KR102341651B1

KR102341651B1 - 자외선 조사 장치

Info

Publication number: KR102341651B1
Application number: KR1020187035726A
Authority: KR
Inventors: 유지 야마코시
Original assignee: 가부시키가이샤 니혼포토사이언스
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2021-12-21
Also published as: WO2017208810A1; KR20190015299A; JP6868018B2; CA3026023A1; US20190135658A1; CN109195638A; JPWO2017208810A1; TWI757296B; TW201802037A; CN116514218A

Abstract

내부 조사형과 동일한 내수압 성능을 가지면서, 자외선 램프를 내삽(內揷)하는 보호관(석영관)의 파손 대책을 위한 여러 설비를 불필요하게 하는 것을 목적으로 한다. 내압성의 용기(1) 내에 수납된 자외선 투과성의 보호관(2)과, 상기 보호관 내에 수용되는 자외선 램프(3)와, 용기(1) 내에 수납된 자외선 투과성의 통수관(4)을 구비한다. 통수관 내에는 피처리 액체(6)가 흐른다. 용기(1) 내의 잔여 공간을 자외선 투과성의 액상 매체(5)로 채우고, 자외선 램프(3)로부터의 자외선이 보호관(2), 액상 매체(5), 통수관(4)을 투과하여 피처리 액체(6)에 조사된다. 액상 매체(5) 내에 배치되는 것에 의해, 통수관(4)의 내외의 압력이 대략 등압이 되고, 통수관의 내수압 성능은 용기의 내수압 성능에 대략 동일하게 되어, 통수관을 특별히 강화할 필요가 없다. 또, 통수관 내의 피처리 액체(6)는, 보호관(2)에 접하지 않기 때문에, 보호관 파손 대책을 위한 여러 설비가 불필요하다.

Description

자외선 조사 장치

본 발명은, 피처리(被處理) 액체를 자외선 살균하기 위한 자외선 조사 장치에 관한 것이며, 예를 들면, 정수장(淨水場)에서의 크립토스포리듐(cryptosporidium) 등의 내염소성 병원 생물의 불활화(不活化) 대책, 혹은 순수 생성 플랜트, 그 외의 수처리(水處理) 플랜트 등에서 사용하는 자외선 살균 장치에 적절한 것이다.

수처리에 사용하고 있는 자외선 조사 장치에는 내부 조사형과 외부 조사형이 있다. 내부 조사형은, 원통형의 스테인리스 용기에 석영관과 같은 자외선 투과성의 보호관을 삽입하고, 그 보호관 안에 광원인 자외선을 발(發)하는 램프를 수용하고, 스테인리스 용기 내에 피처리수(被處理水)를 흘려, 보호관을 통과한 자외선을 상기 스테인리스 용기 내의 피처리수에 조사하도록 구성되어 있다. 즉, 용기 내의 피처리수에 자외선 광원의 보호관이 접하고 있다. 외부 조사형은, 자외선 투과성의 통수관(通水管)(불소 수지관 또는 석영관 등)의 관 내에 피처리수를 흘려, 통수관의 주위에 공간을 개재시켜 자외선 광원을 설치하고, 상기 자외선 광원으로부터의 자외선을, 주위 공간 및 통수관의 벽면을 통해, 상기 통수관 내의 피처리수에 조사하도록 구성되어 있다. 즉, 피처리수가 통과되는 통수관의 외부로부터 자외선을 조사한다. 하기 특허 문헌 1은 내부 조사형의 자외선 조사 장치의 일 예를 나타내며, 하기 특허 문헌 2는 외부 조사형의 자외선 조사 장치의 일 예를 나타낸다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2007－275825호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 제2001－120235호 공보

정수장에서 사용되고 있는 자외선 조사 장치는 내부 조사형이다. 내부 조사형의 경우, 보호관(석영관)이 파손되면 그 파편과 광원 램프의 파편이나 광원 램프 내부의 물질이 피처리수와 함께 흐르게 된다. 광원 램프에는 수은 등이 사용되는 것이 일반적이기 때문에, 보호관(석영관)이 파손되면 피처리수에 수은이 혼입되는 것을 상정(想定)해야 한다. 정수장에서는 보호관(석영관)의 파손을 예방하기 위해서 자외선 조사 장치의 전단(前段)에 스트레이너(strainer)를 넣어, 보호관(석영관)을 파손시키는 작은 돌이 유입되는 것을 방지하고 있다. 또, 자외선 조사 장치의 후단(後段)에는 보호관(석영관)이 파손된 것을 상정하여, 스트레이너를 마련하고 있다. 게다가, 피처리수에 수은이 용해한 경우를 상정하여 자외선 조사 장치의 후단 스트레이너 뒤에 탱크를 마련하고, 자외선 조사 장치로부터의 누수 신호를 받아 상기 탱크 출구의 밸브를 자동으로 닫도록 제어하고 있다.

