JP2013252469A

JP2013252469A - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP2013252469A
Application number: JP2012127858A
Authority: JP
Inventors: Soji Sumi; 宗司角
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-12-19

Abstract

【課題】簡単な構成で被処理水に対する紫外線照射量が所定量以上になるようにした紫外線照射装置をる。
【解決手段】紫外線ランプ２を配置する紫外線照射室１内に、紫外線ランプ２を被処理水の流れ方向に直交する方向に複数本備えた紫外線照射装置であって、紫外線照射室１内に、紫外線ランプ２を被処理水の流れ方向に沿って複数本配置した紫外線ランプ群Ａを紫外線照射室１の上下方向または左右方向に複数段設け、紫外線照射室１を流れる被処理水が受ける紫外線照射量が所定以上になるよう紫外線ランプ２の近傍をより多くの流体が流れるように、紫外線ランプ群Ａの最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の間に位置して、紫外線照射室１の上下壁面５または左右壁面５に板状のバッフル３を設けるとともに、紫外線ランプ群Ａ内に棒状の撹乱体４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理水の流路に配置され、流路を流れる被処理水を紫外線で殺菌処理する紫外線照射装置に関する。

従来、バラスト水、下水、工場廃水、半導体工場などで使用される純水等の被処理水を流す流路に紫外線照射装置を配置し、流路を流れる被処理水に紫外線を照射して殺菌処理するといったことが行われている。紫外線による被処理水の殺菌処理には、被処理水に対する所定の紫外線照射量が求められる。
ここで使用される紫外線照射装置として、紫外線ランプを配置する紫外線照射室内に、紫外線ランプを被処理水の流れ方向に直交する方向に複数本備えた紫外線照射装置がある。このように構成された紫外線照射装置では、紫外線照射装置内の場所による被処理水の流速の違いや紫外線ランプとの距離により、紫外線照射装置内を流れる被処理水への紫外線照射量は一定ではない。例えば、被処理水の流速の速い箇所では紫外線照射時間が短く、また紫外線ランプから遠い箇所では紫外線照射強度が低く、このため殺菌不良を招いてしまう。

この問題を解決するものとして、殺菌対象流体の流れに直交する断面が矩形のチャンバー内に、流れ方向に複数の紫外線ランプを殺菌対象流体の流れに直交するように配置し、チャンバーのコーナー部分に、コーナーに沿って流れる殺菌対象流体を内側に向けるバッフルを設置した紫外線殺菌装置が提案されている（特許文献１参照。）。

特開２００１−２９９４１号公報

しかし、前記特許文献１に記載された紫外線殺菌装置は、チャンバーのコーナーに沿った流れをバッフルにより内側に向けることにより中央部を流れる被処理水を紫外線ランプ近傍へ流すようにするものであるが、上下方向の中央部を流れる被処理水は千鳥に配列された紫外線ランプ間を通るように斜め上方あるいは下方の圧力損失の低い部分を通過してしまうため、紫外線ランプ近傍を流すことができないことから、所望する殺菌性能を得るには紫外線ランプの照度を高くする必要がある。
かかる問題に接し、短い距離で必要な紫外線照射量を得ようとする場合、紫外線ランプの間隔を狭めることが考えられる。しかし、このような紫外線ランプの配列で前記特許文献１に記載された技術を利用したとしても、チャンバーの上下方向中央部の流れが紫外線ランプ間を通過する際には、紫外線ランプから最も遠いところを流れてしまい、効果的な殺菌性能が得られない可能性がある。

