JP2012192375A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線ランプ近傍からの電波が装置外部へ漏洩することを回避するとともに、上下水道を短時間で殺菌・消毒・不活化が可能な紫外線照射装置を提供することにある。
【解決手段】処理水の給水ポート，排水ポートを有する紫外線照射水槽１と、紫外線照射水槽内に配置され，１０ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の高周波放電で点灯して処理水に紫外線を照射する紫外線ランプ５と、紫外線ランプを保護する保護管６と、紫外線照射水槽の両端に夫々設けられた，紫外線光と電磁波を遮蔽する保護カバー８と、前外線ランプと給電線を介して電気的に接続する電子安定器１０とを具備し、紫外線ランプ及び給電線は夫々比導電率と比透磁率の積が１以上の材質からなり、かつ紫外線照射水槽及び保護管はその厚みが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの導体又は導電性のある樹脂からなることを特徴とする紫外線照射装置。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は紫外線照射装置に関する。

上下水道の殺菌・消毒、工業用水の殺菌・消毒・脱色、あるいはパルプの漂白、さらには医療機器の殺菌等を行うために、オゾンや塩素等の薬品が用いられている。
従来の紫外線照射装置では、オゾンや薬品を処理水に均一に溶けこますために、滞留槽やスプレーポンプ等の攪拌装置が必需品で、水質や水量の変化に対し即対応できなかった。紫外線には、殺菌・消毒・脱色、工業用水の脱臭・脱色、あるいはパルプの漂白等の作用があり、水質や水量の変化に対し即対応するために、紫外線処理を行う。
このように、上下水道の殺菌・消毒・不活化を行う紫外線照射装置を用いたシステムにおいて、紫外線を用いる場合、紫外線を照射している数秒以内で殺菌・消毒・不活化される。

ところで、前記紫外線照射装置の紫外線光源に、高周波放電を利用して紫外線ランプを点灯させている場合、周波数が１０ＭＨｚ以上では、ランプと装置内部の給電線の近傍からの電波漏洩は電界の方が支配的で、金属でシールドするだけでほぼ漏洩を抑えることが可能であった。しかし、紫外線光源に、１０ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の高周波放電を利用して紫外線ランプを点灯させている場合、ランプと装置内部の給電線の近傍からの磁界が漏れ、装置外部への漏えいし、他の機器を誤動作させる可能性がある。

特開２００４−２２３５０２号公報

本発明が解決しようとする課題は、紫外線ランプ近傍からの電波が装置外部へ漏洩することを回避しえるとともに、上下水道を短時間で殺菌・消毒・不活化が可能な紫外線照射装置を提供することである。

実施形態によれば、上下水道の殺菌・消毒・不活化を行う紫外線照射装置において、処理水の給水ポート，排水ポートを有する紫外線照射水槽と、この紫外線照射水槽内に配置され，１０ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の高周波放電で点灯して処理水に紫外線を照射する紫外線ランプと、この紫外線ランプを保護する保護管と、前記紫外線照射水槽の両端に夫々設けられた，紫外線光と電磁波を遮蔽する保護カバーと、前記紫外線ランプと給電線を介して電気的に接続する電子安定器とを具備し、前記紫外線ランプ及び前記給電線は夫々比導電率と比透磁率の積が１以上の材質からなり、かつ前記紫外線照射水槽及び保護カバーはその厚みが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの導体又は導電性のある樹脂からなることを特徴とする紫外線照射装置を提供できる。

上水処理システムにおける処理の流れの概要図。 第１の実施形態に係る紫外線照射装置の説明図。 第２の実施形態に係る紫外線照射装置の説明図。 図３の紫外線照射装置の要部を拡大して示す説明図。 図３の概略的な斜視図。 第３の実施形態に係る紫外線照射装置の説明図。 第４の実施形態に係る紫外線照射装置の説明図。 第５の実施形態に係る紫外線照射装置の説明図。

以下、本実施形態に係る紫外線照射装置について詳細に説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
まず、上水処理システムにおける処理の流れの概要を、図１を参照して説明する。
川、湖又は地下水から原水を取水し（工程Ｓ１）、取水した原水を凝集沈殿槽に導入し、これに凝集剤を添加して凝集・沈殿させる（工程Ｓ２）。次に、凝集沈殿槽の上澄み水を活性炭濾過槽に送って異物を濾過し（工程Ｓ３）、濾過水を紫外線照射装置に送って紫外線を照射し（工程Ｓ４）、ＵＶ消毒処理水を塩素注入槽に送って塩素を注入（工程Ｓ５）した後に、一般家庭や事業所などに配水される。

