JP5803215B2 - 紫外線処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、浄水等の殺菌に好適な紫外線処理技術に関する。

従来、流体が流通する筒状の処理槽に、流体の流れに沿って延びる棒状の紫外線ランプを複数設置し、殺菌などを行う紫外線処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。係る紫外線処理装置は、浄水場に設置されて原水の浄水処理や各種工業用水の処理に好適に用いられている。この紫外線処理装置では、同一出力の紫外線ランプを使用し、複数の紫外線ランプは処理槽の中心軸の周りに等間隔に配置されている。

特開２００３−２３６５３４号公報

ところで、処理槽内を流れる流体の流速は均一ではなく、処理槽への流体の出入口の配置位置によっては、流体の流速に大きなばらつきが生じる。流体は、流れが速くなるほど処理槽内における滞留時間が短くなり、流体が受ける紫外線照射量が低くなる。
紫外線処理装置は、多くの場合、紫外線照射量の最も少ない部分を基準にして性能が評価されるため、最低紫外線照射量が低いほど、性能が低く評価されてしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、最低紫外線照射量を上げて評価性能を向上させた紫外線処理装置の流体処理方法及び紫外線処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、筒状の処理槽に等間隔で配置された棒状の複数本の紫外線ランプを収め、当該処理槽の入口から流体を導入し前記紫外線ランプで紫外線照射処理し前記処理槽の出口から導出する紫外線処理装置において、前記紫外線ランプに沿って移動するクリーニングブラシを前記処理漕内に配置し、前記クリーニングブラシの移動を支持する複数の棒材を紫外線ランプの間隔内に配置し、一の棒材が前記入口に寄って対向し、前記入口に対向する前記処理槽の前記内壁面近傍に一の紫外線ランプが位置するように、前記入口を前記処理槽の側面に設け、前記入口に対向する前記内壁面に沿って前記処理槽内で流体の流れが速い箇所が形成されるように、前記出口を設けて、前記一の紫外線ランプによって、前記内壁面に沿った前記処理槽内で流体の流れが速い箇所の紫外線照度を流れが遅い箇所の紫外線照度よりも高めたことを特徴とする。

上記構成において、前記入口から前記出口に至る流体の経路全体に亘り、紫外線照度を高めてもよい。

上記構成において、前記流体の流れが速い箇所の近傍に位置する紫外線ランプの光量を、他の紫外線ランプの光量よりも高めてもよい。

上記構成において、前記入口に対向する前記処理槽の内側面側に前記紫外線ランプを寄せて配置してもよい。

本発明によれば、処理槽内で流体の流れが速い箇所の紫外線照度を流れが遅い箇所の紫外線照度よりも高めたため、最低紫外線照射量を上げて紫外線処理装置の評価性能を向上できる。

本発明の第１の実施の形態に係る紫外線処理装置の縦断面を示す模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。 複数の紫外線ランプの出力を同一とした場合の紫外線照度を解析した結果を示す図であり、（Ａ）は紫外線処理装置の横断面における紫外線照度分布を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）における紫外線照度の指標を示す図である。 複数の紫外線ランプの出力を同一とした場合の流体の経路による紫外線照射量を解析した結果を示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図１の紫外線処理装置の内部における流体の流路を、前方から、右方から、後方から見た図として示し、（Ｄ）は（Ａ）−（Ｃ）における紫外線照射量の指標を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る紫外線処理装置の横断面を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る紫外線処理装置の横断面を示す模式図である。 図６の紫外線照射装置の紫外線照度を解析した結果を示す図であり、（Ａ）は紫外線処理装置の横断面における紫外線照度分布を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）における紫外線照度の指標を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る紫外線処理装置の横断面を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る紫外線処理装置の一態様として、浄水場に設けられ、浄水処理後の水を殺菌対象物として殺菌（消毒）を行い、耐塩素性病原微生物を不活性化する紫外線処理装置を説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は第１の実施の形態に係る紫外線処理装置の断面を示す模式図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。
これらの図に示すように、紫外線処理装置１は、筐体を構成する円筒状の処理槽２と、この処理槽２に内設された複数（本実施の形態では、３本）の棒状の紫外線ランプ体３とを有している。

