JP7136787B2 - 水処理用の紫外線照射装置、及び紫外線照射を利用した水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、浄水場や飲料水製造工場などで使用される水処理のための紫外線照射装置に関する。また、本発明は、紫外線照射を利用した水処理方法に関する。

紫外線発光ダイオード（ＵＶ-ＬＥＤ）から紫外線を水に照射して殺菌する技術が知られている。水の殺菌に必要な照射量を確保するためには水銀ランプに比べて多数の紫外線発光ダイオード素子が必要となり、紫外線発光ダイオード素子は高価であるため照射装置も高価になる。また、流入水の流れや滞留時間によって水への照射量が均一ではないため、照射不足や過照射が発生することもある。

従来における紫外線発光ダイオードを用いた紫外線殺菌装置は、以下の特許文献１および２に開示されている。
特許文献１には、複数の通孔を有する多孔部材を流路内に配置し、通孔を通過する原水に紫外線を照射する技術が開示されている。
特許文献２には、紫外線を、反射率の高い材料で形成した流路壁に所定角度で入射させることで、流路に入射した紫外線を壁面に吸収させずに、有効に殺菌に使用する技術が開示されている。

国際公開第２０１７／０１８２９４号公報 特開２０１７－６４６１０号公報

特許文献１に開示された技術によれば、原水は多孔部材の通孔に導かれ、通孔を流れるときに紫外線が原水に照射されるので、効率的な殺菌処理が実現される。しかしながら、多孔部材の通孔が長い場合、通孔の入口と出口とでは紫外線の照射断面形状が異なり、不均一な照射となる。

特許文献２に開示された技術によれば、流路壁が紫外線の反射面になるため、流路に無照射部分ができにくい。しかしながら、反射面の汚れや劣化により、反射率が変わってしまう。特に、光源付近の反射面が汚れた場合、反射光が下流に導かれなくなるため、照射効率が著しく低下してしまう。

そこで、本発明は、原水に紫外線を均一に照射し、処理効率を向上させることができる紫外線照射装置を提供する。また、本発明は、そのような紫外線照射装置を用いて原水を処理する方法を提供する。

本発明の一態様は、原水が流入する流入口と、処理された水が流出する流出口と、前記流入口及び前記流出口に連通する流路が内部に形成された流路構造体と、前記流路内に配置された少なくとも１つの流れ制限部と、前記流路に向かって紫外線を発する少なくとも１つの紫外線発光ダイオードと、前記紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にし、該平行光線を前記流路の長手方向に照射する少なくとも１つのコリメート光学システムを備え、前記流れ制限部は、前記原水の通過を許容する第１開口部および第２開口部を有し、前記第１開口部は前記第２開口部よりも前記紫外線発光ダイオードに近い位置にあり、前記第２開口部の面積は前記第１開口部の面積よりも大きいことを特徴とする紫外線照射装置である。

前記流れ制限部は、前記流路に沿って配列された複数の邪魔板であり、前記複数の邪魔板は前記第１開口部を有する第１邪魔板と、前記第２開口部を有する第２邪魔板を含むことを特徴とする。
前記複数の邪魔板は、前記第１開口部の面積よりも大きく、かつ前記第２開口部の面積よりも小さい面積の開口部を有する第３邪魔板を含み、前記第３邪魔板は前記第１邪魔板と前記第２邪魔板との間に配置されていることを特徴とする。
前記複数の邪魔板のうちの隣接する２つは互いに接触していることを特徴とする。
前記複数の邪魔板は、その表面に形成された導水溝を有することを特徴とする。
前記第１開口部と前記第２開口部とは通孔で接続され、前記通孔の断面積は、前記第１開口部からの距離に従って徐々に大きくなることを特徴とする。
前記第１開口部および前記第２開口部は、前記紫外線の照射断面形状に相似した形状を有することを特徴とする。

前記紫外線照射装置は、前記少なくとも１つの紫外線発光ダイオードは、前記流路の入口に対向して配置された第１の紫外線発光ダイオードと、前記流路の出口に対向して配置された第２の紫外線発光ダイオードを含むことを特徴とする。
前記紫外線照射装置は、前記第１の紫外線発光ダイオードまたは前記第２の紫外線発光ダイオードに隣接して配置された紫外線強度センサをさらに備えたことを特徴とする。
前記少なくとも１つの流れ制限部は、前記流路の中央に関して対称に配置された２つの流れ制限部であることを特徴とする。
前記少なくとも１つのコリメート光学システムは、前記第１の紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にする第１のコリメート光学システムと、前記第２の紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にする第２のコリメート光学システムを含むことを特徴とする。
前記流路構造体を包囲し、かつ前記流入口および前記流出口が固定されたハウジングをさらに備え、前記流路構造体には前記流路が複数形成されており、前記ハウジングの内面と前記流路構造体の外面との間には整流板が配置されていることを特徴とする。
前記整流板は多孔板であることを特徴とする。