本発明の目的は、簡単な構成で被処理水に対する紫外線照射量が所定量以上になるようにした紫外線照射装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、紫外線ランプを配置する紫外線照射室内に、紫外線ランプを被処理水の流れ方向に直交する方向に複数本備えた紫外線照射装置であって、前記紫外線照射室内に、前記紫外線ランプを被処理水の流れ方向に沿って複数本配置した紫外線ランプ群を前記紫外線照射室の上下方向または左右方向に複数段設け、前記紫外線照射室を流れる被処理水が受ける紫外線照射量が所定以上になるよう前記紫外線ランプの近傍をより多くの流体が流れるように、前記紫外線ランプ群の最上流側の紫外線ランプと最下流側の紫外線ランプの間に位置して、前記紫外線照射室の上下壁面または左右壁面に板状のバッフルを設けるとともに、紫外線ランプ群内に棒状の撹乱体を設けたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記紫外線照射室の上下壁面または左右壁面に沿って流れる紫外線ランプより離れて流れる被処理水はバッフルにより内側へ流れが向けられて紫外線ランプ近傍を流れるようになり、そして、紫外線ランプ群内で紫外線ランプから離れて流れる被処理水は撹乱体によりその流線が乱されて紫外線ランプ近傍を流れるようになるので、短い処理時間で前記紫外線照射室を流れる被処理水に対する紫外線照射量を所定量以上にすることができ、被処理水を有効に殺菌処理することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記バッフルは前記紫外線ランプと平行に設けられ、前記撹乱体は前記紫外線照射室の上下壁間または左右壁間に渡して前記紫外線ランプと平行に設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記バッフルは前記紫外線ランプと平行に設けられているので、前記紫外線照射室の上下壁面または左右壁面に沿って流れる紫外線ランプより離れて流れる被処理水は内側に向けられて紫外線ランプ近傍を流れるようになる。そして、前記撹乱体は前記紫外線照射室の上下壁間または左右壁間に渡して前記紫外線ランプと平行に設けられているので、紫外線ランプ群内で紫外線ランプから離れて流れる被処理水はその流線が乱され紫外線ランプの近くを通るように流れ、短い距離で被処理水に対する紫外線照射量を所定量以上にすることができる。

本発明によれば、短い距離で前記紫外線照射室を流れる被処理水の受ける紫外線照射量を効果的に増加させ、短い処理時間で前記紫外線照射室を流れる被処理水に対する紫外線照射量を所定量以上にすることができるので、装置の小型化と被処理水の有効な殺菌処理を行うことができる。

本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態の第１例を示す側断面概略図である。第１例における紫外線ランプとバッフルおよび撹乱体との位置関係を示す説明図である。第１例と、第１例と同じ紫外線ランプの配列でバッフルと撹乱体を設けない場合の、紫外線照射室の出口における被処理水に対する紫外線照射量を比較した説明図である。本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態の第２例を示す側断面概略図である。本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態の第３例を示す側断面概略図である。

以下、本発明に係る紫外線照射装置を実施するための形態を、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態の第１例を示す側断面概略図、図２は第１例における紫外線ランプとバッフルおよび撹乱体との位置関係を示す説明図、図３は第１例と、第１例と同じ紫外線ランプの配列でバッフルと撹乱体を設けない場合の、紫外線照射室の出口における被処理水に対する紫外線照射量を比較した説明図である。

本例の紫外線照射装置は、被処理水の流れに直交する断面形状が矩形状となるように形成されている紫外線照射室１内に、紫外線ランプ２を、被処理水の流れ方向に直交させるように、被処理水の流れ方向に沿って所定間隔を設けて複数本を配置した紫外線ランプ群Ａを、紫外線照射室１の上下方向に所定間隔で複数段設けている。
本例では、紫外線ランプ群Ａは２本の紫外線ランプ２で構成し、上下方向に５段に設けている。そして、１段目、３段目、５段目の紫外線ランプ群Ａはそれぞれ同間隔に、そして２段目、４段目の紫外線ランプ群Ａはそれぞれ同間隔に配置されており、１段目、３段目、５段目の紫外線ランプ群Ａは２段目、４段目の紫外線ランプ群Ａより間隔が短く、２段目、４段目の紫外線ランプ群Ａにおける上流側の紫外線ランプ２と下流側の紫外線ランプ２との内側になるように配置されている。

各段の紫外線ランプ群Ａの流れ方向の紫外線ランプ２の本数及び紫外線ランプ２の流れ方向の間隔は、紫外線照射室１を通過する被処理水の単位時間あたりの流量を紫外線照射室１に設けた紫外線ランプ群Ａの段数で除した流量で求められる紫外線照射室１を通過する時間と各段に設けた紫外線ランプ２の紫外線強度を乗じた紫外線照射量が所定の紫外線照射量以上になるように設定されている。
ところが、こうした紫外線照射装置１では、紫外線ランプ２の抵抗や、紫外線照射室１内における流路Ｘの壁面近傍を流れる処理水と壁面との摩擦などで生じる流れの遅い部分や、逆に流路の狭い部分などの流れが速い部分が存在する。また、紫外線ランプ２の両端部は紫外線ランプ２の構造上の問題から紫外線照射量が低い部分もあり、紫外線照射装置１内を流れる被処理水への紫外線照射量も不均一になる。

