JP2015131270A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が小さくかつ殺菌効果の低下を抑止する紫外線照射装置を提供すること。
【解決手段】処理水が流水状態のときまたは処理水が止水状態にあって止水状態の累計時間TAUがTAU＜T1（第１の条件）のときには、紫外線ランプの制御電圧S2を最高レベルS₁₀₀としてノーマルモードとする（ステップ５０９）。止水状態にあって止水状態の累計時間TAUがT1≦TAU≦T2（第２の条件）のときには、制御電圧S2を30％レベルとしてエコモードとする（ステップ５１０）。止水状態にあって止水状態の累計時間TAUがTAU＞T2（第３の条件）のときには、制御電圧S2を間欠電圧S₃₀’として間欠モードとする（ステップ５１１）。
【選択図】 図５

Description

本発明はたとえば浄水器内の水殺菌浄化装置として用いられる紫外線照射装置に関する。

水を殺菌浄化する方法として紫外線を用いた紫外線照射装置は既に多く知られている。

一般に、紫外線照射装置は、ケーシング（リアクタとも言う）と、ケーシング内部中心に設けられた少なくとも１つの紫外線ランプとを備えている。

従来の紫外線照射装置においては、紫外線ランプの消費電力を低減するために、紫外線ランプを、常時、間欠駆動するものがある（参照：特許文献１、２）。

他方、上述の紫外線ランプとしては、熱陰極管及び冷陰極管があるが、消費電力、寿命及び小型化の点から冷陰極管の方がよい（参照：特許文献３）。つまり、熱陰極管にあっては、陰電極（フィラメントコイル）に電流を流して急速加熱して熱電子を放出して冷却するので、間欠駆動した場合には、急速加熱、冷却によるフィラメントコイルの劣化断線によって寿命はさらに劣化する。これに対し、冷陰極管にあっては、オンオフ時に陰電極の余熱を必要としないので、消費電力が小さく、間欠駆動した場合にも寿命劣化の影響はない。

特開平９−２９９９９０号公報 特開２００２−３５５５５１号公報 特開２０１３−１６３１４０号公報

しかしながら、上述の従来の紫外線照射装置においては、紫外線ランプを常時間欠駆動しているので、消費電力は低減するも、殺菌要求レベルが高い場合、つまり、処理水が流水状態にある場合、あるいは流水状態が頻繁に発生した場合、紫外線照射が不足して殺菌能力が不足するという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る紫外線照射装置は、処理水が流入して流出するケーシングと、ケーシングの内部に配置された紫外線ランプと、ケーシング内の処理水が流水状態か止水状態かを判別するための処理水状態判別手段と、処理水状態判別手段の出力に基づいて紫外線ランプを制御する制御部とを具備し、制御部は、処理水が流水状態のときまたは処理水が止水状態にあって第１の条件が満たされているときに、紫外線ランプの制御電圧を第１の電圧とする紫外線ランプノーマルモード状態にし、処理水が止水状態にあって第１の条件より殺菌要求レベルが低い第２の条件が満たされているときに、紫外線ランプの制御電圧を第１の電圧より小さい第２の電圧とする紫外線ランプエコモード状態にし、処理水が止水状態にあって第２の条件より殺菌要求レベルが低い第３の条件が満たされているときに、紫外線ランプの制御電圧を間欠駆動する紫外線ランプ間欠モード状態にするものである。

本発明によれば、殺菌要求レベルが高い処理水の流水状態、及び処理水の止水状態にあっては殺菌要求レベルが異なる第１、第２、第３の高い所定条件に応じて、ノーマルモード、エコモードあるいは間欠モードを選択して紫外線ランプを駆動させるので、消費電力の増大を抑制しつつ、処理水が流水状態のときあるいは止水状態にあって第１、第２の条件のときには、紫外線照射を増大させて殺菌能力の不足を解消できる。

本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態を示す斜視図である。 図１の紫外線照射装置の上面図である。 図１の紫外線照射装置の側面図である。 図１の紫外線照射装置の横断面図である。 図１の制御部の第１の動作を説明するためのフローチャートである。 図５の間欠電圧を発生させるためのフローチャートである。 図５のノーマルモード状態を説明するためのタイミング図である。 図５のエコモード状態を説明するためのタイミング図である。 図５の間欠モード状態を説明するためのタイミング図である。 図１の制御部の第２の動作を説明するためのフローチャートである。

