JP2014004506A - 流体処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被処理流体を高い処理効率で処理することのできる流体処理装置を提供すること。
【解決手段】 この流体処理装置は、紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する構成のものにおいて、外部石英スリーブが紫外線反射性を有する構成とされている。外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることが好ましく、光散乱性微小粒子は、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子により構成することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 この流体処理装置は、紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する構成のものにおいて、外部石英スリーブが紫外線反射性を有する構成とされている。外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることが好ましく、光散乱性微小粒子は、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子により構成することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、紫外線照射により、例えば水などの被処理流体中の各種有機物(TOC;トータルオーガニックカーボン)の分解、バクテリア、ウィルス、菌類、カビ胞子、原虫類および同種の微生物を不活性化する、あるいは殺菌を行う流体処理装置に関する。
現在、例えば水等の被処理流体中の各種有機物(TOC;トータルオーガニックカーボン)の分解、バクテリア、ウィルス、菌類、カビ胞子、原虫類および同種の微生物を不活性化するために、あるいは殺菌するために、被処理流体に対して紫外線を照射する技術が知られている。
図5は、従来の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。図6は、図5におけるA−A線断面拡大図である。
この流体処理装置(以下、「リアクター」と称することにする。)は、例えば、ステンレスよりなる円筒状のリアクター外壁(外部筐体)30の内部に配置された、紫外線を放出する棒状の紫外線ランプ31と、リアクター外壁30と紫外線ランプ31との間に配置された、円筒状の内部石英スリーブ32と、この内部石英スリーブ32の外側に配置された、石英ガラスからなる円筒状の外部石英スリーブ35とを具えている。紫外線ランプ31、内部石英スリーブ32および外部石英スリーブ35は、いずれも、リアクター外壁30の管軸Cと同軸上に配置されている。外部石英スリーブ35の外側であってリアクター外壁(外部筐体)30の内側、例えばリアクター外壁30の内周面には、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン:Polytetrafluoroethylene)からなる紫外線反射シート38が外部石英スリーブ35との間に空気層Sが介在する状態で設けられている。
このリアクターにおいては、紫外線照射処理する例えば水などの被処理流体(図5において便宜上斜線を付した矢印で示す。)Wは、内部石英スリーブ32と外部石英スリーブ35との間に形成された空間(流体流通路R)内を流れ、紫外線ランプ31が被処理流体Wから分離された構成とされている。なお、図5および図6において、白抜きの矢印は、紫外線ランプ31からの紫外線および紫外線反射シート38により反射された紫外線を示し、波型の矢印は紫外線ランプ31からの発熱を示す。
このような構造を有するリアクターは、例えば特許文献1に開示されている。
この流体処理装置(以下、「リアクター」と称することにする。)は、例えば、ステンレスよりなる円筒状のリアクター外壁(外部筐体)30の内部に配置された、紫外線を放出する棒状の紫外線ランプ31と、リアクター外壁30と紫外線ランプ31との間に配置された、円筒状の内部石英スリーブ32と、この内部石英スリーブ32の外側に配置された、石英ガラスからなる円筒状の外部石英スリーブ35とを具えている。紫外線ランプ31、内部石英スリーブ32および外部石英スリーブ35は、いずれも、リアクター外壁30の管軸Cと同軸上に配置されている。外部石英スリーブ35の外側であってリアクター外壁(外部筐体)30の内側、例えばリアクター外壁30の内周面には、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン:Polytetrafluoroethylene)からなる紫外線反射シート38が外部石英スリーブ35との間に空気層Sが介在する状態で設けられている。