処理槽２は、例えばステンレス鋼から形成され、その上下の開口がフランジ４，５により閉塞されている。処理槽２の側面２Ａの下方には、水を導入する導入ポート（入口）６が配設され、また、側面２Ａの上方には、殺菌処理した水を導出する導出ポート（出口）７が配設されている。導入ポート６からは、殺菌前の水が所定の流量（或いは流圧）を保ちながら処理槽２内に導入され、その流圧によって処理槽２内を上方の導出ポート７に向かって移動する。そして、水は処理槽２内を移動中に上記紫外線ランプ体３による紫外線の照射を受けて殺菌され導出ポート７から外部に吐出される。

紫外線ランプ体３のそれぞれは、直管状の紫外線ランプ８と、この紫外線ランプ８を装着する例えば石英ガラスから形成された紫外線透過性の円筒管としてのランプスリーブ９とを有している。
ランプスリーブ９のそれぞれは、処理槽２の中心軸Ｃと平行に延在し、上下のフランジ４，５を貫通するように設けられ、その両端が開口している。
上記紫外線ランプ８は、ランプスリーブ９に装着した際に、導入ポート６から導出ポート７に亘って延在する程度の長さを有して構成されており、これにより、導入ポート６から導出ポート７に至る流路の全範囲にわたって紫外線が照射される。

３本の上記紫外線ランプ体３は、図２に示すように、処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周に沿って等間隔に配置されており、中心軸Ｃからみて隣り合う２つの紫外線ランプ体３がなす角度θが各々１２０度（＝３６０度／３）と等角度になっている。
また、紫外線ランプ体３は、３本に限らず、Ｎ（Ｎ≧２を満たす自然数）本の紫外線ランプ体３を処理槽２に内設する構成としても良い。但し、この構成においても、Ｎ本の紫外線ランプ体３のそれぞれは、処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周に沿って等間隔に配置され、中心軸Ｃからみて隣り合う２つの紫外線ランプ体３がなす角度が、各々３６０度／Ｎと等角度になされる。

処理槽２には、各ランプスリーブ９の表面を清掃するクリーニングプレート１１が内設されている。クリーニングプレート１１には、ランプスリーブ９が嵌め込まれる環状のクリーニングブラシ１２が設けられている。クリーニングプレート１１は、モータ１３の駆動によって処理槽２の下端から上端の間を定期的に往復移動可能に構成され、この移動によりクリーニングブラシ１２でランプスリーブ９の表面に付着したスケール等の汚れが除去される。これにより、ランプスリーブ９の表面の汚れによって紫外線透過率が低下することがなく殺菌能力を維持できる。

図３は複数の紫外線ランプ８の出力を同一とした場合の紫外線照度を解析した結果を示す図であり、図３（Ａ）は紫外線処理装置１の横断面における紫外線照度分布を示す図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における紫外線照度の指標を示す図である。図４は複数の紫外線ランプ８の出力を同一とした場合の流体の経路による紫外線照射量を解析した結果を示す図であり、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）はそれぞれ、図１の紫外線処理装置１の内部における流体の流路を、前方から、右方から、後方から見た図として示し、図４（Ｄ）は図４（Ａ）−図４（Ｃ）における紫外線照射量の指標を示す図である。
図３に示すように、紫外線照度は、導入ポート６入口で最も低い照度Ｋ０となっており、処理槽２内では、紫外線ランプ体３に近づくにつれて高くなり、処理槽２の中心軸Ｃ側の紫外線ランプ体３周囲で最も高い照度Ｋ１となる。また、処理槽２内では、隣り合う紫外線ランプ体３の間に位置する処理槽２の内周面（例えば、導入ポート６に対向する内側面２Ｂ）近傍でも、紫外線照度が最も低い照度Ｋ０となっている。

