CN109195638A - 紫外线照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于具有与内部照射型同等的耐水压性能，同时无需用于内部插入有紫外线灯的保护管(石英管)的破损对策的各设备。具备耐压性容器(1)内收纳的紫外线透过性的保护管(2)、该保护管内收纳的紫外线灯(3)、容器(1)内收纳的紫外线透过性的通水管(4)。被处理液体(6)在通水管内流动。将容器(1)内的残余空间用紫外线透过性的液状介质(5)充满，来自紫外线灯(3)的紫外线透过保护管(2)、液状介质(5)、通水管(4)照射到被处理液体(6)。通过配置在液状介质(5)内，通水管(4)内外的压力变大致相等，通水管的耐水压性能与容器的耐水压性能变大致相等，无需特别强化通水管。此外，由于通水管内的被处理液体(6)不接触保护管(2)，故无需用于保护管破损对策的各设备。

Description

紫外线照射装置

技术领域

本发明涉及用于对被处理液体进行紫外线杀菌的紫外线照射装置，例如是适用于净水厂中的隐孢子虫等耐氯性病原生物的失活化对策或者纯水生成工厂、其他水处理工厂等使用的紫外线杀菌装置。

背景技术

用于水处理的紫外线照射装置有内部照射型和外部照射型。内部照射型被构成为：向圆筒形的不锈钢容器插入如石英管的紫外线透过性的保护管，在该保护管中收纳作为光源的产生紫外线的灯，在不锈钢容器内使被处理水流动，使通过保护管的紫外线照射该不锈钢容器内的被处理水。即，紫外线光源的保护管与容器内的被处理水接触。外部照射型被构成为：使被处理水在紫外线透过性的通水管(氟树脂管或石英管等)的管内流动，在通水管的周围隔着空间设置紫外线光源，使来自该紫外线光源的紫外线通过周围空间及通水管壁面，照射到该通水管内的被处理水。即，从被处理水所通过的通水管的外部照射紫外线。下述专利文献1展示了内部照射型紫外线照射装置的一例，下述专利文献2展示了外部照射型紫外线照射装置的一例。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2007－275825号公报

[专利文献2]日本专利特开2001－120235号公报

净水厂使用的紫外线照射装置为内部照射型。内部照射型的情况下，保护管(石英管)若破损，其碎片和光源灯的碎片、光源灯内部的物质会一同随被处理水流动。由于光源灯一般使用水银灯，因此若保护管(石英管)破损，则不得不假定水银混入被处理水中的情况。净水厂中，为了预防保护管(石英管)的破损，在紫外线照射装置的前段加入过滤器，防止会让保护管(石英管)破损的小石子流入。此外，在紫外线照射装置的后段上，假定保护管(石英管)破损从而设有过滤器。进一步地，假定被处理水中溶解有水银的情况，而在紫外线照射装置的后段过滤器后面设置箱体，进行如下控制：接收来自紫外线照射装置的漏水信号，自动关闭该箱体出口的阀门。

另一方面，外部照射型的情况下，即使紫外线透过性的通水管破损，水也仅从破损位置喷出，不会发生通水管的碎片、灯内的水银混入被处理水中的情况。因此，在外部照射型的情况下，无需如上所述的前后的过滤器、后段的箱体、箱体出口的自动阀等。但是，不限于净水厂，当水处理工厂中所要求的耐水压为1MPa时，外部照射型中的紫外线透过性的通水管由于由氟树脂或石英构成，因此难以使其耐水压达到1MPa。为了在氟树脂管或石英管中实现该耐水压，需要降低管径且增加壁厚。增加壁厚会导致紫外线透过率降低，降低管径会导致处理水量减少，因而需要使用很多根管。如此实现的结果是，由于高成本而变得不现实。

发明内容

本发明是鉴于以上的点而做成的，目的在于提供一种紫外线照射装置，其具有与内部照射型同等的耐水压性能，且如外部照射型那样，无需用于内部插入有紫外线灯的保护管(石英管)的破损对策的各设备。

