JP2012096159A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理液の処理が十分かつ効率よく行える紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】
本発明の紫外線照射装置は、内部にガスが封入された容器１と、少なくとも一部が容器１内に位置するように配置された複数の管状の紫外線ランプ２と、少なくとも一部が容器１内に位置するように、かつ紫外線ランプ２と略平行するように配置された液体導管４と、を具備する水処理装置であって、紫外線ランプ２の管軸に対して垂直な断面において、複数の紫外線ランプ２は、隣接する紫外線ランプ２と中心同士を結んだときに多角形（例えば、四角形）となるように配置され、液体導管４は、その多角形内に配置されており、紫外線ランプ２と液体導管４の集合６１〜６４は複数構成されており、集合は、隣接する集合の少なくとも一の紫外線ランプ２を共用するようにして多角形を形成していることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体の殺菌や液体中の有機物の分解等を行うために使用される紫外線照射装置に関するものである。

液体の殺菌や液体中の有機物の分解等を行うための紫外線照射装置としては、一般的に二種類の方式の装置が知られている。一つは、特許文献１や特許文献２のように、複数配置した二重管型の紫外線ランプを容器で覆い、その容器内に被処理液を流すことで、液体の処理を行う方式である。もう一つは、特許文献３のように、紫外線透過性の材料からなる管を囲むように紫外線ランプを複数配置し、その管内に被処理液を流すことで、液体の処理を行う方式である。前者の方式では、多くの液体を処理することができ、後者の方式では、確実に液体を処理することができるというメリットがある。

特開平１１−１３８１５７号公報 特開２００７−１５２１５５号公報 特開平５−２５３５６５号公報

ここで、最近では、より純度の高い液体、例えば超純水などを紫外線照射装置で精製したいというニーズがある。この超純水などの精製には、従来、一般的に使用されていた２５４ｎｍよりも波長が短い１８５ｎｍなどの波長を照射する紫外線ランプを使用することになるが、このような短波長の紫外線は雰囲気や液体による減衰が激しい。そのため、前者の方式では、ランプから離れた箇所を通る液体には紫外線が届かなくなり、処理が不十分となる。一方、後者の方式では、処理できる液体の量が少ないため、効率が悪い。

本発明の目的は、被処理液の処理が十分かつ効率よく行える紫外線照射装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の紫外線照射装置は、内部にガスが封入された容器と、少なくとも一部が前記容器内に位置するように配置された複数の管状の紫外線ランプと、少なくとも一部が前記容器内に位置するように、かつ前記紫外線ランプと略平行するように配置された液体導管と、を具備する水処理装置であって、前記紫外線ランプの管軸に対して垂直な断面において、複数の前記紫外線ランプは、隣接する前記紫外線ランプと中心同士を結んだときに多角形となるように配置され、前記液体導管は、その多角形内に配置されており、前記紫外線ランプと前記液体導管の集合は複数構成されており、前記集合は、隣接する前記集合の少なくとも一の前記紫外線ランプを共用するようにして多角形を形成していることを特徴とする。

本発明によれば、被処理液の処理を十分かつ効率よく行うことができる。

本発明の第１の実施の形態の紫外線照射装置について説明するための図。 図１の紫外線照射装置のＸ−Ｘ’断面について説明するための図。 液体の紫外線透過率について説明するための図。 第１の実施の形態の紫外線照射装置の変形例について説明するための図。 本発明の第２の実施の形態の紫外線照射装置について説明するための図。 第２の実施の形態の紫外線照射装置の変形例について説明するための図。 本発明の第３の実施の形態の紫外線照射装置について説明するための図。 容器の変形例について説明するための図。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の放電ランプについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の紫外線照射装置について説明するための図、図２は、図１の放電ランプのＸ−Ｘ’断面について説明するための図である。

図１の紫外線照射装置は、超純水を精製するための装置であり、外囲器として容器１を備えている。

容器１は例えば鉄やステンレスなどの金属からなるものであり、胴部１１と蓋部１２とで構成されている。胴部１１は、内部に空間１１１を備える円筒であり、その内面には、アルミニウム等の層を形成することにより鏡面反射特性を有する反射面１１２が形成されている。また、胴部１１の側面には排気・ガス導入口１１３が形成されている。蓋部１２は、容器１の蓋であり、一対存在し、胴部１１と溶接することにより一体化される。この蓋部１２には円形の穴部１２１が複数形成されている。

容器１には、１８５ｎｍの紫外線を照射可能な管状の紫外線ランプ２が配置されている。この紫外線ランプ２は、いわゆる冷陰極放電ランプであり、主要部として円筒状のガラス管を備えている。このガラス管は、石英または合成石英からなる紫外線透過性の材料からなり、その外径は３〜２４ｍｍである。ガラス管の両端には、カップ電極、封着線およびアウターリードで構成された電極マウントが、カップ電極がガラス管内で対向するように封着されている。ガラス管の内部空間には、水銀と希ガスが封入されている。この希ガスとしては、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンを単体または複数組み合わせて使用するのが望ましい。