そのため、本発明では、図１に示すように、紫外線照射室１内に、紫外線照射室１の出口１ａにおける紫外線照射量分布から所定の紫外線照射量以下となる部分に到達する被処理水の流線Ｆを流体解析によって求めて、その流線Ｆ上で、かつ、紫外線ランプ２からの距離が最も遠くなる位置に、その流線Ｆ上を流れる被処理水を衝突させ攪拌する後述するバッフル３と撹乱体４を設けている。流体解析によって求められた被処理水の流線Ｆは、紫外線照射室１の流路Ｘの壁面近傍と上下方向に設けた紫外線ランプ群Ａの間に存在する。
被処理水の流線Ｆを求める流体解析は、有限堆積法（ＦＶＭ）、ＲＡＮＳモデルにより行う。所定の紫外線照射量とは、被処理水の殺菌に必要な紫外線照射量として設定された照射量をいう。

紫外線照射室１に置くバッフル３と撹乱体４は、前記のように、所定の紫外線照射量以下となる部分に到達する被処理水の流線Ｆ上で、かつ、紫外線ランプ２からの距離が最も遠くなる位置に設けられるものであって、その位置は紫外線照射室１内の設けられた紫外線ランプ２の配置によってそれぞれ求められる。
本例では、紫外線照射室１の上下壁面５寄りの紫外線ランプ群Ａにおける最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の間に位置して、紫外線照射室１の上下壁面５に板状のバッフル３を設けるとともに、紫外線ランプ群Ａ内に断面が円形を有する棒状の撹乱体４を設けている（図２参照。）。

さらに詳細には、紫外線照射室１の上下壁面５に設けたバッフル３は、上下壁面５寄りにある紫外線ランプ群Ａにおける最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の中央に位置して紫外線ランプ２と平行に設けられ、流路Ｘ内に突出している。
上下壁面５からのバッフル３の突出長Ｌ１は、上下壁面５側の紫外線ランプ群Ａの紫外線ランプ２と上下壁面５との距離Ｌ２との関係で、Ｌ１＝Ｌ２〜Ｌ１＝Ｌ２／２に設定することが好ましい。Ｌ１＞Ｌ２とすると、バッフル３による紫外線ランプ２の影Ｓ１が被処理水への紫外線照射に影響し、被処理水に所定量の紫外線照射量を照射することができなくなる場合があり、また流れる被処理水の抵抗となって圧力損失が増えてしまう。またＬ１＜Ｌ２／２とすると上下壁面５に沿って流れる被処理水は紫外線ランプ２に近づくような流れをつくることができず、十分な紫外線照射量が得られない部分ができる。

また、紫外線ランプ群Ａ内に設けた撹乱体４は、紫外線ランプ群Ａの各段における上流側の紫外線ランプ２と下流側の紫外線ランプ２の中央で且つ１段目と３段目、３段目と５段目との間で、２段目と４段目の紫外線ランプ２の上下を流れる被処理水の流れの中に、紫外線照射室１の左右壁面間に渡って紫外線ランプ２と平行に設けられている。
撹乱体４の外径は、その上限が紫外線ランプ２の外径と同じ、下限が紫外線ランプ２の外径の１／２であることが好ましい。撹乱体４の外径が紫外線ランプ２の外径より大きいと、撹乱体４による紫外線ランプ２の影Ｓ２が被処理水への紫外線照射に影響し、被処理水への紫外線照射量が低下する場合があり、また流れる被処理水の抵抗となって圧力損失が増えてしまう。また、撹乱体４の外径が紫外線ランプ２の外径の１／２より小さいと前段の紫外線ランプ２から最も遠い距離を流れた被処理水を後段の紫外線ランプ２に近づける流れをつくることができず、十分な紫外線照射量が得られない部分ができる。

このように構成した第１例の紫外線照射装置は、紫外線照射室１の入口１ｂ側のフランジ６と出口１ａ側のフランジ７とを、被処理水を流す配管８の途中に接続されている。
このようにして使用される紫外線照射装置において、バッフル３や撹乱体４を設けていない場合、紫外線照射室１内を通過する被処理水は、流路Ｘの壁面近傍を流れる流れと、紫外線ランプ２の配置によって紫外線ランプ群Ａ内を流れる流れは、それぞれが流れやすい方向に流れながら出口１ａへ向かう流れとなる。
しかしながら、紫外線照射室１内には、紫外線照射室１の出口１ａにおける紫外線照射量分布から所定の紫外線照射量以下となる部分に到達する被処理水の流線を流体解析によって求めて、その流線Ｆ上で、かつ、紫外線ランプ２からの距離が最も遠くなる位置として、紫外線照射室１の上下壁面５に、紫外線照射室１の上下壁面５寄りの紫外線ランプ群Ａにおける最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の間に位置してバッフル３が設けられ、また、紫外線ランプ群Ａ内に棒状の撹乱体４が設けられているので、被処理水はバッフル３と撹乱体４で流れが攪拌され、紫外線ランプ２から遠い領域を流れる被処理水を下流側にある紫外線ランプ２に近づく流れを生み出す。

