JP6119281B2 - 流体処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、浄水等の流体に紫外線を照射して殺菌処理を行う流体処理装置に関する。

従来、被処理水が流通する筒状の処理槽に、該被処理水の流れに沿って延びる管状の紫外線ランプを設置し、殺菌などを行う流水処理用の紫外線照射装置が知られている。係る紫外線照射装置は、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（例えば、特許文献１参照）。
ところで、この種の紫外線照射装置では、所定の殺菌能力を維持するために、経時劣化によって光量が低下した紫外線ランプを新しいものに交換する必要があり、光センサーによって紫外線ランプの照度低下を検出している。例えば、特許文献２に記載の装置では、処理槽内に、紫外線ランプに囲まれた状態で照度測定装置を設けて、当該照度測定装置で紫外線ランプの照度を測定している。

特開２００７−２１４３４号公報 特許第４１８６０７８号公報

しかしながら、処理槽内に、紫外線ランプに囲まれた状態で照度測定装置を設けた場合、複数の紫外線ランプの光が照度測定装置に同時に入射するため、全てのランプから発せられる紫外光を合算した値でしか、紫外線ランプの照度を測定することができなかった。よって、複数の紫外線ランプのうち、特定のランプの照度が極端に低下したことは検出することが出来ず、処理槽内の照度分布の崩れにより処理能力が低下する場合があった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、複数の紫外線ランプの個別の光量を検出することができる流体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、被処理流体が流通する処理槽と、前記処理槽の中心の周りに収められた複数の紫外線ランプと、前記紫外線ランプが各々挿入された保護管に沿って往復移動し当該保護管の表面を清掃するクリーニングプレートの駆動軸を前記処理槽の中心に有した清掃機構と、を備えた流体処理装置において、前記紫外線ランプの光量を検出するセンサーと、先端部に光導入部を有し、前記紫外線ランプの光を前記センサーに導く少なくとも１つの導光体と、を備え、前記導光体には、特定方向からの光を前記光導入部に入射させる反射面と、前記導光体を前記反射面と一体に回転させて前記光導入部を、前記紫外線ランプの各々に対して振り向け自在にする回転機構と、が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、上記流体処理装置において、前記導光体を、前記光導入部が少なくとも前記駆動軸の陰に隠れない位置に配置したことを特徴とする。

また本発明は、上記流体処理装置において、前記センサーにより検出される前記紫外線ランプの光量の光量低下の度合いで、各ランプの劣化を判断することを特徴とする。

本発明によれば、処理槽内に配置された少なくとも１つの導光体で、複数の紫外線ランプの光量を個別に取り込むことができる。

本発明の実施形態に係る流体処理装置の構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 紫外線検出機構の構成を模式的に示す図である。 本発明の変形例としての導光体の構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は４５度の鏡面で入射光を導入する導光体、（Ｂ）は曲面鏡で入射光を導入する導光体、（Ｃ）は導光体の先端の曲面形状により入射光を導入する導光体を示す図である。 本発明の変形例としての紫外線検出機構の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る流体処理装置１の一態様として、浄水場に設けられ、浄水処理の水を殺菌対象物の被処理水として殺菌（消毒）を行い、耐塩素性病原微生物を不活性化する流水殺菌装置を説明する。

図１は、本発明を適用した実施形態に係る流体処理装置１の構成を示す模式図である。
流体処理装置１は、図１に示すように、筐体を構成する円筒状の処理槽２と、この処理槽２の内部に設けられた複数本の紫外線ランプ体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、その両端の開口がフランジ４、５により閉塞されている。処理槽２の外側面には、一方の端部に設けられ、被処理水を導入する導入ポート６と、他方の端部に設けられ、殺菌処理した被処理水を導出する導出ポート７と、が配設されている。
導入ポート６からは、殺菌前の被処理水が所定の流量（或いは流圧）を保ちながら処理槽２に導入され、その流圧によって処理槽２内を導出ポート７に向かって移動する。そして、被処理水は、処理槽２内を移動中に紫外線ランプ体３からの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は、直管型の紫外線ランプ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（保護管）９とを有している。ランプスリーブ９は、処理槽２の中心軸Ｃに沿って延在し、両端部のフランジ４，５を貫通するように設けられ、その両端が開口し、ランプスリーブ９内への空気の流通が確保され、結露防止が図られている。ランプスリーブ９は、各端部がフランジ４，５に支持され、処理槽２内の流圧に耐え得る強度で保持されている。
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いる。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亘って紫外線が照射される。

