JP2013180275A

JP2013180275A - 紫外線処理装置

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Publication number: JP2013180275A
Application number: JP2012047796A
Authority: JP
Inventors: Takuya Miyamae; 卓也宮前; Noboru Shibazaki; 登柴崎; Katsuyuki Kogure; 勝之小暮; Takeshi Takubo; 剛田久保; Noriyuki Ogusu; 法之小楠
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: JP5910175B2

Abstract

【課題】紫外線ランプの最冷部を所定温度範囲に維持可能な紫外線処理装置を提供する。
【解決手段】紫外線ランプ８を挿入した保護管９を処理槽内に設け、この処理槽に処理流体を導入し、紫外線ランプ８が放射する紫外線を、保護管９を介して処理流体に照射して処理する紫外線処理装置１において、本体部２１の少なくとも一部が保護管９内に間挿され、紫外線ランプ８の一部を押圧し、紫外線ランプ８の最冷部１７を保護管９に接触させて保持するランプ保持具２０を備える構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、紫外線ランプを備えた紫外線処理装置に関する。

従来、被処理流体が流れ込む筒状の処理槽に、該流体の流れ方向に沿って延びる管状の紫外線ランプを設置し、被処理流体中の微生物の殺滅、有機物の酸化分解、その他の有機物質の分解などを行う紫外線処理装置が知られている。浄水場で用いられている紫外線処理装置においては、紫外線ランプの破損時に破片が流れ出ないようにすべく、紫外線ランプはランプスリーブ（保護管）に挿入されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２１４３４号公報

ところで、紫外線ランプは、紫外線発光を最適化するためには、紫外線ランプの最冷部を所定温度範囲に維持する必要があるので、紫外線ランプの最冷部となる端部のホルダをランプスリーブの内壁に接触させて冷却することが望ましい。
しかしながら、上記従来の構成では、紫外線ランプは、縦置き配置したランプスリーブ内に配置されただけの状態で固定されていないため、紫外線ランプのホルダがランプスリーブの内壁に必ずしも接触しておらず、紫外線ランプの最冷部を所定温度範囲に維持できないおそれがある。紫外線ランプを横置きした紫外線処理装置においても、ホルダはランプスリーブの内壁と点あるいは線で接触するだけで、重力以外にホルダをランプスリーブに押し付ける力は作用していないため、ランプスリーブのわずかな歪みや、紫外線ランプの組み立て上の寸法公差、ホルダから延びるリード線に加わる力等によっては、ホルダとランプスリーブの内壁との接触を確保できないおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、紫外線ランプの最冷部を所定温度範囲に維持可能な紫外線処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、紫外線ランプを挿入した保護管を処理槽内に設け、この処理槽に被処理流体を流通させ、前記紫外線ランプが放射する紫外線を、前記保護管を介して被処理流体に照射して処理する紫外線処理装置において、本体部の少なくとも一部が前記保護管内に間挿され、前記紫外線ランプの一部を押圧し、前記紫外線ランプの最冷部を前記保護管に接触させて保持するランプ保持具を備えたことを特徴とする。

上記構成において、前記ランプ保持具は、前記本体部の前記保護管内に間挿された部位に前記紫外線ランプの軸を中心とした回転を防止する保持部を備えてもよい。

上記構成において、前記ランプ保持具は、前記本体部の前記保護管内に間挿された部位に前記紫外線ランプの長手方向の移動を規制する規制部を備えてもよい。

本発明によれば、紫外線ランプの一部を押圧して紫外線ランプの最冷部を保護管に接触させて保持するランプ保持具を備えたため、紫外線ランプの最冷部の熱を保護管に伝達させて紫外線ランプの最冷部を冷却できるので、冷却紫外線ランプの最冷部を所定温度範囲に維持できる。

