JP2020531266A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

処理される所定容積の塩素化水（１５）を収容するように構成されたタンク（１０）を備える塩素加水（１５）処理装置であって、本処理装置が、所定容積を３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の紫外線に暴露するように構成された、少なくとも１つの光源を備えることを特徴とする、塩素化水（１５）処理装置。

Description

本発明は、概して水処理装置に関し、具体的には塩素化水処理装置に関する。

飲料水市場の大部分を塩素処理剤が占めており、この塩素処理剤こそが、値引きと、長い流通網を切り抜けるのに十分な消毒残留効果とを併せて実現する唯一のものである。一部の国（たとえば米国）では、水に許容される塩素レベルは非常に高く（欧州の０．４ｍｇ／ｌと比較して０．８ｍｇ／ｌ）、流通網に流通している水では１ｍｇ／ｌのオーダーである。

塩素には、危険な副生成物（クロラミン（−Ｎ−Ｃｌ基で特徴付けられる化合物）、トリハロメタン、クロロホルムなど）を生成するなど、いくつかの欠点があり、また、これらの塩素処理剤においては、塩素臭が不快に感じるのであれば、その味は限定的なままであり、クロラミンは非常に臭気が強く、１時間通気を行っても消失しないほどの強烈な（そして非常に不快な）味を誘発するという、別の欠点がある。一部の誤解とは反対に、クロラミンを含む水から部分的にこれを減少させるには、少なくとも２４時間の曝気を行う必要があり得、これにより、実践するとなると微生物の再コロニー化が起こる余地を残してしまう。

ポット型浄水器などの処理装置が従来技術で知られており、上記からも分かるように、水はその装置内に長時間停滞するようにすべきであるため、細菌汚染が起こる恐れがあるが、そのような浄水器は、無機塩類または微量元素（消費者にとっては有益である場合もある）を保持することができる。

逆浸透膜を用いた解決策では蒸留水に近いものを生成するが、これは必須無機塩類を欠き、加えてエネルギーを消費し、またポット型浄水器よりも多くの消耗品を必要とする。

限外ろ過および精密ろ過を行っても、溶解塩素とその誘導体に対して効果がない。

最後に、紫外線（ＵＶ−Ｃ）浄水器は細菌に対して効果的であり、また、ある程度塩素を減少させることができる（２０倍になるＵＶ−Ｃ線量を受ける）。これらの装置では、毎年ランプを交換する必要があり（ランプを保護するために消灯しない必要がある）、また塩素に対して有効なこれらランプの波長は、クロラミンに対してはあまり効果がない。使い捨てランプでは広く水銀を使用しているが、これには別の欠点がある。

本発明の目的は、上述した従来技術の文献の欠点に対処することであり、とりわけ第一に、微量元素に影響を与えず、また消費される水量を迅速に処理して、そこから塩素による不快な味やその誘導体を除去できるような、塩素化水を処理するための簡便な装置を提案することである。

この目的のために、本発明の第１の態様は、処理される所定容積の塩素化水を収容するように構成されたタンクを備える塩素化水処理装置に関し、
本処理装置は、３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内に含まれる波長の紫外線を所定容積に照射するように構成された、少なくとも１つの光源を備えることを特徴とする。そのような処理装置を製造するのは容易であり、これを用いて、処理中に閉鎖されているタンクに最初に導入された塩素化水から塩素の味を除去する
ために、所定容積を迅速かつ効果的に処理することができる。Ａ型紫外線、すなわち、波長が３２０ｎｍ（ナノメートル）〜４００ｎｍ（ナノメートル）、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍに含まれる紫外線を生成するように、前記少なくとも１つの光源を構成している。本装置の概略的アーキテクチャは簡素であり、タンク（着脱可能であるかどうかを問わず）と、タンクの内容物を紫外線（Ａ型）に暴露するのに十分な光源とがある。

