発する熱を奪いながら、下流側流路部材９へ流出される。

すなわち、流路１３ａにおいて光源１６が発した紫外線が照射されることにより殺菌される流体は、流路部材１３の流路１３ａを通って、光源１６の発光面側に向かって流れ、光源１６の発光面に沿う流路１７ａ−１へ流入し、第１の接続部材１７内を流路１７ａ−１、流路１７ａ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ｂ−２の複数の経路を通過して、発光面の反対面側へ流出する。第１の接続部材１７内の流路１７ａ−１、流路１７ａ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ｂ−２の複数の経路は、光源１６の周囲に沿って延びており、光源１６の発光面側から反対面側に流体が通り抜ける。これにより、光源１６は、他の冷却手段を用いることなく、流路１７ａ−１、流路１７ａ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ｂ−２の複数の経路を通過する流体を用いて、間接的ではあるが効率的に冷却される。また、他の冷却手段を用いることなく、流路１７ａ−１、流路１７ａ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ｂ−２の複数の経路を通過する流体を用いて光源１６の冷却を行うことで、例えば、放熱フィンなどの他の冷却部材が不要となる。これにより、流体殺菌装置１を小型化することができる。

なお、光源収容部１７ｂ−３に収容された光源１６と、光源収容部１７ｂ−３との間に、例えば、アルミニウム、ステンレス等の所定以上の熱伝導率を有する熱伝導部材が設けられることが好ましい。光源１６が発した熱が、熱伝導部材を介して第１の接続部材１７内を流れる流体に伝わり、流体によって光源１６を更に効率的に冷却することができる。

また、流体殺菌装置１の流路部材１３における流体の流れ方向は、図１及び図４に示した方向に限定されるものではなく、図４に示す方向と逆方向であってもよい。すなわち、図示しないが、第１の接続部材１７が上流側流路部材８に接続され、第２の接続部材１８が下流側流路部材９に連結されてもよい。この構成の場合、上流側流路部材８から第１の接続部材１７へ流入した流体が、流路１７ｂ−２、流路１７ｂ−１、流路１７ａ−２、流路１７ａ−１の順に経由して流路１３ａ内を流れて、下流側流路部材９の流路へ流出される。このように流体の流れ方向を限定しないことは、後述する第２の実施形態及び第３の実施形態においても同様である。

また、図２及び図４では、流路部材１３は、流路１３ａにおける流体の流れ方向が、光源部１５の光源１６の発光面に対して略垂直に配置されているが、垂直に限定されず、流路１３ａの流れ方向が、光源１６の発光面に対して、所定の角度をなす構成、あるいは、角度を任意に調整可能な構成であってもよい。

連結部材１９は、例えば、ステンレス等の金属材料によって、流路部材１３を内部に収容する円筒状に形成されており、流路部材１３の外周を覆って保護するカバー部材としても機能する。連結部材１９の両端部には、フランジ部１９ａが形成されている。連結部材１９の一端部側のフランジ部１９ａは、第１の接続部材１７の上流側フランジ１７ａにおける流路部材１３側の側面、すなわち流路部材１３における流体の流れ方向に直交する面に、例えば、ボルト等の締結部材２７を介して固定されている。同様に、連結部材１９の他端部側のフランジ部１９ａは、第２の接続部材１８における流路部材１３側の側面、すなわち流路部材１３における流体の流れ方向に直交する面に、締結部材２７を介して固定されている。このように第１の接続部材１７と第２の接続部材１８は、連結部材１９を介して互いに連結されることで、第１の接続部材１７と第２の接続部材１８との間に挟まれた流路部材１３の両端の支持状態が補強されている。

（流体殺菌装置の要部のＩ−Ｉ断面（Ａ方向））
図５は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置１の要部において、流路部材１３を流体が流れる方向に直交するＩ−Ｉ断面をＡ方向から見た断面図である。

図２及び図４において、Ｉ−Ｉ断面を図中のＡ方向から見ると、図５に示すように、下流側フランジ１７ｂ及び光源１６が配置されている。図２及び図４におけるＩ−Ｉ断面をＡ方向から見たとき、図５に示すように、下流側フランジ１７ｂは、円形状であり、その中心付近に、凹状の光源収容部１７ｂ−３を有する。そして、光源収容部１７ｂ−３には、光源１６が、ＬＥＤ２３からの紫外線の照射方向が流路１３ａ側に向くように収容されている。

