JP7724174B2 - 流体殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

水などの流体に紫外光を照射して流体を殺菌する流体殺菌装置が知られている。このような装置では、例えば、流路内壁面に紫外光反射率が高い材料が使用され、流路内を透過した紫外光の光量を計測する受光部が設けられる（例えば、特許文献１参照）。

特許６８１００１２号公報

流路内を透過した紫外光の計測結果が変化する原因として、例えば、流路内を流れる流体の透過率の変化と、流路内壁面の汚れによる紫外光反射率の変化とがある。流体殺菌装置の状態を適切にモニタリングするためには、計測結果に影響する複数の原因を切り分けできることが好ましい。

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、モニタリング精度を高めた流体殺菌装置を提供することにある。

本発明のある態様の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が流れる直管と、直管の第１端部側に配置される光源窓と、光源窓越しに直管の内部に紫外光を照射する光源と、直管の第１端部とは反対側の第２端部側に配置される計測窓と、計測窓を透過した紫外光を計測する計測装置と、を備える。計測装置は、紫外光の光量を計測する光センサと、計測窓と光センサの間に設けられ、光源から光センサに向けて延びる光軸上に配置される第１開口を有する第１絞りと、第１絞りと光センサの間に設けられ、光軸上に配置される第２開口を有する第２絞りと、を含み、第１端部から第１絞りまでの第１距離Ｌ１、第１絞りから第２絞りまでの第２距離Ｌ２、第１端部における直管の内径φ０、第１開口の第１開口径φ１、および、第２開口の第２開口径φ２を用いて表される条件式（φ０－φ１）／Ｌ１≧（φ１＋φ２）／Ｌ２を充足可能である。

本発明によれば、モニタリング精度を高めた流体殺菌装置を提供できる。

第１実施形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 計測装置によって計測される直接光成分を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 第３実施形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 第１絞りの構成を概略的に示す平面図である。

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。説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る流体殺菌装置１０の構成を概略的に示す図である。流体殺菌装置１０は、矢印Ａで示されるように直管１２の内部を流れる流体に対して紫外光Ｂを照射して殺菌処理を施す。流体殺菌装置１０は、直管１２と、第１筐体１４と、第２筐体１６と、光源窓１８と、光源２０と、計測窓２２と、計測装置２４と、制御装置２６とを備える。

直管１２は、殺菌対象の流体が流れる処理流路２８を区画する。処理流路２８は、直管１２の内部空間である。直管１２は、第１端部３０および第２端部３２を有する。第１端部３０には第１筐体１４が設けられ、第２端部３２には第２筐体１６が設けられる。直管１２は、紫外光に対する耐久性および反射率が高い材料から構成される。直管１２は、直管１２の内部から外部に向けて紫外光を透過する材料から構成される。このような材料としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの白色のフッ素樹脂が挙げられる。直管１２は、例えば、側壁３４の厚さが３ｍｍ以上のＰＴＦＥから構成される。直管１２の内径φ０は、特に限られないが、例えば１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよい。直管１２の長さＬ０は、特に限られないが、例えば、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であり、２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であってもよい。

図面の理解を助けるため、直管１２の第１端部３０から第２端部３２に向かう方向を「長手方向」または「軸方向」ともいう。また、直管１２の中心軸から離れる方向を「径方向」ともいい、直管１２の中心軸周りの方向を「周方向」ともいう。

第１筐体１４は、直管１２の外側に設けられる第１連通室３６および光源室３８を区画する。第１連通室３６と光源室３８の間は、光源窓１８により仕切られる。第１筐体１４は、第１流通口４０を有する。第１流通口４０は、直管１２の長手方向と交差する方向に開いており、例えば径方向に開口している。第１流通口４０には第１流通管４２が接続されている。第１流通管４２は、第１流通口４０から径方向外側に延びている。第１連通室３６は、処理流路２８と第１流通口４０の間をつなぐ。第１連通室３６は、直管１２の第１端部３０と、第１端部３０に対向する光源窓１８との間の第１隙間４４を通じて処理流路２８と連通する。第１連通室３６は、直管１２の外側の全周にわたって設けられる。

