JP2013158717A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線の透過率が低い被照射流体に用いる紫外線照射装置において、被照射流体を通流させるらせん状に巻回したチューブを支持固定するとともに、被照射流体への紫外線の照射量を増加させる。
【解決手段】紫外線透過性を有するチューブ３が支持パイプ５の外周面にらせん状に巻き付けられ、支持パイプ５の軸回りにチューブ３から離して複数の紫外線ランプ７が配置され、支持パイプ５を支持するとともに複数の紫外線ランプ７を包囲する内側ケース９が設けられ、チューブ３に流体を通流させて紫外線を照射する。これにより、流体流路であるチューブ３が支持パイプ５に固定されるから、チューブ３及び紫外線ランプ７の破損を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線照射装置に係り、特に、流体を通流させるチューブの外から紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。

従来、流体に紫外線を照射し、流体中の細菌やウイルスの不活化、流体中の有害物質の分解などに用いられる紫外線照射装置が知られている。

例えば、特許文献１には、筐体内に、紫外線透過性を有するチューブをらせん状に巻いて配置し、らせんの内側に紫外線ランプを配置してチューブ内に流体を通流させ、チューブの外から紫外線を照射する、所謂、外照式の紫外線照射装置が提案されている。特に、同文献は、紫外線透過率の高いポリテトラフルオロエチレン製のチューブをらせん状に配置すると、紫外線ランプから照射された紫外線の一部はらせん状に巻かれた管内の被照射流体に直接吸収され、残りはチューブ間で繰り返し反射して次第に流体に吸収されるから、紫外線の利用効率を向上できるとしている。このようなチューブをらせん状に巻いた外照式の紫外線照射装置は、チューブ径を小さくし、また、らせんにより流体が攪拌されるので、透過率の低い流体に対しても紫外線を有効に照射できる。

特開２００４−６６０４５号公報

しかし、特許文献１によれば、次のような問題がある。すなわち、紫外線の透過率が低い流体に紫外線を照射する場合、紫外線の照射量を大きくするためにチューブの肉厚を薄くすることが好ましい。ところが、チューブの肉厚を薄くするとチューブの剛性や耐圧性が低下するので、流体の通流で生じるウォーターハンマー等の衝撃によってチューブが振動し、そのチューブの振動によってチューブや紫外線ランプが破損するおそれがある。

このような問題を解決するために、らせん状に巻いた紫外線透過性のチューブをしっかりと支持して固定することが望ましい。例えば、らせんの内側と外側に配置した帯状の支持部材でチューブを挟んで固定したり、チューブのらせんに帯状の支持部材を当てて、チューブを支持部材にバンドで固定する等の方法が考えられる。しかし、これらの方法では、支持部材によって紫外線の照射が遮られるので、被照射流体への紫外線の照射が減少するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、紫外線の透過率が低い被照射流体に用いる紫外線照射装置において、被照射流体を通流させるらせん状に巻回したチューブを支持固定するとともに、被照射流体への紫外線の照射量を増加させることにある。

上記の課題を解決するため、本発明の紫外線照射装置は、紫外線透過性を有するチューブが筒体の外周面にらせん状に巻き付けられ、筒体の軸回りにチューブから離して複数の紫外線ランプが配置され、筒体を支持するとともに複数の紫外線ランプを包囲する筐体が設けられ、チューブに流体を通流させて紫外線を照射することを特徴とする。

すなわち、筒体の外周面にチューブを支持して固定しているから、被照射流体の流路であるチューブの肉厚を薄くしてチューブの紫外線透過率を上げることができる。また、チューブは内圧に強いから、必要な内圧に耐えられるようにチューブの肉厚を設定できる。一方、チューブを筒体に巻き付けて支持させたから、チューブの振動によってチューブやチューブの周囲に配置される紫外線ランプが破損することを防止できる。