한편, 외부 조사형의 경우, 자외선 투과성의 통수관이 파손됐다고 해도, 그곳으로부터 물이 분출하기만 하고, 통수관의 파편이나 램프 내의 수은이 피처리수에 혼입되는 일은 일어나지 않는다. 그러므로, 외부 조사형에 있어서는, 상기한 바와 같은, 전후의 스트레이너, 후단의 탱크, 탱크 출구의 자동 밸브 등이 불필요하다. 그러나, 정수장에 한정되지 않고, 수처리 플랜트에서 요구되는 내수압은 1MPa이기 때문에, 외부 조사형에서의 자외선 투과성의 통수관은, 불소 수지 또는 석영으로 이루어지기 때문에, 그 내수압을 1MPa로 하는 것이 곤란하다. 불소 수지관 혹은 석영관에서 이 내수압을 실현시키기 위해서는, 관 지름을 가늘게 하고, 또한, 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 두께를 두껍게 하는 것은 자외선의 투과율의 저하를 초래하고, 관 지름을 가늘게 하는 것은 처리 수량이 적게 되기 때문에 관의 갯수를 많이 사용할 필요가 있다. 이와 같이 실현시킨 결과는 고비용이 되기 때문에, 현실미가 없다.

본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 내부 조사형과 동일한 내수압 성능을 가지면서, 외부 조사형과 같이, 자외선 램프를 내삽(內揷)하는 보호관(석영관)의 파손 대책을 위한 여러 설비를 불요로 하는, 자외선 조사 장치를 제공하려고 하는 것이다.

본 발명에 관한 자외선 조사 장치는, 내압성(耐壓性)의 용기와, 상기 용기 내에 수납된, 자외선 투과성의 보호관과, 상기 보호관 내에 수용되는 자외선 램프와, 상기 용기 내에 수납된, 자외선 투과성의 통수관(通水管)으로서, 상기 통수관 내에 피(被)처리 액체가 흐르도록 구성된 것으로 이루어지며, 상기 용기는 폐쇄된 잔여 공간을 가지고, 상기 용기 내의 상기 잔여 공간을 자외선 투과성의 액상 매체로 채우고, 상기 자외선 램프로부터의 자외선이 상기 보호관, 상기 액상 매체, 상기 통수관을 투과하여 상기 피처리 액체에 조사되도록 구성하고, 상기 보호관은, 상기 피처리 액체에 접하지 않고, 상기 잔여 공간 내의 액상 매체에 상기 보호관의 전체가 접하도록 상기 용기 내에 배치되어 있다.

이것에 의하면, 용기 내에 자외선 투과성의 통수관을 수납하여 상기 통수관 내에 피처리 액체가 흐르도록 함과 아울러, 상기 용기 내의 잔여 공간을 자외선 투과성의 액상 매체로 채우는 것에 의해, 상기 통수관의 내외의 압력이 대략 등압이 되며, 통수관 내에 발생하는 액체압은 그 외측의 용기의 벽체에 실질적으로 부하되게 된다. 따라서, 통수관의 내수압 성능은 용기의 내수압 성능에 대략 동일하게 되고, 상기 통수관의 재질 및 구조 등을 특별히 강화하지 않고, 상기 용기에 충분한 내수압 성능을 갖게 하는 것에 의해, 처리 시스템의 내수압으로서 1MPa 이상을 실질적으로 확보할 수 있다. 또, 용기 내의 잔여 공간 내에 충전하는 상기 액상 매체로서는, 자외선 투과성의 액체(예를 들면 순수)를 이용하므로, 보호관 내의 자외선 램프로부터 방사된 자외선의 전부 또는 대부분이 상기 액상 매체를 투과하여, 통수관 내의 피처리 액체에 도달하므로, 효율적인 액체 처리(살균 등)를 행할 수 있다. 게다가, 자외선 램프를 수용한 보호관이 만일 파손됐다고 해도, 그 파편은 상기 액상 매체 내에 머물러, 통수관 내에는 미치지 않기 때문에, 보호관(석영관) 파손 대책을 위한 여러 설비를 마련할 필요가 없다. 이렇게 하여, 본 발명에 의하면, 내부 조사형과 외부 조사형 양쪽 모두의 이점을 향수(享受)할 수 있다. 또, 자외선 램프로부터 방사하는 자외선의 파장은, 피처리 액체의 처리에 필요한 대역(帶域)(예를 들면, 살균의 경우는, 190nm~400nm 정도)의 것이면 좋다. 액상 매체가 가지는 자외선 투과 성능도, 사용하는 자외선 램프로부터 방사하는 자외선의 대역에 관해서 충분한 투과 성능을 나타낼 수 있는 것이면 좋다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 관한 자외선 조사 장치의 사시도, (b)는 상기 자외선 조사 장치의 횡단면도이다.
도 2의 (a)는 용기 내의 복수의 통수관에 대해서 피처리 액체를 공급하기 위한 구조의 일 예를 나타내는 대략도, (b)는 그 다른 예를 나타내는 대략도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 관한 자외선 조사 장치의 사시도, (b)는 상기 자외선 조사 장치의 횡단면도이다.
도 4는 액상 매체를 냉각하기 위한 냉각 수단의 일 예를 확대하여 나타내는 도면이다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 관한 자외선 조사 장치의 사시도, (b)는 상기 자외선 조사 장치의 횡단면(지름 방향 단면)도이다. 용기(1)는, 전체로서 밀폐된 원통 형상으로 이루어지는 스테인리스제의 내압 용기이며, 예를 들면, 1MPa 이상의 압력에 견딜 수 있도록 구성된다. 또, 용기(1)의 형상은 원통에 한정되지 않고, 임의의 형상이라도 좋다. 또, 도시예에서는, 원통을 눕힌 상태로 용기(1)를 배치하도록 나타내고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 원통을 세운 상태로 용기(1)를 배치하도록 해도 괜찮다.