図１は本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態を示す斜視図であり、図２、図３、図４は図１の上面図、側面図、横断面図である。

図１〜図４を参照すると、１は処理水の流入孔１ａ、流出孔１ｂを有する中空円筒状のケーシングである。ケーシング１は、好ましくは、紫外線反射材としてのアルミニウム、アルミニウム合金よりなる。尚、紫外線反射機能を有しない材料を用いた場合には、内壁側のみに紫外線反射材料を塗布すればよい。

特に、図４を参照すると、ケーシング１の内部中心には、処理水に紫外線ULを照射して殺菌するための棒状の冷陰極管よりなる紫外線ランプ２が配置されている。紫外線ランプ２には外部接続用の配線２ａが接続されている。紫外線ランプ２は、処理水が侵入しないように、紫外線通過材料たとえば石英よりなる紫外線ランプ保護管３に収容されている。尚、紫外線ランプは２本以上並設してもよい。

ケーシング１の流入孔１ａ側には、処理水の流量を検出する流量センサ４が設けられている。流量センサ４はたとえば、電磁式、接線流羽根式等のいずれでもよい。流量センサ４は処理水の流量に応じた出力電圧S1を発生する。尚、流量センサ４はケーシング１の流出孔１ｂ側に設けてよい。また、流量センサ４の代りに、ケーシング１の内部に照度センサを設けてもよい。この場合、処理水の照度のばらつきが処理水の流量を表す。

処理水は、ケーシング１の流入孔１ａから流入し、流量センサ４を通り、ケーシング１の内部に入り、紫外線ランプ２によって紫外光照射され、ケーシング１の流出孔１ｂより流出される。

特に、図１を参照すると、流量センサ４の出力電圧S1は制御部５に送られ、この結果、制御部５は流量センサ４の出力電圧S1に基づいて処理水の流水状態か止水状態かを判別し、この判別結果に応じて紫外線ランプ２の制御電圧S2を制御する。

制御部５はたとえばマイクロコンピュータによって構成され、CPU、ROM、RAM、A/D変換器、D/A変換器、出入力インタフェイス等を含む。さらに、制御部５には、紫外線ランプ２のノーマルモードスイッチSW1、紫外線ランプ２のエコモードスイッチSW2及び紫外線ランプ２の間欠モードスイッチSW3が接続されている。これらのスイッチSW1、SW2、SW3は選択的に1つのみがオンとされるように構成されている。

次に、図１の制御部５の第１の動作を図５、図６のフローチャート及び図７、図８、図９のタイミング図を参照して説明する。図５のフローチャートのルーチンは所定時間たとえば100ms毎に実行される。尚、図５、図６のフローチャートはプログラムとしての制御部５のROMに予め格納される。

始めに、ステップ５０１にて、流量センサ４の出力電圧S1をA/D変換して取込み、S1≧V₀（一定値）か否かを判別する。この結果、S1≧V₀であれば、処理水が流水状態であるとみなしてステップ５０２に進み、他方、S1＜V₀であれば、処理水が止水状態であるとみなしてステップ５０３に進む。

ステップ５０２、５０３では、所定時間（たとえば3時間）当りの止水状態の累計時間TAUを演算する。この場合、演算を簡単にするために、ステップ５０２では、
TAU←(m・TAU-ΔT)/(m+1)
但し、ΔT=100ms
mは1より非常に大きい整数、たとえば、m・ΔTが3時間に相当する値、
として、累計時間TAUを更新し、ステップ５０３では、
TAU←(m・TAU+ΔT)/(m+1)
として、累計時間TAUを更新する。尚、所定時間当りの止水状態を直接計数して累計時間TAUを演算してもよい。

ステップ５０４、５０５では、止水状態の累計時間TAUを0時間に相当する最小値0でガードする。他方、ステップ５０６、５０７では、止水状態の累計時間TAUをたとえば3時間に相当する最大値MAXでガードする。