また、図４に示すように、処理槽２内では、流体が様々な経路を通って流れており、その経路の長さは均一でないため、経路によって流体の処理槽２内における滞留時間が異なる。略螺旋状に流れる流体は、導入ポート６から導出ポート７への経路が長く流れが遅いため、その紫外線照射量が高くなる。例えば紫外線ランプ体３の周囲を螺旋状に延びる経路Ａでは、流体の紫外線照射量は、導入ポート６から導出ポート７に至る間に紫外線照射量Ｌ０から紫外線照射量Ｌ１に増加する。

一方、略直線状に流れる流体は、導入ポート６から導出ポート７への経路が短く流れが速いため、紫外線照射量は低くなる。例えば、導入ポート６に対向する内側面２Ｂに沿って延びる経路Ｂでは、流体の紫外線照射量は、導入ポート６から導出ポート７に至る間に紫外線照射量Ｌ０から紫外線照射量Ｌ１より低い紫外線照射量Ｌ２となる。
紫外線処理装置１では、紫外線照射量の最も低い部分を基準にして性能が評価されるため、図４に示すように、紫外線照射量が大きくばらついていて最低紫外線照射量が低いと、性能が低く評価されてしまう。

そこで、本実施の形態では、処理槽２内で流体の流れが速い箇所の紫外線照度を流れが遅い箇所の紫外線照度よりも高めている。より詳細には、図２に示すように、各紫外線ランプ８に紫外線ランプ８Ａ〜８Ｃと符号を付して各々を区別して表記すると、紫外線処理装置１は、流体の流れが速い箇所の近傍に位置する紫外線ランプ８Ａ，８Ｂの光量を、他の紫外線ランプ８Ｃの光量よりも高める構成としている。この構成としては、例えば、導入ポート６に対向する内側面２Ｂの近傍に位置する紫外線ランプ８Ａ，８Ｂに他の紫外線ランプ８Ｃよりも出力の高い紫外線ランプを使用することが好適である。
したがって、光量の多い紫外線ランプ８Ａ，８Ｂにより、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂ側に、より多くの紫外線を照射できるので、紫外線照射量のばらつきを小さくし、最低紫外線照射量を上げることができ、その結果、紫外線処理装置１の評価性能を向上できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、処理槽２内で流体の流れが速い箇所の紫外線照度を流れが遅い箇所の紫外線照度よりも高め、より具体的には、導入ポート６を処理槽２の側面２Ａに設け、導入ポート６に対向する処理槽２の内側面２Ｂ側で、導入ポート６から導出ポート７に至る流体の経路全体に亘り、紫外線照度を高めた構成とした。この構成により、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂ側に多くの紫外線を照射できるので、最低紫外線照射量を上げて紫外線処理装置１の評価性能を向上できる。

また、本実施の形態によれば、処理槽２に複数本の紫外線ランプ８Ａ〜８Ｃを収め、流体の流れが速い箇所の近傍に位置する紫外線ランプ８Ａ，８Ｂの光量を、他の紫外線ランプ８Ｃの光量よりも高める構成とした。この構成により、例えば、紫外線ランプ８Ａ〜８Ｃを処理槽２の中心軸Ｃの周りに等間隔に配置できるので、紫外線処理装置１の構成を簡略化できる。

＜第２の実施の形態＞
図２に示す紫外線処理装置１では、処理槽２に複数本の紫外線ランプ８Ａ〜８Ｃ（紫外線ランプ体３）を収めていたが、図５に示す紫外線処理装置１００では、処理槽２に１本の紫外線ランプ体３を収めている。なお図５では、図２に示す紫外線処理装置１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
紫外線処理装置１００では、処理槽２の中心軸Ｃに対し、導入ポート６に対向する内側面２Ｂ側に紫外線ランプ体３を寄せて配置している。
したがって、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂに、より多くの紫外線を照射できるので、紫外線照射量のばらつきを小さくし、最低紫外線照射量を上げることができ、その結果、紫外線処理装置１００の評価性能を向上できる。