용기(1) 내의 소정 위치(도시예에서는 원통의 중심 축선을 따르는 위치)에는, 자외선 투과성의 보호관(2)이 수납되도록 구성된다. 바람직하게는, 보호관(2)은, 용기(1)의 원통의 축방향으로 연장된 가늘고 긴 원통형을 이루고 있고, 용기(1)의 원통의 일단면(1a)측으로부터, 용기(1)에 대해서 착탈 가능하도록 장착된다. 용기(1)의 일단면(1a)에서의 상기 보호관(2)의 장착 개소는, 상기 용기(1) 내의 액상 매체(5)가 배어 나오지 않도록 액밀(液密)하게 구성된다. 보호관(2) 내에는, 그 일단부(2a)를 매개로 하여 자외선 램프(3)가 착탈 가능하도록 수용된다. 일 예로서, 자외선 램프(3)는, 보호관(2)의 길이에 따라서 가늘고 긴 직선 형상을 이루고 있다. 물론, 자외선 램프(3)의 형상은 직선 모양에 한정되지 않고, 링 모양, 구 모양 등, 임의의 것을 사용할 수 있으며, 그 경우, 보호관(2)은 자외선 램프(3)의 형상에 적절한 형상으로 이루어지는 것으로 한다. 보호관(2)은, 용기(1) 내에 수납되는 부분이 예를 들면 석영 유리와 같이 충분한 자외선 투과성을 가지는 재질에 의해서 형성되며, 용기(1) 밖으로 나오는 부분(단부(2a))은 적절한 재질(금속 등)로 형성된다. 물론, 용기(1) 내에 수납되는 보호관(2)(자외선 램프(3))의 수는, 도시한 바와 같은 1개에 한정되지 않고, 임의의 복수개라도 좋다.

게다가, 용기(1) 내에는, 자외선 투과성의 통수관(通水管)(4)이 수납된다. 일 예로서, 도 1에서는, 용기(1) 내에서, 축방향으로 직선적으로 연장된 4개의 통수관(4)이, 자외선 광원인 보호관(2)의 주위에, 동심원 상에, 병렬적으로 마련되어 있다. 통수관(4)의 수 및 형상은, 도시예에 한정되지 않고, 임의의 수 및 형상으로 이루어져 있어도 좋다. 통수관(4)의 재질은, 예를 들면 FEP(테트라 플루오르 에틸렌·헥사 플루오르 프로필렌 공중합체)와 같은 불소 수지로 이루어지는 것이라도 좋다. 통수관(4) 내에는, 외부로부터 피처리 액체(6)가 흐르도록 구성된다.

일 예로서, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 각 통수관(4)은, 원통의 축방향으로 용기(1)를 관통하도록 연장되어 있고, 용기(1) 내에 수납되는 부분이 예를 들면 상기 불소 수지와 같은 충분한 자외선 투과성을 가지는 재질에 의해서 형성되며, 용기(1)의 양단에서 밖으로 노출되는 단부 부분(4a, 4b)은 적절한 재질(금속 등)로 형성된다. 또, 각 통수관(4)의 양단부 부분(4a, 4b)에서는, 피처리 액체(6)를 흘리기 위한 외부 관로(管路)(도시 생략)를 착탈 가능하게 결합하기 위한 결합 구조(도시 생략)를 적절히 구비하고 있어도 좋다. 전술과 마찬가지로, 용기(1)의 양단면(1a. 1b)에서의 상기 각 통수관(4)의 장착 개소는, 상기 용기(1) 내의 액상 매체(5)가 배어 나오지 않도록 액밀(液密)하게 구성된다.

