JP6834664B2 - Fluid sterilizer - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、流体殺菌装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a fluid sterilizer.
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。 A fluid sterilizer that sterilizes a fluid by irradiating an ultraviolet ray emitted from a light emitting element of a light source unit into the flow path of a flow path member through which a fluid such as water or gas flows is known.
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。 As a fluid sterilizer, a light source portion for irradiating the flow path of the flow path member with ultraviolet rays is provided at one end of the flow path member, and the light source portion is a flow of the flow path member orthogonal to the flow direction of the fluid. A configuration has been proposed in which the components are arranged so as to face the road cross section. In such a fluid sterilizer, both ends of a flow path member having a flow path irradiated with ultraviolet rays are connected to the upstream side flow path and the downstream side flow path of the flow path member via a connecting member, respectively. A light source unit is provided inside one of the connecting members, and a flow path that flows along the periphery of the light source unit is formed.
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。 An accommodating portion for accommodating the light emitting element is provided inside the connecting member of the above-mentioned fluid sterilizer, and the opening of the accommodating portion is closed with a plate-shaped ultraviolet transmitting member. As a result, the light emitting element of the light source unit is protected from the fluid flowing around the light source unit. Therefore, among the light emitted by the light emitting element arranged in the accommodating portion, the light incident on the outer peripheral portion of the ultraviolet transmitting member does not reach the inside of the flow path of the flow path member, and the irradiation efficiency of ultraviolet rays on the fluid is lowered. There is.
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fluid sterilizer capable of increasing the irradiation efficiency of ultraviolet rays to a fluid in a flow path.
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。 The fluid sterilizer according to the embodiment is arranged so as to face a flow path member having a first flow path for flowing a fluid and a flow path cross section of the first flow path that intersects the flow direction of the fluid. A light source unit having a light emitting element that irradiates the first flow path with ultraviolet rays, and the light source unit connected to one end of the flow path member and provided with the light source unit are arranged around the light source unit. A connecting member having a second flow path communicating with the first flow path and an accommodating portion in which the light emitting element is housed, and an opening of the accommodating part are closed to emit ultraviolet rays emitted by the light emitting element. An optical system that refracts the fluid so as to enter the first flow path.
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。 According to the present invention, it is possible to increase the irradiation efficiency of ultraviolet rays to the fluid in the flow path.
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。 The fluid sterilizer according to the embodiment described below includes a flow path member, a light source unit, a connecting member, and an optical system. The flow path member has a first flow path for flowing a fluid. The light source unit is arranged so as to face the cross section of the first flow path that intersects the flow direction of the fluid. The light source unit has a light emitting element that irradiates ultraviolet rays into the first flow path. The connecting member is connected to one end of the flow path member and is provided with a light source unit. The connecting member has a second flow path that communicates with the first flow path. The second flow path is arranged around the light source unit. The connecting member has an accommodating portion in which the light emitting element is accommodated. The optical system refracts the ultraviolet rays emitted by the light emitting element so as to enter the first flow path. The optical system is provided so as to close the opening of the accommodating portion.
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。 Further, a reflective surface is provided on the outer peripheral surface of the flow path member included in the fluid sterilizer according to the embodiment described below. The reflecting surface reflects the ultraviolet rays emitted by the light emitting element into the first flow path.
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。 Further, the optical system included in the fluid sterilizer according to the embodiment described below includes a lens. Let X be the inner diameter of the flow path member. Let L be the distance from one end of the flow path member in the length direction of the flow path member to the incident surface of the lens on which ultraviolet rays are incident from the light emitting element. At this time, the lens is formed so that the half-value angle α of the ultraviolet rays emitted by the light emitting element satisfies 0 <α <2tan -1 (X / 2L).
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。 Further, the lens in the fluid sterilizer according to the embodiment described below is a convex lens. Let Y be the outer diameter of the convex lens. Let D be the thickness of the convex lens. At this time, the convex lens satisfies X / 2 ≦ Y <X, D> L / 2.