さらに、筒体の外周面にチューブをらせん状に巻き付けてチューブを支持して固定したから、チューブのらせんの外側に紫外線ランプを配置することにより、紫外線ランプから照射された紫外線がチューブの支持部材によって遮られることはないので、紫外線の照射量が低減されることはない。

すなわち、被照射流体の流路であるチューブを支持固定することでチューブの肉厚を薄くしてチューブの紫外線透過率を上げ、かつ、チューブのらせんの内側に筒体を配置することで紫外線が遮られることなくチューブのらせんの外側から紫外線を照射できるから、被照射流体に対する紫外線の照射量を増加できる。その結果、紫外線透過率が低い流体を照射対象として紫外線照射装置を実現できる。

また、らせん状のチューブが巻き付けられる筒体の外周面で紫外線を反射させるようにすることが好ましい。これによれば、チューブと被照射流体を透過した紫外線やチューブ間の隙間を通過した紫外線が筒体の外周面で反射し、再びチューブ内を流通する被照射流体に照射するので、紫外線の利用効率を向上できる。この場合、筒体を紫外線反射性を有する金属で形成することができる。或いは、樹脂等で形成した筒体の外周面に紫外線反射性を有する金属等によって反射膜を形成することができる。例えば、筒体や反射膜を金属で形成する場合は、紫外線の反射率が高いアルミニウム、例えば、純度が９０％以上のアルミニウムを用いることが好ましい。

また、紫外線の照射によってチューブやチューブ内の被照射流体の温度が上がり、チューブや流体が劣化するおそれがある。このような場合は、筒体を金属等の熱伝導性の高いもので形成し、筒体内に冷媒を通流させてチューブや被照射流体を冷却することが好ましい。

一方、紫外線の照射量を計測する場合、複数の紫外線ランプの照度を計測可能な紫外線照度計を支持筒体内に配置し、複数の紫外線ランプに対応する位置の支持筒体の筒壁に開口を形成する。これによれば、チューブと被照射流体を透過して筒体内に入射した紫外線の照度を計測することができる。

また、筐体の内面にアルミニウムなどで反射膜を形成して紫外線を筐体内で反射させることができる。これによれば、チューブから外れた紫外線が反射膜で反射してチューブに照射されるから、紫外線の利用効率を向上できる。

本発明によれば、紫外線の透過率が低い被照射流体に用いる紫外線照射装置において、被照射流体を通流させるらせん状に巻回したチューブを支持固定でき、かつ、被照射流体への紫外線の照射量を増加できる。

本発明の実施形態１の紫外線照射装置の側断面図である。 図１の枠１の部分の拡大図である。 図１の線Ａ−Ａの断面図である。 図１の線Ｂ−Ｂの断面図である。 本発明の実施形態１の紫外線照射装置の概念図である。 本発明の実施形態２の紫外線照射装置の概念図である。 本発明の実施形態３の紫外線照射装置の概念図である。 本発明の実施形態４の紫外線照射装置の概念図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１〜５に示すように、実施形態１の紫外線照射装置は、紫外線の照射対象である被照射流体が通流する流路であるチューブの外に紫外線ランプを配置し、流路の外から紫外線を照射する、所謂、外照式の紫外線照射装置である。紫外線照射装置は、紫外線透過性を有するチューブ３が筒体である支持パイプ５の外周面にらせん状に巻き付けられ、支持パイプ５の軸回りにチューブ３から離して複数の紫外線ランプ７が配置され、支持パイプ５を支持するとともに複数の紫外線ランプ７を包囲する内側ケース９と、内側ケース９を覆う外側ケース１１が設けられ、チューブ３内を通流する被照射流体に紫外線ランプ７から紫外線を照射するようになっている。

チューブ３は、例えば、フッ素樹脂によって中空円筒に形成された管をらせん状に巻いたコイルチューブであり、被照射流体が通流する流路になっている。チューブ３の一端側は、図示していない被照射流体の流入配管に接続され、他端側は被照射流体の流出配管に接続されている。なお、チューブ３に用いるフッ素樹脂は、例えば、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを用いることができる、