도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 용기(1) 내에서, 상기 보호관(2) 및 통수관(4) 이외의 잔여 공간에는, 자외선 투과성의 액상 매체(5)로 채워져 있다. 자외선 투과성의 액상 매체(5)로서는, 예를 들면 순수(純水) 혹은 이온 교환수, 초순수(超純水) 등을 적절히 이용할 수 있다. 또, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 액상 매체(5)의 성능은, 자외선 투과율이 95% 이상(자외선 흡수율이 5% 이하)인 것이 바람직하다. 이와 같이, 용기(1) 내의 잔여 공간이 자외선 투과성의 액상 매체(5)로 채워져 있는 것에 의해, 용기(1) 내에 수납된 상기 통수관(4)에 피처리 액체(6)가 흐를 때, 상기 통수관(4)의 내외의 압력이 대략 등압이 되어, 통수관(4) 내에 발생하는 액체압은 그 외측의 용기(1)의 벽체에 실질적으로 부하되게 된다. 따라서, 통수관(4)의 내수압 성능은 용기(1)의 내수압 성능에 대략 동일하게 되고, 상기 통수관(4)의 재질 및 구조 등을 특별히 강화하지 않고, 상기 용기(1)에 충분한 내수압 성능을 갖게 하는 것에 의해, 처리 시스템의 내수압으로서 1MPa 이상을 실질적으로 확보할 수 있게 된다. 따라서, 각 통수관(4)의 직경 등의 사이즈는, 그것 자체의 내압성을 고려하지 않고, 큰 사이즈의 것으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또, 보호관(2)은, 처리 시스템의 내수압과 동일한 내압 성능이 요구되므로, 1MPa 이상의 내압성을 가지는 것을 이용하는 것으로 한다. 도시를 생략했지만, 용기(1)에는, 그 내부 공간에 액상 매체(5)를 주입 및/또는 배출하기 위한 출입구가 적절히 마련되어 있어도 괜찮다.

이상의 구성에 의해, 액체 처리시에서, 보호관(2) 내의 자외선 램프(3)로부터 방사된 자외선의 전부 또는 대부분이 용기(1) 내의 액상 매체(5)를 투과하여, 통수관(4) 내의 피처리 액체(6)에 도달하므로, 효율적인 액체 처리(살균 등)를 행할 수 있다. 또, 자외선 램프(3)를 수용한 보호관(2)이 만일 파손됐다고 해도, 그 파편은 상기 액상 매체(5) 내에 머물러, 통수관(2) 내의 피처리 액체(6)에는 미치지 않으므로, 보호관(석영관)(2)의 파손 대책을 위한 여러 설비(용기(1)의 전후의 스트레이너, 후단의 탱크, 탱크 출구의 자동 밸브 등)를 마련할 필요가 없다.

일 예로서, 용기(1)의 사이즈가, 내경 210mm, 길이 1000mm 정도라고 하면, 보호관(2)의 외경은 30mm 정도이며, 통수관(4)의 외경은 60mm이다. 그 경우, 자외선 램프(3)로서, 65와트 정도의 저압 수은등을 사용할 수 있다.

용기(1) 내에 수납된 복수의 통수관(4)에 대해서 피처리 액체(6)를 공급하기 위한 구조는 설계상 임의로 구성해도 좋다. 예를 들면, 도 2의 (a)에서 개념적 대략도로서 나타내는 바와 같이, 피처리 액체(6)를 공급하는 1개의 공급 관로(10)로부터 4개의 통수관(4)에 피처리 액체(6)를 분기하기 위한 어댑터(12a)를, 이들 통수관(4)의 일단부에 마련하고, 이들 통수관(4)의 타단부에는 이들 통수관(4)으로부터 나온 피처리 액체(6)를 1개의 배출 관로(11)에 모으기 위한 어댑터(12b)를 마련하도록 해도 좋다. 이것에 의하면, 각 통수관(4)을 흐르는 피처리 액체(6)에 대해서 램프(3)로부터의 자외선이 병렬적으로 조사된다. 다른 예로서, 도 2의 (b)에서 개념적 대략도로서 나타내는 바와 같이, 피처리 액체(6)를 공급하는 1개의 공급 관로(10)를 1개의 제1 통수관(4)의 일단에 접속하고, 상기 제1 통수관(4)의 타단과 다른 1개의 제2 통수관(4)의 일단을 어댑터(13a)로 연결하고, 상기 제2 통수관(4)의 타단과 또 다른 1개의 제3 통수관(4)의 일단을 어댑터(13b)로 연결하며, 상기 제3 통수관(4)의 타단과 또 다른 1개의 제4 통수관(4)의 일단을 어댑터(13c)로 연결하고, 상기 제4 통수관(4)의 타단을 1개의 배출 관로(11)에 접속하도록 해도 좋다. 이것에 의하면, 복수의 통수관(4)이 직렬적으로 접속되고, 이들 직렬 접속된 통수관(4)을 흐르는 피처리 액체(6)에 대해서 램프(3)로부터의 자외선이 반복하여 조사된다. 또 다른 예로서, 도시는 생략하지만, 피처리 액체(6)를 공급하는 복수의 공급 관로(10)로부터 각 통수관(4)에 대해서 개별로 피처리 액체(6)를 공급하고, 각 통수관(4)으로부터 나오는 처리 완료의 피처리 액체(6)를 복수의 배출 관로(11)에 개별로 배출하도록 해도 괜찮다.