処理槽２には、図２に示すように、例えば４本の紫外線ランプ体３を配設する構成とすることが出来る。４本の紫外線ランプ体３は、処理槽２の中心軸Ｃから所定半径の円周に沿って互いに等間隔に配置されている構成であっても良いし、或いは、中心軸Ｃからの距離、及び、隣り合う紫外線ランプ体３間の距離がそれぞれ異なる位置に配設されている構成であっても良い。
ところで、流体処理装置１の殺菌能力は、各紫外線ランプ体３の紫外線の出力に依存している。流体処理装置１では、紫外線ランプ８を収容したランプスリーブ９の表面にスケール等が付着した場合、ランプスリーブ９の透過率が低下し、これにより紫外線ランプ体３の紫外線の出力が低下するため、殺菌能力も低下する。また、紫外線ランプ８の紫外線の出力は、経時劣化に伴って低下するため、これに因っても、殺菌力が低下する。

流体処理装置１には、紫外線ランプ体３の紫外線の出力低下により、殺菌力が低下するのを防止するために、図１に示すように、処理槽２の内部に、清掃機構２０と、紫外線検出機構３０と、を備えている。
清掃機構２０は、ランプスリーブ９の表面を清掃するための機構である。清掃機構２０により、定期的にランプスリーブの表面に付着したスケール等を清掃することで、ランプスリーブ９の透過率の低下を防止する。

清掃機構２０は、駆動軸２３と、当該駆動軸２３に沿って処理槽２の両端部間を往復移動可能に設けられた移動体２４と、当該移動体２４に連結されたクリーニングプレート２５と、クリーニングプレート２５に支持され、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２２と、クリーニングプレート２５を支持するガイドシャフト２８と、を備えている。駆動軸２３は、例えばボールねじから構成され、処理槽２の中心軸Ｃ上に配置される。駆動軸２３は、一端がフランジ４に支持され、他端がフランジ５を貫通して、回転力伝達機構２７により、駆動モーター２６に連結されている。駆動モーター２６によって、駆動軸２３が回転駆動されると、移動体２４が駆動軸２３に沿って移動する。移動体２４の移動に伴って、移動体２４に連結されたクリーニングプレート２５が移動し、これにより、クリーニングブラシ２２がランプスリーブ９の外周表面を払拭し、ランプスリーブ９の清掃が行われる。

クリーニングプレート２５は、非清掃時には、紫外線ランプ８の紫外線の影を生じさせないようにすべく、処理槽２の端部近傍であって、導入ポート６よりもフランジ４側に停留するように構成されている。そして、ランプスリーブ９を清掃するときには、駆動モーター２６の駆動に伴って導出ポート７よりもフランジ５側を折り返し点として、クリーニングプレート２５を処理槽２内で往復移動させる。このクリーニングプレートの往復移動に伴ってクリーニングブラシ２２がランプスリーブ９の外周表面を払拭して、ランプスリーブ９の清掃が行われ、ランプスリーブ９の汚れによる紫外線の出力低下が防止される。

次に、紫外線検出機構３０の構成について説明する。
紫外線検出機構３０は、空間紫外線照度モニターであり、図３に示すように、導光体３１と、この導光体３１を装着するスリーブ（保護管）３２と、導光体３１により導かれた紫外線の照度を検出するセンサー３３と、導光体３１を回転駆動する回転機構３４と、を備えている。
導光体３１は、例えば石英等の紫外線に対して十分な透過性を有する導光棒から形成され、スリーブ３２に装着されて、紫外線ランプ８と平行に処理槽２の内部に設けられる。処理槽２の内部には、少なくとも１つの導光体３１が配設される。導光体３１は、駆動軸２３が、各紫外線ランプ体３からの紫外線の陰にならない位置に配設される（図２参照）。例えば、複数の紫外線ランプ体３のうち、少なくとも１つの紫外線ランプ体３からの紫外線が、駆動軸２３が陰となり、導光体３１に導入できない場合には、複数の紫外線検出機構３０を処理槽２の内部に設ける構成であっても良い。

