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TW201813029A - 紫外線照射裝置及方法 - Google Patents

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TW201813029A
TW201813029A TW106130082A TW106130082A TW201813029A TW 201813029 A TW201813029 A TW 201813029A TW 106130082 A TW106130082 A TW 106130082A TW 106130082 A TW106130082 A TW 106130082A TW 201813029 A TW201813029 A TW 201813029A
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ultraviolet irradiation
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Inventor
山越裕司
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日本光電科技股份有限公司
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Abstract

本發明係以簡易之構成有效率地將來自紫外線發光二極體(UV-LED)之發熱冷卻。將UV-LED(11b)收納於具有開放端(10a)與紫外線透光性之封閉端(10b)之殼體(10)內。經由封閉端(10b)側之殼體(10)而與被處理液體接觸，將來自UV-LED(11b)之紫外線照射至該被處理液體，且利用該被處理液體將殼體(10)冷卻。藉此，能夠不使用導入用以冷卻UV-LED(11b)之專用之冷卻用流體的構成，而以簡易之構成有效率地將來自UV-LED(11b)之發熱冷卻。亦可於殼體(10)之開放端(10a)側具備用以將UV-LED(11b)所產生之發熱向外部釋放的散熱部(12)。亦可構成為散熱部(12)之一部分直接與被處理液體接觸。

Description

紫外線照射裝置及方法
本發明係關於一種用於使用紫外線發光二極體(UV-LED)對被處理液體進行紫外線處理之紫外線照射裝置及方法，尤其是關於一種以簡易之構成有效率地將來自紫外線發光二極體之發熱冷卻之技術。本發明可應用於例如對超純水、純水、自來水、污水等被處理液體照射紫外線而進行生物之不活化、有機物分解等之技術領域，進而可應用於在醫藥、農藥等藥品製造之化學工場中進行之光氯化、光亞硝化等光化學反應之技術領域。
於使用如半導體元件之發熱體之裝置中，使用散熱器或散熱器以進行冷卻。於紫外線照射裝置中，於使用紫外線發光二極體作為光源之情形時，亦需要進行適當之冷卻或散熱。於下述專利文獻1中，揭示有如下方式構成：為了將紫外線發光二極體冷卻而導入專用之冷卻用流體。又，於對處在加壓環境下之被處理液體照射紫外線之裝置中，要求與處於加壓環境下之被處理液體接觸之光源裝置具有所需之耐壓性。於下述專利文獻2中，揭示有以如下之方式構成：將自紫外線發光二極體等紫外線光源發出之紫外線經由光纖而傳遞至與處於加壓環境下之被處理液體接觸之位置。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2009-65128 [專利文獻2]日本專利特開2016-64111
