(57)【要約】【課題】被処理水の紫外線処理と紫外線ＬＥＤの冷却とを、簡易な流路を用いて実現可能な水処理装置を提供する。【解決手段】本発明に係る水処理装置は、紫外線を用いて被処理水を紫外線処理する水処理装置であって、前記被処理水が流れる流路が内部に形成されている流路区画体と、前記流路内を流れる前記被処理水に対して紫外線を照射する紫外線ＬＥＤと、を備え、前記流路区画体は、前記流路内において、流路上流側から流路下流側に向かって延在する内管部を備え、前記紫外線ＬＥＤは、前記内管部の周壁の保持領域に保持され、前記内管部の径方向外側を流れる前記被処理水に向かって紫外線を照射可能であり、前記内管部は、流路上流側及び流路下流側のいずれか一端側で閉鎖されており、他端側で開放されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を用いて被処理水を紫外線処理する水処理装置であって、
前記被処理水が流れる流路が内部に形成されている流路区画体と、
前記流路内を流れる前記被処理水に対して紫外線を照射する紫外線ＬＥＤと、を備え、
前記流路区画体は、前記流路内において、流路上流側から流路下流側に向かって延在する内管部を備え、
前記紫外線ＬＥＤは、前記内管部の周壁の保持領域に保持され、前記内管部の径方向外側を流れる前記被処理水に向かって紫外線を照射可能であり、
前記内管部は、流路上流側及び流路下流側のいずれか一端側で閉鎖されており、他端側で開放されている、水処理装置。
【請求項２】
前記内管部は、流路上流側で閉鎖されており、流路下流側で開放されている、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記流路区画体は、前記内管部よりも流路下流側に、前記内管部の開放口を通じて前記内管部の内部に前記被処理水を案内するガイド部を備える、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記流路区画体の内壁は、前記内管部よりも流路下流側で、前記内管部の前記開放口と前記内管部の軸方向で対向する位置に設けられた、前記開放口に向かって突出する突出部を備え、
前記ガイド部は、前記突出部により構成されている、請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記流路区画体の内壁は、前記内管部よりも流路下流側で、前記内管部の軸方向と直交するように突出する突出部を備え、
前記ガイド部は、前記突出部により構成されている、請求項３に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記内管部の流路下流側の端面は、前記内管部の軸方向に対して傾斜している、請求項２〜５のいずれか１つに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記内管部は、流路下流側で閉鎖されており、流路上流側で開放されている、請求項１に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関し、特に、被処理水に紫外光を照射する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、飲料水等の被処理水を殺菌する技術として、紫外線照射を用いる技術が検討されている。このような紫外線照射を用いて被処理水を殺菌する技術には、被処理水が流れる流路と、この流路内を流れる被処理水に紫外線を照射する光源と、を備える水処理装置が用いられる。特許文献１には、この種の水処理装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、処理槽の内部を、仕切り部材によって流入部に連通する往路側流路と流出部に連通する復路側流路とに区画形成する水処理装置が開示されている。また、特許文献１には、仕切り部材に、紫外線を照射する紫外線ＬＥＤ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ−Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を設け、紫外線ＬＥＤからの紫外線が照射される一方の流路を紫外線照射流路とし、他方の流路を紫外線ＬＥＤを冷却するための冷却流路とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６１７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の水処理装置によれば、紫外線照射流路内を流れる被処理水に紫外線ＬＥＤからの紫外線を照射することによって被処理水の紫外線処理を行うことができる。更に、特許文献１の水処理装置によれば、冷却流路内を流れる被処理水によって紫外線ＬＥＤを冷却することができる。つまり、特許文献１の水処理装置では、紫外線ＬＥＤの冷却用の流体を流す通路を、上述の流路とは別に設ける必要がない。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の水処理装置では、紫外線照射流路と冷却流路とが折り返して連なるように流路全体が区画形成される。そのため、水処理装置内の流路が複雑化し易く、依然として改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、被処理水の紫外線処理と紫外線ＬＥＤの冷却とを、簡易な流路を用いて実現可能な水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様としての水処理装置は、紫外線を用いて被処理水を紫外線処理する水処理装置であって、前記被処理水が流れる流路が内部に形成されている流路区画体と、前記流路内を流れる前記被処理水に対して紫外線を照射する紫外線ＬＥＤと、を備え、前記流路区画体は、前記流路内において、流路上流側から流路下流側に向かって延在する内管部を備え、前記紫外線ＬＥＤは、前記内管部の周壁の保持領域に保持され、前記内管部の径方向外側を流れる前記被処理水に向かって紫外線を照射可能であり、前記内管部は、流路上流側及び流路下流側のいずれか一端側で閉鎖されており、他端側で開放されている。