第２筐体１６は、直管１２の外側に設けられる第２連通室４６および計測室４８を区画する。第２連通室４６と計測室４８の間は、計測窓２２により仕切られる。第２筐体１６は、第２流通口５０を有する。第２流通口５０は、直管１２の長手方向と交差する方向に開いており、例えば径方向に開口している。第２流通口５０には第２流通管５２が接続されている。第２流通管５２は、第２流通口５０から径方向外側に延びている。第２連通室４６は、処理流路２８と第２流通口５０の間をつなぐ。第２連通室４６は、直管１２の第２端部３２と、第２端部３２に対向する計測窓２２との間の第２隙間５４を通じて処理流路２８と連通する。第２連通室４６は、直管１２の外側の全周にわたって設けられる。

第１筐体１４および第２筐体１６は、紫外光に対する耐久性および反射率が高い材料で構成されることが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂で構成することができる。第１筐体１４および第２筐体１６の材料として、ＰＴＦＥよりも紫外光反射率の低いＰＶＤＦを用いることで、第１連通室３６および第２連通室４６の内面にて紫外光が反射され、第１流通口４０および第２流通口５０を通じて第１筐体１４および第２筐体１６の外部に向かう紫外光の強度を低減できる。

図１の構成では、第１筐体１４を流入側とし、第２筐体１６を流出側としている。つまり、第１流通口４０を流入口とし、第１流通管４２を流入管とし、第２流通口５０を流出口とし、第２流通管５２を流出管としている。別の実施の形態では、流入側と流出側を逆にしてもよい。つまり、第１流通口４０を流出口とし、第１流通管４２を流出管とし、第２流通口５０を流入口とし、第２流通管５２を流入管としてもよい。

光源窓１８は、直管１２の第１端部３０側に設けられる。光源窓１８は、光源２０と第１端部３０の間に設けられ、第１隙間４４を挟んで第１端部３０と軸方向に対向するように配置される。光源窓１８は、紫外光の透過率が高い材料で構成され、例えば石英ガラス（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などで構成される。

光源２０は、光源室３８に設けられる。光源２０は、複数の発光素子５６と、基板５８とを含む。光源２０は、複数の発光素子５６を冷却するためのヒートシンク（不図示）をさらに含んでもよい。光源２０は、光源窓１８越しに処理流路２８に向けて軸方向に紫外光Ｂを照射するよう構成される。つまり、光源２０は、第１端部３０から第２端部３２に向けて直管１２の内部に紫外光Ｂを照射する。

発光素子５６は、いわゆるＵＶ－ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）である。発光素子５６は、発光のピーク波長が３００ｎｍ以下であり、殺菌効率の高い２６０ｎｍ～２９０ｎｍの波長範囲から選択される紫外光を発する。複数の発光素子５６は、基板５８の実装面上にアレイ状に並べられ、軸方向に紫外光Ｂを照射するように配置される。複数の発光素子５６は、例えば円形や矩形状の基板５８の実装面上に等間隔となるように二次元アレイ状に配置される。

計測窓２２は、直管１２の第２端部３２側に設けられる。計測窓２２は、計測装置２４と第２端部３２の間に設けられ、第２隙間５４を挟んで第２端部３２と軸方向に対向するように配置される。計測窓２２は、光源窓１８と同様、紫外光の透過率が高い材料で構成され、例えば石英ガラス（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などで構成される。

計測装置２４は、計測室４８に設けられる。計測装置２４は、処理流路２８の内部を通過して計測窓２２を透過した紫外光を計測する。計測装置２４は、第１絞り６０と、第２絞り６２と、光センサ６４とを含む。計測装置２４は、光軸Ｃ上に配置される。光軸Ｃは、光源２０から光センサ６４に向けて延びる。光軸Ｃは、例えば、直管１２の中心軸に一致する。光軸Ｃは、直管１２の中心軸と厳密に一致しなくてもよく、直管１２の中心軸から径方向にずれて設定されてもよいし、直管１２の中心軸に対して傾斜するように設定されてもよい。

第１絞り６０は、計測窓２２の近くに配置される。第１絞り６０は、例えば、計測窓２２に隣接して配置される。第１絞り６０は、計測窓２２から離れて配置されてもよい。第１絞り６０は、光軸Ｃ上に配置される第１開口６６を有する。第１絞り６０は、計測窓２２を透過する紫外光のうち、光軸Ｃ上の第１開口６６と重なる領域の紫外光を通過させ、第１開口６６と重ならない領域の紫外光を遮蔽する。

第１開口６６の開口径φ１（第１開口径φ１ともいう）は、直管１２の内径φ０よりも小さい。第１開口径φ１は、例えば、直管１２の内径φ０の０．１％以上５０％以下であり、１％以上２０％以下であってもよい。第１開口径φ１は、例えば０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。

