JP4138797B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線照射によって処理液中の細菌の殺菌、有機物の紫外線酸化分解、有害物の分解等の処理を行なう紫外線照射装置に関し、特に中圧紫外線ランプをインバータ電力供給制御装置によって駆動制御する紫外線照射装置に関するものである。

従来のこの種の紫外線照射装置は、処理槽内に外周を保護管で保護された中圧紫外線ランプを配置し、該処理槽内に流入する処理液に該中圧紫外線ランプから紫外線を照射し、処理液を処理するように構成されている。そして、中圧紫外線ランプの入力電力を電源トランスの電圧タップの切換えによって行っていた。従って、該電圧タップの切換器には、中圧紫外線ランプに供給される電流が流れるため、該電流に整合した接点容量を有する切換器を選定する必要があった。また、電圧タップの切換時に中圧紫外線ランプを消灯させないために、切換器をラップさせて負荷抵抗器を設ける必要があった。さらに、上記切換器は中圧紫外線ランプの供給電力を直接切り換えるため、切換器の接点容量が大きく（４０Ａ程度）なるという問題があった。

また、紫外線照射装置の紫外線照射線量の制御は、中圧紫外線ランプの点灯時間による劣化を予想劣化函数から求めた点灯設定時間で、シーケンス制御により電源トランスの電圧タップの切り換えを行っており、中圧紫外線ランプの力率（０．８９７〜０.９０５）が低いという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、中圧紫外線ランプの力率を改善（０．９５５〜０.９６０）し、省エネルギーで安定した処理液の処理が可能な紫外線照射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、処理槽内に外周保護管で保護された中圧紫外線ランプを設置し、該処理槽内に流入する処理液に該中圧紫外線ランプから紫外線を照射し、処理液を処理する紫外線照射装置において、処理槽内に流入する処理液の透過率を検出する透過率計を設け、中圧紫外線ランプから照射される紫外線照射強度を測定する紫外線モニタ装置を設け、紫外線モニタ装置の紫外線測定ヘッドの先端と保護管の間隔を反射紫外線等の外来ノイズを排除できる所定距離に設定し、紫外線モニタ装置設置時に中圧紫外線ランプに供給した電力と同じ電力を該ランプに供給し、紫外線モニタ装置で測定された現在の紫外線照射強度値をＩ _O 、現在の処理液透過率をＴ₁₀、該紫外線モニタ装置設置時の処理液の透過率をＴ₁₀’とした場合、下記の式を用いて現在の紫外線照射強度値Ｉ₀を透過率で補正した紫外線照射強度値Ｉ_ORを求め、該紫外線照射強度値Ｉ_ORと紫外線照射強度値Ｉ₀を比較することにより、処理液の透過率の影響を排除し、Ｉ _OR ＜Ｉ _O であれば、中圧紫外線ランプの劣化、紫外線モニタ装置の紫外線測定ヘッドの汚染、及び保護管の汚染の少なくともいずれかであると判定する判定手段を設けたことを特徴とする。
Ｉ_OR＝Ｉ_O×Ｔ₁₀’／Ｔ₁₀

請求項１に記載の発明によれば、式Ｉ _OR ＝Ｉ _O ×Ｔ ₁₀ ’／Ｔ ₁₀ を用いて現在の紫外線照射強度値Ｉ ₀ を透過率で補正した紫外線照射強度値Ｉ _OR を求め、該紫外線照射強度値Ｉ_ORと紫外線照射強度値Ｉ₀を比較することにより、処理液の透過率の影響を排除し、Ｉ _OR ＜Ｉ _O であれば、中圧紫外線ランプの劣化、紫外線モニタ装置の紫外線測定ヘッドの汚染、及び保護管の汚染の少なくともいずれかであると判定する判定手段を設けたので、処理液の透過率の影響を排除し、中圧紫外線ランプの劣化、紫外線モニタ装置の紫外線測定ヘッドの汚染、及び保護管の汚染の少なくともいずれかであると判定することが容易となる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図１は本発明にかかる紫外線照射装置の概略構成例を示す図である。本紫外線照射装置１は、処理槽２、インバータ電力供給制御装置３、紫外線モニタ装置４、透過率計５、流量計６より構成されている。なお、７、８は流量制御弁である。