도 3의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 관한 자외선 조사 장치의 사시도, (b)는 상기 자외선 조사 장치의 횡단면(지름 방향 단면)도이다. 도 1의 예와 마찬가지로, 용기(1)는 전체로서 밀폐된 원통 형상으로 이루어지는 스테인리스제의 내압 용기이며, 자외선 투과성의 보호관(2) 및 그 내부에 수용된 자외선 램프(3)도, 용기(1)의 원통 중심 축선을 따라서 직선 모양을 이루고 있다. 용기(1) 내에는 자외선 투과성의 통수관(7)이 1개만 수납되어 있고, 상기 통수관(7)은 그 횡단면이 링 형상을 이루도록 이중관으로서 구성되어 있다. 상세하게는, 상기 통수관(7)의 링 모양 단면 관로(즉, 이중관의 외측 관로) 내를 축방향으로 피처리 액체(6)가 흐르게 되어 있고, 상기 통수관(7)의 내측 공간에는 광원의 상기 보호관(2)이 배치된다. 전술과 마찬가지로, 용기(1) 내에서, 상기 보호관(2) 및 통수관(7) 이외의 잔여 공간에는, 자외선 투과성의 액상 매체(5)로 채워져 있다. 즉, 이 실시예의 경우, 통수관(7)의 외측 공간과 내측 공간이 자외선 투과성의 액상 매체(5)로 채워져 있다.

이러한 도 3의 실시예에서도, 용기(1) 내의 잔여 공간이 자외선 투과성의 액상 매체(5)로 채워져 있는 것에 의해, 용기(1) 내에 수납된 상기 통수관(7)에 피처리 액체(6)가 흐를 때, 상기 통수관(7)의 내외의 압력이 대략 등압이 되고, 통수관(7) 내에 발생하는 액체압은 그 외측의 용기(1)의 벽체에 실질적으로 부하되게 된다. 따라서, 통수관(7)의 내수압 성능은 용기(1)의 내수압 성능에 대략 동일하게 되고, 상기 통수관(7)의 재질 및 구조 등을 특별히 강화하지 않고, 상기 용기(1)에 충분한 내수압 성능을 갖게 하는 것에 의해, 처리 시스템의 내수압으로서 1MPa 이상을 실질적으로 확보할 수 있게 된다. 따라서, 각 통수관(7)의 직경 등의 사이즈는, 그것 자체의 내압성을 고려하지 않고, 큰 사이즈의 것으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또, 상기 도 1의 실시예와 마찬자기로, 도 3의 실시예에서도, 액체 처리시에서, 보호관(2) 내의 자외선 램프(3)로부터 방사된 자외선의 전부 또는 대부분이 용기(1) 내의 액상 매체(5)를 투과하여, 통수관(7) 내의 피처리 액체(6)에 도달하므로, 효율적인 액체 처리(살균 등)를 행할 수 있다. 또, 자외선 램프(3)를 수용한 보호관(2)이 만일 파손됐다고 해도, 그 파편은 상기 액상 매체(5) 내에 머물러, 통수관(7) 내의 피처리 액체(6)에는 미치지 않으므로, 보호관(석영관)(2)의 파손 대책을 위한 여러 설비(용기(1)의 전후의 스트레이너, 후단의 탱크, 탱크 출구의 자동 밸브 등)를 마련할 필요가 없다.

상기 각 실시예에서, 용기(1)의 내벽에, 알루미늄 혹은 PTFE(폴리 테트라 플루오르 에틸렌) 불소 수지 등으로 이루어지는, 자외선을 유효하게 반사하는 반사층을 마련해도 괜찮다. 이것에 의해, 광원(자외선 램프(3))의 반대측에 위치하는 통수관(4, 7)의 면에 대해서 반사한 자외선이 조사되게 되므로, 통수관(4, 7)을 통과하는 피처리 액체(6) 전체에 대해서 효율적인 자외선 조사를 행할 수 있다.

다음으로, 사용하는 자외선 램프(3)의 성능에 대해 설명한다. 자외선에 의한 병원 생물이나 미생물의 불활화(不活化)에 유효한 파장은 400nm 이하이지만, 본 발명에서는 순수, 이온 교환수, 초순수 등 자외선 투과성이 높은 액상 매체(5)의 층을 통과하여 피처리수(6)에 자외선을 조사한다. 물은 190nm 이하의 파장을 흡수하므로, 사용하는 자외선 램프(3)에, 190nm 이하의 파장의 자외선을 방사하는 성능을 갖게 할 필요가 없다. 그러므로, 본 고안에서 유효하게 되는 자외선의 파장 영역은 190nm~400nm가 되고, 자외선 램프(3)는 그 파장 영역 내에 속하는 어느 하나의 파장 또는 대역을 가지는 자외선을 조사하는 성능을 가지는 것이면 좋다. 특히, 200nm~300nm 부근의 파장이 유효하므로, 그러한 방사 성능을 가지는 자외선 램프(3)를 사용하면 좋다. 구체적인 광원으로서는, 저압 수은등, 중압 수은등, 고압 수은등 등의 수은 램프, 크세논 램프, 플래시 램프, UV-LED 등, 여러 가지 있지만, 그 중 임의의 것을 이용해도 되며, 또, 이들에 한정되지 않는다.