第２絞り６２は、光センサ６４の近くに配置され、第１絞り６０から離れて配置される。第２絞り６２は、例えば光センサ６４の計測面７０に隣接して配置される。第２絞り６２は、光センサ６４の計測面７０から離れて配置されてもよい。第２絞り６２は、光軸Ｃ上に配置される第２開口６８を有する。第２絞り６２は、第１絞り６０の第１開口６６を通過する紫外光のうち、光軸Ｃ上の第２開口６８と重なる領域の紫外光を通過させ、第２開口６８と重ならない領域の紫外光を遮蔽する。

第２開口６８の開口径φ２（第２開口径φ２ともいう）は、直管１２の内径φ０よりも小さい。第２開口径φ２は、例えば、直管１２の内径φ０の０．１％以上５０％以下であり、１％以上２０％以下であってもよい。第２開口径φ２は、例えば０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。第２開口径φ２は、第１開口径φ１と同じであってもよい。第２開口径φ２は、第１開口径φ１より小さくてもよいし、第１開口径φ１より大きくてもよい。

光センサ６４は、計測面７０を有し、計測面７０に入射する紫外光の光量を計測する。光センサ６４は、例えば、紫外光を検出可能なフォトダイオードを含む。光センサ６４は、計測窓２２を透過する紫外光のうち、第１開口６６および第２開口６８を通過する紫外光のみを計測する。光センサ６４の計測結果は、制御装置２６に送信される。

計測装置２４は、第１端部３０から第１絞り６０までの第１距離Ｌ１、第１絞り６０から第２絞り６２までの第２距離Ｌ２、第１端部３０における直管１２の内径φ０、第１開口径φ１および第２開口径φ２を用いて表される、以下の条件式（１）を充足するように構成される。
（φ０－φ１）／Ｌ１≧（φ１＋φ２）／Ｌ２ …（１）
図１の例において、第１距離Ｌ１は、直管１２の軸方向の長さＬ０と、第２隙間５４の軸方向の幅ｄと、計測窓２２の厚さｔの合計に相当し、Ｌ１＝Ｌ０＋ｄ＋ｔである。

上記条件式（１）を充足するように計測装置２４を構成することにより、光源２０から出射する紫外光Ｂのうち、直管１２の内面７２にて反射することなく、光センサ６４に到達する直接光成分のみを計測できる。言い換えれば、光源２０から出射する紫外光Ｂのうち、直管１２の内面７２にて少なくとも１回反射してから計測窓２２に到達する反射光成分を第１絞り６０および第２絞り６２を用いて遮断できる。

図２は、計測装置２４によって計測される直接光成分７４を模式的に示す断面図である。図２は、説明を簡略化するために図１に示される流体殺菌装置１０の構成要素の一部のみを示している。図２において網掛けの範囲により示される直接光成分７４は、光源２０から出射する紫外光のうち、直管１２の内面７２にて反射することなく第１開口６６を通過する光成分である。第２開口６８は、第１開口６６を通過する直接光成分７４の少なくとも一部のみを通過させ、直接光成分７４とは異なる反射光成分７６を遮蔽するように、第２開口径φ２および第２距離Ｌ２が設定される。

図２に示される幾何学的な配置から、第２絞り６２に入射する直接光成分７４の直径φ３について、以下の式（２）が成立する。
（φ０－φ１）／Ｌ１＝（φ１＋φ３）／Ｌ２ …（２）
第２開口６８が直接光成分７４の少なくとも一部のみを通過させるためには、第２絞り６２に入射する直接光成分７４の直径φ３以下となるように第２開口系φ２を設定すればよい（つまり、φ３≧φ２）。φ３≧φ２を上記式（２）に代入すれば、上記条件式（１）を得ることができる。

上記条件式（１）を変形すると、第２距離Ｌ２に関する下記式（３）が得られる。
Ｌ２≧Ｌ１×（φ１＋φ２）／（φ０－φ１） …（３）
一例として、φ０＝３０ｍｍ、φ１＝５ｍｍ、φ２＝５ｍｍとすると、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２の関係性は、Ｌ２≧Ｌ１×０．４となり、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１の４０％以上とすればよい。例えば、Ｌ１＝３００ｍｍであれば、Ｌ２を１２０ｍｍ以上とすればよい。なお、光センサ６４にて計測される直接光成分７４の光量を増やす観点から、上記条件式（１）を満たす範囲において、第２距離Ｌ２をできるだけ小さくすることが好ましい。第２距離Ｌ２は、例えば、Ｌ１×（φ１＋φ２）／（φ０－φ１）の２倍以下であることが好ましく、１．５倍以下、１．２倍以下または１．１倍以下であってもよい。

