(57)【要約】【課題】石英スリーブの短寿命化を防止し、省エネ、環境負荷低減、高効率化を達成することができる紫外線水処理装置を提供することにある。【解決手段】紫外線水処理装置は、入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する。前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量をｘ[ppm]とし、前記石英スリーブの交換周期をＴｓ[h]とするとき、前記紫外線ランプのランプ負荷Ａは次の式を満たすように設定されていることを特徴とする。Ａ＜２×２．３４ｘ／｛Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ｝但し、Ａはランプ負荷[W/m]、Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）、Ｃは、ランプ交換直前におけるランプの光束維持（無次元）である。【選択図】図４
2014039890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量をｘ[ppm]とし、前記石英スリーブの交換周期をＴｓ[h]とするとき、前記紫外線ランプのランプ負荷Ａは次の式を満たすように設定されていることを特徴とする紫外線水処理装置。
Ａ＜２×２．３４ｘ／｛Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ｝
但し、Ａはランプ負荷[W/m]、Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）、Ｃは、ランプ交換直前におけるランプの光束維持率（無次元）である。
【請求項２】
入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブの交換周期をＴｓ[h]とするとき、前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ[ppm]は次の式を満たすように設定されていることを特徴とする紫外線水処理装置。
ｘ＞Ａ×Ｂ（１＋Ｃ）×Ｔｓ／（２×２．３４）
但し、Ａはランプ負荷[W/m]、Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）、Ｃは、ランプ交換直前におけるランプの光束維持率（無次元）である。
【請求項３】
入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量をｘ[ppm]とするとき、前記石英スリーブの交換周期Ｔｓ[h]における前記石英スリーブの紫外線照射量の積算値ｙ[Wh/m]は、次の式を満たすことを特徴とする紫外線水処理装置。
ｙ＜２．３４ｘ
【請求項４】
入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブの交換周期Ｔｓにおける前記石英スリーブの紫外線照射量の積算値をｙ[Wh/m]とするとき、前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ[ppm]は、次の式を満たすことを特徴とする紫外線水処理装置。
ｙ＜２．３４ｘ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線ランプによって水の殺菌を行う紫外線水処理装置に関し、特に、波長２００ｎｍ以下の紫外線を発生する紫外線ランプを用いた紫外線水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧水銀ランプは、波長２５４ｎｍ及び波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する。この波長領域は、殺菌作用及びオゾン発生作用を有することが知られている。そのため、低圧水銀ランプは、各種の殺菌作用及びその他の光化学反応作用を行う光源として用いられる。
【０００３】
超純水製造や流水の殺菌・脱臭・漂白を行う紫外線水処理装置では、波長２００ｎｍ以下の紫外線、特に、波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する低圧水銀ランプが用いられる。以下に、「波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線」を単に「波長１８５ｎｍの紫外線」と称することとする。
【０００４】
紫外線水処理装置は、入口及び出口を備えた円筒状の処理槽と、この処理槽に貫挿配置された複数の石英スリーブと、各石英スリーブ内に収納された低圧水銀ランプを有する。入口から導入された水は、石英スリーブの間の処理槽内空間を流れる間に、波長１８５ｎｍの紫外線が照射され、出口から排出される。
【０００５】
紫外線水処理装置では、材料の石英ガラスの白濁・黒化等の為、低圧水銀ランプと石英スリーブを定期的に交換する。低圧水銀ランプの発光管も石英ガラス製であるが、低圧水銀ランプの交換周期と石英スリーブの交換周期は異なる。低圧水銀ランプ及び石英スリーブの交換周期は、経験的に知られている寿命、破損時期等に基づいて設定される。例えば、１５０Ｗクラスの低圧水銀ランプでは、ランプ寿命は約１年である。一方、石英スリーブは紫外線劣化により７〜１０年程度で破損することが経験的に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２９０３号公報
