JP2005525232A - 液体の紫外線放射処理のための２重チャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、液体の、好ましくは飲料水並びに/若しくは汚水のＵＶ消毒のための２重壁チャンバである。
【解決手段】このためには、高圧なＵＶ放射線チャンバの、矩形並びに/若しくは正方形の断面の形状を実現することである。この放射線チャンバは、さらに、薄壁の構造を有しており、円形のチャンバと同じようなＵＶ放射線源の最適かつ緊密な配置を可能にしている。本発明の理想を適用することにより、流入部の知られた空所が完全に除かれ、また、チャンバ内のピストンフローと同時に流れる流入部の乱入が形成される。

Description

本発明の一態様において、本発明は、２重チャンバ、特に、好ましくは飲料並びに/もしくは汚水における液体の紫外線（ＵＶ）処理、即ち消毒の使用に適するようなチャンバに関する。

ＵＶ放射線チャンバは、一般的に、円形のボイラーのような容器であり、この容器を通って処理される液体が軸方向に流れる。主として、一般的なＵＶ放射線チャンバの一端部の両側に、インレット接続部及びアウトレット接続部が設けられており、また軸方向に向けられたアウトレットが部分的に設けられている。異なる圧力容器のような前記インレット接続部及びアウトレット接続部は、円形のパイプで、代表的には標準化された特別なスチールパイプで製造されている。

パイプの接続部並びに/若しくは円形のボイラーのようなチャンバ、即ち容器は、わずかな材料の使用で、内側の高圧に耐えるようになっている。このボイラーのようなチャンバ、即ち容器の円形の形状が、最適な解決となる。このような円形の容器内に放射線装置が配置されており、この装置は、好ましくは、処理される液体媒体の消毒のために、放射線を発する。この装置は、低い温度と湿度とに対して保護するために、ＵＶの透過可能な薄壁の石英の管中に挿入されているＵＶ放射線装置の構造（アレイ）である。多少の例外はあるが、ＵＶ放射線装置は、管のようなＵＶ放射線チャンバ内に長手方向に配置されている。つまり、これら装置は、これらの長手方向軸が、チャンバ、即ち容器を通る流体の流れの方向に対してほぼ平行であるように配置されている。

本発明の目的は、一般的に、チャンバ内の各々の位置で、ほぼ同じ強度の放射線で、最も均一なＵＶ照射野を発生させることである。従って、この目的は、液体の分子又は“粒子”が完全に消毒され、各分子又は“粒子”が同じ強度の放射線“Ｈ”（ｍＪ/ｃｍ^２；Ｊ/ｍ^２）を個々に受けるように、分子又は“粒子”を処理することである。

水圧システムにおいて、放射線チャンバを横切る流れは、できれば、多くの内側の横方向の流れの成分、即ち、径方向の横の流れの移動が重なったチャンバの軸に沿ったピストンフロー（プラグフロー（ｐｌｕｇ ｆｌｏｗ））の形態で生じる。この方法でのみ、個々の液体の分子又は“粒子”は、石英の被覆管のすぐ近くに再び移動する。この被覆管内に、ＵＶ放射線源が位置されており、高い放射線強度が与えられている。そして、細菌又は微生物の破壊が、ほぼ直接に生じる。このような流れの動きが、ＵＶ処理装置の消毒の能力を高める。

従って、従来の仮想、即ち層流パターンは好ましくない。しかし、このような流れのパターンは、効果的なＵＶの未発生のために、本当に“理想的な”流れよりも容易に、技術的な視点から達せられ得ることに気付く。このＵＶの未発生は、チャンバのデザインとチャンバのインレット及びアウトレットの状態とに主に依存している。媒体が、円筒形の放射線チャンバ内に、横方向に流入することによる空所の発生は、しばしば、円筒形の放射線チャンバ内で、理論上利用可能な放射スペース（放射時間）の利用を妨げる。また、この空所は、入ってくる流体の流れのあまりにも早い、制御不可能な曲がりと、内側の径方向の移動成分の欠落とによって引き起こされる。