ステップ５０８では、止水状態の累計時間TAUが、TAU＜T1（第１の条件）、T1≦TAU≦T2（第２の条件）、TAU＞T2（第３の条件）のいずれかを判別する。T1は比較的小さい時間たとえば1時間相当し、T2は比較的大きい時間たとえば2時間に相当する。たとえば、TAU＜T1の第１の条件は、止水状態は少なく流水状態が頻繁に発生することによって成立する。つまり、浄水器であれば、昼間頻繁に使用されている状態において、TAU＜T1の第１の条件が成立する。また、T1≦TAU≦T2の第２の条件は、止水状態と流水状態とが適度に発生することによって成立する。つまり、浄水器であれば、昼間適度に使用されている状態において、T1≦TAU≦T2の第２の条件が成立する。さらに、TAU＞T2の第３の条件は、大部分が止水状態の状態のときに成立する。つまり、浄水器であれば、夜間あるいは週末の休日等に使用されていない状態において、TAU＞T2の第３の条件が成立する。

殺菌要求レベルが高いとき、つまり、処理水が流水状態のときまたは処理水が止水状態にあって止水状態の累計時間TAUがTAU＜T1の第１の条件を満たすときには、ステップ５０４、５０５もしくはステップ５０８からステップ５０９に進み、紫外線ランプ２をノーマルモードとする。たとえば、紫外線ランプ２の制御電圧S2を
S2←S₁₀₀
但し、S₁₀₀は紫外線ランプ２の制御電圧S2の最高レベル
とする。

紫外線ランプ２のノーマルモード状態について図７を参照して説明する。すなわち、図７の（Ａ）に示すごとく、紫外線ランプ２の制御電圧S2が最高レベルS₁₀₀となると、紫外線ランプ２の紫外線（UV）照度Lも最高レベルに維持される。この結果、図７の（Ｂ）に示すごとく、菌数もほぼ完全に零を維持する。このとき、たとえ、図７の（Ａ）に示すごとく、殺菌要求レベルが高い流水状態となっても、紫外線照度Lが最高レベルにあるので、図７の（Ｂ）に示すごとく、菌数はほぼ完全に零に維持される。このように、消費電力はたとえば5.5W/hと増大するが、菌数を完全に零にできる。

図５に戻ると、殺菌要求レベルがやや低いとき、つまり、処理水が止水状態にあって止水状態の累計時間TAUがT1≦TAU≦T2の第２の条件を満たすときには、ステップ５０８からステップ５１０に進み、紫外線ランプ２をエコモード状態とする。たとえば、紫外線ランプ２の制御電圧S2を
S2←S₃₀
但し、S₃₀は最高レベルS₁₀₀の30％相当値
とする。これにより、エコモード状態での紫外線ランプ２の消費電力はたとえば2.4W/h程度であり、ノーマルモード状態での消費電力のほぼ1/2となり、消費電力を低減できる。

紫外線ランプ２のエコモード状態について図８を参照して説明する。すなわち、図８の（Ａ）に示すごとく、紫外線ランプ２の制御電圧S2が30％レベルS₃₀となると、紫外線ランプ２の紫外線（UV）照度Lも30％レベルに維持される。この結果、図８の（Ｂ）に示すごとく、菌数もほぼ完全に零を維持する。このとき、図８の（Ａ）に示すごとく、流水状態となると、ただちに、図５のステップ５１０からステップ５０９に切換り、紫外線ランプ２の制御電圧S2は最高レベルS₁₀₀となり、従って、紫外線照度Lも最高レベルとなる。この結果、図８の（Ｂ）の矢印X1に示すごとく、菌数は若干上昇するも、ただちに零に戻る。このように、消費電力は少し増大するが、菌数をほぼ零にできる。

図５に戻ると、殺菌要求レベルが低いとき、つまり、処理水が止水状態にあって止水状態の累計時間TAUがTAU＞T2の第３の条件を満たすときには、ステップ５０６、５０７もしくはステップ５０８からステップ５１１に進み、紫外線ランプ２を間欠モード状態とする。たとえば、紫外線ランプ２の制御電圧S2を
S2←S₃₀’
但し、S₃₀’は30％レベルS₃₀を用いた間欠電圧
とする。これにより、間欠モード状態での紫外線ランプ２の消費電力はたとえば0.4W/h程度であり、ノーマルモード状態での消費電力たとえば5.5W/hのほぼ10%に低減できる。