【０００９】
本発明の１つの実施形態として、前記内管部は、流路上流側で閉鎖されており、流路下流側で開放されている。
【００１０】
本発明の１つの実施形態として、前記流路区画体は、前記内管部よりも流路下流側に、前記内管部の開放口を通じて前記内管部の内部に前記被処理水を案内するガイド部を備える。
【００１１】
本発明の１つの実施形態として、前記流路区画体の内壁は、前記内管部よりも流路下流側で、前記内管部の前記開放口と前記内管部の軸方向で対向する位置に設けられた、前記開放口に向かって突出する突出部を備え、前記ガイド部は、前記突出部により構成されている。
【００１２】
本発明の１つの実施形態として、前記流路区画体の内壁は、前記内管部よりも流路下流側で、前記内管部の軸方向と直交するように突出する突出部を備え、前記ガイド部は、前記突出部により構成されている。
【００１３】
本発明の１つの実施形態として、前記内管部の流路下流側の端面は、前記内管部の軸方向に対して傾斜している。
【００１４】
本発明の１つの実施形態として、前記内管部は、流路下流側で閉鎖されており、流路上流側で開放されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被処理水の紫外線処理と紫外線ＬＥＤの冷却とを、簡易な流路を用いて実現可能な水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としての水処理装置の概要を示す概要図である。
【図２】図１に概要を示す水処理装置の断面図である。
【図３】図２に示す水処理装置の二重管部を構成する二重管部材を示す図である。
【図４】図２に示す内管部の周壁に保持されている状態の紫外線ＬＥＤの概要を示す概要図である。
【図５】図２に示す水処理装置を更に大型化した状態を示す断面図である。
【図６】図１に示す水処理装置の第１変形例としての水処理装置の概要を示す概要図である。
【図７】図１に示す水処理装置の第２変形例としての水処理装置の概要を示す概要図である。
【図８】図１に示す水処理装置の第３変形例としての水処理装置の概要を示す概要図である。
【図９】図１に示す水処理装置の第４変形例としての水処理装置の概要を示す概要図である。
【図１０】図１に示す水処理装置の第５変形例としての水処理装置の概要を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る水処理装置の実施形態について図面を参照して例示説明する。各図において共通する部材・部位には同一の符号を付している。
【００１８】
図１は、本発明に係る水処理装置の一実施形態としての水処理装置１の概要を示す概要図である。図１に示すように、水処理装置１は、流路区画体１０と、紫外線ＬＥＤ２０と、を備える。水処理装置１は、紫外線を用いて被処理水を紫外線処理することができる。以下、説明の便宜上、特に区別する場合を除き、水処理装置１により紫外線処理される前の未処理水、及び、水処理装置１により紫外線処理された後の処理水、の両方を単に「被処理水」と記載する。また、図１では、被処理水の流れを破線矢印により示している。
【００１９】
図１に示すように、流路区画体１０の内部には、被処理水が流れる流路１０ａが形成されている。紫外線ＬＥＤ２０は、流路１０ａ内を流れる被処理水に対して紫外線を照射する。これにより、流路１０ａ内を流れる被処理水を紫外線処理することができる。
【００２０】
図１に示すように、流路区画体１０は内管部３０を備える。内管部３０は、流路１０ａ内において、流路上流側から流路下流側に向かって延在している。以下、説明の便宜上、流路１０ａの流路上流側から流路下流側に向かう方向を「送水方向Ａ」と記載する場合がある。
【００２１】
図１に示すように、紫外線ＬＥＤ２０は、内管部３０の周壁の保持領域ＧＡに保持されている。また、紫外線ＬＥＤ２０は、内管部３０の径方向Ｂの外側を流れる被処理水に向かって紫外線を照射可能である。以下、説明の便宜上、流路１０ａのうち内管部３０の径方向Ｂの外側の部分を、「環状処理空間１６ａ」と記載する。
【００２２】
内管部３０は、流路上流側で閉鎖されている。その一方で、内管部３０は、流路下流側で開放されている。より具体的に、内管部３０の内部に形成されている内管空間３０ａは、保持領域ＧＡに対して流路上流側で閉鎖されている。その一方で、内管空間３０ａは、保持領域ＧＡに対して流路下流側で開放されている。すなわち、内管部３０の流路下流側の端部は、開放口３１が形成されている開放端である。開放口３１は、内管部３０の流路下流側の環状の端面により形作られている。開放口３１の大きさは、内管部３０の軸方向Ｃに直交する内管空間３０ａの断面積と同じである。つまり、内管空間３０ａの流路下流側の端部は、部分的にも閉鎖されていない。その一方で、本実施形態の内管部３０の流路上流側の端部には、内管空間３０ａを閉鎖する底板部３２が設けられている。内管空間３０ａの流路上流側の端部は、底板部３２により完全に閉鎖されている。
【００２３】
このような内管部３０を流路１０ａ内に設けることで、紫外線ＬＥＤ２０による被処理水の紫外線処理と、被処理水による紫外線ＬＥＤ２０の冷却とを、行うことができる。
【００２４】