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。 Hereinafter, the fluid sterilizer according to the embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments show an example and do not limit the invention.
(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。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing the entire fluid sterilizer according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the fluid sterilizer according to the first embodiment. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a light source portion included in the fluid sterilizer according to the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the direction in which the fluid flows through the flow path member in the main part of the fluid sterilizer according to the first embodiment.
(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。
(Configuration of fluid sterilizer)
As shown in FIG. 1, in the
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Further, the
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。
The
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。
Here, as shown in FIG. 3, the
0 <α <2tan -1 (X / 2L) ・ ・ ・
It is formed to satisfy. As a result, the
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。
Further, when the outer diameter of the
X / 2≤Y <X, D> L / 2 ...
Meet. By satisfying
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。
The lens included in the
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。
The ultraviolet rays emitted from the
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。
A
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。
The first connecting
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。
The
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the inner diameter V of the opening of the light source
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。
Further, the
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。
The second connecting
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。
As shown in FIG. 4, the fluid flowing from the flow path of the upstream side
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。
That is, the fluid that is sterilized by being irradiated with the ultraviolet rays emitted by the
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。
A heat conductive member having a thermal conductivity of a predetermined value or higher, such as aluminum or stainless steel, may be provided between the
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。
Further, the flow direction of the fluid in the
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。
Further, in FIGS. 2 and 4, the
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。
The connecting
(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。
(I-I cross section (A direction) of the main part of the fluid sterilizer)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the
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。
In FIGS. 2 and 4, when the I-I cross section is viewed from the direction A in the drawing, the
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。
Further, a plurality of
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。
The number of
(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。
(I-I cross section (B direction) of the main part of the fluid sterilizer)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the
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。
In FIGS. 2 and 4, when the I-I cross section is viewed from the B direction in the drawing, the
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。
By connecting the pair of
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。
As described above, the
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。
Further, on the outer peripheral surface of the
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。
Further, the
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。
Further, the
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。 Hereinafter, the fluid sterilizer of another embodiment will be described with reference to the drawings. In other embodiments, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
(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。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of the fluid sterilizer according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that ultraviolet rays are reflected on the inner surface of the connecting member. As shown in FIG. 7, the connecting
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。
As the
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。
Also in the second embodiment, by having the
(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。
(Third Embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main part of the fluid sterilizer according to the third embodiment. The third embodiment is different from the first embodiment in that the
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。
According to the third embodiment, since the second connecting
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。 Although embodiments of the present invention have been described, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the present invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
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)
1
13b Reflective film (reflective surface)
15
17b-3 Light source accommodating part (accommodating part)
21 Convex lens (optical system)
Claims (2)
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。 With a flow path member having a first flow path for flowing a fluid;
A light source unit having a light emitting element that is arranged to face the cross section of the first flow path that intersects the flow direction of the fluid and irradiates the first flow path with ultraviolet rays;
The light source unit is provided while being connected to one end of the flow path member, and a second flow path that is arranged around the light source unit and communicates with the first flow path and the light emitting element are accommodated. With a housing and a connecting member with;
Provided closes the opening of the accommodating portion, the ultraviolet light emitting element is emitted, an optical system having a lens that refracts to be incident to the first flow path; equipped with,
When the inner diameter of the flow path member is X and the distance from one end of the flow path member to the incident surface of the convex lens into which ultraviolet rays are incident from the light emitting element is L in the length direction of the flow path member. The convex lens has a half-value angle α of ultraviolet rays emitted by the light emitting element.
0 <α <2tan -1 (X / 2L)
Formed to meet
When the outer diameter of the convex lens is Y and the thickness of the convex lens is D, the convex lens is
X / 2 ≤ Y <X, D> L / 2
Meet, fluid sterilizer.
請求項1に記載の流体殺菌装置。 On the outer peripheral surface of the flow path member, a reflection surface that reflects ultraviolet rays emitted by the light emitting element into the first flow path is provided.
The fluid sterilizer according to claim 1.
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