このリアクターにおいては、紫外線照射処理する例えば水などの被処理流体(図5において便宜上斜線を付した矢印で示す。)Wは、内部石英スリーブ32と外部石英スリーブ35との間に形成された空間(流体流通路R)内を流れ、紫外線ランプ31が被処理流体Wから分離された構成とされている。なお、図5および図6において、白抜きの矢印は、紫外線ランプ31からの紫外線および紫外線反射シート38により反射された紫外線を示し、波型の矢印は紫外線ランプ31からの発熱を示す。
このような構造を有するリアクターは、例えば特許文献1に開示されている。
図5および図6に示すリアクターによれば、リアクター外壁30の内表面に紫外線反射シート38が設けられ、さらに紫外線反射シート38と内部石英スリーブ32との間に外部石英スリーブ35が設けられているので、紫外線反射シート38が被処理流体Wである水と接触しない。そのため、リアクター外壁30の内表面に施した紫外線反射シート38が剥がれるといった不具合は発生せず、また紫外線反射シート38として防水性を有するものを用いる必要がない。
また、紫外線反射シート38を使用することにより、紫外線ランプ31の入力を増大させることなく、リアクター内部の紫外線密度を増大させることができ、殺菌効率等の被処理流体Wの処理効率を向上させることが可能となる、とされている。
また、紫外線反射シート38を使用することにより、紫外線ランプ31の入力を増大させることなく、リアクター内部の紫外線密度を増大させることができ、殺菌効率等の被処理流体Wの処理効率を向上させることが可能となる、とされている。
しかしながら、このような構造では、紫外線ランプ31からの紫外線の一部が外部石英スリーブ35に吸収されるので、外部石英スリーブ35の温度が上昇する。この外部石英スリーブ35からの発熱は、外部石英スリーブ35と紫外線反射シート38との間に存在する空気層Sを介して、紫外線反射シート38に伝達される。これにより、例えばPTFEからなる紫外線反射シート38が溶けるなどのダメージが発生し、結果的に紫外線反射率が低下してしまうおそれがある。
また、外部石英スリーブ35の温度上昇により、外部石英スリーブ35によって紫外線が吸収される割合が高くなり、紫外線反射シート38から反射される紫外線の強度が低下するという問題があった。
また、外部石英スリーブ35の温度上昇により、外部石英スリーブ35によって紫外線が吸収される割合が高くなり、紫外線反射シート38から反射される紫外線の強度が低下するという問題があった。
さらにまた、次のような問題がある。すなわち、外部石英スリーブ35はその外表面が被処理流体Wである例えば水(流水)と接触するので、流水との熱交換により冷却される。しかしながら、図5および図6から明らかなように、外部石英スリーブ35と紫外線反射シート38との間に存在する空気層Sの温度が外部石英スリーブ35の温度上昇に伴い上昇するので、空気層Sによる保温効果により、外部石英スリーブ35の流水との熱交換による冷却効果は小さくなる。従って、紫外線ランプ31への入力は、紫外線ランプ31から放出される紫外線の強度が、内部石英スリーブ32や外部石英スリーブ35の紫外線透過率があまり低下せず、かつ、紫外線反射シート38が溶けないような値となるように調整せざるを得なかった。すなわち、紫外線ランプ31の入力を十分に増大させることができず、殺菌効率等の被処理流体Wの処理効率を向上させることが困難となるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、被処理流体を高い処理効率で処理することのできる流体処理装置を提供することにある。
本発明の流体処理装置は、紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて当該内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、前記流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する流体処理装置において、
前記外部石英スリーブが紫外線反射性を有することを特徴とする。
前記外部石英スリーブが紫外線反射性を有することを特徴とする。
本発明の流体処理装置においては、前記外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることが好ましい。
このような構成のものにおいては、前記光散乱性微小粒子は、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子により構成することができる。