支持パイプ５は、金属、例えば、アルミニウムによって中空円筒に形成され、外周面にチューブ３がらせん状に巻き付けられて支持固定されるようになっている。支持パイプ５は寝かして配置され、後述するフック１３によって内側ケース９に支持されるようになっている。

複数の紫外線ランプ７は、チューブ３から離して支持パイプ５の軸回りに、例えば、等間隔に配置されている。各紫外線ランプ７は、例えば、両端に口金１５が形成された直管状の紫外線ランプ７であり、各口金１５をソケット１６に接続することで、点灯し、或いは、消灯するようになっている。

内側ケース９は、箱型に形成され、チューブ３、支持パイプ５及び紫外線ランプ７を収容可能になっている。内側ケース９は、例えば、紫外線を反射するアルミニウムなどの反射板で形成されている。これにより、複数の紫外線ランプ７から照射された紫外線を内側ケース９内に繰り返し反射し、チューブ３に照射するようになっている。内側ケース９には、支持パイプ５を支持する一対のフック１３が設けられている。各フック１３は、内側ケース９の内面から垂下させて水平方向に折り曲げた形状のＬ字型に形成されている。各フック１３の水平部分は、支持パイプ５内に挿入され、支持パイプ５を支持するようになっている。これにより、支持パイプ５の延在方向を水平方向に一致させて内側ケース９内に支持できるようになっている。内側ケース９の両端には、板部材１８が支持されている。板部材１８は、支持パイプ５の端部から突出しているチューブ３が挿入され支持される開口が形成されている。板部材１８の内側の壁には、チューブ３の径に対応する穴が形成され、チューブ３を板部材１８の内側の壁から引き出せるようになっている。

外側ケース１１は、内側ケース９に対応する箱型に形成され、内側ケース９を覆うようになっている。外側ケース１１の壁には、外部の空気を吸い込む吸気口１７と、外側ケース１１内の空気を外部に排出する排気口１９が形成されている。吸気口１７にはフィルターが設けられており、排気口１９にはファンが設けられている。これにより、外側ケース１１の外部の空気をフィルターを通じて清澄化させた後に外側ケース１１内に通流させて装置内を冷却し、装置の温度が上昇するのを抑制するようになっている。

このように形成される本実施形態の紫外線照射装置１の作用を説明する。なお、ここでは、紫外線の透過率が低い被照射流体は、例えば、家畜の屎尿処理に用いられ活性汚泥槽の上澄み液であり、この上澄み液に紫外線を照射して上澄み液中のウイルスを不活化処理する場合を一例として説明する。なお、説明をわかりやすくするため、紫外線照射前の被照射流体を原水といい、設定量の紫外線が照射された被照射流体を処理水ということがある。

複数の紫外線ランプ７が点灯している状態で、図示していない活性汚泥槽から流入配管を介して上澄み液（原水）がチューブ３内に流入する。チューブ３内に流入した原水は、外側ケース１１から内側ケース９に流入し、らせん状に巻かれたチューブ３内に導かれる。らせん状のチューブ３内を通流する原水に対して、複数の紫外線ランプ７から紫外線が照射される。この際、チューブ３の紫外線透過率を上げるため、チューブ３が内圧に耐えられる範囲でチューブ３の肉厚を薄く形成すると、原水の通流による衝撃によってチューブ３が振動し、チューブ３が損傷するおそれがある。しかし、本実施形態は、原水の通流による衝撃に耐え得るようにチューブ３は支持パイプ５に支持して固定しているから、チューブ３が動くことはない。その結果、原水の通流によって生じるチューブ３の振動が抑制できるから、チューブ３が損傷することを防止でき、また、チューブ３が振動して紫外線ランプ７に衝突することによる紫外線ランプ７の損傷を防止できる。

チューブ３のらせん部を通流する原水は、らせんに沿って攪拌されながら通流するので、透過率の低い活性汚泥槽の上澄み液に紫外線を均一に照射できる。これにより、原水中のウイルスを不活化処理できる。紫外線の照射によって不活化処理された処理水は、外側ケース１１から流出管路に流出され、必要なら適宜処理されて河川等に排出される。