図１を参照して、被処理水による紫外線ＬＥＤ２０の冷却について説明する。流路１０ａ内に上述の内管部３０を配置することで、ベルヌーイの定理に基づき発生する被処理水の流速差及び圧力差を利用して、内管部３０内の内管空間３０ａで被処理水を循環させることができる。内管空間３０ａを循環する被処理水により、内管部３０を介して、内管部３０に保持されている紫外線ＬＥＤ２０を冷却することができる。
【００２５】
より具体的には、図１に示すように、流路１０ａ内に上述の内管部３０を配置することで、ベルヌーイの定理に基づき、環状処理空間１６ａの位置での被処理水の流速及び圧力を、環状処理空間１６ａよりも流路下流側の位置での被処理水の流速及び圧力よりも、高くすることができる。そのため、内管部３０内の内周面近傍の被処理水は、環状処理空間１６ａを通過した直後の被処理水に引っ張られて、開放口３１から流路下流側に移動する。このように、内管部３０内の内周面近傍で開放口３１を通じて内管空間３０ａ外へと出ていく被処理水の流れ（図１の破線矢印ＡＲ１を参照）が形成される。更に、この流れが形成されることにより、開放口３１の中央領域から内管空間３０ａ内に流入する被処理水の流れ（図１の破線矢印ＡＲ２を参照）も形成される。つまり、内管部３０の開放口３１の中央領域から内管空間３０ａ内に流入し、内管部３０の内壁に沿って流れ、内管部３０内の内周面近傍から開放口３１を通じて内管空間３０ａ外へと流出する、被処理水の一連の循環経路が形成される。このように被処理水が循環することで、常に低温の水が内管部３０内に供給されて、冷却効果が持続する。そのため、内管空間３０ａ内の循環経路を流れる被処理水により、内管部３０を介して、内管部３０に保持されている紫外線ＬＥＤ２０を冷却することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、被処理水の流路１０ａ内の流速が０．５ｍ／ｓｅｃ〜３．０ｍ／ｓｅｃとなるように設計されており、レイノルズ数が大きい場合を想定している。これに対して、被処理水の流路１０ａ内の流速が非常に小さく（例えば０．１ｍ／ｓｅｃ等）、レイノルズ数も非常に小さい場合（例えば２５００未満）などは、内管部３０内の循環経路は、図１に示す循環経路と異なる。具体的に、被処理水は、内管部３０の内周面近傍の位置で開放口３１から内管空間３０ａに入り込み、内管部３０の内壁に沿って流れ、開放口３１の中央領域を通じて内管空間３０ａ外へと流出する。換言すれば、被処理水は、内管部３０内において、図１に示す循環経路とは逆方向に循環する。したがって、被処理水の流速によらず、被処理水の内管部３０内での循環経路を形成することができる。そのため、被処理水の流速によらず、内管部３０内の被処理水による紫外線ＬＥＤ２０の冷却が可能である。
【００２７】
なお、本実施形態の内管部３０の内管空間３０ａは、保持領域ＧＡに対して流路上流側で閉鎖されると共に、保持領域ＧＡに対して流路下流側で開放されているが、この構成に限られない。詳細は後述するが、流路下流側で閉鎖されていると共に、流路上流側で開放されている内管部３０としてもよい（図１０参照）すなわち、内管部は、流路上流側及び流路下流側のいずれか一端側で閉鎖されており、他端側で開放されていればよい。
【００２８】
以下、本実施形態の水処理装置１の各部材の詳細について説明する。図２は、水処理装置１の断面図である。図３は、水処理装置１の二重管部１６を構成する二重管部材４００を示す図である。
【００２９】
［流路区画体１０］
図２に示すように、本実施形態の流路区画体１０は、略円筒状の本体部１１と、この本体部１１の軸方向（本実施形態では内管部３０の軸方向Ｃと同じ方向。以下、「軸方向Ｃ」と記載する。）の一端側で外周面から径方向Ｂの外側に向かって突出する円筒状の流入口部１２と、本体部１１の軸方向Ｃの他端側で外周面から径方向Ｂの外側に向かって突出する円筒状の流出口部１３と、を備える。本実施形態の流路区画体１０が区画する流路１０ａは、本体部１１内の本体流路１１ａと、流入口部１２内の流入口１２ａと、流出口部１３内の流出口１３ａと、により構成されている。図２では、流路口部１２及び流出口部１３の位置のみに、破線矢印により被処理水の流れを示している。
【００３０】
詳細は後述するが、流入口部１２は、本体部１１の軸方向Ｃの一端側に位置する底面から軸方向Ｃの外側（図２では左側）に向かって突出する構成としてもよい（図６参照）。また、詳細は後述するが、流出口部１３は、本体部１１の軸方向Ｃの他端側に位置する底面から軸方向Ｃの外側（図２では右側）に向かって突出する構成としてもよい（図６参照）。
【００３１】
本体部１１は、流入部１４と、流出部１５と、二重管部１６と、を備える。
【００３２】
流入部１４には、本体流路１１ａの流入空間１４ａが形成されている。流入部１４は、円筒状の流入管部１４ｂと、環状フランジ部１４ｃと、を備える。流入空間１４ａは、流路上流側の一端が閉鎖され、流路下流側の他端が開放されている。つまり、流入管部１４ｂの流路下流側の端部は開放端である。環状フランジ部１４ｃは、流入管部１４ｂの流路下流側の他端から径方向Ｂの外側に突出している。
【００３３】
流入管部１４ｂの外周面から上述の円筒状の流入口部１２が突出している。被処理水は、本体部１１の外部から、流入口部１２の流入口１２ａを通じて、流入管部１４ｂ内の流入空間１４ａに流入する。
【００３４】
流出部１５には、本体流路１１ａの流出空間１５ａが形成されている。流出部１５は、円筒状の流出管部１５ｂと、環状フランジ部１５ｃと、を備える。流出空間１５ａは、流路上流側の一端が開放され、流路下流側の他端が閉鎖されている。つまり、流出管部１５ｂの流路上流側の端部は開放端である。環状フランジ部１５ｃは、流出管部１５ｂの流路上流側の一端から径方向Ｂの外側に突出している。
【００３５】
