JP2013013871A

JP2013013871A - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP2013013871A
Application number: JP2011149736A
Authority: JP
Inventors: Narifumi Tadokoro; 成文田所; Takeo Kato; 剛雄加藤; Shoko Kuratani; 晶子倉谷
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-24

Abstract

【課題】被処理水の紫外線による光処理を確実かつ効率よく行うことが可能な紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線照射装置１００は、紫外線通過窓１８を備えた被処理水を満たすことが可能な処理槽１と、紫外線通過窓１８を介して処理槽内１に紫外線を照射する紫外線照射ユニット２と、前記処理槽１内で所定方向の旋回水流１９が発生するように、前記被処理水を内部に供給する開口部を有する流入手段３と、前記処理槽１から処理水を排出する排出手段４と、を具備する。
【選択図】図２

Description

この発明の実施形態は、紫外線ランプを用いて地下水、水道水、下水、海水、養殖用水、または、再生水などの流体の殺菌、不活化、または、有機物分解などの光処理を行う紫外線照射装置に関する。

従来の紫外線殺菌装置は、流入手段と排出手段を設けて被処理水を充填させる処理槽において、保護管に挿入した紫外線ランプを処理槽内の被処理水に浸透させる構成である。処理槽の内部に配置された紫外線ランプから放射する紫外線を、被処理水に照射し、被処理水を光処理する構成である。

特開２００１−４７０３９号公報特開２００４−２７６９３７号公報

光処理対象の被処理水は、流入手段から処理槽内に供給された後、紫外線照射による殺菌処理を行いながら処理槽内を循環し、排出手段より排出される。光処理効果は、処理槽内の被処理水の滞在時間、すなわち、紫外線の照射時間に依存するため、処理槽内の被処理水の滞在時間を長くすることが求められる。

しかし、特許文献１及び特許文献２の構成では、光処理を確実に行えないことが分かった。

そこで、被処理水の光処理を確実かつ効率的に行うことが可能な紫外線照射装置を提供する。

実施形態の紫外線照射装置は、紫外線透過窓を備えた被処理水を満たすことが可能な処理槽と、前記紫外線透過窓を介して処理槽内に紫外線を照射する紫外線照射ユニットと、前記処理槽内で所定方向の旋回水流を発生するように、前記被処理水を内部に供給する開口部を有する流入手段と、前記処理槽から処理水を排出する排出手段と、を具備することを特徴とする。

紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するための分解斜視図である。図１の組み立て状態を説明するための断面図である。旋回水流を発生させるための流入手段の配置条件を説明するための模式図である。第１の実施形態における、流入手段のその他の配置例を示した上面図である。紫外線照射装置に関する第２の実施形態について説明するためのもので、流入手段の形状と処理槽の底部に対する配置を示した図である。紫外線照射装置に関する第３の実施形態について説明するためのもので、流入手段の形状と処理槽の底部に対する配置を示した図である。紫外線照射装置に関する第４の実施形態について説明するためのもので、流入手段の配置を示した上面図である。紫外線照射装置に関する第５の実施形態について説明するためのもので、流入手段の配置を示した上面図である。紫外線照射装置に関する第６の実施形態について説明するためのもので、流入手段の配置を示した上面図である。

（第１の実施の形態）
図１と図２は、紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するためのもので、図１は分解斜視図で、図２は図１の組み立て状態の断面図である。

図１および図２において、１００は、被処理水を充填する処理槽１と紫外線照射ユニット２と、から構成され、例えば地下水、水道水、下水、養殖用水、または、再生水などの被処理水に紫外線を照射させて流体の殺菌、不活化、または、有機物分解などの光処理を行う紫外線照射装置である。

処理槽１は、例えば、ステンレスなどの耐腐食性の金属で形成された円筒状の本体部１１と、本体部１１の一方の開口面１１ａを気密に塞ぐ底部１２と、本体部の他方の開口部１１ｂを気密に塞ぐ蓋部１３とから構成され、内部には被処理水を充填する内部空間１４が形成されている。処理槽１の大きさは、例えば、外径が１５０ｍｍから３５０ｍｍ、内径が１４０ｍｍから３４０ｍｍ、高さが４００ｍｍから７００ｍｍである。本体部１１と底部１２との接合、及び本体部１１と蓋部１３の接合は、水漏れしないように、例えば、溶接により直接接合するか、予め一体的に成型するか、または、パッキンを介在させてネジ等により固定する方法を採る。