このように、本実施の形態では、導入ポート６に対向する処理槽２の内側面２Ｂ側に紫外線ランプ体３（紫外線ランプ８）を寄せて配置する構成とした。この構成により、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂ側に多くの紫外線を照射できるので、最低紫外線照射量を上げて紫外線処理装置１００の評価性能を向上できる。

＜第３の実施の形態＞
図２に示す紫外線処理装置１では、流体の流れが速い箇所の近傍に位置する紫外線ランプ８Ａ，８Ｂの光量を、他の紫外線ランプ８Ｃの光量よりも高めていたが、図６に示す紫外線処理装置２００では、導入ポート６に対向する内側面２Ｂ側に紫外線ランプ体３を寄せて配置している。なお図６では、図２に示す紫外線処理装置１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。また図６では、各紫外線ランプ体３に紫外線ランプ体３Ａ〜３Ｃと符号を付して各々を区別して表記する。
紫外線処理装置２００では、複数本（例えば、３本）の紫外線ランプ８に同一出力の紫外線ランプを使用するとともに、１本の紫外線ランプ体３Ａが導入ポート６に対向する内側面２Ｂの最近傍に位置するようにし、また紫外線ランプ体３Ａ〜３Ｃを処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周に沿って等間隔に配置している。このように構成した紫外線処理装置２００の紫外線照度を図７に示す。

図７は、紫外線照射装置２００の紫外線照度を解析した結果を示す図であり、図７（Ａ）は紫外線処理装置の横断面における紫外線照度分布を示す図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）における紫外線照度の指標を示す図である。なお図７では、図３に示す紫外線照度と同一の紫外線照度となる部分には同一の符号を付すものとする。
図３に示す複数の紫外線ランプ体３の出力を同一とした紫外線照射装置１では、流体の流れが速い、導入ポート６に対向する内側面２Ｂ近傍において、紫外線照度が最も低い照度Ｋ０となっていたが、図７に示す紫外線照射装置２００では、流体の流れが速い内側面２Ｂ近傍において、紫外線照度が照度Ｋ０よりも高い照度Ｋ２となっている。
したがって、内側面２Ｂの近傍に配置した紫外線ランプ体３Ａにより、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂ側に多くの紫外線を照射できるので、紫外線照射量のばらつきを小さくし、最低紫外線照射量を上げることができ、その結果、紫外線処理装置２００の評価性能を向上できる。

このように、本実施の形態では、導入ポート６に対向する内側面２Ｂの最近傍に寄せて紫外線ランプ体３Ａ（紫外線ランプ８）を配置する構成とした。この構成により、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂ側に多くの紫外線を照射できるので、最低紫外線照射量を上げて紫外線処理装置２００の評価性能を向上できる。また、紫外線ランプ８に同一の紫外線ランプを用いることができるので、部品種類を少なくし、部品管理が容易になる。
なお、本実施の形態において、内側面２Ｂに近い紫外線ランプ体３Ａの光量を他の紫外線ランプ体３Ｂ，３Ｃの光量より高くしてもよい。この場合、例えば、内側面２Ｂに近い紫外線ランプ体３Ａの紫外線ランプ８に他の紫外線ランプ体３Ｂ，３Ｃの紫外線ランプ８よりも出力の高い紫外線ランプを使用すればよい。

＜第４の実施の形態＞
図２に示す紫外線処理装置１では、流体の流れが速い箇所の近傍に位置する紫外線ランプ８Ａ，８Ｂの光量を、他の紫外線ランプ８Ｃの光量よりも高めていたが、図８に示す紫外線処理装置３００では、導入ポート６に対向する内側面２Ｂ側に紫外線ランプ体３を寄せて配置している。なお図８では、図２に示す紫外線処理装置１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。また図８では、各紫外線ランプ体３に紫外線ランプ体３０３Ａ〜３０３Ｃと符号を付して各々を区別して表記する。

