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WO2014192913A1 - 水浄化装置 - Google Patents

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WO2014192913A1
WO2014192913A1 PCT/JP2014/064390 JP2014064390W WO2014192913A1 WO 2014192913 A1 WO2014192913 A1 WO 2014192913A1 JP 2014064390 W JP2014064390 W JP 2014064390W WO 2014192913 A1 WO2014192913 A1 WO 2014192913A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
water purification
light source
ultraviolet light
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/064390
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
越智鉄美
千葉敏昭
鳥井信宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikkiso Co Ltd
Original Assignee
Nikkiso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikkiso Co Ltd filed Critical Nikkiso Co Ltd
Priority to EP14804354.0A priority Critical patent/EP3006406A4/en
Publication of WO2014192913A1 publication Critical patent/WO2014192913A1/ja
Priority to US14/931,464 priority patent/US20160052802A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/026—Treating water for medical or cosmetic purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3222—Units using UV-light emitting diodes [LED]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3227—Units with two or more lamps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3228—Units having reflectors, e.g. coatings, baffles, plates, mirrors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for purifying water by irradiating ultraviolet light.
  • Water is indispensable for human life, and safe, safe and delicious water is required for drinking water.
  • sanitary and impurity-free water is produced by removing additive chemicals such as chlorine contained in tap water and performing sterilization treatment such as filtration and heat treatment.
  • sterilization treatment such as filtration and heat treatment.
  • spring water or the like it is used after appropriately sterilizing.
  • Ultraviolet light may be used as a water sterilization method.
  • ultraviolet light having a wavelength of about 254 nm which is referred to as a sterilizing line, is known to have a high sterilizing action, and an ultraviolet lamp is an example of a light source that emits such a wavelength.
  • a water sterilizer using an ultraviolet lamp there is an apparatus that keeps water hygienically by repeatedly irradiating ultraviolet light while circulating stored water (see, for example, Patent Document 1).
  • the device In the field of medical and food processing, there are many cases where various devices have already been introduced, and considering the limitations of space and the like, the device is required to be small. In addition, when incorporating into a water purifier or water server installed in a home or office, the device itself is small, so a smaller purification device is required to facilitate incorporation.
  • the present invention has been made in view of these problems, and is to provide a water purification device that is small and has high purification efficiency.
  • a water purification apparatus includes a flow path and a light source that irradiates water passing through the flow path with ultraviolet light.
  • the light source includes a light emitting diode that emits ultraviolet light included in a wavelength band of 220 nm or more and less than 300 nm, and an output in the wavelength band is 1 W or more and 50 W or less.
  • the sterilized water can be supplied in a short time as much as necessary. Further, by using a light emitting diode as a light source, the apparatus can be miniaturized and power consumption can be suppressed.
  • the flow path may allow water to flow at a flow rate of 5 mL to 250 mL per second.
  • the flow path is formed by a wall surface having a tube shape, and the wall surface is provided with a window portion that transmits ultraviolet light at least at a part thereof, and the light source is located at a position corresponding to the window portion. It may be provided.
  • the wall surface may be provided with a reflecting portion that reflects ultraviolet light at least at a part thereof.
  • the water purification apparatus of the above aspect may further include a cooling water channel that has a branch port communicating with the flow channel and a merge port, and cools the light source with water flowing from the branch port to the merge port.
  • the flow passage may have a wider cross-sectional area at the location where the light source is provided than the cross-sectional area at the inlet or outlet of the flow path.
  • the purification efficiency can be increased and the apparatus can be miniaturized.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a water purification device according to Modification 2-1. It is sectional drawing which shows the water purification apparatus which concerns on modification 2-2. It is sectional drawing which shows the water purification apparatus which concerns on the modification 2-3. It is sectional drawing which shows the water purification apparatus which concerns on modification 2-4. It is a conceptual diagram which shows the water purification system which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 shows a water purification device 100 according to the first embodiment
  • FIG. 2 shows an internal configuration of the water purification device 100.
  • a light source 30 that emits ultraviolet light is provided inside the housing 10, and the water flowing from the inlet 42 to the outlet 44 of the housing 10 is irradiated with ultraviolet light to perform sterilization treatment. Since the water purification apparatus 100 can significantly reduce the size of the apparatus by using a light emitting diode (LED) as a light source, it can be easily used in a water purifier or a water server installed in a home or office. It can be used by being incorporated in.
  • LED light emitting diode
  • the water purification device 100 includes a housing 10, a flow channel tube 20, a light source 30, a substrate 36, and a power supply unit 50.
  • the housing 10 includes a main body unit 12, a first connection unit 14, and a second connection unit 16.
  • the main body 12 has a substantially rectangular parallelepiped box shape, and is composed of a metal plate or a resin material containing iron or the like.
  • a flow channel 20 and a light source 30 are stored inside the main body 12. Since the main body 12 serves as a container for storing the light source 30 that emits ultraviolet light, it is desirable that the main body 12 be made of a material that can block ultraviolet light so as not to leak ultraviolet light to the outside of the main body 12.
  • Two openings 12 a and 12 b corresponding to the cross-sectional shape of the channel tube 20 are provided on the side surface of the main body 12.
  • the two openings 12a and 12b are provided so as to coincide with the positions where both ends of the channel tube 20 are arranged, and both ends of the channel tube 20 are inserted into the corresponding openings 12a and 12b, respectively.
  • the first connection portion 14 serving as the water inlet 42 is provided in the one opening 12a
  • the second connection portion 16 serving as the water outlet 44 is provided in the other opening 12b.
  • the first connection portion 14 is a cylindrical member, and is attached so that one end thereof communicates with the opening 12 a provided on the side surface of the main body portion 12.
  • a thread 14a is provided on the outer side of the other end of the first connection portion 14, and a pipe or the like for flowing water to be passed through the water purification device 100 can be connected.
  • the second connection portion 16 is a cylindrical member, and is attached so that one end thereof communicates with the opening 12 b provided on the side surface of the main body portion 12.
  • a thread 16a is provided on the outer side of the other end of the second connection portion 16 so that a pipe or the like for flowing water purified by the water purification device 100 can be connected.
  • the channel tube 20 is a tube-shaped member that forms a channel 40 through which water passes, and is made of a material that transmits ultraviolet light so that the water passing through the channel 40 can be irradiated with ultraviolet light. It is desirable to select a material having a high transmittance of ultraviolet light near a wavelength of 260 nm as the material of the channel tube 20. For example, if quartz (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), a fluorine resin, or the like is used Good.
  • the flow path pipe 20 is fixed inside the main body 12 by fitting the first end 22 into the opening 12a and the second end 24 into the opening 12b.
  • the flow path pipe 20 is provided with a reflecting portion 28 on a part of its wall surface.
  • the reflecting portion 28 is formed by vapor-depositing an aluminum (Al) thin film on the outside of the flow channel tube 20.
  • Al aluminum
  • the wall surface in which the reflection part 28 is not provided becomes the window part 26 which permeate
  • a plurality of light sources 30 are provided inside the main body 12 and irradiate water passing through the flow channel tube 20 with ultraviolet light.
  • an ultraviolet LED is used as the light source 30, and a light source 30 whose central wavelength or peak wavelength is included in the ultraviolet region of about 220 nm to 300 nm is used.
