JP2010260021A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス性の向上を図りつつ、被処理水に対して一様な紫外線照射を実現する。
【解決手段】一部に開口部１４が形成された箱状のランプハウス１１内に紫外線ランプ１２を配置し、発生した紫外線を、開口部１４から放射させる。開口部１４の反対側に放射された紫外線ランプ１２の紫外線は、リフレクター１３で反射させて開口部１４から放射させる。ランプハウス１１の開口部１４に対向する位置に窓部１５ｃが形成され、この窓部１５ｃに配置された紫外線を透過させる石英ガラス製の紫外線透過材１９を介し、内部に形成された被処理水が流入出可能な処理部１６が形成された処理容器１５に紫外線を照射させる。ランプハウス１１から紫外線透過材１９を介して紫外線の照射を受ける処理部１６は、必要とする紫外線の照度分布に基づいた形状に形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、紫外線ランプを用いて流体の殺菌・不活化・有機物分解などの処理を行う紫外線照射装置に関する。

従来の紫外線を照射し、流体を処理する装置は、流体が流れる流体通路の外部に、紫外線を照射させる紫外線ランプを配置し、流体通路内を流れる流体に効率的に紫外線ランプからの紫外線が照射させるように２枚のリフレクターを用いて集光させている。（例えば、特許文献１）

特表２００５−５３４４７５公報

上記した特許文献１の技術は、流体通路の周りにリフレクターが配置される構造となっている。この構造では、流体通路の大きさ（径）を大きくできにくいことから、流体の処理量が少なくなり処理効率が劣る、という問題がある。また、処理速度を向上させる目的から紫外線ランプの数を増やした場合は、リフレクターの設計とともに調整に手間がかかったりリフレクターそのものが大きなものとなりシステム全体が大型化する、という問題があった。

この発明の目的は、メンテナンス性の向上を図りつつ、処理水に対する紫外線照射を一様に行うことのできる紫外線照射装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の紫外線照射装置の請求項１では、一部に開口部が形成された箱状のランプハウスと、前記ランプハウス内に配置した紫外線を、前記開口部から放射させる紫外線ランプと、前記開口部の反対側に放射された前記紫外線ランプの紫外線を、前記開口部から放射させるリフレクターと、前記ランプハウスの開口部に対向する位置に窓部が形成され、該窓部を介して前記紫外線を透過させる紫外線透過性の紫外線透過材を配置し、内部に形成された被処理水が流入出可能な処理部が形成された処理容器と、を具備し、前記ランプハウスから前記紫外線透過材を介して紫外線の照射を受ける前記処理部は、必要とする紫外線の照度分布に基づいた形状に形成したことを特徴とする。

また、この発明の紫外線照射装置の請求項２では、請求項１において、前記処理部の形状は、前記紫外線の波長の被処理水１ｃｍ当たりの吸光度をＡ、必要とする照度（ｍＷ／ｃｍ^２）をＸ、水面での照度をＹとしたときに、前記処理部に給水された被処理水の水面と対向する前記処理容器までの距離ｄ（ｃｍ）が、
ｄ≦−（１／Ａ）ｌｏｇ_１０（Ｘ／Ｙ）
の関係を満足することを特徴とする。

この発明によれば、処理容器内に紫外線ランプを設置しないことから、紫外線ランプ交換などのメンテナンス性の向上は維持しつつ、被処理水の処理は確実に効率的に行うことが可能となる。

この発明の紫外線処理装置の一実施形態について説明するための概念的な斜視図である。 図１の側断面図である。 図２のＩ−Ｉ’線の側断面図である。 （ａ）は、図３の紫外線ランプからの紫外線がリフレクターで反射されることについて説明するための説明図、（ｂ）は、水の深さに対する紫外線の照度について説明するための説明図である。 波長の異なる紫外線の水中における透過率について説明するための説明図である。 ランプハウスから放射される紫外線の２５４ｎｍの配光分布例について説明するための説明図である。 この発明の処理水の深さに基づき異なる紫外線照度と処理容器の形状との関係について説明するための説明図である。 この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための説明図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ処理水下における紫外線照度と処理容器の形状との関係について説明するための説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するための、図１は概念的な斜視図、図２は図１の側断面図、図３は図２の一部を断面で示したＩ−Ｉ’線の側断面図である。