本実施形態に係る紫外線照射装置は、紫外線ランプ及び給電線は比導電率と比透磁率の積が１以上の材質からなり、紫外線照射水槽及び保護カバーはその厚みが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの導体又は導電性のある樹脂からなることを特徴とする。ここで、導体としては、ステンレス（ＳＵＳ３１６）等の金属の他、フェライト等が挙げられる。また、導電性のある樹脂とは、樹脂に金属粉を混合したもの、あるいは樹脂表面に金属膜を形成したものを意味する。ここで、一般的な金属の比誘電率Ｘ，比透磁率Ｙ及びこれらの積Ｘ・Ｙは、下記表１に示すとおりである。

高周波電流は、導体を流れる時、表皮効果のために、導体の表面で高く、表面から離れると低くなる。その電流密度Ｊは深さδに対して次式のように減少する。
Ｊ＝ｅ^−δ／ｄ
ここで、ｄは表皮深さ（μｍ）で、電流が表面電流の１／ｅ（約０．３７）になる深さである。表皮深さｄは次のように計算される。
ｄ＝（５．０３×１０^８）×（ρ／μ_ｒ・ｆ）^１／２＝（６．６０９×１０^−３）／（ｆ／σ_ｒ）^１／２
ここで、ρは抵抗率を、μ_ｒは比透磁率を、ｆは周波数を、σ_ｒは比導電率を示す。

以下に具体的な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る紫外線照射装置について、図２を参照して説明する。
図中の符号１は、処理水の給水ポート２，排水ポート３を有する筒状の紫外線照射水槽を示す。ここで、紫外線照射水槽１は、その厚みが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの導体例えばステンレス（SUS304,SUS316,SUS316L等）により形成されている。この紫外線照射水槽１内には、処理水に紫外線４を照射する紫外線ランプ５が配置されている。紫外線ランプ５は、１０ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の高周波放電を利用して点灯させるもので、比導電率と比透磁率の積が１以上の材質から形成されている。紫外線照射水槽１には監視窓７が設けられ、この監視窓７より図示しない紫外線モニタを用いて紫外線ランプ５の紫外線照射量を監視するようになっている。

紫外線照射水槽１の両端には、紫外線光と電磁波を遮蔽する保護カバー８が夫々設けられている。保護カバー８は、その厚さが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの金属ステンレス（SUS304,SUS316,SUS316L等）により形成されている。一方の保護カバー８の内側には、紫外線ランプ５と給電線９を介して電気的に接続する電子安定器１０が配置されている。給電線９は、比導電率と比透磁率の積が１以上の材質例えばアルミニウム（Ａｌ）から形成されている。前記紫外線照射水槽１内には、両端が保護カバー８まで延出する筒状の配管１１が前記紫外線ランプ５と平行に配置されている。

前記給電線９は、一端が電子安定器１０に接続し、他端が紫外線ランプ５に接続する第１の給電線９ａと、一端が紫外線ランプ５に接続され、他端が前記保護管６，保護カバー８及び配管１１内を通って電子安定器１０に接続する第２の給電線９ｂとから構成されている。ここで、第１の給電線９ａ，第２の給電線９ｂにより、紫外線ランプ５及び電子安定器１０はループ状に接続されている。配管１１内を通る第２の給電線９ｂは、紫外線ランプ５と平行となるように配置されている。

第１の実施形態によれば、紫外線ランプ５及び給電線９は比導電率と比透磁率の積が１以上の材質からなり、紫外線照射水槽１及び保護カバー８がその厚みが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの導体からなるため、紫外線ランプ近傍からの電波が装置外部へ漏洩することを回避でき、他の機器の誤動作を防ぐことができる。また、紫外線照射を上下水道に照射することにより、数秒で上下水道の殺菌・消毒・不活化を実現できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る紫外線照射装置について、図３〜図５を参照して説明する。ここで、図３は紫外線照射装置の断面図、図４は図３の要部の拡大図、図５は図４の概略的な斜視図を示す。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態に係る紫外線照射装置は、図３に示すように、保護管６及び保護カバー８内で給電線９を紫外線ランプ５と電子安定器１０をループ状に接続するとともに、紫外線ランプ５と平行な第２の給電線９ｂ部分は保護管６内で紫外線ランプ５と近接して配置されている。また、第２の給電線９ｂは、図４及び図５に示すように、紫外線ランプ５の両側に配置されたセラミック製のガイド部材１２の貫通穴１２ａを通り、紫外線ランプ５を挟んで電子安定器１０の反対側で固定部材１３によりガイド部材１２に固定されている。なお、図４、図５中の符号１４は紫外線ランプ５の電極を示す。