前記紫外線照射装置は、前記流路の出口に対向する反射板をさらに備えたことを特徴とする。
前記紫外線照射装置は、前記反射板の表面をクリーニングするクリーニング装置をさらに備えたことを特徴とする。
前記クリーニング装置は、ワイパー装置または超音波洗浄機であることを特徴とする。
前記紫外線照射装置は、前記流路と前記コリメート光学システムとの間に配置された透明な保護板と、前記保護板の表面をクリーニングするクリーニング装置をさらに備えたことを特徴とする。
前記クリーニング装置は、ワイパー装置または超音波洗浄機であることを特徴とする。

本発明の一態様は、紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にし、該平行光線を流路の長手方向に照射し、前記流路内に配置された流れ制限部で原水の流れを制限しながら、前記平行光線を前記流路を流れる原水に照射する工程を含み、前記流れ制限部は、前記原水の通過を許容する第１開口部および第２開口部を有し、前記第１開口部は前記第２開口部よりも前記紫外線発光ダイオードに近い位置にあり、前記第２開口部の面積は前記第１開口部の面積よりも大きいことを特徴とする水処理方法である。

本発明によれば、第１開口部および第２開口部によって流れが制限された原水に紫外線が照射される。よって、流路が長い場合であっても、流路内の照射強度のばらつきが低減され、原水の全体を均一に処理できる。

本発明に係る紫外線照射装置の一実施形態を示す断面図である。 ＬＥＤモジュールを示す拡大図である。 図３Ａは、図１に示す第１開口部を通過するときの紫外線の照射断面形状を示す図である。 図３Ｂは、図１に示す第３開口部を通過するときの紫外線の照射断面形状を示す図である。 図３Ｃは、図１に示す第２開口部を通過するときの紫外線の照射断面形状を示す図である。 図４Ａは、第１開口部を有する第１邪魔板を示す図である。 図４Ｂは、第３開口部を有する第３邪魔板を示す図である。 図４Ｃは、第２開口部を有する第２邪魔板を示す図である。 図５Ａは複数の導水溝を有する第１邪魔板を示す図である。 図５Ｂは複数の導水溝を有する第３邪魔板を示す図である。 図５Ｃは複数の導水溝を有する第２邪魔板を示す図である。 本発明に係る紫外線照射装置の他の実施形態を示す断面図である。 図６に示す第１のＬＥＤモジュールの拡大図である。 本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 図１３Ａは図１２のＡ－Ａ線断面図である。 図１３Ｂは図１２のＢ－Ｂ線断面図である。 図１３Ｃは図１２のＣ－Ｃ線断面図である。 本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 クリーニング装置の一実施形態を示す模式図である。 クリーニング装置の他の実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る紫外線照射装置の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、紫外線照射装置は、原水が流入する流入口１と、処理された水が流出する流出口２と、流入口１及び流出口２に連通する流路５が内部に形成された流路構造体６と、流路構造体６を包囲するハウジング９を備えている。流入口１および流出口２は、ハウジング９に固定されている。ハウジング９の内面と流路構造体６の外面との間には仕切り壁１２が配置されている。ハウジング９の内面と流路構造体６の外面との間に形成された内部空間は仕切り壁１２により、流入側室１３と流出側室１４とに分けられる。流入口１は流入側室１３に連通し、流出口２は流出側室１４に連通する。

本実施形態では、流路構造体６はその内部に複数の流路５を有している。原水（被処理水）は、流入口１を通って流入側室１３に流入し、流路構造体６の流路５を通過して、流出側室１４に流れ、さらに流出口２を通ってハウジング９の外部に流出する。複数の流路５は並列に並んでいる。一実施形態では、流路構造体６は１つの流路５のみを備えてもよい。