図５のステップ５１１での間欠電圧S₃₀’は図６の間欠電圧発生ルーチンを用いて制御部５において常に発生している。

すなわち、ステップ６０１にて30分経過したか否かを判別し、この結果、30分経過したときにステップ６０２にて、間欠電圧S₃₀’を
S₃₀’←S₃₀
とする。

次いで、ステップ６０３にて5分経過したか否かを判別し、この結果、5分経過したときにステップ６０４にて、間欠電圧S₃₀’を
S₃₀’←0V
とする。

以上の動作を繰り返すことにより、5分間 S₃₀としその後30分間0Vとする間欠電圧S₃₀’が発生する。

紫外線ランプ２の間欠モード状態について図９を参照して説明する。すなわち、図９の（Ａ）に示すごとく、紫外線ランプ２の制御電圧S2が間欠電圧S₃₀’となると、紫外線ランプ２の紫外線（UV）照度Lも間欠レベルとなる。この結果、図９の（Ｂ）に示すごとく、菌数もほぼ完全に零を維持する。このとき、図９の（Ａ）に示すごとく、流水状態となると、ただちに、図５のステップ５１１からステップ５０９に切換り、紫外線ランプ２の制御電圧S2は最高レベルS₁₀₀となり、従って、紫外線照度Lも最高レベルとなる。この結果、図９の（Ｂ）の矢印X2に示すごとく、菌数は若干上昇するも、ただちに零に戻る。尚、図９の（Ｂ）の矢印X2に示す菌数は図８の（Ｂ）の矢印X1に示す菌数より多くなるが、処理水の捨て水はない。このように、流水状態の菌数がやや増大するが、消費電力を大幅に減少できる。

図５のルーチンはステップ５１２にて終了する。

尚、図５のルーチンにおいては、処理水の止水状態の累計時間TAUを演算しているが、流水状態の累計時間TAU’を演算してもよい。この場合、累計時間TAUと累計時間TAU’とは逆の大小関係を有するので、T1＞T2とすれば、流水状態であればステップ５０３に進み、止水状態であればステップ５０２に進み、TAU’を更新する。そして、TAU’＞T1のときにノーマルモード状態とし、T2≦TAU’≦T1のときにエコモード状態とし、TAU’＜T2のときに間欠モード状態とする。

次に、図１の制御部５の第２の動作を図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０のフローチャートのルーチンも所定時間たとえば100ms毎に実行される。尚、この場合も、図５のフローチャートは図６のフローチャートと共にプログラムとしての制御部５のROMに予め格納される。

図１０においては、図５のステップ５０２〜５０８をステップ１００１、１００２に置換したものである。

始めに、ステップ５０１にて、流量センサ４の出力電圧S1をA/D変換して取込み、S1≧V₀（一定値）か否かを判別する。この結果、S1≧V₀であれば、処理水が流水状態であるとみなしてステップ５０９に進み、他方、S1＜V₀であれば、処理水が止水状態であるとみなしてステップ１００１に進む。

ステップ１００２では、ノーマルモードスイッチSW1がオン（第１の条件成立）か否かを判別し、ステップ１００３では、エコモードスイッチSW2がオン（第２の条件成立）か否かを判別する。この結果、第１の条件が成立していれば、ステップ５０９に進み、第２の条件が成立していれば、ステップ５１０に進む。第１、第２の条件のいずれも成立していないときには、スイッチSW1、SW2、SW3は選択的に1つがオンとされるので、間欠モードスイッチSW3がオンとされているので、第３の条件が成立している。従って、この場合、ステップ５１１に進む。

このように、図１０においては、処理水が流水状態のときまたは処理水が止水状態にあってノーマルモードスイッチSW1がオンであれば、ステップ５０９にて紫外線ランプ２の制御電圧S2を最高レベルS₁₀₀とし、図７に示すノーマルモード状態となる。また、処理水が止水状態にあってエコモードスイッチSW2がオンであれば、ステップ５１０にて紫外線ランプ２の制御電圧S2を30％レベルS₃₀とし、図８に示すエコモード状態となる。さらに、処理水が止水状態にあって間欠モードスイッチSW3がオンであれば、ステップ５１１にて紫外線ランプ２の制御電圧S2を図６のルーチンによって発生されている間欠電圧S₃₀’とし、図９に示す間欠モード状態となる。従って、ノーマルモードスイッチSW1、エコモードスイッチSW2及び間欠モードスイッチSW3を止水状態の累計時間等に合わせて操作者が操作すれば、図５の第１の動作と同様の動作が可能となる。

