JP2023135922A - 紫外線反射層 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易な紫外線照射装置用の紫外線反射層を提供する。【解決手段】製造が容易な紫外線照射装置用の紫外線反射層を提供するため、紫外線が照射される処理流体が流通される円筒状の筒体の内部に紫外線源を位置させてなる前記筒体に設けられる紫外線反射層であって、ＰＴＦＥで形成されたチューブを螺旋状に密に巻回して前記筒体の内面に接して配置してなることを特徴とする紫外線反射層。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線反射層に係り、具体的には、紫外線が照射される処理流体が流通される円筒状の筒体内に紫外線源を位置させてなる前記筒体の内面に設けられる紫外線反射層に関する。

本明細書において、有害物とは、流体中に存在する微生物、菌類、ウイルス等の他、ＮＤＭＡ、１，４－ジオキサン、２－ＭＩＢ、ジェオスミン、ホルムアルデヒド、ハロ酢酸類、等の有害化学物質や消毒副生物等をいう。無害化とは、有害物を死滅、不活化、殺菌、滅菌、有害物の分解（化学変化）、等することをいう。また、無害化対象の流体（以下、処理流体という。）には、上水、食品、飲料などの他、下水などを含むものとする。

このような様な紫外線照射装置の技術においては、紫外線水銀ランプに変えて紫外線を発光する紫外線ＬＥＤを用いることにより、水銀レス環境を実現することが提案されている。また、紫外線ＬＥＤは無害化対象の有害物に適した波長の紫外線を発光するように形成される。

一般に、紫外線ＬＥＤは紫外線の指向性が強く紫外線が拡散しにくいため、処理流体の流路に対する紫外線源の配置について種々の提案がなされている。特に、紫外線を処理流体に効果的に照射するために、紫外線の照射方向を処理流体の流れに対向させて、あるいは並行にすることが望ましい。これによれば、処理流体に対する照射時間を長くすることができる。

さらに、紫外線を処理流体の流れに対向させて、あるいは並行させて照射する場合において、紫外線ＬＥＤの発光強度を高くするとともに実装密度を高くして、処理流体の流路断面における紫外線の照射強度を高くすることが要望される。しかし、紫外線ＬＥＤの発光強度を高くし、かつ実装密度を高くすると、紫外線ＬＥＤの発熱による性能劣化が懸念される。

従来は、紫外線ＬＥＤを効果的に冷却するため、紫外線源を処理流路の流出端の流路内に設置して、紫外線源を流量の大きい処理流体によって効果的に冷却することが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の紫外線照射装置によれば、直状の処理流路で処理された処理流体を排出する排出流路と処理流路の連結部に、一対の厚い円盤状の連結部材を重ねて配置し、それらの連結部材の合わせ面の一方の連結部材に紫外線源を収容する円柱状の窪みを形成し、その円柱状の窪みに紫外線源を収容し、円柱状の窪みの開口を紫外線透過部材で塞いでいる。他方の連結部材の前記紫外線透過部材が対向する面には、前記円柱状の窪みよりも大きな円柱状の窪みを形成し、その窪みの底部に処理流体が流入する開口が設けられている。また、一方の連結部材の円柱状窪みの底部の背面側には、排出流路に連通された開口が形成されている。さらに、一方の連結部材には、円柱状窪みの外周側を取り囲んで複数の冷却流路が形成され、これらの冷却流路は、他方の連結部材の処理流体の流入開口と一方の連結部材の排出開口とを連通して設けられている。紫外線源は、紫外線の射出面を処理流体が流入する開口に向け、紫外線ＬＥＤの基板を円柱状の窪みの底部に位置させて収容されている。これにより、紫外線源の紫外線ＬＥＤは、一対の連結部材に形成された複数の冷却流路を流れる処理流体によって冷却されると認められる。

また、特許文献１には、処理流体の流路を形成する筒体に石英管を用い、その石英管の外面に反射膜を形成して、石英管の内側の流路に照射される紫外線を外面の反射膜で反射させて流路の内側へ戻すことが提案されている。

特許第６４５８７７９号公報

特許文献１の紫外線の反射膜は、一例としてシリカ膜を用いることが提案されているだけで、具体的なシリカ膜の形成方法については配慮されていない。例えば、紫外線源の反射膜を紫外線劣化の少ないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いることが提案されている。しかし、処理流体の流路である石英管の外面に、どのようにしてＰＴＦＥ膜を形成するのかについては開示されていない。