流出管部１５ｂの外周面から上述の円筒状の流出口部１３が突出している。被処理水は、流出空間１５ａから、流出口部１３の流出口１３ａを通じて、本体部１１の外部に流出する。
【００３６】
二重管部１６は、上述の流入部１４と流出部１５との間に位置する。具体的に、二重管部１６は、流路上流側の一端で、流入部１４と連続している。また、二重管部１６は、流路下流側の他端で、流出部１５と連続している。
【００３７】
より具体的に、二重管部１６は、内管部３０としての円筒状の管部と、この内管部３０の径方向Ｂの外側を取り囲む外管部４０としての円筒状の管部と、上流側環状フランジ部１６ｂと、下流側環状フランジ部１６ｃと、連結部１６ｄと、を備える。
【００３８】
内管部３０は、外管部４０内で、外管部４０の軸方向としての送水方向Ａに延在している。内管部３０の中心軸は、外管部４０と中心軸と略一致している。そのため、本実施形態の外管部４０の軸方向は、内管部３０の軸方向Ｃと同じ方向である。換言すれば、内管部３０は、外管部４０と中心軸が略一致するように同心円状に配置されている。内管部３０は、後述する連結部１６ｄにより、外管部４０内での位置が保持されている。内管部３０と外管部４０との間に、上述の環状処理空間１６ａが区画されている。
【００３９】
内管部３０の内部に形成されている内管空間３０ａは、上述したように、流路上流側の一端が閉鎖されており、流路下流側の他端が開放されている。
【００４０】
内管部３０の周壁には、上述したように、紫外線ＬＥＤ２０が保持されている。紫外線ＬＥＤ２０の詳細は後述する。
【００４１】
外管部４０は、上述したように内管部３０の径方向Ｂの外側を取り囲む。外管部４０と内管部３０との間には、環状処理空間１６ａが形成されている。この環状処理空間１６ａの流路上流側の一端、及び、流路下流側の他端は、開放されている。
【００４２】
図２に示すように、流入部１４の流入空間１４ａは、二重管部１６の環状処理空間１６ａと連通している。また、図２に示すように、流出部１５の流出空間１５ａは、二重管部１６の環状処理空間１６ａと連通している。したがって、本体部１１の外部から流入口１２ａに流入した被処理水は、流入空間１４ａ、環状処理空間１６ａ、流出空間１５ａを順に通過して、流出口１３ａから本体部１１の外部に流出する。被処理水は、環状処理空間１６ａを通過する際に、紫外線ＬＥＤ２０からの紫外線照射により殺菌され、未処理水から処理水へと紫外線処理される。
【００４３】
連結部１６ｄは、内管部３０の外壁と外管部４０の内壁とを連結している。図３に示すように、本実施形態の連結部１６ｄは、内管部３０の外壁の周方向の異なる位置から径方向Ｂの外側に放射状に延在する複数のスポーク部により構成されている。そのため、環状処理空間１６ａは、周方向に隣接するスポーク部の間の間隙を通じて、流路上流側の一端から流路下流側の他端まで連通している。
【００４４】
なお、連結部１６ｄは、本実施形態の構成に限られない。連結部１６ｄは、内管部３０の外管部４０内における位置を保持でき、かつ、環状処理空間１６ａでの被処理水の流通を可能にする連通口（例えば本実施形態のスポーク部間の間隙）を区画する構成であれば、その構成は特に限定されない。
【００４５】
また、内管部３０の周壁に保持される紫外線ＬＥＤ２０から流路区画体１０の外部まで延びる導線等の信号線は、例えば、連結部１６ｄとしての複数のスポーク部内を通じて流路区画体１０の外部まで引き出すことができる。
【００４６】
上流側環状フランジ部１６ｂは、外管部４０の流路上流側の一端から径方向Ｂの外側に突出している。また、下流側環状フランジ部１６ｃは、外管部４０の流路下流側の他端から径方向Ｂの外側に突出している。
【００４７】
ここで、本実施形態の流路区画体１０は、流入口部１２及び流入部１４を構成する流路入口部材２００と、流出口部１３及び流出部１５を構成する流路出口部材３００と、二重管部１６を構成する二重管部材４００と、が接続されることで形成されている。
【００４８】
具体的に、二重管部材４００の上述の上流側環状フランジ部１６ｂは、流路入口部材２００の上述の環状フランジ部１４ｃと、ボルト及びナット、ロックピン等の接合部材を用いて接合される。重ね合わされた上流側環状フランジ部１６ｂ及び環状フランジ部１４ｃは、周方向の異なる位置で、ボルト等の接合部材を用いて接合される。より具体的に、本実施形態の上流側環状フランジ部１６ｂ及び環状フランジ部１４ｃそれぞれには、複数のボルト挿通孔が形成されている。この複数のボルト挿通孔は、周方向に所定間隔を空けて複数配置されている。また、この複数のボルト挿通孔は、周方向全域に亘って形成されている。上流側環状フランジ部１６ｂ及び環状フランジ部１４ｃは、互いのボルト挿通孔が連通するように重ね合わされ、このボルト挿通孔を利用して、ボルト及びナットを用いて接合される。これにより、流路入口部材２００及び二重管部材４００は、流入空間１４ａと環状処理空間１６ａとが液密な状態で接続される。なお、二重管部材４００の上述の下流側環状フランジ部１６ｃと、流路出口部材３００の上述の環状フランジ部１５ｃと、の接合についても同様である。これにより、流路出口部材３００及び二重管部材４００は、流出空間１５ａと環状処理空間１６ａとが液密な状態で接続される。
【００４９】
但し、流路区画体１０は、流入部１４、流出部１５及び二重管部１６が、分離不能に一体で形成されていてもよい。しかしながら、本実施形態の流路区画体１０のように、流入部１４を構成する流路入口部材２００、流出部１５を構成する流路出口部材３００、及び、二重管部１６を構成する二重管部材４００は、相互に着脱可能な構成とすることが好ましい。このようにすることで、例えば、紫外線ＬＥＤ２０の故障時などにおいて、二重管部材４００を流路入口部材２００及び流路出口部材３００から着脱することにより、内管部３０が保持する紫外線ＬＥＤ２０の洗浄、交換等を容易に行うことができる。つまり、水処理装置１の保守点検作業の効率を高めることができる。