また、光源収容部１７ｂ−３の周囲には、複数の流路１７ｂ−１が、ＬＥＤ２３を中心とする同心円状に沿って間隔をあけて設けられている。複数の流路１７ｂ−１は、下流側フランジ１７ｂにおいて、光源１６を囲んだ周辺に光源１６の発光面側から反対面側まで貫通する貫通孔によって形成されている。

なお、基板２４上に実装されるＬＥＤ２３の個数、及び流路１７ｂ−１の個数は、図５に示す個数に限定されるものではなく、必要に応じて変更されてよい。

（流体殺菌装置の要部のＩ−Ｉ断面（Ｂ方向））
図６は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置１の要部において、流路部材１３を流体が流れる方向に直交するＩ−Ｉ断面をＢ方向から見た断面図である。

図２及び図４において、Ｉ−Ｉ断面を図中のＢ方向から見ると、図６に示すように、上流側フランジ１７ａ及び凸レンズ２１が配置されている。図２及び図４におけるＩ−Ｉ断面を図中のＢ方向から見たとき、図６に示すように、上流側フランジ１７ａは、円形状であり、その中心付近に流路１３ａと連通される断面円形状の流路１７ａ−１と、流路１７ａ−１から、上流側フランジ１７ａの外周側へ向かって放射状に延びる複数の流路１７ａ−２と、を有する。また、第１の接続部材１７の内部において、凸レンズ２１は、流路１７ａ−１及び流路１７ａ−２に隣接して配置されている。

第１の接続部材１７は、一対の上流側フランジ１７ａと下流側フランジ１７ｂとを連結することで、図６に示す各流路１７ａ−２の放射状に延びる先端部分と、位置が対応する図５に示す各流路１７ｂ−１とがそれぞれ接続される。

上述したように第１の実施形態の流体殺菌装置１は、流路部材１３の一端に接続されると共に光源部１５が設けられ、ＬＥＤ２３が収容される光源収容部１７ｂ−３を有する第１の接続部材１７と、光源収容部１７ｂ−３の開口を塞いで設けられ、ＬＥＤ２３が発する紫外線を、流路１３ａ内へ入射するように屈折させる光学系２０と、を備える。これにより、光源収容部１７ｂ−３の開口の縁部近傍へ向かう紫外線が流路１３ａ内へ入射せずに損失することが抑えられるので、流路１３ａ内の流体に対する紫外線の照射効率を高めることができる。

また、流体殺菌装置１が有する流路部材１３の外周面には、ＬＥＤ２３が発する紫外線を流路１３ａ内へ反射する反射膜１３ｂが設けられている。これにより、光学系２０を介して流路１３ａ内へ入射した紫外線を、流路１３ａ内の流体へ更に効率的に照射することができる。

また、流体殺菌装置１における光学系２０が有する凸レンズ２１は、流路部材１３の内径をＸ、流路部材１３の長さ方向において流路部材１３の光源部１５側の一端から、ＬＥＤ２３から紫外線が入射する凸レンズ２１の入射面２１ａまでの距離をＬとしたとき、ＬＥＤ２３が発する紫外線の半値角αが、０＜α＜２ｔａｎ^−１（Ｘ／２Ｌ）を満たすように形成されている。これにより、凸レンズ２１を用いて、ＬＥＤ２３が発する紫外線を流路１３ａ内へ適正に入射させることができる。

また、流体殺菌装置１が有する凸レンズ２１は、凸レンズ２１の外径をＹ、凸レンズ２１の厚みをＤとしたとき、Ｘ／２≦Ｙ＜Ｘ、Ｄ＞Ｌ／２を満たす。これにより、流路部材１３の流路１３ａから、第１の接続部材１７内へ流体が流れ込むときに、凸レンズ２１の出射面２１ｂの周囲に乱流が生じやすくなる。このため、凸レンズ２１近傍で流体を局所的に滞留させることで紫外線の照射時間を延ばし、流体に対する紫外線の照射効率を更に高めることができる。

以下、他の実施形態の流体殺菌装置について図面を参照して説明する。他の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部材には、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す断面図である。第２の実施形態は、連結部材の内面で紫外線を反射する点が、第１の実施形態と異なる。図７に示すように、第２の実施形態の流体殺菌装置２が備える連結部材１９Ａは、紫外線透過性を有する流路部材１３Ａを内部に収容する円筒状に形成されており、内周面全体に、流路部材１３Ａを透過した紫外線を流路部材１３Ａの流路１３ａへ反射する反射面としての反射膜１９ｂが形成されている。

