JP6726090B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理液体を紫外線処理するための紫外線照射装置に関し、特に、紫外線の反射光をモニタし、反射光の経時的変化による液体処理効率の変化に適切に対処しうるようにした紫外線照射装置に関する。

紫外線照射装置は、浄水場でのクリプトスポリジウム等の耐塩素性病原生物対策（クリプトスポリジウムの不活化）、水処理プラントで使用する紫外線殺菌装置（微生物の不活化・殺菌）、光塩素化や促進酸化などの光反応装置（光塩素化は塩素化合物の生成、促進酸化は一例としてTOC（全有機体炭素）濃度の低減）など、様々な用途で使用されている。液体処理用紫外線照射装置には内部照射型と外部照射型がある。内部照射型の典型的な例は円筒形のステンレス容器に紫外線を透過する円管（ランプ保護管）を挿入し、その円管内に紫外線を発光する光源を入れる。被処理液体（例えば水）はステンレス容器の内側であり、円管（ランプ保護管）の外側である空間を流れる。一方、外部照射型は紫外線を透過する円管内に被処理液体（例えば水）が流れ、光源はこの円管の外部（周囲）に設置する。

内部照射型では光源からの紫外線だけでなく、円筒形ステンレス容器の内面をバフ研磨や電解研磨することで内壁から紫外線を反射させ、その反射光も被処理液体中の微生物の不活化や光反応に寄与する。一方、外部照射型では光源からの紫外線の一部が被処理液体（水）を流す円管を直接照射するが、残りは円管外に無駄に放射されることになる。そこで、そのような無駄を少なくするために、外部照射型の装置の周辺に反射板を設置して、被処理液体（水）を流す円管に向けて該反射板により紫外線を反射させ、その反射光が該円管に照射するような工夫を施すことも行われている。

ところで、内部照射型の容器の内面（反射面）では、被処理液体（水）に溶解している鉄やマンガンあるいは硬度分などの無機物等の付着やステンレスのルージュ生成などのために、反射率が徐々に低下する。また、外部照射型の装置の周辺に配置された反射板においては、空気中の塵や埃などの付着によって反射率が徐々に低下する。このような反射面又は反射板の反射率の経時的変化（低下）は、被処理液体に対する紫外線処理の効率に影響を及ぼすので、適切にモニタすることが望ましい。この点、従来より、紫外線照射装置において紫外線センサを設けることにより、紫外線をモニタすることが行われている（例えば特許文献１〜３）。しかし、従来の紫外線照射装置における紫外線センサは、紫外線ランプからの直射光と反射光とを区別することなく受光するものであり、反射率の低下を単独で適切にモニタできるものではなかった。

特開２０１１−１８３２９５ 特開２０１３−１８４０９４ 特許４８１４２１９

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、紫外線の反射光を単独でモニタし、反射光の変化に適切に対処しうるようにした紫外線照射装置を提供しようとするものである。

本発明に係る紫外線照射装置は、被処理液体を流す流路と、前記流路を流れる前記被処理液体に紫外線を照射するための紫外線ランプと、前記紫外線ランプからの紫外線を反射して前記流路を流れる前記被処理液体に照射する反射構造と、前記反射構造で反射される紫外線を受光するように配置された紫外線センサと、前記紫外線ランプから放射された紫外線を前記紫外線センサが直接的に受光しないように遮蔽する遮蔽構造とを備える。
別の観点に従う本発明に係る紫外線照射装置は、被処理液体を流す流路と、前記流路を流れる前記被処理液体に紫外線を照射するための紫外線ランプと、前記紫外線ランプからの紫外線を反射して前記流路を流れる前記被処理液体に照射する反射構造と、モニタ用の紫外線光源と、前記モニタ用の紫外線光源からの紫外線を反射するモニタ用の反射体と、前記モニタ用の反射体で反射された紫外線を受光するように配置された紫外線センサとを備え、前記反射構造で反射される紫外線を前記紫外線センサにより模擬的にモニタすることを特徴とする。