図１および図２において、１００は、例えば水道水に紫外線を照射させて殺菌処理を行うランプハウス１１および処理容器１５から構成される紫外線照射装置である。ランプハウス１１は、下面に近い側に開口部１４が設けられた箱状に形成される。このランプハウス１１内には、１８０〜４００ｎｍの紫外線を発光させることが放射可能な紫外線ランプ１２が配置される。開口部１４と対向する位置にはリフレクター１３が配置され、開口部１４とは反対側に放射された紫外線ランプ１２からの紫外線を開口部１４に反射させている。

紫外線ランプ１２は、１８０〜４００ｎｍの紫外線を発光させることができればよく、高圧放電ランプやマイクロ波による放電で紫外線を発光する物質が封入される管状の無電極ランプであっても構わない。

１５は、腐食性の例えばステンレスで形成された処理容器である。処理容器１５は、三角柱の頂点を下にし、内部空間に処理部１６が形成される。処理容器１５の三角柱の上面にあたる側面には、処理部１６に送り込む処理対象の水を取り込む給水口１７が形成される。三角柱の底面にあたる側面には、処理部１６で処理された水を送り出す排水口１８が形成される。給水口１７には図示しない被処理水を流し込むパイプが、排水口１８には図示しない処理部１６で処理された処理水を送り出すためのパイプがそれぞれ取り付けられる。

ところで、給水口１７は、処理容器１５の底部１５ａに近い側に、排水口１８は、処理容器の上部１５ｂに近い側にそれぞれ形成される。これにより、給水口１７に取り込まれた被処理水は、深い位置と浅い位置の何れの位置も通過し排水口１８から送り出されることとなる。

処理容器１５の三角柱の頂点と対向する側面にあたる部分には、ランプハウス１１の開口部１４と合わさるような大きさの窓部１５ｃが形成される。この窓部１５ｃには、紫外線透過性の機能を備えた、例えば石英ガラス製の紫外線透過材１９が取り付けられる。処理部１６には、紫外線透過材１９を介して紫外線ランプ１２からの紫外線が照射可能となる。

このように構成された紫外線照射装置では、紫外線ランプ１２から放射された紫外線は直接、紫外線透過材１９を介して処理部１６に照射される分とリフレクター１３で反射させ紫外線透過材１９を介して処理部１６に照射される分とにより、処理部１６に給水口１７から取り込まれる被処理水に紫外線を照射させている。

図４は、被処理対象物が水道水である場合における水の深さに対する紫外線の照度について説明するための説明図である。

図４（ａ）は、２５４ｎｍを放射させる図３の紫外線ランプ１２からの紫外線が、直接放射される状態とリフレクター１３で反射され放射される状態を示している。図中のII−II’は、処理部１６内の水面に相当するラインを示している。図４（ｂ）は、ランプハウス１１から処理部１６に紫外線が照射された場合における処理水の深さに対する紫外線の照度を説明するためのものである。

すなわち、紫外線ランプ１２とリフレクター１３で反射された２５４ｎｍの紫外線照度をII−II’線上で１００％とした場合に、II−II’線以下のおける各照度８０％，６０％，２０％の分布をそれぞれ示している。

水中における照度は、所謂Lambert-Beerの法則により指数関数的に減少することが知られている。図５は、水道水中での各波長２４０ｎｍ，２６０ｎｍ，２８０ｎｍ，３００ｎｍに対する紫外線の透過率を示している。