  • a light source 30 whose central wavelength or peak wavelength is included in the ultraviolet region of about 220 nm to 300 nm is used.
  • AlGaN aluminum gallium nitride
  • the light source 30 has a light emitting surface 32 that emits ultraviolet light and a mounting surface 34 that faces away from the light emitting surface 32.
  • a plurality of light sources 30 are arranged on the substrate 36 such that the mounting surface 34 is in contact with the substrate 36.
  • the substrate 36 to which the light source 30 is attached is provided inside the main body 12 so that the light emitting surface 32 faces the outer wall of the flow channel tube 20.
  • the substrate 36 is thermally connected to the light source 30 and the main body 12, and dissipates heat generated by the light source 30 to the outside of the housing 10.
  • the power supply unit 50 is connected to the light source 30 through the substrate 36 and supplies a driving current to the light source 30 to control light emission of the light source 30.
  • the power supply unit 50 turns on the light source 30 in accordance with the timing at which water passes through the flow channel tube 20.
  • the power supply unit 50 controls the turning on and off of the light source 30 by using, for example, a drive signal of a pump that supplies water to the water purification device 100.
  • a drive signal of a pump that supplies water to the water purification device 100.
  • an ultraviolet lamp If an ultraviolet lamp is used, it takes time from the start of energization to the lamp until the output stabilizes, but in the case of an LED, it is possible to irradiate ultraviolet light of the required output instantaneously. Therefore, the light source 30 can emit light only when water passes through the control by the power supply unit 50. Thereby, compared with the case where the light source 30 is always turned on, power consumption can be reduced and the sterilization efficiency with respect to power consumption can be improved.
  • the water purification device 100 flows in from the inlet 42, passes through the flow path 40 formed by the flow path pipe 20, and flows out from the outlet 44 by the ultraviolet light irradiated by the light source 30. Apply sterilization treatment.
  • the experiment contents of the sterilization treatment using the water purification apparatus 100 will be described.
  • the intensity distribution of ultraviolet light emitted from the light source 30 was calculated by optical simulation analysis.
  • the bactericidal effect with respect to the microbe liquid which passes the water purification apparatus 100 was investigated from the value of the intensity distribution of the obtained ultraviolet light.
  • FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the flow channel tube 20 and the light source 30 used in the experiment.
  • the light source 30 is a surface-mounted LED (manufactured by Nikkiso) that outputs ultraviolet light having a center wavelength of 280 nm and a full width at half maximum of about 10 nm and having a light emitting surface of 5 mm square.
  • the center position of the first module 46 is about 20 mm from the first end portion 22 with respect to the flow path tube 20.
  • the central position of the second module 47 was arranged at a position about 60 mm from the first end 22.
  • FIG. 4 is a diagram showing the intensity distribution of ultraviolet light in the channel tube 20 obtained by optical analysis. This figure shows the luminous flux of the ultraviolet light irradiated to each unit cell when the channel tube 20 having a length L of 80 mm is divided into 80 unit cells of 6 mm square ⁇ 1 mm.
  • a model for optical analysis was constructed corresponding to the arrangement relationship between the channel tube 20 and the light source 30 shown in FIG. 3, and the light intensity distribution irradiated to each unit cell was obtained by simulation.
  • the value shown in FIG. 4 was obtained by incorporating the total luminous flux amount per LED measured using an integrating sphere into the simulation result. Note that the graph shown in FIG. 4 corresponds to a value when a drive current of 60 mA is supplied to each LED.
  • Bacillus subtilis NBRC3134 of Bacillus subtilis (spore) was used as a strain.
  • the number of bacteria is a bacterial solution was adjusted to about 10 5 per 1mL passed through a water purification device 100 is measured by a method according to a known colony counting the number of bacteria contained in the bacterial solution before and after passage through and pass.
  • the sterilization rate was determined in As experimental conditions, the light output of the light source 30 and the flow rate of the bacterial solution passing through the flow channel tube 20 were changed, and the sterilization rate under each condition was obtained. Experimental conditions and corresponding experimental results are shown in Table 1 below.
  • the light output of the light source 30 two conditions of 144 mW corresponding to the case where a current of 60 mA was applied to each of the eight LEDs arranged and 252 mW corresponding to the case where a current of 100 mA was supplied to each of the LEDs were set.
  • six conditions of 30, 50, 100, 150, 200, and 300 mL / min were set as the flow rate for passing through the channel tube 20.
  • the flow velocity is the speed when passing through the flow channel tube 20 having a water flow cross-sectional area of 0.36 cm 2
  • the water flow time passes through the length of 80 mm of the flow channel tube 20 irradiated with ultraviolet light. It takes time to do.
  • the irradiation energy is a value obtained by multiplying the light output by the water passage time.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of energy of ultraviolet light irradiated while passing through the water purification apparatus 100 and the number of surviving bacteria, and is a graph of the experimental results in Table 1. From this figure, it was shown that the sterilization effect increases as the amount of energy irradiated to the water passing through the flow channel pipe 20 increases. Further, in order to obtain a bactericidal effect in which the number of surviving Bacillus subtilis (spores) is ⁇ 3 Log (99.9% inactivated), ultraviolet light having a wavelength of 280 nm may be irradiated so that the irradiation energy becomes 430 mJ or more. It was shown that.
  • the irradiation area of the ultraviolet light is equal to the area 4.8 cm 2 of the side surface of the flow channel tube 20, in order to obtain the effect that the survival number is ⁇ 3 Log, It has been found that the irradiation may be performed so as to be 90 mJ / cm 2 or more.
  • the water purification apparatus 100 can suitably sterilize the flowing water by setting the time for passing through the flow path pipe 20 to be about 1.8 seconds or more. Therefore, the water purification apparatus 100 can purify about 100 mL of water per minute.
  • Modification 1-1 In the embodiment described above, the case where the light source 30 is provided on one side surface of the flow channel tube 20 has been described. However, as a modification, the light source may be disposed at positions corresponding to a plurality of side surfaces. Hereinafter, a modified example in which a light source is provided at positions corresponding to a plurality of side surfaces will be described.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional structure of the water purification apparatus 101 according to Modification 1-1.
  • the water purification apparatus 101 is the first in that light sources 30a, 30b, 30c, and 30d (hereinafter collectively referred to as the light source 30) are provided corresponding to the four side surfaces of the rectangular tube-shaped flow channel tube 20. It differs from the water purification apparatus 100 which concerns on embodiment.
  • the water purification apparatus 101 four substrates 36a, 36b, 36c, and 36d (hereinafter also collectively referred to as substrates 36) are provided, so the same number of substrates 36 as in the first embodiment is provided.
  • the light source 30 By disposing the light source 30, it is possible to obtain a light output four times that of the light source and to improve the sterilization efficiency.