処理槽２は、図２に示すように、内部に処理液が流入する処理空間２−１を有し、該処理空間２−１に処理液が流入する流入口２−２と処理した処理液が流出する流出口２−３が設けられている。処理空間２−１内の略中央には、円筒状の中圧紫外線ランプ９が処理液に直接接触しないようにその周囲を保護管１０で密閉された状態で配置されている。

紫外線モニタ装置４は、図３に示すように、出力部４−１と紫外線測定ヘッド４−２、固定部材４−３より構成されており、処理空間２−１内に該紫外線測定ヘッド４−２が突出した状態で固定部材４−３により処理槽２の外壁に取付けられている。このとき、紫外線測定ヘッド４−２の先端と保護管１０の距離は、外来ノイズ、即ち反射光や他の中圧紫外線ランプからの紫外線（処理空間２−１に複数本の中圧紫外線ランプが設置されている場合）の影響を受けない距離とする。ここでは、１０ｍｍとしている。これにより、中圧紫外線ランプ９の供給電力と紫外線モニタ４で測定した紫外線照射強度の関係は、図４に示すように、１次函数となり、後述する中圧紫外線ランプ９の劣化、紫外線モニタ装置４の紫外線測定ヘッド４−２又は保護管１０の汚染の検出や、紫外線照射強度を目標の紫外線照射強度に制御することを容易にすることができる。

次に、本紫外線照射装置１の動作について説明する。処理液は流量制御弁７を開くことによって、流量計６を通り、流入口２−２から処理槽２の処理空間２−１内に流入する。このとき、流量計６によって処理水量が測定され（０〜１００ｍ³／ｈ）、インバータ電力供給制御装置３に出力される。

処理槽２の処理空間２−１内に流入した処理液は、保護管１０内の中圧紫外線ランプ９による紫外線照射によって処理液中の細菌の殺菌、有機物の紫外線酸化分解、有害物の分解が行なわれ、処理された処理液は流出口２−３より流出される。このとき、処理空間２−１に流入する処理液の一部は、流量制御弁８より透過率計５に送られ、該透過率計５によりその透過率が測定され（０〜１００％）、インバータ電力供給制御装置３に出力される。

また、中圧紫外線ランプ９の紫外線照射強度は、紫外線モニタ装置４により測定され（０〜２００％）、インバータ電力供給制御装置３に出力される。なお、紫外線モニタ装置４による出力値は、予め分光計等により、中圧紫外線ランプの紫外線照射強度を測定した値を基準としてその比率（％）で出力される。

図５は、インバータ電力供給制御装置３の概略構成例を示す図で、該インバータ電力供給制御装置３は、制御部３−１、インバータ制御部３−２、インバータ３−３、及び表示部３−４で構成されている。制御部３−１には、紫外線モニタ装置４の出力、透過率計５の出力及び流量計６の出力等のデータが入力される。制御部３−１は後述するようにこれらのデータを基にインバータ３−３が中圧紫外線ランプ９を目標の紫外線照射強度で駆動するような指令信号をインバータ制御部３−２に出力する。

インバータ制御部３−２は、上記制御部３−１から指令信号を受け、インバータ３−３の出力電力周波数を制御し、中圧紫外線ランプ９の紫外線照射強度が目標の紫外線照射強度になるようにする。インバータ制御部３−２は、インバータ３−３の出力電力周波数を複数段切り換えて（ここでは８段切換え）中圧紫外線ランプ９に電力（３００〜４６０Ｗ）を供給する。なお、中圧紫外線ランプ９の劣化等により紫外線照射強度を目標の紫外線照射強度に制御できない場合は、表示部３−４にその旨を表示する。

上記構成のインバータ電力供給制御装置３を設け、その出力電力周波数の切り換えにより、中圧紫外線ランプ９の紫外線照射強度を目標の紫外線照射強度になるように制御するので、中圧紫外線ランプ９の力率を改善することができ（０．９５５〜０．９６０）、処理液の処理の効率化と安定化及び省エネルギー化が図れる。また、中圧紫外線ランプ９に供給する電圧を切換器で切り換える従来方式と異なり、インバータを構成する素子のベース電流を切り換えてインバータの出力電力周波数を切り換えるので、切換器の接点容量が少なくてすむ（３Ａ程度）。さらに、中圧紫外線ランプ９をインバータ３−３で駆動するので、電源トランス、安定器及びイグニッタが不要となる。