紫外線処理装置３００では、複数本（例えば、３本）の紫外線ランプ８に同一出力の紫外線ランプを使用するとともに、複数本（本実施の形態では２本）の紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂを導入ポート６に対向する内側面２Ｂ側に寄せて配置している。より詳細には、紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂを、処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周上に、導入ポート６に対向する内側面２Ｂ側に寄せて配置している。すなわち、本実施の形態では、内側面２Ｂ側に寄せて配置される紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂがなす角度θ１（θ１＜θ）は、内側面２Ｂ側に寄せて配置される紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂと他の紫外線ランプ体３０３Ｃがなす角度θ２（θ２＞θ）より小さくなる。ここで、角度θは、図２に示すように、３本の紫外線ランプ体３を処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周に沿って等間隔に配置した場合に、隣り合う２つの紫外線ランプ体３がなす角度である。

したがって、紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂにより、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂ側に多くの紫外線を照射できるので、紫外線照射量のばらつきを小さくし、最低紫外線照射量を上げることができ、その結果、紫外線処理装置３００の評価性能を向上できる。

このように、本実施の形態では、導入ポート６に対向する内側面２Ｂに紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂ（紫外線ランプ８）を寄せて配置する構成とした。この構成により、最低紫外線照射量となる内側面２Ｂに多くの紫外線を照射できるので、最低紫外線照射量を上げて紫外線処理装置３００の評価性能を向上できる。また、紫外線ランプ８に同一の紫外線ランプを用いることができるので、部品種類を少なくし、部品管理が容易になる。

なお、本実施の形態において、内側面２Ｂに近い紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂの光量を他の紫外線ランプ体３０３Ｃの光量より高くしてもよい。この場合、例えば、内側面２Ｂに近い紫外線ランプ体３０３Ａ，３０３Ｂの紫外線ランプ８に他の紫外線ランプ体３０３Ｃの紫外線ランプ８よりも出力の高い紫外線ランプを使用すればよい。
また、本実施の形態では、紫外線ランプ体３０３Ａ〜３０３Ｃは、処理槽２の中心軸Ｃと同心円の円周上に配置されたが、紫外線ランプ体３０３Ａ〜３０３Ｃの配置方法はこれに限定されるものではない。

上記第１〜第４の実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、導入ポート６及び導出ポート７は処理槽２の周方向の同一位置に設けられていたが、処理槽２の周方向でずらして設けられてもよい。

１ 紫外線処理装置
２ 処理槽
３ 紫外線ランプ体
２Ａ 側面
２Ｂ 内側面
６ 導入ポート（入口）
７ 導出ポート（出口）
８ 紫外線ランプ
９ ランプスリーブ

Claims (4)

1. 筒状の処理槽に等間隔で配置された棒状の複数本の紫外線ランプを収め、当該処理槽の入口から流体を導入し前記紫外線ランプで紫外線照射処理し前記処理槽の出口から導出する紫外線処理装置において、
   前記紫外線ランプに沿って移動するクリーニングブラシを前記処理漕内に配置し、前記クリーニングブラシの移動を支持する複数の棒材を紫外線ランプの間隔内に配置し、
   一の棒材が前記入口に寄って対向し、前記入口に対向する前記処理槽の前記内壁面近傍に一の紫外線ランプが位置するように、前記入口を前記処理槽の側面に設け、
   前記入口に対向する前記内壁面に沿って前記処理槽内で流体の流れが速い箇所が形成されるように、前記出口を設けて、
   前記一の紫外線ランプによって、前記内壁面に沿った前記処理槽内で流体の流れが速い箇所の紫外線照度を流れが遅い箇所の紫外線照度よりも高めたことを特徴とする紫外線処理装置。
2. 前記入口から前記出口に至る流体の経路全体に亘り、紫外線照度を高めたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線処理装置。
3. 前記流体の流れが速い箇所の近傍に位置する紫外線ランプの光量を、他の紫外線ランプの光量よりも高めたことを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線処理装置。
4. 前記入口に対向する前記処理槽の内側面側に前記紫外線ランプを寄せて配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の紫外線処理装置。