追加要因は、チャンバに沿って配置されたＵＶ放射線源又はランプが、横断面全体に渡り、かくして全体のチャンバの容積において均一な照射野を適用し得るように、円形のパターンに配置されることは、一般的にできない、ことである。代表的には、均一な放射野は、矩形の、好ましくは正方形のフロー断面を要する放射線源又はランプの、まさに矩形のグリッドアレイ（ｇｒｉｄ ａｒｒａｙｓ）でのみ達せられる。あいにく、このような配置は、問題となるが、かなりの圧力がチャンバの内側に生じる時、このような配置が、飲料水の処理の場合にとられる。

要約すると、横方向のインレットと軸方向に平行なＵＶ放射線源装置とが設けられた、一般的に円筒型のＵＶ放射線チャンバは、３つの特定の欠点、即ち、（i）空所(ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ)が発生されていること、（ii）一般的に、一束の放射線源又はランプが円形又は環状の断面に均一に配設させることが出来ないこと、（iii）主流通が、十分な放射の横の流れによって重ならないことを述べている。

従って、上述した従来技術の欠点の少なくとも1つを未然に防ぐ、又は軽減するチャンバ、容器、又は処理装置のための、特に、汚水、飲料水等の液体のＵＶ消毒のためのチャンバ、容器、及び処理装置のための従来技術には必要性が残されている。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点の少なくとも1つを未然に防ぐ、又は軽減する、新規性のあるチャンバ、容器、又は処理装置を提供することである。

本発明の一態様に係われば、本発明は、（i）インレット接続部と、（ii）アウトレット接続部と、（iii）アウターパイプとを有し、このアウターパイプは、インナーパイプを囲んでおり、このインナーパイプ内には、少なくとも１つのＵＶ放射線源が配置されており、かつ、前記インナーパイプの両端部には、シーリングカバーが設けられており、また、このシーリングカバーには、アウトレット並びに/若しくはインレット開口部が設けられ得る、液体のＵＶ消毒のための２重壁チャンバにおいて、前記ＵＶ放射線源を有した前記インナーパイプ中への液体の流入は、前記アウター及びインナーパイプ間の中間スペースを通って生じることを特徴とする２重壁チャンバである。

本発明の実施の形態は、添付図面を参照して示されており、これら図面では、参照符号が部分を示しているであろう。

従って、本発明の好ましい実施の形態が、図１ａ及び図１ｂに示されており、これら図には、明瞭にするために、ＵＶ放射線装置、即ち、被覆管と、放射線源又はランプハッチ（ｌａｍｐ ｈａｔｃｈｅｓ）とが設けられたＵＶ放射線源又はランプは示されていない。代わりに、通過媒体の案内部を備えた２重壁のチャンバのみが示されている。

図１ａ及び図１ｂを参照すると、参照符号１は、任意の断面の、例えば、正方形断面の薄壁インナーパイプに関連しており、このパイプ内に、ＵＶ放射線源又はランプの構造体が配置されている。参照符号２は、インレットノズル４とアウトレットノズル５とが設けられた気密な円形のアウターパイプに関連している。また、参照符号３は、これら２つのパイプ１，２間の中間スペースに関連している。

前記インナーパイプ１は、例えば、チャンバのアウトレット端部のところで表面に溶接され、かつ、一端側で適応された分離壁７によりセンタリングされることにより、円形のフロア（ｆｌｏｏｒ）６にしっかり接続されている。（明瞭にするために再び示されていない）放射線装置を備えた実際の放射線チャンバであるインナーパイプ１は、これのインレット端部に、円環状に配列された複数の円形のインレット開口部８が設けられ、また、アウトレット端部に、バッフルプレート９が設けられている。

本発明のこのような好ましい実施の形態に係われば、液体媒体は、インレットノズル４から最初に中間スペース３へと達し、ここから、円環状に配設されたインレット開口部を通って、実際の放射線チャンバであるインナーパイプ１内に達する。ほぼ同じ圧力が、中間スペース３とインナーパイプ１とに生じるので、インナーパイプ１は、薄壁シートメタルのパイプの形状とは関係なく製造可能であり、このことは製造を大幅に容易にする。

前記アウターパイプ２は、内側から加圧可能で、比較的薄い壁材料から形成可能な円形のパイプである。図１ｂに詳しく示されているように、媒体は、正方形の断面のインナーパイプの周りを循環して、（形状が）一致しているインレット開口部８にほぼ同じ圧力で達し、そして、分離された部分的な流れとなって、ほぼ同じ注入速度でインレット開口部を通って局所的にインナーパイプ１中へ入る。これら部分的な流れは、互いに合流し、互いに混合される。このように、部分的な流れが互いに合流した時に、液体の横移動及び乱流が得られること、並びに空所（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）がインレットのところに生じ得ないことは容易に理解される。