このような構成のものにおいては、前記光散乱性微小粒子は、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子により構成することができる。
また、本発明の流体処理装置においては、前記外部石英スリーブは、外周面に紫外線反射膜が形成された石英管よりなることが好ましい。
本発明の流体処理装置によれば、外部石英スリーブ自体が紫外線反射性を有することにより、ランプから放出される紫外線が当該外部石英スリーブによって吸収される割合を小さく抑制することができるので、紫外線ランプの入力を増大させることなく、リアクター(流体処理装置)内部の紫外線密度を増大させることができ、被処理流体を高い処理効率で処理することができる。
また、外部石英スリーブが、外周面に紫外線反射膜が形成された石英管よりなることにより、外部石英スリーブを透過する紫外線が紫外線反射膜によって反射されてランプから放出される紫外線を効率よく利用することができる。しかも、紫外線反射膜が外部石英スリーブとの間に空気層が介在しない状態で形成されることにより、当該空気層による保温効果が生ずることがないため、外部石英スリーブの温度が上昇することを抑制することができる。その結果、外部石英スリーブによって吸収される紫外線の割合を小さく抑制することができ、従って、被処理流体の処理効率を一層向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。また、図2は、図1におけるA−A線断面拡大図である。
この流体処理装置(リアクター)は、例えばステンレスよりなる円筒状のリアクター外壁(外部筐体)10の内部に配置された、紫外線を放出する棒状の紫外線ランプ11と、この紫外線ランプ11の外周面の周囲を覆うよう配置された円筒状の内部石英スリーブ12と、この内部石英スリーブ12の外側に設けられて当該内部石英スリーブ12との間に被処理流体Wが流通される筒状の流体流通路Rを形成する円筒状の外部石英スリーブ15とを具えている。紫外線ランプ11、内部石英スリーブ12および外部石英スリーブ15は、リアクター外壁10の管軸Cと同軸上に配置されている。図1において、便宜上斜線を付した矢印は、被処理流体Wを示す。また、図1および図2において、白抜きの矢印は、紫外線ランプ11からの紫外線および後述する外部石英スリーブ15により反射された紫外線を示し、図2における波型の矢印は紫外線ランプ11からの発熱を示す。
紫外線ランプ11を内部石英スリーブ12の内側に配置するのは、紫外線ランプ11を例えば水等の被処理流体Wから分離するためである。このような構造により、図示を省略した紫外線ランプ11へ電力を供給する電源から紫外線ランプ11への給電線、紫外線ランプ11の給電端子等が被処理流体Rと接触した際に起こり得る給電線、給電端子等における電気的な絶縁破壊の発生を回避することが可能となる。
図1は、本発明の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。また、図2は、図1におけるA−A線断面拡大図である。
この流体処理装置(リアクター)は、例えばステンレスよりなる円筒状のリアクター外壁(外部筐体)10の内部に配置された、紫外線を放出する棒状の紫外線ランプ11と、この紫外線ランプ11の外周面の周囲を覆うよう配置された円筒状の内部石英スリーブ12と、この内部石英スリーブ12の外側に設けられて当該内部石英スリーブ12との間に被処理流体Wが流通される筒状の流体流通路Rを形成する円筒状の外部石英スリーブ15とを具えている。紫外線ランプ11、内部石英スリーブ12および外部石英スリーブ15は、リアクター外壁10の管軸Cと同軸上に配置されている。図1において、便宜上斜線を付した矢印は、被処理流体Wを示す。また、図1および図2において、白抜きの矢印は、紫外線ランプ11からの紫外線および後述する外部石英スリーブ15により反射された紫外線を示し、図2における波型の矢印は紫外線ランプ11からの発熱を示す。
紫外線ランプ11を内部石英スリーブ12の内側に配置するのは、紫外線ランプ11を例えば水等の被処理流体Wから分離するためである。このような構造により、図示を省略した紫外線ランプ11へ電力を供給する電源から紫外線ランプ11への給電線、紫外線ランプ11の給電端子等が被処理流体Rと接触した際に起こり得る給電線、給電端子等における電気的な絶縁破壊の発生を回避することが可能となる。
紫外線ランプ11としては、例えば150〜350nmの波長域の光を含む紫外線を放射するものが用いられる。
この例における外部石英スリーブ15は、管壁の内部に光散乱性微小粒子Pが分散状態で存在する石英管により構成されている。このような構成とされていることにより、外部石英スリーブ15自体が紫外線ランプ11から放射される紫外線を反射する反射部材として機能する。具体的には例えば、外部石英スリーブ15は、例えば254nmの波長域の紫外線に対して不透明であること、すなわち紫外線反射機能を備えたものであることが好ましい。