導光体３１は、一端側がフランジ４を貫通し、処理槽２の外部に処理槽２の密閉性を保って突出するように設けられている。導光体３１は、例えば、導光体３１の外周に嵌装された不図示のＯリングを、フランジ４との間に介在させて、処理槽２の密閉性を保つ構成をすることが出来る。導光体３１の他端側である先端部３５は、長手軸線に対して斜め４５度の角度に切断されて、この切断面は、紫外線ランプ８の紫外線を取り込む導光部（光導入部）３５Ａとして形成されている。導光部３５Ａには、導光体３１の切断面の外側に、例えばアルミ蒸着等の光を反射する手段が講じられ、入射光Ｌの反射を向上させている構成であっても良い。これにより、導光体３１は、軸線と、導光部３５Ａの法線の両方を含む面内で、かつ、導光体３１の軸線に対してほぼ垂直方面からの入射光Ｌに対して著しい入射許容特性を示す。

導光体３１は、先端部３５が、紫外線ランプ８の発光長内に位置する長さに形成される。導光体３１は、導光部３５Ａから入射した紫外線を、センサー３３に導く構成であっても良いし、或いは、導光部３５Ａから入射した紫外線を蛍光体により可視光に変換して、センサー３３に導く構成であっても良い。

スリーブ３２は、石英から円筒状に形成され紫外線透過性を有し、開口する一端部がフランジ４に支持されている。
センサー３３は、導光部３５Ａが設けられた導光体３１の先端部３５の反対端に装着されている。導光部３５Ａから導光体３１に入射した光は、導光体３１によりセンサー３３に導かれる。センサー３３は、導光体３１により導かれた光の強度に応じた電気信号を出力し、紫外線ランプ８の紫外線の照度を検出する。

また、導光体３１には、処理槽２の外部に設けられた回転機構３４が連結されている。回転機構３４は、導光体３１を、長手軸線を中心に回転させるための機構、例えばモーター、を備えている。また、回転機構３４は、回転する導光体３１の先端部３５の導光部３５Ａが向いている方向を把握するための機構、例えばエンコーダーも有している。紫外線検出機構３０は、この回転機構３４により、導光体３１の導光部３５Ａを、紫外線ランプ８の各々に対して振り向け自在に構成されている。

導光部３５Ａは、上述したように、特定の方向からの光に対して強い入射許容特性を有する構成である（図２参照）。そして、紫外線検出機構３０は、回転機構３４により導光体３１を回転させ、導光部３５Ａが向いている方向と、センサー３３が出力する電気信号の強弱とを同期させて監視することで、各紫外線ランプ８の紫外線の照度を個別に監視する。なお、回転機構３４は、導光体３１を、間欠的、もしくは、連続的に回転させる。また、回転機構３４は、導光体３１を、例えば１分、或いは、それ以上の時間をかけてゆっくりと回転させる構成とすることが出来る。

導光体３１は、配列された複数の紫外線ランプ８の幾何学的中心位置に配置されているとは限らない。そのため、紫外線検出機構３０に、導光体３１から見た各紫外線ランプ８の配置方向を予め記憶しておく構成とすることができる。これにより、導光体３１の回転角度に応じたセンサー３３の検出結果から、各紫外線ランプ８の紫外線の出力の強弱や低下を個別に監視することが出来る。
また、紫外線検出機構３０は、センサー３３により検出される紫外線ランプ８の光量の光量低下の度合いで、各紫外線ランプ８の劣化を判断する。これにより、導光体３１と各紫外線ランプ８との間の距離が、紫外線ランプ８毎に異なっていても、各紫外線ランプ８の劣化を個別に判断することが出来る。
また、複数の紫外線検出機構３０を処理槽２の内部に設ける場合には、導光体３１毎に備えられたセンサー３３により検出される紫外線の照度に基づいて、各紫外線ランプ８の出力の強弱や低下を個別に監視する。

このように、本実施形態によれば、各紫外線ランプ８の紫外線の出力の強弱や低下を個別に識別することができる。これにより、複数の紫外線ランプ８のうち、特定のランプが著しい照度低下を起こす等して、処理槽２内の紫外線の光量分布が大きく崩れて、流水の処理能力が低下した場合、それを速やかに検知することができる。
また、ランプ自体やランプを点灯させるための電源装置が調光点灯に対応している場合は、局部的な照度低下に伴う処理能力の低下の検知にとどまらず、調光作用と制御的に連動させることによって照度低下を起こしたランプの照度だけを引き上げることで、正常なランプの照度を不必要に引き上げることなく所定の処理能力を維持しながら運転を継続させることが可能となる。