とりわけ本装置は、フィルタ、フィルタカートリッジまたはマイクロフィルタカートリッジを備えない。そのため、このようなフィルタでは微量元素は保持されない。

とりわけ本装置は、オゾンガスをタンク内で循環させるための別個のオゾン生成および循環手段を備えない。

換言すれば、本装置の基本的な動作では、水を紫外線に暴露することのみが意図されている。このため、水を紫外線に暴露すると塩素臭が消失することになる。単に水を紫外線に暴露するだけで、悪臭のある分子を処理することができる。換言すれば、本発明は、密閉容器内の水を特定の紫外線に暴露するだけで、したがってろ過、オゾンへの暴露、および光触媒の使用なしで塩素臭を消失させることができる装置を提案している。

とりわけ水道水中の塩素は、具体的には次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）および次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）の形態で存在し、紫外線の作用によりこれらの塩素分子が減少し、フリーラジカルが以下の通りに生成される。
ＨＯＣｌ＋紫外線照射→^・ＯＨ＋Ｃｌ^・
ＣｌＯ⁻＋紫外線照射→Ｏ^−・＋Ｃｌ^・
したがって、ここで生成されたフリーラジカルは、処理中の溶液に存在する他の分子およびあらゆるウイルスまたは細菌を（酸化または促進酸化処理によって）破壊することができる。

有利には、本処理装置は、ケーシングと、ケーシング内に配置された複数の光源であって、所定容積を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内に含まれる波長の照射光に暴露する、光源とを備え、本処理装置は、この光源を冷却するように構成された冷却手段と、ケーシングおよび所定容積の水を内部加熱するために、冷却手段をオフに切り替えるように構成されたスイッチ手段とを備える。本処理装置は、光源によって生成される熱を使用して、処理される水量の低温殺菌をさらに行う。ここで処理される水量の温度を少なくとも５７℃、またはより好ましくは少なくとも６０℃まで上昇させることを検討できる。繰り返しになるが、本発明は、密閉容器内の水を特定の紫外線に暴露するだけで、したがってろ過、オゾンへの暴露、および光触媒の使用なしで塩素臭を消失させることができる装置を提案しているが、上記の実装形態では、有利には光源によって生成される熱を利用して、密閉容器に保存された水を低温殺菌している。

あるいは、本処理装置は、ケーシングと、ケーシング内に配置された複数の光源であって、所定容積を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内に含まれる波長の照射光に暴露する、光源とを備え、本処理装置は、光源のレベルで空気流を発生させるように構成された換気手段と、閉回路となっているかどうかを問わずこの換気手段を作動させて、これによりケーシングおよび所定容積の水をそれぞれ内部加熱するか、または光源を冷却するように構成された再循環手段とを備える。本処理装置は、光源によって生成される熱を使用して、処理される水量の低温殺菌を行っている。ここで処理される水量の温度を少なくとも５７℃、またはより好ましくは少なくとも６０℃まで上昇させることを検討できる。繰り返しになるが、本発明は、密閉容器内の水を特定の紫外線に暴露するだけで、したがってろ過、オゾンへの暴露、および光触媒の使用なしで塩素臭を消失させることができる装置を提案しているが、上記の実装形態では、光源によって生
成される熱を利用して、密閉容器に保存された水を低温殺菌している。

極めて有利には、前記少なくとも１つの光源は発光ダイオードである。

とりわけ前記少なくとも１つの光源は、３６５ｎｍ±１５ｎｍ、好ましくは３６５ｎｍ±１０ｎｍの波長の紫外線を放出または生成するように選択された発光ダイオードである。

任意の一実装形態によれば、本処理装置は、処理される水と接触するように構成された光触媒を備える。

有利には、この光触媒は、処理される水と接触するように構成された壁に施されるコーティングである。ここでは、タンクの内壁、またはタンクキャップに固定され、かつプランジャとして機能するロッドをコーティングすると考えてよい。

有利には、この光触媒は、処理される水と接触する部材にコーティングとして塗布される二酸化チタンである。

有利には、このタンクは着脱可能である。

有利には、このタンクは、３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の紫外線に対して透過的である。

有利には、前記少なくとも１つの光源は、発光ヘッドを含む発光ダイオードであり、タンクはこの発光ヘッドと接触している。これにより、タンクに熱を直接伝達することができる（発光ダイオードを冷却するため、かつ／または処理される水を加熱するため）。

