CN110049951A - 水处理装置及水处理方法 - Google Patents

Abstract

水处理装置(10)包括：双层管构造单元(12)，其具有外管(20)、内管(30)、以及限制构件，该外管(20)从第1端部(21)沿轴向向第2端部(22)延伸，该内管(30)被配置在外管(20)的内部，并沿轴向延伸，该限制构件被配置在外管(20)与内管(30)之间，防止内管(20)相对于外管(30)的径向位移；以及光源单元(14)，其被以液密地堵塞外管(20)的第1端部(21)的开口的方式配置，并沿轴向向在内管(30)的内部流动的被处理水照射紫外光。内管(30)具有：相对端部(31)，其隔着被设置在与光源单元(14)之间的间隙(76)地与光源单元(14)相对；以及流入端部(32)，其位于相对端部(31)的相反侧，供被处理水流入。外管(20)具有被设置在外管(20)的外周面(23)的流出口(26)，通过间隙(76)而从内管(30)内向外流动的被处理水从流出口(26)流出。

Description

水处理装置及水处理方法

技术领域

本发明涉及水处理装置，尤其涉及对被处理水照射紫外光的技术。

背景技术

已知紫外光具有杀菌能力，且对在医疗或食品加工的现场等的杀菌处理照射紫外光的装置正在被使用。此外，通过对被处理水照射紫外光，从而对被处理水连续地进行杀菌的装置也正在被使用。作为这种装置，例如可举出沿与被处理水的流动方向正交的方向照射紫外光的装置(例如，参照专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1:日本特开2014-233646号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

在采用与被处理水的流动方向正交地照射紫外光的构成的情况下，为了使被处理水得到足够的作用量，需要沿流动方向来排列光源，从而无法高效地照射紫外光。

本发明鉴于这样的问题而完成，其示例性的目的之一在于提供一种提高了对被处理水的紫外光照射效率的水处理装置。

[用于解决技术课题的技术方案]

本发明的一个方案的水处理装置包括：双层管构造单元，其具有外管、内管、以及限制构件，该外管从第1端部沿轴向向第2端部延伸，该内管被配置在外管的内部，并沿轴向延伸，该限制构件被配置在外管与内管之间，防止内管相对于外管的径向位移；以及光源单元，其被以液密地堵塞外管的第1端部的开口的方式配置，并沿轴向向在内管的内部流动的被处理水照射紫外光。内管具有：相对端部，其隔着被设置在与光源单元之间的间隙地与光源单元相对；以及流入端部，其位于相对端部的相反侧，供被处理水流入。外管具有被设置在外管的外周面的流出口，通过间隙而从内管内向外流动的被处理水从流出口流出。

根据该方案，因为在内管的内部，紫外光被沿被处理水的流动方向照射，所以能够沿紫外光的照射方向在整个被处理水流动的时间内使紫外光作用。由此，能够比与被处理水的流动方向正交地照射紫外光的情况更高效地照射紫外光。此外，通过将流路设为双层管构造，并使被处理水通过内管与光源单元之间的间隙而从内管内向外流出，从而能够对内管的内部中的被处理水的流动进行整流。由此，能够使紫外光均匀地作用于被处理水整体，从而提高水处理的效果。进而，通过设置防止内管相对于外管的径向位移的限制构件，从而即使在采用沿轴向较长的双层管构造的情况下，也能够使得外管与内管之间的流路宽度被维持恒定，并调整被处理水的流动。

也可以是，限制构件包含嵌入式法兰，该嵌入式法兰被以堵塞外管的第2端部与内管的流入端部之间的方式配置。

也可以是，限制构件包含锁定销，该锁定销在相比于第2端部更靠近第1端部的位置从外管的内周面沿径向向内管的外周面延伸。

也可以是，间隙的轴向上的尺寸为3mm以上30mm以下。

也可以是，外管的内直径与内管的外直径之差为10mm以上50mm以下。

也可以是，流出口被设置在相比于第1端部更靠近第2端部的位置。

也可以是，光源单元具有发光元件、以及水冷机构，该发光元件发出紫外光，该水冷机构对发光元件进行冷却，水冷机构被构成为：冷却水被从被设置在外管的外周面的取水口供给，取水口被隔着内管地设置在流出口的径向相反侧的位置。