光散乱性微小粒子Pとしては、例えば、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子を例示することができる。
光散乱性微小粒子Pの粒子径は、例えば0.1〜5μmであることが好ましい。ここに、「粒子径」とは、粒子の投影像を2本の平行線で挟んだとき、平行線の間隔が最大となる粒子の幅をいう。
また、外部石英スリーブ15を構成する石英材料中に分散される光散乱性微小粒子Pの密度は、例えば石英材料1mm3中に1.0×109個以上であることが好ましく、より好ましくは、石英材料1mm3中に1.3×109個以上である。
外部石英スリーブ15がこのような構成とされていることにより、紫外線ランプ11から放射される特定の波長域の紫外線について十分に高い反射率(例えば70%以上)を有するものとなる。
光散乱性微小粒子Pの粒子径は、例えば0.1〜5μmであることが好ましい。ここに、「粒子径」とは、粒子の投影像を2本の平行線で挟んだとき、平行線の間隔が最大となる粒子の幅をいう。
また、外部石英スリーブ15を構成する石英材料中に分散される光散乱性微小粒子Pの密度は、例えば石英材料1mm3中に1.0×109個以上であることが好ましく、より好ましくは、石英材料1mm3中に1.3×109個以上である。
外部石英スリーブ15がこのような構成とされていることにより、紫外線ランプ11から放射される特定の波長域の紫外線について十分に高い反射率(例えば70%以上)を有するものとなる。
例えば、光散乱性微小粒子Pとして気泡が分散されてなる石英管は、次のようにして作製することができる。すなわち、板ガラス(例えばサンド、ソーダ灰、シリケートまたはアルミナ等でできたガラス)を粉々に粉砕した後、当該ガラス粉末にカーボン粒子を混ぜ合わせ、高温の窯の中で加熱する。これにより、カーボン粒子が酸化されることにより発生する二酸化炭素が溶融されたガラス材料中に含まれてなる石英管形成材料を得、これを管状に成形して冷却することにより二酸化炭素がガラス中に泡状に残留され、以って、外部石英スリーブ15を構成する石英管を得ることができる。ここに、ガラス粉末に混入するカーボン粒子の量を調整することにより、得られる石英管の紫外線反射率を調整することができる。
また、光散乱性微小粒子Pとしてセラミック粒子やシリカ粒子が分散されてなる石英管は、上記の作製工程において、カーボン粒子に代えてセラミック粒子やシリカ粒子を用いることにより得ることができる。
また、光散乱性微小粒子Pとしてセラミック粒子やシリカ粒子が分散されてなる石英管は、上記の作製工程において、カーボン粒子に代えてセラミック粒子やシリカ粒子を用いることにより得ることができる。
上記のリアクターにおいては、処理すべき被処理流体R例えば水が流体流通路R内に導入されて当該流体流通路R内を流通される過程において、被処理流体Rが紫外線ランプ11から放出される紫外線によって処理される。
而して、上記構成のリアクターによれば、外部石英スリーブ15が管壁の内部に光散乱性微小粒子Pが分散状態で存在する石英管により構成されており、外部石英スリーブ15自体が紫外線反射性を有することにより、外部石英スリーブ15それ自体が紫外線の吸収率が小さいものとして構成されている。従って、流体流通路R内に被処理流体Wが流通されることによる冷却効果によって、外部石英スリーブ15の温度上昇の程度を小さく抑制することができるため、外部石英スリーブ15の温度上昇に伴う紫外線の吸収率が増大することを小さく抑制することができる。従って、紫外線ランプ11の入力を増大させることなく、リアクター(流体処理装置)内部の紫外線密度を増大させることができ、被処理流体Wを高い処理効率で処理することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
図3は、本発明の流体処理装置の他の例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。また、図4は、図3におけるA−A断面拡大図である。
この例における流体処理装置(リアクター)は、図1および図2に示すリアクターにおいて、外部石英スリーブ15として、外表面に紫外線反射膜20がさらに設けられた石英管が用いられた構成とされたことの他は、図1および図2に示すリアクターと同一の構成を有する。図3および図4において、図1および図2に示すリアクターと同一の構成部材には、同一の符号が付してあり、その説明を省略する。
図3は、本発明の流体処理装置の他の例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。また、図4は、図3におけるA−A断面拡大図である。