一方、チューブ３や原水を透過したりチューブ３間の隙間を通過した紫外線は、アルミ製の支持パイプ５の外周面で反射する。この反射により、紫外線を再度チューブ３内の原水に向けて照射できるので、紫外線の利用効率を向上できる。また、支持パイプ５に当たった紫外線を反射させることで、紫外線による支持パイプ５の加熱を抑制でき、支持パイプ５が加熱されてチューブ３が加熱されることによるチューブ３や原水の劣化を低減できる。

また、チューブ３から離れる方向に向かう紫外線は、反射板で形成された内側ケース９内で反射してチューブ３内の原水に照射できるから、原水に照射される紫外線を増加できる。

このように本実施形態の紫外線照射装置１によれば、原水の流路を内圧に強いチューブ３で形成したから、原水による内圧に耐えられる範囲でチューブの肉厚を薄く設定できる。そして、支持パイプ５でチューブ３を支持して固定しているから、原水の通流によってチューブ３が振動することを防止できるので、チューブ３の振動によるチューブ３や紫外線ランプ７の損傷を抑制できる。これにより、チューブ３の肉厚を薄くしてチューブ３の紫外線透過率を上げることができるから、チューブ３内を通流する原水に対する紫外線照射量を増加できる。

さらに、支持パイプ５の外周面にチューブ３をらせん状に巻き付けてチューブを支持して固定しているので、チューブ３のらせんの外側に紫外線ランプ７を配置することにより、紫外線ランプ７から照射された紫外線がチューブ３の支持部材である支持パイプ５によって遮られることはないから、紫外線の照射量が低減されることはない。

すなわち、原水の流路であるチューブ３を支持固定することでチューブ３の肉厚を薄くしてチューブの紫外線透過率を上げ、かつ、チューブ３のらせんの内側に支持パイプ５を配置することで紫外線が遮られることなくチューブ３のらせんの外側から紫外線を照射できるから、原水に対する紫外線の照射量を増加できる。これらにより、紫外線透過率が低い流体、例えば、液層厚１ｃｍにおける紫外線透過率が１０％以下の流体を照射対象にすることができるのである。

また、チューブ３を固定しているから、チューブ３が動いて紫外線ランプ７に衝突し紫外線ランプ７が破損することはない。そのため、紫外線ランプ７をチューブ３に近づけて配置できるから、紫外線の照射量を増加でき、紫外線の透過率が低い被照射流体に紫外線を確実に照射できる。

また、らせん状のチューブ３を固定することなく水平方向に寝かすと、チューブ３が垂れ下がって破損するおそれがある。しかし、本実施形態は、らせん状のチューブ３を支持パイプ５に固定しているから、水平方向に寝かして配置してもチューブ３が垂れ下がらない。そのため、らせん状のチューブ３を鉛直方向に立てるか、水平方向に寝かすかを選択できるから、装置設計や設置場所の自由度を向上できる。

なお、本実施形態は、紫外線の透過率が低い流体を活性汚泥槽の上澄み液とし、この上澄み液中のウイルスを不活化する処理を例示したが、本実施形態の紫外線照射装置の用途はこれに限定されるのもではない。例えば、果物の果汁に含まれる細菌の殺菌、砂糖を製造する際に生じる糖蜜の殺菌、或いは、工業排水中の有害物質の分解などに用いることができる。

また、流体流路であるチューブ３をフッ素樹脂に代えて石英ガラスで形成できるが、石英ガラスは、フッ素樹脂に比べて引張強度が低く流体の通流による内圧によって破損しやすいのでフッ素樹脂を用いることが好ましい。