例えば、一定の厚みを有するＰＴＦＥの反射層を円筒状の筒体の外面又は内面に形成する場合、ＰＴＦＥの平板を形成してから、円筒の内面に曲げながら張り付けることは困難である。特に、反射層の厚みを厚く形成する場合は一層困難である。また、比較的大口径のＰＴＦＥの円筒を形成し、これを処理流路の筒体の内面に装着することはさらに困難である。さらに、装着した反射層の裏側と筒体との隙間には紫外線が照射されないので、その隙間に処理流体が流れると未処理のまま通過することになり、全体の処理効率を極端に低下させることから、反射層の裏側に処理水が流れないように止水する必要であり、製造上及びメンテナンス上の問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、製造が容易な紫外線照射装置用の紫外線反射層を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、紫外線が照射される処理流体が流通される円筒状の筒体の内部に紫外線源を位置させてなる前記筒体に設けられる紫外線反射層であって、ＰＴＦＥで形成されたチューブを螺旋状に密に巻回して前記筒体の内面に接して配置してなることを特徴とする。

反射層のチューブは、チューブ内部に、空気、純水、紫外線反射率の高い材質の懸濁液、紫外線反射率の高い材質の粉体、紫外線反射率の高い材質のビーズ、紫外線反射率の高い材質のチューブ、紫外線反射率の高い材質の紐の中から選択された少なくとも1つの物質が収容されて密封されてなることが好ましい。また、紫外線反射率の高い材質は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、石英ガラス、アルミ、硫酸バリウム、アルミナの中から選択された少なくとも1つの物質であることが好ましい。

紫外線源は、前記処理流体の下流側の前記筒体内に配置され、前記処理流体の上流側に向けて紫外線を照射するように配置することが好ましい。

さらに言い換えれば、本発明は、円筒状の筒体に流通される処理流体に、前記処理流体の下流側の前記筒体内に配置された紫外線源から前記処理流体の上流側に向けて紫外線を照射する紫外線照射装置に用いられ、前記紫外線源よりも上流側の前記筒体の内面に設けられる紫外線反射層であって、ＰＴＦＥで形成されたチューブを螺旋状に密に巻回して前記筒体の内面に接して配置されなることを特徴とする。

本発明のように、ＰＴＦＥのチューブを形成するのは容易であり、ＰＴＦＥのチューブを螺旋状に密に巻回して円筒状の筒体内面に接して配置することも容易である。さらに、ＰＴＦＥのチューブの外径及び肉厚を選択することによって、所望の厚みを有する反射層を形成することができ、製造が容易な反射層を提供できる。また、本発明の反射層はチューブを螺旋状に巻き付けた構造であるから、チューブ間の隙間を通って反射層の裏側の隙間に処理流体が容易に流入する。しかし、反射層で拡散反射した紫外線が反射層の裏側の隙間の流体に照射され、しかもその隙間の流体と処理流体の主流との撹拌混合が行われるから、反射層の裏側の隙間を流れる処理流体にも紫外線が照射される。さらに、反射層の裏側の隙間の処理流体の流速は極端に遅いため、その隙間をながれる処理流体の滞留時間は長くなるので、実質的な紫外線照射量としては大きな値が確保されるという利点がある。

本発明に係るチューブの両端はプラグ等の封止手段で閉じることが好ましい。また、本発明に係るチューブは、ステンレス材又は樹脂成部材で形成された筒状かご形の支持枠体の外周に巻き付けて形成されてなることが好ましい。

さらに、本発明に係る紫外線源は、基板に搭載された複数の紫外線ＬＥＤを伝熱部材で形成された有底の筒状容器の内底面に支持され、前記筒状容器の開口に紫外線透過窓が装着されてなる防水容器に収容され、前記紫外線透過窓を前記処理流体の前記流入口に向けて前記処理流体中に位置させて設けられてなり、前記紫外線透過窓に対応する前記筒体の位置から前記流入口が設けられる前記筒体端部の位置に至る内面に設けられてなることが好ましい。