紫外線照射装置は、流路５に向かって紫外線を発する複数のＬＥＤモジュール２０をさらに備えている。ＬＥＤモジュール２０は流路５と一直線上に配列されており、流路５の長手方向に紫外線を発する。ハウジング９の端壁には、透明な保護板２２が取り付けられている。ＬＥＤモジュール２０は、保護板２２に対向しており、ＬＥＤモジュール２０から発せられた紫外線は、保護板２２を通過して流路５に導かれる。保護板２２は、流路５とＬＥＤモジュール２０との間に配置され、紫外線がＬＥＤモジュール２０から流路５に進行することを許容しつつ、原水がＬＥＤモジュール２０に接触することを防止している。

図２は、ＬＥＤモジュール２０を示す拡大図である。図２に示すように、ＬＥＤモジュール２０は、複数の紫外線発光ダイオード２５と、紫外線発光ダイオード２５から発せられた紫外線を平行光線にする複数のコリメート光学システム２７を備えている。一実施形態では、ＬＥＤモジュール２０は１つの紫外線発光ダイオード２５と、１つのコリメート光学システム２７を備えてもよい。紫外線発光ダイオード２５は照射板２６上に配置されている。照射板２６は、複数の紫外線発光ダイオード２５を配列して設置するためのものである。紫外線発光ダイオード２５は電源（図示せず）に接続されており、この電源から紫外線発光ダイオード２５に紫外線を発するための電力が供給される。紫外線発光ダイオード２５には、砲弾型、表面実装型のいずれも用いることが可能である。

本実施形態では、ＬＥＤモジュール２０は９つの紫外線発光ダイオード２５を備える（図２では３つの紫外線発光ダイオード２５のみが描かれている）が、本発明はこの実施形態に限らず、ＬＥＤモジュール２０は１つの紫外線発光ダイオードのみを備えてもよいし、または９つよりも少ない、または多い紫外線発光ダイオードを備えてもよい。

コリメート光学システム２７は、紫外線発光ダイオード２５と保護板２２との間に配置されている。保護板２２は、コリメート光学システム２７と流路５（図１参照）との間に配置されている。コリメート光学システム２７は、紫外線発光ダイオード２５に近接して配置された凹レンズ２７ａと、凹レンズ２７ａに近接して配置された凸レンズ２７ｂを備えている。紫外線発光ダイオード２５、凹レンズ２７ａ、および凸レンズ２７ｂは、一直線上に配列されており、凹レンズ２７ａは、紫外線発光ダイオード２５と凸レンズ２７ｂとの間に配置されている。紫外線発光ダイオード２５から発せられた紫外線は、凹レンズ２７ａおよび凸レンズ２７ｂをこの順に通過し、平行光線となって、図１に示す流路５を通過し、流路５内を流れる原水を照射する。

本実施形態によれば、紫外線は平行光線として流路５を進行するので、流路５の壁面には紫外線は当たらないか、または拡散した弱い光線のみが壁面に当たる。したがって、平行光線からなる紫外線は原水を効率的に処理することができる。さらに、本実施形態によれば、図１に示すように、流路５内を進む原水が必ず紫外線に照射されるように、流路５内には原水の流れを制限する流れ制限部３０が配置されている。流れ制限部３０は、原水の通過を許容する第１開口部３１および第２開口部３２を有している。流路構造体６によって構成される流路５の入口も、同様に、原水の流れを制限する機能を有する。この流路５の入口は、流れ制限部３０の一部を構成してもよく、この場合は、流路５の入口を第１開口部としてもよい。

図１に示すように、第１開口部３１は記第２開口部３２よりも紫外線発光ダイオード２５に近い位置にあり、第２開口部３２の面積は第１開口部３１の面積よりも大きい。これは、平行光線は、完全な平行にはならず長い流路５内を進行するにつれて徐々に広がっていくからである。第２開口部３２の面積は第１開口部３１の面積よりも大きいので、紫外線は、第１開口部３１および第２開口部３２に僅かに当たり、徐々に広がりながら流路５内を進行する。流路５内の原水の流れは、第１開口部３１および第２開口部３２によって制限され、第１開口部３１および第２開口部３２を通過するときの原水は紫外線に照射される。よって、流路５内の照射強度のばらつきが低減され、原水の全体を均一に処理できる。