本发明的另一方案为使用水处理装置的水处理方法。该方法包括对从流入端部流入并在内管的内部沿轴向流动的被处理水照射紫外光，并使照射了紫外光的被处理水从流出口流出的工序，且被处理水被以从水处理装置通过时的压力损失为5kPa以上20kPa以下的方式供给。

根据该方案，能够通过使得压力损失为5kPa以上20kPa以下，从而对内管的内部中的被处理水的流动进行整流。由此，能够使紫外光均匀地作用于被处理水整体，从而提高水处理的效果。

[发明效果]

根据本发明，能够提高紫外光照射效率，从而提高水处理能力。

附图说明

图1是概略地表示实施方式的水处理装置的构成的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的方式。另外，在说明中，针对相同的要素标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。

图1是概略地表示实施方式的水处理装置10的构成的图。水处理装置10包括双层管构造单元12、光源单元14、以及导入管16。双层管构造单元12具有外管20、以及内管30。水处理装置10为用于向在内管30的内部流动的被处理水照射紫外光，从而实施杀菌处理的装置。

在本说明书中，为了帮助理解内容，有时将外管20及内管30的长度方向称为“轴向”。例如，在图1中，与中心轴A平行的方向为轴向。此外，有时将与轴向正交的方向称为径向，将包围轴向的方向称为周向。

外管20具有圆筒形状，并从第1端部21沿轴向向第2端部22延伸。在第1端部21及第2端部22，设置有从外管20的外周面23向径向外侧延伸的法兰。外管20由树脂材料或金属材料构成，例如由不锈钢构成。在一个实施例中，外管20的轴向上的长度约为400mm，外管20的内周面24的直径约为400mm。

在外管20的外周面23，设置有流出口26及取水口28。流出口26被设置在第1端部21与第2端部22之间的位置。取水口28被设置在隔着内管30的流出口26的径向相反侧的位置。例如，在设置了水处理装置10的状态下，流出口26被配置在铅垂上侧，取水口28被配置在铅垂下侧。另外，从压力损失的均匀化的观点来看，流出口26及取水口28优选被设置在第1端部21与第2端部22之间的中央部或比中央部偏近第2端部22的位置。另外，在即使改变流出口26及取水口28的位置也不会对压力损失的均匀性造成那么大的影响那样的流路构造的情况下，也可以将流出口26及取水口28设置在相比于第2端部而更偏近第1端部21的位置。

内管30具有圆筒形状，并从相对端部31沿轴向向流入端部32延伸。内管30被配置在外管20的内部，优选的是，被与外管20同轴地配置。内管30由紫外光的反射率及耐久性较高的材料构成，例如由PTFE(聚四氟乙烯)等氟树脂构成。在一个实施例中，内管30的轴向的长度约为400mm，内管30的内周面34的直径约为350mm。

在流入端部32，设置有从内管30的外周面33向径向外侧延伸的法兰。另一方面，在相对端部31，未设置法兰。相对端部31与窗构件42夹着间隙76地相对，该间隙76被设置在与光源单元14的窗构件42之间。即，相对端部31与窗构件42之间沿轴向分开间隙76的尺寸。间隙76被遍及相对端部31的整周地设置，相对端部31与窗构件42之间的轴向上的距离(即，间隙76的尺寸)被以遍及整周地均匀的方式设置。间隙76的轴向上的尺寸优选为3mm以上30mm以下，在一个实施例中，约为10mm。

双层管构造单元12进一步具有嵌入式法兰(インローフランジ)36。嵌入式法兰36为被配置在外管20与内管30之间的限制构件，限制内管30相对于外管20的径向位移。嵌入式法兰36被以堵塞外管20的第2端部22与内管30的流入端部32之间的方式配置，且被夹入第2端部22的法兰与流入端部32的法兰之间并固定。在第2端部22的法兰与嵌入式法兰36之间，设置有O型圈。在图示的例子中，虽然内管30与嵌入式法兰36被单独地形成，但是在变形例中，内管30与嵌入式法兰36也可以被一体地形成。例如也可以是，在内管30的流入端部32，形成有与外管20的内周面24抵接的台阶部。