ところで、上記したように処理容器１５は、三角柱を横にし、頂点を下側にした形状で形成されている。次に、図６および図７を参照し紫外線の処理容器１５内への照射と処理容器１５の形状の関係について説明する。

図６は、ランプハウス１１から処理容器１５に照射される２５４ｎｍの配光分布例を示すものである。図７は、この発明の処理水の深さに基づき異なる紫外線照度と処理容器の形状との関係について説明するための説明図である。

図７は、図６に示される紫外線ランプ１２の配光分布の紫外線を、処理部１６内の水道水に照射した場合における２０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度が確保できる処理容器１５の形状をａで示し、１０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度が確保できる処理容器１５の形状ｂを示している。

２０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度の紫外線で水道水の殺菌処理を行う場合は、処理容器１５の形状をａとすることで、処理部１６内全域に必要な照度の紫外線の照射が可能となる。また、図７中のｂで示される１０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度の紫外線が処理部１６内全域に照射された場合は、処理容器１５の形状をｂとすることで、紫外線照度が図７中のａの形状に比べて倍となる。このことから、１０ｍＷ／ｃｍ^２以上が水処理のために許容される照度であれば、水処理のタクトタイムを半分にすることが可能となる。処理部１６内全域に必要な照度の紫外線を得て適切な水処理の実現が可能となる。

このように、給水口１７から処理容器１５に送り込まれる水道水は、処理に必要な紫外線が処理部１６の全域に所望の照度を得ることができることから、確実に水処理を実現することができる。

さらに、給水口１７は処理容器１５の下方側の位置に、排水口１８は上方側の位置に配置されている。このことから処理水は、水深の深い位置部分と浅い位置部分のいずれでも処理される。処理水は、水深の深い許容の照度ではあるものの、紫外線の照度が低い位置から水深の浅い紫外線照度の高い位置の両方での処理がされることから、より確実な水処理が実現可能となる。

すなわち、被処理水は、給水口１７付近の紫外線照度の領域と排水口１８付近の水面に近い強い紫外線照度の領域を一応に通過することになるから、確実に水処理がされた後に排水口１８から排水される。

この実施形態は、紫外線ランプが処理容器の外側に設置されていることから、ランプ交換のメンテナンス性や紫外線ランプが破損を受けた場合に処理容器内に破損物が入り込むことを防止することができる。

これに加え、処理容器の処理部をランプハウスからの配光に応じた形状に形成させたことで、処理部を通過させる全部の被処理水に、必要な紫外線照度を照射させることができ、確実で効率的な水処理の実現が可能となる。

図８は、この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための説明図である。

すなわち、水道水の水深下での照度分布と所望の照度での最大限の処理部１６を有する処理容器１５の形状を、１０ｍＷ／ｃｍ^２以上の紫外線照度により合わせた形状ｃとしている。図８では、図７のｂ形状の場合に比べて処理容器１５の下側に紫外線照度の拡がりに合わせた平坦部８１を設けるとともに、処理容器１５の側面に角度を緩やかにした傾斜部８２ａ，８２ｂを形成している。

この場合、２５４ｎｍにおける紫外線を水道水の水面下１０ｍＷ／ｃｍ^２以上の紫外線照度のほぼ最大限の処理部１６を確保する形状にできることから、水処理量を増やせることが可能となる。この点、同様の考えで２０ｍＷ／ｃｍ^２以上の紫外線照度のほぼ最大限の処理部１６を確保する形状にすることもできる。

ところで、処理容器１５に、処理部１６に収容された被処理水の水面と対向する位置までの距離をｄ（ｃｍ）とした場合に、次の式を満足する条件を得ることができれば、効率的な水処理実現に適した処理部１６の形状を形成することが可能となる。ただし、Ａは、使用する波長の被処理水の１ｃｍ当たりの吸光度、Ｘは、必要とする照度（ｍＷ／ｃｍ^２）を、Ｙは、水面での照度をそれぞれ示している。被処理水が水道水である場合の１ｃｍあたりの２６０ｎｍ吸光度は、０．０６４２である。
ｄ≦−（１／Ａ）ｌｏｇ_１０（Ｘ／Ｙ）