【特許文献２】特許４２２８３７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の社会情勢や市場の動向から、紫外線水処理装置における省エネ、環境負荷低減、高効率化が求められている。そのため、紫外線水処理装置に用いられる低圧水銀ランプは、一層の高負荷・高維持率・長寿命の方向へ向かうことが予測される。それに伴って、石英スリーブの短寿命化が問題となることが予測される。石英スリーブは、自体の破損によるシステム全体への影響が大きいため、交換時期を正確に認定する必要がある。
【０００８】
しかしながら、従来、石英スリーブの交換周期は、上述のように、経験的に知られている破損時期に基づいて設定されていた。紫外線水処理装置に用いられる紫外線ランプのランプ負荷は、経験的に知られている石英スリーブの破損時期にもとづいて設定されていた。そのため、石英スリーブの短寿命化を防止し、省エネ、環境負荷低減、高効率化を達成することが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、石英スリーブの短寿命化を防止し、省エネ、環境負荷低減、高効率化を達成することができる紫外線水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によると、入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量をｘ[ppm]とし、前記石英スリーブの交換周期をＴｓ[h]とするとき、前記紫外線ランプのランプ負荷Ａは次の式を満たすように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
Ａ＜２×２．３４ｘ／｛Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ｝
但し、Ａはランプ負荷[W/m]、Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）、Ｃは、ランプ交換直前におけるランプの光束維持率（無次元）である。
【００１２】
本発明の実施形態によると、入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブの交換周期をＴｓ[h]とするとき、前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ[ppm]は次の式を満たすように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
ｘ＞Ａ×Ｂ（１＋Ｃ）×Ｔｓ／（２×２．３４）
但し、Ａはランプ負荷[W/m]、Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）、Ｃは、ランプ交換直前におけるランプの光束維持率（無次元）である。
【００１４】
本発明の実施形態によると、入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量をｘ[ppm]とするとき、前記石英スリーブの交換周期Ｔｓ[h]における前記石英スリーブの紫外線照射量の積算値ｙ[Wh/m]は、次の式を満たすことを特徴とする。
【００１５】
ｙ＜２．３４ｘ
本発明の実施形態によると、入口及び出口を備えた処理槽と、該処理槽内に配置された複数の石英スリーブと、該石英スリーブの各々に収納された波長１８５ｎｍに輝線スペクトルを有する紫外線を発生する紫外線ランプと、を有する紫外線水処理装置において、
前記石英スリーブの交換周期Ｔｓにおける前記石英スリーブの紫外線照射量の積算値をｙ[Wh/m]とするとき、前記石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ[ppm]は、次の式を満たすことを特徴とする。
【００１６】
ｙ＜２．３４ｘ
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、石英スリーブの短寿命化を防止し、省エネ、環境負荷低減、高効率化を達成できる紫外線水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態による紫外線水処理装置の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本実施形態による紫外線水処理装置の正面構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態による紫外線水処理装置の石英スリーブを説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、低負荷短寿命型紫外線ランプを用いた場合の石英スリーブの紫外線被照射量の時間変化を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂ、は高負荷長寿命型紫外線ランプを用いた場合の石英スリーブの紫外線被照射量の時間変化を示す図である。