本发明涉及的紫外线照射装置由耐压性的容器、所述容器内收纳的紫外线透过性保护管、所述保护管内收纳的紫外线灯、和在所述容器内收纳的紫外线透过性的通水管构成，所述通水管被构成为被处理液体在该通水管内流动，所述紫外线照射装置构成为：将所述容器内的残余空间用紫外线透过性的液状介质充满，使来自所述紫外线灯的紫外线透过所述保护管、所述液状介质、所述通水管，而照射在所述被处理液体。

由此，在容器内收纳紫外线透过性的通水管，使被处理液体在该通水管内流动，与此同时，将该容器内的残余空间用紫外线透过性的液状介质充满，由此该通水管的内外的压力大致变相等，通水管内产生的液压实质上被其外侧容器的壁体所负荷。因此，通水管的耐水压性能与容器的耐水压性能变得大致相等，不必特别强化该通水管的材质及结构等，就可以使该容器具有充分的耐水压性能，由此，作为处理系统的耐水压，可实质性地确保在1MPa以上。此外，作为容器内的残余空间内填充的所述液状介质，使用紫外线透过性的液体(例如纯水)，因而从保护管内的紫外线灯放射出的紫外线的全部或大部分透过该液状介质，到达至通水管内的被处理液体，因此可进行高效的液体处理(杀菌等)。进一步地，即使假定收纳紫外线灯的保护管破损，其碎片也会停留在所述液状介质内，不会影响到通水管内，因而无需设置用于保护管(石英管)破损对策的各设备。如此，根据本发明，可享受内部照射型和外部照射型两者的优点。此外，从紫外线灯放射出的紫外线的波长只要是被处理液体的处理所需的区域(例如，杀菌时为190nm～400nm左右)即可。液状介质具有的紫外线透过性能，也只要对从使用的紫外线灯放射出的紫外线的区域表现出充分的透过性能即可。

附图说明

[图1](a)为本发明的一个实施例涉及的紫外线照射装置的立体图，(b)为该紫外线照射装置的横截面图。

[图2](a)为表示用于对容器内的多个通水管供给被处理液体的结构的一例的示意图，(b)为表示其他例的示意图。

[图3](a)为本发明的其他实施例涉及的紫外线照射装置的立体图，(b)为该紫外线照射装置的横截面图。

[图4]为放大展示用于冷却液状介质的冷却装置的一例的图。

具体实施方式

图1(a)为本发明的一个实施例涉及的紫外线照射装置的立体图，(b)为该紫外线照射装置的截面(径向截面)图。容器1中，作为整体，是由密闭的圆筒形构成的不锈钢制的耐压容器，例如其构成为可承受1MPa以上的压力。此外，容器1的形状不限于圆筒，可以是任意形状。此外，图示例中所示的是在将圆筒放平的状态下配置容器1，但不限于此，也可以在将圆筒竖起的状态下配置容器1。

其构成为，在容器1内的规定位置(图示例中沿着圆筒的中心轴线的位置)收纳有紫外线透过性的保护管2。优选地，保护管2呈在容器1的圆筒的轴向上延伸的细长圆筒形，被装配成从容器1的圆筒的一个端面1a侧对容器1可装卸。容器1的一个端面1a中的所述保护管2的安装处液密地构成为该容器1内的液状介质5不会渗出。在保护管2内，介由其一端部2a，可装卸地收纳有紫外线灯3。作为一例，紫外线灯3沿着保护管2的长度，呈细长的直线形状。当然，紫外线灯3的形状不限于直线状，可使用环状、球状等任意形状，此时，保护管2由适合紫外线灯3的形状的形状构成。保护管2中，收纳于容器1内的部分是通过例如石英玻璃那样的具有充分的紫外线透过性的材质形成，伸出于容器1外的部分(端部2a)由适宜的材质(金属等)形成。当然，收纳于容器1内的保护管2(紫外线灯3)的根数不限于图示的1个，也可以为任意多个。

进一步地，容器1内收纳有紫外线透过性的通水管4。作为一例，图1中，容器1内，在轴向上直线延伸的4根通水管4在作为紫外线光源的保护管2的周围，被并列地设置在同心圆上。通水管4的数量及形状不限于图示例，可以是由任意的数量及形状构成。通水管4的材质可以是例如由FEP(四氟乙烯·六氟丙烯共聚物)那样的氟树脂构成的材质。其构成为：在通水管4内，被处理液体6从外部流动。