【００５０】
なお、二重管部１６の内管部３０は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅などの熱伝導率の高い金属により構成されている。このようにすることで、紫外線ＬＥＤ２０の冷却効率を高めることができる。また、流路区画体１０のうち上述の内管部３０を除く部分についても、内管部３０と同様、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅などの金属により構成することができる。
【００５１】
一例として、外管部４０の内径ＩＤ１を１００ｍｍ〜５００ｍｍとした場合には、内管部３０の内径ＩＤ２を４０ｍｍ〜２００ｍｍ、内管空間３０ａの軸方向長さＬを４０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲で設定することが好ましい。また、別の一例として、外管部４０の内径ＩＤ１を５００ｍｍ〜１０００ｍｍとした場合には、内管部３０の内径ＩＤ２を２００ｍｍ〜６００ｍｍ、内管空間３０ａの軸方向長さＬを２００ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲で設定することが好ましい。これら２つの例のように各部の寸法を設定すれば、内管部３０内の被処理水の上述した循環経路を容易に形成することができる。特に、Ｌ／ＩＤ２が０．１以上となる寸法関係とすることが好ましく、１以上〜１０未満となる寸法関係とすることがより好ましい。また、ＩＤ２／ＩＤ１が０．３≦ＩＤ２／ＩＤ１≦０．８となる寸法関係にすることが好ましく、０．４≦ＩＤ２／ＩＤ１≦０．７となる寸法関係とすることがより好ましい。このようにすることで、内管部３０内に被処理水が流入し易く、かつ、流入した被処理水が内管空間３０ａの流路上流側の端部まで行き届き易くなる。これにより、内管部３０内で被処理水が滞留し難い循環経路を、より形成し易くなる。
【００５２】
また、流路区画体１０の本体部１１内の全体容積に対する内管部３０内の容積の比を０．２〜０．８となるように設定することが好ましい。このようにすることで、内管部３０内の被処理水の上述した循環経路を、より容易に形成することができる。
【００５３】
［紫外線ＬＥＤ２０］
図４は、内管部３０の周壁に保持されている状態の紫外線ＬＥＤ２０の概要を示す概要図である。図４に示すように、紫外線ＬＥＤ２０は、紫外線光源としてのＬＥＤ素子２１と、このＬＥＤ素子２１を支持するＬＥＤ基板２２と、ＬＥＤ素子２１及びＬＥＤ基板２２を被覆するガラス被覆材２３と、を備える。
【００５４】
ＬＥＤ素子２１の中心波長又はピーク波長は、例えば処理対象微生物の感受性に応じて、適宜設定することができる。本実施形態のＬＥＤ素子２１は、中心波長又はピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれる深紫外光を出力する。特に、ＬＥＤ素子２１は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜３００ｎｍ付近の紫外光を出力することが好ましい。このようなＬＥＤ素子２１として、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いた構成が知られている。
【００５５】
ＬＥＤ基板２２は電気回路を備えている。ＬＥＤ素子２１は、ＬＥＤ基板２２の電気回路に電気的に接続されている。紫外線ＬＥＤ２０は、ＬＥＤ基板２２を内管部３０の外周面に取り付けることで、内管部３０の周壁に保持されている。
【００５６】
また、ＬＥＤ基板２２の電気回路は、信号線５０と電気的に接続されている。図４に示すように、信号線５０は、内管部３０の周壁に形成された貫通孔を通じて、内管部３０の外周面側から内周面側に引き出されるように配線されている。信号線５０は、内管部３０の内周面に沿って配線され、上述した連結部１６ｄ（図３参照）を通じて、流路区画体１０の外部に引き出される。なお、信号線５０の外周面は、内部導体の外周を被覆する絶縁材により構成されている。
【００５７】
図３に示すように、内管部３０の外周面には、複数の紫外線ＬＥＤ２０が取り付けられている。具体的に、本実施形態では、内管部３０の周方向の異なる位置に複数の紫外線ＬＥＤ２０が取り付けられている。また、本実施形態では、内管部３０の軸方向Ｃの異なる位置に複数の紫外線ＬＥＤ２０が取り付けられている。紫外線ＬＥＤ２０の取り付け数、及び、取り付け位置は、紫外線ＬＥＤ２０の性能、被処理水に含まれるクリプトスポリジウムや病原細菌などの処理対象微生物の種類、被処理水の流速、流路区画体１０の流路構成など、に応じて適宜設計することができる。また、図４では、１つの紫外線ＬＥＤ２０が、１つのＬＥＤ素子２１を備える構成を示しているが、１つの紫外線ＬＥＤ２０が、複数のＬＥＤ素子２１を備えてもよい。かかる場合には、例えば、ＬＥＤ基板２２上に複数のＬＥＤ素子２１が支持され、これら複数のＬＥＤ素子２１を覆うようにガラス被覆材２３が被覆される。
【００５８】
以上のように、本実施形態の水処理装置１では、被処理水は、流路区画体１０の外部から、流入口１２ａ、流入空間１４ａ、環状処理空間１６ａ、流出空間１５ａ、流出口１３ａの順に進み、流路区画体１０の外部へと排出される。被処理水は、この一連の流れにおいて、環状処理空間１６ａを通過する際に、紫外線ＬＥＤ２０により紫外線処理される。また、環状処理空間１６ａを通過した被処理水の作用により、内管部３０の内管空間３０ａでの被処理水の上述した循環経路（図１参照）が形成される。そのため、内部を循環する被処理水により内管部３０は常に冷却された状態となり、内管部３０に保持されている紫外線ＬＥＤ２０は、内管部３０を介して冷却される。