このような紫外線ランプ２が、少なくとも一部が空間１１１に位置するように容器１に配置されている。具体的には、蓋部１２の穴部１２１に紫外線ランプ２が挿通され、両端部の電極付近は容器１の外部、それ以外の部分は空間１１１に位置するように配置されている。このとき、紫外線ランプ２と穴部１２１の間には、その隙間を埋めるように密封部材としてＯリング３が配置されている。同様に、紫外線ランプ２は管軸がそれぞれ略平行の関係になるように複数配置されている。本発明での略平行とは、完全に平行であるのが最適だが、設計上生じる管の曲がりや、配置上生じる若干のズレ等は許容するという意味である。なお、図示していないが、これらの紫外線ランプ２は、容器１の外部において点灯回路と接続されている。

また、容器１には、液体導管４が配置されている。この液体導体４は、紫外線ランプ２のガラスと同様、紫外線透過性のガラスからなる筒状の管であり、内部には被処理液５が流通される。この液体導管４は、少なくとも一部が容器１内に位置するように、かつ紫外線ランプ２の管軸と略平行するように配置されている。具体的には、蓋部１２の穴部１２１に液体導管４が挿通され、一部は容器１の外部、それ以外の部分は空間１１１に位置するように配置されている。このとき、液体導管４と穴部１２１の間には、その隙間を埋めるように密封部材としてＯリング３が配置されている。

紫外線ランプ２や液体導管４等が配置されて、気密が保たれた容器１内部の空間１１１は、排気・ガス導入口１１３を介して、排気およびガスが導入されている。ガスを封入するのは、空間１１１が大気雰囲気であると、ランプから１８５ｎｍの紫外線が照射されたときに、オゾンが発生し、紫外線が吸収されてしまうためである。すなわち、導入されるガスとしては、窒素、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンの単体または混合ガスなどの紫外線が照射されてもオゾンが発生しにくいガスであるのが望ましい。特には、コストが安い窒素やアルゴンであるのが実用的である。なお、上記のようなガスの比率を調整して封入することで、空間１１１の熱伝導率を調整するようにしてもよい。

ここで、紫外線ランプ２と液体導管４の管軸に対して垂直な断面における配置について詳しく説明する。

図２からわかるように、紫外線ランプ２は、その中心と隣接、すなわち近接配置された紫外線ランプ２の中心同士を結んだときに多角形を形成するように配置されている。具体的には、４本の紫外線ランプ２により、正方形が形成されている。また、複数の紫外線ランプ２により構成された正方形の内部には、液体導管４がその中心が正方形の略中心に一致するように配置されている。このような配置とすることで、被処理液５に様々な方向から紫外線の照射が可能となるとともに、均一な照射が可能となるため、被処理液５の処理が確実となる。

このような紫外線ランプ２と液体導管４の集合は、容器１内で複数構成されている。本実施の形態では、４つの集合６１〜６４が構成されており、その集合６１〜６４は共に正方形を形成する４本の紫外線ランプ２と液体導体４とで構成されている。ただし、これらの集合は、隣接する集合の少なくとも一の紫外線ランプ２を共用するようにして多角形を形成している。すなわち、例えば集合６１は、集合６２および集合６４を構成する紫外線ランプ２を利用して正方形を形成している。このような配置とすることで、少ないランプ本数で多くの被処理液５を確実に処理することが可能となる。

なお、液体導管４の内径Ｒは、１２ｍｍ以下であるのが望ましい。液体の紫外線透過率は、図３に示すように距離が長くなるほど対数的に悪くなるためである。液体導管４の内径Ｒが１２ｍｍ以下であれば、ランプから最も離れた部分でも１０％程度の紫外線照射が可能となり、本実施の形態のようなランプの配置との組み合わせによって被処理液５全体に十分な紫外線を照射することが可能となる。

下記に本実施の形態の冷陰極放電ランプの一実施例を示す。

（実施例）
容器１；ステンレス製、内部には窒素を１ａｔｍで封入、内面にはアルミニウムによる鏡面層を形成、
紫外線ランプ２；ガラス管として全長＝４００ｍｍ、外径＝５ｍｍの合成石英管を使用し、封入物として水銀を４ｍｇ、アルゴン：ネオンからなる混合ガスを比率が１０％：９０％、圧力が５０ｔｏｒｒとなるように封入した、１８５ｎｍの紫外線を照射可能な冷陰極放電ランプ、
液体導管４；外径＝５ｍｍ、内径Ｒ＝３ｍｍの合成石英ガラス管を使用、
配置；紫外線ランプ２を９本用いて正方形が４つ形成されるように配置し、それら４つの正方形の中心に１本ずつ、すなわち計４本の液体導管４を配置。