図３のように、高周波放電を利用して紫外線照射ランプ５を点灯させている場合、電子安定器１０から出た給電線９ａ，９ｂと紫外線ランプ５で構成された回路はループアンテナと擬似回路的になり、不要電磁界を装置外部に放出しやすくなる。しかし、第２の実施形態は、紫外線ランプ５と平行な第２の給電線９ｂ部分を保護管６内で紫外線ランプ５と近接して配置した構成になっているので、不要電磁界が装置外部に漏洩することを回避でき、他の機器の誤動作を防ぐことができる。また、第２の給電線９ｂをガイド部材１２と固定部材１３により支持、固定するため、第２の給電線９ｂが紫外線ランプ５からの輻射熱により加熱され膨張して熱変形しても、第２の給電線９ｂの配置を保持できる。

なお、第２の実施形態において、紫外線ランプ近傍の給電線の材質としては、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用することが好ましい。これは下記の理由による。即ち、紫外線ランプ周辺の空気中の酸素と紫外線が反応して生成されたオゾンにより、給電線の金属表面が酸化されて導電率が変化し、複数本に分岐した給電線に流れる電流のバランスが崩れ、磁界を打ち消しあわなくなることを防ぐためである。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る紫外線照射装置について、図６を参照して説明する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。
第３の実施形態に係る紫外線照射装置は、図６に示すように、図２と比べ保護管６の径を大きくして、紫外線ランプ５の一端に接続する第２の給電線９ｂを給電線１５ａ，１５ｂに分岐させるとともに、一方の分岐した給電線１５ａを他方の分岐した給電線１５ｂに接続させ、これらの給電線９ａ，９ｂ、１５ａ，１５ｂを保護管６及び保護カバー８内に収容したことを特徴とする。ここで、給電線１５ａ，１５ｂは、紫外線ランプ５に対し対称的に配置されている。なお、図示しないが、図６の紫外線照射装置において、給電線１５ａ，１５ｂは、図４，図５の場合と同様に、ガイド部材と固定部材により支持、固定されている。

第３の実施形態によれば、紫外線ランプ５の一端に接続する第２の給電線９ｂを給電線１５ａ，１５ｂに分岐するとともに、これらの分岐した給電線１５ａ，１５ｂを紫外線ランプ５に対し対称的に配置した構成であるため、第２の給電線９ｂを通る高周波電流１６と分岐した給電線１５ａ，１５ｂを通る高周波電流１７によって発生する磁界を互いに打ち消すことができ、合成磁界が装置の外部に漏洩することを回避でき、他の機器の誤動作を防ぐことができる。
なお、第３の実施形態では、給電線９ｂを２本の給電線１５ａ，１５ｂに分岐する場合について述べたが、これに限らず、偶数本例えば４本の給電線に分岐させ、分岐された偶数本の給電線を紫外線ランプに対して対称的に配置してもよい。また、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、紫外線ランプ近傍の給電線の材質として、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用することが好ましい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る紫外線照射装置について、図７を参照して説明する。但し、図２，図６と同部材は同符号を付して説明を省略する。
図中の符号１８，１９は、夫々紫外線照射水槽１の外側に両端部が保護カバー８まで延出しかつ前記紫外線ランプ５と並行となるように配置された給電線保護用の配管である。給電線９ｂから分岐した一方の給電線１５ｂは、保護管５，保護カバー８及び配管１８内を通って前記電子安定器１０に直接接続している。給電線９ｂから分岐した他方の給電線１５ｂは、保護管５，保護カバー８及び配管１９を通って電子安定器１０の近傍の給電線１５ａに接続している。給電線１５ａ，１５ｂのうち紫外線ランプ５と平行な部分は、紫外線ランプ５に対して対称的に配置されている。

第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な効果が得られる。
なお、第４の実施形態では、第２の給電線９ｂを２本の給電線１５ａ，１５ｂに分岐する場合について述べたが、これに限らず、第２の給電線９ｂ偶数本例えば４本の給電線に分岐させ、分岐された偶数本の給電線を紫外線ランプに対して対称的に配置してもよい。

（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る紫外線照射装置について、図８を参照して説明する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。
第５の実施形態に係る紫外線照射装置は、図８に示すように、一端が紫外線ランプ５に接続する第２の給電線９ｂを紫外線ランプ５に螺旋状に配置したことを特徴とする。