双层管构造单元12进一步具有锁定销38。锁定销38为被配置在外管20与内管30之间的限制构件，限制内管30相对于外管20的径向位移。锁定销38为从外管20的内周面24沿径向向内管30的外周面33延伸的构件。锁定销38被沿周向设置在多个不同的位置，例如被沿周向等间隔地配置。锁定销38优选被设置在相比于第2端部22更靠近第1端部21的位置。通过将其设置在相对靠近第1端部21的位置，能够良好地防止内管30的相对端部31的径向位移。

另外，也可以是，在变形例中，仅设置嵌入式法兰36与锁定销38中的一者。此外，也可以是，嵌入式法兰36与锁定销38两者都不设置。在后者的情况下，也可以是，设置与嵌入式法兰36及锁定销38不同构造的限制构件。

光源单元14具有多个发光元件40、窗构件42、窗框44、以及水冷机构50。光源单元14被安装在外管20的第1端部21上，并被以液密地堵塞第1端部21的开口的方式配置。光源单元14从相对端部31向流入端部32沿轴向对在内管30的内部流动的被处理水照射紫外光。

发光元件40为所谓的UV-LED(Ultra Violet-Light Emitting Diode：紫外发光二极管)，输出中心波长或峰值波长被包含在约200nm～350nm的范围内的深紫外光。发光元件40优选发出作为杀菌效率较高的波长的260nm～290nm附近的紫外光。作为这种紫外光LED，已知例如使用了氮化镓铝(AlGaN)的LED。多个发光元件40被安装在水冷机构50上。多个发光元件40被配置在与轴向正交的平面内，且在被安装的平面内被沿径向及周向排列。

窗构件42被配置在内管30的相对端部31与多个发光元件40之间的位置，并被以堵塞外管20的第1端部21的开口的方式配置。窗构件42由来自发光元件40的紫外光的透射率较高的材料构成，例如由石英玻璃(SiO₂)构成。窗构件42具有圆板形状。在一个实施例中，窗构件42的直径约为420mm，厚度约为40mm。在窗构件42的外周，设置有窗框44，窗构件42被固定在窗框44上。在窗构件42与窗框44之间，设置有用于使其液密的O型圈。

窗框44具有内侧窗框45、以及外侧窗框46，窗构件42被夹入并固定在内侧窗框45与外侧窗框46之间。窗框44由不锈钢等金属材料构成。内侧窗框45位于第1端部21与窗构件42之间，与在双层管构造单元12的内部流动的被处理水接触。在第1端部21与内侧窗框45之间，设置有O型圈。外侧窗框46位于窗构件42与水冷机构50之间。窗框44由使用了螺栓和螺母等的紧固构件48固定在第1端部21上。紧固构件48被插于贯穿第1端部21的法兰、内侧窗框45及外侧窗框46的安装孔，并夹着第1端部21、内侧窗框45及外侧窗框46地进行固定。

水冷机构50利用从取水口28供给的冷却水来对发光元件40进行冷却。水冷机构50具有冷却水供给口52、以及冷却水排出口54。冷却水供给口52经由冷却水供给管56而与取水口28连接，在双层管构造单元12流动的被处理水中的一部分作为冷却水而被供给到冷却水供给口52。水冷机构50具有：散热片(未图示)，其与发光元件40热耦合；以及与散热片热耦合的冷却水循环用的内部配管(未图示)。通过了内部配管的冷却水通过被连接在冷却水排出口54上的冷却水排出管58而被排出到外部。水冷机构50被安装在外侧窗框46上。

