JP6807174B2 - Ultraviolet irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線照射装置に関し、詳しくは、浄水処理や下水処理等において、紫外線を用いて水中の微生物の殺菌や有機物の酸化を行う紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device, and more particularly to an ultraviolet irradiation device that sterilizes microorganisms in water and oxidizes organic substances by using ultraviolet rays in water purification treatment, sewage treatment, and the like.
従来から、紫外線を照射して、被処理水に含まれる微生物や病原性原虫の殺菌や消毒をする紫外線照射水処理装置が知られている。紫外線光源として、近年は、紫外線LEDが注目されており、紫外線LEDを用いた紫外線照射水処理装置としては、処理槽となる管体の内側に多数の紫外線LEDを配置したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, an ultraviolet irradiation water treatment device that sterilizes or disinfects microorganisms and pathogenic protozoans contained in the water to be treated by irradiating with ultraviolet rays has been known. In recent years, ultraviolet LEDs have been attracting attention as an ultraviolet light source, and as an ultraviolet irradiation water treatment device using an ultraviolet LED, a device in which a large number of ultraviolet LEDs are arranged inside a tube body serving as a treatment tank is known. (See, for example, Patent Document 1.).
前述のように、処理槽の内側に紫外線LEDを配置した場合は、メンテナンス性などに難点があるため、外側に紫外線LEDを配置することが考えられる。しかし、処理槽の外側に紫外線LEDを配置する場合、処理槽として、紫外線を透過する材料、例えば、石英ガラス製の透明管を使用する必要があるが、管壁の肉厚や内径、石英ガラスの屈折率などの各種条件に応じて紫外線LEDの配置状態を最適化する必要がある。 As described above, when the ultraviolet LED is arranged inside the processing tank, it is conceivable to arrange the ultraviolet LED on the outside because there is a difficulty in maintainability and the like. However, when the ultraviolet LED is arranged outside the processing tank, it is necessary to use a material that transmits ultraviolet rays, for example, a transparent tube made of quartz glass, as the processing tank, but the wall thickness and inner diameter of the tube wall and quartz glass It is necessary to optimize the arrangement state of the ultraviolet LED according to various conditions such as the refractive index of the ultraviolet LED.
そこで本発明は、石英ガラス製の透明管を処理槽として使用した場合における紫外線LEDの配置状態を最適化した紫外線照射装置を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultraviolet irradiation device that optimizes the arrangement state of ultraviolet LEDs when a transparent tube made of quartz glass is used as a processing tank.
上記目的を達成するため、本発明の紫外線照射装置は、内周面に紫外線を反射させる反射部を有する管状石英ガラス製の処理槽の外周に複数の紫外線LEDを配置し、該紫外線LEDからの紫外線を、前記処理槽に形成した照射孔を通して処理槽内を流れる被処理水に照射する紫外線照射装置において、前記複数の紫外線LEDは、前記処理槽の外周の周方向にあらかじめ設定された間隔でリング状に設けられるとともに、該リング状に設けられた紫外線LEDが処理槽の軸線方向にあらかじめ設定された間隔で複数箇所に設けられ、前記照射孔を通る各紫外線の光軸を、前記処理槽の軸線に交わる方向で、かつ、前記処理槽の直径方向の直線に対して処理槽の上流側又は下流側にあらかじめ設定された角度で傾斜させるとともに、前記処理槽の軸線方向に隣接する紫外線LEDからの紫外線を透過する照射孔は、照射孔同士の処理槽軸線方向の間隔をL、前記処理槽の内径をD、前記直径方向の直線に対する光軸の角度をθ、前記照射孔の内径をFとしたときに、L=2Dtanθ+F又はL=2Dtanθ−Fとなる位置に設け、前記直径方向の直線に対する光軸の角度θは15〜25度の範囲であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the ultraviolet irradiation device of the present invention, a plurality of ultraviolet LEDs are arranged on the outer periphery of a processing tank made of tubular quartz glass having a reflecting portion for reflecting ultraviolet rays on the inner peripheral surface, and the ultraviolet LEDs are used. In the ultraviolet irradiation device that irradiates the water to be treated flowing in the treatment tank through the irradiation holes formed in the treatment tank, the plurality of ultraviolet LEDs are arranged at preset intervals in the circumferential direction of the outer periphery of the treatment tank. In addition to being provided in a ring shape, ultraviolet LEDs provided in the ring shape are provided at a plurality of locations at preset intervals in the axial direction of the treatment tank, and the optical axes of each ultraviolet ray passing through the irradiation holes are set in the treatment tank. An ultraviolet LED that is inclined in the direction intersecting the axis of the treatment tank and at a preset angle on the upstream side or the downstream side of the treatment tank with respect to the straight line in the radial direction of the treatment tank, and is adjacent to the axis direction of the treatment tank. For the irradiation holes that transmit ultraviolet rays from the ultraviolet rays, the distance between the irradiation holes in the axial direction of the treatment tank is L, the inner diameter of the treatment tank is D, the angle of the optical axis with respect to the straight line in the radial direction is θ, and the inner diameter of the irradiation hole is defined as θ. When F is set , it is provided at a position where L = 2Dtanθ + F or L = 2Dtanθ−F, and the angle θ of the optical axis with respect to the straight line in the radial direction is in the range of 15 to 25 degrees .
さらに、本発明の紫外線照射装置は、前記処理槽の内径が200mmであり、管壁の肉厚が6.5mmであり、前記角度θが20度であり、前記照射孔が周方向に等間隔で30箇所に設けられていることを特徴としている。 Furthermore, the ultraviolet irradiation apparatus of the present invention is the internal diameter of the pre-Symbol treatment tank is 200 mm, a wall of thickness is 6.5 mm, the angle θ is 20 degrees, the illumination hole is circumferentially equal It is characterized in that it is provided at 30 places at intervals.