【００５９】
次に、水処理装置１の大型化について説明する。図５は、図２に示す水処理装置１を更に大型化した状態を示す断面図である。図５では、流路口部１２及び流出口部１３の位置のみに、破線矢印により被処理水の流れを示している。上述したように、図２に示す流路区画体１０は、流入口部１２及び流入部１４を構成する流路入口部材２００と、流出口部１３及び流出部１５を構成する流路出口部材３００と、二重管部１６を構成する二重管部材４００と、が接続されることで形成されているが、図５に示すように、二重管増設部材５００を用いることにより、流路区画体１０を更に大型化することができる。これにより、二重管部材４００の環状処理空間１６ａを延長させ、紫外線処理能力を更に高めることができる。
【００６０】
図５に示す水処理装置１の流路区画体１０は、流路入口部材２００、流路出口部材３００、二重管部材４００、及び、二重管増設部材５００により構成されている。流路入口部材２００、流路出口部材３００及び二重管部材４００は図２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６１】
二重管増設部材５００は、増設内管部５３０としての円筒状の管部と、この増設内管部５３０の径方向Ｂの外側を取り囲む増設外管部５４０としての円筒状の管部と、上流側環状フランジ部５１６ｂと、下流側環状フランジ部５１６ｃと、連結部（不図示）と、を備える。増設外管部５４０、上流側環状フランジ部５１６ｂ、下流側環状フランジ部５１６ｃ及び連結部それぞれは、二重管部材４００の外管部４０、上流側環状フランジ部１６ｂ、下流側環状フランジ部１６ｃ及び連結部１６ｄそれぞれと同様であるためここでは説明を省略する。
【００６２】
二重管増設部材５００の増設内管部５３０は、二重管部材４００の内管部３０と比較して、増設内管部５３０の内部に形成されている増設内管空間５３０ａの流路上流側の端部が閉鎖されていない点で構成が相違している。つまり、増設内管部５３０の流路上流側及び流路下流側の端部はいずれも開放端である。なお、増設内管部５３０は、内管部３０と同様、紫外線ＬＥＤ２０を保持している。
【００６３】
図５に示すように、二重管部材４００の流路下流側に二重管増設部材５００を接続することにより、二重管部材４００の内管部３０の流路下流側の開放端と、二重管増設部材５００の増設内管部５３０の流路上流側の開放端と、を接続することができる。これにより、二重管部材４００の内管部３０内の内管空間３０ａと、二重管増設部材５００の増設内管部５３０内の増設内管空間５３０ａと、を連通させることができる。
【００６４】
内管空間３０ａ及び増設内管空間５３０ａは、例えば、内管部３０の開放端と増設内管部５３０の開放端との間に弾性体等のシール部材を挟み込ませて介在させることで、液密に連通する。
【００６５】
更に、図５に示すように、二重管部材４００の流路下流側に二重管増設部材５００を接続することにより、二重管部材４００の環状処理空間１６ａの流路下流側と、二重管増設部材５００の増設環状処理空間５１６ａの流路上流側と、を連通させることができる。換言すれば、二重管部材４００の環状処理空間１６ａを、二重管増設部材５００の増設環状処理空間５１６ａにより延長することができる。そのため、被処理水が紫外線ＬＥＤ２０により紫外線処理される領域が長くなり、水処理装置１の紫外線処理能力が更に高められる。
【００６６】
なお、二重管部材４００及び二重管増設部材５００は、上述した二重管部材４００及び流路入口部材２００の接続構成と同様、環状フランジ部を利用して接続される。このような接続構成とすることで、二重管増設部材５００を容易に増設することができる。
【００６７】
以上のように、二重管部材４００の流路下流側に二重管増設部材５００を接続することにより、流路区画体１０を更に大型化し、水処理装置１の紫外線処理能力が更に高めることができる。
【００６８】
なお、図５に示す例では、流路出口部材３００と二重管部材４００との間に１つの二重管増設部材５００を増設したが、２つ以上の任意の数の二重管増設部材５００を増設してもよい。このように、任意の数の二重管増設部材５００を増設可能とすることで、水処理装置１における流路入口部材２００及び流路出口部材３００の位置についても固定されず、二重管増設部材５００の増設数に対応させた位置とすることができる。つまり、流入口１２ａ及び流出口１３ａの位置の設計自由度を向上させることができる。逆に、流路入口部材２００及び流路出口部材３００の位置が固定されている場合であっても、二重管増設部材５００の増設数を調整することにより、流路入口部材２００及び流路出口部材３００の固定位置に合わせた流路区画体１０を実現できる。
【００６９】
次に、上述した水処理装置１の変形例について説明する。図６は、上述した水処理装置１の第１変形例としての水処理装置１００ａの概要を示す概要図である。図６では、破線矢印により被処理水の流れを示している。図６に示す水処理装置１００ａは、図１に示す水処理装置１と比較して、流入口部１２及び流出口部１３の位置が異なり、その他の構成は共通する。そのため、ここでは水処理装置１００ａと図１に示す水処理装置１の相違点のみについて説明し、共通する構成の説明は省略する。
【００７０】
図６に示すように、水処理装置１００ａの流入口部１２は、本体部１１の軸方向Ｃの一端側に位置する底面から軸方向Ｃの外側（図６では左側）に向かって突出している。また、図６に示すように、水処理装置１００ａの流出口部１３は、本体部１１の軸方向Ｃの他端側に位置する底面から軸方向Ｃの外側（図６では右側）に向かって突出している。
【００７１】