この例における流体処理装置(リアクター)は、図1および図2に示すリアクターにおいて、外部石英スリーブ15として、外表面に紫外線反射膜20がさらに設けられた石英管が用いられた構成とされたことの他は、図1および図2に示すリアクターと同一の構成を有する。図3および図4において、図1および図2に示すリアクターと同一の構成部材には、同一の符号が付してあり、その説明を省略する。
紫外線反射膜20は、例えば金属反射膜により形成されている。具体的には、紫外線反射膜20は、例えば厚さが1〜20μmとなるアルミニウム蒸着膜により形成されており、例えば254nmの波長域の紫外線に対して不透明、すなわち紫外線反射機能を備えている。
この紫外線反射膜20は、アルミニウムを高真空状態で電子ビームや高周波誘導などによって加熱蒸発させ、その蒸気を対象物の表面に付着させることにより形成することができる。
この紫外線反射膜20は、アルミニウムを高真空状態で電子ビームや高周波誘導などによって加熱蒸発させ、その蒸気を対象物の表面に付着させることにより形成することができる。
而して、上記構成のリアクターによれば、外部石英スリーブ15が、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在するものであって、かつ、外周面に紫外線反射膜20が形成された石英管よりなることにより、基本的には、外部石英スリーブ15を透過する紫外線が紫外線反射膜20によって流体流通路Rに向かって反射されるので、紫外線ランプ11から放出される紫外線を効率よく利用することができる。しかも、紫外線反射膜20が外部石英スリーブ15との間に空気層が介在しない状態で形成されることにより、当該空気層による保温効果が生ずることがないため、被処理流体Wによる冷却効果によって、外部石英スリーブ15の温度上昇を小さく抑制することができる結果、当該外部石英スリーブ15によって吸収される紫外線の割合を小さく抑制することができる。従って、被処理流体Wの処理効率を一層向上させることができる。
10 リアクター外壁(外部筐体)
11 紫外線ランプ
12 内部石英スリーブ
15 外部石英スリーブ
20 紫外線反射膜
30 リアクター外壁(外部筐体)
31 紫外線ランプ
32 内部石英スリーブ
35 外部石英スリーブ
38 紫外線反射シート
P 光散乱性微小粒子
W 被処理流体
R 流体流通路
S 空気層
11 紫外線ランプ
12 内部石英スリーブ
15 外部石英スリーブ
20 紫外線反射膜
30 リアクター外壁(外部筐体)
31 紫外線ランプ
32 内部石英スリーブ
35 外部石英スリーブ
38 紫外線反射シート
P 光散乱性微小粒子
W 被処理流体
R 流体流通路
S 空気層
Claims (4)
- 紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて当該内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、前記流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する流体処理装置において、
前記外部石英スリーブが紫外線反射性を有することを特徴とする流体処理装置。 - 前記外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることを特徴とする請求項1に記載の流体処理装置。
- 前記光散乱性微小粒子が、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子であることを特徴とする請求項2に記載の流体処理装置。
- 前記外部石英スリーブは、外周面に紫外線反射膜が形成された石英管よりなることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の流体処理装置。
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JPH06285459A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-11 | Nec Corp | 光照射装置 |
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EP4371944A3 (en) * | 2018-03-28 | 2024-05-29 | Ovivo Inc. | Apparatus and method for providing ultrapure water |
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