次に、本紫外線照射装置１による中圧紫外線ランプ９の劣化等の検出について説明する。紫外線モニタ装置４で検出された現在の紫外線照射強度値（Ｉ₀）、透過率計６で検出された現在の処理液の透過率（Ｔ₁₀）、紫外線モニタ装置４の設定時に透過率計６で検出された処理液の透過率を（Ｔ₁₀′）をインバータ電力供給制御装置３の制御部３−１に入力する。

該制御部３−１において、まず下記の式（１）により現在の紫外線照射強度値Ｉ₀を求める。
Ｉ₀＝Ｉ_K×Ｔ₁₀ （Ｉ_K：紫外線ランプの殺菌線出力） （１）

次に、下記の式（２）により、現在の紫外線照射強度値Ｉ₀を処理液の透過率Ｔ₁₀及びＴ₁₀′で補正した紫外線照射強度値Ｉ_0Rを求める。
Ｉ_0R＝Ｉ₀×Ｔ₁₀′／Ｔ₁₀ （２）

上記式（１）及び（２）から求めた紫外線照射強度値Ｉ_0Rと紫外線照射強度値Ｉ₀を比較する。紫外線照射強度値Ｉ_0Rと紫外線照射強度値Ｉ₀がＩ_0R＝Ｉ₀であれば、中圧紫外線ランプ９の劣化、紫外線モニタ装置４の紫外線測定ヘッド４−２又は保護管１０の汚染はないと判断され、後述する制御が行われる。しかし、紫外線照射強度値Ｉ_0Rと紫外線照射強度値Ｉ₀がＩ_0R＜Ｉ₀であれば、中圧紫外線ランプ９の劣化、紫外線モニタ装置４の紫外線測定ヘッド４−２又は保護管１０の汚染の少なくともいずれかであると判断され、表示部３−４にその旨を表示する。

次に、本紫外線照射装置１の運転制御について説明する。図６及び図７は、本発明にかかる紫外線照射装置の運転制御フロー及び各データ入力値とテーブルを示す図である。本紫外線照射装置１では、中圧紫外線ランプ９への供給電力を８段階（０〜７）で制御している。

まず、本紫外線照射装置１を起動する（ステップＳＴ１）。このとき、図７（ａ）に示す運転前に予め決められていた値である設定時の中圧紫外線ランプ点灯レベル（ＰＬＩ）、紫外線照射装置１の設定時の紫外線照射強度実測現在値（ＩＳＴ）、透過率計５で検出された設定時処理液の透過率（ＴＳＴ）、紫外線モニタ装置４の設定時の出力（ＭＳＴ）、計画処理水量の処理液を処理するのに必要な紫外線照射線量（ＥＳＴ）、計画処理水量（ＱＷＩ）をインバータ電力供給制御装置３の制御部３−１に入力する（ステップＳＴ１）。なお、紫外線照射装置１の運転が終了したときのデータを記録しておき、これを上記設定時の値として入力してもよい。

次に、紫外線照射装置１の自動運転を開始する（ステップＳＴ２）。このとき、紫外線照射装置１の中圧紫外線ランプ９には、設定時の中圧紫外線ランプ点灯レベル（ＰＬＩ）に対応した電力をインバータ３−３から供給され、処理空間２−１内の処理液の処理を開始する。

自動運転開始後に紫外線モニタ装置４、透過率計５、流量計６で検出された図７（ｂ）に示す現在の運転レベルにおける中圧紫外線ランプ９の供給電力（ＰＬ（Ｘ））、現在の処理液の透過率（ＴＲＬ）、紫外線モニタ装置４の現在の出力をＭＲＬ、現在の処理水量（ＱＷ）をインバータ電力供給制御装置３の制御部３−１に入力する（ステップＳＴ３）。