有利には、このタンクはホウケイ酸ガラス製である。

有利には、本処理装置は、タンクの周りに配置された複数のストリップを備え、各ストリップは、タンクに沿って配置されたいくつかの光源を支持している。

有利なことに、本処理装置は、複数のストリップのそれぞれをタンクに押し付けるように配置された弾性手段を備える。これにより、良好な熱接触が確保されることになる。

有利には、本処理装置は、紫外線を遮断しており、なおかつ所定容積の水を包囲している外側シェルと、紫外線を生成するように構成された、前記少なくとも１つの光源とを備える。

有利には、本処理装置は、所定容積の水を包囲している紫外線反射壁と、紫外線を生成するように構成された、前記少なくとも１つの光源とを備える。

本発明の第２の態様は、所定容積の塩素化水を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の紫外線に暴露することからなるステップを含む、塩素化水処理方法に関する。

有利には、本方法は、所定容積の塩素化水を紫外線に暴露するステップを含むのと同時に、所定容積の水を少なくとも６０℃に等しい温度まで加熱することからなるステップを含む。

有利には、ここで加熱する熱を、紫外線を生成する光源によって生成している。特に興味深い実装形態によれば、紫外線を生成している光源以外に、加熱手段を設けていない。

有利には、本方法は、所定容積の塩素化水を紫外線に暴露するステップを含むのと同時に、所定容積の水を光触媒に暴露することからなるステップを含む。

有利には、所定容積を紫外線に暴露するステップを、処理される水１リットル当たり少なくとも５．５Ｗｈの光エネルギーを供給するのに十分な時間をかけて実行している。

換言すれば、本発明は、塩素化水中に存在する塩素またはその誘導体を処理するための、第１の態様による処理装置の使用、または第２の態様による処理方法の使用に関する。この塩素化水には微生物や細菌がほとんど、または全く含まれていないが（したがって、消費される前に再度殺菌していないはずである）、不快な臭いや味があり、本処理装置または処理方法によって短時間でこれを除去することができる。実際、本出願人は、Ａ型紫外線への暴露を行うことにより、塩素の味または臭いを排除できることを見出している。臭気分子（塩素、活性塩素、とりわけクロラミンなど）が分解されて、フリーラジカルと、塩素特有の臭いのないイオンとが生成される。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として示され、添付図面によって例示される本発明の一実施形態に関する以下の詳細な説明を読解すると、より明らかになるであろう。
本発明による水処理装置の断面図を表す。

図１は塩素化水処理装置の断面図を示し、本処理装置は、ケーシング３０（ここでは２つの半ケーシング３０ａおよび３０ｂによって形成されている）と、ボトル１１およびキャップ１２によって形成されることで閉鎖容積を形成しているタンク１０と、ストリップ２１に埋め込まれた複数の発光ダイオード２０とを備える。

紫外線領域の光信号を発信するように、発光ダイオード２０を構成しており、とりわけＡ型紫外線（別名ＵＶ−Ａ）を放射するように、この発光ダイオード２０を設けている。このため、波長が３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある光信号を発信するように、発光ダイオード２０を構成している。

ケーシングは、塩素化水１５を含有するタンク１０を一時的に収容することができる（２つの半ケーシング３０ａおよび３０ｂを分離するのに十分な広さである）。図１に示すように、ばね２２がストリップ２１および発光ダイオード２０をタンク１０に向かって押し付けるので、発光ダイオード２０はタンク１０と接触している。これにより、発光ダイオード２０からタンク１０への熱伝導を起こすことができる。

本処理装置は、閉鎖空間内に空気流を発生させる換気手段５０をさらに備える。開回路（発光ダイオード２０を冷却するため）または閉回路（タンク１０および水１５を加熱するため）で作動するように、この換気手段５０を設けることができる。タンク１０および水１５を加熱するためにオフにし、発光ダイオード２０を冷却するためにオンにするように、換気手段５０を設けることもできる。

最後に、本処理装置は、処理サイクルに従って発光ダイオード２０、換気手段５０を駆動するための電気制御ユニット６０を備える。外部の主電源またはバッテリを設けることで、モバイル機器を用意することができる。

