JP4768540B2

JP4768540B2 - ガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置

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Publication number: JP4768540B2
Application number: JP2006206934A
Authority: JP
Inventors: 輝堂劉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008029969A

Description

本発明は、一般に、ガス（例えば、オゾン）を含有している液体（例えば、水）にオンラインで光（例えば、紫外線光）を放射するための装置であって、特に、照明を囲む保護シース上の付着物を除去する洗浄手段が備えられたガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置に関する。

水は、例えば農業用、用水タンク用及び家庭用のような、多くの商業目的に用いられる重要な資源である。さらに、有害な薬品や微生物が含まれていない清浄な水は、人口が増加するにつれてより一層大切な資源となる。薬品および／または微生物を除去するための水の消毒は、清浄な水を手に入れるために重要な方法である。消毒物質として紫外線（以下、ＵＶと記す。）光を使用することは、水に有害な残留物を残すことがないため有用でよく知られている。しかしながら、従来のＵＶ反応装置の構成要素は、通常水の中に沈められ、内部で無機物の沈殿物や土がその構成要素に付着することで、エネルギー損失を引き起こす。

オゾンもまた、有害な残留物を残すことがないという有利な点があり、水を処理するのにしばしば用いられる。オゾンが水処理に適用されるとき、水の中にオゾンを溶かすため気液混合器が備えられていなければならない。しかしながら、ベンチュリ管を利用する従来の気液混合器では、低ガス溶解率とガス漏損という問題点がある。かかる問題点は、特許文献１に開示された流体力学的なオゾン発生手段に関する技術によって実質的に解消されている。

従って、オゾンとＵＶ光の両方を水処理に使うことで高精製水を製造することができる。通常、水処理のためには、オゾンとＵＶ光とを使用して高精製水を得るために、２つの別々の方法および装置が必要とされる。よって、オゾンと水を混合すると同時にＵＶ光を放射することできる単一の装置が提供されることが望ましい。さらに、その装置の構成要素上の付着物を除去するための洗浄手段が備えられていることが望ましい。
米国特許第６５３４０２３号明細書

本発明の第１の目的は、オゾンと水を混合させるとともにオンラインでＵＶ光を放射させることができる単一のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置を提供することである。本発明の他の目的は、エネルギー損失を減らすために照明を囲む保護シース上の付着物を除去することができる洗浄手段を提供することである。

本発明は、ガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置（a device for on-line radiating gas-containing liquid with light）に関する。この装置は、主として気液混合器、気液分離器、複数の照明及び洗浄手段を備えている。気液混合器は、液体を取り込む液体注入口と、ガスを取り込んで該ガスを前記液体に混合させ、前記ガスの少なくとも一部を前記液体中に溶解させて気液混合体を生成するように構成されたガス注入口と、気液混合体を流出させる気液排出口と、が備えられた構成からなる。前記気液混合器の詳細な構成としては、米国特許公報第６５３４０２３号に基づいている。気液分離器は、該気液分離器の内部に設けられ、下端部が前記気液混合器の前記気液排出口に接続され上端部が前記気液分離器の先端近くまで延在した状態で、前記上端部の先端が密封されているとともに該上端部の前記先端近くに複数の細孔が形成されている導管と、当該気液分離器の底部の近くに配設された排出口と、当該気液分離器の先端の近くに配置されたガス放出バルブと、が備えられた構成からなる。本発明に係る気液分離器に類似するものが、米国公開公報２００６−００３７８９９号に公開されており、符号３０が付されている。複数の照明は、それぞれに光を透過する保護シース内に同軸的に配置されている。保護シースは、気液分離器の中に配置され、導管の周りに該導管に略平行に設置され、気液分離器の底部に固定されている。洗浄手段は、保護シース上の付着物を除去するための洗浄手段であって、少なくとも一つの保持部材と、少なくとも一つの保持部材を駆動して保護シースに沿って軸方向に動かすための駆動手段と、を備えている。保持部材は、気液分離器の導管が挿通することを許容している複数の貫通孔及び中央孔を備えている。複数の貫通孔の各々は、その内部に前記保護シースそれぞれの上の付着物を削り落とす擦過機構を有している。保護シースのそれぞれは擦過機構を挿通している。運転の際には、気液混合体が、非溶解ガスとともに気液混合器の気液排出口から気液分離器の導管の中に吸い込まれ、導管の上端部にある複数の細孔を通って気液分離器の内壁に対して噴射され、そこで非溶解ガスが気液混合体から分離して気液分離器の先端近くに滞留してガス分圧を生じさせる。こ
のガス分圧は、気液混合体が下方に流れて複数の照明によって放射され、その後気液分離器の排出口から流出する際に、気液分離器のガス放出バルブによって調整可能になっている。