本実施形態では、流れ制限部３０は複数の邪魔板から構成されている。より具体的には、流れ制限部３０は、第１開口部３１を有する第１邪魔板３５と、第２開口部３２を有する第２邪魔板３６と、第３開口部３７を有する第３邪魔板３８を含む。一実施形態では、流れ制限部３０は、第１開口部３１を有する第１邪魔板３５と、第２開口部３２を有する第２邪魔板３６のみを含んでもよい。第１邪魔板３５は第２邪魔板３６よりも紫外線発光ダイオード２５に近い位置にあり、第３邪魔板３８は第１邪魔板３５と第２邪魔板３６との間に配置されている。第３邪魔板３８の第３開口部３７の面積は、第１開口部３１の面積よりも大きく、かつ第２開口部３２の面積よりも小さい。紫外線発光ダイオード２５、第１開口部３１、第３開口部３７、および第２開口部３２は、一直線上に配列されている。

紫外線は、第１開口部３１、第３開口部３７、および第２開口部３２のそれぞれの縁にわずかに当たり、徐々に広がりながら流路５内を進行する。流路５内の原水の流れは、第１開口部３１、第３開口部３７、および第２開口部３２によって制限され、第１開口部３１、第３開口部３７、および第２開口部３２を通過する原水は紫外線に照射される。

各流路５は長尺孔であり、流路５の長さは流路５の幅よりも大きい。典型的には、流路５は円形断面を有し、流路５の直径は、８０ｍｍ～１５０ｍｍである。流路５の長さは、５００ｍｍ～１０００ｍｍであり、好ましくは６００ｍｍである。紫外線が原水を透過するときの減衰率を１ｃｍ当たり５％とすると、完全な平行光線であっても原水中を６００ｍｍ進むと、紫外線は５％以下にまで減衰するので、流路５を１０００ｍｍよりも長くしても、紫外線が原水に届かない。また、流路５が短すぎる場合、紫外線があまり減衰せずに流路５を通過するので、効率が低下する。

本実施形態の紫外線は平行光線であるが、紫外線の照射断面形状は紫外線発光ダイオード２５からの距離に従って少しずつ変化する。図３Ａは、図１に示す第１開口部３１を通過するときの紫外線の照射断面形状を示す図であり、図３Ｂは、図１に示す第３開口部３７を通過するときの紫外線の照射断面形状を示す図であり、図３Ｃは、図１に示す第２開口部３２を通過するときの紫外線の照射断面形状を示す図である。図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、紫外線発光ダイオード２５から発せられた紫外線は、コリメート光学システム２７によって平行光線とされるが、平行光線は進行しながら僅かながら徐々に広がる。

図４Ａは、第１開口部３１を有する第１邪魔板３５を示す図であり、図４Ｂは、第３開口部３７を有する第３邪魔板３８を示す図であり、図４Ｃは、第２開口部３２を有する第２邪魔板３６を示す図である。図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、第１開口部３１、第２開口部３２、および第３開口部３７は、紫外線の照射断面形状に相似した形状を有する。すなわち、第１開口部３１は、図３Ａに示す紫外線の照射断面形状に相似し、第３開口部３７は、図３Ｂに示す紫外線の照射断面形状に相似し、第２開口部３２は、図３Ｃに示す紫外線の照射断面形状に相似する。

図３Ａ乃至図３Ｃと、図４Ａ乃至図４Ｃとの対比から分かるように、第１開口部３１、第２開口部３２、および第３開口部３７は、紫外線の照射断面形状に相似した形状を有するので、これらの開口部３１，３２，３７を通過する原水の全体に紫外線を照射することができる。

一実施形態では、図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃに示すように、第１邪魔板３５、第３邪魔板３８、および第２邪魔板３６は、その表面に形成された複数の導水溝４０を有してもよい。これら導水溝４０は半径方向に延びている。導水溝４０は、原水が第１邪魔板３５、第３邪魔板３８、および第２邪魔板３６の表面で滞留することを防ぎ、紫外線の均一な照射を確実とすることができる。

図１に示す実施形態では、流路５内を流れる原水の進行方向は、紫外線の進行方向と同じである。一実施形態では、流路５内を流れる原水の進行方向は、紫外線の進行方向と反対であってもよい。具体的には、図１に示す流出口２を流入口１に変え、図１に示す流入口１を流出口２に変えてもよい。

一実施形態では、第３邪魔板３８に加えて、１またはそれよりも多い邪魔板を第１邪魔板３５と第２邪魔板３６との間に配置してもよい。この場合でも図１に示す実施形態と同じように、第１邪魔板３５と第２邪魔板３６を含む複数の邪魔板の開口部の面積は、紫外線発光ダイオード２５からの距離に従って徐々に大きくなるように形成される。