本発明によれば、遮蔽構造を備えることにより、反射構造で反射される紫外線を受光するように配置された紫外線センサが、紫外線ランプから放射された紫外線を直接的に受光しないように、確実に遮蔽することができ、反射構造で反射される紫外線を正確にモニタすることができる。また、モニタ用の紫外線光源と、前記モニタ用の紫外線光源からの紫外線を反射するモニタ用の反射体と、前記モニタ用の反射体で反射された紫外線を受光するように配置された紫外線センサとを備えることにより、反射構造で反射される紫外線を模擬的にモニタすることができる。こうして、反射構造における反射率の低下を単独でモニタすることができる。これにより、反射光の変化に対応して紫外線照射処理を適切に管理することができる。例えば、反射率の経時的変化の適切な判断に基づき紫外線ランプの調光や間引き点灯などの制御を行うことができる。あるいは、反射率の低下に応じて反射構造の清掃等を行うべき時期を適切に判断することができる。

内部照射型に適用した本発明に係る紫外線照射装置の一実施例を概略的に示すスケルトン透視図。 内部照射型に適用した本発明に係る紫外線照射装置の別の実施例を概略的に示すスケルトン透視図。 外部照射型に適用した本発明の紫外線照射装置の一実施例を概略的に示す斜視図。

図１は本発明の紫外線照射装置１の一実施例を概略的に示すスケルトン透視図であり、処理容器２内に紫外線ランプ３が設置される内部照射型の紫外線照射装置１である。紫外線ランプ３は紫外線透過性の保護管４内に挿入された状態で、ステンレス製の処理容器２内に液密に設置される。容器２の内壁面２ａは、ステンレス素材により凹状の鏡面（反射面）をなしており、紫外線ランプ３からの紫外線を反射する。処理容器２には、被処理液体の入口及び出口（共に図示省略）が設けられており、入口から導入された被処理液体が、出口に向かって容器２内を流れる過程で、紫外線ランプ３から放射された紫外線の直接光により照射されると共に、容器２の内壁面２ａからの紫外線反射光により照射され、殺菌等の紫外線処理が施される。こうして、処理容器２は、被処理液体を流す流路として機能し、容器２の内壁面２ａは、紫外線ランプ３からの紫外線を反射して、該流路を流れる被処理液体に紫外線反射光を照射する反射構造として機能する。

紫外線透過性の保護管４内には、紫外線遮断のための遮蔽壁４ａが設けられ、該遮蔽壁４ａによってランプ収納スペースとセンサ収納スペースとが仕切られている。ランプ収納スペースには紫外線ランプ３が収納され、センサ収納スペースには紫外線センサ５が収納される。紫外線センサ５は、その受光面５ａが容器２の内壁面２ａ（反射面）に向くように、かつ、紫外線ランプ３から放射された紫外線を直接的に受光しないように、配置される。遮蔽壁４ａは、紫外線ランプ３からの直接光が紫外線センサ５の受光面５ａに入らないようにするために役立つ。特に図示しないが、必要に応じて、紫外線ランプ３からの直接光が紫外線センサ５の受光面５ａに入らないようにするための、その他の遮蔽構造を更に適宜設けてよい。こうして、紫外線センサ５により、容器２の内壁面２ａ（反射面）で反射される紫外線がモニタされる。なお、処理容器２内に１以上の紫外線ランプ３が設置され得るが、反射光モニタ用の紫外線センサ５は、必ずしも紫外線ランプ毎に設ける必要がなく、少なくとも１つ設ければよい。