导入管16为漏斗状的构件，具有口径从导入端部61向连接端部62逐渐变大的形状。导入管16由不锈钢等金属材料构成。在导入端部61及连接端部62，设置有向径向外侧延伸的法兰。连接端部62被连接在内管30的流入端部32上。连接端部62具有与内管30相同的内径，使得被处理水从导入管16流畅地向内管30流动。在导入端部61，连接有用于供给被处理水的配管。导入端部61被构成为与连接对象即配管内径相同。导入管16连接口径不同的配管与内管30之间，使得从流入端部32流入到内管30的内部的被处理水的流动被整流。

导入管16由紧固构件64固定在双层管构造单元12上。紧固构件64被插于贯穿第2端部22的法兰、嵌入式法兰36、流入端部32的法兰、以及连接端部62的法兰的安装孔中，夹着这些构件地进行固定。由此，内管30的径向上的位置被嵌入式法兰36限制，内管30的径向位移被防止。

以下，对基于以上构成的水处理装置10的动作进行说明。被处理水被从导入端部61导入，并通过导入管16的内部的导入流路72及内管30的内部的内侧流路74而沿轴向向光源单元14流动。光源单元14沿轴向向从内侧流路74通过的被处理水照射紫外光。照射了紫外光的被处理水通过光源单元14与相对端部31之间的间隙76而从内管30内向外流动，并通过外管20与内管30之间的外侧流路78而从流出口26流出。被处理水中的一部分从取水口28通过冷却水供给管56而被供给到水冷机构50，并被用于多个发光元件40的冷却。使用后的冷却水被从冷却水排出口54向外部排出。

使用水处理装置10的水处理方法包含如下工序：对从流入端部32流入并在内管30的内部沿轴向流动的被处理水照射紫外光，并使照射了紫外光的被处理水从流出口26流出。此时，被处理水被以从水处理装置10通过时的压力损失为5kPa以上20kPa以下的方式供给。通过以压力损失为这样的范围内的方式供给被处理水，从而能够对水处理装置10的内部的被处理水的流动进行整流，并对被处理水的整体均匀地照射紫外光。

接着，对本实施方式所起到的效果进行说明。根据本实施方式，因为是沿流动方向向在内管30的内部流动的被处理水照射紫外光的，所以能够在整个被处理水沿轴向流动的时间内使紫外光作用。假设在沿与流动方向正交的方向照射了紫外光的情况下，仅能够在通过紫外光的照射范围的些许时间内使紫外光作用。在该情况下，为了提高作用量，需要沿流动方向排列光源等，来沿流动方向加长紫外光的照射范围。另一方面，在本实施方式中，仅通过在与流动方向相对的位置设置光源单元14就能够确保沿流动方向较长的作用长度。因此，根据本实施方式，能够使来自被设置在流路的端部的光源的紫外光高效地作用于被处理水。

根据本实施方式，能够通过将PTFE等氟树脂用作内管30的材料，从而防止污垢附着在内管30的外周面23及内周面24上。此外，因为PTFE为紫外光的反射率较高的材料，所以能够使来自光源单元14的紫外光一边在内周面24上反射，一边使其沿轴向传播。由此，与以紫外光反射率较低的材料来构成内管30的情况相比，能够增加作用于被处理水的紫外光量。由此，能够提高水处理能力。

根据本实施方式，因为采用了被处理水通过被遍及相对端部31的整周地设置的间隙76而从内管30内向外流动的构成，所以能够使作为被处理水的整体的流动均匀化。假设在用于从内管30内向外流出的流路仅被设置在周向的一部分上、或是被沿周向非对称地设置的情况下，因流路构造的非对称性，被处理水的流动可能会发生紊乱，流速分布可能会产生偏差。因为紫外光的作用量与被处理水在内管30中流动的时间，即流速相关，所以当流速分布产生偏差时，在一部分上，照射量会不足。根据本实施方式，因为能够使被处理水的流速分布均匀化，所以也能够使紫外光的照射量均匀化。由此，能够针对被处理水的整体实施充分的杀菌处理。

根据本实施方式，能够通过将光源单元14与相对端部31的间隙76的尺寸设为3mm以上30mm以下，从而良好地得到如上所述的整流效果。此外，能够通过将设置流出口26的位置设为从第1端部21沿轴向在10mm以上100mm以下的范围内分离的位置，从而使水处理装置10的内部的压力损失均匀化。同样，能够通过将取水口28设置在流出口26的径向相反侧的位置，从而提高流路构造的对称性，并使得压力损失变得更均匀。