また、本発明の他の好適な実施例は、上述したガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置とともに用いられる擦過機構に関する。この擦過機構は、略中空円筒形のハウジング、環状のストッパー、及び少なくとも一つの環状のスクレーパーを備えている。ハウジングの底部には、インナーフランジが形成されている。ストッパーは、ハウジングに取り付けられてハウジング上部に嵌合されている。ストッパーとハウジングのインナーフランジとによりチャンバが形成されている。スクレーパーは、テーパー状の内端を有するとともに、チャンバ内に移動可能に配置され、ストッパーおよびインナーフランジの内径よりも小さい内径を有している。

本発明の上述した目的および利点は、添付図面を参照しつつ、以下の実施例の記載から一層明らかにされるであろう。

図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図２ａ、図２ｂ及び図３を参照すると、本発明の好適な実施例は、ガスを含有している液気液混合器１０、気液分離器２０、複数のＵＶランプ３０、洗浄手段５０および駆動ポンプ９０体内にてオンラインで光を放射するための装置である。ここで、ガスとしてはオゾンが用いられ、液体としては水が用いられ、光としてはＵＶ光が用いられる。このような装置は、主として気液混合器１０、気液分離器２０、複数のＵＶランプ３０、洗浄手段５０および駆動ポンプ９０を備えている。

気液混合器１０は略管状のものであり、その一端部には、水（液体）を取り込む液体注入口１２が設けられ、その側部には、オゾンの少なくとも一部を水中に溶解させ、オゾン混合水（気液混合体）を生成するべくオゾン（ガス）を取り込んでそのオゾンを水に混合させるようにするガス注入口１４が設けられ、その他端部には、オゾン混合水を流出させる気液排出口１６が設けられている。駆動ポンプ９０は、気液混合器１０の液体注入口１２に接続されて水を気液混合器１０に供給する市販のポンプである。気液分離器２０は、略中空円筒形のものであり、気液分離器２０の内部に設けられた導管２２が備えている。導管２２の下端部２２２は気液混合器１０の気液排出口１６に接続され、上端部２２４は気液分離器２０の先端２１近くまで延在している。上端部２２４の先端２２４ａは密封されているとともに上端部２２４の先端２２４ａ近くに複数の細孔２２４ｂが形成されている。排出口２４が気液分離器２０の底部２３の近くに配設されており、ガス放出バルブ２６が気液分離器２０の先端２１の近くに配置されている。また、液レベル監視手段１００が、オゾン混合水の液レベルを監視するために気液分離器２０に取り付けられて接続されており、出口管１１０が気液分離器２０の排出口２４に接続されている。気液分離器２０の外殻は、ステンレス鋼製である。気液分離器２０の底部２３には、複数のピン２３２が備えられている。

図２ａを参照すると、複数の保護シース４０が、気液分離器２０の中に配置され、導管２２の周りに導管２２と略平行に設置されている。また、複数のＵＶランプ３０は、ＵＶ光をそれぞれ透過する保護シース４０の中に同軸上に各々配置されている。保護シース４０は、耐熱性を有する石英を管状に形成したものから作製することが好ましい。この保護シース４０は、一端が気液分離器２０の底部２３に設けられた複数のピン２３２に嵌め込まれて固定され、他端が気液分離器２０の先端２１に連結されている。運転の際には、図３に示すように、気液混合体（図３に示す実線矢印）は、非溶解ガスとともに気液混合器１０の気液排出口１６から気液分離器２０の導管２２の中に吸い込まれる。そして、その気液混合体は、上端部２２４の複数の細孔２２４ｂを通って気液分離器２０の内壁１１に対して噴射され、そこで、非溶解オゾン（図３に示す破線矢印）がオゾン混合水から分離して気液分離器２０の先端２１近くに滞留し、ガス分圧が生じる。このガス分圧は、オゾン混合水が下方に流れて複数のＵＶランプ３０によって放射され、その後気液分離器２０の排出口２４から出口管１１０に流出する際に、気液分離器２０のガス放出バルブ２６によって調整可能になっている。水中でのオゾンの溶解が促進されることに加え、気液分離器２０の排出口２４での分圧によって、オゾン混合水が排出口２４から流出するのも同様に促進される。しかしながら、処理運転中、オゾン混合水の中に存在する付着物が気液分離器２０の保護シース４０に付着しているとエネルギー損失の原因となる。