[發明所欲解決之問題] 於上述專利文獻1中，為了將紫外線發光二極體冷卻，必須以導入專用之冷卻用流體之方式構成，因此，裝置之構造複雜化，且高成本。於上述專利文獻2中，將紫外線發光二極體等紫外線光源與被加壓之被處理液體遠離地配置，因此，紫外線光源裝置無需具有耐壓性，藉此能夠解決耐壓性之問題。但是，關於用以將紫外線發光二極體等紫外線光源冷卻之方法，無特別之揭示，由此，為此只能使用例如與上述專利文獻1相同之專用之冷卻用流體。 本發明係鑒於上述方面而完成者，其目的在於：在用於使用紫外線發光二極體對被處理液體進行紫外線處理之紫外線照射裝置中，以簡易之構成有效率地將來自紫外線發光二極體之發熱冷卻。 [解決問題之技術手段] 本發明之紫外線照射裝置之特徵在於，其具備：殼體，其具有開放端與紫外線透光性之封閉端；及紫外線發光二極體，其收納於上述殼體內；且經由上述封閉端側之上述殼體而與被處理液體接觸，將來自上述紫外線發光二極體之紫外線照射至該被處理液體，且利用該被處理液體將上述殼體冷卻。 根據本發明，藉由使收納有紫外線發光二極體之殼體與被處理液體接觸，而以如下方式發揮作用：利用該被處理液體將該殼體冷卻，以之將收納於該殼體內之紫外線發光二極體所產生之發熱冷卻。因此，能夠在不如先前技術般使用導入用以冷卻紫外線發光二極體之專用之冷卻用流體之構成下，以簡易之構成有效率地將來自紫外線發光二極體之發熱冷卻。又，藉由使散熱部與殼體接觸或接近，能夠由利用與殼體接觸之被處理液體之冷卻來促進散熱部自紫外線發光二極體吸收之熱向外部的釋放。 於一實施例中，可於上述殼體之上述開放端側具備用以將上述紫外線發光二極體所產生之發熱向外部釋放的散熱部。藉此，能夠提供將殼體之一端(封閉端)作為紫外線發光部位，且於另一端(開放端)具備散熱部之小型之構造，且即便為小型之構造，然能夠藉由利用殼體之紫外線透光性封閉端側之被處理液體之冷卻與利用開放端側之散熱部之冷卻的組合，而進行有效率之冷卻。 本發明之紫外線照射方法係使用具備具有開放端與紫外線透光性之封閉端之殼體、及收納於上述殼體內之紫外線發光二極體的紫外線照射裝置者，且包括以下步驟：於將上述紫外線照射裝置之至少上述封閉端側之上述殼體浸潤於被處理液體之狀態下，將來自上述紫外線發光二極體之紫外線照射至該被處理液體；及藉由利用該被處理液體將浸潤於上述被處理液體之上述殼體冷卻，而將上述紫外線發光二極體所產生之發熱冷卻。
圖1係表示本發明之紫外線照射裝置1之一實施例之外觀立體圖，圖2係圖1所示之紫外線照射裝置1之縱剖視圖。紫外線照射裝置1之殼體10整體上構成大致圓筒狀，且具有於圖中位於下方之開放端10a、及於圖中位於上方之圓頂狀之封閉端10b。即，與圓頂狀之封閉端10b連接之殼體10之側面10c為圓筒形狀，該側面10c之一端作為開放端10a而開口。於殼體10內，靠近開放端10a而配置散熱部12，靠近封閉端10b而收納LED(Light Emitting Diode，發光二極體)單元11。LED單元11構成為：在盒體11a內收納1個或複數個紫外線發光二極體11b，且於盒體11a之上部形成有紫外線透過性之照射窗11c。由市售之LED單元所知，照射窗11c為平板狀。LED單元11於殼體10內，以盒體11a之下表面與散熱部12接觸、且照射窗11c與殼體10之封閉端10b對向之方式，以特定的位置關係固定地配置。殼體10之至少圓頂狀封閉端10b之部分由具有紫外線透光性之材質構成。作為一例，整個殼體10由具有紫外線透光性之石英玻璃形成。