処理槽１の一部、例えば、蓋部１３の一部には開口部１６が設けられ、開口部１６には、例えば、紫外線照射ユニット２への被処理水の飛散防止と、紫外線ユニット２が破損した際の破損部材による被処理水の汚染防止を目的として、紫外線透過窓１８が設けられる。紫外線透過窓１８は、例えば、光処理を行うための紫外線波長の透過率が高い石英ガラスやソーダガラスが使用された紫外線透過窓であり、開口部１６の周囲に形成された額縁部１７において、水漏れしないように気密に固定される。また、紫外線透過窓１８は、水漏れの恐れが無い個所においては、装置の簡略化を目的として空気層とすることも出来る。

紫外線照射ユニット２は、例えば、ステンレスやアルミなどの金属製の筐体２１内に、リフレクタ２２と、リフレクタ２２によって形成された空間内に配置された紫外線光源２３と、紫外線光源２３を点灯するための点灯回路２４とを、収納した構成である。

紫外線光源２３は、例えば、例えば石英ガラスからなる紫外線透過性の円筒形状のバルブで、バルブの発光空間内には、例えば、不活性ガスとそれに水銀と鉄を主成分とする放電媒体が封入される。ランプの外径φは１５±１ｍｍ程度、長さＬは２４０ｍｍ程度である。このときの点灯回路２４は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射するマグネトロンを使用し、マイクロ波を紫外線光源２３に導くことにより、バルブ内に封入された放電媒体が放電し、波長１８０〜４００ｎｍの紫外線を発生させる構成である。これに伴い、リフレクタ２２は、紫外線を反射し、マイクロ波を通過するよう、例えば、表面に反射膜を形成したガラスで構成されている。

紫外線照射ユニット２から照射される紫外線が、紫外線透過部１８を透過して、処理槽１の内部空間１４に充填された被処理水に照射され、被処理水の光処理を行うことが出来る。

処理槽内１内の内部空間１４への被処理水の導入は、流入手段３により行われる。この流入手段３は、例えば、処理槽１の外部に設けられ、一端は処理槽１の底部１２に設けた孔に気密に接続された本体部３１ａ〜３１ｄと、一端は処理槽１の底部１２の孔を介して底部１２に気密に固定され、他端は処理槽１内に露出した放出部３２ａ〜３２ｄと、放出部３２ａ〜３２ｄの一部に設けられた開口部３３ａ〜３３ｄとから構成される管である。流入手段３の本体部３１ａ〜３１ｄや放出部３２ａ〜３２ｄは、例えば、ステンレス、鉄、または銅等の金属管、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等のプラスチック管、または、金属とプラスチックから成る複合管等で作成され、外径２０ｍｍから５０ｍｍの管形状のものを使用する。また、流入手段３の放出部３２ａ〜３２ｄは、例えば、管形状のものを所定の角度でＬ字形状に加工したもので、開口部３３ａ〜３３ｄが処理槽１の底部１２から離間するような位置で配置される。

例えば、ポンプ（図示無）を用いて被処理水を揚水した後、水路を分岐して、流入手段３の本体部３１ａ〜３１ｄに送水することにより、開口部３３ａ〜３３ｄから被処理水が処理槽１内に放出される。各流入手段３から放出される被処理水の向き２００ａ〜２００ｄは、流入手段３の放出部３２ａ〜３２ｄと開口部３３ａ〜３３ｄの形状、配置、及び、個数により決定されるが、処理槽1内の内部空間１４に同一方向の旋回水流１９を発生させるように、前記のパラメータを調整する。

旋回水流１９を発生させる手段を、図３の一例を使用して説明する。図３（ａ）に示すように、流入手段３の放出部３２ｎの開口部３３ｎにおける中心位置を３４ｎ、また、開口部３４ｎから放出される被処理水の放出方向を２００ｎと定義する。また、図３（ｂ）に示すように、開口部３３ｎの中心位置である３４ｎを含み、かつ、処理槽１の中心軸１５を法線方向とする平面を３５ｎ、処理槽１の中心軸１５と平面３５ｎの交点をＯｎと定義する。ここで、ｎは流入手段を識別する記号で、流入手段３の個数に応じて順番にｎ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，・・・・の表示を示す。