다음으로, 통수관(4, 7)의 재질 및 형상, 그리고 광원과의 위치 관계 등에 대해 설명한다. 피처리 액체(5)가 통과하는 통수관(4, 7)에 요구되는 조건은, 자외선을 투과하는 것이다. 그 조건을 만족하는 재료로서는, 석영, 사파이어, 불소 수지 중의 FEP 혹은 PFA(테트라 플루오르 에틸렌·퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 공중합체)등의 단일 소재, 석영이나 사파이어에 불소 수지를 덮은(열수축으로 붙이는 경우나, 서로의 접촉면을 가공하여 흡착 혹은 결합시키는 경우가 있음) 복합 소재 등이 있다. 그 형상은, 도 1에 나타낸 원통형이나 도 3에 나타낸 이중관(링 모양 단면)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 직선 모양의 통수관(4)의 횡단면은 원형에 한정되지 않고, 삼각형 혹은 사각형 등 임의의 형상이라도 좋고, 또, 이중관으로 이루어지는 통수관(7)을 대신하여, 나선 모양의 통수관을 사용하고, 나선의 중심 공간에 자외선 램프(3)를 내삽하는 보호관(2)을 배치하도록 해도 좋다. 또, 자외선 램프(3)를 내삽하는 보호관(2)의 축과 통수관(4, 7)의 축은 평행일 필요는 없고, 직각이나 경사의 위치 관계라도 좋다. 게다가, 도 1에서는, 통수관(4)의 출입구의 면과 보호관(2)의 램프(3)를 출입시키는 면을 동일하게 되도록 도시했지만, 이것에 한정되지 않는다. 메인터넌스성을 고려하면, 그들이 동일한 면이 되지 않도록, 예를 들면 자외선 램프(3)를 내삽하는 보호관(2)을 (경사나 직각으로) 기울여 용기(1)의 원통의 곡면(측면)에서 출입하도록 구성하면, 램프 교환을 용이하게 행할 수 있게 된다.

다음으로, 보호관(2)의 재질, 형상 등에 대해 설명한다. 자외선 램프(3)를 내삽하는 보호관(2)에는, 필요한 자외선 투과성과 내압성이 요구된다. 그러므로, 보호관(2)의 소재로서는, 상기 통수관(4, 7)과 마찬가지로, 자외선 투과성이 뛰어난, 석영, 사파이어, 불소 수지 중의 FEP 또는 PFA 등의 단일 소재, 석영이나 사파이어에 불소 수지를 덮은 복합 소재 등을 이용하면 좋다. 한편, 1MPa 이상의 내수압이 보호관(2)에는 필요하게 되므로, 원통 형상으로 하는 것이 바람직하다. 그런데, 불소 수지제의 관에서는 내경과 두께가 제한되므로, 1MPa의 내수압을 불소 수지로 이루어지는 보호관(2)에 요구하는 경우, 필요한 두께는 온도에 의존하지만, 내경 20mm에 대해서 두께 2mm 상의 두께가 필요하게 된다. 한편, 석영, 사파이어, 석영이나 사파이어에 불소 수지를 덮은 복합 소재로 보호관(2)을 형성하는 경우에 내경 20mm에 대해서 두께는 1mm라도 1MPa의 내수압을 확보할 수 있다.

다음으로, 액상 매체(5)의 냉각에 대해 설명한다. 액상 매체(5)로서 이용하는 이온 교환수는 저압 수은등으로부터의 열에 의해서 상승하고, 어느 정도의 수온(주위 온도, 피처리 액체(6)의 온도, 및 피처리 액체(6)의 수류(水流)의 유무에 따라서 다르지만, 예를 들면 약 60℃)에 이른다. 저압 수은등은 램프 주변 온도에 의해서 자외선 출력이 변화하고, 약 60℃에서는 최적 온도(주위의 수온이 25℃)에서의 자외선 출력에 대해서 약 50~70%로 저하된다. 이러한 수온 상승에 의한 악영향을 억제하기 위해서, 용기(1) 내에 냉각 수단을 마련하고, 상기 냉각 수단에 의해 액상 매체(5)를 냉각하는 것에 의해, 보호관(2) 및 내부의 자외선 램프(3)를 냉각하고, 따라서 자외선 출력의 저하를 막도록 하면 좋다.