本発明の実施の形態に係る紫外線処理装置の縦断面を示す模式図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。図１の紫外線ランプ体を拡大して示す図である。ランプ保持具を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。本発明の変形例に係るランプ保持具を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る紫外線処理装置の一態様として、浄水場に設けられ、浄水処理後の水を殺菌対象物として殺菌（消毒）を行い、耐塩素性病原微生物を不活化する紫外線処理装置を説明する。
図１は本実施の形態に係る紫外線処理装置の断面を示す模式図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図であり、図３は図１の紫外線ランプ体を拡大して示す図である。
これらの図に示すように、紫外線処理装置１は、筐体を構成する円筒状の処理槽２と、この処理槽２に内設された複数（本実施の形態では、３本）の棒状の紫外線ランプ体３とを有し、これら処理槽２及び紫外線ランプ体３が略水平に配置される横置き型の装置である。

処理槽２は、例えばステンレス鋼から形成され、その両側方の開口がフランジ４，５により閉塞されている。処理槽２の側面２Ａの一方側には、水を導入する導入ポート（入口）６が配設され、また、側面２Ａの他方側には、殺菌処理した水を導出する導出ポート（出口）７が配設されている。導入ポート６からは、図示しないポンプによって、殺菌前の水が所定の流量（或いは流圧）を保ちながら処理槽２内に導入され、その流圧によって処理槽２内を他方側の導出ポート７に向かって移動する。そして、水は処理槽２内を移動中に上記紫外線ランプ体３による紫外線の照射を受けて殺菌され導出ポート７から外部に吐出される。

紫外線ランプ体３のそれぞれは、直管状の紫外線ランプ８と、この紫外線ランプ８を装着する例えば石英ガラスから形成された紫外線透過性の円筒管としてのランプスリーブ９とを有している。
ランプスリーブ９のそれぞれは、処理槽２の中心軸Ｃと平行に延在し、両側方のフランジ４，５を貫通するように設けられ、その両端が開口している。ランプスリーブ９は、図３に示すように、例えばＯ−リング１４等のシール部材を介してフランジ４，５を貫通しており、Ｏ−リング１４をスリーブ固定具１５によって固定することで、ランプスリーブ９とフランジ４，５との水密構造が構成されている。なお、図３では、フランジ５側のランプスリーブ９の端部を示しているが、フランジ４側のランプスリーブ９の端部についても同様の構成であるため図示を省略する。

上記紫外線ランプ８は、例えば石英ガラスからなる発光管１６と、発光管１６の両端にそれぞれ設けられた電極を支持する封止部（図示省略）を掴持するホルダ１７とを備えて構成される低圧水銀ランプである。発光管１６の一方の端の前記封止部近傍の内壁には、ホルダ１７に隠されて見えないが、アマルガムが保持される凹部１８が形成されている。凹部１８は、紫外線ランプ８の最冷部にできるだけ近接した位置に形成される。この紫外線ランプ８は、図１に示すように、ランプスリーブ９に装着した際に、導入ポート６から導出ポート７に亘って延在する程度の長さを有して構成されており、導入ポート６から導出ポート７に至る流路の全範囲にわたって紫外線が照射される。すなわち、紫外線ランプ８は略全体がランプスリーブ９の処理槽２内に位置する部分に収容されるため、紫外線ランプ８の両端部にあるホルダ１７がランプスリーブ９の外部やランプスリーブ９の端部近傍に位置することはなく、ホルダ１７がランプスリーブ９の端部より所定の長さ（例えば、数十センチメートル程度）だけ内側に位置しており、ホルダ１７の電極に接続されるリード線１９だけがランプスリーブ９の端部から引き出されている。リード線１９は図示しない電源に接続されている。

３本の上記紫外線ランプ体３は、図２に示すように、処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周に沿って等間隔に配置されており、中心軸Ｃからみて隣り合う２つの紫外線ランプ体３がなす角度θが各々１２０度（＝３６０度／３）と等角度になっている。
また、紫外線ランプ体３は、３本に限らず、Ｎ（Ｎ≧２を満たす自然数）本の紫外線ランプ体３を処理槽２に内設する構成としても良い。但し、この構成においても、Ｎ本の紫外線ランプ体３のそれぞれは、処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周に沿って等間隔に配置され、中心軸Ｃからみて隣り合う２つの紫外線ランプ体３がなす角度が、各々３６０度／Ｎと等角度になされる。