  • the light source 30 is an ultraviolet LED that outputs ultraviolet light having a center wavelength of 280 nm and a full width at half maximum of about 10 nm, as in the first embodiment. By arranging 8 LEDs on one substrate 36, an output of 252 mW can be obtained for each substrate. By providing four substrates, the overall output of the water purification apparatus 101 is about 1 W. . At this time, if irradiation with ultraviolet light with an output of 1 W is performed for 0.43 seconds or more, the irradiation energy can be set to 430 mJ or more, and a bactericidal effect can be obtained in which the number of surviving Bacillus subtilis (spores) is ⁇ 3 Log. Therefore, it can be seen that a suitable sterilization effect can be obtained if the flow rate of water passing through the water purification apparatus 101 is 0.43 seconds or more.
  • the water purification apparatus 101 can sterilize 400 mL of water per minute. For example, if a glass is about 200 mL of water, sterilization can be completed in 30 seconds. That is, by using ultraviolet light having a wavelength of 280 nm and an output of 1 W, the water purification apparatus 101 can suitably sterilize about 6 mL of water per second.
  • the amount of water that can be sterilized per unit time can be increased by using a higher-power ultraviolet LED as the light source 30 or increasing the number of LEDs used.
  • a higher-power ultraviolet LED as the light source 30
  • sterilization can be completed in about 6 seconds if the glass is about 200 mL of water. Since the flow rate of water used in household general water purifiers and water servers, cup-type vending machines, etc. is 20 to 100 mL / second, even if the water purification device 101 is incorporated in these devices.
  • the sterilization treatment can be suitably performed without sacrificing the flow rate. If ultraviolet light having a wavelength of 280 nm and an output of 50 W is used, 250 mL of water per second can be suitably sterilized.
  • the number of the substrates 36 to be provided is not limited to four, and the substrates 36 may be provided at positions corresponding to any two or three of the four side surfaces of the channel tube 20.
  • the number of the light sources 30 arranged on the plurality of substrates 36 may be different for each substrate 36, and the arrangement and the number of the light sources 30 may be changed according to the shape of the flow channel tube 20 or the like.
  • the output wavelength of the LED used as the light source 30 may be different.
  • the ability to purify water can be enhanced by using an LED that emits ultraviolet light with a wavelength of 260 nm.
  • the contents of the experiment in which the difference in the bactericidal effect between the case where ultraviolet light having a wavelength of 280 nm is used and the case where ultraviolet light having a wavelength of 260 nm is used will be described.
  • the center wavelength of the light source used for the water purification apparatus is not limited to 260 nm and 280 nm, and other wavelengths may be used as long as they are ultraviolet light that can act on living body DNA to obtain a bactericidal effect.
  • ultraviolet light having a predetermined wavelength may be selected from ultraviolet light included in the wavelength band of 220 nm to 300 nm.
  • a cylindrical channel tube may be used instead of a channel tube having a rectangular cross section.
  • FIG. 7 is a cross-sectional perspective view showing the water purification apparatus 103 according to Modification 1-3.
  • the water purification device 103 includes a housing 10, a flow channel tube 20, a light source 30, and a substrate 36.
  • the housing 10 includes a cylindrical main body 12, a funnel-shaped first connecting portion 62, and a second connecting portion 64.
  • the first connecting part 62 has a conical part 62a and a cylindrical part 62b.
  • the conical portion 62 a of the first connecting portion 62 has an upper end 62 c that is greatly open and is connected to the first end 22 of the flow channel tube 20.
  • a communication port 62e is provided at the bottom of the conical portion 62a, and the end of the cylindrical portion 62b is attached.
  • the cylindrical portion 62 b is fixed in a state where it is inserted into the opening 12 a of the housing 10, and a lower end 62 d serving as the inlet 42 is exposed to the outside of the housing 10.
  • the second connecting part 64 has a conical part 64a and a cylindrical part 64b, like the first connecting part 62.
  • the conical portion 64 a of the second connecting portion 64 has an upper end 64 c that is greatly open and is connected to the second end portion 24 of the flow channel tube 20.
  • a communication port 64e is provided at the bottom of the conical portion 64a, and the end of the cylindrical portion 64b is attached.
  • the cylindrical portion 64 b is fixed in a state where it is inserted into the opening 12 b of the housing 10, and the lower end 64 d serving as the outlet 44 is exposed to the outside of the housing 10.
  • the flow channel pipe 20 is a cylindrical member, and its water cross-sectional area is wider than the inlet 42 and the outlet 44 of the flow channel 40.
  • the first end 22 of the channel tube 20 is connected to the first connecting portion 62, and the second end 24 of the channel tube 20 is connected to the second connecting portion 64.
  • the flow channel tube 20 is fixed inside the main body 12 of the housing 10 and forms a flow channel 40 that communicates with the inlet 42 and the outlet 44.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the light source 30 disposed on the substrate 36 curved in an arc shape.
  • the substrate 36 can be curved in an arc shape.
  • substrate 36 can be provided along the inner wall of the main-body part 12, and multiple light sources 30 can be arrange
  • the light source 30 By arranging the light source 30 along the inner wall of the main body 12, it is possible to irradiate the inside of the cylindrical channel tube 20 with ultraviolet light evenly.
  • FIG. 8 shows a case where a plurality of light sources 30 are arranged on the circumference with a space in one row, the light sources 30 may be arranged on two or more rows on the circumference, or without a space. It is good also as arranging densely. Since the irradiation intensity of ultraviolet light can be increased by arranging the light sources 30 densely, a water purification device with a smaller size and higher purification ability can be obtained.
  • FIG. 9 shows a water purification apparatus 200 according to the second embodiment.
  • the water purification apparatus 200 is a water purification apparatus according to the first embodiment in that a straight pipe 110 that forms a water flow path 40 is provided instead of the casing 10 and the flow path pipe 20 in the first embodiment. Different from 100.
  • the difference from the first embodiment will be mainly described.
  • the water purification apparatus 200 includes a straight tube 110, a light source 30, a substrate 36, and a power supply unit (not shown).
  • the straight pipe 110 includes a side wall portion 112, a first connection portion 114, and a second connection portion 116.
  • the side wall 112 has a cylindrical shape and is made of a metal or resin material including iron.
  • a part of the side wall part 112 is provided with a storage part 118 as a cavity for storing the light source 30 and the substrate 36, and a window part 126 communicating with the flow path 40.
  • the first connection portion 114 and the second connection portion 116 can be connected to a pipe or the like for flowing water that passes through the water purification device 200, and serves as an inlet 42 and an outlet 44, respectively.
  • the light source 30 and the substrate 36 are embedded in the side wall portion 112 by being accommodated in the storage portion 118.
  • the light source 30 is provided so as to be exposed to the window 126, and irradiates the ultraviolet light to the water flowing through the flow path 40 through the window 126.
  • a protection part 133 for waterproofing is provided on the light emitting surface 32 of the light source 30 and the surface of the substrate 36.
  • the protective part 133 is desirably made of a material having a high ultraviolet light transmittance. For example, quartz (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), a fluorine-based resin, or the like may be used.
  • quartz (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), a fluorine-based resin, or the like may be used.
  • FIG. For example, by providing a reflection portion at a position facing the window portion 126,
  • the water purification apparatus 200 can sterilize the water passing through the flow path 40 by irradiating it with ultraviolet light. Since the water purification apparatus 200 uses the straight pipe 110 having a strength as a casing as the flow path 40, the water purification apparatus 200 has higher durability than the case where the flow path pipe 20 made of a quartz pipe, a fluorine-based resin, or the like is used. Can be increased.
