WO2005104184A1 - 紫外線照射装置 - Google Patents

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Toshio Sumi
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3227—Units with two or more lamps

Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet irradiation apparatus, and more particularly, to an ultraviolet irradiation apparatus that performs a sterilization process by irradiating a fluid with ultraviolet rays by collectively arranging a plurality of general-purpose straight-tube ultraviolet lamps without electrodes.
  • ultraviolet irradiation devices have been used for, for example, sterilization, disinfection and decolorization of water and sewage, deodorization and decolorization of industrial water, bleaching of pulp, sterilization of medical equipment, and the like.
  • Techniques for performing processes such as sterilization by irradiation are well known.
  • this ultraviolet irradiation apparatus as shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of straight tube lamps 14a are housed in protective tubes 14b, respectively, and the liquid 1 to be treated flows outside the protective tubes to irradiate ultraviolet rays. Going.
  • a straight tube lamp is a discharge lamp that has a rod shape and has filament electrodes at both ends of the lamp that cause discharge in the glass tube.
  • the lamp that is converted and used for lighting is the so-called straight tube fluorescent light
  • Ultraviolet lamps are lamps in which the glass tube is made of ultraviolet-transmitting quartz glass or the like and the inner surface of the glass tube is not coated with a fluorescent paint.
  • straight-tube ultraviolet lamps for sterilization that are generally commercially available are low-pressure lamps having a low gas pressure inside the lamp, and the capacity of one lamp is generally as small as 100 W or less. This is because when large power is input to the lamp, the temperature inside the lamp rises, the output near the wavelength of 254 nm that determines the sterilization performance decreases, and the sterilization efficiency decreases.
  • low-pressure UV lamps have a limit to the power that can be injected per lamp, and the sterilization capacity per lamp is low.
  • many small-volume lamps constitute an ultraviolet disinfection system.
  • the number of protective tubes 14b used for the lamp body that seals and stores the lamp also increases, which complicates the structure of the UV disinfection device and degrades cost performance.
  • the present invention reduces the number of wirings and parts between the lamp and the power supply unit in the conventional ultraviolet disinfection apparatus using the straight tube type ultraviolet lamp, prolongs the lamp life and reduces the labor required for lamp replacement.
  • Another object of the present invention is to provide an efficient, inexpensive, large-capacity ultraviolet irradiation apparatus by controlling the temperature of an ultraviolet lamp to an optimum value.
  • the present invention of claim 1 comprises a plurality of internal electrodes disposed at a central portion and a general-purpose ultraviolet lamp which emits ultraviolet rays at the time of discharge so as to surround the lower electrode.
  • a plurality of straight tube type UV lamps are collectively subjected to electrodeless discharge by an ultraviolet irradiation device having an external electrode provided and a flow path formed so that a liquid to be processed flows along the outer periphery of the lamp body.
  • the external electrode is an outer wall of the flow path.
  • the liquid to be treated is an external electrode.
  • the straight tube ultraviolet lamp is partially protruded to the outside of the lamp body, so that the straight tube ultraviolet lamp is directly in contact with the liquid to be treated and the straight tube ultraviolet lamp is protruded.
  • the lamp temperature is optimized by adjusting the contact area between the liquid to be treated and the straight-tube ultraviolet lamp by controlling the amount of heat transfer from the lamp to the liquid to be treated.
  • an electrodeless ultraviolet disinfection apparatus can be configured at a low cost by using a general-purpose straight-tube ultraviolet lamp, and the filament electrode inside the straight-tube ultraviolet lamp is not used. Therefore, there is no need to provide electric wiring to each electrode of the lamp, and at the same time, since there is no electric wiring, the straight tube type ultraviolet lamp can be easily brought into direct contact with the liquid to be treated. As a result, the straight tube UV lamp can be cooled directly with the liquid to be treated, and the temperature of the straight tube UV lamp can be optimally controlled by adjusting the contact area between the straight tube UV lamp and the liquid to be treated, thereby improving the UV conversion efficiency. (254 nm wavelength output Z lamp input Power) can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of an ultraviolet irradiation device according to the present invention.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A shown in Fig. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a BB line shown in FIG.
  • Fig. 4 is a detailed view of part C shown in Fig. 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a conventional ultraviolet irradiation device.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross section taken along line D-D shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of an ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section taken along line AA shown in FIG.