別に行った一連の試験を通じて、本出願人は、この処理作業に有用な波長が３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９０ｎｍに含まれることを確証した。したがって、約６００ｃｍ^２の非ロール面に相当する１リットルのボトルの場合、約５．５ＷｈのＵＶ−Ａ受光量、すなわち２時間に及ぶ全日射量が必要になる。

１つの箱体を製造し、内部に配置されたボトル１１の周りに一連の発光ダイオード２０を配置することにより、たとえば４倍を超える（１１Ｗ）電力を使用して、この同じリットルの水を３０分間で処理することができる。

一方で、その効果は塩素とその誘導体との除去にとどまらず、大量のヒドロキシルラジカル、Ｈ２Ｏ２、Ｏ３を生成することになり、このために３種類の促進酸化処理によって水の殺菌を行っている（これらの方法のうちの１つのみが、内容物を単独で容易に殺菌する）。

また、本装置では、殺菌効果のあるＵＶＡ照射線の特性を有利に使用することで、菌の大幅な減少を実現しつつ処理を促進することができるだけでなく、たとえば１日１回の保護照射を行うことでも結果を安定させることができる。

さらに、本解決策は、各サイクルでの内容物および容器の滅菌を提案できるだけでなく、強化ガラスまたは石英ガラス（両方ともＵＶ−Ａ透過型）などの不活性材料で作業できるという利点も有する。

発光ダイオード２０を使用することで、発光出力の約５０％（すなわち、処理される１リットル当たり約１２Ｗｈの消費）を達成することができ、また毎年ランプを交換する心配も不要となり、発光ダイオード２０の耐用年数が５０，０００時間のオーダーとなり、これらは影響を受けずに反復点火サイクルに耐えるということから、各サイクルでボトル１１を滅菌するにあたり、消耗品も、何らかの特別なメンテナンスも用意する必要がない。

本発明を実施する際に想定されるものの１つとしては、ホウケイ酸強化ガラス製のボトルを使用することと、途中で開口している箱体を使用することとが挙げられる。発光ダイオード２０を複数列（図１の実装形態では４つであるが、６つまたは８つのストリップ２１を設けることができる）、好ましくは等角度間隔に配置することができ、好ましくは、各発光ダイオード２０の上部グローブがガラスの外側と接触することで、下部列の支持体として機能するように、これらを配置している。

この革新的な配置により、電力を損失することなくＵＶ−Ａビームで容器の中央に到達させることができるため、殺菌効果を十分に分散させることができ、したがって望ましい配置である。

ただしこれには、ボトルの本体（すなわち、ガラスと水）が熱緩衝材（放散する最小熱の５０％）として機能することになり、その際、ガラスが一連の発光ダイオード２０を片側ファン（換気手段５０）で冷却するという他の利点もある。結果として、発光ダイオード２０の効率が著しく向上し、その耐用年数が維持される。

ただし、この配置を採用することにより、低温殺菌でボトルの内容物を処理することもできる。実際、片側ファンを停止することにより、発光ダイオード２０の効率の損失を利用して温度を６０℃まで到達させることになり、これにより、入水に塩素が存在しない場合は、ウイルスおよび細菌の完全な除去が保証されることになる。この選択肢のために、
温度の上昇を促進するように、発光ダイオード２０の電力効率を適合させるべきであるのは言うまでもない。断熱箱体を設けて外部への損失を制限することができ、かつ／または再循環手段（外部に面するフラップ）を設けて、閉回路または開回路で作動できるようにすることができる。

ＵＶ−Ａへの暴露を水１５に集中させるために、ＵＶ−Ａを反射するシールドを設けることもできる（ケーシングの本体と発光ダイオード２０およびボトル１１との間に）。

任意の一実装形態によれば、本装置は、ホウケイ酸塩製または石英強化ガラス製のボトル１１の内面に、たとえば二酸化チタンコーティング（ナノメトリックＴＩＯ_２結晶）などが施された状態で処理が行われるという単純な条件で、光触媒によって水を処理することができる。