本例では、紫外線照射室１の上下壁面５に設けたバッフル３は、上下壁面５寄りにある紫外線ランプ群Ａにおける最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の中央に位置して紫外線ランプ２と平行に設けられ、流路Ｘ内に突出しており、また、紫外線ランプ群Ａ内に設けた撹乱体４は、紫外線ランプ群Ａの各段における上流側の紫外線ランプ２と下流側の紫外線ランプ２の中央で且つ１段目と３段目、３段目と５段目との間で、２段目と４段目の紫外線ランプ２の上下を流れる被処理水の流れの中に、紫外線照射室１の左右壁面間に渡って紫外線ランプ２と平行に設けているので、紫外線照射室１の上下壁面５近傍の流線Ｆ上を流れる被処理水はバッフル３でバッフル３後方の紫外線ランプ２に近づく流れとなる。そして、紫外線ランプ群Ａ内の流線Ｆ上を流れる被処理水は撹乱体４によって、効果的にその後段の紫外線ランプ２の近傍を通る流れとなるので、紫外線照射室１を流れる被処理水全体が効率よく、且つ略均一に混合した状態が得られることになり、紫外線照射室１を流れる被処理水が受ける紫外線ランプ２の紫外線照射量は所定量を超え、被処理水を有効に殺菌処理することができる。

図３は、本１例と、本例と同じ紫外線ランプ２の配列でバッフル３と撹乱体４を設けない場合の、紫外線照射室１の出口１ａにおける被処理水に対する紫外線照射量を比較した説明図であり、Ｖ１は被処理水を必要な殺菌レベルまで処理するために必要な所定紫外線照射量、Ｖ２は本例と同じ紫外線ランプ２の配列でバッフル３と撹乱体４を設けない場合の紫外線照射量、Ｖ３は本例の紫外線照射量を示している。
図３に見られるように、紫外線照射室１内にバッフル３と撹乱体４がない場合、被処理水は流れやすいところに流れ、紫外線照射室１内での紫外線照射量が不足し殺菌が不十分な処理水が紫外線照射室１から供給されてしまう。一方、本例においては、バッフル３や撹乱体４の効果により、被処理水を紫外線ランプ２に近づけるように流すことによって、紫外線照射室１の出口１ａにおいては、被処理水は全て所定照射量以上の紫外線照射量を得ることができるようになる。

なお、本例では、紫外線ランプ群Ａは２本の紫外線ランプ２で構成し、上下方向に５段に設け、そして、１段目、３段目、５段目の紫外線ランプ群Ａはそれぞれ同間隔に、そして２段目、４段目の紫外線ランプ群Ａはそれぞれ同間隔に配置されており、１段目、３段目、５段目の紫外線ランプ群Ａは２段目、４段目の紫外線ランプ群Ａより間隔が短く、２段目、４段目の紫外線ランプ群Ａにおける上流側の紫外線ランプ２と下流側の紫外線ランプ２の内側に配置されているが、これに限定されるものではない。紫外線ランプ群Ａは２本以上であってもよく、また、紫外線ランプ群Ａが５段以上であってもよい。

図４は本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態の第２例を示す側断面概略図である。
本例の紫外線照射装置は、第１例と同様に、被処理水の流れに直交する断面形状が矩形状となるように形成されている紫外線照射室１内に、紫外線ランプ２を被処理水の流れ方向に直交するように、被処理水の流れ方向に沿って所定間隔を設けて複数本を配置した紫外線ランプ群Ａを、紫外線照射室１の上下方向に所定間隔で複数段設けている。
本例では、紫外線ランプ群Ａは２本の紫外線ランプ２で構成し、上下方向に５段に設けている。そして、１段目〜５段目の紫外線ランプ群Ａにおける上流側の紫外線ランプ２と下流側の紫外線ランプ２の間隔は全て等間隔となっており、上下の紫外線ランプ群Ａの紫外線ランプ２が千鳥状になるように配置されている。

そして、第１例と同様に、紫外線照射室１の出口１ａにおける紫外線照射量分布から所定の紫外線照射量以下となる部分に到達する被処理水の流線Ｆを流体解析によって求めて、その流線Ｆ上で、かつ、紫外線ランプ２からの距離が最も遠くなる位置として、紫外線照射室１の上下壁面５に、紫外線照射室１の上下壁面５寄りの紫外線ランプ群Ａにおける最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の間に位置してバッフル３を設け、さらに、紫外線ランプ群Ａ内に棒状の撹乱体４を設けている。