反射膜１９ｂとしては、例えば、シリカ膜やアルミニウム蒸着膜が用いられている。連結部材１９Ａは、反射膜１９ｂを有する点が、上述の連結部材１９と異なる。また、流路部材１３Ａは、紫外線透過性を有する材料によって形成されており、反射膜１３ｂを有していない点が、上述の流路部材１３と異なる。したがって、第２の実施形態では、光源１６が発した紫外線が流路部材１３Ａの流路１３ａ内へ入射し、流路部材１３Ａを透過した後に、連結部材１９Ａの反射膜１９ｂで反射される。反射膜１９ｂで反射された紫外線の反射光は、流路部材１３Ａを透過して、流路部材１３Ａの流路１３ａ内を流れる流体に照射される。

第２の実施形態においても、光学系２０を有することにより、第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ２３が発した紫外線のうち、流路１３ａ内へ入射されない紫外線の損失が抑えられるので、流路１３ａ内の流体に対する紫外線の照射効率を高めることができる。また、流路部材１３Ａを透過した紫外線が、連結部材１９Ａの反射膜１９ｂによって流路１３ａ内へ反射されるので、流路１３ａ内の流体に対する紫外線の照射効率を更に高めることができる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す断面図である。第３の実施形態は、流路部材１３の長手方向の両側に、光源１６がそれぞれ配置された点が、第１の実施形態と異なる。図８に示すように、第３の実施形態の流体殺菌装置３は、第２の接続部材１８Ａと、連結部材１９Ｂと、を備える。第２の接続部材１８Ａの内部には、上述した第１の接続部材１７の内部の光源１６とは別の光源１６が設けられている。また、第２の接続部材１８Ａの内部には、上述した第１の接続部材１７と同様に、流路１３ａの上流側の一端に連通する第３の流路としての流路１７ａ−１、１７ａ−２、１７ｂ−１、１７ｂ−２が光源１６の周囲に沿って形成されている。連結部材１９Ｂの両端部には、第１の接続部材１７と第２の接続部材１８Ａに固定されるフランジ部１９ａがそれぞれ形成されている。

第３の実施形態によれば、第２の接続部材１８Ａが光源１６を有することで、第１の接続部材１７のみに光源１６を有する第１の実施形態、第２の実施形態と比べて、流路１３ａ内の流体の殺菌効果を更に高めることができる。また、第３の実施形態においても、第１の接続部材１７及び第２の接続部材１８Ａが光学系２０をそれぞれ有することにより、第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ２３が発した紫外線のうち、流路１３ａ内へ入射されない紫外線の損失が抑えられるので、流路１３ａ内の流体に対する紫外線の照射効率を高めることができる。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 流体殺菌装置
１３ 流路部材
１３ａ 流路（第１の流路）
１３ｂ 反射膜（反射面）
１５ 光源部
１６ 光源
１７ 第１の接続部材（接続部材）
１７ａ 上流側フランジ
１７ｂ 下流側フランジ
１７ａ−１、１７ａ−２、１７ｂ−１、１７ｂ−２ 流路（第２の流路）
１７ｂ−３ 光源収容部（収容部）
２１ 凸レンズ（光学系）
２１ａ 入射面
２１ｂ 出射面
２３ ＬＥＤ（発光素子）

Claims (2)

1. 流体を流すための第１の流路を有する流路部材と；
   前記第１の流路の、前記流体の流れ方向に交差する流路断面に対向して配置され、前記第１の流路内へ紫外線を照射する発光素子を有する光源部と；
   前記流路部材の一端に接続されると共に前記光源部が設けられ、前記光源部の周囲に配置されて前記第１の流路に連通する第２の流路と、前記発光素子が収容される収容部と、を有する接続部材と；
   前記収容部の開口を塞いで設けられ、前記発光素子が発する紫外線を、前記第１の流路内へ入射するように屈折させる凸レンズを有する光学系と；を具備し、
   前記流路部材の内径をＸ、前記流路部材の長さ方向において前記流路部材の前記一端から、前記発光素子から紫外線が入射する前記凸レンズの入射面までの距離をＬとしたとき、前記凸レンズは、前記発光素子が発する紫外線の半値角αが、
   ０＜α＜２ｔａｎ ^−１ （Ｘ／２Ｌ）
   を満たすように形成され、
   前記凸レンズの外径をＹ、前記凸レンズの厚みをＤとしたとき、前記凸レンズは、
   Ｘ／２≦Ｙ＜Ｘ、Ｄ＞Ｌ／２
   を満たす、流体殺菌装置。
2. 前記流路部材の外周面には、前記発光素子が発する紫外線を前記第１の流路内へ反射する反射面が設けられている、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。

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