  • a cooling water channel for cooling the light source 30 may be further provided.
  • FIG. 10 shows a water purification apparatus 201 according to Modification 2-1.
  • the water purification device 201 further includes a cooling water channel 160.
  • the cooling water channel 160 is provided inside the side wall portion 112 and communicates with the flow channel 40 via the branch port 162 and the junction port 164.
  • the cooling water channel 160 is provided so as to pass through the vicinity of the substrate 36. As a result, part of the water passing through the flow path 40 flows into the cooling water path 160 from the branch port 162, passes through the vicinity of the substrate 36, and returns from the junction port 164 to the flow path 40.
  • the cooling water channel 160 the light source 30 can be water-cooled, so that it is possible to prevent the output of the light source 30 from being reduced or the light source 30 from being deteriorated due to heat generation. Thereby, the reliability of the water purification apparatus 201 can be improved.
  • the width of the flow path at the location where the light source 30 is provided may be wider than the vicinity of the entrance or the vicinity of the exit.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a water purification apparatus 202 according to Modification 2-2.
  • the water purification device 202 has a larger water passage cross-sectional area in the intermediate flow path 140 in the vicinity of the light source 30 than in the first flow path 142 near the inlet 42 and the second flow path 144 near the outlet 44. A flow path is formed.
  • the flow rate of water can be reduced, and the integrated illumination intensity value irradiated to water can be raised by that much.
  • variety of the intermediate flow path 140 is not expanded, the disinfection capability of water can be improved.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a water purification apparatus 203 according to Modification 2-3.
  • the water purification apparatus 203 is different from the water purification apparatus 200 according to the second embodiment in that an elbow pipe 150 having a bent portion 152 is used as a flow path instead of the straight pipe 110.
  • the side wall portion 112 in the bent portion 152 is provided with a storage portion 118 in which the light source 30 and the substrate 36 are embedded. Therefore, the light source 30 and the substrate 36 are disposed in the bent portion 152. Thereby, the purification process can be performed by irradiating the water passing through the bent portion 152 with ultraviolet light.
  • a T-shaped tube having a branch portion may be used as the flow path instead of the straight tube 110.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a water purification apparatus 204 according to Modification 2-4.
  • the water purification apparatus 204 is different from the water purification apparatus 200 according to the second embodiment in that a T-shaped pipe 170 having a branching portion 174 is used as a flow path instead of the straight pipe 110.
  • the T-shaped tube 170 has a main body portion 172 and a branching portion 174.
  • the main body 172 forms a main channel 176 that extends linearly from the inlet 42 toward the first outlet 44a.
  • the branch part 174 forms a branch channel 178 branched from the main channel 176 and directed to the second outlet 44b.
  • the light source 30 and the substrate 36 are provided on the side wall of the branch part 174.
  • the light source 30 irradiates water passing through the branch channel 178 with ultraviolet light.
  • the purification apparatus 204 in the water purification apparatus 204 according to Modification 2-4, a part of the water flowing through the main flow path 176 is branched into the branch flow path 178, and the water passing through the branch flow path 178 is irradiated with ultraviolet light. be able to. Thereby, the purification
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a water purification system 300 according to the third embodiment.