  • a current is applied to a filament electrode 18 inside a straight tube type ultraviolet lamp 14a as shown in FIGS. 5 and 6.
  • a centrally located internal electrode 10 a lamp body 14 in which a plurality of straight tube ultraviolet lamps 14 a are arranged and enclosed around the internal electrode 10, and this lamp body And an external electrode 15 having the outer wall as an electrode, while the liquid 1 to be treated flows from the inlet 12a to the outlet 12b between the outer wall and the lamp body.
  • the internal electrode 10 and the external electrode 15 are provided (connected) with lighting means 16 for generating a high-frequency voltage or a pulse voltage. It is formed so that it can be applied between the electrode 10 and the external electrode 15. As shown in Fig.
  • the lamp body has an internal electrode 10, a plurality of straight UV lamps 14a, a protective tube 14b, a lamp body sealing flange 14c, and a sealing packing 14d. , O-ring 14 e and O-ring retainer 14 f.
  • the protective tube 14b must be made of a material that transmits ultraviolet light, such as quartz glass or fluororesin.
  • a material that transmits ultraviolet light such as quartz glass or fluororesin.
  • the stopping method is not limited to this embodiment.
  • the straight tube UV lamp 14a is mounted with one end of the lamp protruding out of the lamp body from the lamp body sealing flange 14c, and the lamp is clamped by the O-ring 14e and the O-ring holder 14f.
  • the lamp body sealing flange 14c is sealed, and the lamp body sealing flange 14c is further sealed with a protective tube 14b via a sealing packing 14d.
  • a plurality of straight tube-type ultraviolet lamps 14a and the liquid to be treated are connected between the internal electrode 10 and the external electrode 15 as a coaxial cable.
  • No electrical wiring to the straight tube type UV lamp 14.a is required, and electrical insulation must be performed. Since it is unnecessary, the cooling efficiency can be increased by easily bringing the straight tube type ultraviolet lamp 14a into contact with the liquid to be treated.
  • the cooling amount of the lamp can be adjusted by adjusting the length of one end of the straight tube type ultraviolet lamp 14a protruding outside the lamp body sealing flange 14c.
  • the internal electrode 10 and the external electrode 15 are connected to the lighting means 16 and are formed as electrodes through which a high-frequency current flows between these electrodes. Therefore, the internal electrode 10 is used to pass a high-frequency current, and may be a hollow metal pipe or a conductive wire or a metal mesh alarm, and may have a coil shape having an inductance due to impedance matching with the lighting means 16. Even in the shape of S.
  • the external electrode 15 has a role of an outer wall for passing a high-frequency current and cutting off the edges of the liquid to be treated from the inlet side and the discharge side, a metal pipe is preferable, but metal is deposited on the surface of an insulator such as PVC. Or a metal mesh may be attached to the inside of the outer wall.
  • an external electrode is not necessarily provided, and one terminal of the lighting means 16 is connected to an internal electrode, and the other terminal is electrically connected to the liquid to be treated. Connected to It just needs to be. As shown in FIG.
  • the embodiment of the ultraviolet irradiation device according to the present invention formed as described above has a structure in which the liquid 1 to be treated flows from the inlet 12 a into the lamp body and the external electrode 15, and the outlet.
  • the discharge is carried out by a 1 b force, and a high-frequency voltage or a pulse voltage is generated by the lighting means 16 and applied to the internal electrode 10 and the external electrode 15.
  • the lamp body excites and discharges the straight tube type ultraviolet lamp 14 a by electrostatic energy generated between the internal electrode 10 and the external electrode 15, emits ultraviolet light, and emits ultraviolet light to the liquid 1 to be treated. Irradiation with light causes sterilization, decolorization, bleaching, and other processing.
  • the embodiment of the ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention has been described in detail.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed without departing from the gist thereof.
  • the embodiment has been described in which the liquid to be treated flows in from the lower inlet of the external terminal and is discharged from the upper outlet, but the present invention is not limited to this. It may be provided, or the outlet and the inlet may be flanged and attached in the middle of the piping.

Abstract

汎用の直管型の紫外線ランプを複数本同時に無電極放電させることにより、紫外線ランプと電源装置の配線本数及び部品点数を削減できる。また紫外線ランプへの電気配線が無くなる事により容易に紫外線ランプの一部をランプ体の外部に突出させる事が可能となり、紫外線ランプの冷却を効率よく行うことが可能となる。

Description

紫外線照射装置
技術分野
本発明は紫外線照射装置に係り、 より詳細には、汎用の直 管型紫外線ランプを複数本まとめて無電極点灯させ、流体に 紫外線を照射して殺菌処理する紫外線照射装置に関する。
背景技術 .
