JP6486249B2 - 殺菌装置 - Google Patents

Description

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。

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、水などの流体を処理槽に貯えて紫外光を照射することで、流体を殺菌する装置も用いられている。紫外光を発する光源は、発光時に生じる熱の影響を受けるため、適切に冷却されながら用いられる。例えば、処理槽に貯えた水をポンプを用いて循環させることにより光源が冷却される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２０５０８２号公報

光源を適切に冷却するためには、冷却効率の高い水冷方式が望ましいが、水冷のためにポンプ等の駆動源や水冷のための経路を別途設けることとなると、部品点数の増加やポンプの駆動のための電力消費の増大につながりうる。また、医療や食品加工の現場では、すでに様々な機器が導入されていることが多く、スペース等の制約を考えると、装置は小型であることが求められる。

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、光源を冷却する手段を簡素化した小型の殺菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の殺菌装置は、下流側に排出弁が設けられる処理室と、処理室内に一時的に貯留される流体に紫外光を照射する光源と、処理室の上流側に仕切弁を介して接続される熱交換室と、を備える。熱交換室は、光源と熱的に接続される。

この態様によると、処理室に貯えられる流体に紫外光を照射して殺菌処理をする際に、処理室の上流に位置する熱交換室に流体を貯めておくことで、光源から発する熱を熱交換室の流体を利用して冷却できる。熱交換室に貯えられた流体は、次の殺菌処理の対象となるために処理室に移され、熱交換室には新たな流体が供給されるため、殺菌処理のたびに新たな流体を用いて光源を冷却することができる。したがって、本態様によれば、水冷のための循環経路を用いることなく、比較的簡素な冷却手段によって光源を好適に冷却することができる。

光源と熱交換室を熱的に接続するヒートパイプをさらに備えてもよい。

熱交換室は、処理室の鉛直上方に設けられ、ヒートパイプは、光源から熱交換室に向けて鉛直上方に延びてもよい。

処理室は、光源が発する紫外光を透過する材料で区画されてもよい。

熱交換室は、処理室を区画する材料よりも熱伝導率の高い材料で区画されてもよい。

光源、排出弁および仕切弁の動作を制御する制御装置をさらに備えてもよい。制御装置は、処理室および熱交換室の双方に流体が貯留され、かつ、排出弁および仕切弁の双方が閉鎖された状態で、光源を点灯させてもよい。

本発明の殺菌装置によれば、光源を冷却する手段を簡素化して装置を小型化できる。

実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す垂直断面図である。 図１の殺菌装置の構成を概略的に示す水平断面図である。 殺菌装置の動作の流れを示すフローチャートである。

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。

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垂直断面図であり、図２は、図１の殺菌装置１０の構成を概略的に示す水平断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面を示し、図１は、図２のＢ−Ｂ線断面を示している。殺菌装置１０は、飲料水などの流体を処理室４８に貯めて紫外光を照射し、殺菌処理を施す装置である。紫外光を照射するための光源である発光素子２０は、基板２２およびヒートパイプ２４を介して熱交換容器１４に熱的に接続されている。そのため、殺菌装置１０は、熱交換室４６に貯えられる流体によって発光素子２０を冷却しながら殺菌処理をすることができる。

殺菌装置１０は、筐体１２と、熱交換容器１４と、処理容器１６と、複数の発光素子２０と、基板２２と、ヒートパイプ２４と、流入管３０と、接続管３２と、排出管３４と、流入弁４０と、仕切弁４２と、排出弁４４と、制御装置５０とを備える。

筐体１２は、円筒形状を有し、その内部に熱交換容器１４および処理容器１６を収容する。筐体１２は、金属材料や樹脂材料など構成される。筐体１２の上端には、流入管３０が設けられ、筐体１２の下端には排出管３４が設けられる。

本明細書において、流入管３０が設けられる側を上流側といい、排出管３４が設けられる側を下流側という。筐体１２の内部において、熱交換容器１４は処理容器１６よりも上流側に設けられ、処理容器１６は熱交換容器１４よりも下流側に設けられる。また、本実施の形態において、流入管３０は鉛直上側に設けられ、排出管３４は鉛直下側に設けられる。したがって、本実施の形態において、上流側とは鉛直上方を意味し、下流側とは鉛直下方を意味する。