さらに、液体の流れが、軸方向に、狭くなっている場所９のところに生じることにより、“チャネルの断面”が広げられるであろうことに注目するべきである。これは、インレットノズルがアウターパイプのどこに、正確に位置されているかは関係ない。破線で示されているように、インレットノズルは、下側から参照符号１０のところに取着可能でもある。これは、装置を後から取着する時に関連し、この方法では、インレットノズル及びアウトレットノズルが互いに閉じている時に、装置を後から取着するために、短いピースのみが開口される必要があるためである。また、参照符号１０のところにインレットノズル１０を配設する１つの効果は、中間スペース３が連続して水を押し流すことでもある。

従って、本発明のこのような好ましい実施の形態の効果は、
１．非円形の、例えば正方形の断面の、最適な放射体の構造のための実際のＵＶ放射線チャンバ、即ち薄壁のハウジングを有しているチャンバと、
２．流入領域での空所の防止と、
３．主流によって運ばれて、ＵＶ放射線チャンバ中へ流入した後の、媒体の顕著な渦とである。

図２を参照すると、本発明の異なる実施の形態が示されている。

かくして、図２は、例示的な技術の処理によりわずかに表示が簡略化された、本発明の好ましい実施の形態に係わった２重チャンバを示している。好ましくは、選択する材料は、すべての部分においてステンレススチールである。

参照符号１は、正方形の断面を有するインナー薄壁パイプに、即ち実際のＵＶ放射線チャンバに関連し、参照符号２は、気密な円形のアウターパイプに関連し、そして参照符号３は、これら２つのパイプの間の中間スペースに関連している。壁厚は、好ましくは、インナーパイプに関して約１．５ｍｍであり、円形のアウターパイプに関して約３ｍｍである。アウターパイプの直径は、約３２０ｍｍである。被覆管１９の断面及び配設は、破線によって示されている。

参照符号４は、自由に回動するフランジとして配設されているインレットノズルに関連している。参照符号６は、被覆管１４を導いている貫通口を有した前側フロアに関連しており、この被覆管内に、ＵＶ放射線源又はランプ１５が挿入されている。参照符号１６は、Ｏ-リングを備えた放射線源ケーブルのスクリュー接続部１７が設けられた押圧リングに関連しており、これらリングは、前記フロアに平らに静止し、外側に対して加圧されたほぼ液密な状態で、被覆管１４をシールしている。

放射線が照射された水の排出は、チャンバの後側フロア２９に溶接されたスタッドボルト３０が設けられたフランジを接続している中央部を通って生じる。実際のＵＶ放射線チャンバを示しているインナーパイプ１のインレット端部に、円環状に配設されている複数のインレット開口部８が与えられており、このインレット端部にシールする方法で、フロアの内側の一面に溶接されている。前記インレットノズル４は、後方にわずかにオフセットされているため、入ってくる液体が、上側のインレット開口部へと強く流れることはできない。

２重壁チャンバのアウトレット端部の所で、正方形のインナーパイプが、１．５ｍｍのプレート厚を有したレーザカッティングである分離壁７内に適合され、この分離壁に溶接されている。この分離壁７の形状は、図２ａによって示されている。このインナーパイプ自体は、レーザ処理された１．５ｍｍの２つのプレートの半体から構成されており、これら半体は、規定された半径で傾斜され、意図された狭い縁取り１８のところで互いに溶接されている。

図２に示された、９つのＵＶ低圧放射線源又はランプが設けられた９つの断面図の構造体１９は、一致して一列に並べられる状態で、即ちフロア６から出発し、図２ｃに係わる集合シールド（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｇ ｓｈｉｅｌｄ）２０と、図２ｄに係わるフロースクリーン（ｆｌｏｗ ｓｃｒｅｅｎ）２１とに一致して一列に並べられる状態で使用されている。前記被覆管１４は、フロースクリーン２１内に支持されており、バッフルプレート２７は、また、フロースクリーンにレーザ処理されている。中央の放射線源ホルダー２０は、装着の間に被覆管を受け、これらが落下及び破損するのを防止するという課題を有している。