この実施例において、それぞれの紫外線ランプ２に８Ｗの電力（電流＝１５ｍＡ）を投入し、それぞれの液体導管４に被処理液５として純水を流す試験を行った。純水としては、リグニン、タンニン、フミン酸、フルボ酸等の自然物、エンドトキシン、リボヌクレアーゼ等の生理活性物質、農薬、溶剤、除草剤、環境ホルモン等の人工物からなる有機物を約１００μｇ／リットルを含むものを使用し、流量は４リットル／分とした。結果、当該紫外線照射装置を通った純水は、有機物が５μｇ／リットル以下まで低減されており、純度の高い液体を精製可能であることが確認された。

また、液体導管４の一本あたりに紫外線ランプ２を４本使用する場合には、４リットル／分の水を処理するのに３２Ｗを要するのに対し、実施例の装置では１８Ｗ（７２Ｗ÷４）で済むため、液体を効率よく処理することが可能である。

したがって、本実施の形態では、紫外線ランプ２の管軸に対して垂直な断面において、複数の紫外線ランプ２を、隣接する紫外線ランプ２と中心同士を結んだときに四角形となるように配置し、液体導管４を、その四角形内に配置するとともに、そのような紫外線ランプ２と液体導管４の集合６１〜６４を複数構成し、その集合を、隣接する集合の少なくとも一の紫外線ランプ２を共用するようにして四角形を形成したことで、液体導管４内を流れる被処理液５の全体に十分な紫外線を照射することが可能となるとともに、少ないランプ本数で多くの液体を処理することが可能になるため、被処理液５の処理を十分かつ効率よく行うことができる。

また、液体導管４の中心を複数の紫外線ランプ２で構成された多角形の略中心に配置したことで、被処理液５に対して均一な紫外線照射が可能となるため、より確実な処理を行うことができる。

また、液体導管４の内径Ｒを１２ｍｍ以下としたことで、液体の厚みによって照射強度が大きく減衰してしまう１８５ｎｍ以下の波長を照射可能な紫外線ランプ２を用いたとしても、被処理液５の処理を十分かつ効率よく行うことができる。

なお、図４（ａ）に示すように集合の紫外線ランプ２を三角形を形成するように配置したり、（ｂ）に示すように集合の紫外線ランプ２を六角形を形成するように配置したりした場合でも、実施例の紫外線照射装置と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態の紫外線照射装置について説明するための図である。この第２の実施の形態の各部について、第１の実施の形態の紫外線照射装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

本実施の形態では、紫外線ランプ２と液体導管４とが接触するように配置している。このように配置することで、容器１内の空間１１１を有効利用することができるため、処理の確実性を増したり、処理効率を良好にしたりすることができる。なお、図６のように、紫外線ランプ２の配置をハニカム状とし、紫外線ランプ２と紫外線ランプ２も接触するようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態の紫外線照射装置について説明するための図である。

本実施の形態では、集合６１〜６４が配置された容器１内の空間１１１の残余の空間に集合７１〜７９を配置している。この集合７１〜７９は、集合６１〜６４を構成する紫外線ランプ２は正三角形を形成しているのに対して、二等辺三角形を形成するようにしている。このように、異なる形状の多角形を組み合わせるように紫外線ランプ２を配置することで、容器１内の空間１１１を有効利用することができる。なお、本実施の形態のように、異なる大きさの紫外線ランプ２や液体導管４を組み合わせるようにしてもよい。

以上、実施の形態をいくつか説明したが、本発明は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

容器１は、真円の筒である必要はなく、図８のように楕円等であってもよい。図８では余分な空間１１１が小さくなるので、小型の紫外線照射装置を実現することができる。

紫外線ランプ２は、熱陰極放電ランプ、誘電体バリア放電などであってもよい。また、Ｕ字管やコ字管等の屈曲管であってもよい。また、ランプ全体が容器１内に配置されるようにしてもよい。また、１８５ｎｍなどの所定の波長の紫外線強度を高めるために、封入物を変えたり、蛍光体層を塗布したりしてもよい。

被処理水６は、透明度の高い水に限らず、血液や汚水などであってもよい。ただし、このような透明度の低い液体では、紫外線の透過率はさらに低下してしまうため、内径Ｒが小さい液体導管４を使用したり、液体の流量を下げたりするのが望ましい。

１ 容器
２ 紫外線ランプ
４ 液体導管
５ 被処理液
６１〜６４ 集合

Claims (2)

1. 内部にガスが封入された容器と、
   少なくとも一部が前記容器内に位置するように配置された複数の管状の紫外線ランプと、
   少なくとも一部が前記容器内に位置するように、かつ前記紫外線ランプと略平行するように配置された液体導管と、を具備する水処理装置であって、
   前記紫外線ランプの管軸に対して垂直な断面において、複数の前記紫外線ランプは、隣接する前記紫外線ランプと中心同士を結んだときに多角形となるように配置され、前記液体導管は、その多角形内に配置されており、
   前記紫外線ランプと前記液体導管の集合は複数構成されており、前記集合は、隣接する前記集合の少なくとも一の前記紫外線ランプを共用するようにして多角形を形成していることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記紫外線ランプは、１８５ｎｍの波長の紫外線を照射可能なランプであり、前記液体導管は、その中心が多角形の略中心に配置されるとともに、その内径Ｒが１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。

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