作为一例，如图1(a)示，各通水管4以贯通容器1地在圆筒的轴向上延伸，收纳于容器1内的部分例如由上述氟树脂那样的具有充分的紫外线透过性的材质形成，容器1的两端上向外露出的端部部分4a、4b由适宜的材质(金属等)形成。此外，各通水管4的两端部部分4a、4b中，可适当具备结合结构(图示省略)，该结合结构用以将用于使被处理液体6流动的外部管路(图示省略)可装卸地结合。与前述相同，容器1的两端面1a、1b中的所述各通水管4的安装处被液密地构成为该容器1内的液状介质5不会渗出。

如图1(b)所示，在容器1内，所述保护管2及通水管4以外的残余空间被紫外线透过性的液状介质5充满。作为紫外线透过性的液状介质5，可适当地使用例如纯水或离子交换水、超纯水等。此外，虽然不限于此，但优选液状介质5的性能是紫外线透过率为95％以上(紫外线吸收率为5％以下)。通过如此地容器1内的残余空间被紫外线透过性的液状介质5充满，被处理液体6在收纳于容器1内的所述通水管4中流动时，该通水管4的内外压力变得大致相等，通水管4内产生的液压实质上被其外侧的容器1的壁体负荷。因此，通水管4的耐水压性能和容器1的耐水压性能变得大致相等，无需特别强化该通水管4的材质及结构等，通过使该容器1具有充分的耐水压性能，由此，作为处理系统的耐水压，可实质性地确保在1MPa以上。因此，关于各通水管4的直径等的尺寸，无需考虑其自身的耐压性，可易于做成较大尺寸。此外，对于保护管2，要求与处理系统的耐水压同等的耐压性能，因而使用具有1MPa以上的耐压性的保护管。虽省略图示，但容器1中也可适当设置用于向其内部空间注入和/或排出液状介质5的出入口。

通过以上的构成，液体处理时，从保护管2内的紫外线灯3放射出的紫外线的全部或大部分透过容器1内的液状介质5，到达至通水管4内的被处理液体6，因而可以进行高效的液体处理(杀菌等)。此外，即便假定收纳紫外线灯3的保护管2破损，其碎片也会留在该液状介质5内，不会影响通水管2内的被处理液体6，因而无需设置用于保护管(石英管)2的破损对策的各设备(容器1的前后的过滤器、后段的箱体、箱体出口的自动阀等)。

作为一例，容器1的尺寸为内径210mm、长度1000mm左右时，保护管2的外径为30mm左右，通水管4的外径60mm。这时，作为紫外线灯3，可使用65瓦左右的低压水银灯。

用于向容器1内收纳的多个通水管4供给被处理液体6的结构在设计上可任意地构成。例如，如图2(a)中作为概念示意图所示的那样，将用于从供给被处理液体6的1根供给管路10向4根通水管4分流被处理液体6的转接器12a，设置在这些通水管4的一个端部，在这些通水管4的另一端部上，可设有用于将从这些通水管4流出的被处理液体6汇集至1根排出管路11的转接器12b。由此，向在各通水管4中流动的被处理液体6并排照射来自灯3的紫外线。作为其他例子，可以是如图2(b)中作为概念示意图所示地设成：将供给被处理液体6的1根供给管路10与1根第1通水管4的一端连接，将该第1通水管4的另一端和另1根第2通水管4的一端用转接器13a连接，将该第2通水管4的另一端和再另1根第3通水管4的一端用转接器13b连接，将该第3通水管4的另一端和再另1根第4通水管4的一端用转接器13c连接，将该第4通水管4的另一端和1根排出管路11连接。由此，多根通水管4被串联连接，向这些串联的通水管4中流动的被处理液体6反复照射来自灯3的紫外线。进一步地，作为另一例，虽然省略图示，但也可以是从供给被处理液体6的多个供给管路10，分别向各通水管4供给处理液体6，将从各通水管4流出的处理完成的被处理液体6分别排出至多根排出管路11。