図１に示す水処理装置１では、流入口部１２及び流出口部１３が、流路区画体１０の略円筒状の本体部１１の外周面から径方向Ｂの外側に突出しているため、環状処理空間１６ａの被処理水の流速及び圧力について、周方向の位置によるばらつきが生じる。具体的に、図１に示す水処理装置１では、流入口部１２及び流出口部１３が設けられている周方向の位置に対して径方向Ｂで対向する反対側（図１では下側）で、環状処理空間１６ａの被処理水の流速及び圧力が高くなる傾向がある。
【００７２】
これに対して、流入口部１２及び流出口部１３を図６に示す位置に配置することで、環状処理空間１６ａの周方向の位置による被処理水の流速差及び圧力差を軽減できる。そのため、環状処理空間１６ａの周方向の位置による紫外線処理能力の差を軽減することができる。
【００７３】
図７は、上述した水処理装置１の第２変形例としての水処理装置１００ｂの概要を示す概要図である。図７では、破線矢印により被処理水の流れを示している。図７に示す水処理装置１００ｂは、図１に示す水処理装置１と比較して、ガイド部６０の有無が異なり、その他の構成は共通する。そのため、ここでは水処理装置１００ｂと図１に示す水処理装置１の相違点のみについて説明し、共通する構成の説明は省略する。
【００７４】
図７に示す流路区画体１０は、内管部３０よりも流路下流側にガイド部６０を備える。ガイド部６０は、内管部３０の開放口３１を通じて内管空間３０ａに被処理水を案内する。
【００７５】
より具体的に、図７に示す流路区画体１０の流路１０ａを区画する内壁は突出部６０ａを備える。図７に示すように、突出部６０ａは、内管部３０よりも流路下流側で、内管部３０の開放口３１と、内管部３０の軸方向Ｃで対向する位置に設けられている。つまり、突出部６０ａは、流路区画体１０の内壁のうち、流路区画体１０の本体部１１の軸方向Ｃの流路下流側に位置する部分に設けられている。この突出部６０ａは、流路区画体１０の内壁から開放口３１に向かって突出している。突出部６０ａは、例えば、開放口３１側の頂部６０ａ１に向かって細くなる錐状又は錐台状の突起によりとすることができる。図７に示す例では、ガイド部６０が突出部６０ａにより構成されている。このようなガイド部６０を設けることで、図７に示すように、環状処理空間１６ａを通過する被処理水を、より効率的に内管部３０内に誘導することができる。そのため、内管部３０に保持される紫外線ＬＥＤ２０の冷却効率を、より高めることができる。
【００７６】
図７では、ガイド部６０を上述の突出部６０ａにより構成しているが、被処理水の流れをガイドし、内管部３０内に被処理水を誘導する構成であれば、その構成は特に限定されない。したがって、ガイド部６０は、錐状又は錐台状の突起に限られない。また、ガイド部６０を、流路区画体１０の内壁の別の位置に設けてもよい。したがって、ガイド部６０は、例えば、内管部３０よりも流路下流側で、内管部３０の軸方向Ｃと直交するように突出する突出部であってもよい。また、ガイド部６０を、流路区画体１０の内壁に複数設けてもよい。更に、ガイド部６０を、流路区画体１０の流路１０ａ内に取り付ける別部材により構成してもよい。
【００７７】
図８は、上述した水処理装置１の第３変形例としての水処理装置１００ｃの概要を示す概要図である。図８では、流路口部１２及び流出口部１３の位置のみに、破線矢印により被処理水の流れを示している。図８に示す水処理装置１００ｃは、図１に示す水処理装置１と比較して、内管部３０の数、及び、ガイド部６０の有無、が異なる。図８に示すように、流路区画体１０内の流路１０ａにおいて、複数の内管部３０を配置してもよい。複数の内管部３０は、送水方向Ａに離間して配置されている。図８では、３つの内管部３０の中心軸が一致するように、３つの内管部３０が軸方向Ｃに一列に配置されている。
【００７８】
また、図８に示すように、内管部３０の流路上流側の底面には、ガイド部６０としての突出部６０ａを設けてもよい。このようにすることで、ガイド部６０が設けられた内管部３０よりも流路上流側に位置する別の内管部３０の内管空間３０ａに、被処理水を誘導することができる。
【００７９】
図９は、上述した水処理装置１の第４変形例としての水処理装置１００ｄの概要を示す概要図である。図９では、破線矢印により被処理水の流れを示している。図９に示す水処理装置１００ｄは、図１に示す水処理装置１と比較して、内管部３０の流路下流側の開放端の形状が異なり、その他の構成は共通する。そのため、ここでは水処理装置１００ｄと図１に示す水処理装置１の相違点のみについて説明し、共通する構成の説明は省略する。
【００８０】
図９に示す内管部３０の流路下流側の端面は、内管部３０の軸方向Ｃに対して傾斜している。開放口３１は、この傾斜する端面により形成されている。換言すれば、図９に示す内管部３０の流路下流側の環状の端面は、軸方向Ｃに傾斜する環状の平面により構成されている。
【００８１】
このような構成とすることで、内管部３０の開放端を構成する環状平面の先端３３側と基端３４側とで、被処理水の流速差及び圧力差を生じさせることができる。そのため、ベルヌーイの定理に基づく被処理水の内管部３０内での循環を、より促進することができる。
【００８２】
また、図９に示すように、内管部３０の開放端の先端３３がある周方向の位置は、流入口部１２及び流出口部１３が設けられている周方向の位置と、径方向Ｂで対向している。図９に示す水処理装置１００ｄにおいて、環状処理空間１６ａを通過する被処理水の流速及び圧力は、流入口部１２及び流出口部１３が設けられている周方向の位置（内管部３０の開放端の基端３４がある周方向の位置）よりも、内管部３０の開放端の先端３３がある周方向の位置で高くなる。そのため、図９に示す水処理装置１００ｄでは、図９に示す内管部３０の周壁に取り付けられる紫外線ＬＥＤ２０の数を、内管部３０の開放端の先端３３の周方向位置を含む所定の周方向領域で、内管部３０の開放端の基端３４の周方向位置を含む所定の周方向領域よりも、多くしている。これにより、環状処理空間１６ａの周方向位置による被処理水の流速差に基づく紫外線処理能力のばらつきを、軽減することができる。