洗浄手段５０は、気液分離器２０の保護シース４０上の付着物を除去するためのものであり、２つの保持部材６０と、２つの保持部材６０を気液分離器２０の保護シース４０に沿って軸方向に動かす駆動手段８０と、を備えている。２つの保持部材６０には、複数の貫通孔６２及び気液分離器２０の導管２２の通行を許容する中央孔６４がそれぞれ設けられている。複数の貫通孔６２には、各保護シース４０上の付着物を削り落とす擦過機構７０（図２ｂ参照。）がそれぞれ設けられている。各保護シース４０は、擦過機構７０にそれぞれ挿通されている。

図１ｃを参照とすると、２つの保持部材６０を動かす駆動手段８０は、枠体８５、駆動モータ８４、板材８６、及び３つの棒材８８を備えている。枠体８５は、ボルトによって気液分離器２０の先端２１に固定されており、枠体８５の周囲に設けられた複数の支柱８１と枠体８５の略中央に回転可能に配設されたウォームシャフト８２とを有している。駆動モータ８４は、ウォームシャフト８２を回転駆動させるため枠体８５に設けられている。板材８６は、複数の支柱８１の間に配置されており、ウォームシャフト８２のネジ山にかみ合う中央孔８６２が形成されている。板材８６は、回転しないようにスライド自在に複数の支柱８１に取り付けられている。３つの棒材８８は、上端部８８２がそれぞれ板材８６に固定され、気液分離器２０の先端２１にスライド可能に挿通されて２つの保持部材６０（図２ａ参照。）に固定されている。図１ａに示すように、ウォームシャフト８２を一方向（例えば時計回り）に回転駆動させるべく駆動モータ８４を稼動させると、板材８６がウォームシャフト８２に沿って下方に移動する。３つの棒材８８が板材８６に固定され、２つの保持部材６０が３つの棒材８８に固定されているので、２つの保持部材６０は板材８６に同調して動く。図１ｂに示すように、ウォームシャフト８２を他の方向（例えば反時計回り）に回転させるべく駆動モータ８４を駆動させると、２つの保持部材６０とともに板材８６が上方へ動く。それによって、図２ａに示すように、２つの保持部材６０に備えられた擦過機構７０が保護シース４０に沿って上下方向に動くことで、無機物の沈殿物のような保護シース４０上の付着物が除去される。

図４ａ、図４ｂを参照すると、擦過機構７０は、概ね、略中空円筒形のハウジング７２と、金属製の環状のストッパー７４と、第１の環状スクレーパー７６と、第２の環状スクレーパー７８とを備えた構成からなる。ハウジング７２は、その底部にインナーフランジ７２２が形成されている。ストッパー７４は、ハウジング７２に取り付けられてハウジング７２の上部７２６に嵌合されている。ストッパー７４は、その端部に、ハウジング７２に形成された貫通穴７２１に対応するネジ穴７４１が形成されており、ネジ７９が貫通穴７２１に挿入されてネジ穴７４１に螺合される。ストッパー７４とハウジング７２のインナーフランジ７２２とによりチャンバ７２８が形成されている。第２の環状スクレーパー７８は、第１の環状スクレーパー７６の下に配置されている。第１のスクレーパー７６の内端７６１は、その下縁７６２から上縁７６３に向けて先細りになっており、第２の環状スクレーパー７８の内端７８１は、上縁７８２から下縁７８３に向けて先細りになっている。第１、第２の環状スクレーパー７６、７８の内径や各保護シース４０の外径は、ストッパー７４の内径やハウジング７２のインナーフランジ７２２の内径よりも小さい。第１、第２の環状スクレーパー７６、７８やハウジング７２は、テフロン（登録商標）製であることが好ましい。第１の環状スクレーパー７６と第２の環状スクレーパー７８とは、チャンバ７２８内で互いに相対的に移動可能になっている。双方の環状スクレーパー７６、７８の設計により、保護シース４０上の付着物をより効果的に除去することができる。