本発明によれば、製造が容易な紫外線照射装置用の紫外線反射層を提供することができる。

本発明の紫外線反射層を適用してなる一実施形態の紫外線照射装置の断面図である。 本発明の紫外線反射層の一実施形態の断面図である。 図２に示した本発明の紫外線反射層の一実施形態の上面図である。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。図1に、本発明の紫外線反射層が適用された紫外線照射装置の一実施形態の断面図を示す。図示のように、本実施形態は、処理流体が流通されるステンレス材で形成された円筒状の筒体１を有して形成される。筒体１の両端は、それぞれステンレス材のフランジ継手により着脱可能なステンレス材の閉塞板２、３で閉じられている。処理流体の上流端（図において筒体1の下端）の閉塞板２には処理流体の流入口４が設けられ、下流端の閉塞板３に近い筒体１の筒壁には排出口５が設けられている。また、本実施形態は、基板１１に搭載された複数の紫外線ＬＥＤ１２を有し処理流体に紫外線を照射する紫外線源１０を備えている。

紫外線源１０は、伝熱部材で形成された防水容器１３に収容されている。防水容器１３は、有底の筒状容器１４の内底面に複数の紫外線ＬＥＤ１２が搭載された基板１１が支持され、筒状容器１４の開口に紫外線透過部材で形成された紫外線透過窓１５が装着されている。そして、紫外線透過窓１５を処理流体の流入口４に向けて処理流体中に位置させて、排出口５側の筒体の端部の閉塞板３に支持部材２０を介して支持されている。支持部材２０は、筒状容器１４の容器壁に固定された複数の支持具１８と、この支持具１８にボルト等で連結された板状の複数の支持体２７と、この支持体２７をボルト等で閉塞板３の内面に固定する支持具２８を有して構成されている。なお、支持体２７は、帯状の板材、その板材をＬ字形に曲げた部材あるいは丸棒を用いて構成してもよい。

また、本実施形態では、閉塞板３を水密に貫通して筒体１の筒内に配線管３０が挿入されている。配線管３０には、紫外線源ＬＥＤ１２に電力を供給するケーブルなどの電線が挿通される。配線管３０が閉塞板３を貫通する部分に円形の座板３３が溶接され、座板３３と閉塞板３との接触面にＯリングなどのシール部材を介在させてボルト等により締め付けて固定されている。

配線管３０は筒状容器１４の底板を貫通して形成された引込み口３１に、ユニバーサル継手３２を介して連結されている。ユニバーサル継手３２は、支持部材２０及び支持筒２４が熱伸びした場合に、防水容器１３の位置が配線管３０の軸方向に変位するのを吸収するために用いる。なお、ユニバーサル継手３２に代えて、配線管３０が閉塞板３を貫通する部分の構造を、貫通方向に配線管３０が摺動可能なシール構造を採用することも可能である。

本実施形態において、筒体1の内面に本発明の特徴である紫外線の反射層４０を設けている。反射層４０は、図２の断面及び図３の上面図に示すように、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で形成されたチューブ４７を螺旋状に巻回したものである。反射層４０は、円筒かご型に組んだ支持枠体４６の周りにチューブ４７を螺旋状に巻き付けて形成されている。チューブ４７は、例えば外径が６～１０ｍｍで肉厚が１～２ｍｍのチューブに形成されている。チューブ４７の両端は、それぞれ封止プラグ４８で封止されている。

支持枠体４６は、ＳＵＳ材の丸棒を用いて形成した一対のリング４６ａを対向させ、それらのリング４６ａ間を周方向に４分割した位置で４本のＳＵＳ材の丸棒４６ｂで連結して、円筒かご型に形成されている。さらに、一対のリング４６ａを補強するため、それぞれのリング４６ａに小径のリング４６ｃの外周に４本の丸棒４６ｄを十字状に固着し、それぞれの丸棒４６ｄの他端をリング４６ａに固着してなる補強部材が形成されている。また、螺旋状のチューブ４７は適宜間隔で固定部材４９により支持枠体４６に固定されている。さらに、チューブ４７の両端の封止手段である封止プラグ４８は、固定部材５０で支持枠体４６に固定されている。

