WO2014208505A1

WO2014208505A1 - 液体処理装置および方法

Info

Publication number: WO2014208505A1
Application number: PCT/JP2014/066582
Authority: WO
Inventors: 昭浩井上; 山越　裕司
Original assignee: 株式会社日本フォトサイエンス
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-12-31
Also published as: JP6377528B2; JPWO2014208505A1

Abstract

　被処理液体が収められる容器と、該容器に取り付けられて、該容器内の被処理液体に紫外線を照射する紫外線照射装置とを備えた液体処理装置において、上記紫外線照射装置は、紫外線照射部と、回路部とからなり、上記紫外線照射部は、水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる誘導コイルとを備える無電極紫外線放電管とを有し、上記回路部は、上記誘導コイルに高周波電流を流す点灯回路と、上記の高周波電流を間歇的に流すよう該点灯回路を制御する制御回路とを有する。無駄な紫外線照射を避けて、省電力化および照射紫外線量の適正化を図りつつ、同時に長寿命化を達成することができる。

Description

液体処理装置および方法

　この発明は、紫外線の照射によって被処理液体の殺菌並びに被処理液体中の微生物や小動物等の防除などの液体処理を行う液体処理装置および方法に関する。

　従来より、紫外線を照射することによって被処理液体を殺菌したり、被処理液体中に含まれている微生物や小動物等を防除したりするなどの液体処理を行う液体処理装置および液体処理方法が知られている。この液体処理装置および液体処理方法では、無駄な紫外線照射を避けて、省電力化および照射紫外線量の適正化を図ることが重要である。

　たとえば下記特許文献１では、多数の紫外線放電管を用い、これらの一部を点灯させ、あるいは間引き点灯させたり、各放電管の放電電流を変化させて照射紫外線量を調整することによって、省電力化および照射紫外線量の適正化を図っている（例えば特許文献１の第３頁、図１等を参照）。この文献１では、流量が一定でない流水の処理を行う場合、その被処理液体の滞留時間に応じて放電管を点滅したり、放電電流を少なくするなどにより、照射紫外線量を減少させて消費電力を低減させている。

　また、紫外線放電管として、磁界によって放電励起を行う、いわゆる無電極紫外線放電管を用いた液体処理装置は、下記特許文献２、３等において知られている（例えば、特許文献２の第５～６頁、図１、特許文献３の第５～６頁、図１等を参照）。これらの無電極紫外線放電管を用いた液体処理装置においては、２５０ｋＨｚ程度あるいは２．６ＭＨｚなどの高周波磁界を連続的に加えて放電ガスを励起し、連続的に紫外線を放射させ、殺菌に有効な水銀原子からの波長２５４ｎｍの紫外線や、有機物分解に有効な波長１８５ｎｍの紫外線を被処理液体に連続照射して、殺菌や分解の効果を得ている。

特開２００３－２４７７４号公報特開２０１２－４０５０５号公報特開２０１２－６１４４０号公報

　ところが、特許文献１の液体処理装置および液体処理方法では、いわゆる有電極紫外線放電管を用いているため、紫外線放電管の寿命が短いという問題がある。有電極紫外線放電管はフィラメントに電流を流して放電ガスを励起し紫外線を発生させるものであるが、そのフィラメント電流を変化させて照射紫外線量を調整すると、電極温度が変わり、寿命が短縮してしまう。これを避けるべく電極温度を維持するため、電極予熱電流を流す構成をとることも考えられるが、この予熱電流を放電電流に対応して変化させなければならず、構成が複雑化して製造コストの高額化を免れない。さらに、有電極紫外線放電管は点滅を頻繁に繰り返すと、起動時の電極消耗が激しくなり、これも寿命短縮の一因となる。