熱交換容器１４は、筐体１２に対応する円筒形状を有し、熱交換室４６を区画する。熱交換容器１４は、熱伝導率の高い部材で構成されることが好ましく、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料で構成される。熱交換容器１４の上流側には流入管３０が接続され、下流側には接続管３２が接続される。また、熱交換容器１４には、ヒートパイプ２４の放熱部２８が熱的に接続される。

処理容器１６は、筐体１２に対応する円筒形状を有し、処理室４８を区画する。処理容器１６は、紫外光の透過率が高い部材で構成されることが好ましく、非晶性フッ素樹脂や、石英（ＳｉＯ_２）などのガラス材料で構成される。処理容器１６の上流側には接続管３２が接続され、処理容器１６の下流側には排出管３４が接続される。また、処理容器１６の外側には、処理容器１６を取り囲むように複数の発光素子２０が設けられる。

発光素子２０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２０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。

複数の発光素子２０は、処理容器１６の外側に配置される基板２２に実装され、処理室４８の内部の流体に紫外光を照射する向きとなるように配置される。基板２２は、図１に示すように、処理容器１６の外壁に沿って鉛直方向（ｚ方向）に延在し、複数の発光素子２０は、基板２２上にｚ方向に並んで実装されている。また、複数の発光素子２０が実装される基板２２は、図２に示すように、処理容器１６の周りに周方向に位置が異なるように複数配置される。例えば、複数の基板２２は、周方向に６０度ずつ位置が異なるようにして６箇所に配置される。これにより、複数の発光素子２０は、処理室４８の全体にわたって紫外光が均等に照射されるようにする。

基板２２は、熱伝導性の高い部材で構成されることが好ましく、例えば銅やアルミニウムなどがベース材料として用いられる。基板２２には、ヒートパイプ２４の吸熱部２６が接続されている。したがって、発光素子２０の点灯時に生じる熱は、基板２２を通じてヒートパイプ２４に伝熱される。

ヒートパイプ２４は、中空構造の金属管であり、内部に揮発性の熱媒体が封止されている。ヒートパイプ２４は、吸熱部２６と放熱部２８を有し、吸熱部２６の近傍で熱媒体が気化することにより吸熱し、放熱部２８の近傍で熱媒体が凝縮することで放熱する。ヒートパイプ２４は、吸熱部２６が鉛直下方、放熱部２８が鉛直上方となる向きで設けられ、吸熱部２６が基板２２と熱的に接続され、放熱部２８が熱交換容器１４の外壁と熱的に接続される。

流入管３０には、流入弁４０が設けられる。流入弁４０を開放させることにより、殺菌処理の対象となる流体が熱交換室４６に流入する。接続管３２には、仕切弁４２が設けられる。仕切弁４２を開放させることにより、殺菌処理の対象となる流体が熱交換室４６から処理室４８に移される。また、排出管３４には、排出弁４４が設けられる。排出弁４４を閉鎖すると、処理室４８に処理対象の流体が貯留される。処理室４８にて殺菌処理が施された後、排出弁４４を開放することによって、殺菌された流体が排出管３４から流出する。

制御装置５０は、複数の発光素子２０、流入弁４０、仕切弁４２、排出弁４４の動作を制御する。制御装置５０は、流入弁４０および仕切弁４２を開放させることで、熱交換室４６や処理室４８に処理対象の流体を流入させる。制御装置５０は、仕切弁４２および排出弁４４を閉鎖させることで、処理室４８に処理対象の流体を貯留させるとともに、熱交換室４６に水冷のための流体を貯留させる。制御装置５０は、仕切弁４２を閉鎖したまま排出弁４４を開放させることで、処理室４８にて殺菌処理がなされた流体のみを外部に流出させる。

図３は、殺菌装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。排出弁４４を閉鎖し（Ｓ１０）、流入弁４０および仕切弁４２を開放して（Ｓ１２）、熱交換室４６および処理室４８に処理対象の流体を流入させる。熱交換室４６および処理室４８への流体の注入完了を待ち（Ｓ１４のＮ）、注入が完了すれば（Ｓ１４のＹ）、流入弁４０と仕切弁４２を閉鎖し（Ｓ１６）、発光素子２０を点灯させて紫外光の照射を開始させる（Ｓ１８）。殺菌処理の完了まで紫外線の照射を継続し（Ｓ２２のＮ）、殺菌処理の完了に必要な時間が経過すれば（Ｓ２２のＹ）、発光素子２０を消灯させて紫外光の照射を終了させる（Ｓ２２）。その後、処理室４８から処理済みの流体を流出させるタイミングまで待ち（Ｓ２４のＮ）、流体を流出させるタイミングとなれば（Ｓ２４のＹ）、排出弁４４を開放させて殺菌処理済みの流体を排出させる（Ｓ２６）。継続的な処理が必要であれば（Ｓ２８のＹ）、Ｓ１０〜Ｓ２６の処理を繰り返し、処理の継続が不要であれば（Ｓ２８のＮ）、本フローを終了する。