流入手段３の開口部３３ｎから放出される水流向き２００ｎを、位置Ｏｎから位置３４ｎへの半径方向成分３００ｎと、位置Ｏｎと位置３４ｎを結ぶ直線に対して平面３５ｎ上で直角となる接線方向成分４００ｎと、処理槽１の中心軸１５と平行な軸方向成分５００ｎの３方向成分に分離した場合に、全ての流入手段３による水流２００ｎが少なくとも接線方向成分４００ｎを含むこととする第１の条件と、各接線方向成分４００ｎの向きが処理槽１の中心軸１５に対して右回り、または、左回りのどちらかの向きに揃っていることとする第２の条件と、の両条件を満足するときに、処理槽1内で旋回水流１９を発生させることができる。

図２（ｂ）の配置例では、４個の流入手段３の開口部の中心位置３４ａ〜３４ｄを、処理槽１の中心軸１５に対して半径距離ｒ１で形成される同一な円周上に略均等間隔で配置しており、水流の向き２００ａ〜２００ｄは、各々、接線方向成分のみで構成され、また、中心軸１５に対して左回りの一定の向きで揃っているため、旋回水流１９を発生させることができる。

流入手段３の配置に関するその他の構成例を、図４を用いて説明する。図４は、流入手段３の開口部３３ｎの中心位置３４ｎを、中心軸１５に対して同一の半径距離の円周上に配置し、また、水流の発生方向２００ｎを前記円周の接線方向のみとした構成で、流入手段３の個数を、図４（ａ）は１個、図４（ｂ）は２個、図４（ｃ）は３個と数量を変更した構成を示す。旋回水流１９は、１個の流入手段３でも発生させることは可能であるが、開口部３３ｎが円周状において同じ方向を向くように、同一の円周上に流入手段３を複数配置することにより、処理槽１の内部空間１４で、より強力で均一な旋回水流１９を発生させることが可能である。

処理槽内１の内部空間１４を循環した被処理水は、処理槽１の一部、例えば、本体部１１の蓋部１３側の近傍に設けた孔に、一端を気密に接続して外部に導出した排出手段４を介して、処理槽１の外部に排出される。排出手段４は、例えば、ステンレス、鉄、または銅等の金属管、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等のプラスチック管、または、金属とプラスチックから成る複合管等で作成され、外径２０ｍｍから５０ｍｍの管形状の管を使用する。排出手段４の長さを延長したり、排出手段４の他端に別の排水手段を接続して、遠い場所に光処理を終えた処理水を導くことも可能である。処理槽１内の流入手段３の開口部３３ｎと排出手段４の開口部との設置間隔を離すことにより、処理槽内１内の内部空間１４での被処理水の滞在時間を増すことができる。

また、旋回水流１９が発生する流入手段３の開口部３４ｎと排出手段４の開口部との間に、旋回水流１９の流れを妨害する部材、例えば、紫外線照射ユニット２、流入手段３、排出手段４、及び、その他部材が実質存在しない構成とすることにより、旋回水流１９の流れを長時間に亘って持続させることができる。

この実施形態では、特許文献１と特許文献２で記載されている、紫外線光源２３と、流入手段３又は排出手段４とを、旋回水流１９内に配置した場合に対して、旋回水流１９の流れを阻害する要因を少なくでき、確実かつ効率良く被処理水を光処理することが可能となる。

ただし、水流を妨害する部材として、処理槽１の内表面に設けられた、水流に所定の変化を生じさせるためのガイド片や、旋回水流１９を実質妨害しない、処理槽１の底部１２付近のみに設けられた流入手段３及び蓋部１３近傍のみに設けられた排出手段４や、紫外線透過窓１８を掃除するためのワイパー等は、該当しないものとする。

（第２の実施の形態）
図５は、紫外線照射装置に関する第２の実施形態について説明するためのもので、流入手段３の放出部３２ｎの形状と処理槽１の底部１２に対する位置関係を示したものである。

図５に示す流入手段３の放出部３２ｎの形状は、例えば、開口部３３ｎの位置が処理槽１の底部１２から離間した構成で、被処理水の放出方向２００ｎを処理槽１の底部１２側に向けるように配置した構成である。