그러한 냉각 수단의 일 예를 확대하여 나타내면 도 4와 같다. 도 4는, 도 1과 같이 복수의 직선 모양의 통수관(4)을 용기(1) 내에 수납한 실시예에서, 용기(1)의 원통을 세운 상태로 설치하는 경우에 적용하는 예를 나타내고 있다. 그와 같이 세운 상태의 용기(1) 내의 액상 매체(5)의 수납 공간의 상부의 적절 개소에 복수의 나선 모양 파이프(14)를 배치하고, 상기 나선 모양 파이프(14)에 냉각수를 흘리는 것에 의해 냉각 수단을 구성하고 있다. 용기(1) 내의 액상 매체(5)의 수납 공간의 상부에 냉각용 나선 모양 파이프(14)를 배치함으로써, 냉각 효율을 높이고 있다. 일 예로서, 1개의 나선 모양 파이프(14)를 구성하는 파이프를, 내경 6mm, 외경 8mm, 전체 길이 4m 정도로 하고, 그러한 나선 모양 파이프(14)를, 용기(1)의 상부가 되는 위치에 1개 마련하고, 각 파이프(14)에 수온 20℃의 냉각수를 매분 1리터로 흘림으로써, 65W의 저압 수은등 1개를 계속 점등시켜, 액상 매체(5)로서 이용하는 이온 교환수의 수온이 대략 25℃로 유지되는 것이 확인되었다. 이것에 의해, 자외선 출력을 최대로 하기 위한 최적 온도가 얻어졌다. 이 매분 1리터의 냉각수로서, 자외선을 조사하기 전의 피처리 액체(6)를 사용해도 괜찮고, 혹은 전용의 냉각수를 순환시켜 이용하도록 해도 괜찮다.

정수장에서 사용하는 자외선 조사 장치에는 상시 자외선 조도를 측정하는 것이 의무로 되어 있다. 그를 위해서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 피처리 액체(6)의 유로인 통수관(4) 내에 자외선 센서(15)를 설치하면 좋다.

다음으로, 용기(1)의 내벽에 마련하는 자외선 반사층의 영향에 대해 설명한다. 자외선 램프(3)로부터 발하여진 자외선은, 통수관(4) 내의 피처리 액체(6)를 조사한 후, 스테인리스제 용기(1)의 내벽에 이른다. 스테인리스의 자외선 반사율은 30% 정도이기 때문에, 각별한 반사층을 마련하지 않는 경우는, 반사 효과가 적다. 이 스테인리스 용기 내벽에 도달한 자외선을 유효하게 이용하기 위한 반사층을, 용기(1)의 내벽에 마련하는 것에 의해, 통수관(4) 내의 자외선 조도를 높게 할 수 있다. 이 반사층은 상시 순수에 접하고 있으므로, 순수에 의해 부식하지 않는 재질이 바람직하다. 바람직한 실시예에서의 자외선의 파장은 200nm~300nm 정도이기 때문에, 이 파장 영역에 대해서 높은 반사율을 가지는 재질이 바람직하다. 예를 들면, 불소 수지 코팅된 알루미늄, 혹은 PTFE제, FEP제, PFA제의 불소 수지가 자외선 반사에 적절하다. 반사에는 정반사와 난반사가 있고, 정반사는 반사면이 거울과 같은 상태에서 생기고, 난반사는 반사면이 요철이 된 상태에서 광이 산란함으로써 생긴다. 이 모든 반사 효과를 나타내도록 반사층을 형성해도 좋다. 일 예로서, 두께 1mm의 FEP 시트를 감은 통을 용기(1)의 내벽에 밀착시킨 경우, 통수관(4) 내부의 피처리 액체(6)로의 자외선 조도를 측정한 결과, 이 FEP 시트층을 마련하지 않는 경우와 비교하여, 최대로 4배의 자외선 조도 상승이 얻어졌다. 이 FEP 시트층으로 이루어지는 통은, 직경 210mm의 스테인리스 용기(1)의 내주에 밀착시키기 위해서 원주(圓周)가 약 660mm로 이루어진다. 그러한 660mm의 원주로 이루어지는 FEP 시트층을 얻기 위해서는, 700mm의 단변과 스테인리스 용기(1)의 축방향 길이인 1m의 장변으로 이루어지는 장방형의 FEP 시트를, 단변 방향으로 원통 모양으로 감는 것만으로 괜찮고, 나머지의 40mm의 부분은 자연스럽게 겹친 상태인 채로 하여, 상기 중복 부분을 용착(溶着)할 필요는 없다. 알루미늄으로 반사층을 구성하는 경우라도, 그러한 중복 부분을 용접할 필요는 없다.

또, 용기(1)의 내벽에 마련하는 자외선 반사층은, 상기 용기(1)에 대해서 고정할 필요가 없고, 또, 상기 반사층의 내측과 외측 모두 액상 매체(5)가 있으므로, 높은 내수압이 요구되지 않는다. 이것으로부터, 반사층의 형상에는 자유도가 있고, 원통 모양에 한정되지 않으며 평평한 면을 가지는 판 모양이라도 좋다. 특히 정반사하는 반사판이면, 대략 타원의 곡면으로 함으로써 2개의 초점 내 일방에 광원을 두면 이미 일방의 초점에 반사판에서 정반사한 광이 집중하므로, 이 원리를 이용한 배치로 광원(보호관(2)), 통수관(4) 및 반사판을 설치해도 괜찮다.