従来、 紫外線照射装置は、 例えば、 上下水道の殺菌、 消毒 及び脱色、 工業用水の脱臭及び脱色、 パルプの漂白、 医療機 器の殺菌などに用いられており、ランプによる紫外線光を被 処理液に照射することで殺菌などの処理を実行する技術が よく知られている。 この紫外線照射装置は、 図 5、 図 6に示 すように複数の直管型ランプ 1 4 aを各々保護管 1 4 bに 収納し、保護管外部に被処理液体 1を流して紫外線照射を行 つている。
直管型ランプとは、棒状の形状をしており、 ガラス管内で放 電を起こさせるフィラメント電極をランプの両端に備えた 放電灯で、ガラス管内部に蛍光塗料を塗布し紫外線を可視光 に変換して照明用に使用するランプがいわゆる直管の蛍光 ランプであり、ガラス管を紫外線透過性の石英ガラス等にし てガラス管内面に蛍光塗料を塗布していないランプが紫外 線ランプである。
また、一般に市販されている殺菌用の直管型紫外線ランプ は、 ランプ内部のガス圧力が低い低圧タイプで、 ランプ 1本 の容量は 1 0 0 W以下の小容量が一般的である。なぜなら大 電力をランプに入力するとランプ内部の温度が上昇し殺菌 性能を決める波長 2 5 4 n m近辺の出力が低下し殺菌効率 が低下するためである。
従来技術の図 6に示すように、保護管 1 4 bでランプ 1 4 a を封止していると、ランプと保護管との間の気体による断熱 作用により、ランプの発熱を被処理液体で冷却することに限 界がある。従って、 ランプ温度を押さえるためにランプに大 きな電力を入力することができなかった。
また、 ランプの温度を制御する技術も考案されているが （た とえば特開平 0 9— 7 5 5 0号公報参照）、 ランプの構造が 複雑になりコス トが上昇する問題がある
従って、低圧タイプの紫外線ランプはランプ 1本あたりに投 入する電力に限界がありランプ 1本あたりの殺菌能力が小 さく、結果として多数の小容量のランプにより紫外線消毒装 置が構成されている。 また、 ランプ本数が多くなると、 図 5及び図 6に示すよう にランプ点灯用の電源装置 3 1をランプ毎に設置する必要 があり、ランプと上記電源装置 31間の接続電線 1 7の本数 が多くなるだけでなく、ランプを封止し収納するランプ体に 使われる保護管 14 bの数も多くなり紫外線消毒装置の構 造が複雑になりコストパーフォーマンスが悪くなっている。
(たとえば特開 2002— 1 1 078号公報参照）
同時に、 多数の紫外線ランプを使用する事により、 ランプ内 部のフイラメント電極 1 8の劣化による不点灯によるラン プ交換頻度が多くなり維持管理労力も多大であった。 一方、 ランプ内部にフィラメント電極を持たず大容量、長寿 命の無電極点灯方式の紫外線ランプ（例えば特開 2002— 20352 1号公報、 特表 2002— 5 1 7072参照） 考案されているが、 無電極ランプは特殊な形状となるため、 量産されている汎用の直管型紫外線ランプに比ベ価格が割 高になる問題があった。 発明の開示
本発明は上記従来の直管型紫外線ランプを用いた紫外線 消毒装置において、ランプと電源装置間の配線本数及ぴ部品 点数を削減し、ランプ寿命を長く してランプ交換に要する労 力を低減し、さらに紫外線ランプの温度を最適値に制御し効 率の良い、安価で大容量の紫外線照射装置を提供することを 課題とする。
請求項 1の本発明は上述の課題を解決するために、中心部 に配置された内部電極と、放電時に紫外線を発する汎用の紫 外線ランプを、前記內部電極を包囲するように複数配置して 前記紫外線ランプを収納して紫外線透過性を持った材質の 保護管で封止したランプ体と、前記ランプ体から所定の間隔 だけ離間して前記ランプ体を囲み、前記内部電極と対向する よう形成された外部電極と、前記ランプ体の外周に沿って被 処理液体が流れるよう形成された流路と、を備えた紫外線照 射装置で、複数の直管型紫外線ランプを一括で無電極放電さ せる。 請求項 2の発明は、 外部電極を流路の外壁とした場合。 請求項 3の発明は、 被処理液体を外部電極とした場合。 