また、本実施形態は、支持パイプ５の外周面で紫外線を反射させるため、支持パイプ５全体をアルミニウムで形成したが、例えば、支持パイプ５を樹脂で形成し、その外周面にアルミニウムなどの紫外線を反射する膜を形成するなど、適宜選択できる。また、被照射流体の透過率が低く、支持パイプ５の外周面に紫外線が届かない場合は、支持パイプ５の外周面に紫外線を反射しない材料を用いることができる。

また、本実施形態は、被照射流体から離れる方向に向かう紫外線を被照射流体に照射させるため、内側ケース９をアルミ製の反射板で形成したが、内側ケース９の内面に紫外線を反射する反射膜を形成するなど、内側ケース９内で紫外線を反射できればよい。

また、支持パイプ５の外周面にチューブ３の外形に対応する溝を形成することができる。これによれば、溝に沿ってチューブ３を巻き付けることで、チューブ３の支持固定がより一層強固になる。また、チューブ３の位置決めが容易になり、製造等の作業性を向上できる。

（実施形態２）
図６に実施形態２の紫外線照射装置の断面の概念図を示す。実施形態２が実施形態１と相違する点は、複数のチューブ３、例えば、３本のチューブ３を、それぞれが重ならないように支持パイプ５の外周面にらせん状に巻き付けている点である。つまり、実施形態２は、被照射流体の流路断面積を実施形態１の３倍にしている点である。その他の構成は実施形態１と同じであるから、同一の符号を付して説明を省略する。

これによれば、チューブ３を増やして被照射流体を通流させる流路断面積を増やしているから、圧力損失を増加させることなく、被照射流体の流量を増やすことができる。なお、チューブ３の本数は、被照射流体の処理量や被照射流体の透過率などに基づいて、適宜選択できる。

（実施形態３）
図７に実施形態３の紫外線処理装置の概念図を示す。実施形態３が実施形態１と相違する点は、支持パイプ５の中に冷媒を通流させて被照射流体を冷却している点である。その他の構成は実施形態１と同じであるから、同一の符号を付して説明を省略する。

支持パイプ５は、熱伝導性の高い金属で形成されている。支持パイプ５の両端は、内側ケース９と外側ケース１１に形成された開口に挿入支持されるとともに、外側ケース１１から外部に引き出されている。支持パイプ５の端部のうち、処理水の流出側の端部に冷媒の流入配管が接続され、原水の流入側の端部に冷媒の流出配管が接続されている。これにより、被照射流体の流出方向に対向して支持パイプ５内を冷媒が通流するようになっている。

ここで、本実施形態の特徴作用を説明する。らせん状のチューブ３内を通流する間に、紫外線の照射によって被照射流体の温度が上昇する。そのため、温度上昇によって劣化する被照射流体には紫外線を照射することは困難である。そこで、本実施形態は、チューブ３をらせん状に巻き付ける支持パイプ５を熱伝導性の高い金属等で形成してその中に冷媒を通流させることで、支持パイプ５を介してチューブ３内の被照射流体を冷却する。

これによれば、チューブ３内を通流する被照射流体を、支持パイプ５内を通流する冷媒で冷却できるから、紫外線の照射による被照射流体の温度上昇を抑制できる。その結果、温度上昇によって劣化する物質を含む被照射流体に対しても紫外線を照射することができる。なお、支持パイプ５を形成する金属としては、紫外線の反射率が高いアルミニウムを用いることが好ましい。これによれば、被照射流体を冷却できるとともに、支持パイプ５の外周面に当たった紫外線を反射させて被照射流体に照射できるから、有効な紫外線を増加できる。

（実施形態４）
図８に実施形態４の紫外線照射装置の概念図を示す。実施形態４が実施形態１と相違する点は、支持パイプ５内に複数の紫外線ランプ７の照度を計測する照度計３１を配置し、照度計３１に対向する支持パイプ５の壁面に各紫外線ランプ７に対応する開口を形成し、複数の紫外線ランプ７の紫外線照度を計測している点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから同一の符号を付して説明を省略する。