この実施形態では、流入手段３の開口部３３ｎを、蓋部１３から底部１２への方向の成分を含むように、処理槽１内に被処理水を供給するようにしたため、第１の実施例に示すように流入手段３の開口部３３ｎが処理槽１の底部１２から離間しても、処理槽１の底部１２の被処理水を攪拌できるため、底部１２に被処理水が滞留して排出されない現象を防止することができ、更に、確実かつ効率良く被処理水を光処理することが可能となる。

（第３の実施の形態）
図６は、紫外線照射装置に関する第３の実施形態について説明するためのもので、流入手段３の放出部３２ｎの形状と処理槽１の底部１２に対する位置関係を示したものである。

図６（ａ）は、流入手段３の放出部３１ｎの開口部３２ｎの一端が処理槽１の底部１２に接して配置される構成を、また、図６(ｂ)は、流入手段３の本体部３１ｎに接続された処理槽１の底部１２の孔に、例えば、金属製で半円形状の覆いを被せて固定し、放出部３２ｎを形成する構成を示している。

この実施形態では、被処理水２００ｎが、底部１２に対して略平行の向きで、底部１２に接するように被処理水が放出されるため、処理槽１の底部１２の被処理水を攪拌でき、第２の実施形態と同様に底部１２に被処理水が滞留して排出されない現象を防止することができる。また、開口部３３ｎを除く放出部３２ｎの形状が曲線形状であるため、放出部３２ｎの背面から来る旋回水流１９の流れを阻害しない効果も有し、更に、処理槽１内の旋回水流１９の流れを長時間に亘って持続させることができ、確実かつ効率良く被処理水を光処理することが可能となる。

（第４の実施の形態）
図７は、紫外線照射装置に関する第４の実施形態について説明するためのもので、流入手段３の放出部３２ｎが配置されている処理槽１の底部１２を処理槽１の中心部側から見た上面図である。

図７は、流入手段３の個数を４個として、流入手段３の放出部３２ａ〜３２ｄの開口部の中心位置３４ａ〜３４ｄを、中心軸１５に対して同一の半径距離の円周上に配置した構成で、水流の発生方向２００ａ〜２００ｄを、処理槽１の本体１１の側面方向に傾けた場合を図７（ａ）に、また、処理槽１の中心部に傾けた構成を図７（ｂ）に示す。

この実施形態では、実施例１の場合と同様に、処理槽１の内部空間１４に旋回水流１９を発生させることができ、確実かつ効率良く被処理水を光処理することが可能となる。

（第５の実施の形態）
図８は、紫外線照射装置に関する第５の実施形態について説明するためのもので、流入手段３の放出部３２ｎが配置されている処理槽１の底部１２を処理槽１の中心部側から見た上面図である。

図８（ａ）は流入手段３の個数が２個、図８（ｂ）は流入手段３の個数が３個、図８（ｃ）は流入手段３の個数が４個で、複数の流入手段３の放出部３２ｎの開口部３３ｎの中心位置３４ｎは、処理槽１の中心軸１５に対して全て異なる半径の円周上に配置した構成を示す。また、図８（ｄ）は、流入手段３の個数が４個で、流入手段３の放出部３２ａと３２ｃの開口部の中心位置３４ａと３４ｃは、処理槽１の中心軸１５との半径距離ｒ１の同一円周上にあるが、流入手段３の放出部３２ｂの開口部の中心位置３４ｂは半径距離ｒ３の円周上に、また、流入手段３の放出部３２ｄの開口部の中心位置３４ｄは半径距離ｒ２の円周上に配置して、一部の半径距離を同一とした構成を示している。

（第６の実施の形態）
図９は、紫外線照射装置に関する第６の実施形態について説明するためのもので、流入手段３の放出部３２ｎが配置されている処理槽１の底部１２を処理槽１の中心部側から見た上面図である。

図９は流入手段３の個数は４個である。放出部３２ａと３２ｃの開口部の中心位置３４ａと３４ｃは、処理槽の中心軸１５に対して同一の半径距離ｒ１の円周上に配置し、水流の発生方向２００ａと２００ｃを前記円周の接線方向成分のみとしている。一方、放出部３２ｂと３２ｄの開口部の中心位置３４ｂと３４ｄは、処理槽１の中心軸１５に対して同一の半径距離ｒ２の円周上に配置し、水流の発生方向２００ｂと２００ｄは処理槽１の中心１５側に傾けた構成である。