請求項 4の発明は、直管型紫外線ランプをランプ体の外部に 一部突出させて、直管型紫外線ランプを直接被処理液体に接 触させ、かつ直管型紫外線ランプの突出させる長さを調節す ることにより被処理液体と直管型紫外線ランプの接触面積 を調節しランプから被処理液体への伝熱量を制御すること でランプ温度を最適値にする。 このように本発明による紫外線照射装置によれば、汎用の 直管型紫外線ランプを使用することにより安価に無電極紫 外線消毒装置が構成でき、直管型紫外線ランプ内部のフィラ メント電極を使用しないためランプ各々の電極に電気配線 を行う必要がなく、同時に電気配線が無くなることで容易に 直管型紫外線ランプを直接被処理液体に接触させることが 可能となる。そのため直管型紫外線ランプを被処理液体で直 接冷却でき、かつ直管型紫外線ランプと被処理液体との接触 面積を調節することで直管型紫外線ランプの温度を最適に 制御し紫外線変換効率（2 5 4 n m波長の出力 Zランプ入力 電力） を向上する事が可能となる。
これは、直管型紫外線ランプを無電極点灯する事で直管型紫 外線ランプに直接電気配線を施す必要が無くなつたために 容易に実現することが可能となった。
さらに直管型紫外線ランプの使用本数が多数になっても直 管型紫外線ランプは無電極点灯のために電極の劣化による 不点灯が無くなり、従来よりもランプ寿命を延ばすことが可 能となり同時に直管型紫外線ランプ各々への配線が無いた めランプ交換も容易になる。 図面の簡単な説明
第 1図は、本発明による紫外線照射装置の一実施形態を示 す構成図。
第 2図は、 図 1に示す A— A線の断面を示す図
第 3図は、 図 1に示す B— B線を示す図。
第 4図は、 図 1に示す C部の詳細図
第 5図は、 従来の紫外線照射装置の一実施形態を示す図。 第 6図は、 図 5に示す D— D線の断面を示す図 発明を実施するための最良の形態
次に、添付図面を参照して本発明による紫外線照射装置の 一実施の形態を詳細に説明する。 図 1は、本発明による紫外 線照射装置の一実施形態を示す構成図である。 また、 図 2は 、 図 1に示す A— A線の断面を示す図である。 図 1及び図 2に示すように、本発明による紫外線照射装置 の一実施形態は、図 5及び図 6に示したような直管型紫外線 ランプ 1 4 a内部のフィラメント電極 1 8に電流を流す従 来技術とは異なり、 中心に設けられた内部電極 1 0と、 この 内部電極 1 0を囲んで複数の直管型紫外線ランプ 1 4 aを 配置し封入したランプ体 1 4と、このランプ体を更に囲む外 壁を備えて外壁とランプ体の間に被処理液 1を流入口 1 2 aから排出口 1 2 bへ流すとともに、外壁を電極として形成 した外部電極 1 5とを備えている。 また、 内部電極 1 0と外 部電極 1 5とには、高周波電圧またはパルス電圧を発生する 点灯手段 1 6を具備 （接続） しており、 高周波電圧またはパ ルス電圧いずれかを発生させて内部電極 1 0と外部電極 1 5との間に印加できるように形成している。 なお、 ランプ体は図 4に示すように内部電極 1 0、複数の直 管型紫外線ランプ 1 4 a、保護管 1 4 b、 ランプ体封止用フ ランジ 1 4 c、封止パッキン 1 4 d、 ォーリング 1 4 e及び オーリング押さえ 1 4 f から構成される。
保護管 1 4 bは石英ガラスやフッ素樹脂等の紫外線を透過 する材質にする必要がある力 本一実施例では石英ガラス管 の上下をフランジで封止している例で説明している力 封止 方法は本一実施例に限定される物ではない。
また、直管型紫外線ランプ 1 4 aはランプの片端がランプ 体封止用フランジ 1 4 cからランプ体の外に突出して取り 付けられ、オーリング 1 4 e とォーリング押さえ 1 4 f でラ ンプ体封止用フランジ 1 4 cに封止され、さらにランプ体封 止用フランジ 1 4 cは封止パッキン 1 4 dを介し保護管 1 4 bに封止されている。