上記条件式（１）を変形すると、第１開口径φ１に関する下記式（４）が得られる。
φ１≦（Ｌ２×φ０－Ｌ１×φ２）／（Ｌ１＋Ｌ２） …（４）
一例として、Ｌ１＝３００ｍｍ、Ｌ２＝６０ｍｍ、φ０＝３０ｍｍ、φ２＝４ｍｍとすると、φ１≦１．６６ｍｍとなる。なお、光センサ６４にて計測される直接光成分７４の光量を増やす観点から、上記条件式（４）を満たす範囲において、第１開口径φ１をできるだけ大きくすることが好ましい。第１開口径φ１は、例えば、（Ｌ２×φ０－Ｌ１×φ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）の０．５以上であることが好ましく、０．８倍以上、０．９倍以上または０．９５倍以上であってもよい。

上記条件式（１）を変形すると、第２開口径φ２に関する下記式（５）が得られる。
φ２≦｛Ｌ２×φ０－（Ｌ１＋Ｌ２）×φ１｝／Ｌ１ …（５）
一例として、Ｌ１＝３００ｍｍ、Ｌ２＝６０ｍｍ、φ０＝３０ｍｍ、φ１＝１ｍｍとすると、φ２≦４．８ｍｍとなる。なお、光センサ６４にて計測される直接光成分７４の光量を増やす観点から、上記条件式（５）を満たす範囲において、第２開口径φ２をできるだけ大きくすることが好ましい。第２開口径φ２は、例えば、｛Ｌ２×φ０－（Ｌ１＋Ｌ２）×φ１｝／Ｌ１の０．５以上であることが好ましく、０．８倍以上、０．９倍以上または０．９５倍以上であってもよい。

なお、第１開口径φ１と第２開口径φ２が同一とすると、下記式（６）が得られる。
φ１＝φ２≦φ０×Ｌ２／（２×Ｌ１＋Ｌ２） …（６）
一例として、Ｌ１＝３００ｍｍ、Ｌ２＝６０ｍｍとすると、φ１＝φ２≦φ０×１／１１となり、第１開口径φ１および第２開口径φ２を直管１２の内径φ０の１／１１以下とすればよい。例えば、φ０＝３０ｍｍであれば、第１開口径φ１および第２開口径φ２を２．７２ｍｍ以下とすればよい。なお、光センサ６４にて計測される直接光成分７４の光量を増やす観点から、上記条件式（６）を満たす範囲において、第１開口径φ１および第２開口径φ２をできるだけ大きくすることが好ましい。第１開口径φ１および第２開口径φ２は、例えば、φ０×Ｌ２／（２×Ｌ１＋Ｌ２）の０．５以上であることが好ましく、０．８倍以上、０．９倍以上または０．９５倍以上であってもよい。

制御装置２６は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）などの集積回路を含む。制御装置２６は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現できる。制御装置２６は、ハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

制御装置２６は、計測装置２４の計測結果を用いて光源２０の動作を制御する。制御装置２６は、流体殺菌装置１０の動作時、つまり、処理流路２８の内部を流体が流れている状態において、光センサ６４の測定結果が所定値となるように光源２０を駆動する。これにより、処理流路２８を流れる流体に所望の強度の紫外光が照射されるようにする。

制御装置２６は、計測装置２４によって測定された直接光成分７４の計測結果を用いて、流体の透過率を算出する。制御装置２６は、例えば、流体殺菌装置１０の非動作時における光センサ６４の計測結果Ｉａと、流体殺菌装置１０の動作時における光センサ６４の計測結果Ｉｂとを用いて、透過率Ｔ＝Ｉｂ／Ｉａを算出する。非動作時における計測結果Ｉａは、透過率Ｔを算出するための参照値である。参照値Ｉａは、処理流路２８の内部に流体が存在しない状態において計測されてもよいし、処理流路２８の内部に既知の透過率の流体（例えば、汚れのない純水）が存在する状態において計測されてもよい。参照値Ｉａは、流体殺菌装置１０の使用開始前の初期状態において計測されてもよいし、流体殺菌装置１０の使用開始後における任意のタイミングにおいて計測されてもよい。