次に現在の処理液の透過率（ＴＲＬ）から図７（ｃ）に示す制御部３−１に記録されているテーブルより、下記の式（３）を用いて線形係数（Ｋｅ（ＴＲＬ））を計算する（ステップＳＴ４）。ただし、ａ、ｂは定数である。
Ｋｅ（ＴＲＬ）＝ａ×ＴＲＬ＋ｂ （３）
例えば、ＴＲＬが７５％の場合、図７（ｃ）より、定数ａが０．００３８、定数ｂが−０．１６８２、Ｋｅ（ＴＲＬ）は、０．１１６８となる。

線形係数（Ｋｅ（ＴＲＬ））を用いて、紫外線照射線量（ＥＲＬ）を下記の式（４）より求める（ステップＳＴ５）。
ＥＲＬ＝Ｋｅ（ＴＲＬ）×ＩＳＴ×（ＭＲＬ／ＭＳＴ）×（ＴＳＴ／ＴＲＬ）
×（ＱＷＩ／ＱＷ） （４）

紫外線照射線量（ＥＲＬ）から各運転レベルにおける紫外線照射線量（ＥＣＬ（Ｙ））を下記の式（５）より求める（ステップＳＴ６）。このとき、各運転レベルのランプ供給電力（ＰＬ（Ｙ））は、図７（ｄ）に示す制御部３−１に記録されているテーブルの運転レベルＹ＝０から後述するステップＳＴ１２により各レベルごとに段階的に決定される。
ＥＣＬ（Ｙ）＝ＥＲＬ×（ＰＬ（Ｙ）／ＰＬ（Ｘ）） （５）

上記運転レベル（Ｙ）と現在の運転レベル（Ｘ）が同じか否かを判断し（ステップＳＴ７）、同じであれば制御部３−１に運転レベル指令ＰＬ（Ｘ）をＰＬ（Ｙ）に置き換える指令を出し（ステップＳＴ８）、ＰＬ（Ｙ）のランプ供給電力をインバータ３−３から中圧紫外線ランプ９に供給する。

ステップＳＴ７において運転レベル（Ｙ）と運転レベル（Ｘ）が同じでなければ、（Ｙ）が８より小さいか否か、即ち最大運転レベル８を超えているか否かを判断し（ステップＳＴ９）、小さくなければ紫外線照射線量不足であり、インバータ電力供給制御装置３の表示部３−４にその旨を表示する（ステップＳＴ１０）。

ステップＳＴ９において、運転レベル（Ｙ）が最大運転レベル８より小さい場合は、計画処理水量の処理液を処理するのに必要な紫外線照射線量（ＥＳＴ）が各運転レベルにおける紫外線照射線量（ＥＣＬ（Ｙ））より小さいか否かを判断し（ステップＳＴ１１）、小さくなければ運転レベル（Ｙ）を１つ上げて（ステップＳＴ１２）、ステップＳＴ６からステップＳＴ９の処理を繰り返す。

ステップＳＴ１１において、ＥＳＴがＥＣＬ（Ｙ）より小さい場合は、運転レベル（Ｙ）が運転レベル（Ｘ）よりも小さいか否かを判断し（ステップＳＴ１３）、小さければ制御部３−１のレベルアップカウンタに運転レベル（Ｙ）を記憶する（ステップＳＴ１４）。制御部３−１においてＮ＝Ｎ＋１の計算をし（ステップＳＴ１５）、Ｎが３になったか否かを判断し（ステップＳＴ１６）、Ｎが３になるまでは１０秒間ずつ待機して（ステップＳＴ１７）、ステップＳＴ３からステップＳＴ１５まで繰り返す。Ｎが３となったら、制御部３−１のレベルアップカウンタをリセットし（ステップＳＴ１８）、レベルアップカウンタに記憶されていた運転レベル（Ｙ）に対応するランプ供給電力ＰＬ（Ｙ）をランプ供給電力ＰＬ（Ｘ）と置き換える指令を出し（ステップＳＴ８）、ＰＬ（Ｙ）のランプ供給電力をインバータ３−３から中圧紫外線ランプ９に供給する。