このように、本発明による紫外線照射装置の実施形態による と、内部電極 1 0及ぴ外部電極 1 5の電極間に複数の直管型 紫外線ランプ 1 4 a と被処理液とを同軸ケーブルのように 配置 （図 2参照） するだけで直管型紫外線ランプ 1 4. aへの 電気的な配線が一切不要となり、電気的な絶縁処理を行う必 要がないため容易に直管型紫外線ランプ 1 4 aを被処理液 体に接触させて冷却効率を高めることができる。
さらに直管型紫外線ランプ 1 4 aの片端をランプ体封止用 フランジ 1 4 cから外に突出させる長さを調節することに よりランプの冷却量の調整も可能である。 なお、 内部電極 1 0と外部電極 1 5は、 点灯手段 1 6に接 続されており、これらの電極間に高周波電流を流す電極とし て形成している。 従って、 内部電極 1 0は、 高周波電流を流 すためで、中空の金属製パイプまたは導線または金属メッシ ュ警^も良く、点灯手段 1 6とのインピーダンスマッチング の都合でィンダクタンスを持ったコィル状の形状でも Sい。 また外部電極 1 5は高周波電流を流し、かつ被処理液体の流 入側と排出側の縁を切る外壁の役割があるため金属パイプ が望ましいが P V C等の絶縁物の表面に金属蒸着させたも のでも良く、また金属メッシュを外壁の内側に取り付けても 良い。 さらに、被処理液体が導電性を持っている場合は必ず しも外部電極は設けず、点灯手段 1 6の一方の端子を内部寧 極に接続し、もう一方の端子が被処理液体と電気的に接続さ れていればよい。 このように形成された本発明による紫外線照射装置の一 実施形態は、 図 1に示したように、 ランプ体と外部電極 1 5 内に流入口 1 2 aから被処理液 1を流して排出口 1 2 b力、 ら排出させ、点灯手段 1 6により高周波電圧またはパルス電 圧を発生させて内部電極 1 0及ぴ外部電極 1 5に印加する。 これによりランプ体は、内部電極 1 0及び外部電極 1 5間に 発生する静電エネルギーにより、直管型紫外線ランプ 1 4 a を励起させて放電し、紫外線光を放出し被処理液 1に紫外線 光を照射し殺菌、 脱色、 漂白などの処理がなされる。
以上、本発明による紫外線照射装置の実施の形態を詳細に 説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるもの ではなく、 その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、被処理液を外部端子下部の流入口から流入して上 部の排出口から排出する実施例を説明したが、これに限定さ れるものではなく、排出ロ及ぴ流入口を上下逆に設けても良 く、 また排出口及び流入口をフランジ形状にし、配管の途中 に取り付ける構造としても良い。

Claims

請求の範囲
1. 中心部に配置された内部電極と、 放電時に紫外線を発 する紫外線ランプを、 前記内部電極を包囲するように複 数配置して前記紫外線ランプを収納して封止したラン プ体と、 前記ランプ体から所定の間隔だけ離間して前記 ランプ体を囲み、 前記内部電極と対向するよう形成され た外部電極と、 前記ランプ体の外周に沿って被処理液体 が流れるよう形成された流路と、 を備えたことを特徴と する紫外線照射装置。
2 . 請求項 1に記載の紫外線照射装置において、 前記外部 電極を前記流路の外壁としたことを特徴とする紫外線 照射装置。
3 . 請求項 1に記載の紫外線照射装置において、 前記外部 電極を前記流路に流れる導電性の被処理液体としたこ とを特徴とする紫外線照射装置。
4 . 請求項 1及至 3に記載の紫外線照射装置において、 前 記紫外線ランプの一部が前記ランプ体の外で直接被処 理液体に接する構造を特徴とする紫外線照射装置。
5 . 請求項 1及至 4のいずれかにに記載の紫外 #泉照射装置 において、 前記内部電極と外部電極との電極間に、 高周 波電圧またはパルス電圧いずれかを印加する点灯手段 を備えたことを特徴とする紫外線照射装置。
請求項 1及至 5のいずれかに記載の紫外線照射装置に おいて、 前記.流路には、 前記被処理媒体の流入口と排出 口とを設けたことを特徴とする紫外線照射装置。 '
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