　また、従来の無電極紫外線放電管を用いた液体処理装置においては、特許文献２、３に見られるように、連続的に紫外線を照射しているため、たとえば流水を処理するのではなく、貯留液体を処理したり、流速の極めて遅い液体を処理する場合には、照射紫外線量が過剰となり、その照射のための放電電力が無駄に費やされてしまう。

　この発明は、上記に鑑み、無駄な紫外線照射を避けて、省電力化および照射紫外線量の適正化を図りつつ、同時に長寿命化を達成するよう改善した液体処理装置および液体処理方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る液体処理装置は、被処理液体が収められる容器と、該容器に取り付けられて、該容器内の被処理液体に紫外線を照射する紫外線照射装置とを備えた液体処理装置において、上記紫外線照射装置は、紫外線照射部と、回路部とからなり、上記紫外線照射部は、水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる誘導コイルとを備える無電極紫外線放電管とを有し、上記回路部は、上記誘導コイルに高周波電流を流す点灯回路と、上記の高周波電流を間歇的に流すよう該点灯回路を制御する制御回路とを有することを特徴とする。

　本発明に従う液体処理装置によれば、点灯回路は制御回路によって制御され、誘導コイルに流す電流が間歇的なものとされているので、紫外線照射のＯＮ・ＯＦＦ時間を適宜に定めてトータルの紫外線照射量を被処理液体に応じて適切なものとすることができ、過剰な紫外線照射を避けて、無駄な消費電力を無くすことができる。無電極紫外線放電管を用いているため、紫外線照射のＯＮとＯＦＦとの繰り返しによる寿命短縮は無く、長寿命化が達成される。

　一実施例において、上記の無電極紫外線放電管は、石英ガラスよりなる保護管によって覆われるとよい。これによれば、無電極紫外線放電管は、石英ガラスよりなる保護管によって覆われているため、被処理液体に直接接触することはない。そのため、万一の事故で該放電管が破損したときに、そこから漏れた水銀が被処理液体に混入することを防止することできる。また、保護管内に放電管を収めることによって、放電管と被処理液体の間の距離を適切にとることができるようになるため、放電管の温度を適正に維持し、適切な紫外線照射量を安定的に維持することが可能となる。さらに、この保護管は石英ガラスにより形成されていて、一定の紫外線量に晒されると劣化・破損するが、紫外線は間歇的に照射されるため、紫外線の照射量を抑えて、その劣化の進行を遅らせることができる。

　また、一実施例において、前記無電極紫外線放電管の管体は、凹部を有し、前記誘導コイルはフェライトコアの周囲に巻回されてこのフェライトコアとともに上記凹部に挿入されるようにしてよい。これによれば、磁束密度の高められた磁界を管体内の放電媒体に作用させることができ、効率的に紫外線を発生させることができる。

　一実施例において、このフェライトコアの管体凹部挿入側とは反対側の基部に該フェライトコアの熱を逃がすための放熱フィンが設けられるようにしてよい。これによれば、フェライトコアの温度上昇を抑えることができる。一実施例において、前記回路部には、前記誘導コイルに間歇的に流す高周波電流を設定するための操作パネルがさらに備えられてよい。これによれば、間歇的な高周波電流のＯＮ時間、ＯＦＦ時間等を被処理液体の容器内滞留時間等に応じて自由に設定できる。

　一実施例において、前記回路部において、前記点灯回路と制御回路とを熱伝導良好な材料によりなる筐体に収めるようにし、その筐体の外面に前記操作パネルを設けるようにしてよい。これによれば、筐体の放熱作用により内部回路の温度上昇を抑えて内部回路を熱的に保護し、その動作を安定させることができる。またこの筐体の外面に操作パネルが設けられているので、操作パネル上の操作を容易に行うことができる。

　一実施例において、上記筐体は上記フェライトコア基部に熱伝導良好に接続されるようにしてよい。これによれば、フェライトコアの放熱作用をこの筐体に行わせ、フェライトコアの温度上昇抑制に寄与できる。