次に、導光体３１の変形例について、図４及び図５を用いて説明する。
導光体３１は、上述したように、導光体３１の先端部３５が、長手軸線に対して斜め４５度の角度に切断されて、この切断面が導光部３５Ａとして形成されている形態に限られるものではない。例えば、図４（Ａ）に示すように、導光体３１の先端部３５は、軸線に対して垂直に切断されて導光部（光導入部）３５Ｂが形成された構成としても良い。そして、導光体３１の先端に設けられた導光部３５Ｂから所定距離離れた位置に、導光体３１の軸線に対して４５度の角度で設けられ、導光部３５Ｂに反射面を向けたミラー３６を有する構成であっても良い。ミラー３６は、入射光Ｌを導光部３５Ｂに向けて反射させて、入射光Ｌを導光体３１に入射させる。

このように、ミラー３６を有した導光体３１では、ミラー３６の反射面が向いている方向からの光に対して強い入射許容特性を有する。各紫外線ランプ８の紫外線の照度を個別に監視するためには、上述した回転機構３４により、導光体３１を回転させ、導光体３１の先端部３５に取り付けられたミラー３６を導光体３１と一緒に回転させる構成とすることができる。また、導光体３１は、固定した構成とし、図示しないミラー回転機構により、ミラー３６だけを回転させて、ミラー３６の反射面を紫外線ランプ８の各々に対して振り向け自在とする構成とすることができる。この構成によれば、導光体３１及びミラー３６を一緒に回転させる、或いは、ミラー３６を導光体３１の軸線を中心に回転させることで、ミラー３６により導光体３１を介してセンサー３３に導かれた各紫外線ランプ８の紫外線の照度を個別に検出することが出来る。

また、導光体３１は、図４（Ｂ）に示すように、導光部３５Ｂから所定距離離れた位置に、導光部３５Ｂに特定の方向からの光を入射させる曲面の反射面を向けた曲面ミラー３７を有する構成であっても良い。曲面ミラー３７は、各紫外線ランプ８の紫外線の照度を個別に監視するために、導光体３１と一緒に回転される構成であっても良いし、或いは、図示しないミラー回転機構により、曲面ミラー３７だけが回転される構成であっても良い。このように、曲面ミラー３７により入射光Ｌを導光体３１に導く構成とすることによって、棒状の紫外線ランプ８の長手方向に広い範囲の光を導光体３１に送り込むことが可能となる。よって、監視対象となる各紫外線ランプ８の長手方向の広い範囲の紫外線を拾う、或いは、紫外線ランプ８の任意の部分の紫外線を拾うことが可能となる。

また、導光体３１は、図４（Ｃ）に示すように、先端部３５が特定の方向からの光を入射させる曲面形状に切断されている構成であっても良い。そして、先端部３５の切断面の外側には、例えばアルミ蒸着等の光を反射する手段が講じられ、入射光Ｌの反射が向上された導光部３５Ｃが形成されている構成であっても良い。これにより、導光体３１は、導光部３５Ｃに導光体３１の軸線に対してほぼ垂直方面から入射した入射光Ｌを、軸線に沿って、センサー３３に導くことが出来る。