図５は本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態の第３例を示す側断面概略図である。
本例の紫外線照射装置は、側断面形状が円形状となるように形成されている紫外線照射室１内に、紫外線ランプ２を被処理水の流れ方向に直交するように、被処理水の流れ方向に沿って所定間隔を設けて複数本を配置した紫外線ランプ群Ａを、紫外線照射室１の上下方向に所定間隔で複数段設けている。
本例では、紫外線ランプ群Ａは２本の紫外線ランプ２で構成し、上下方向に４段に設けている。そして、１段目、４段目の紫外線ランプ群Ａはそれぞれ同間隔に、そして２段目、３段目の紫外線ランプ群Ａはそれぞれ同間隔に配置されており、１段目、４段目の紫外線ランプ群Ａは２段目、３段目の紫外線ランプ群Ａより間隔が短く、２段目、３段目の紫外線ランプ群Ａにおける上流側の紫外線ランプ２と下流側の紫外線ランプ２の内側に配置されている。

そして、第１例と同様に、紫外線照射室１の出口１ａにおける紫外線照射量分布から所定の紫外線照射量以下となる部分に到達する被処理水の流線Ｆを流体解析によって求めて、その流線Ｆ上で、かつ、紫外線ランプ２からの距離が最も遠くなる位置として、紫外線照射室１の上下壁面５に、紫外線照射室１の上下壁面５寄りの紫外線ランプ群Ａにおける最上流側の紫外線ランプ２と最下流側の紫外線ランプ２の間に位置してバッフル３を設け、されに、紫外線ランプ群Ａ内に棒状の撹乱体４を設けている。

なお、第１例〜第３例は、いずれも被処理水の流れ方向に所定間隔を空けて複数本配置した紫外線ランプ群Ａを、紫外線照射室１の上下方向に複数段設け、バッフル３を紫外線照射室１の上下壁面５に設け、撹乱体４を紫外線照射室１の上下壁面５間に渡して設け、撹乱体４を紫外線ランプ２と平行に紫外線照射室１の左右壁面間に渡らせているが、紫外線ランプ群Ａを、紫外線照射室１の左右方向に複数段設け、バッフル３を紫外線照射室１の左右壁面に設け、撹乱体４を紫外線ランプ２と平行に紫外線照射室１の上下壁面５間に渡って設けるよいにしてもよい。
いずれにしても、紫外線照射室１内に、紫外線照射室１の出口１ａにおける紫外線照射量分布から所定の紫外線照射量以下となる部分に到達する被処理水の流線Ｆを流体解析によって求めて、その流線Ｆ上で、かつ、紫外線ランプ２からの距離が最も遠くなる位置に、その流線Ｆ上を流れる被処理水を衝突させ攪拌するバッフル３と撹乱体４が設けられていればよい。

１紫外線照射室
１ａ出口
１ｂ入口
２紫外線ランプ
３バッフル
４撹乱体
５壁面
６、７フランジ
８配管
Ａ紫外線ランプ群
Ｘ流路
Ｆ流線
Ｓ１、Ｓ２影
Ｖ１必要紫外線照射量
Ｖ２第１例と同じ紫外線ランプの配列でバッフルと撹乱体を設けない場合の紫外線照射量
Ｖ３第１例の紫外線照射量

Claims

紫外線ランプを配置する紫外線照射室内に、紫外線ランプを被処理水の流れ方向に直交する方向に複数本備えた紫外線照射装置であって、
前記紫外線照射室内に、前記紫外線ランプを被処理水の流れ方向に沿って複数本配置した紫外線ランプ群を前記紫外線照射室の上下方向または左右方向に複数段設け、前記紫外線照射室を流れる被処理水が受ける紫外線照射量が所定以上になるよう前記紫外線ランプの近傍をより多くの流体が流れるように、前記紫外線ランプ群の最上流側の紫外線ランプと最下流側の紫外線ランプの間に位置して、前記紫外線照射室の上下壁面または左右壁面に板状のバッフルを設けるとともに、紫外線ランプ群内に棒状の撹乱体を設けたことを特徴とする紫外線照射装置。
前記バッフルは前記紫外線ランプと平行に設けられ、前記撹乱体は前記紫外線照射室の上下壁間または左右壁間に渡して前記紫外線ランプと平行に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。