藉由該配置，自LED單元11之紫外線發光二極體11b發出之紫外線自照射窗11c射出，穿過殼體10之圓頂狀封閉端10b向外部放射。再者，於殼體10內，於LED單元11之照射窗11c與圓頂狀封閉端10b之間僅存在距離較短之空間，無需介置光纖。 詳細內容如下所述，使用該紫外線照射裝置1時，至少殼體10之圓頂狀封閉端10b側與被處理液體接觸(浸潤)，將來自紫外線發光二極體11b之紫外線照射至該被處理液體。如此，藉由使至少殼體10之圓頂狀封閉端10b側與被處理液體接觸接(浸潤)，從而以如下方式發揮作用：將與被處理液體接觸之該殼體10之部分冷卻，以之將收納於該殼體10內之紫外線發光二極體11b所產生之發熱冷卻。即便包含石英玻璃，但因殼體10亦具有圓頂狀封閉端10b及圓筒狀之側面10c，故而能夠使其具有所需充分之耐壓性能。例如，能夠以具有作為一般之水處理裝置之規格所需之1.0 Mpa以上之耐水壓之方式構成殼體10。 散熱部12整體上構成為非緊密地配合於殼體10之側面10c之內周之圓筒形狀，且包含導熱性較佳之材質(鋁、不鏽鋼等金屬)，內部無需完全為實心，可適當形成空間。例如，至少形成供LED單元11用之電氣佈線(未圖示)通過之空間，能夠自殼體10之開放端10a引出該電氣佈線。又，散熱部12亦可由以鋁、不鏽鋼等金屬為主體，由氟樹脂覆蓋其表面而成者所構成。散熱部12吸收來自LED單元11之發熱，並將吸收之熱自殼體10之開放端10a向外部釋放。又，散熱部12吸收之熱亦可經由殼體10之側面10c向外部釋放。 如此，藉由於殼體10之開放端10a側具備用以將紫外線發光二極體11b所產生之發熱向外部釋放的散熱部12，從而能夠提供一種將殼體10之一端(封閉端10b)作為紫外線發光部位、且於另一端(開放端10a)具備散熱部12之小型之構造。且即便為小型之構造，然能夠藉由利用與被處理液體接觸之殼體10之封閉端10b側之該被處理液體之冷卻、與利用開放端10a側之散熱部12之冷卻之組合，而進行有效率之冷卻。又，藉由使散熱部12與殼體10接觸或接近，能夠由利用與殼體10接觸之被處理液體之冷卻來促進散熱部12自紫外線發光二極體11b吸收之熱向外部的釋放。 由於無法避免於石英玻璃製之殼體10之側面10c之內周與插入其中之金屬製之散熱部12的外周之間產生間隙，故而較佳為利用適宜之導熱物質14填充該間隙，以使殼體10與散熱部12之間之導熱性變得良好。因此，於散熱部12之外周之2個部位安裝O形環13a、13b，以該O形環13a、13b液密地密接於殼體10之側面10c之內周面之方式構成，且於該2個O形環13a、13b之間之上述間隙內填充導熱物質14。作為導熱物質14，作為一例，使用水或散熱用油化合物等流體或半流體之填充劑，液密地填充、封入於該O形環13a、13b之間。 如此，散熱部12經由導熱物質14熱密接於殼體10，藉此，能夠由利用與殼體10接觸之被處理液體之冷卻來更進一步促進散熱部12自紫外線發光二極體11b吸收之熱向外部的釋放。 此處，嘗試對散熱部12之冷卻效果進行研究。若將發熱時之紫外線發光二極體11b之溫度設為TJ ，將該紫外線發光二極體11b與盒體11a接觸而於該盒體11a內傳遞之盒體表面溫度設為TRef ，將該盒體之每1瓦特(W)之溫度梯度(將其稱為熱阻)設為RθJ ・ Ref ，則下述式成立。 RθJ ・ Ref ＝(TJ －TRef )/P (式1) 此處，P為紫外線發光二極體11b之消耗電力。使用之市售之UV-LED之RθJ ・ Ref 設為150℃/W。