また、紫外線検出機構３０は、図５に示すように、スリーブ（保護管）３２内に、紫外線ランプ８毎に設けられた複数の導光体３１を備えている構成であっても良い。そして、各導光体３１は、導光部３５Ａが、対応する紫外線ランプ８に向けて配置される。各導光体３１には、対応する紫外線ランプ８の紫外線が入射する。紫外線検出機構３０は、センサー３３に光を導く導光体３１を選択的に切替可能に構成されている。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、被処理流体が流通する処理槽２と、処理槽２の中心軸（中心）Ｃの周りに収められた複数の紫外線ランプ８と、紫外線ランプ８が各々挿入されたランプスリーブ９に沿って往復移動し当該ランプスリーブ９の表面を清掃するクリーニングプレート２５の駆動軸２３を処理槽２の中心軸Ｃに有した清掃機構２０と、を備えた流体処理装置１において、紫外線ランプ８の光量を検出するセンサー３３と、先端部３５に導光部３５Ａを有し、紫外線ランプ８の光をセンサー３３に導く少なくとも１つの導光体３１と、を備え、導光体３１の導光部３５Ａを、紫外線ランプ８の各々に対して振り向け自在に設けた、または、導光体３１を紫外線ランプ８毎に設けた。この構成によれば、処理槽２内に配置された少なくとも１つの導光体３１で、複数の紫外線ランプ８の光量を個別に取り込むことができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、導光体３１を、導光部３５Ａが少なくとも駆動軸２３の陰に隠れない位置に配置した。この構成によれば、この構成によれば、複数の紫外線ランプ８の各々から紫外線を導光体３１に導いて、複数の紫外線ランプ８の光量を個別に検出することができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、センサー３３を、導光体３１毎に備えたため、各導光体３１に入射する紫外線を、導光体３１毎に備えられたセンサー３３に其々導入することが出来る。これにより、同時に複数の導光体３１から、１つのセンサー３３に入射光Ｌが導入されることがない。よって、複雑な算術システムを用いることなく、複数の紫外線ランプ８の光量を個別に検出することができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、センサー３３に、紫外線ランプ８の光量を導く導光体３１を切替可能とした。この構成によれば、導光部３５Ａが、対応する紫外線ランプ８を向いた複数の導光体３１を、紫外線ランプ８毎に設けた構成において、センサー３３に紫外線ランプ８の光量を導く導光体３１を切替ることができる。よって、複数の紫外線ランプ８の各々から紫外線を対応する導光体３１に其々導いて、センサー３３により、複数の紫外線ランプ８の光量を個別に検出することができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、センサー３３により検出される紫外線ランプ８の光量の光量低下の度合いで、各紫外線ランプ８の劣化を判断する。この構成によれば、導光体３１と各紫外線ランプ８との間の距離が、紫外線ランプ８毎に異なっていても、複数の紫外線ランプ８の劣化を個別に判断することが出来る。

なお、上記実施形態は本発明を適用した具体的態様の例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、上記実施形態とは異なる態様として本発明を適用することも可能である。例えば、上記実施形態では、処理槽２を円筒状に形成したが、これに限らず、処理槽２は、多角柱状である構成であっても良い。
また、上記実施形態では、流体処理装置１の処理対象を浄水とする例について説明したが、これに限らず、処理槽２内部に紫外線ランプ８を備え、被処理流体をこの処理槽２内で移動させて殺菌する装置であれば、任意の装置に本発明を適用することができる。また、被処理流体として、流体全般に適用することが可能であり、水などの液体の他に、空気等の気体に適用することが出来る。

１ 流体処理装置
２ 処理槽
８ 紫外線ランプ
９ ランプスリーブ（保護管）
２０ 清掃機構
２３ 駆動軸
２５ クリーニングプレート
３０ 紫外線検出機構
３１ 導光体
３３ センサー
３４ 回転機構
３５Ａ 導光部（光導入部）
３５Ｂ 導光部（光導入部）
３５Ｃ 導光部（光導入部）
Ｃ 中心軸（中心）

Claims (3)

1. 被処理流体が流通する処理槽と、前記処理槽の中心の周りに収められた複数の紫外線ランプと、前記紫外線ランプが各々挿入された保護管に沿って往復移動し当該保護管の表面を清掃するクリーニングプレートの駆動軸を前記処理槽の中心に有した清掃機構と、を備えた流体処理装置において、
   前記紫外線ランプの光量を検出するセンサーと、
   先端部に光導入部を有し、前記紫外線ランプの光を前記センサーに導く少なくとも１つの導光体と、を備え、
   前記導光体には、特定方向からの光を前記光導入部に入射させる反射面と、前記導光体を前記反射面と一体に回転させて前記光導入部を、前記紫外線ランプの各々に対して振り向け自在にする回転機構と、が設けられている
   ことを特徴とする流体処理装置。
2. 前記導光体を、前記光導入部が少なくとも前記駆動軸の陰に隠れない位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
3. 前記センサーにより検出される前記紫外線ランプの光量の光量低下の度合いで、各ランプの劣化を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の流体処理装置。

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