【００８３】
図１０は、上述した水処理装置１の第５変形例としての水処理装置１００ｅの断面図である。図１０では、流路口部１２及び流出口部１３の位置のみに、破線矢印により被処理水の流れを示している。図１０に示す水処理装置１００ｅは、図１、図２等に示す水処理装置１と比較して、内管部３０の開放端の位置が異なり、その他の構成は共通する。そのため、ここでは水処理装置１００ｅと図１、図２等に示す水処理装置１の相違点のみについて説明し、共通する構成の説明は省略する。
【００８４】
図１０に示す内管部３０は、流路下流側で閉鎖されている。その一方で、図１０に示す内管部３０は、流路上流側で開放されている。より具体的に、図１０に示す内管部３０の内部に形成されている内管空間３０ａは、保持領域ＧＡに対して流路下流側で閉鎖されている。その一方で、図１０に示す内管空間３０ａは、保持領域ＧＡに対して流路上流側で開放されている。すなわち、図１０に示す内管部３０の流路上流側の端部は、開放口３１が形成されている開放端である。開放口３１は、内管部３０の流路上流側の環状の端面により形作られている。開放口３１の大きさは、内管部３０の軸方向Ｃに直交する内管空間３０ａの断面積と同じである。つまり、内管空間３０ａの流路上流側の端部は、部分的にも閉鎖されていない。その一方で、図１０に示す内管部３０の流路下流側の端部には、内管空間３０ａを閉鎖する底板部３２が設けられている。内管空間３０ａの流路下流側の端部は、底板部３２により完全に閉鎖されている。
【００８５】
図２等に示すような内管部３０にすると、流路１０ａ内に未処理水が滞留し難く、図１０に示す構成と比較して、紫外線処理の効率が高い。これに対して、図１０に示すような内管部３０とすれば、図２等に示す構成と比較して、底板部３２を紫外線ＬＥＤ２０の保持領域ＧＡとして利用し易くなる。図２等に示す内管部３０の底板部３２の流路上流側の面に紫外線ＬＥＤ２０を取り付けると、流入口部１２から流入し得る小石や粒子が直接的にガラス被覆材２３（図４参照）に衝突する可能性がある。そのため、紫外線ＬＥＤ２０が破損するおそれがある。これに対して、図１０に示す内管部３０の底板部３２の流路下流側の面は、小石や粒子は衝突し難い。そのため、図１０に示す内管部３０の底板部３２は、紫外線ＬＥＤ２０の保持領域ＧＡとして利用し易く、より多くの紫外線ＬＥＤ２０を配置することができる。但し、紫外線ＬＥＤ２０の数は、必要となる紫外線処理能力に応じて決定され、図１０に示すように、底板部３２を保持領域ＧＡとして利用しない構成であってもよい。
【００８６】
また、図１０の流路区画体１０の本体部１１内の全体容積に対する内管部３０内の容積の比を０．１〜０．８となるように設定することが好ましい。このようにすることで、内管部３０内で未処理水が滞留することを、より抑制できる。
【００８７】
本発明に係る水処理装置は、上述した実施形態及び変形例に記載されている具体的な構成に限られず、特許請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変形・変更が可能である。上述した実施形態及び変形例に示す水処理装置では、複数の紫外線ＬＥＤが内管部の周壁の外周面に取り付けられているが、１つ以上の紫外線ＬＥＤを、内管部の底板部の外面に更に取り付けてもよい。但し、上述したように、底板部の外面に紫外線ＬＥＤを取り付ける場合には、図１０に示す内管部３０の構成を採用することが好ましい。また、上述した実施形態及び変形例に示す水処理装置の流路内に、内管部内の被処理水に乱流を引き起こすような乱流形成部材を更に配置してもよい。乱流形成部材としては、例えば、内管部の開放口の近傍に配置される球状体などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、水処理装置に関し、特に、被処理水に紫外光を照射する水処理装置に関する。
【符号の説明】
【００８９】
１：水処理装置
１０：流路区画体
１０ａ：流路
１１：本体部
１１ａ：本体流路
１２：流入口部
１２ａ：流入口
１３：流出口部
１３ａ：流出口
１４：流入部
１４ａ：流入空間
１４ｂ：流入管部
１４ｃ：環状フランジ部
１５：流出部
１５ａ：流出空間
１５ｂ：流出管部
１５ｃ：環状フランジ部
１６：二重管部
１６ａ：環状処理空間
１６ｂ：上流側環状フランジ部
１６ｃ：下流側環状フランジ部
１６ｄ：連結部
２０：紫外線ＬＥＤ
２１：ＬＥＤ素子
２２：ＬＥＤ基板
２３：ガラス被覆材
３０：内管部
３０ａ：内管空間
３１：開放口
３２：底板部
３３：開放端の先端
３４：開放端の基端
４０：外管部
５０：信号線
６０：ガイド部
６０ａ：突出部
６０ａ１：頂部
１００ａ〜１００ｅ：水処理装置
２００：流路入口部材
３００：流路出口部材
４００：二重管部材
５００：二重管増設部材
５１６ａ：増設環状処理空間
５１６ｂ：上流側環状フランジ部
５１６ｃ：下流側環状フランジ部
５３０：増設内管部
５３０ａ：増設内管空間
５４０：増設外管部
Ａ：送液方向
Ｂ：内管部の径方向
Ｃ：内管部の軸方向
Ｌ：内管空間の軸方向長さ
ＡＲ１、ＡＲ２：被処理水の流れ
ＧＡ：内管部の紫外線ＬＥＤの保持領域
ＩＤ１：外管部の内径
ＩＤ２：内管部の内径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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