制御装置２６は、透過率Ｔ＝ｅｘｐ（－αＬ）の式を用いて、流体の吸収係数αを算出してもよい。ここで、経路長Ｌは、処理流路２８の長さであり、例えば、直管１２の長さＬ０を用いることができる。なお、経路長Ｌは、直管１２の長さＬ０、第１隙間４４の幅ｄおよび第２隙間５４の幅ｄの合計Ｌ０＋２ｄであってもよい。

本実施形態によれば、計測装置２４によって直接光成分７４のみの光量を計測できるため、計測装置２４の測定結果に基づいて流体の透過率Ｔの算出精度を高めることができる。計測装置２４に第１絞り６０および第２絞り６２が含まれない場合、光センサ６４は、直接光成分７４と反射光成分７６を合計した光量を計測する。反射光成分７６は、直管１２の内面７２にて反射されているため、内面７２の汚れに起因する反射率の変化の影響を受ける。また、反射光成分７６は、処理流路２８の内部を光軸Ｃに対して斜めに進行するため、直接光成分７４に比べて流体の内部を通過する経路が長く、流体の透過率の変化の影響をより多く受ける。一方、直接光成分７４は、処理流路２８の内部を光軸Ｃに沿って進行するため、流体の内部を通過する経路長のばらつきが少ない。そのため、Ｔ＝ｅｘｐ（－αＬ）を用いて吸収係数αを算出した場合に、経路長Ｌのばらつきによって生じうる吸収係数αの誤差を低減できる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る流体殺菌装置１０Ａの構成を概略的に示す断面図である。第２実施形態では、第２距離Ｌ２が可変となるように計測装置２４Ａが構成される点で、上述の第１実施形態と相違する。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。

流体殺菌装置１０Ａは、直管１２と、第１筐体１４と、第２筐体１６と、光源窓１８と、光源２０と、計測窓２２と、計測装置２４Ａと、制御装置２６Ａとを備える。直管１２、第１筐体１４、第２筐体１６、光源窓１８、光源２０および計測窓２２は、第１実施形態と同様に構成される。

計測装置２４Ａは、第１絞り６０と、第２絞り６２と、光センサ６４と、駆動機構８０Ａとを含む。第１絞り６０、第２絞り６２および光センサ６４は、第１実施形態と同様に構成される。

駆動機構８０Ａは、第２絞り６２および光センサ６４を光軸Ｃに沿って移動させ、第１絞り６０から第２絞り６２までの第２距離Ｌ２を可変にする。駆動機構８０Ａは、第２絞り６２のみを移動させ、光センサ６４を移動させないように構成されてもよい。駆動機構８０Ａは、第１絞り６０と第２絞り６２が接触して第２距離Ｌ２を実質的にゼロにできるように構成されてもよい。

駆動機構８０Ａは、少なくとも第２絞り６２を移動させることにより、上記条件式（１）を充足する第１状態と、上記条件式（１）を充足しない第２状態との間で、第２距離Ｌ２を可変にするよう構成される。上記式（３）より、第２距離Ｌ２を大きくすることで第１状態とし、第２距離Ｌ２を小さくすることで第２状態とすることができる。第１状態は、駆動機構８０Ａによる第２距離Ｌ２の可変範囲において第２距離Ｌ２が最大となる状態であってもよい。第２状態は、駆動機構８０Ａによる第２距離Ｌ２の可変範囲において第２距離Ｌ２が最小となる状態であってもよい。

制御装置２６Ａは、駆動機構８０Ａの動作を制御する。制御装置２６Ａは、流体殺菌装置１０Ａの動作時に第１状態の光センサ６４によって計測される第１計測結果Ｉ１ｂを取得する。制御装置２６Ａは、第１計測結果Ｉ１ｂを用いて、流体の透過率Ｔや吸収係数αを算出してもよい。制御装置２６Ａは、流体殺菌装置１０Ａの非動作時に第１状態の光センサ６４によって計測される計測結果Ｉ１ａ（第１参照値Ｉ１ａともいう）を用いて、透過率Ｔ＝Ｉ１ｂ／Ｉ１ａを算出してもよい。制御装置２６Ａは、透過率Ｔ＝Ｉ１ｂ／Ｉ１ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）により、流体の吸収係数αを算出してもよい。