図９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ処理水に対して、紫外線の配光分布に基づき水の深さから得られる処理水内での紫外線照度とを選択することにより、形状の違う処理容器１５１，１５２を示したものである。

紫外線ランプ１１が同じ条件であるとした場合、処理水の処理条件の違いに基づいて処理水中における紫外線照度を選択することによっても、図９（ａ）あるいは図９（ｂ）などの処理容器１５の形状を任意に設計することで、効率的な水処理を確実に行うことが可能となる。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えば処理容器１５の処理部形状は、所望の紫外線照度の形状に合わせた形状にすればよく、上記した形状に限定されるものではない。また、上記した紫外線ランプ１２の波長は、２５４ｎｍを例として挙げたが、水処理に有効とされる１８０〜４００ｎｍの範囲の紫外線であれば、所望の紫外線照度に基づいた処理部１６の形状とすることにより、同様の効果を奏することが可能となる。

さらに、水中下における照度を、２０ｍＷ／ｃｍ^２以上を確保できる処理容器１５の形状ａや１０ｍＷ／ｃｍ^２以上を確保できる処理容器１５の形状ｂは、一例であり、処理対象の被処理水の目的に応じて、紫外線照射装置１００の処理容器１５の形状を所望の照度分布に基づき任意に設計することが可能である。

また、ランプハウス１１から放射される紫外線は、集光させる例について説明をしたが、処理水内に所望の紫外線照度が得られるのであれば拡散させても構わない。水処理の具体例としては、殺菌を例に挙げたが、有機物が懸濁または溶存した状態の水処理などについても対象とするが可能である。

１００ 紫外線照射装置
１１ ランプハウス
１２ 紫外線ランプ
１３ リフレクター
１４ 開口部
１５，１５１，１５２ 処理容器
１５ａ 底部
１５ｂ 上部
１５ｃ 窓部
１６ 処理部
１７ 給水口
１８ 排水口
１９ 紫外線透過材
８１ 平坦部
８２ａ，８２ｂ 傾斜部

Claims (5)

1. 一部に開口部が形成された箱状のランプハウスと、
   前記ランプハウス内に配置した紫外線を、前記開口部から放射させる紫外線ランプと、
   前記開口部の反対側に放射された前記紫外線ランプの紫外線を、前記開口部から放射させるリフレクターと、
   前記ランプハウスの開口部に対向する位置に窓部が形成され、該窓部を介して前記紫外線を透過させる紫外線透過性の紫外線透過材を配置し、内部に形成された被処理水が流入出可能な処理部が形成された処理容器と、を具備し、
   前記ランプハウスから前記紫外線透過材を介して紫外線の照射を受ける前記処理部は、必要とする紫外線の照度分布に基づいた形状に形成したことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記処理部の形状は、前記紫外線の波長の被処理水１ｃｍ当たりの吸光度をＡ、必要とする照度（ｍＷ／ｃｍ^２）をＸ、水面での照度をＹとしたときに、前記処理部に給水された被処理水の水面と対向する前記処理容器までの距離ｄ（ｃｍ）が、
   ｄ≦−（１／Ａ）ｌｏｇ_１０（Ｘ／Ｙ）
   の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記処理容器に給水させる給水口は、前記処理容器の下方側に設置し、前記処理容器から水処理後に排水される排水口は、前記処理容器の上方側に設置したことを特徴とする請求項１または２記載の紫外線照射装置。
4. 前記処理容器の処理部は、前記ランプハウスの開口部側に近い側の面積の大きさに比べて遠い側を狭い面積にしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
5. 前記紫外線ランプは、１８０〜４００ｎｍの紫外線を照射するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線照射装置。

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