支持パイプ５の両端は、内側ケース９と外側ケース１１に形成された開口に挿入支持されるとともに、外側ケース１１から外部に引き出されている。支持パイプ５の管壁には、各紫外線ランプ７に対応するスリット２９が形成されている。スリット２９は、支持パイプ５の延在方向に沿って形成され、各紫外線ランプ７に向かって開口されている。支持パイプ５内に挿入支持される照度計３１は、例えば、円柱形のセンサ３３と、センサ３３を支持する支持ロッド３５を備えている。センサ３３は、紫外線を全周に渡って計測できるようになっている。支持ロッド３５内には、例えば、センサ３３で受光した紫外線の照度を外部に伝達する伝達媒体が収容されている。照度計３１は、支持パイプ５内に挿入され、センサ３３がスリット２９の位置になるように支持パイプ５に支持ロット３５を取付ける。これにより、チューブ３を透過した紫外線が各スリット２９から支持パイプ５内に入射してセンサ３３で受信されるから、紫外線の照度を計測できる。

これによれば、紫外線の照度を計測できるから、故障等によって、消灯もしくは紫外線出力が低下している紫外線ランプ７があると、紫外線の照度の計測値が低下して発見できるので、紫外線ランプ７の故障等による紫外線の照射量不足を防止できる。

また、センサ３３で受光する紫外線は、被照射流体を透過した紫外線であるから、例えば、何らかの原因で被照射流体の紫外線透過率が下がると、照度計３１の検出照度が下がる。そのため、被照射流体の紫外線透過率の変動を検出できる。これにより、紫外線透過率が下がった場合に、紫外線ランプ７の出力を上げるなどの措置を行うことで、設定量の紫外線を被照射流体に確実に照射できる。

なお、本実施形態の照度計３１は、被照射流体を透過した紫外線を受信しているが、被照射流体を透過していない紫外線を受光するよう構成できる。例えば、支持パイプ５の各スリット２９を避けるように、支持パイプ５にチューブ３をらせん状に巻き付けることで、紫外線ランプ７から照射された紫外線が、各スリット２９から直接支持パイプ５に入射する。この場合、支持パイプ５の外周面から突出する板部材を各スリット２９の縁に形成し、この板部材によってチューブ３が各スリットを塞がないように構成できる。これによれば、紫外線の透過率が低い被照射流体に紫外線を照射する場合でも、支持パイプ５内に紫外線を入射させることができるから、紫外線の照度を計測できる。

また、実施形態３のように、支持パイプ５内に冷媒を通流させる場合は、支持パイプ５内に照度計３１を配置できないから、この場合は、支持パイプ５の外に照度計を設置することができる。

３ チューブ
５ 支持パイプ
７ 紫外線ランプ
９ 内側ケース
１１ 外側ケース
１３ フック
２９ スリット
３１ 照度計
３３ センサ
３５ ロッド

Claims (6)

1. 紫外線透過性を有するチューブが筒体の外周面にらせん状に巻き付けられ、前記筒体の軸回りに前記チューブから離して複数の紫外線ランプが配置され、前記筒体を支持するとともに前記複数の紫外線ランプを包囲する筐体が設けられ、前記チューブに流体を通流させて紫外線を照射する紫外線照射装置。
2. 請求項１に記載の紫外線照射装置において、
   前記筒体は金属で形成されていることを特徴とする紫外線照射装置。
3. 請求項１又は２に記載の紫外線照射装置において、
   前記筒体の少なくとも外周面はアルミニウムで形成されていることを特徴とする紫外線照射装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の紫外線照射装置において、
   前記筒体の内部に冷媒を通流させることを特徴とする紫外線照射装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の紫外線照射装置において、
   前記複数の紫外線ランプの照度を計測する紫外線照度計が前記筒体の内部に配置され、前記複数の紫外線ランプに対応する開口が前記筒体に形成されていることを特徴とする紫外線照射装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線照射装置において、
   前記筐体の内面には、紫外線を反射する反射面が形成されていることを特徴とする紫外線照射装置。

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