當以將0.13 W之UV-LED保持為80℃以下之方式進行冷卻時，應用上述式1，根據 150℃/W＝(80℃-TRef )/0.13 W， 成為TRef ＝60.5℃，由此，需要以盒體表面溫度TRef 成為60.5℃以下之方式進行冷卻。 此處，若將干預冷卻之被處理水之溫度設為TW ℃，則散熱部12之冷卻能力可根據下述式進行近似。 (TRef －TW )/TRef ＝0.9L (式2) 此處，L[cm]為冷卻棒之長度，成為對應於底「0.9」之冪指數。再者，「0.9」係例示表示散熱部12之散熱特性之該材質所固有之值。於式2之情形時，當水溫為25℃時，成為L＝5.06[cm]。若於實驗中按照作為散熱部12使用之金屬之材質而求出該「0.9」之實際值，則能夠容易地設計該散熱部12之長度L。 再者，收納於殼體10內之LED單元11之數量不限於1個，亦可為複數個。又，1個LED單元11內所具備之紫外線發光二極體11b之元件數不限於1個，亦可為複數個。又，LED單元11之盒體11a之形狀可為圓形或方形等任意形狀。當然，亦可不使用既有或市售之LED單元11，而將紫外線發光二極體11b以適當之裝配收納於殼體10內，於該情形時，未必需要照射窗11c。 圖3係表示紫外線照射裝置1之使用例之略圖，圖3(a)係處理槽20之縱剖視略圖，圖3(b)係處理槽20之端面圖。作為一例，處理槽20係由圓筒形之耐壓容器所構成，如圖3(a)所示，自省略圖示之流入管路流入之被處理液體於處理槽20內向箭頭方向流動，並自設置於該處理槽20之一端20a側之流出管路21排出。如圖3(b)所示，於處理槽20之一端20a側例如於圓周方向上以大致等間隔設置4條流出管路2，且將例如5個紫外線照射裝置1以各者之殼體10之圓頂狀封閉端10b向內之方式以適當之間隔安裝。藉此，使用時，於各紫外線照射裝置1中，將至少殼體10之圓頂狀封閉端10b側收納於處理槽20內而與被處理液體接觸(浸潤)，將自紫外線發光二極體11b放射之紫外線照射至處理槽20內之該被處理液體，對該被處理液體進行紫外線處理。又，由於在與被處理液體接觸之殼體10之封閉端10b側利用該被處理液體進行冷卻，故而能夠有效率地將紫外線發光二極體11b所產生之發熱冷卻。 圖4表示作為紫外線照射裝置1之另一使用例，將複數個紫外線照射裝置1安裝於由圓筒形之耐壓容器所構成之處理槽30之側面的例。圖4(a)係處理槽30之縱剖視略圖，圖4(b)係處理槽30之橫剖視略圖。安裝於處理槽30之側面之複數個紫外線照射裝置1係以各者之殼體10之圓頂狀封閉端10b向內之方式以適當之間隔配置。自省略圖示之流入管路流入之被處理液體於處理槽30內向箭頭方向流動，於各紫外線照射裝置1中，將至少殼體10之圓頂狀封閉端10b之側收納於處理槽30內而與被處理液體接觸。藉此，將自紫外線發光二極體11b放射之紫外線照射至處理槽30內之該被處理液體，對該被處理液體進行紫外線處理。於該情形時，亦於與被處理液體接觸之殼體10之封閉端10b側利用該被處理液體進行冷卻，因此能夠有效率地將紫外線發光二極體11b所產生之發熱冷卻。 本發明之紫外線照射裝置1之具體構造不限於圖1、圖2所示者，可進行各種變化。圖5係表示本發明之紫外線照射裝置1之另一實施例之縱剖視圖，殼體10之形狀略微與圖2所示之形狀不同。即，圖5中之殼體10係於開放端10a之周圍具備凸緣10d，於將該紫外線照射裝置1安裝於處理槽20或30之狀態下，凸緣10d之部分卡在處理槽20或30之外壁面而停留於外側。藉此，於存在處理槽20或30之內部成為負壓的情況之情形時，能夠防止將紫外線照射裝置1吸入內部。於圖5中，其他構成與圖2所示之紫外線照射裝置1相同，因此省略重複說明。 