本発明の紫外線照射装置によれば、処理槽内を流れる被処理水に対して効率よく紫外線処理を行うことができる。これにより、紫外線LEDの設置数を最小化し、消費電力の低減を図りながら、紫外線処理効率の向上を図ることができる。 According to the ultraviolet irradiation device of the present invention, it is possible to efficiently perform ultraviolet treatment on the water to be treated flowing in the treatment tank. As a result, the number of installed ultraviolet LEDs can be minimized, power consumption can be reduced, and the ultraviolet processing efficiency can be improved.
図1及び図2は、本発明の紫外線照射装置の一形態例を示している。紫外線照射装置11は、管状石英ガラス製の処理槽12の外周に、図示しないリング状の電気配線基板等を備えたリング状LED支持部材に装着された状態で、複数の紫外線LED13をリング状に配置している。前記処理槽12には、少なくとも内周面に紫外線を反射させる処理を施した反射部12aが形成されるとともに、前記紫外線LED13からの紫外線を処理槽12内に照射する部分には、紫外線を透過させる照射孔12bがそれぞれ設けられている。各紫外線LED13は、リング状LED支持部材の周方向にあらかじめ設定された間隔で等間隔で設けられており、各紫外線LED13から照射孔12bを通して照射される紫外線の光軸Aは、前記処理槽12の軸線Cに交わる方向で、かつ、前記処理槽12の直径方向の直線Rに対して処理槽12内を流れる被処理水の上流側又は下流側にあらかじめ設定された角度θで傾斜した状態に設定されている。
1 and 2 show an example of an ultraviolet irradiation device of the present invention. The
また、前記リング状LED支持部材は、前記処理槽12の軸線Cの方向に、あらかじめ設定された間隔で複数箇所に配置されている。隣接するリング状LED支持部材の間隔、すなわち、処理槽12の軸線方向に隣接する紫外線LED13からの紫外線を処理槽12内に透過する照射孔12bは、該照射孔12b同士の処理槽軸線方向の間隔をL、前記処理槽12の内径をD、前記直径方向の直線Rに対する光軸Aの角度をθとしたときに、L=2Dtanθとなる位置には設けないようにしている。すなわち、図1において、一つの紫外線LED13から照射孔12bを介して処理槽12内に照射され、処理槽12の内面の反射部12aで反射した紫外線の光軸が、隣接する二つ目の紫外線LED13に対応する照射孔12bとは異なる位置になるように設定している。
Further, the ring-shaped LED support members are arranged at a plurality of locations in the direction of the axis C of the
紫外線LED13及び照射孔12bを、このような角度θ及び間隔Lで配置することにより、各紫外線LED13からの紫外線を処理槽12の内部全体に照射することができ、処理槽12内を流れる被処理水の紫外線処理を効率よく行うことができる。
By arranging the
次に、内径が200mm、管壁の厚さが6.5mm、屈折率が1.49994の石英ガラスで製作した管状の処理槽12を使用し、処理槽12の軸線方向に隣接する紫外線LED13及び照射孔12b同士の間隔Lを15mmに固定し、前記照射孔12bを通る紫外線の光軸Aの角度θを0度から5度毎に30度までに変化させ、処理槽12内への入射量をそれぞれ測定した。その結果、図3に示すような光軸の角度θと入射エネルギWとの関係が得られた。これにより、角度θが20度のときに入射エネルギWが最大となることがわかる。このことから、処理槽12内に照射する紫外線の光軸の角度θの最適値は20度であることがわかる。
Next, using a
また、前記照射孔12bの内径がFのとき、隣接する照射孔12b同士の間隔Lを、L=2Dtanθ+F又はL=2Dtanθ−Fに設定することにより、反射光の光軸を前記照射孔12bから外れた位置にできるので、照射孔12bの部分で反射しなくなる紫外線量を少なくでき、処理槽12内での紫外線の反射量を多くすることができる。
Further, when the inner diameter of the
なお、使用する紫外線LEDは、一般的なものを使用することが可能であり、リング状LED支持部材の構造も、一般的な構造を採用することが可能である。また、全ての紫外線の光軸を同一方向に揃える必要は無く、上流側に向けたものと下流側に向けたものとを混在させることもできる。さらに、反射部は、紫外線を反射する材料、例えば金属の蒸着などの周知の手法によって形成することができる。 As the ultraviolet LED to be used, a general one can be used, and a general structure can be adopted as the structure of the ring-shaped LED support member. Further, it is not necessary to align the optical axes of all the ultraviolet rays in the same direction, and it is possible to mix those directed to the upstream side and those directed to the downstream side. Further, the reflective portion can be formed by a well-known method such as vapor deposition of a material that reflects ultraviolet rays, for example, metal.
11…紫外線照射装置、12…処理槽、12a…反射部、12b…照射孔、13…紫外線LED、A…紫外線の光軸、C…処理槽の軸線、D…処理槽の内径、L…処理槽の軸線方向に隣接する照射孔同士の間隔、R…直径方向の直線 11 ... UV irradiation device, 12 ... Processing tank, 12a ... Reflector, 12b ... Irradiation hole, 13 ... Ultraviolet LED, A ... Ultraviolet optical axis, C ... Processing tank axis, D ... Processing tank inner diameter, L ... Processing Distance between irradiation holes adjacent to the axis of the tank, R ... Straight line in the radial direction
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