処理槽２には、各ランプスリーブ９の表面を清掃するクリーニングプレート１１が内設されている。クリーニングプレート１１には、ランプスリーブ９が嵌め込まれる環状のクリーニングブラシ１２が設けられている。クリーニングプレート１１は、モータ１３の駆動によって処理槽２の一端から他端の間を定期的に往復移動可能に構成され、この移動によりクリーニングブラシ１２でランプスリーブ９の表面に付着したスケール等の汚れが除去される。これにより、ランプスリーブ９の表面の汚れによって紫外線透過率が低下することがなく殺菌能力を維持できる。

紫外線ランプ８は、紫外線発光を最適化するために、紫外線ランプ８の最冷部となるホルダ１７を最適な所定温度範囲（例えば、４０℃前後）に維持する必要がある。
そこで、本実施の形態では、紫外線ランプ８の一端側（本実施の形態では、導出ポート７側）に、ホルダ１７をランプスリーブ９の内壁に接触させて保持するランプ保持具２０を設けている。

図３及び図４を参照し、ランプ保持具２０について説明する。
図４は、ランプ保持具２０を示す図であり、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は側面図である。
ランプ保持具２０は、耐食性に優れた金属、あるいは、紫外線ランプ８が放射する例えば波長２２０ｎｍ以上（例えば、２５４ｎｍ）の紫外線に対して十分な耐性のある樹脂材料で形成されて紫外線ランプ８の軸方向（長手方向）の湾曲に対して適度な弾性力を有する本体部２１を備えている。本実施の形態の本体部２１は、金属製の薄板で形成されている。

本体部２１は、一端側の下面に紫外線ランプ８のホルダ１７を保持する保持部２４が設けられ、他端側がランプスリーブ９の端部から外部に延出するだけの十分な長さを有し、他端に、ランプスリーブ９の外部において処理槽２のフランジ５等に固定される固定部２２を備えている。本実施の形態の固定部２２は、本体部２１を構成する金属製の薄板を折り曲げて形成しており、本体部２１及び固定部２２が正面視略Ｌ字状をなしている。固定部２２には、ランプ保持具２０をスリーブ固定具１５にねじ止めするためのねじ貫通孔２３が形成されている。

保持部２４は、紫外線ランプ８のホルダ１７を挟み込んで保持する部材であり、本実施の形態では、例えば金属製の薄板を用いて、円柱状のホルダ１７に外嵌する円筒状に形成されている。保持部２４は、軸方向に亘って一部を切り欠いた側面視Ｃ字状に形成されており、保持部２４の対向する端部２４Ａ，２４Ｂは、保持部２４の中心Ｃ２に対し所定角度φ（例えば、５０°）を有するように形成されている。これにより、保持部２４は、紫外線ランプ８のリード線１９と絶縁不良を起こさない程度に十分な距離を保ちながら紫外線ランプ８を保持できる。
保持部２４の軸方向奥側（固定部２２側）には、ホルダ１７の端面に当接して紫外線ランプ８の長手方向の移動を規制する規制部２５が形成されている。また、本体部２１には、長手方向中間部に、保持部２４と反対側（上側）に突出する突起部２６が設けられている。突起部２６は、ランプ保持具２０の固定部２２を固定する際に本体部２１が適切に湾曲する程度に突出している。

次に、本実施の形態の作用について説明する。
上記のように構成されたランプ保持具２０の保持部２４に、紫外線ランプ８のホルダ１７を挿入すると、保持部２４が略Ｃ字状であるため拡径し、ホルダ１７が保持部２４に内嵌する。このとき、紫外線ランプ８のホルダ１７は、保持部２４の弾性力により縮径方向に付勢されるので、ホルダ１７は周方向にずれる（回転する）ことなく保持される。ランプ保持具２０には、規制部２５が形成されているため、ホルダ１７が規制部２５に当接するとそれ以上ランプ保持具２０の奥側に入り込むのを防止される。