圖6係表示本發明之紫外線照射裝置1之又一實施例之縱剖視圖，殼體10與散熱部12之關係不同於圖2所示之關係。於圖6中，紫外線照射裝置1之殼體10之側面10e之長度較圖2所示之側面10c之長度短，散熱部12僅將一部分12a插入殼體10內，散熱部12之其餘部分12b自殼體10之開放端10a露出於外側。僅於散熱部12之1個部位安裝O形環13，該O形環13液密地密接於殼體10之側面10e之內周面，而將收納有LED單元11之殼體10之內部空間維持液密。於該構成中，使用時，自殼體10之開放端10a露出之散熱部12之部分12b位於處理槽20或30內，與於該處理槽20或30內流動之被處理液體接觸，藉此，直接利用被處理液體將散熱部12冷卻。因此，於圖6之例中，無需圖2之例中所設置之導熱物質14。再者，如圖6所示，於整體上由圓筒形狀所構成之散熱部12中，使自殼體10開放端10a露出之部分12b之外徑以成為與殼體10之側面10e之外徑大致相同程度之方式，適當地大於插入該殼體10內的部分12a。 圖7係表示於本發明之紫外線照射裝置1中使用之散熱部12之變化例的縱剖視圖。於圖7中，散熱部12與上述圖6所示之例相同地，僅將一部分12a插入殼體10內，散熱部12之其餘部分12b自殼體10之開放端10a露出於外側。與圖6不同之方面在於：於圖7中，於散熱部12之露出部分12b形成有多個散熱片12c，使其表面積變大，提高熱交換效率。於散熱部12之露出部分12b，不限於具有散熱片12c，可具有如可獲得較大表面積之其他適當之散熱器構造。 圖8係表示本發明之紫外線照射裝置1之又一實施例之外觀立體圖，圖9係圖8所示之紫外線照射裝置1之縱剖視圖。於圖8之例中，殼體10係將具有紫外線透光性之氟樹脂而非石英玻璃作為素材，且無需圓頂等特定之形狀，可利用素材本身而具有所需之(1.0 Mpa以上之)耐壓性者。因此，於圖8、圖9之實施例中，紫外線照射裝置1之殼體10之封閉端10b並非圓頂形狀，而係由平坦之面所構成。又，藉由加工之容易性，包含氟樹脂之殼體10可利用複數個螺絲15而固定於散熱部12。於殼體10內，與上述各實施例相同地收納紫外線發光用之LED單元11。 圖10係表示紫外線照射裝置1之對處理槽20(或30)之安裝構造之一具體例的局部側剖視圖。於圖10中，紫外線照射裝置1之殼體10具有如與上述圖5所示者相似之凸緣10d，但其側面10c如上述之圖6所示者般相對較短。又，紫外線照射裝置1不具備導熱物質14，散熱部12直接與處理槽20(或30)內之被處理液體接觸而被冷卻。即，散熱部12係僅將一部分12a插入殼體10內，散熱部12之其餘部分12b自殼體10之開放端10a露出於外側。僅於散熱部12之1個部位安裝O形環13，該O形環13液密地密接於殼體10之側面10e之內周面，而將收納有LED單元11之殼體10之內部空間維持液密。 於圖10中，於散熱部12之露出部分12b之外周設置公螺紋，該公螺紋螺合於設置於軸環16之內周之母螺紋。軸環16之上部成為直徑向內側縮小之凸緣16a，可經由墊圈17抵接在設置於殼體10之開放端的直徑向外側擴大之凸緣10d。由此，藉由轉動軸環16擰緊螺絲，而使殼體10之凸緣10d經由墊圈17卡合於軸環16之凸緣16a，即便於處理槽20(或30)內產生負壓，殼體10亦不會自散熱部12脫落。 於圖10中，散熱部12之另一端成為向外之凸緣12d，該凸緣12d經由墊圈18而液密地卡合在形成於處理槽20(或30)之安裝用部位(壁面)20b之安裝孔之周緣部之台座。自散熱部12之凸緣12d之外側按壓端板19，利用複數個螺絲21將該端板19緊緊固定於處理槽20(或30)之安裝用部位(壁面)20b。如此，將紫外線照射裝置1液密地安裝於處理槽20(或30)之特定之安裝用部位(壁面)20b。當然，紫外線照射裝置1之對處理槽20(或30)之安裝構造並不限於圖10所示者，可採用其他任意之構造。