图3(a)为本发明的其他实施例涉及的紫外线照射装置的立体图，(b)为该紫外线照射装置的截面(径向截面)图。与图1的例子同样地，容器1作为整体是由密闭的圆筒形构成的不锈钢制的耐压容器，紫外线透过性的保护管2及收纳于其内部的紫外线灯3也沿着容器1的圆筒中心轴线呈直线状。容器1内中只收纳有1根紫外线透过性的通水管7，该通水管7被构成为双重管，其截面呈环形。具体地，构成为：被处理液体6在该通水管7的环状截面管路(即，双重管的外侧管路)内沿轴向流动，该通水管7的内侧空间上配置有光源的所述保护管2。与上述同样地，在容器1内，所述保护管2及通水管7以外的残余空间被紫外线透过性的液状介质5充满。即，该实施例的情况下，通水管7的外侧空间和内侧空间被紫外线透过性的液状介质5充满。

这样的图3的实施例中，容器1内的残余空间被紫外线透过性的液状介质5充满，由此，被处理液体6在收纳于容器1内的所述通水管7中流动时，该通水管7的内外压力变得大致相等，通水管7内产生的液压实质上被其外侧的容器1的壁体负荷。因此，通水管7的耐水压性变得能和容器1的耐水压性能大致相等，无需特别强化该通水管7的材质及结构等，也能使该容器1具有充分的耐水压性能，由此，作为处理系统的耐水压，可实质性地确保为1MPa以上。因此，对于各通水管7的直径等的尺寸，不必考虑其自身的耐压性，可以容易做成较大尺寸。此外，与所述图1的实施例同样地，图3的实施例中，在液体处理时，从保护管2内的紫外线灯3放射出的紫外线的全部或大部分透过容器1内的液状介质5，到达通水管7内的被处理液体6，因而可进行高效的液体处理(杀菌等)。此外，即便假定收纳紫外线灯3的保护管2破损，其碎片也会留在该液状介质5内，不会影响通水管7内的被处理液体6，无需设置用于保护管(石英管)2的破损对策的各设备(容器1的前后过滤器、后段的箱体、箱体出口的自动阀等)。

上述各实施例中，容器1的内壁上可设置由铝或者PTFE(聚四氟乙烯)氟树脂等构成的有效反射紫外线的反射层。由此，由于反射的紫外线对位于光源(紫外线灯3)的相反侧的通水管4、7的面进行照射，因此，可对通过通水管4、7的被处理液体6整体进行高效的紫外线照射。

然后，关于使用的紫外线灯3的性能进行说明。对利用紫外线进行的病原生物、微生物的失活化有效的波长为400nm以下，但本发明中，通过纯水、离子交换水、超纯水等紫外线透过性高的液状介质5的层而对被处理水6照射紫外线。水会吸收190nm以下的波长，因而无需使使用的紫外线灯3具有放射出190nm以下的波长的紫外线的性能。因此，本方案中有效的紫外线的波长区域为190nm～400nm，紫外线灯3只要是具有照射具有在属于该波长区域内的任意一个波长或区域的紫外线的性能的灯即可。特别地，在200nm～300nm附近的波长是有效的，因而可使用具有这样的放射性能的紫外线灯3。作为具体的光源，有低压水银灯、中压水银灯、高压水银灯等的水银灯、氙气灯、闪光灯、UV-LED等各种各样的光源，可使用其中任意的光源，此外，不限于这些。

接下来，说明通水管4、7的材质及形状以及与光源的位置关系等。通过被处理液体5的通水管4、7所需的条件为透过紫外线。作为满足该条件的材料，有石英、蓝宝石、氟树脂中的FEP或者PFA(四氟乙烯·全氟烷基乙烯基醚共聚物)等的单一原材料，在石英、蓝宝石上覆盖氟树脂(有通过热收缩粘帖的情况或加工相互的接触面使之吸附或结合的情况)的复合原材料等。其形状不限于图1所示的圆筒形或图3所示的双重管(环状截面)。例如，直线状的通水管4的截面不限于圆形，可以是三角形或四边形等任意形状，此外，可以不使用由双重管构成的通水管7，而是使用螺旋状的通水管，在螺旋的中心空间中配置内部插入有紫外线灯3的保护管2。此外，内部插入有紫外线灯3的保护管2的轴和通水管4、7的轴不必平行，可以是呈直角或倾斜的位置关系。进一步地，图1中，如图所示，使通水管4的出入口的面和出入保护管2的灯3的面为相同，但不限于此。考虑保养性时，若不使它们成为同一个面地构成，例如构成为将内部插入有紫外线灯3的保护管2偏倾(为倾斜或直角)，由容器1的圆筒的曲面(侧面)出入，则变得能容易地进行灯的更换。