前記被覆管が、中央の放射線源ホルダー２０中へと挿入されると、被覆管がさらに押された時に、被覆管は、フロースクリーン２１内にこれらの固定装置といつも合うだろう。また、上記コンポーネント２０及び２１は、また、レーザカッティングである。これらは、容易かつ正確に、そして安く形成されることができる。明確に述べられる必要のある重要なこととは、フロースクリーン内での被覆管の装着には、被覆管の破壊を導き得る振動をしないように遊びが形成されないことである。

図２ｄに係わるフロースクリーン２１の開口部２２は、被覆管が挿入の間に実質的に遊びのない円形の端部２４内へラッチ可能で、しっかりと設置するような程度に、外側に撓み得る曲げクリップ（ｂｅｎｄｉｎｇ ｃｌｉｐｓ）２３を有している。フロースクリーン２１の溶接は、溶接用クリップ２５を９０°曲げることで果たされている。フロースクリーンは、管内の溶接技術により両端部に、クリップを溶接可能であり、従って割れ目腐食を防止することができる。中央の放射線源ホルダー２０の場合、クリップ２６が、９０°に曲げられており、ボルトは、各々がクリップに結合されている。またボルトは、この位置にある時に、与えられたホール内にラッチされ、この方法で、割れ目腐食を防止するように、ＨＶ溶接で外側から密接に結合されている。開口部３１は、空にするために使用される。

２３０Ｗの出力と８０Ｗの２５３．７ｎｍの放射フラックスを有する９つの低圧放射線源を使用することにより、浴水のためのＥＵ指示（ＥＵ ｄｉｒｅｃｔｉｖｅｓ）に従って１ｃｍに対して０．５５％のみの透過で、予めろ過されて、きれいにされた汚水の約６０ｍ^３/ｈをさらに消毒することができる。

本発明は、説明のための実施の形態及び実施例を参照して示されている一方、この説明が、限定的な意味として解釈されるように意図されたものではない。従って、説明のための実施の形態の様々な変形例と、本発明の異なる実施の形態とは、この説明に関する上記の技術の熟練者に明らかであろう。従って、添付された請求項は、このような変形例又は実施の形態をカバーするであろうことは予想される。

ここで示されたすべての刊行物、特許、及び特許出願は、これらの各々が、そっくりそのままの参照によって組み込まれるように、明確かつ個々に示されるように、これら刊行物、特許、及び特許出願の範囲のそっくりそのままの参照により組み入れられている。

図１ａは、本発明の第１の好ましい実施の形態を示している。 図１ｂは、図１ａのＡＢ線に沿った断面図である。 本発明の第２の好ましい実施の形態を示している。 本発明の第２の好ましい実施の形態を示している。 本発明の第２の好ましい実施の形態を示している。 本発明の第２の好ましい実施の形態を示している。 本発明の第２の好ましい実施の形態を示している。

Claims (7)

1. （i）インレット接続部と、（ii）アウトレット接続部と、（iii）アウターパイプとを具備し、このアウターパイプは、インナーパイプを囲んでおり、このインナーパイプ内には、少なくとも１つのＵＶ放射線源が配置されており、かつ、前記インナーパイプの両端部には、シーリングカバーが設けられており、また、このシーリングカバーには、アウトレット並びに/若しくはインレット開口部が設けられ得る、液体のＵＶ消毒のための２重壁チャンバにおいて、前記ＵＶ放射線源を有した前記インナーパイプ中への液体の流入は、前記アウター及びインナーパイプ間の中間スペースを通って生じることを特徴とする２重壁チャンバ。
2. 前記アウターパイプは、円形のパイプである請求項１の２重壁チャンバ。
3. 前記インナーパイプは、矩形の断面を有する請求項１又は２の２重壁チャンバ。
4. 前記インナーパイプは、円形の断面を有する請求項１又は２の２重壁チャンバ。
5. 前記アウターパイプは、非円形である請求項１の２重壁チャンバ。
6. 前記インナーパイプは、非円形である請求項１又は５の２重壁チャンバ。
7. 前記インナーパイは、非矩形である請求項１、５、又は６の２重壁チャンバ。

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