  • the water purification system 300 includes a water purification device 210, a tank 220, a pump 230, and a valve 240.
  • the water stored in the tank 220 is sent to the water purification device 210 via the pump 230 to purify the water. Then, by returning to the tank 220, sterilization is performed while circulating water. Thereby, the water stored in the tank 220 can be kept hygienic.
  • the water purification apparatus 210 is the water purification apparatus shown in the first embodiment, the second embodiment, or the modifications thereof described above.
  • the water purification device 210 is connected to the pump 230 via the valve 240, irradiates the water sent by the pump 230 with ultraviolet light, sterilizes it, and returns the purified water to the tank 220.
  • the flow rate of water to be passed through the water purification device 210 is adjusted by a valve 240.
  • the pump 230 may not be provided.
  • an upward flow can be generated in the water purification device 210 by the heat generated by the light source provided in the water purification device 210, and a water flow between the water purification device 210 and the tank 220 can be created by convection.
  • the fungus to be sterilized is Bacillus subtilis (spore), but other fungi and viruses may be treated by ultraviolet irradiation, such as Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Aspergillus or influenza virus. It may be targeted.
  • Escherichia coli can be killed by energy generally lower than the irradiation energy necessary for sterilizing Bacillus subtilis, it can be suitably sterilized with an energy amount lower than the above-described ultraviolet light irradiation energy amount. Is possible.
  • water may be purified by irradiating an organic substance or the like contained in water with ultraviolet light and decomposing it.
  • the purification efficiency can be increased and the apparatus can be miniaturized.

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Abstract

　水浄化装置１００において、流路４０は、水の入口４２と出口４４を有する。光源３０は、流路４０を通る水に紫外光を照射する。光源３０は、波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の帯域に含まれる紫外光を発する発光ダイオードを有し、当該波長帯域における光出力が１Ｗ以上５０Ｗ以下である。流路４０は、１秒あたり５ｍＬ以上２５０ｍＬ以下の流量で水を通す。流路４０は、管形状を有する壁面により形成される。壁面は、その少なくとも一部に紫外光を透過する窓部２６が設けられる。光源３０は、窓部３６に対応する位置に設けられる。壁面は、その少なくとも一部に紫外光を反射する反射部２８が設けられる。

Description

水浄化装置
　本発明は、紫外光を照射して水を浄化する装置に関する。
　水は、人間生活に欠かせないものであり、飲用水については安心安全でおいしい水が求められる。また、医療や食品分野における原料水として用いる場合、衛生的で不純物のない水であることが重要である。我が国においては、蛇口をひねれば衛生的な水をいつでも使うことができる環境が整っているが、一般に、水道水には殺菌のために塩素が添加されており、水本来のおいしさを損なう要因となっている。そこで、水道水に含まれる塩素などの添加薬剤を除去するとともに、ろ過や加熱処理等による殺菌処理を施すことで、衛生的かつ不純物の含まれない水が作られる。その他、湧き水などを用いる場合にも適宜殺菌処理が施した後に利用される。
　水の殺菌処理方法として、紫外光が利用されることがある。特に、殺菌線といわれる波長２５４ｎｍ付近の紫外光は殺菌作用が高いことが知られており、そのような波長を発する光源として紫外線ランプが挙げられる。例えば、紫外線ランプを利用した水殺菌装置として、貯留される水を循環させながら繰り返し紫外光を照射することにより、水を衛生的に保つ装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０－１９２８４７号公報
　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。また、家庭やオフィスなどに設置される浄水器やウォータサーバなどに組み込む場合には、機器そのものが小型であるため、組み込みが容易となるようにより小型の浄化装置が求められる。
　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、小型かつ浄化効率の高い水浄化装置の提供にある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の水浄化装置は、流路と、流路を通る水に紫外光を照射する光源と、を備える。光源は、波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の帯域に含まれる紫外光を発する発光ダイオードを有し、当該波長帯域における出力が１Ｗ以上５０Ｗ以下である。
　上記態様の水浄化装置によれば、コップ一杯程度の水を数秒で殺菌することができるため、殺菌処理がなされた水を必要な分だけ短時間で供給することができる。また、光源として発光ダイオードを用いることにより、装置を小型化するとともに消費電力を抑えることができる。
　上記態様の水浄化装置において、流路は、１秒あたり５ｍＬ以上２５０ｍＬ以下の流量で水を通すこととしてもよい。
　上記態様の水浄化装置において、流路は、管形状を有する壁面により形成され、壁面は、その少なくとも一部に紫外光を透過する窓部が設けられ、光源は、窓部に対応する位置に設けられることとしてもよい。
　上記態様の水浄化装置において、壁面は、その少なくとも一部に紫外光を反射する反射部が設けられることとしてもよい。
　上記態様の水浄化装置において、流路と連通する分岐口と、合流口とを有し、分岐口から合流口へと流れる水により光源を冷やす冷却水路をさらに備えてもよい。
　上記態様の水浄化装置において、流路は、当該流路の入口または出口における通水断面積と比べて、光源が設けられる箇所における通水断面積が広くなることとしてもよい。
　本発明の水浄化装置によれば、浄化効率を高めるとともに装置を小型化できる。