本実施の形態によれば、発光素子２０と熱交換室４６がヒートパイプ２４を介して熱的に接続されているため、熱交換室４６に貯留される流体を利用して発光素子２０を水冷することができる。熱交換室４６に貯留される流体は、処理室４８に流体を流入させる際に一緒に入れ替えがなされるため、水冷のための循環経路を設けたり、冷却水を循環させるためのポンプ等を別途設けたりする必要がない。したがって、本実施の形態によれば、光源を冷却するための手段を簡素化できるとともに水冷方式を用いた十分な冷却効果を得ることができる。

本実施の形態によれば、紫外光を照射するための処理室４８と冷却のための熱交換室４６とを別の部屋に分けることで、簡素な構造にて十分な冷却効果を得ることができる。処理室４８の壁面は、紫外線を透過させるためのフッ素樹脂や石英ガラスなどで構成されるために熱伝導率が低く、処理室４８の壁面を通じて放熱させることは難しい。また、処理室４８の内部にヒートシンクを設けたり、処理室４８の内部に光源を設けたりすることで、処理室４８を熱交換室として利用できるかもしれないが、このような構成を採用しようとすると、処理室４８を水密とするための複雑な構造が必要となる。一方、本実施の形態によれば、光源が処理室４８の外側に配置されるため、紫外光を透過する材料の容器を用意するだけで簡単に水密構造を得ることができ、簡素な構造のまま熱交換室４６による水冷効果を得ることができる。

本実施の形態によれば、熱交換室４６と処理室４８の間に仕切弁４２が設けられるため、処理室４８にて殺菌処理がなされた流体のみを流出させることができる。仮に、仕切弁４２を設けない構成とすると、紫外光が照射されていない熱交換室４６に貯留されている流体が処理済みの流体と一緒になって排出されてしまうおそれが生じる。一方、本実施の形態では、仕切弁４２によって熱交換室４６と処理室４８の間を区画しているため、処理室４８において十分に殺菌処理のなされた流体のみを流出させることができ、流出される流体に対する殺菌効果を高めることができる。

本実施の形態によれば、熱交換室４６の壁面として熱伝導率の高い銅を用いることで、銅イオンによる殺菌効果を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、銅イオンによる殺菌効果と紫外光照射による殺菌効果を組み合わせることができ、殺菌能力を高めることができる。

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。

変形例においては、流入弁４０を設けない構成としてもよい。

変形例においては、熱交換容器１４に付加的な冷却装置を設けてもよい。例えば、熱交換容器１４にペルチェ素子や、空冷のためのファンなどを付加してもよい。

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。

１０…殺菌装置、２０…発光素子、２４…ヒートパイプ、４２…仕切弁、４４…排出弁、４６…熱交換室、４８…処理室、５０…制御装置。

Claims (6)

1. 下流側に排出弁が設けられる処理室と、
   前記処理室内に一時的に貯留される流体に紫外光を照射する光源と、
   前記処理室の上流側に仕切弁を介して接続される熱交換室と、を備え、
   前記熱交換室は、前記光源と熱的に接続されることを特徴とする殺菌装置。
2. 前記光源と前記熱交換室を熱的に接続するヒートパイプ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。
3. 前記熱交換室は、前記処理室の鉛直上方に設けられ、前記ヒートパイプは、前記光源から前記熱交換室に向けて鉛直上方に延びることを特徴とする請求項２に記載の殺菌装置。
4. 前記処理室は、前記光源が発する紫外光を透過する材料で区画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。
5. 前記熱交換室は、前記処理室を区画する材料よりも熱伝導率の高い材料で区画されることを特徴とする請求項４に記載の殺菌装置。
6. 前記光源、前記排出弁および前記仕切弁の動作を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記処理室および前記熱交換室の双方に流体が貯留され、かつ、前記排出弁および前記仕切弁の双方が閉鎖された状態で、前記光源を点灯させ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。

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