紫外線センサ５によって検知された紫外線反射光の受光情報は、紫外線照射装置１における紫外線照射処理の制御のために使用され、もって、紫外線反射光の変動に対応して紫外線照射処理を適切に管理することができる。例えば、容器２の内壁面２ａ（反射面）の反射率の経時的変化を適切にモニタすることに基づき、紫外線ランプ３の調光や間引き点灯（複数設置した紫外線ランプ３の選択的点灯）などの制御を行うことができる。あるいは、容器２の内壁面２ａ（反射面）の反射率の低下に応じて内壁面２ａ（反射面）の清掃等を行うべき時期を適切に判断することができる。一例として、紫外線センサ５のほかに種々のセンサ等を紫外線照射装置１において設けると共に制御装置（不図示）を設け、該制御装置に紫外線センサ５の出力及びその他のセンサ等の出力を入力し、また、制御装置において反射光モニタ値と紫外線照射装置１の処理性能との相関性を予め把握しておき、紫外線センサ５によって検知した紫外線反射光のモニタ値及びその他のセンサ等によって検出された処理流量あるいはTOC濃度等の情報から紫外線ランプ３の調光及び／又は間引き点灯などの制御を行うように構成することができる。なお、間引き点灯は、紫外線照射装置１において複数の紫外線ランプ３を設けた場合に、そのうち１以上の紫外線ランプ３を選択的に点灯することからなる。

ところで、紫外線ランプ３からの紫外線放射性能は、その点灯時間の累積に伴って経時劣化により減衰する。また、紫外線ランプ３が低圧水銀ランプの場合、その紫外線強度は水温の影響を受けて変動する。そのため、反射光をモニタリングする紫外線センサ５の検出値を利用するにあたっては、そのような光源（紫外線ランプ３）の照度低下分を考慮した補償を行うのが好ましい。たとえば、初期の紫外線センサ５の検出値をＩ₀とし、紫外線ランプ３の累積点灯時間が5,000時間経過後の紫外線センサ５の検出値をＩとするとき、紫外線ランプ３の累積点灯5,000時間経過時での紫外線照度維持率が80％とすると、実際の反射の低下率は、Ｉ／Ｉ₀ではなく、「（Ｉ／Ｉ₀）÷0.8」として求めるのが正しい。この場合、紫外線ランプ３の紫外線照度維持率は、反射光モニタ用の紫外線センサ５とは別の紫外線センサによって紫外線ランプ３から放射される紫外線の直接光をモニタすることに基づき判定してもよいし、あるいは、紫外線ランプ３の積算点灯時間や被処理液体の水温などから予想するようにしてもよい。この場合、紫外線の直接光をモニタするための前記別の紫外線センサは、処理容器２の内壁面２ａのいずれかの位置に設置すればよく、そうすれば、内壁面２ａからの反射光を受光することなく、直接光のみを適切に検知することができる。その場合、紫外線直接光をモニタするための前記別の紫外線センサが受光する紫外線の光路長と反射光モニタ用の前記紫外線センサ５が受光する紫外線の光路長とが異なってくるようであれば、該光路長の相違及び被処理液体の透過率もパラメータに含めて、必要な補正・補償を行えばよい。図１における符号２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、そのような紫外線直接光をモニタするための前記別の紫外線センサを配置する位置を例示的に示しており、いずれかの位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃに１つの直接光モニタ用の紫外線センサを設ければよい。

図２は本発明の紫外線照射装置１の別の実施例を概略的に示すスケルトン透視図であり、図１と同様の内部照射型の紫外線照射装置１である。図２において、図１と異なる点は、反射光モニタ用の紫外線センサ５が、処理容器２の内壁面２ａで反射された紫外線ランプ３からの紫外線の反射光ではなく、モニタ用の紫外線光源６からの紫外線をモニタ用の反射板７で反射した反射光を受光するように構成されている点である。