制御装置２６Ａは、流体殺菌装置１０Ａの動作時に第２状態の光センサ６４によって計測される第２計測結果Ｉ２ｂをさらに取得する。制御装置２６Ａは、第１計測結果Ｉ１ｂと第２計測結果Ｉ２ｂとを用いて、直管１２の内面７２に付着する汚れを検出してもよい。第２計測結果Ｉ２ｂは、直接光成分７４と反射光成分７６を含むため、第２計測結果Ｉ２ｂを用いることにより、反射光成分７６に含まれる直管１２の内面７２の汚れに起因する反射率の変化の寄与を評価できる。

例えば、第２計測結果Ｉ２ｂから第１計測結果Ｉ１ｂを引いた差分計測値ΔＩｂ＝Ｉ２ｂ－Ｉ１ｂは、主に反射光成分７６を含む。差分計測値ΔＩｂは、第２参照値Ｉ２ａから第１参照値Ｉ１ａを引いた差分参照値ΔＩａ＝Ｉ２ａ－Ｉ１ａを用いて、以下の式（７）で表すことができる。
ΔＩｂ＝ΔＩａ×ｅｘｐ（－αｋＬ）×β …（７）
ここで、第２参照値Ｉ２ａは、流体殺菌装置１０Ａの非動作時に第２状態の光センサ６４によって計測される計測結果であり、第２状態の参照値である。吸光係数αは、第１計測結果Ｉ１ｂを用いて算出される。係数ｋは、直接光成分７４の経路長Ｌに対する反射光成分７６の経路長ｋＬの比率であり、ｋ≧１である。係数βは、直管１２の内面７２の汚れによる反射率の変化を表す。係数ｋは、例えば、直管１２の内面７２の汚れがなく、係数β＝１と仮定できる状態において、処理流路２８に既知の吸収係数α１，α２を有する流体を流して差分計測値ΔＩｂを得ることにより予め算出できる。

制御装置２６Ａは、算出した係数βを用いて、直管１２の内面７２の汚れの有無を検出してもよい。制御装置２６Ａは、係数βが所定の閾値以下である場合に、直管１２の内面７２の汚れを検出してもよい。

本実施形態によれば、第２計測結果Ｉ２ｂを用いることにより、直管１２の内面７２の汚れによる反射率の変化を表す係数βの算出精度を向上できる。本実施形態によれば、直管１２の内面７２の汚れの有無をより適切に検出できる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る流体殺菌装置１０Ｂの構成を概略的に示す図である。第３実施形態では、第１開口径φ１が可変となるように計測装置２４Ｂが構成される点で、上述の実施形態と相違する。以下、第３実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。

流体殺菌装置１０Ｂは、直管１２と、第１筐体１４と、第２筐体１６と、光源窓１８と、光源２０と、計測窓２２と、計測装置２４Ｂと、制御装置２６Ｂとを備える。直管１２、第１筐体１４、第２筐体１６、光源窓１８、光源２０および計測窓２２は、第１実施形態と同様に構成される。

計測装置２４Ｂは、第１絞り６０Ｂと、第２絞り６２と、光センサ６４と、駆動機構８０Ｂとを含む。第２絞り６２および光センサ６４は、第１実施形態と同様に構成される。

第１絞り６０Ｂは、固定孔を有する固定板８２と、可動孔を有する可動板８４とを有する。可動板８４は、固定板８２と光軸Ｃが延びる方向に重なるように配置される。第１開口６６Ｂは、固定板８２に設けられる固定孔と、可動板８４に設けられる可動孔とが連通することにより形成される。可動板８４は、開口径の異なる複数の可動孔を有する。駆動機構８０Ｂは、固定板８２に対して可動板８４を移動させ、固定孔と連通する可動孔を切り替えるよう構成される。

図５は、第１絞り６０Ｂの構成を概略的に示す平面図である。固定板８２は、光軸Ｃと重なる位置に設けられる固定孔８６を有する。可動板８４は、第１可動孔８８と、第２可動孔９０とを有する。第１可動孔８８の開口径φ１１は、第２可動孔９０の開口径φ１２よりも小さい。駆動機構８０Ｂは、可動板８４を矢印Ｘで示されるように固定板８２に対してスライド移動させ、固定孔８６と第１可動孔８８が連通する第１状態と、固定孔８６と第２可動孔９０が連通する第２状態とを切り替える。固定孔８６の開口径は、第１可動孔８８および第２可動孔９０の開口径φ１１，φ１２よりも大きい。したがって、第１開口６６Ｂの第１開口径φ１は、第１可動孔８８または第２可動孔９０の開口径φ１１，φ１２によって決まる。