別の実施形態では、強化ガラス製浄水器の形態において、発光ダイオードで覆われたプレートを製造し、処理中その上にこの浄水器を配置している。実際、水には光ファイバのように挙動する天然の能力があり、光がその経路をたどることができる。本実装形態によると、紫外線だけが水の塩素味を消失させることができると見られているため、ろ過も、オゾン循環も光触媒も行っていない。

連続稼働できるようにするために、単一または２つのタンクを備えるより大きな装置を製造し、これを流通網に接続することができる。ＵＶ−Ａ透過型食品プラスチック容器（たとえば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴなど））を使用することもできるため、実際にはサイズの制限はない。したがって、水道水用端子部、またはシンク下タンクを製造することができる。

添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の本発明の様々な実施形態に対して、当業者にとっては明らかである様々な修正および／または改良を行うことができると理解されよう。とりわけ２つの長手方向部分のケーシングに言及しているが、一方の端部を開放して、ボトル１１を円筒形の処理チャンバ内にスライドさせるケーシングを設けることもできる。

さらに、本装置を水平または垂直に配置して、水１５を処理することもできる。

Claims (12)

1. 処理される所定の閉鎖容積の塩素化水（１５）を収容するように構成された、タンク（１０）とキャップ（１２）とを備える塩素加水（１５）処理装置であって、
   前記処理装置が、前記所定の閉鎖容積を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の紫外線に暴露することで、前記紫外線のみで塩素化分子を分解するように構成された、少なくとも１つの光源を備えることを特徴とする、
   塩素化水（１５）処理装置。
2. ケーシングと、前記ケーシング内に配置された複数の光源であって、前記所定容積を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の照射光に暴露する、光源とを備え、前記処理装置が、前記光源を冷却するように構成された冷却手段と、前記ケーシングおよび前記所定容積の水（１５）を内部加熱するために、前記冷却手段をオフに切り替えるように構成されたスイッチ手段とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の処理装置。
3. ケーシングと、前記ケーシング内に配置された複数の光源であって、前記所定容積を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の照射光に暴露する、光源とを備え、前記処理装置が、前記光源のレベル（１５）で空気流を発生させるように構成された換気手段（５０）と、閉回路となっているかどうかを問わず前記換気手段を作動させて、これにより前記ケーシングおよび前記所定容積の水（１５）をそれぞれ内部加熱するか、または前記光源を冷却するように構成された再循環手段とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の処理装置。
4. 前記タンク（１０）は着脱可能であり、かつ３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の紫外線に対して透過的である、請求項１から３のいずれか一項に記載の処理装置。
5. 前記少なくとも１つの光源は、発光ヘッドを含む発光ダイオード（２０）であり、前記タンク（１０）は前記発光ヘッドと接触している、請求項１から４のいずれか一項に記載の処理装置。
6. 前記タンク（１０）はホウケイ酸ガラス製である、請求項１から５のいずれか一項に記載の処理装置。
7. 前記タンク（１０）の周りに配置された複数のストリップ（２１）を備え、各ストリップ（２１）は、前記タンク（１０）に沿って配置されたいくつかの光源を支持している、請求項１から６のいずれか一項に記載の処理装置。
8. 前記複数のストリップのそれぞれを前記タンク（１０）に押し付けるように配置された弾性手段を備える、請求項７に記載の処理装置。
9. 前記所定容積の水（１５）を包囲している紫外線反射壁と、前記紫外線を生成するように構成された、前記少なくとも１つの光源とを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の処理装置。
10. 所定の閉鎖容積の塩素化水（１５）を３２０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３２５ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲内にある波長の紫外線のみに暴露することからなるステップを含む、塩素化水（１５）処理方法。
11. 前記所定容積の塩素化水（１５）を前記紫外線に暴露するステップを含むのと同時に、前記所定容積の水（１５）を少なくとも６０℃に等しい温度まで加熱することからなるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 所定容積を紫外線に暴露する前記ステップを、処理される水（１５）１リットル当たり少なくとも５．５Ｗｈの光エネルギーを供給するのに十分な時間をかけて実行している、請求項１０から１１のいずれか一項に記載の方法。

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