第５の実施形態によれば、第２の給電線９ｂを紫外線ランプ５に螺旋状に配置した構成にすることにより、紫外線ランプ５の中を通る高周波電流２０と紫外線ランプ５の外部を戻る給電線を流れる高周波電流によって発生する電流が互いに逆になるようにして、お互いの磁界を打ち消すことができ、合成磁界が紫外線照射水槽６の外部への漏洩を回避でき、他の機器の誤動作を防ぐことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…紫外線照射水槽、２…給水ポート、３…排水ポート、４…紫外線光、５…紫外線ランプ、６…保護管、７…紫外線監視窓、８…保護カバー、９，９ａ，９ｂ，１５ａ，１５ｂ…給電線、１０…電子安定器、１１，１８，１９…配管、１２…ガイド部材、１３…固定部材、１６，１７，２０…高周波電流。

Claims (8)

1. 上下水道の殺菌・消毒・不活化を行う紫外線照射装置において、
   処理水の給水ポート，排水ポートを有する紫外線照射水槽と、
   この紫外線照射水槽内に配置され，１０ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の高周波放電で点灯して処理水に紫外線を照射する紫外線ランプと、
   この紫外線ランプを保護する保護管と、
   前記紫外線照射水槽の両端に夫々設けられた，紫外線光と電磁波を遮蔽する保護カバーと、
   前記紫外線ランプと給電線を介して電気的に接続する電子安定器とを具備し、
   前記紫外線ランプ及び前記給電線は夫々比導電率と比透磁率の積が１以上の材質からなり、かつ前記紫外線照射水槽及び保護カバーはその厚みが高周波電流の表皮深さの３倍以上の厚みの導体又は導電性のある樹脂からなることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記紫外線照射水槽に両端部が前記保護カバーまで延出しかつ前記紫外線ランプと並行となるように配置された給電線保護用の配管を備え、
   前記給電線は、一端が前記電子安定器に接続しかつ他端が前記紫外線ランプの一端に接続する第１の給電線、及び一端が前記紫外線ランプに接続しかつ他端が前記配管内を通って前記電子安定器に接続する第２の給電線からなり、
   前記第２の給電線は前記配管内で紫外線ランプと平行となるように配置され、前記第１，第２の給電線により前記紫外線ランプ及び前記電子安定器がループ状に接続されていることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記給電線は、前記保護管内に配置され，一端が前記電子安定器に接続しかつ他端が前記紫外線ランプに接続する第１の給電線、及び前記保護管内に配置され，一端が前記紫外線ランプの一端に接続しかつ他端が前記電子安定器に接続する第２の給電線からなり、前記第１，第２の給電線により前記紫外線ランプ及び前記電子安定器がループ状に接続されていることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
4. 前記給電線は、前記保護管内に配置され，一端が前記電子安定器に接続しかつ他端が前記紫外線ランプに接続する第１の給電線、及び前記保護管内に配置され，一端が前記紫外線ランプの一端に接続しかつ他端が偶数個に分岐して前記電子安定器に接続する第２の給電線からなり、
   第２の給電線のうち奇数番目に分岐した第２の給電線は前記電子安定器に直接接続し、偶数番目に分岐した第２の給電線は奇数番目に分岐した第２の給電線に接続し、
   奇数番目に分岐した第２の給電線と偶数番目に分岐した第２の給電線は、前記紫外線ランプに対して対称的に配置されていることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
5. 前記紫外線照射水槽に両端部が前記保護カバーまで延出しかつ前記紫外線ランプと並行となるように配置された給電線保護用の偶数の配管を備え、
   前記給電線は、一端が前記電子安定器に接続しかつ他端が前記紫外線ランプに接続する第１の給電線、及び一端が前記紫外線ランプの一端に接続しかつ他端が偶数個に分岐する第２の給電線からなり、
   第２の給電線のうち奇数番目に分岐した第２の給電線は前記保護管，保護カバー及び奇数番目の前記配管内を通って前記電子安定器に直接接続し、第２の給電線のうち偶数番目に分岐した第２の給電線は前記保護管，保護カバー及び偶数番目の前記第２の配管を通って奇数番目に分岐した第２の給電線に接続し、
   奇数番目に分岐した第２の給電線と偶数番目に分岐した第２の給電線は、前記紫外線ランプに対して対称的に配置されていることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
6. 前記給電線は、前記保護管内に配置され，一端が前記電子安定器に接続しかつ他端が前記紫外線ランプに接続する第１の給電線、及び前記保護管内に配置され，一端が前記紫外線ランプの一端に接続しかつ他端が前記電子安定器に接続する螺旋状の第２の給電線からなることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
7. 前記紫外線ランプ近傍の前記給電線の材質がアルミニウムもしくはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一記載の紫外線照射装置。
8. 前記給電線を通すガイド部材と、前記紫外線ランプを挟んで前記電子安定器側と反対側に位置する給電線を前記ガイド部材に固定する固定部材を更に具備することを特徴とする請求項４または５記載の紫外線照射装置。

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