本実施形態の反射層４０によれば、ＰＴＦＥのチューブを螺旋状に巻き付けて反射層を形成することにより製造が容易になり、製造コストを低減できる。例えば、ＰＴＦＥを板状に形成して筒体1の内面に張り付けると、板状の反射層を局面に加工することが難しいことから、コストアップの要因になるので、本実施形態によれば、反射層の製造コストを下げることができる。また、上記の説明では、支持枠体４６や封止プラグ４８及び固定部材５０等をＳＵＳ材を用いて形成した例を示した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、支持枠体を含む関連部材に樹脂の成型品を用いることができる。さらに、チューブ４７の端部の封止プラグ４８についても、プラグに代えて樹脂成型処理等により封じることができる。

また、反射層４０は、紫外線により劣化しにくく、かつ反射率に優れているＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン）を用いて形成されている。これにより、紫外線源１０から照射される紫外線が処理流体で屈折したり曲げられても、反射層４０で反射されて処理流体に再度照射される確率が高くなる。その結果、処理流体に照射される紫外線の光量を多くして、処理流体中に含まれる有害物を効果的に無害化することができる。

ここで、反射層４０を形成するチューブ４７の具体的な実施例について説明する。チューブ４７のチューブ内部には、空気、純水、紫外線反射率の高い材質の懸濁液、紫外線反射率の高い材質の粉体、紫外線反射率の高い材質のビーズ、紫外線反射率の高い材質のチューブ、紫外線反射率の高い材質の紐の中から選択された少なくとも1つの物質を収容ないし充填して密封して形成することが好ましい。

紫外線反射率の高い材質は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、石英ガラス、アルミ、硫酸バリウム、アルミナの中から選択された少なくとも1つの物質又はこれらを適宜混合して収容ないし充填することができる。次に、チューブ内に収容ないし充填する物質の利害得失について説明する。
（１）充填する物質が空気の場合は、万が一のチューブ破損時にも、処理水を汚染する心配がない。
しかし、膨張、収縮率のため、チューブ内外差圧がゼロとなる空気の屈折による反射効果はあるが、紫外線反射効果は低い。また、ＣＩＰ（温水洗浄）などの工程による温度変化に対して空気の膨張収縮によるチューブ破損の恐れがある。
（２）充填する物質が純水の場合は、万が一のチューブ破損時にも、処理水を汚染する心配がない。
しかし、純水の屈折による反射効果はあるが、紫外線反射効果は低い。
一方、ＣＩＰ（温水洗浄）などの工程による温度変化に対しては、処理流体(水)とほぼ同じ膨張、収縮率であるから、チューブ内外差圧がゼロとみなせるので、空気の場合のような膨張収縮によるチューブ破損の恐れは無い。
（３）充填する物質が懸濁液の場合は、万が一のチューブ破損時に、処理水を汚染する心配がある。
しかし、充填物による紫外線反射効果は高い。
しかも、ＣＩＰ（温水洗浄）などの工程による温度変化に対しても、処理流体（水）と同じ膨張、収縮率のため、チューブ内外差圧がゼロとみなせるので、空気の場合のような膨張収縮によるチューブ破損の恐れが無い。
（４）充填する物質が粉体の場合は、万が一のチューブ破損時に、処理流体を汚染する心配がある。
しかし、充填物による紫外線反射効果は高い。
一方、ＣＩＰ（温水洗浄）などの工程による温度変化に対して、空気の膨張収縮によるチューブ破損の恐れがある。
（５）充填する物質がビーズの場合は、万が一のチューブ破損時に、処理流体を汚染する心配がない。また、装置の後段にストレーナを設置することで、処理流体から分離回収できる。しかも、充填物による紫外線反射効果が高い。
しかし、ＣＩＰ（温水洗浄）などの工程による温度変化に対して、ビーズに混合した空気の膨張収縮によるチューブ破損の恐れがある。なお、空気に代えて、ビーズと水を組み合わせることで、ＣＩＰに対してもチューブ破損時の対策とすることができる。
（６）充填する物質がチューブや紐の場合は、万が一の外側のチューブ破損時にも、処理水を汚染する心配がない。また、充填物質による紫外線反射効果は高い。
しかし、ＣＩＰ（温水洗浄）などの工程による温度変化に対して、チューブや紐の隙間に充填する空気などの気体の膨張収縮によるチューブ破損の恐れがある。
なお、充填物質としてチューブや紐と水を組み合わせることで、ＣＩＰに対してもチューブ破損対策とすることができる。また、充填するチューブ又は紐は、水によって腐食しないＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、アルミナ、石英ガラスを用いるものとする。