すなわち、図２の例においては、紫外線透過性の保護管４において、紫外線遮蔽壁４ａによってランプ収納スペースから仕切られたセンサ収納スペース内に、モニタ用の紫外線光源６と反射光モニタ用の紫外線センサ５が収納される。容器２の内部であって且つ保護管４の外側の所定の部位に、モニタ用の反射体７が設置される。モニタ用の紫外線光源６から放射された紫外線が保護管４を透過して反射体７で反射され、その反射体７からの反射光が保護管４を透過して反射光モニタ用の紫外線センサ５の受光面５ａで受光されるように構成されている。なお、詳しい図示は省略しているが、紫外線ランプ３から放射される紫外線の直接光及び容器２の内壁面２ａで反射された紫外線ランプ３からの紫外線の反射光の両者が、図２の紫外線センサ５の受光面５ａに入らないように、適宜の遮蔽構造を設けるか、若しくは反射体７の構造を湾曲した遮蔽とする等、適宜の付加的構成が採用される。

反射体７は、処理容器２の内壁面２ａと同様のステンレス素材からなり、該内壁面２ａと略同様の反射特性を示す。そして、反射体７は、処理容器２の内部の被処理流体の流路空間に配置される、内壁面２ａと同様の環境下におかれる。従って、反射体７は、処理容器２の内壁面２ａの紫外線反射状況をシミュレートするものである。一方、モニタ用の紫外線光源６も、処理用の紫外線ランプ３の紫外線放射状況をシミュレートし得るように、該紫外線ランプ３と同様の特性の紫外線を放射するように構成される。たとえば、処理用の紫外線ランプ３が254nmを主波長とする低圧水銀ランプの場合、モニタ用の紫外線光源６として同様の波長特性の低圧水銀ランプを用いるか、あるいは略同様の240nm〜290nm付近を主波長とするLED光源を用いてもよい。波長によって反射率が異なることに対しては、その比を補正すればよい。このように、図２の例では、該紫外線センサ５は、モニタ用の紫外線光源６からの紫外線をモニタ用の反射板７で反射した光を受光することにより、内壁面２ａ（反射構造）で反射される紫外線を模擬的にモニタする。

こうして、図２の実施例においては、モニタ用の紫外線光源６、反射体７、紫外線センサ５の組合せにより、容器２の内壁面２ａ（反射面）で反射される紫外線の状況を模擬的にモニタすることができる。そして、図２の実施例においても、前述の図１の実施例と同様に、反射光モニタ用の紫外線センサ５によって検知された受光情報は、紫外線照射装置１における紫外線照射処理の制御のために使用され、もって、紫外線反射光の変動に対応して紫外線照射処理を適切に管理することができる。

なお、図２の例においても、モニタ用の紫外線光源６を、処理用の紫外線ランプ３と同じ時間だけ点灯した場合は、前述と同様に、点灯時間の累積に伴う経時劣化により減衰する紫外線放射性能（照度低下）を考慮した補償を行うのが好ましい。他方、モニタ用の紫外線光源６は、処理用の紫外線ランプ３と同じ時間だけ点灯することなく、反射光量検出を行うときだけ一時的に点灯するようにしてもよい。たとえば、モニタ用の紫外線光源６の点灯を、数分から１時間程度の範囲内の適宜の長さに限った点灯を、１日から１年程度の範囲内の適宜の周期で断続的に行うようにしてよい。そうした場合は、モニタ用の紫外線光源６の積算点灯時間はさほど長くならないので、経時劣化による紫外線放射性能の減衰（照度低下）を無視することができ、前述のような補償は不要である。

図３は外部照射型に適用した本発明の紫外線照射装置１０の実施例を概略的に示す斜視図である。処理容器１１は、紫外線透過性素材からなる円筒側面を有するパイプ形状を成しており、その内部に被処理液体が充填された状態で矢印方向に流される。処理容器１１の外部に紫外線ランプ３が配置され、該紫外線ランプ３から放射された紫外線の直接光が処理容器１１の側面壁を透過して内部の被処理液体に照射される。また、処理容器１１の外部において適切な配置で反射板１２が設けられ、紫外線ランプ３からの紫外線を反射してその反射光を処理容器１１の側面に向け、これによって、処理容器１１の側面壁を透過した紫外線反射光によっても処理容器１１の内部の被処理液体が照射処理される。こうして、処理容器１１は、被処理液体を流す流路として機能し、容器１１の外部に設けられた反射板１２は、紫外線ランプ３からの紫外線を反射して、該流路を流れる被処理液体に紫外線反射光を照射する反射構造として機能する。