　本発明の別の観点に従う液体処理装置は、被処理液体が収められる容器と、該容器に取り付けられて、該容器内の被処理液体に紫外線を照射する紫外線照射装置とを備えた液体処理装置において、上記紫外線照射装置は、紫外線照射部と、回路部とからなり、上記紫外線照射部は、水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる、凹部が設けられた誘導コイルと、該凹部に挿入され、その周囲に上記の誘導コイルが巻回されているフェライトコアと、該フェライトコアの管体凹部挿入側とは反対側の基部に該フェライトコアの熱を逃がすために設けられた放熱フィンとを備える無電極紫外線放電管とを有し、上記回路部は、上記誘導コイルに高周波電流を流す点灯回路と、上記の高周波電流を間歇的に流すよう該点灯回路を制御する制御回路と、これら点灯回路および制御回路を収納する熱伝導良好な材料によりなる筐体と、該筐体外面に取り付けられた、上記誘導コイルに間歇的に流す高周波電流を設定するための操作パネルとを有しており、上記筐体は上記フェライトコア基部に熱伝導良好に接続されていることを特徴とする。

　本発明に従う液体処理方法は、水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる誘導コイルとを備える無電極紫外線放電管からの紫外線を被処理液体に照射して該液体を処理するようにし、上記誘導コイルに高周波電流を間歇的に流すとともに、上記誘導コイルに流す間歇的高周波電流のＯＮ時間とＯＦＦ時間とを被処理液体に応じて変化させて液体処理を行うことを特徴とする。

　本発明の液体処理方法によれば、無電極紫外線放電管を用い、その無電極紫外線放電管からの紫外線を被処理液体に照射して該液体を処理するようにし、無電極紫外線放電管の誘導コイルに高周波電流を間歇的に流すとともに、上記誘導コイルに流す間歇的高周波電流のＯＮ時間とＯＦＦ時間とを被処理液体に応じて変化させて液体処理を行っているので、紫外線照射量を被処理液体に応じた適切なものとすることができ、無駄な紫外線照射を避けて消費電力を低減することができる。さらに、無電極紫外線放電管を用いて間歇的に紫外線照射を行うこの液体処理方法によると、放電管駆動のＯＮ・ＯＦＦの繰り返しにもかかわらず、機器の寿命の短縮化を招かず、機器の長寿命化を図りながら、有効な殺菌等の効果を維持することができる。

この発明の実施形態の概念的な断面図である。同実施形態の紫外線照射装置の部分のみを概念的に示す断面図である。

　図１において、容器１は、被処理液体が貯蔵ないし流通させられる容器であって、液体流入口１１と液体流出口１２とを備えている。この容器１の上面には紫外線照射装置２が取り付けられている。紫外線照射装置２は、紫外線照射部３と回路部４とからなり、主として紫外線照射部３側が容器１内に突出している。

　さらに図２をも参照しながら説明すると、紫外線照射部３は、無電極紫外線放電管３１を有しており、この放電管３１を含む各部が保護管３９によって覆われて保護されている。この保護管３９は石英ガラスにより形成されている。

　無電極紫外線放電管３１は、磁界によって放電励起を行うもので、フィラメントや電極等を有しない。磁界を加えるための誘導コイル３５を備えるとともに、その磁界を強めるために、この誘導コイル３５は円柱状のフェライトコア３５の周囲に巻回されてなる。

　放電管３１は、石英ガラスからなる管体３２に、水銀（液体水銀）と希ガス（ここではネオン・アルゴン・キセノンの混合希ガス）とを含む放電媒体３３がたとえば３トールで封入されたものからなる。管体３２は、全体としては円柱形状になっているが、一端（図では上端）側から反対側端部（図では下方）に向けて窪んだ円柱形状の凹部３４が形成されている。この凹部３４に上方から下方に向けて、誘導コイル３５が巻回されたフェライトコア３６が挿入されている。このフェライトコア３６の基部（上端側）には放熱フィン３７が、フェライトコア３６との間の熱伝導が良好となるように取り付けられている。このフェライトコア３６の基部および放熱フィン３７は、基部保護管３８に熱伝導良好に固定されている。基部保護管３８は石英ガラスあるいは適宜な金属により形成され、保護管３９と連結されている。