接下来，说明保护管2的材质、形状等。内部插入有紫外线灯3的保护管2需要所需的紫外线透过性和耐压性。因此，作为保护管2的原材料，和所述通水管4、7同样地，可使用紫外线透过性优异的石英、蓝宝石、氟树脂中的FEP或PFA等的单一原材料，在石英、蓝宝石上覆盖氟树脂的复合原材料等。另外，由于1MPa以上的耐水压对于保护管2是必要的，因此优选做成圆筒形。但是，氟树脂制的管中，内径和壁厚受限，因而对由氟树脂构成的保护管2要求1MPa的耐水压时，所需的壁厚虽然取决于温度，但相对于内径20mm，需要壁厚2mm以上的壁厚。另一方面，用石英、蓝宝石、在石英、蓝宝石上覆盖氟树脂的复合原材料形成保护管2时，相对于内径20mm，即使壁厚为1mm，也能确保1MPa的耐水压。

接下来，说明液状介质5的冷却。作为液状介质5使用的离子交换水由于来自低压水银灯的热量而升温，达到一定程度的水温(虽因周围温度、被处理液体6的温度、及被处理液体6的水流的有无而有所不同，但例如约为60℃)。低压水银灯会因灯周边温度导致紫外线功率发生变化，相对于最适温度(周围水温25℃)，约60℃下紫外线功率会降低至50～70％。为了抑制这样的水温上升导致的不良影响，可在容器1内设置冷却装置，通过该冷却装置冷却液状介质5，由此冷却保护管2及内部的紫外线灯3，并且防止紫外线功率的降低。

若放大显示这样的冷却装置的一例，则如图4所示。图4表示的是适用于如下情况的例子，该情况是在如图1将多根直线状的通水管4收纳在容器1内的实施例中，将容器1的圆筒竖起状态下设置的情况。在这样竖起的状态的容器1内的液状介质5的收纳空间的上方的适当位置上配置多根螺旋状管道14，通过在该螺旋状管道14中流通冷却水，从而构成冷却装置。通过在容器1内的液状介质5的收纳空间的上方配置冷却用的螺旋状管道14，冷却效率提高。作为一例，可确认：使构成1根螺旋状管道14的管道为内径6mm、外径8mm、全长4m左右，在容器1的上部的位置上设置1个这样的螺旋状管道14，在各管道14中，使水温20℃的冷却水以每分钟1升进行流动，由此，即使持续开启1个65W的低压水银灯，作为液状介质5使用的离子交换水的水温也可保持在大约25℃。由此，得到用于使紫外线功率最大化的最适温度。作为该每分钟1升的冷却水，可使用照射紫外线前的被处理液体6，或也可循环使用专用的冷却水。

净水厂使用的紫外线照射装置中，负有持续测定紫外线照度的义务。因此，如图4所示，在作为被处理液体6的流路的通水管4内设置紫外线传感器15即可。

接下来，说明容器1内壁上设置的紫外线反射层的影响。从紫外线灯3发出的紫外线在照射通水管4内的被处理液体6后，到达至不锈钢制容器1的内壁。不锈钢的紫外线反射率为30％左右，因而在不设置特别的反射层时，反射效果较低。通过将用于有效利用到达至该不锈钢容器内壁的紫外线的反射层设在容器1的内壁上，可提高通水管4内的紫外线照度。该反射层持续接触纯水，因而优选不被纯水腐蚀的材质。优选的实施例中的紫外线波长为200nm～300nm左右，因而优选对该波长区域具有高反射率的材质。例如，涂布有氟树脂的铝、或PTFE制、FEP制、PFA制的氟树脂适于紫外线反射。反射包括镜面反射和漫反射，镜面反射在反射面为如镜子那样的状态下产生，漫反射是在反射面为凹凸的状态下通过散射光而产生。可以形成反射层从而实现上述任一种反射效果。作为一例，使卷起厚度1mm的FEP板而成的筒紧贴在容器1的内壁时，测定对通水管4内部的被处理液体6的紫外线照度的结果，与不设置该FEP板层的情况相比，得到最大4倍的紫外线照度提升。为了使由该FEP板层构成的筒，紧贴于直径210mm的不锈钢容器1的内周，使其圆周为约660mm。为了得到由这样的660mm的圆周构成的FEP板层，只要将由700mm的短边和作为不锈钢容器1的轴向长度的1m的长边构成的长方形的FEP板，在短边方向上卷起为圆筒状即可，使多余的40mm的部分保持为自然重叠的状态，无需焊接该重叠部分。由铝构成反射层时也无需焊接这样的重叠部分。