ステップＳＴ１３において、運転レベル（Ｙ）が運転レベル（Ｘ）よりも小さくなければ、制御部３−１のレベルダウンカウンタに（Ｙ）を記憶する（ステップＳＴ１９）。制御部３−１においてＮ＝Ｎ＋１の計算をし（ステップＳＴ２０）、Ｎが３になったか否かを判断し（ステップＳＴ２１）、Ｎが３になるまでは１０秒間ずつ待機して（ステップＳＴ２２）、ステップＳＴ３からステップＳＴ１３、ステップＳＴ１９、ステップＳＴ２０まで繰り返す。Ｎが３となったら、制御部３−１のレベルダウンカウンタをリセットし（ステップＳＴ２３）、レベルアップカウンタに記憶されていた（Ｙ）に対応するランプ供給電力ＰＬ（Ｙ）をＰＬ（Ｙ）と置き換える指令を出し（ステップＳＴ８）、ＰＬ（Ｙ）のランプ供給電力をインバータ３−３から中圧紫外線ランプ９に供給する。

上記の紫外線照射装置１の運転制御により、各運転レベルにおける紫外線照射線量ＥＣＬ（Ｙ）と計画処理水量の処理液を処理するのに必要な紫外線照射線量ＥＳＴを比較し、紫外線照射装置１の運転レベルを変更することにより、紫外線照射強度を目標の紫外線照射強度に容易に制御することができる。

なお、上記実施形態では、運転レベルを８段階で制御しているが本発明はこれに限定されるものではなく、無段階で紫外線照射装置の運転を制御しても良い。

本発明にかかる紫外線照射装置の概略構成例を示す図である。 本発明にかかる紫外線照射装置の処理槽の構成例を示す図である。 本発明にかかる紫外線モニタ装置の詳細を示す図である。 中圧紫外線ランプ供給電力と紫外線照射強度の関係を示す図である。 本発明にかかる紫外線照射装置のインバータ電力供給制御装置の概略構成例を示す図である。 本発明にかかる紫外線照射装置の運転制御フローを示す図である。 各データ入力値とテーブルを示す図である

符号の説明

１ 紫外線照射装置
２ 処理槽
２−１ 処理空間
２−２ 流入口
２−３ 流出口
３ インバータ電力供給制御装置
３−１ 制御部
３−２ インバータ制御部
３−３ インバータ
３−４ 表示部
４ 紫外線モニタ装置
４−１ 出力部
４−２ 紫外線測定ヘッド
４−３ 固定部材
５ 透過率計
６ 流量計
７ 流量制御弁
８ 流量制御弁
９ 中圧紫外線ランプ
１０ 保護管

Claims (1)

1. 処理槽内に外周保護管で保護された中圧紫外線ランプを設置し、該処理槽内に流入する処理液に該中圧紫外線ランプから紫外線を照射し、処理液を処理する紫外線照射装置において、
   前記処理槽内に流入する処理液の透過率を検出する透過率計を設け、
   前記中圧紫外線ランプから照射される紫外線照射強度を測定する紫外線モニタ装置を設け、
   前記紫外線モニタ装置の紫外線測定ヘッドの先端と前記保護管の間隔を反射紫外線等の外来ノイズを排除できる所定距離に設定し、
   前記紫外線モニタ装置設置時に前記中圧紫外線ランプに供給した電力と同じ電力を該ランプに供給し、
   前記紫外線モニタ装置で測定された現在の紫外線照射強度値をＩ ₀ 、現在の処理液透過率をＴ₁₀、該紫外線モニタ装置設置時の処理液の透過率をＴ₁₀’とした場合、下記の式を用いて現在の紫外線照射強度値Ｉ₀を透過率で補正した紫外線照射強度値Ｉ_ORを求め、該紫外線照射強度値Ｉ_ORと前記紫外線照射強度値Ｉ_Oを比較することにより、前記処理液の透過率の影響を排除し、Ｉ _OR ＜Ｉ _O であれば、前記中圧紫外線ランプの劣化、前記紫外線モニタ装置の紫外線測定ヘッドの汚染、及び保護管の汚染の少なくともいずれかであると判定する判定手段を設けたことを特徴とする紫外照射装置。
   Ｉ_OR＝Ｉ_O×Ｔ₁₀’／Ｔ₁₀

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