本実施形態の紫外線照射装置によれば、紫外線源１０を伝熱部材で形成された防水容器１３に収容して筒体1の処理流体中に配置したことから、流入口４から供給される処理流体は、筒体内を流れて紫外線源１０の防水容器１３の位置に達すると防水容器１３の外周と筒体1の内壁との間を流れて排出口５から排出される。つまり、紫外線源１０が収容された防水容器１３の外周を処理流体が流れるので、基板１１に実装された複数の紫外線ＬＥＤ１２が発生する熱は、防水容器１３の外面及び紫外線透過窓１５から処理流体に伝熱し、紫外線ＬＥＤ１２の熱が処理流体によって効果的に冷却される。これにより、紫外線ＬＥＤ１２の劣化を抑制できる。

また、処理流体の流れに対向させて紫外線を照射しているから、流入口4から紫外線透過窓１５に向かって流れる処理流体に照射される時間を長くすることができるので、紫外線の照射効率が向上し、処理流体中の有害物を効果的に無害化することができる。また、本実施形態によれば、紫外線源１０を処理流体中に位置させても、容易に紫外線源１０に電力を供給することができる。

なお、防水容器１３の下流側に形成される領域を通って排出口に至る処理流体は、防水容器１３や支持部材２０等で流れが乱され、偏流を形成するおそれがある。その場合は、防水容器１３の下流側の領域に整流板等の整流手段を適宜設けることが望ましい。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態に限ら得るものでなく種々の変形が可能であることは明らかであり、それらの変形は本発明の特許請求の範囲に含まれることは明らかである。

１ 筒体
２ 上流側閉塞板
３ 下流側閉塞板
４ 流入口
５ 排出口
１０ 紫外線源
１１ 基板
１２ 紫外線ＬＥＤ
１３ 防水容器
１４ 筒状容器
１５ 紫外線透過窓
２０ 支持部材
１８ 支持具
２７ 支持体
３０ 配線管
３１ 引込み口
３２ ユニバーサル継手
４０ 反射層

Claims (7)

1. 紫外線が照射される処理流体が流通される円筒状の筒体の内部に紫外線源を位置させてなる前記筒体に設けられる紫外線反射層であって、ＰＴＦＥで形成されたチューブを螺旋状に密に巻回して前記筒体の内面に接して配置してなる紫外線反射層。
2. 前記チューブは、チューブ内部に、空気、純水、紫外線反射率の高い材質の懸濁液、紫外線反射率の高い材質の粉体、紫外線反射率の高い材質のビーズ、紫外線反射率の高い材質のチューブ、紫外線反射率の高い材質の紐の中から選択された少なくとも1つの物質が収容されて密封されてなることを特徴とする請求項1に記載の紫外線反射層。
3. 前記紫外線反射率の高い材質は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、石英ガラス、アルミ、硫酸バリウム、アルミナの中から選択された少なくとも1つの物質であることを特徴とする請求項２に記載の紫外線反射層。
4. 前記紫外線源は、前記処理流体の下流側の前記筒体内に配置され、前記処理流体の上流側に向けて紫外線を照射するように配置してなる請求項1に記載の紫外線反射層。
5. 前記チューブの両端は封止手段により閉じられてなる請求項１又は２に記載の紫外線反射層。
6. 前記チューブは、ステンレス材又は樹脂成型部材で形成された筒状かご形の支持枠体の外周に巻き付けて形成されてなる請求項１又は２に記載の紫外線反射層。
7. 前記紫外線源は、基板に搭載された複数の紫外線ＬＥＤを伝熱部材で形成された有底の筒状容器の内底面に支持され、前記筒状容器の開口に紫外線透過窓が装着されてなる防水容器に収容され、前記紫外線透過窓を前記処理流体の前記流入口に向けて前記処理流体中に位置させて設けられ、
   前記紫外線透過窓に対応する前記筒体の位置から前記流入口が設けられる前記筒体端部の位置に至る内面に設けられてなる請求項１又は２に記載の紫外線反射層。

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