図６は、本発明に係る紫外線照射装置の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図５Ｃを参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図６に示すように、紫外線照射装置は、流路５の両側に配置された第１のＬＥＤモジュール２０Ａおよび第２のＬＥＤモジュール２０Ｂを備えている。第１のＬＥＤモジュール２０Ａは、流路５の入口に対向して配置された第１の紫外線発光ダイオード２５Ａと、第１の紫外線発光ダイオード２５Ａから発せられた紫外線を平行光線にする第１のコリメート光学システム２７Ａを備えている。第１の紫外線発光ダイオード２５Ａは、図１に示す発光ダイオード２５に相当し、第１のコリメート光学システム２７Ａは、図１に示すコリメート光学システム２７に相当する。第２のＬＥＤモジュール２０Ｂは、流路５の出口に対向して配置された第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂと、第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂから発せられた紫外線を平行光線にする第２のコリメート光学システム２７Ｂを備えている。

紫外線照射装置は、流路５の中央に関して対称に配置された２つの流れ制限部３０Ａ，３０Ｂを備えている。流れ制限部３０Ａ，３０Ｂのそれぞれは、第１開口部３１を有する第１邪魔板３５と、第２開口部３２を有する第２邪魔板３６を含む。第１邪魔板３５と第２邪魔板３６との間に、１またはそれよりも多い邪魔板を配置してもよい。

本実施形態によれば、流路５の両側に第１の紫外線発光ダイオード２５Ａおよび第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂが配置され、流路５を流れる原水には第１の紫外線発光ダイオード２５Ａおよび第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂから発せられた紫外線が照射されるので、省スペースで原水の処理量を増加させることができる。

図７は、図６に示す第１のＬＥＤモジュール２０Ａの拡大図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。第１のＬＥＤモジュール２０Ａは、紫外線の強度を測定する紫外線強度センサ４２を備えている。この紫外線強度センサ４２は、第１の紫外線発光ダイオード２５Ａに隣接して配置されている。この位置に配置された紫外線強度センサ４２は、第１の紫外線発光ダイオード２５Ａから発せられた紫外線の影響を受けることなく、第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂから発せられた紫外線の強度を正確に測定することができる。

第１の紫外線発光ダイオード２５Ａに隣接する上記紫外線強度センサ４２に代えて、または上記紫外線強度センサ４２に加えて、第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂに隣接する紫外線強度センサを設けてもよい。

図８は、本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図５Ｃを参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態では、第１邪魔板３５、第２邪魔板３６、および第３邪魔板３８は、図１に示す邪魔板３５，３６，３８よりも厚く、かつ隣接する２つの邪魔板は互いに接触している。すなわち、図８に示すように、第１邪魔板３５と第３邪魔板３８は互いに接触し、第２邪魔板３６と第３邪魔板３８は互いに接触している。このような配置によれば、第１邪魔板３５と第３邪魔板３８との間、および第２邪魔板３６と第３邪魔板３８との間には原水が進入する領域が形成されないので、紫外線の照射量をさらに向上させることができる。

図９は、本発明に係る紫外線照射装置の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図６および図８を参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図９に示すように、紫外線照射装置は、流路５の両側に配置された第１のＬＥＤモジュール２０Ａおよび第２のＬＥＤモジュール２０Ｂと、流路５の中央に関して対称に配置された２つの流れ制限部３０Ａ，３０Ｂを備えている。流れ制限部３０Ａ，３０Ｂのそれぞれは、第１邪魔板３５、第２邪魔板３６、および第３邪魔板３８を含む。第３邪魔板３８に加えて、１またはそれよりも多い邪魔板を第１邪魔板３５と第２邪魔板３６との間に配置してもよい。

図１０は、本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図５Ｃを参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１０に示すように、流れ制限部３０は、第１開口部３１と第２開口部３２を両端に有する単一の部材から構成されている。第１開口部３１と第２開口部３２とは通孔４５で接続されており、通孔４５の断面積は、第１開口部３１からの距離に従って徐々に大きくなっている。本実施形態によれば、流路５内の原水の流れは、第１開口部３１、通孔４５、および第２開口部３２によって制限され、第１開口部３１、通孔４５、および第２開口部３２を通過する原水は紫外線に照射される。よって、流路５内の照射強度のばらつきが低減され、原水の全体を均一に処理できる。