　回路部４は、上記の誘導コイル３５に２．６ＭＨｚ（あるいは２５０ｋＨｚ程度）の高周波電流を流す点灯回路４１と、この点灯回路４１を制御する制御回路４２とを備え、これらが筐体４３に収められて形成されている。この筐体４３は、熱伝導良好な適宜な金属（あるいは他の材料）により形成されており、その一端外面（下面）が、基部保護管３８の上面に密着固定され、これら基部保護管３８と筐体４３との間が熱伝導良好とされる。

　そして、この筐体４３の他端外面（上面）には操作パネル４４が配置されており、この操作パネル４４には図では省略しているが、操作用のスイッチボタンやツマミや液晶表示器等の表示器などが配列されている。この操作パネル４４のボタンやツマミ等を操作することによって、制御回路４２に対して、誘導コイル３５に流す電流の値やその電流のＯＮ時間・ＯＦＦ時間等を指示し、表示器で確認して、それらの設定を行うことができるようになっている。

　このように構成される液体処理装置において、点灯回路４１から高周波電流が誘導コイル３５に流されると、放電管３１内に磁界が形成され放電が開始する。放電管３１の管体３２内には水銀あるいは水銀合金と希ガスよりなる放電媒体３３が封入されているため、放電による水銀のスペクトル発光が生じる。こうして発光した紫外線が放電管３１の管体３２および保護管３９を透過して容器１内に照射され、この容器１内に液体流入口１１から導入され貯留ないし流通させられる被処理液体（図では省略）への紫外線照射が行われて殺菌・減菌等の処理が行われ、処理後の被処理液体は液体流出口１２から流出させられる。

　点灯回路４１は制御回路４２によって制御され、点灯回路４１から誘導コイル３５に流す電流が間歇的なものとされる。その間歇的な電流の電流値やＯＮ・ＯＦＦ時間等の設定は、操作パネル４４上に配列されたボタンやツマミを操作することによって行う。そのため、紫外線照射のＯＮとＯＦＦとが繰り返されるとともに、そのＯＮ・ＯＦＦ時間を適宜に定めることができ、トータルの紫外線照射量を被処理液体に応じて適切なものとすることができる。その結果、過剰な紫外線照射を避けて、無駄な消費電力を無くすことができる。

　放電管３１は、紫外線照射のＯＮとＯＦＦとを繰り返すことになるが、この放電管３１は無電極放電管であるゆえに、有電極放電管で見られた点滅の繰り返しによる寿命短縮は無く、長寿命化が達成される。

　この放電管３１は、保護管３９内に収められて、該保護管３９で覆われているため、被処理液体に直接接触することはない。そのため、万一の事故で放電管３１が破損したときに、そこから漏れた水銀が被処理液体に混入することを防止することできる。また、保護管３９内に放電管３１を収めることによって、放電管３１と被処理液体の間の距離を適切にとることができるようになるため、放電管３１の温度を適正に維持し、適切な紫外線照射量を安定的に維持することが可能となる。

　この保護管３９は紫外線透過性の良好な石英ガラスにより形成されているが、石英ガラスは紫外線（とくに波長１８５ｎｍの紫外線）の照射エネルギーを受光・吸収すると、石英分子の結合が切断されて劣化が進み、最終的には破損してしまうことが知られている。波長１８５ｎｍの紫外線の照射エネルギーでは、概ね１平方ｃｍあたり７００ワット・時間程度の照射エネルギーで破断に至る。しかし、ここでは、上記のように紫外線の照射は間歇的であり、ＯＮとＯＦＦとを繰り返すようにしているため、総照射ワット・時間を低減でき、保護管３９の寿命を長くすることができる。