다음으로, 동결 대책 및 결로 대책에 대해 설명한다. 자외선 램프(3)(예를 들면 저압 수은 등)을 상시 점등하면, 액상 매체(5)는 가온(加溫)되므로, 액상 매체(5)나 피처리 액체(6)가 동결될 걱정이 없다. 또, 램프(3)를 소등시키면 램프(3)를 삽입하고 있는 보호관(2)의 내부에서 결로가 발생하는 경우가 있고, 그 결로수에 의해서 램프(3)가 끊어지거나 램프(3)를 접속하는 소켓이 부식되거나 하는 문제가 생길 우려가 있다. 이것에 대해서, 램프(3)를 상시 점등시키면, 이 결로 대책으로도 된다. 한편, 비처리시에서, 나선 모양 파이프(14)에 대한 냉각수의 흐름을 멈춘 상태에서, 램프(3)의 점등을 계속하면, 액상 매체(5)가 예를 들면 60℃ 정도로 까지 가열되고, 이것에 따라, 통수관(4) 내에 대류하고 있는 피처리 액체(6)도 가열되게 된다. 그러한, 램프(3)의 상시 점등에 따른, 비처리시의 피처리 액체(6)의 가열을 피하기 위해서는, 비처리시에서는 통수관(4)을 비우도록 하면 좋다.

다음으로, 통수관(4 및 7)의 세정에 대해 설명한다. 통수관(4 및 7)의 내부는 피처리 액체(6)에 의해서 더러움이 부착되는 것이 상정된다. 정수장에서 사용하는 것을 상정하면, 순수 제조에서 사용하는 것을 상정하는 것보다도 더러움 부착의 가능성이 높다. 정수장에서 크립토스포리듐 대책을 위해서 사용하고 있는 막처리(膜處理) 후의 물에는, 정수가 되는 투과수와 회수되거나 혹은 버려지는 배수(排水)가 있다. 이 배수는 정수보다 더러움 부착의 가능성이 높다. 이 배수를 불소 수지관에 흘려 10년간 사용한 결과, 불소 수지가 가지는 비(非)젖음성의 효과에 의해, 더러움 부착은 거의 없었던 것이 확인되고 있다. 따라서, 통수관(4 및 7)으로서 불소 수지관을 사용하는 것은, 더러움 부착의 방지에 큰 효과를 기대할 수 있다.

게다가, 통수관(4)(또는 7)의 내부를 세정하기 위한 세정 기구를 마련해도 좋다. 그러한 세정 기구로서는, 예를 들면, 용기(1) 내의 액상 매체(5)에 초음파를 맞히는 것, 통수관(4)(또는 7)에 바이브레이터에 의한 기계적 진동을 전달하는 것, 통수관(4)(또는 7)의 내부를 브러시로 세정하는 것 중 적어도 하나에 근거하는 것이라도 좋다.

Claims

내압성(耐壓性)의 용기와,
상기 용기 내에 수납된, 자외선 투과성의 보호관과,
상기 보호관 내에 수용되는 자외선 램프와,
상기 용기 내에 수납된, 자외선 투과성의 통수관(通水管)으로서, 상기 통수관 내에 피(被)처리 액체가 흐르도록 구성된 것으로 이루어지며, 상기 용기는 폐쇄된 잔여 공간을 가지고, 상기 용기 내의 상기 잔여 공간을 자외선 투과성의 액상 매체로 채우고, 상기 자외선 램프로부터의 자외선이 상기 보호관, 상기 액상 매체, 상기 통수관을 투과하여 상기 피처리 액체에 조사되도록 구성하고,
상기 보호관은, 상기 피처리 액체에 접하지 않고, 상기 잔여 공간 내의 액상 매체에 상기 보호관의 전체가 접하도록 상기 용기 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액상 매체는 순수(純水)인 자외선 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 용기의 내벽에 자외선을 반사시키기 위한 반사층을 배치한 자외선 조사 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 반사층은, 알루미늄 및 불소 수지 중 적어도 하나를 이용한 재질로 이루어지는 자외선 조사 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 액상 매체는 순수인 자외선 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 자외선 램프는 파장 190~400nm의 영역 내에 속하는 자외선을 발생하는 자외선 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 통수관 내에 자외선 센서를 설치한 자외선 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 용기 내의 액상 매체를 냉각하기 위한 냉각 수단을 더 구비한 자외선 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 통수관을 세정하기 위한 세정 기구를 더 구비한 자외선 조사 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 세정 기구는, 상기 액상 매체에 초음파를 맞히는 것, 상기 통수관에 바이브레이터의 진동을 전달하는 것, 상기 통수관의 내부를 브러시(brush)로 세정하는 것 중 적어도 하나에 근거하는 것인 자외선 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 피처리 액체가 상기 통수관을 흐를 때, 상기 용기 내의 상기 잔여 공간에 상기 액상 매체가 채워져 있는 것에 의해, 상기 통수관의 내외의 압력이 등압이 되도록 구성되어 있는 자외선 조사 장치.