尚、上述の実施の形態におけるノーマルモード状態における紫外線ランプ２の制御電圧S2を最高レベルS₁₀₀とし、エコモード状態及び間欠モード状態の制御電圧S2を30％レベルS₃₀としているが、他のレベルでもよい。たとえば、ノーマルモード状態では、70％レベル〜最高レベルの第１の電圧とし、エコモード状態及び間欠モード状態では、第１の電圧より小さい20％〜50％レベルの第２の電圧としてもよい。

また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内でのいかなる変更にも適用し得る。

本発明は、上述の浄水器以外に、ウォータクーラ、ウォータサーバ、加湿器、食器洗い洗浄器、洗濯機、デンタルチェア等における水の殺菌浄化装置に利用できる。

１：ケーシング
１ａ：流入孔
１ｂ：流出孔
２：紫外線ランプ
２ａ：配線
３：紫外線ランプ保護管
４：流量センサ
５：制御部
SW1：ノーマルモードスイッチ
SW2：エコモードスイッチ
SW3：間欠モードスイッチ
UV：紫外線
L：紫外線照度

Claims (6)

1. 処理水が流入して流出するケーシングと、
   前記ケーシングの内部に配置された紫外線ランプと、
   前記ケーシング内の前記処理水が流水状態か止水状態かを判別するための処理水状態判別手段と、
   前記処理水状態判別手段の出力に基づいて前記紫外線ランプを制御する制御部と
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記処理水が流水状態のときまたは前記処理水が止水状態にあって第１の条件が満たされているときに、前記紫外線ランプの制御電圧を第１の電圧とする紫外線ランプノーマルモード状態にし、
   前記処理水が止水状態にあって前記第１の条件より殺菌要求レベルが低い第２の条件が満たされているときに、前記紫外線ランプの制御電圧を前記第１の電圧より小さい第２の電圧とする紫外線ランプエコモード状態にし、
   前記処理水が止水状態にあって前記第２の条件より殺菌要求レベルが低い第３の条件が満たされているときに、前記紫外線ランプの制御電圧を間欠駆動する紫外線ランプ間欠モード状態にする紫外線照射装置。
2. 前記紫外線ランプ間欠モード状態における前記紫外線ランプの制御電圧は前記第２の電圧を用いて間欠したものである請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記制御部は、さらに、前記処理水状態判別手段の出力により前記止水状態の所定時間当りの累計時間を計測し、
   前記第１の条件は前記累計時間が第１の時間より小さいことであり、
   前記第２の条件は前記累計時間が前記第１の時間以上かつ該第１の時間より大きい第２の時間以下であることであり、
   前記第３の条件は前記累計時間が前記第２の時間より大きいことである
   請求項１に記載の紫外線照射装置。
4. 前記制御部は、さらに、前記処理水状態判別手段の出力により前記流水状態の所定時間当りの累計時間を計測し、
   前記第１の条件は前記累計時間が第１の時間より大きいことであり、
   前記第２の条件は前記累計時間が前記第１の時間以下かつ該第１の時間より小さい第２の時間以下であることであり、
   前記第３の条件は前記累計時間が前記第２の時間より小さいことである
   請求項１に記載の紫外線照射装置。
5. さらに、
   前記紫外線ランプのノーマルモードスイッチと、
   前記紫外線ランプのエコモードスイッチと、
   前記紫外線ランプの間欠モードスイッチと
   を具備し、
   前記ノーマルモードスイッチ、前記エコモードスイッチ及び前記間欠モードスイッチは選択的に1つのみがオンとされ、
   前記第１の条件は前記ノーマルモードスイッチがオンであることであり、
   前記第２の条件は前記エコモードスイッチがオンであることであり、
   前記第３の条件は前記間欠モードスイッチがオンであることである
   請求項１に記載の紫外線照射装置。
6. 前記処理水状態判別手段は前記ケーシングの流入孔側もしくは流出孔側に設けられた流量センサである請求項１に記載の紫外線照射装置。
   

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