此外，容器1的内壁上设置的紫外线反射层，无需对该容器1进行固定，此外，该反射层的内侧外侧都有液状介质5，因而无需高耐水压。因此，反射层的形状具有自由度，不限于圆筒状，也可以是具有平面的板状。特别地，若是镜面反射的反射板，通过制成大致椭圆的曲面，在2个焦点中的一个上放置光源，在另一个焦点上用反射板集中镜面反射的光，因而利用该原理的配置中，可设置光源(保护管2)、通水管4以及反射板。

接下来，说明冻结对策及结露对策。若持续开启紫外线灯3(例如低压水银灯)，则液状介质5被加热，因而无需担心液状介质5、被处理液体6会冻结。此外，若关闭灯3，则在插入灯3的保护管2的内部有时会产生结露，由于其露水，有可能会产生以下的不良情况：灯3被关闭，或连接灯3的插座被腐蚀。与此相对地，若持续开启灯3，则也可以作为结露对策。另一方面，非处理时，若在停止冷却水向螺旋状管道14的流动的状态下持续亮起开灯3，则液状介质5被加热至例如60℃左右，与此同时，在通水管4内对流的被处理液体6也会被加热。为了避免伴随着灯3的持续开启的非处理时的被处理液体6的加热，在非处理时排空通水管4即可。

接下来，说明通水管4及7的清洗。假定通水管4及7的内部由于被处理液体6而附着污垢。若假定在净水厂使用，相比假定在纯水制造中使用，污垢附着的可能性更高。净水厂中用于隐孢子虫对策的膜处理后的水中包括成为净水的透过水以及回收或舍弃的废水。该废水相比于净水，污垢附着的可能性更高。使该废水在氟树脂管中流动，使用10年的结果是，确认到由于氟树脂所具有的非湿润性的效果，污垢附着几乎消失。因此，作为通水管4及7使用氟树脂管，可对防止污垢附着期待较大的效果。

进一步地，也可以设置用于清洗通水管4(或7)的内部的清洗装置。作为这样的清洗装置，例如，可以是基于以下中的至少1个方式：对容器1内的液状介质5发出超声波，通过振动器向通水管4(或7)传达机械振动，将通水管4(或7)的内部用刷子清洗。

Claims (9)

1.一种紫外线照射装置，其特征在于，包括：耐压性容器、

收纳在所述容器内的紫外线透过性的保护管、

收纳在所述保护管内的紫外线灯、

收纳在所述容器内的紫外线透过性的通水管，其构成为使被处理液体在该通水管内流动；

所述紫外线照射装置构成为：将所述容器内的残余空间用紫外线透过性的液态介质充满，使来自所述紫外线灯的紫外线透过所述保护管、所述液态介质、所述通水管而照射到所述被处理液体。

2.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，所述液态介质为纯水。

3.根据权利要求1或2所述的紫外线照射装置，所述容器的内壁上配置有用于反射紫外线的反射层。

4.根据权利要求3所述的紫外线照射装置，所述反射层由使用铝和氟树脂中的至少1种的材质构成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的紫外线照射装置，所述紫外线灯产生属于波长190～400nm的区域内的紫外线。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的紫外线照射装置，所述通水管内设有紫外线传感器。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的紫外线照射装置，还设有用于冷却所述容器内的液态介质的冷却装置。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的紫外线照射装置，还设有用于清洗所述通水管的清洗装置。

9.根据权利要求8所述的紫外线照射装置，所述清洗装置是基于下述至少1种方式的装置：向所述液态介质发出超声波、向所述通水管传达振动器的振动、将所述通水管的内部用刷子清洗。