図１１は、本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図６および図１０を参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図１１に示すように、紫外線照射装置は、流路５の両側に配置された第１のＬＥＤモジュール２０Ａおよび第２のＬＥＤモジュール２０Ｂと、流路５の中央に関して対称に配置された２つの流れ制限部３０Ａ，３０Ｂを備えている。

図９および図１１に示す実施形態において、図７に示す紫外線強度センサ４２を第１の紫外線発光ダイオード２５Ａに隣接して設けてもよい。第１の紫外線発光ダイオード２５Ａに隣接する上記紫外線強度センサ４２に代えて、または上記紫外線強度センサ４２に加えて、第２の紫外線発光ダイオード２５Ｂに隣接する紫外線強度センサを設けてもよい。

図１２は、本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。図１３Ａは図１２のＡ－Ａ線断面図であり、図１３Ｂは図１２のＢ－Ｂ線断面図であり、図１３Ｃは図１２のＣ－Ｃ線断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図５Ｃを参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、流路構造体６には複数（図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃでは４つ）の流路５が並列に形成されている。これら複数の流路５に原水を均一に流入させるために、ハウジング９の内面と流路構造体６の外面との間には整流板５０が配置されている。整流板５０は、流入側室１３内に配置されている。より具体的には、整流板５０は、流入口１と流路５の入口との間に位置している。整流板５０は、流路構造体６の全周を囲む多孔板であり、この多孔板は流路構造体６の全周に亘って均一に分布する通水穴５１を有する。

流入口１を通じて流入側室１３に流入した原水は、整流板５０の通水穴５１を通過することによって、その流れが均一となる。原水は実質的に同じ流量でそれぞれの流路５に流入し、流路５内で紫外線に照射される。このような整流板５０を備えた本実施形態によれば、均一に原水を処理することが可能である。図１２および図１３Ｂに示す整流板５０は、先に説明した各実施形態に適用してもよい。通水穴５１の形状は特に限定されず、例えば、丸形状、スリット形状であってもよい。また、通水穴５１は整流板５０の全幅に亘って延びてもよい。

図１４は、本発明に係る紫外線照射装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図５Ｃを参照して説明した上記実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、流路５の出口に対向して配置された反射板６０を備えている。反射板６０は、流路５の長手方向に垂直に配置されている。

上述したように、紫外線の減衰率が５％程度である場合は、流路５の長さは約６００ｍｍが好ましい。一方、流路５の長さが約６００ｍｍであって、かつ紫外線の減衰率が２～３％である場合は、紫外線はあまり減衰することなく流路５を通過する。本実施形態によれば、流路５を通過した紫外線は、反射板６０で反射し、流路５に戻る。流路５を流れる原水は、反射した紫外線に照射されるので、原水の処理効率が向上される。

図１５は、上述した各実施形態に適用可能な保護板２２のクリーニング装置の一実施形態を示す模式図である。図１５に示す実施形態では、ＬＥＤモジュール２０（２０Ａ，２０Ｂ）に対向する保護板２２のクリーニング装置として、ワイパー装置６３が設けられている。このワイパー装置６３は、保護板２２の表面（流路５を向いた面）に接触するワイパー６４と、ワイパー６４を揺動させる揺動モータ６５を備えている。揺動モータ６５が動作すると、ワイパー６４は保護板２２の表面上を移動し、保護板２２の表面をクリーニングすることができる。結果として、紫外線による原水の処理効率を向上させることができる。

図１６は、クリーニング装置の他の実施形態を示す模式図である。本実施形態では、クリーニング装置は、超音波洗浄機６７から構成されている。この超音波洗浄機６７は、保護板２２の表面に接触する原水に超音波を発する超音波振動子６８を備えている。超音波振動子６８は、保護板２２の表面（流路５を向いた面）に近接して配置されている。超音波振動子６８が超音波を原水中に発すると、原水が振動し、保護板２２の表面をクリーニングすることができる。結果として、紫外線による原水の処理効率を向上させることができる。

図１５および図１６に示すクリーニング装置は、各実施形態のＬＥＤモジュール２０，２０Ａ，２０Ｂに対向して配置された保護板２２をクリーニングすることができる。一実施形態では、図１５および図１６に示すクリーニング装置は、図１４に示す反射板６０の表面（流路５に対向する面）のクリーニングに使用してもよい。具体的には、図１５に示すワイパー装置６３または図１６に示す超音波洗浄機６７を、反射板６０に隣接して設けてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