1‧‧‧紫外線照射裝置
10‧‧‧殼體
10a‧‧‧開放端
10b‧‧‧封閉端
10c‧‧‧側面
10d‧‧‧凸緣
10e‧‧‧側面
11‧‧‧LED單元
11a‧‧‧盒體
11b‧‧‧紫外線發光二極體(UV-LED)
11c‧‧‧照射窗
12‧‧‧散熱部
12a‧‧‧一部分
12b‧‧‧露出部分
12c‧‧‧散熱片
12d‧‧‧凸緣
13‧‧‧O形環
13a‧‧‧O形環
13b‧‧‧O形環
14‧‧‧導熱物質
15‧‧‧螺絲
16‧‧‧軸環
16a‧‧‧凸緣
17‧‧‧墊圈
18‧‧‧墊圈
19‧‧‧端板
20‧‧‧處理槽
20a‧‧‧一端
20b‧‧‧安裝用部位(壁面)
21‧‧‧螺絲
30‧‧‧處理槽
圖1係表示本發明之紫外線照射裝置之一實施例之外觀立體圖。 圖2係圖1所示之紫外線照射裝置之縱剖視圖。 圖3(a)、(b)係表示本發明之紫外線照射裝置之使用例之側視略圖。 圖4(a)、(b)係表示本發明之紫外線照射裝置之另一使用例之側視略圖。 圖5係表示本發明之紫外線照射裝置之另一實施例之縱剖視圖。 圖6係表示本發明之紫外線照射裝置之又一實施例之縱剖視圖。 圖7係表示於本發明之紫外線照射裝置中使用之散熱部之變化例的縱剖視圖。 圖8係表示本發明之紫外線照射裝置之又一實施例之外觀立體圖。 圖9係圖1所示之紫外線照射裝置之縱剖視圖。 圖10係表示本發明之紫外線照射裝置之對處理槽之安裝構造之一例的局部側剖視圖。

Claims (9)

  1. 一種紫外線照射裝置，其特徵在於，具備： 殼體，其具有開放端與紫外線透光性之封閉端；及 紫外線發光二極體，其收納於上述殼體內；且 經由上述封閉端側之上述殼體而與被處理液體接觸，將來自上述紫外線發光二極體之紫外線照射至該被處理液體，且利用該被處理液體將上述殼體冷卻。
  2. 如請求項1之紫外線照射裝置，其中於上述殼體之上述開放端側具備用以將上述紫外線發光二極體所產生之發熱向外部釋放的散熱部。
  3. 如請求項2之紫外線照射裝置，其進而具備填充於上述殼體與上述散熱部之間之導熱物質。
  4. 如請求項3之紫外線照射裝置，其中上述導熱物質包含液密地填充於上述殼體與上述散熱部之間之間隙之至少一部分的水或散熱用油化合物。
  5. 如請求項2之紫外線照射裝置，其構成為上述散熱部之一部分直接與上述被處理液體接觸。
  6. 如請求項2至5中任一項之紫外線照射裝置，其中上述散熱部包含散熱片或散熱器構造。
  7. 如請求項2至5中任一項之紫外線照射裝置，其中上述殼體包含具有耐壓性之構造。
  8. 如請求項7之紫外線照射裝置，其中上述殼體之上述封閉端形成為圓頂形狀。
  9. 一種紫外線照射方法，其係使用具備具有開放端與紫外線透光性之封閉端之殼體、及收納於上述殼體內之紫外線發光二極體之紫外線照射裝置者，且包括以下步驟： 於將上述紫外線照射裝置之至少上述封閉端側之上述殼體浸潤於被處理液體之狀態下，將來自上述紫外線發光二極體之紫外線照射至該被處理液體；及 藉由利用該被處理液體將浸潤於上述被處理液體之上述殼體冷卻，而將上述紫外線發光二極體所產生之發熱冷卻。
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