ランプ保持具２０が取り付けられた紫外線ランプ８を、フランジ４，５に固定されたランプスリーブ９に挿入し、紫外線ランプ８がランプスリーブ９に完全に挿入された後はランプ保持具２０自体を押して、ランプ保持具２０をスリーブ固定具１５にねじ２７によって固定する。ランプ保持具２０は紫外線ランプ８の長手方向の移動を規制する規制部２５を備えているため、紫外線ランプ８の長手方向の位置を設計上の最適位置に容易に決めることが可能となる。また、規制部２５をランプ保持具２０に設けたため、規制部２５をランプ保持具２０とは別に設ける場合に比べ、部品点数を少なくできる。

また、ランプ保持具２０のねじ貫通孔２３から本体部２１の折り曲げ部２８までの長さＬ１は、ねじ貫通孔２３からランプスリーブ９に配置したホルダ１７までの長さＬ２より短く設定されるとともに、本体部２１の中間部に突起部２６が設けられているため、本体部２１が突起部２６を支点として湾曲する。本体部２１の一端側の保持部２４には、梃子の原理により、紫外線ランプ８のホルダ１７を下方に押す力が生じる。これにより、紫外線ランプ８の最冷部となるホルダ１７がランプスリーブ９の内壁に確実に接触するので、ホルダ１７を、処理槽２内を流通する処理流体によって冷却できる。なお、突起部２６の大きさと位置及び本体部２１のしなりの強さを適切に選定することにより、紫外線ランプ８やランプスリーブ９に無理な力をかけることなく、紫外線ランプ８のホルダ１７をランプスリーブ９の内壁に適切に押し付けることが可能となる。

また、紫外線ランプ８は保持部２４に弾性力によって挟まれているため、処理槽２を通過する被処理流体の乱流や、被処理流体を処理槽２に送水するポンプ等が発する振動を受けても、リード線１９のねじれなどで紫外線ランプ８に軸中心に回転する力が加わった場合にも、紫外線ランプ８が軸中心に回転することが防止される。
また、ランプ保持具２０がホルダ１７を挟む力を適切に設定することにより、ランプ保持具２０を引き抜いても、紫外線ランプ８がランプ保持具２０から外れることがない。したがって、紫外線ランプ８の交換等の際には、ランプ保持具２０を引き抜くことで紫外線ランプ８をランプスリーブ９から容易に引き抜くことが可能となる。

アマルガムを使用した紫外線ランプ８は、水銀を単体で封入した紫外線ランプと比べ、紫外線ランプ８の周囲温度が高い場合や、ランプスリーブ９の温度が高い場合でも最適な照度が維持されるという特徴を有するが、紫外線の出力を長期間安定して維持するためには、アマルガムを温度変化が最小で比較的低温の位置に配置して保持するのが望ましい。そのような最適位置は、本実施の形態では、ホルダ１７のランプスリーブ９との接触部分である。したがって、ランプ保持具２０を紫外線ランプ８に取り付ける際に、凹部１８が端部２４Ａ，２４Ｂの略中間に位置するように、ホルダ１７を保持部２４に挿入することで、紫外線ランプ８は、アマルガムが保持される凹部１８がランプスリーブ９に近接するように固定され、しかも上述したように軸中心に回転もしないため、凹部１８が効果的に冷却され、紫外線の出力低下を抑えることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、本体部２１の少なくとも一部がランプスリーブ９内に間挿され、紫外線ランプ８の一部を押圧し、紫外線ランプ８の最冷部となるホルダ１７をランプスリーブ９に接触させて保持するランプ保持具２０を備えたため、紫外線ランプ８のホルダ１７の熱をランプスリーブ９に伝達させて紫外線ランプ８のホルダ１７を冷却できるので、紫外線ランプ８のホルダ１７を所定温度範囲に維持できる。