　誘導コイル３５はフェライトコア３６の周囲に巻回されているため、磁束密度を高めることができ、またこのフェライトコア３６に巻回された状態で誘導コイル３５を管体３２の凹部３４に挿入しているため、管体３２内の放電媒体３３を効率的に励起することができ、紫外線の発生効率を上げることができる。

　またフェライトコア３６の基部には放熱フィン３７が取り付けられて、フェライトコア３６で発生した熱を放散させるようにしており、フェライトコア３６の温度上昇を抑えることができる。フェライトコア３６の基部は基部保護管３８を介して回路部４の筐体４３にも熱伝導良好に接続されているため、フェライトコア３６の熱が筐体４３に伝えられて放散され、これによっても温度上昇が抑えられる。

　放電電流（誘導コイル３５に流す電流）の設定は、上記のとおり、操作パネル４４により行うが、操作パネル４４は回路部４の点灯回路４１や制御回路４２が収納される筐体４３の外面（図では上面）に設けられているため、その設定操作は容易である。この筐体４３は、点灯回路４１と制御回路４２とを収めるためのものであるが、金属ないし熱伝導良好な他の材料により形成されているため、これら内部の回路で発生した熱を外部に放散させて内部回路を熱的に保護し、その動作を安定させる作用も果たしている。

　つぎに液体の処理方法の一例について説明する。たとえば、濃縮還元果汁の場合は液糖タンクに一時的に貯留することが多い。このように、濃縮還元果汁を容器１内に一時的に貯留する場合、水銀放電による波長２５４ｎｍの紫外線を連続的に照射する必要はなく、果汁液を液体流入口１１を経て容器１内に導入した直後と容器１から液体流出口１２を経て導出する直前の２回紫外線照射を行うとともに、その間の貯蔵中では一定間隔で紫外線照射を行えば、果汁液の殺菌および微生物の増殖抑制には十分である。

　そのため、このような濃縮還元果汁の一時的な貯蔵時には、たとえばその貯蔵中に紫外線照射を１０分間行った後１時間休止するというようなＯＮ・ＯＦＦ時間の設定を行う。濃縮還元果汁等の糖液を貯蔵する場合には、容器１の液面より上方の内側壁にカビ等が発生しやすいが、内側壁へも間歇的に紫外線照射して殺菌できるため、液面より上方の内側壁でのカビの発生を抑えることにとくに効果的である。

　容器１内に流入口１１から被処理液体を常時流入させ流出口１２から常時流出させて容器１内に被処理液体が常時流れていくような場合には、たとえば５分毎に紫外線照射をＯＮ・ＯＦＦするよう設定することもできる。被処理液体が常時流れていく場合に、容器１内での滞留時間が５秒程度と短い場合には、たとえば０．５秒間隔で紫外線照射のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すよう設定して、被処理液体の処理を行う。

　このように被処理液体の容器１内での滞留時間に応じて、適切な紫外線照射のＯＮ・ＯＦＦ時間を定めて、間歇的な紫外線照射処理を行うことができる。被処理液体の滞留時間のほか、被処理液体の内容や温度等に応じて紫外線照射のＯＮ・ＯＦＦ時間を定めて、間歇的な紫外線照射処理を行うことができることも、もちろんである。

　紫外線照射のＯＮ・ＯＦＦ時間を適切に設定して間歇的な紫外線照射処理を行うことにより、紫外線照射量を被処理液体に応じた適切なものとすることができ、無駄な紫外線照射を避けて消費電力を低減することができる。さらに、無電極紫外線放電管を用いて間歇的に紫外線照射を行うこの液体処理方法によると、放電管駆動のＯＮ・ＯＦＦの繰り返しにもかかわらず、機器の寿命の短縮化を招かず、機器の長寿命化を図りながら、有効な殺菌等の効果を維持することができる。