第１の実施形態に係る水浄化装置を示す外観図である。 水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 実験に使用した流路管と光源の配置を示す図である。 光学解析により求めた流路管における紫外光の強度分布を示す図である。 水浄化装置を通過する間に照射される紫外光のエネルギー量と菌の生存数との関係を示すグラフである。 変形例１－１に係る水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 変形例１－３に係る水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 円弧状に湾曲した基板に配置される光源を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 変形例２－１に係る水浄化装置を示す断面図である。 変形例２－２に係る水浄化装置を示す断面図である。 変形例２－３に係る水浄化装置を示す断面図である。 変形例２－４に係る水浄化装置を示す断面図である。 第３の実施形態に係る水浄化システムを示す概念図である。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る水浄化装置１００を示し、図２は水浄化装置１００の内部構成を示す。水浄化装置１００は、紫外光を発する光源３０が筐体１０の内部に設けられており、筐体１０の入口４２から出口４４に向けて流れる水に紫外光を照射して殺菌処理を施す。水浄化装置１００は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）を使用することにより装置を大幅に小型化することができるため、家庭やオフィスなどに設置される浄水器やウォータサーバなどに容易に組み込んで用いることができる。
　水浄化装置１００は、筐体１０と、流路管２０と、光源３０と、基板３６と、電源部５０と、を備える。筐体１０は、本体部１２と、第１接続部１４と、第２接続部１６と、を有する。
　本体部１２は、略直方体の箱型形状であり、鉄などを含む金属板や樹脂材料で構成される。本体部１２の内部には、流路管２０および光源３０が格納される。本体部１２は、紫外光を照射する光源３０を格納する容器となるため、紫外光を本体部１２の外部に漏らさないよう紫外光を遮断できる材料とすることが望ましい。
　本体部１２の側面には、流路管２０の断面形状に対応した二つの開口１２ａ、１２ｂが設けられる。二つの開口１２ａ、１２ｂは、流路管２０の両端が配置される位置に一致するように設けられ、流路管２０の両端はそれぞれ対応する開口１２ａ、１２ｂに挿入される。また、一方の開口１２ａには、水の入口４２となる第１接続部１４が設けられ、他方の開口１２ｂには、水の出口４４となる第２接続部１６が設けられる。
　第１接続部１４は、円筒形の部材であり、その一端が本体部１２の側面に設けられる開口１２ａと連通するように取り付けられる。第１接続部１４の他端の外側にはネジ切り１４ａが施され、水浄化装置１００に通す水を流す配管等が接続可能となる。
　第２接続部１６は、同様に、円筒形の部材であり、その一端が本体部１２の側面に設けられる開口１２ｂと連通するように取り付けられる。第２接続部１６の他端の外側にはネジ切り１６ａが施され、水浄化装置１００により浄化された水を流す配管等が接続可能となる。
　流路管２０は、水が通る流路４０を形成する管形状の部材であり、流路４０を通る水に紫外光を照射可能となるように紫外光を透過する材料で構成される。流路管２０の材料として、波長２６０ｎｍ付近の紫外光の透過率が高い材料を選択することが望ましく、例えば、石英（ＳｉＯ２）やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）やフッ素系樹脂等を用いればよい。流路管２０は、第１端部２２が開口１２ａに嵌め込まれ、第２端部２４が開口１２ｂに嵌め込まれることにより、本体部１２の内部に固定される。
　流路管２０は、その壁面の一部に反射部２８が設けられる。反射部２８は、流路管２０の外側にアルミニウム（Ａｌ）の薄膜を蒸着することで形成される。なお、反射部２８が設けられない壁面は、紫外光が透過する窓部２６となる。これにより、窓部２６を通じて流路管２０の内部を透過し反射部２８に到達した紫外光を反射させて、再度流路管２０の内部を透過させることができ、流路管２０の内部における紫外光の強度を高めることができる。
　光源３０は、本体部１２の内部に複数設けられ、流路管２０を通る水に紫外光を照射する。本実施形態では、光源３０として紫外光ＬＥＤを用い、その中心波長又はピーク波長が約２２０ｎｍ～３００ｎｍの紫外領域に含まれるものを用いる。特に、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ付近の紫外光を発するものを用いることが好ましい。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。
　光源３０は、紫外光を発する発光面３２と、発光面３２に背向する取付面３４とを有する。光源３０は、取付面３４が基板３６と接するように基板３６の上に複数配置される。光源３０が取り付けられた基板３６は、発光面３２が流路管２０の外壁と対向するように、本体部１２の内部に設けられる。基板３６は、光源３０および本体部１２と熱的に接続し、光源３０が発する熱を筐体１０の外部に放熱させる。
　電源部５０は、基板３６を介して光源３０と接続され、光源３０に駆動電流を供給して光源３０の発光を制御する。電源部５０は、流路管２０の内部に水が通過するタイミングに合わせて光源３０を点灯させる。電源部５０は、例えば、水浄化装置１００に水を供給するポンプの駆動信号などを入力として、光源３０の点灯、消灯を制御する。仮に、紫外線ランプを用いた場合には、ランプへの通電を開始してから出力が安定するまで時間がかかるが、ＬＥＤの場合には瞬時に必要とする出力の紫外光を照射することができるため、電源部５０による制御により、水が通過する時だけ光源３０を発光させることができる。これにより、常時光源３０を点灯させておく場合に比べて消費電力量を下げ、消費電力に対する殺菌効率を高めることができる。
　以上の構成により、水浄化装置１００は、入口４２から流入し、流路管２０により形成される流路４０を通り、出口４４から流出する水に対して、光源３０により照射される紫外光により殺菌処理を施す。
　次に、水浄化装置１００を用いた殺菌処理の実験内容について示す。実験では、まず、光源３０が発する紫外光の強度分布を光学シミュレーション解析により算出した。その後、得られた紫外光の強度分布の値から、水浄化装置１００を通過させる菌液に対する殺菌効果を調べた。
　図３は、実験に使用した流路管２０と光源３０の配置を示す図である。流路管２０は、断面形状が幅Ｗ＝６ｍｍ角の矩形であり、長さＬ＝８０ｍｍの石英管である。光源３０は、中心波長が２８０ｎｍ、半値全幅が約１０ｎｍの紫外光を出力し、発光面の大きさが５ｍｍ角である表面実装型ＬＥＤ（日機装製）である。このＬＥＤを４個ずつモジュール化した第１モジュール４６と第２モジュール４７を使用し、流路管２０に対して、第１モジュール４６の中心位置が第１端部２２から約２０ｍｍの位置となるように配置し、第２モジュール４７の中心位置が第１端部２２から約６０ｍｍの位置に配置した。
　図４は、光学解析により求めた流路管２０における紫外光の強度分布を示す図である。本図は、長さＬが８０ｍｍの流路管２０を６ｍｍ角×１ｍｍの８０個の単位セルに分割した場合に、各単位セルに照射される紫外光の光束量を示す。まず、図３に示す流路管２０と光源３０の配置関係に対応して光学解析用のモデルを構築し、各単位セルに照射される光強度分布をシミュレーションにより求めた。その後、積分球を用いて計測したＬＥＤ１個あたりの全光束量をシミュレーション結果に組み入れることで図４に示す値を得た。なお、図４に示すグラフは、各ＬＥＤに６０ｍＡの駆動電流を供給した場合の値に対応する。
　光学解析の結果、８個のＬＥＤを使用し、それぞれのＬＥＤに６０ｍＡの駆動電流を供給する場合、全体として１４４ｍＷの光出力が得られることが分かった。また、流路管２０の側面の面積が０．６ｃｍ×８ｃｍ＝４．８ｃｍ２であることから、場所に依存した強度のばらつきを無視すると平均で３０ｍＷ／ｃｍ２の照度が得られることが分かった。同様に、ＬＥＤに１００ｍＡの駆動電流を供給する場合についても計算を行い、この場合は、全体として２５２ｍＷの光出力が得られ、平均照度は、５３ｍＷ／ｃｍ２となった。
　次に、水浄化装置１００に通した菌液に対する殺菌実験について示す。
　菌株として、枯草菌（芽胞）のBacillus Substills NBRC3134を用いた。菌数が１ｍＬあたり約１０５個となるように調整した菌液を水浄化装置１００に通過させ、通過前および通過後の菌液に含まれる菌数を公知のコロニーカウントによる手法により計測することにで殺菌率を求めた。実験条件として、光源３０の光出力および流路管２０を通過させる菌液の流量を変化させ、それぞれの条件における殺菌率を得た。実験条件および対応する実験結果を下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　光源３０の光出力として、８個配列したＬＥＤのそれぞれに６０ｍＡの電流を流した場合に対応する１４４ｍＷと、ＬＥＤのそれぞれに１００ｍＡの電流を流した場合に対応する２５２ｍＷの２条件を設定した。また、流路管２０を通過させる流量として、３０、５０、１００、１５０、２００、３００ｍＬ／分の６条件を設定した。なお、流速は、通水断面積が０．３６ｃｍ２である流路管２０を通過する場合の速度であり、通水時間は、紫外光が照射される流路管２０の長さ８０ｍｍを通過するのにかかる時間である。照射エネルギーは、光出力に通水時間を乗じた値である。