また、本実施の形態によれば、ランプ保持具２０は、本体部２１のランプスリーブ９内に間挿された部位に紫外線ランプ８の軸を中心とした回転を防止する保持部２４を備えたため、特に、アマルガムを用いた紫外線ランプ８において、アマルガムを保持する凹部１８を効果的に冷却でき、紫外線の出力低下を防止できる。

また、本実施の形態によれば、ランプ保持具２０は、本体部２１のランプスリーブ９内に間挿された部位に紫外線ランプ８の長手方向の移動を規制する規制部２５を備えたため、紫外線ランプ８の長手方向の位置を処理槽２内における紫外線照射が最適となる位置に容易に決めすることができる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、本体部２１の湾曲による弾性力によりホルダ１７をランプスリーブ９に押し付けていたが、ホルダ１７をランプスリーブ９に押し付ける手段はこれに限定されるものではない。例えば、本体部２１の長さが長い等、本体部２１の湾曲による弾性力だけでは十分な押し付け力が得られない場合には、図５に示す変形例に係る紫外線処理装置１００のランプ保持具１２０のように、保持部２４の上部に板ばね状のばね部材１０１を設け、ばね部材１０１のばね力でホルダ１７を直接ランプスリーブ９の内壁下部に押し付けるようにしてもよい。なお、図５では、図３と同一部分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。

また、上記実施の形態では、紫外線ランプ８の一端側（導出ポート７側）にランプ保持具２０を設けたが、紫外線ランプ８の他端側（導入ポート６側）に設けてもよいし、紫外線ランプ８の両端にランプ保持具２０を設けてもよい。
また、上記実施の形態では、ランプスリーブ９は両側方のフランジ４，５を貫通するように設けられ、その両端が開口するように構成されていたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、ランプスリーブ９を片側のフランジ４又は５のみ貫通するように構成してもよい。この場合、例えば、ランプスリーブ９のフランジ４又は５に貫通していない側の端部を丸く閉じるとともに、この閉じた端部を他方側のフランジ５又は４に設けたカップ状の受け具によって支持すればよい。
また、上記実施の形態では、本発明を紫外線ランプ８が略水平に配置される横置き型の紫外線処理装置１に適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、紫外線ランプ８が略鉛直に配置される縦置き型の紫外線処理装置や、紫外線ランプ８が傾斜して配置される紫外線処理装置に本発明を適用してもよい。

また、上記実施の形態では、紫外線ランプ体３は、中心軸Ｃの周りに等間隔に３本設けられていたが、本発明はこれに限定される訳ではなく、紫外線処理条件に応じて、紫外線ランプ体３の本数や配置・間隔を適宜選定することができる。

また、上記実施の形態では、紫外線殺菌装置の一例として殺菌対象物が水である流水殺菌装置を例示したが、これに限らず、処理槽に紫外線ランプを内設し、殺菌対象物をこの処理槽内で移動させて紫外線殺菌装置であれば、任意の装置に本発明を適用することが可能である。また、殺菌対象物は、流体全般に適用することが可能であり、水などの液体、空気などの気体を例示することができる。

１紫外線処理装置
２処理槽
８紫外線ランプ
９ランプスリーブ（保護管）
１７ホルダ（最冷部）
２０ランプ保持具
２１本体部
２４保持部
２５規制部

Claims

紫外線ランプを挿入した保護管を処理槽内に設け、この処理槽に被処理流体を流通させ、前記紫外線ランプが放射する紫外線を、前記保護管を介して被処理流体に照射して処理する紫外線処理装置において、
本体部の少なくとも一部が前記保護管内に間挿され、前記紫外線ランプの一部を押圧し、前記紫外線ランプの最冷部を前記保護管に接触させて保持するランプ保持具を備えたことを特徴とする紫外線処理装置。
前記ランプ保持具は、前記本体部の前記保護管内に間挿された部位に前記紫外線ランプの軸を中心とした回転を防止する保持部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線処理装置。
前記ランプ保持具は、前記本体部の前記保護管内に間挿された部位に前記紫外線ランプの長手方向の移動を規制する規制部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線処理装置。