本発明は、浄水場や飲料水製造工場などで使用される水処理のための紫外線照射装置に利用可能である。また、本発明は、紫外線照射を利用した水処理方法に利用可能である。

１ 流入口
２ 流出口
５ 流路
６ 流路構造体
９ ハウジング
１２ 仕切り壁
１３ 流入側室
１４ 流出側室
２０，２０Ａ，２０Ｂ ＬＥＤモジュール
２２ 保護板
２５，２５Ａ，２５Ｂ 紫外線発光ダイオード
２６ 照射板
２７，２７Ａ，２７Ｂ コリメート光学システム
２７ａ 凹レンズ
２７ｂ 凸レンズ
３０，３０Ａ，３０Ｂ 流れ制限部
３１ 第１開口部
３２ 第２開口部
３５ 第１邪魔板
３６ 第２邪魔板
３７ 第３開口部
３８ 第３邪魔板
４０ 導水溝
４２ 紫外線強度センサ
５０ 整流板
５１ 通水穴
６０ 反射板
６３ ワイパー装置
６４ ワイパー
６５ 揺動モータ
６７ 超音波洗浄機
６８ 超音波振動子

Claims (14)

1. 原水が流入する流入口と、
   処理された水が流出する流出口と、
   前記流入口及び前記流出口に連通する流路が内部に形成された流路構造体と、
   前記流路内に配置された少なくとも１つの流れ制限部と、
   前記流路に向かって紫外線を発する少なくとも１つの紫外線発光ダイオードと、
   前記紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にし、該平行光線を前記流路の長手方向に照射する少なくとも１つのコリメート光学システムを備え、
   前記流れ制限部は、前記原水の通過を許容する第１開口部および第２開口部を有し、前記第１開口部は前記第２開口部よりも前記紫外線発光ダイオードに近い位置にあり、前記第２開口部の面積は前記第１開口部の面積よりも大きいことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記流れ制限部は、前記流路に沿って配列された複数の邪魔板であり、前記複数の邪魔板は前記第１開口部を有する第１邪魔板と、前記第２開口部を有する第２邪魔板を含むことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記複数の邪魔板は、前記第１開口部の面積よりも大きく、かつ前記第２開口部の面積よりも小さい面積の開口部を有する第３邪魔板を含み、前記第３邪魔板は前記第１邪魔板と前記第２邪魔板との間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記第１開口部および前記第２開口部は、前記紫外線の照射断面形状に相似した形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
5. 前記少なくとも１つの紫外線発光ダイオードは、前記流路の入口に対向して配置された第１の紫外線発光ダイオードと、前記流路の出口に対向して配置された第２の紫外線発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
6. 前記第１の紫外線発光ダイオードまたは前記第２の紫外線発光ダイオードに隣接して配置された紫外線強度センサをさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の紫外線照射装置。
7. 前記少なくとも１つの流れ制限部は、前記流路の中央に関して対称に配置された２つの流れ制限部であることを特徴とする請求項５または６に記載の紫外線照射装置。
8. 前記少なくとも１つのコリメート光学システムは、前記第１の紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にする第１のコリメート光学システムと、前記第２の紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にする第２のコリメート光学システムを含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
9. 前記流路構造体を包囲し、かつ前記流入口および前記流出口が固定されたハウジングをさらに備え、
   前記流路構造体には前記流路が複数形成されており、
   前記ハウジングの内面と前記流路構造体の外面との間には整流板が配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
10. 前記整流板は多孔板であることを特徴とする請求項９に記載の紫外線照射装置。
11. 前記流路の出口に対向する反射板をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
12. 前記流路と前記コリメート光学システムとの間に配置された透明な保護板と、
    前記保護板の表面をクリーニングするクリーニング装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
13. 前記クリーニング装置は、ワイパー装置または超音波洗浄機であることを特徴とする請求項１２に記載の紫外線照射装置。
14. 紫外線発光ダイオードから発せられた紫外線を平行光線にし、該平行光線を流路の長手方向に照射し、
    前記流路内に配置された流れ制限部で原水の流れを制限しながら、前記平行光線を前記流路を流れる原水に照射する工程を含み、
    前記流れ制限部は、前記原水の通過を許容する第１開口部および第２開口部を有し、前記第１開口部は前記第２開口部よりも前記紫外線発光ダイオードに近い位置にあり、前記第２開口部の面積は前記第１開口部の面積よりも大きいことを特徴とする水処理方法。

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