反射板１２の近傍において、反射光をモニタするための紫外線センサ５が配置される。紫外線センサ５は、その受光面５ａが反射板１２に向くように、かつ、紫外線ランプ３から放射された紫外線を直接的に受光しないように、適宜の遮蔽構造（不図示）を適宜伴って配置される。こうして、紫外線センサ５により、反射板１２で反射される紫外線が適切にモニタされる。なお、パイプ状の処理容器１１の数は１個に限らず複数平行に設けられていてよく、また、その外部に設ける紫外線ランプ３及び反射板１２も１以上設置され得るが、反射光モニタ用の紫外線センサ５は、必ずしも反射板毎に設ける必要がなく、少なくとも１つ設ければよい。

図３のような外部照射型の紫外線照射装置１０においても、前記図２の場合と同様に、処理容器１１の外部にモニタ用の紫外線光源６と反射体７を設置し、紫外線センサ５はモニタ用の反射体７からの紫外線反射光を受光するようにすることができる。しかし、この点についての図示は省略する。

図３のような外部照射型の紫外線照射装置１０において本発明を適用した場合においても、前述と同様に、紫外線センサ５によって検知された紫外線反射光の受光情報が、紫外線照射装置１０における紫外線照射処理の制御のために使用され、もって、紫外線反射光の変動に対応して紫外線照射処理を適切に管理することができる。

１ 紫外線照射装置（内部照射型）
２ 処理容器
２ａ 容器の内壁面
３ 紫外線ランプ
４ 紫外線透過性の保護管
４ａ 遮蔽壁
５ 紫外線センサ
５ａ 受光面
６ モニタ用の紫外線光源
７ モニタ用の反射体
１０ 紫外線照射装置（外部照射型）
１１ 処理容器
１２ 反射板
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 直接光モニタ用の紫外線センサの配置

Claims (5)

1. 被処理液体を流す流路と、
   前記流路を流れる前記被処理液体に紫外線を照射するための紫外線ランプと、
   前記紫外線ランプからの紫外線を反射して前記流路を流れる前記被処理液体に照射する反射構造と、
   前記反射構造で反射される紫外線を受光するように配置された紫外線センサと、
   前記紫外線ランプから放射された紫外線を前記紫外線センサが直接的に受光しないように遮蔽する遮蔽構造と
   を備える紫外線照射装置。
2. 被処理液体を流す流路と、
   前記流路を流れる前記被処理液体に紫外線を照射するための紫外線ランプと、
   前記紫外線ランプからの紫外線を反射して前記流路を流れる前記被処理液体に照射する反射構造と、
   モニタ用の紫外線光源と、
   前記モニタ用の紫外線光源からの紫外線を反射するモニタ用の反射体と、
   前記モニタ用の反射体で反射された紫外線を受光するように配置された紫外線センサと
   を備え、前記反射構造で反射される紫外線を前記紫外線センサにより模擬的にモニタすることを特徴とする紫外線照射装置。
3. 前記流路は前記被処理液体を流す管体からなり、
   前記紫外線ランプは前記管体内に配置され、
   前記反射構造は前記管体の内壁面である、請求項１又は２の紫外線照射装置。
4. 前記流路は前記被処理液体を流す紫外線透過性の管体からなり、
   前記紫外線ランプは前記管体の外部に配置され、
   前記反射構造は前記管体の外部に設けられた反射面である、請求項１又は２の紫外線照射装置。
5. １以上の前記紫外線ランプが設けられ、少なくとも前記紫外線センサの出力に基づき前記紫外線ランプの調光及び／又は前記１以上の紫外線ランプの間引き点灯を行うことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかの紫外線照射装置。

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