駆動機構８０Ｂは、上記条件式（１）を充足する第１状態と、上記条件式（１）を充足しない第２状態との間で、第１開口径φ１を可変にするよう構成される。上記式（４）より、第１開口径φ１を小さくすることで第１状態とし、第１開口径φ１を大きくすることで第２状態とすることができる。第１可動孔の開口径φ１１は、上記式（４）を充足するように設定され、φ１１≦（Ｌ２×φ０－Ｌ１×φ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）となる。一方、第２可動孔の開口径φ１２は、上記式（４）を充足しないように設定され、φ１２＞（Ｌ２×φ０－Ｌ１×φ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）となる。

制御装置２６Ｂは、駆動機構８０Ｂの動作を制御する。制御装置２６Ｂは、流体殺菌装置１０Ｂの動作時に第１状態の光センサ６４によって計測される第１計測結果Ｉ１ｂと、第２状態の光センサ６４によって計測される第２計測結果Ｉ２ｂとを取得する。制御装置２６Ｂは、第１計測結果Ｉ１ｂおよび第２計測結果Ｉ２ｂを用いて、流体の透過率Ｔ、流体の吸収係数α、直管１２の内面７２の汚れを表す係数βなどを算出できる。したがって、本実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、第１絞り６０Ｂは、図５とは異なる構成によって第１開口径φ１が可変となるよう構成されてもよい。第１絞り６０Ｂは、例えば、可動板８４をスライド移動させるのではなく回転させることにより、固定孔８６と連通する可動孔８８，９０が切り替わるよう構成されてもよい。第１絞り６０Ｂは、第１開口径φ１が連続的に可変となるように構成されてもよく、複数枚の絞り羽根を用いる虹彩絞りであってもよい。

第３実施形態の変形例として、第１絞り６０Ｂの第１開口径φ１を可変にする代わりに、第２絞り６２の第２開口径φ２を可変にしてもよい。この場合、第２絞り６２として、第１絞り６０Ｂと同様の構成を用いることができる。駆動機構８０Ｂは、上記条件式（１）を充足する第１状態と、上記条件式（１）を充足しない第２状態との間で、第２開口径φ２を可変にするよう構成してもよい。上記式（５）より、第２開口径φ２を小さくすることで第１状態とし、第２開口径φ２を大きくすることで第２状態とすることができる。

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。

以下、本発明のいくつかの態様について説明する。

本発明の第１の態様は、殺菌対象の流体が流れる直管と、前記直管の第１端部側に配置される光源窓と、前記光源窓越しに前記直管の内部に紫外光を照射する光源と、前記直管の前記第１端部とは反対側の第２端部側に配置される計測窓と、前記計測窓を透過した紫外光を計測する計測装置と、を備え、前記計測装置は、前記紫外光の光量を計測する光センサと、前記計測窓と前記光センサの間に設けられ、前記光源から前記光センサに向けて延びる光軸上に配置される第１開口を有する第１絞りと、前記第１絞りと前記光センサの間に設けられ、前記光軸上に配置される第２開口を有する第２絞りと、を含み、前記第１端部から前記第１絞りまでの第１距離Ｌ１、前記第１絞りから前記第２絞りまでの第２距離Ｌ２、前記第１端部における前記直管の内径φ０、前記第１開口の第１開口径φ１、および、前記第２開口の第２開口径φ２を用いて表される条件式（φ０－φ１）／Ｌ１≧（φ１＋φ２）／Ｌ２を充足可能である流体殺菌装置である。第１の態様によれば、条件式を充足するように計測装置を構成することにより、直管の内部を透過する直接光成分のみを計測でき、直管の内面にて反射する反射光成分を計測対象から除外できる。

本発明の第２の態様は、前記計測装置は、前記第２絞りを移動させ、前記条件式を充足する第１状態と前記条件式を充足しない第２状態との間で前記第２距離Ｌ２を可変にする駆動機構をさらに備える、第１の態様に記載の流体殺菌装置である。第２の態様によれば、条件式を充足する第１状態と条件式を充足しない第２状態とを切り替えることができるため、直接光成分のみの第１計測結果と、反射光成分を含む第２計測結果とを取得できる。