　図５は、水浄化装置１００を通過する間に照射される紫外光のエネルギー量と菌の生存数との関係を示すグラフであり、表１の実験結果をグラフ化したものである。本図より、流路管２０を通過する水に照射されるエネルギー量が増えるほど、殺菌効果が高まることが示された。また、枯草菌（芽胞）の生存数が－３Ｌｏｇ（９９．９％不活化)となる殺菌効果を得るためには、照射エネルギーが４３０ｍＪ以上となるように波長２８０ｎｍの紫外光を照射すればよいことが示された。このとき、紫外光の照射面積を流路管２０の側面の面積４．８ｃｍ２に等しいと仮定すると、生存数が－３Ｌｏｇとなる効果を得るためには、波長２８０ｎｍの紫外光を積算照度が９０ｍＪ／ｃｍ２以上となるように照射すればよいことが分かった。
　以上より、水浄化装置１００は、光出力を２５２ｍＷとした場合、流路管２０を通過する時間を約１．８秒以上とすることで、好適に流水を殺菌することができる。したがって、水浄化装置１００は、１分あたり約１００ｍＬの水を浄化することができる。
　（変形例１－１）
　上述した実施形態では、光源３０を流路管２０の一つの側面に設けられる場合を示したが、変形例として複数の側面に対応する位置に光源を配置してもよい。以下、複数の側面に対応する位置に光源を設けた変形例について示す。
　図６は、変形例１－１に係る水浄化装置１０１の断面構造を示す。水浄化装置１０１は、角管形状の流路管２０の４つの側面に対応して、光源３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ（以下、総称して光源３０ともいう）が設けられる点で第１の実施形態に係る水浄化装置１００と相違する。水浄化装置１０１では、４枚の基板３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ（以下、総称して基板３６ともいう）が設けられることから、１枚の基板３６に対して第１の実施形態と同数の光源３０を配置することで４倍の光出力を得ることができ、殺菌効率を高めることができる。
　光源３０は、第１の実施形態と同様、中心波長が２８０ｎｍ、半値全幅が約１０ｎｍの紫外光を出力する紫外光ＬＥＤである。１枚の基板３６に８個のＬＥＤを配置することで１枚あたり２５２ｍＷの出力を得ることができることから、基板４枚を設けることにより、水浄化装置１０１の全体としての出力は約１Ｗとなる。このとき、出力１Ｗの紫外光を０．４３秒以上照射すれば照射エネルギーを４３０ｍＪ以上とすることができ、枯草菌（芽胞）の生存数が－３Ｌｏｇとなる殺菌効果を得ることができる。したがって、水浄化装置１０１を通過する水の通過時間が０．４３秒以上となる流速であれば好適な殺菌効果を得ることができることが分かる。
　ここで、水の通過時間が０．４３秒となる流量は４００ｍＬ／分であるから、水浄化装置１０１は、１分あたり４００ｍＬの水を殺菌することができる。例えば、コップ一杯２００ｍＬ程度の水であれば、３０秒で殺菌を完了させることができる。つまり、波長２８０ｎｍ、出力１Ｗの紫外光を用いることによって、水浄化装置１０１は、１秒あたり約６ｍＬの水を好適に殺菌することができる。
　なお、光源３０としてさらに高出力の紫外光ＬＥＤを用いたり、使用するＬＥＤの個数を増やすことによって単位時間あたりに殺菌することのできる水の量を増やすことができる。例えば、水浄化装置１０１全体としての出力が５Ｗとなるように設計することで、コップ一杯２００ｍＬ程度の水であれば、約６秒で殺菌を完了させることができる。家庭用の一般的な浄水器およびウォーターサーバや、カップ式自動販売機などで使用される水の流量は２０～１００ｍＬ／秒であることから、これらの機器に水浄化装置１０１を組み込んだとしても、流量を犠牲にすることなく好適に殺菌処理を施すことができる。仮に、波長２８０ｎｍ、出力５０Ｗの紫外光を用いることによって、１秒あたり２５０ｍＬの水を好適に殺菌することができる。
　なお、基板３６を設ける枚数は４枚に限られず、流路管２０の４つの側面のうち、いずれかの２面もしくは３面に対応する位置に基板３６を設けることとしてもよい。また、複数の基板３６に配置される光源３０の個数は基板３６ごとに異なる個数としてもよく、流路管２０の形状等に応じて光源３０の配置および個数を変えることとしてもよい。
　（変形例１－２）
　上述した実施形態の変形例として、光源３０として用いるＬＥＤの出力波長を異なるものとしてもよい。例えば、波長２６０ｎｍの紫外光は波長２８０ｎｍの紫外光と比べて殺菌効率が高いため、波長２６０ｎｍの紫外光を発するＬＥＤを用いることで水の浄化能力を高めることができる。以下、波長２８０ｎｍの紫外光を用いる場合と、波長２６０ｎｍの紫外光を用いる場合とでの殺菌効果の違いを検証した実験内容について示す。
　本実験では、調整した枯草菌（芽胞）の菌液０．１ｍＬをシャーレに載せ、その菌液に対して１０ｍｍの距離に配置した１個のＬＥＤから紫外光を照射し、生存数が－３Ｌｏｇとなる照射時間を求めた。光源は、波長２６０ｎｍの紫外光源として、中心波長が２６０ｎｍ、半値全幅が約１０ｎｍである日機装製のＡｌＧａＮ系の紫外光ＬＥＤを使用した。波長２８０ｎｍの紫外光源は上述した実施形態に用いたものと同じである。得られた実験結果を下記の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示す通り、－３Ｌｏｇの殺菌効果を得るためには、波長２６０ｎｍの場合に照度１．３ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を１４０秒照射する必要があるのに対し、波長２８０ｎｍの場合には２．４ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を２４０秒照射する必要があった。このことから、波長２６０ｎｍの場合に必要な積算照度は１８２ｍＪ／ｃｍ２であるのに対し、波長２８０ｎｍの場合には、５７８ｍＪ／ｃｍ２必要であることが分かった。言いかえれば、波長２６０ｎｍの紫外光源を用いることで、波長２８０ｎｍの紫外光源に比べて殺菌効率が約３．１倍に高まることが分かった。したがって、上述の実施形態に用いた光源として、波長２６０ｎｍのＬＥＤを使用することで、同じ光出力に対して約３．１倍の殺菌効率が得ることができる。
　なお、水浄化装置に用いる光源の中心波長は、２６０ｎｍと２８０ｎｍに限られず、生体のＤＮＡに作用して殺菌効果を得ることができる紫外光であればその他の波長を用いてもよい。例えば２２０ｎｍ～３００ｎｍの波長帯域に含まれる紫外光の中から所定波長の紫外光を選択してもよい。また、中心波長の異なる紫外光ＬＥＤを複数組み合わせることとしてもよい。
（変形例１－３）
　上述した第１の実施形態の変形例として、断面が矩形の流路管の代わりに円筒形状の流路管を用いてもよい。
　図７は、変形例１－３に係る水浄化装置１０３を示す断面斜視図である。水浄化装置１０３は、筐体１０と、流路管２０と、光源３０と、基板３６を有する。筐体１０は、円筒形状の本体部１２と、漏斗形状の第１連結部６２および第２連結部６４を有する。
　第１連結部６２は、円錐部６２ａと、円筒部６２ｂを有する。第１連結部６２の円錐部６２ａは大きく開口した上部端６２ｃを有し、流路管２０の第１端部２２と接続される。円錐部６２ａの底部には連通口６２ｅが設けられ、円筒部６２ｂの端部が取り付けられる。円筒部６２ｂは、筐体１０の開口１２ａに挿入した状態で固定され、入口４２となる下部端６２ｄが筐体１０の外側に露出する。
　第２連結部６４は、第１連結部６２と同様に、円錐部６４ａと、円筒部６４ｂとを有する。第２連結部６４の円錐部６４ａは大きく開口した上部端６４ｃを有し、流路管２０の第２端部２４と接続される。円錐部６４ａの底部には連通口６４ｅが設けられ、円筒部６４ｂの端部が取り付けられる。円筒部６４ｂは、筐体１０の開口１２ｂに挿入した状態で固定され、出口４４となる下部端６４ｄが筐体１０の外側に露出する。
　流路管２０は、円筒形状の部材であり、その通水断面積が流路４０の入口４２および出口４４と比べて広くなっている。流路管２０の第１端部２２は、第１連結部６２と接続され、流路管２０の第２端部２４は第２連結部６４に接続される。これにより、流路管２０は、筐体１０の本体部１２の内部に固定され、入口４２および出口４４と連通する流路４０を形成する。
　光源３０は、円筒形状の本体部１２の内壁に沿って円弧状に湾曲した基板３６に複数設けられる。図８は、円弧状に湾曲した基板３６に配置される光源３０を示す斜視図である。例えば、基板３６として柔軟性のあるフレキシブル基板を用いることで、基板３６を円弧状に湾曲させることができる。これにより、基板３６を本体部１２の内壁に沿って設けることができ、円筒形状の本体部１２の内壁に沿って光源３０を複数配置できる。光源３０を本体部１２の内壁に沿って配置することで、円筒形状の流路管２０の内部に紫外光をムラなく照射できる。
　なお、図８では複数の光源３０を円周上に一列に間隔をあけて配置する場合を示したが、光源３０を円周上に二列以上配置してもよいし、間隔をあけずに密に配置することとしてもよい。光源３０を密集して配置することで紫外光の照射強度を高めることができるため、より小型で浄化能力の高い水浄化装置とすることができる。
（第２の実施形態）