図５ａ、図５ｂを参照すると、擦過機構７０の設計により、保護シース４０の僅かな傾きに起因する損傷から保護シース４０を保護することができる（保護シース４０の軸４９は、擦過機構７０の軸７５に重畳しない。）。各保護シース４０がそれぞれ擦過機構７０に挿通すると、スクレーパー７６、７８のテーパー状の内端７６１、７８１は、保護シース４０の外縁４１に適合する。各保護シース４０の外径がストッパー７４やハウジング７２のインナーフランジ７２２の内径よりも小さいため、保護シース４０とハウジング７２のインナーフランジ７２２との間、および保護シース４０とストッパー７４との間に隙間が存在している。したがって、スクレーパー７６、７８が保護シース４０の外縁４１に依然としてきつく接触している一方で、固定されたストッパー７４と一体となったハウジング７２は、保護シース４０の外縁４１に相対的に移動可能になっている。さらに、スクレーパー７６、７８は、保護シース４０の傾斜方向に応じて、チャンバ７２８内におけるそれらの配置を調整することができる。その結果、擦過機構７０は、保護シース４０の外縁４１に圧力が加わり過ぎたり、僅かな保護シース４０の傾きに起因して保護シース４０が分断したりすることがない。

したがって、本発明による好ましい実施の形態の装置によれば、効率的に水の中にオゾンが溶解され、水を殺菌するために、このオゾン混合水にＵＶ光を放射する。さらに、ＵＶ光が放射された水は水酸化イオンを生成し、この水酸化イオンは水の消毒にも有用である。

この発明は、この発明の精神及び本質を逸脱すること無しに他の具体的態様によっても実施することができる。したがって、上述の実施例は、説明的なものにすぎず、これに限定されると理解してはならない。特許請求の範囲及び特許請求の範囲の均等物の意味するところ及び範囲が整合するすべての変形は、この発明の技術的範囲に属するべきものである。

本発明に係る実施の形態における洗浄手段の保持部材が下方に動かされたときの平面図である。本発明に係る実施の形態における洗浄手段の保持部材が上方に動かされたときの平面図である。保護シースに沿って軸方向に動く保持部材を駆動させるための手段の拡大図である。複数の照明が保護シースの内部に同軸上で導管と略平行に配置された状況を表示する概略図である。洗浄手段の保持部材の概略図である。気液分離器の概略図である。擦過機構の断面図である。擦過機構の分解図である。擦過機構のスクレーパーに左側に傾いた保護シースを取り付ける状況を表示する断面図である。擦過機構のスクレーパーに右側に傾いた保護シースを取り付ける状況を表示する断面図である。

符号の説明

１０…気液混合器
１２…液体注入口
１４…ガス注入口
１６…気液排出口
２０…気液分離器
２２…導管
２２４ｂ…細孔
２３２…ピン
２４…排出口
２６…ガス放出バルブ
３０…照明（ＵＶランプ）
４０…保護シース
５０…洗浄手段
６０…保持部材
６２…貫通孔
６４…中央孔
７０…擦過機構
７２…ハウジング
７４…ストッパー
７２２…インナーフランジ
７２８…チャンバ
７６…第１の環状スクレーパー（スクレーパー）
７８…第２の環状スクレーパー（スクレーパー）
８０…駆動手段
８１…支柱
８２…ウォームシャフト
８４…駆動モータ
８５…枠体
８６…板材
８６２…中央孔
８８…棒材
９０…駆動ポンプ
１００…液レベル監視手段
１１０…出口管