　なお、上記の例では、無電極紫外線放電管３１の管体３２中に水銀（液体水銀）を封入したが、そのほかに、ビスマス、スズなどの水銀合金（いわゆるアマルガム）を封入してもよい。その場合には、周囲温度が高い環境下でも安定的に波長２５４ｎｍの紫外線を放射できる水銀蒸気圧が保たれる。また希ガスとして、上記では、ネオン・アルゴン・キセノンの混合希ガスを３トール封入したが、これに限定されるわけではなく、アルゴン単体あるいはネオン単体などを数トール前後もしくはそれ以下に封入することもできる。

Claims

　被処理液体が収められる容器と、該容器に取り付けられて、該容器内の被処理液体に紫外線を照射する紫外線照射装置とを備えた液体処理装置において、
　上記紫外線照射装置は、紫外線照射部と、回路部とからなり、
　上記紫外線照射部は、水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる誘導コイルとを備える無電極紫外線放電管とを有し、
　上記回路部は、上記誘導コイルに高周波電流を流す点灯回路と、上記の高周波電流を間歇的に流すよう該点灯回路を制御する制御回路とを有する、
ことを特徴とする液体処理装置。
　前記紫外線照射部は、前記無電極紫外線放電管を覆う石英ガラスよりなる保護管を有することを特徴とする請求項１に記載の液体処理装置。
　前記無電極紫外線放電管の管体は、凹部を有し、前記誘導コイルはフェライトコアの周囲に巻回されてこのフェライトコアとともに上記凹部に挿入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体処理装置。
　前記フェライトコアの管体凹部挿入側とは反対側の基部に該フェライトコアの熱を逃がすための放熱フィンが設けられたことを特徴とする請求項３記載の液体処理装置。
　前記回路部は、前記誘導コイルに間歇的に流す高周波電流を設定するための操作パネルをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液体処理装置。
　前記回路部は、前記点灯回路と制御回路とを収める、熱伝導良好な材料によりなる筐体をさらに備え、前記操作パネルは該筐体外面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液体処理装置。
　上記筐体は上記フェライトコア基部に熱伝導良好に接続されるように構成された請求項１乃至６のいずれかに記載の液体処理装置。
　被処理液体が収められる容器と、該容器に取り付けられて、該容器内の被処理液体に紫外線を照射する紫外線照射装置とを備えた液体処理装置において、
　上記紫外線照射装置は、紫外線照射部と、回路部とからなり、
　上記紫外線照射部は、水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる、凹部が設けられた誘導コイルと、該凹部に挿入され、その周囲に上記の誘導コイルが巻回されているフェライトコアと、該フェライトコアの管体凹部挿入側とは反対側の基部に該フェライトコアの熱を逃がすために設けられた放熱フィンとを備える無電極紫外線放電管とを有し、
　上記回路部は、上記誘導コイルに高周波電流を流す点灯回路と、上記の高周波電流を間歇的に流すよう該点灯回路を制御する制御回路と、これら点灯回路および制御回路を収納する熱伝導良好な材料によりなる筐体と、該筐体外面に取り付けられた、上記誘導コイルに間歇的に流す高周波電流を設定するための操作パネルとを有しており、上記筐体は上記フェライトコア基部に熱伝導良好に接続されている、
ことを特徴とする液体処理装置。
　水銀若しくは水銀合金と希ガスとを含む放電媒体が封入された管体と、該放電媒体に高周波磁界を作用して放電を生じさせて紫外線を発生させる誘導コイルとを備える無電極紫外線放電管からの紫外線を被処理液体に照射して該液体を処理する液体処理方法において、上記誘導コイルに高周波電流を間歇的に流すとともに、上記誘導コイルに流す間歇的高周波電流のＯＮ時間とＯＦＦ時間とを被処理液体に応じて変化させて液体処理を行うことを特徴とする液体処理方法。