この実施形態では、実施例１の場合と同様に、処理槽１の内部空間に旋回水流１９を発生させることができ、確実かつ効率良く被処理水を光処理することが可能となる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、処理槽１の形状は、円筒形状の他に、例えば、楕円形や方形形状などの任意の形状とすることができる。また、底部１２や蓋部１３の形状は、板形状の他に、例えば、半球形状などの曲線形状など、任意の形状とすることができる。

処理槽１内に紫外線を照射するための紫外線照射窓１８の設置位置は、蓋部１３以外に、例えば、本体部１１または底部１２の一部にも設けることが出来る。

紫外線光源２３は、被処理水に対して光処理を行うのに適切な波長域の紫外線を発光させることができる光源であればよいので、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ、ＨＩＤランプ、ＵＶ−ＬＥＤ、または、レーザーダイオード等に置き換えが可能である。点灯回路２４は、夫々の光源に適した構成とすることができ、また、点灯回路２４の全部または一部を紫外線照射ユニット２の筐体２１の外部に配置することも可能である。紫外線光源２３の周囲に配置するリフレクタ２２は、紫外線光源２３の配光特性に応じて、省略した構成とすることも可能である。

紫外線照射ユニット２の筐体２１は、例えば、筐体２１の一部に空気を筐体２１内に導入及び排出するための開口部を設けて、排気用または吸気用のブロアにより筐体２１内に空気を循環させて、紫外線光源２３や点灯回路２４を空冷させる構成も可能である。

紫外線照射ユニット２の配置位置と対向する位置、例えば、処理槽の底部１２の中央部に紫外線透過窓、例えば、紫外線透過率が高い石英ガラス板を設けて、その外部に光センサーを配置する構成を追加しても良い。被処理水を介して、紫外線照射ユニット２からの紫外線強度を測定することにより、紫外線照射ユニット２の寿命中の光出力低下や、被処理水の濁度が高い場合の被処理水の透過率低下を検出でき、その低下量に合わせて紫外線照射ユニット２の紫外線出力を高くすることで、被処理水の光処理効率の低下を防止することができる。紫外線照射ユニット２の寿命中の紫外線強度低下が少ない場合や、被処理水の水質が安定していて水の透過率の変化率が小さい場合は、設置コストを換算して、紫外線透過部材及び光センサーの配置を省略することも出来る。

流入手段３の設置個所は、図示した処理槽１の底部１２以外に、処理槽１の本体部１１や処理槽の蓋部１３の一部にも設置することができる。また、流入手段の本体部３１ｎには、例えば、各々の水量を微調整するための水量計や水量調整機を、または、被処理水の水温や濁度を検出するセンサーを設けることができる。

流入手段３の被処理水の放出向き２００ｎや水量、各流入手段３の配置間隔、及び流入手段３の開口部３３ｎと底部１２との距離は、各流入手段３で全て同一である必要はなく、一部変更することが可能であり、処理槽１の大きさや形状、被処理水の深さに応じて調整をすることができる。

１処理槽
１１本体部
１２底部
１３蓋部
１４内部空間
１６開口部
１８紫外線透過窓
２紫外線照射ユニット
３流入手段
４排出手段

Claims

紫外線透過窓を備えた被処理水を満たすことが可能な処理槽と、前記紫外線透過窓を介して前記処理槽内に紫外線を照射する紫外線照射ユニットと、前記処理槽内で所定方向の旋回水流が発生するように、前記被処理水を内部に供給する開口部を有する流入手段と、前記処理槽から処理水を排出する排出手段と、を具備することを特徴とした紫外線照射装置。
前記処理槽は、本体部と、前記本体部の一端部を塞ぐ底部と、前記底部に対向配置され、前記本体部の他端部を塞ぐ蓋部と、で構成された容器であって、前記旋回水流は、前記底部側から前記蓋部側に向けて生成され、前記処理槽の内部には前記旋回水流を妨害する部材が実質存在しないことを特徴とした請求項１に記載の紫外線照射装置。
前記流入手段の前記開口部は、前記蓋部から前記底部への方向の成分を含むように、前記被処理水を前記処理槽内に供給することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の紫外線照射装置。
前記流入手段の前記開口部は、前記処理槽の前記底部に近接して配置され、前記底部と略平行に前記被処理水を前記処理槽内に供給することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の紫外線照射装置。