　図９は、第２の実施形態に係る水浄化装置２００を示す。水浄化装置２００は、第１の実施形態における筐体１０と流路管２０の代わりに水の流路４０を形成する直管１１０が設けられる点で、第１の実施形態に係る水浄化装置１００と異なる。以下、第１の実施形態との相違点を中心に述べる。
　水浄化装置２００は、直管１１０と、光源３０と、基板３６と、図示しない電源部を備える。直管１１０は、側壁部１１２と、第１接続部１１４と、第２接続部１１６を備える。
　側壁部１１２は、円筒形状を有し、鉄などを含む金属や樹脂材料で構成される。側壁部１１２の一部は、光源３０および基板３６が格納される空洞として格納部１１８が設けられるとともに、流路４０と連通する窓部１２６が設けられる。第１接続部１１４および第２接続部１１６は、水浄化装置２００に通す水を流す配管等が接続可能となっており、それぞれ、水の入口４２および出口４４となる。
　光源３０および基板３６は、格納部１１８に収容されることで側壁部１１２に埋め込まれる。光源３０は、窓部１２６に露出するように設けられ、窓部１２６を介して流路４０を流れる水に紫外光を照射する。光源３０の発光面３２と基板３６の表面には、防水のための保護部１３３が設けられる。保護部１３３は、紫外光の透過率が高い材料とすることが望ましく、例えば、石英（ＳｉＯ２）やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）やフッ素系樹脂等を用いればよい。なお、側壁部１１２の内壁の一部に反射部を設けることとしてもよい。例えば、窓部１２６に対向する位置に反射部を設けることで、窓部１２６を通じて直管１１０の内部に照射された紫外光を反射させて、直管１１０の内部における紫外光の強度を高めることができる。
　以上の構成により、水浄化装置２００は、流路４０を通る水に対して紫外光を照射して殺菌処理を施すことができる。水浄化装置２００は、流路４０として筐体としての強度を有する直管１１０を利用するため、石英管やフッ素系樹脂等で構成される流路管２０を用いる場合と比べて、耐久性を高めることができる。
　（変形例２－１）
　上述した第２の実施形態の変形例として、光源３０を冷やすための冷却水路をさらに設けることとしてもよい。
　図１０は、変形例２－１に係る水浄化装置２０１を示す。水浄化装置２０１は、さらに冷却水路１６０を備える。冷却水路１６０は、側壁部１１２の内部に設けられ、分岐口１６２および合流口１６４を介して流路４０と連通する。冷却水路１６０は、基板３６の近傍を通るように設けられる。これにより、流路４０を通る水の一部は分岐口１６２から冷却水路１６０に流れ込み、基板３６の近傍を通過して合流口１６４から流路４０に戻る。冷却水路１６０を設けることで、光源３０を水冷することができるため、発熱による光源３０の出力低下や光源３０の劣化を防ぐことができる。これにより、水浄化装置２０１の信頼性を高めることができる。
　（変形例２－２）
　上述した第２の実施形態の変形例として、光源３０が設けられる箇所の流路の幅を入口付近や出口付近よりも広げることとしてもよい。
　図１１は、変形例２－２に係る水浄化装置２０２を示す断面図である。水浄化装置２０２は、入口４２付近の第１流路１４２および出口４４付近の第２流路１４４と比べて、光源３０が設けられる付近の中間流路１４０の通水断面積が広くなるように流路が形成される。これにより、光源３０の紫外光が照射される領域において、水の流速を低下させることができ、その分だけ水に照射される積算照度値を高めることができる。これにより、中間流路１４０の幅を広げない場合と比べて、水の殺菌能力を向上させることができる。
　（変形例２－３）
　上述した第２の実施形態の変形例として、直管１１０の代わりに屈曲部を有するエルボ管を流路として用いてもよい。
　図１２は、変形例２－３に係る水浄化装置２０３を示す断面図である。水浄化装置２０３は、流路として直管１１０の代わりに屈曲部１５２を有するエルボ管１５０を用いる点で第２の実施形態に係る水浄化装置２００と異なる。屈曲部１５２における側壁部１１２には、光源３０および基板３６が埋め込まれる格納部１１８が設けられる。したがって、光源３０および基板３６は、屈曲部１５２に配置される。これにより、屈曲部１５２を通る水に対して紫外光を照射して浄化処理を施すことができる。
　（変形例２－４）
　上述した第２の実施形態の変形例として、直管１１０の代わりに分岐部を有するＴ字管を流路として用いてもよい。
　図１３は、変形例２－４に係る水浄化装置２０４を示す断面図である。水浄化装置２０４は、流路として直管１１０の代わりに分岐部１７４を有するＴ字管１７０を用いる点で第２の実施形態に係る水浄化装置２００と異なる。Ｔ字管１７０は、本体部１７２と、分岐部１７４を有する。本体部１７２は、入口４２から第１出口４４ａに向かって直線状に延びる本流路１７６を形成する。分岐部１７４は、本流路１７６から分岐して第２出口４４ｂに向かう分岐流路１７８を形成する。分岐部１７４の側壁には、光源３０および基板３６が設けられる。光源３０は、分岐流路１７８を通る水に紫外光を照射する。
　以上の構成により、変形例２－４に係る水浄化装置２０４では、本流路１７６を流れる水の一部を分岐流路１７８に分岐させるとともに、分岐流路１７８を通る水に紫外光が照射することができる。これにより、第２出口４４ｂから流れ出る水に対し、紫外光照射して浄化処理を施すことができる。
（第３の実施形態）
　図１４は、第３の実施形態に係る水浄化システム３００を示す概念図である。水浄化システム３００は、水浄化装置２１０と、タンク２２０と、ポンプ２３０と、バルブ２４０とを備え、タンク２２０に貯えられる水をポンプ２３０を経由して水浄化装置２１０に送水し、水を浄化した後にタンク２２０に戻すことにより、水を循環させながら殺菌処理を施す。これにより、タンク２２０に貯えられる水を衛生的に保つことができる。
　水浄化装置２１０は、上述した第１の実施形態や、第２の実施形態、またはそれらの変形例に示す水浄化装置である。水浄化装置２１０は、バルブ２４０を介してポンプ２３０に接続され、ポンプ２３０により送水される水に紫外光を照射して殺菌処理を施し、浄化済みの水をタンク２２０に戻す。水浄化装置２１０に通水させる水の流量は、バルブ２４０により調整する。
　変形例として、ポンプ２３０を備えない構成としてもよい。この場合、水浄化装置２１０が備える光源が発する熱により水浄化装置２１０において上向きの流れを発生させ、対流により水浄化装置２１０とタンク２２０との間の水の流れを作ることができる。
　本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
　上述した実施形態および変形例においては、殺菌対象の菌を枯草菌（芽胞）としたが、その他の菌やウイルスを紫外線照射による処理の対象としてもよく、大腸菌、黄色ブドウ球菌、コウジカビ、インフルエンザウイルスなどを対象としてもよい。例えば、大腸菌については、枯草菌を殺菌するのに必要な照射エネルギーよりも一般に低いエネルギーにより死滅させることができることから、上述した紫外光の照射エネルギー量よりも低いエネルギー量で好適に殺菌することが可能である。また、殺菌処理に限らず、水に含まれる有機物等に紫外光を照射して分解することで水を浄化させることとしてもよい。
　１０…筐体、１２…本体部、２０…流路管、２６…窓部、２８…反射部、３０…光源、３６…基板、４０…流路、４２…入口、４４…出口、１００，２００，２１０…水浄化装置、３００…水浄化システム。
　本発明の水浄化装置によれば、浄化効率を高めるとともに装置を小型化できる。

Claims (6)

  1. 　流路と、前記流路を通る水に紫外光を照射する光源と、を備え、
    　前記光源は、波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の帯域に含まれる紫外光を発する発光ダイオードを有し、当該波長帯域における光出力が１Ｗ以上５０Ｗ以下であることを特徴とする水浄化装置。
  2. 　前記流路は、１秒あたり５ｍＬ以上２５０ｍＬ以下の流量で水を通すことを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
  3. 　前記流路は、管形状を有する壁面により形成され、
    　前記壁面は、その少なくとも一部に紫外光を透過する窓部が設けられ、
    　前記光源は、前記窓部に対応する位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の水浄化装置。
  4. 　前記壁面は、その少なくとも一部に紫外光を反射する反射部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の水浄化装置。
  5. 　前記流路と連通する分岐口と、合流口とを有し、前記分岐口から前記合流口へと流れる水により前記光源を冷やす冷却水路をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水浄化装置。
  6. 　前記流路は、当該流路の入口または出口における通水断面積と比べて、前記光源が設けられる箇所における通水断面積が広くなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水浄化装置。
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