根据本实施方式，能够通过设置嵌入式法兰36或锁定销38等限制构件，从而良好地防止内管30的位移。在被处理水的流量较大的情况下，考虑因被处理水的流入所产生的流体能量，内管30会发生振动，且外管20与内管30的间隔、即外侧流路78的流路宽度会发生变动。当外侧流路78的流路宽度发生变动时，会存在如下风险：因压力损失变得不均匀而导致处理能力减低。根据本实施方式，因为能够利用限制构件来防止内管30的振动，并将外侧流路78的流路宽度维持恒定，所以能够均匀地维持压力损失。

以上，基于实施方式，对本发明进行了说明。本领域技术人员应理解的是，本发明不被限定于上述实施方式，能够进行多种设计变更，并能够存在各种变形例，并且那样的变形例也在本发明的范围之内。

[附图标记说明]

10…水处理装置、12…双层管构造单元、14…光源单元、20…外管、21…第1端部、22…第2端部、23…外周面、24…内周面、26…流出口、28…取水口、30…内管、31…相对端部、32…流入端部、33…外周面、34…内周面、36…嵌入式法兰、38…锁定销、40…发光元件、50…水冷机构、76…间隙。

[工业可利用性]

根据本发明，能够提高紫外光照射效率，从而提高水处理能力。

Claims (8)

1.一种水处理装置，其特征在于，包括：

双层管构造单元，其具有外管、内管、以及限制构件，该外管从第1端部沿轴向向第2端部延伸，该内管被配置在上述外管的内部，并沿上述轴向延伸，该限制构件被配置在上述外管与上述内管之间，防止上述内管相对于上述外管的径向位移，以及

光源单元，其被以液密地堵塞上述外管的上述第1端部的开口的方式配置，并沿上述轴向向在上述内管的内部流动的被处理水照射紫外光；

上述内管具有：相对端部，其隔着被设置在与上述光源单元之间的间隙地与上述光源单元相对；以及流入端部，其位于上述相对端部的相反侧，供被处理水流入；

上述外管具有被设置在上述外管的外周面的流出口，从上述间隙通过而从上述内管内向外流动的被处理水从上述流出口流出。

2.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，

上述限制构件包含嵌入式法兰，该嵌入式法兰被以堵塞上述外管的上述第2端部与上述内管的流入端部之间的方式配置。

3.如权利要求1或2所述的水处理装置，其特征在于，

上述限制构件包含锁定销，该锁定销在相比于上述第2端部更靠近上述第1端部的位置从上述外管的内周面沿径向向上述内管的外周面延伸。

4.如权利要求1～3的任何一项所述的水处理装置，其特征在于，上述间隙的上述轴向上的尺寸为3mm以上30mm以下。

5.如权利要求1～4的任何一项所述的水处理装置，其特征在于，上述外管的内直径与上述内管的外直径之差为10mm以上50mm以下。

6.如权利要求1～5的任何一项所述的水处理装置，其特征在于，上述流出口被设置在相比于上述第1端部更靠近上述第2端部的位置。

7.如权利要求1～6的任何一项所述的水处理装置，其特征在于，

上述光源单元具有发光元件、以及水冷机构，该发光元件发出紫外光，该水冷机构对上述发光元件进行冷却，上述水冷机构被构成为：冷却水被从被设置在上述外管的外周面的取水口供给；

上述取水口被隔着上述内管地设置在与上述流出口径向相反侧的位置。

8.一种水处理方法，其使用如权利要求1～7的任何一项所述的水处理装置；

该水处理方法的特征在于，

包括如下工序：对从上述流入端部流入并在上述内管的内部沿上述轴向流动的被处理水照射紫外光，并使照射了紫外光的被处理水从上述流出口流出；

被处理水被以从上述水处理装置通过时的压力损失为5kPa以上20kPa以下的方式供给。