本発明の第３の態様は、前記計測装置は、前記条件式を充足する第１状態と前記条件式を充足しない第２状態との間で前記第１開口径φ１を可変にする駆動機構をさらに含む、第１の態様に記載の流体殺菌装置である。第３の態様によれば、条件式を充足する第１状態と条件式を充足しない第２状態とを切り替えることができるため、直接光成分のみの第１計測結果と、反射光成分を含む第２計測結果とを取得できる。

本発明の第４の態様は、前記計測装置は、前記条件式を充足する第１状態と前記条件式を充足しない第２状態との間で前記第２開口径φ２を可変にする駆動機構をさらに含む、第１の態様に記載の流体殺菌装置である。第４の態様によれば、条件式を充足する第１状態と条件式を充足しない第２状態とを切り替えることができるため、直接光成分のみの第１計測結果と、反射光成分を含む第２計測結果とを取得できる。

本発明の第５の態様は、前記条件式を充足するときに前記光センサによって計測される計測結果を用いて、前記直管の内部を流れる流体の透過率を算出する制御装置をさらに備える、第１から第４のいずれか一つの態様に記載の流体殺菌装置である。第５の態様によれば、直管の内部を透過する直接光成分のみの計測結果を用いて流体の透過率を算出することにより、透過率の算出精度を向上できる。

本発明の第５の態様は、前記第１状態の前記光センサによって計測される第１計測結果と、前記第２状態の前記光センサによって計測される第２計測結果とを用いて、前記直管の内面に付着する汚れを検出する制御装置をさらに備える、第２から第４のいずれか一つの態様に記載の流体殺菌装置である。第６の態様によれば、直接光成分のみの第１計測結果と、反射光成分を含む第２計測結果とを用いることにより、内面に付着する汚れの検出精度を向上できる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…流体殺菌装置、１２…直管、１８…光源窓、２０…光源、２２…計測窓、２４，２４Ａ，２４Ｂ…計測装置、２６，２６Ａ，２６Ｂ…制御装置、３０…第１端部、３２…第２端部、６０，６０Ｂ…第１絞り、６２…第２絞り、６４…光センサ、６６，６６Ｂ…第１開口、６８…第２開口、７２…内面、８０Ａ，８０Ｂ…駆動機構。

Claims (6)

1. 殺菌対象の流体が流れる直管と、
   前記直管の第１端部側に配置される光源窓と、
   前記光源窓越しに前記直管の内部に紫外光を照射する光源と、
   前記直管の前記第１端部とは反対側の第２端部側に配置される計測窓と、
   前記計測窓を透過した紫外光を計測する計測装置と、を備え、
   前記計測装置は、
   前記紫外光の光量を計測する光センサと、
   前記計測窓と前記光センサの間に設けられ、前記光源から前記光センサに向けて延びる光軸上に配置される第１開口を有する第１絞りと、
   前記第１絞りと前記光センサの間に設けられ、前記光軸上に配置される第２開口を有する第２絞りと、を含み、
   前記第１端部から前記第１絞りまでの第１距離Ｌ１、前記第１絞りから前記第２絞りまでの第２距離Ｌ２、前記第１端部における前記直管の内径φ０、前記第１開口の第１開口径φ１、および、前記第２開口の第２開口径φ２を用いて表される条件式（φ０－φ１）／Ｌ１≧（φ１＋φ２）／Ｌ２を充足可能である流体殺菌装置。
2. 前記計測装置は、前記第２絞りを移動させ、前記条件式を充足する第１状態と前記条件式を充足しない第２状態との間で前記第２距離Ｌ２を可変にする駆動機構をさらに備える、請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記計測装置は、前記条件式を充足する第１状態と前記条件式を充足しない第２状態との間で前記第１開口径φ１を可変にする駆動機構をさらに含む、請求項１に記載の流体殺菌装置。
4. 前記計測装置は、前記条件式を充足する第１状態と前記条件式を充足しない第２状態との間で前記第２開口径φ２を可変にする駆動機構をさらに含む、請求項１に記載の流体殺菌装置。
5. 前記条件式を充足するときに前記光センサによって計測される計測結果を用いて、前記直管の内部を流れる流体の紫外光透過率を算出する制御装置をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
6. 前記第１状態の前記光センサによって計測される第１計測結果と、前記第２状態の前記光センサによって計測される第２計測結果とを用いて、前記直管の内面に付着する汚れを検出する制御装置をさらに備える、請求項２から４のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。