Claims

気液混合器であって、
液体を取り込む液体注入口と、
ガスを取り込んで該ガスを前記液体に混合させ、前記ガスの少なくとも一部を前記液体中に溶解させて気液混合体を生成するように構成されたガス注入口と、
前記気液混合体を流出させる気液排出口と、
を備える気液混合器と、
気液分離器であって、
該気液分離器の内部に設けられ、下端部が前記気液混合器の前記気液排出口に接続され上端部が前記気液分離器の先端近くまで延在した状態で、前記上端部の先端が密封されているとともに該上端部の前記先端近くに複数の細孔が形成されている導管と、
前記気液分離器の底部の近くに配設された排出口と、
前記気液分離器の先端の近くに配置されたガス放出バルブと、
を備えた気液分離器と、
それぞれに光を透過する保護シース内に同軸的に配置された複数の照明であって、
前記保護シースは、前記気液分離器の中に配置され、前記導管の周りに該導管に略平行に設置されて前記気液分離器の底部に固定された複数の照明と、
前記保護シース上の付着物を除去するための洗浄手段であって、
前記気液分離器の導管が挿通することを許容している複数の貫通孔及び中央孔を備え、前記複数の貫通孔の各々は、その内部に前記保護シースそれぞれの上の付着物を削り落とす擦過機構を有しており、該擦過機構を通じて、前記保護シースそれぞれが挿通するように構成された少なくとも一つの保持部材と、
該少なくとも一つの保持部材を駆動して前記保護シースに沿って軸方向に動かすための駆動手段と、
を備えた洗浄手段と、
を備えてガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置において、
前記気液混合体が、非溶解ガスとともに前記気液混合器の前記気液排出口から前記気液分離器の前記導管の中に吸い込まれ、前記導管の上端部にある複数の細孔を通って前記気液分離器の内壁に対して噴射され、そこで前記非溶解ガスが前記気液混合体から分離して前記気液分離器の先端近くに滞留してガス分圧を生じさせ、
該ガス分圧が、前記気液混合体が下方に流れて前記複数の照明によって放射され、その後前記気液分離器の排出口から流出する際に、前記気液分離器の前記ガス放出バルブによって調整可能になっていることを特徴とするガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記光を透過する保護シースは石英管であり、前記光は紫外線であり、前記気液分離器の複数の照明は複数の紫外線ランプであることを特徴とする請求項１に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記少なくとも１つの保持部材を動かす駆動手段には、
前記気液分離器の先端に固定され、複数の支柱と枠体の略中央に回転可能に配設されたウォームシャフトとを備えた枠体と、
前記ウォームシャフトを回転駆動させるため前記枠体に設けられた駆動モータと、
前記複数の支柱の間に配置され、前記ウォームシャフトのネジ山に係合可能な中央孔が形成され、回転しないようにスライド自在に前記複数の支柱に取り付けられた板材と、
上端部が前記板材にそれぞれ固定され、前記気液分離器の先端にスライド可能に挿通されて前記少なくとも一つの保持部材に固定された複数の棒材と、
が備えられており、
これにより、前記ウォームシャフトを回転させるべく前記駆動モータを駆動させると、前記板材が前記ウォームシャフトに沿って軸方向に移動し、前記少なくとも一つの保持部材が前記複数の棒材によって動かされることを特徴とする請求項１に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記少なくとも一つの保持部材の前記擦過機構には、
底部にインナーフランジが形成された略中空円筒形のハウジングと、
該ハウジング内に取り付けられて該ハウジング先端に嵌合された環状のストッパーであって、該ストッパーと前記ハウジングの前記インナーフランジとがチャンバを形成しているストッパーと、
テーパー状の内端を有するとともに、前記チャンバ内に移動可能に配置され、前記ストッパーおよび前記インナーフランジの内径よりも小さい内径を有している、少なくとも一つの環状のスクレーパーと、
が備えられ、
前記保護シースの各々が前記擦過機構内を挿通するとき、前記スクレーパーの前記テーパー状の内端が前記保護シースの外縁に適合することを特徴とする請求項２に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記ガスはオゾンであり、前記液体は水であることを特徴とする請求項２に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記気液混合器の液体注入口に接続されて前記水を前記気液混合器に供給する駆動ポンプがさらに備えられていることを特徴とする請求項５に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記気液混合体内の液レベルを監視するべく前記気液分離器に取り付けられて連通され
た液レベル監視手段がさらに備えられていることを特徴とする請求項６に記載のガスを含
有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記気液分離器の前記排出口に接続された出口管がさらに備えられていることを特徴とする請求項７に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記気液分離器の底部には、前記保護シースに嵌め込まれて固定される複数のピンが備えられていることを特徴とする請求項８に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記少なくとも一つの環状のスクレーパーには、第１の環状スクレーパーと該第１の環状スクレーパーの下に配置された第２の環状スクレーパーとが備えられており、
前記第１の環状スクレーパーの内端は、下縁から上縁に向けて先細りになっており、前記第２の環状スクレーパーの内端は、上縁から下縁に向けて先細りになっており、
前記第１の環状スクレーパーと前記第２の環状スクレーパーとは、前記チャンバ内で互いに相対的に移動可能になっていることを特徴とする請求項４に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記ストッパーは、少なくとも一つのネジによって前記ハウジングに取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。
前記第１の環状スクレーパー、前記第２の環状スクレーパー及び前記ハウジングは、テフロン（登録商標）製であることを特徴とする請求項１１に記載のガスを含有している液体内にてオンラインで光を放射するための装置。