【図４】図４は、本願発明者が実施した石英スリーブの破損試験の結果を２次元座標上にプロットした結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る紫外線水処理装置の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して本実施形態による紫外線水処理装置の例を説明する。紫外線水処理装置は、入口１７及び出口１９を備えた処理槽１１と、この処理槽１１内に軸線方向に沿って配置された複数の石英スリーブ２１を有する。処理槽１１の両端は円板１３、１５によって閉じられている。石英スリーブ２１の両端は、円板１３、１５によって支持されている。
【００２１】
図２に示すように、各石英スリーブ２１に紫外線ランプ２３が収納されている。紫外線ランプ２３は、波長１８５ｎｍの紫外線を発生する低圧水銀ランプである。入口１７から導入された水は、石英スリーブ２１の間の処理槽内空間を流れる間に、波長１８５ｎｍの紫外線が照射され、出口１９から排出される。
【００２２】
石英スリーブ２１は石英ガラス製の管である。一般に、石英ガラスには天然の珪砂を原料とする天然石英ガラスと四塩化ケイ素を原料とする合成石英ガラスがある。波長２００ｎｍ以下の紫外線の透過率に関しては、合成石英ガラスは天然石英ガラスより優れているが、紫外線水処理装置の石英スリーブには、通常、目的によって天然、合成双方の石英ガラスが用いられる。天然及び合成石英ガラスの場合、製造工程方法が異なることから、一般に、ＯＨ基の含有量が多いほど高価であると言える。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して紫外線水処理装置における石英スリーブの紫外線被照射量を説明する。図３Ａは従来の一般的な紫外線ランプを用いた場合の石英スリーブの紫外線被照射量の時間変化を示す。縦軸は、石英スリーブの紫外線被照射量、横軸は時間（単位は年）である。図示の例では、低負荷短寿命型紫外線ランプの交換周期は１年、石英スリーブの交換周期は８年としている。この場合には、石英スリーブの１交換周期内に、ランプを８回交換する。ランプの交換周期をＴｌ、石英スリーブの交換周期をＴｓとすると、次の式が成り立つ。
【００２４】
Ｔｓ＝Ｔｌ×Ｍ                                                  （式１）
Ｍは、石英スリーブの１交換周期内におけるランプの交換回数である。図３Ａの例では、石英スリーブの交換周期Ｔｓはランプの交換周期Ｔｌの整数倍であるが、必ずしも整数倍である必要はない。石英スリーブの被照射量は、ランプ交換直後では最大であるが、時間の経過とともに減少し、ランプ交換直前で最小となる。従って、石英スリーブの紫外線被照射量は、周期的な変化を示し、鋸刃状の折れ線グラフによって表される。
【００２５】
尚、図示の例では、ランプ交換直後及び直前における石英スリーブの被照射量は、周期毎に、常に同一であるとしている。また、石英スリーブの被照射量の減少率も、周期毎に、同一であるとしている。しかしながら、ランプ交換直後及び直前における石英スリーブの被照射量及び被照射量の減少率は、周期毎に、異なるとしてもよい。
【００２６】
石英スリーブの紫外線劣化は、紫外線被照射量の積算値に依存する。紫外線被照射量の積算値は、鋸刃状折れ線グラフの下側の面積によって表される。例えば、ランプの１交換周期Ｔｌ内における紫外線被照射量の積算値は、鋸刃状折れ線グラフの下側の１つの台形の面積によって表される。
【００２７】
ランプ交換直後の時点をｔ１、ランプ交換直前の時点をｔ２とする。時点ｔ１における石英スリーブの紫外線被照射量をｐ１、時点ｔ２における石英スリーブの紫外線被照射量をｐ２とする。紫外線被照射量ｐ１、ｐ２の単位はエネルギーを表す単位であれば特に限定されない。ランプの１交換周期Ｔｌ内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値Ｐ１は次の式によって表される。
【００２８】
Ｐ１＝（ｐ１＋ｐ２）×（ｔ２−ｔ１）／２
＝（ｐ１＋ｐ２）×Ｔｌ／２                                  （式２）
石英スリーブの１交換周期Ｔｓ内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値ＰＭは次の式によって表される。
【００２９】
ＰＭ＝Ｐ１×Ｍ＝（ｐ１＋ｐ２）×Ｔｌ×Ｍ／２
＝（ｐ１＋ｐ２）×Ｔｓ／２                                  （式３）
Ｍは、石英スリーブの１交換周期内におけるランプの交換回数である。Ｔｓは石英スリーブの交換周期である。
【００３０】
次に、紫外線被照射量の積算値をランプ負荷エネルギーの単位で求める。時点ｔ１におけるランプの光束維持率（無次元）を１とし、時点ｔ２におけるランプの光束維持率（無次元）をＣとする。但し、０＜Ｃ＜１である。ランプ１本当たりの石英スリーブの紫外線被照射量の積算値は次の式によって表される。
【００３１】
Ｅ１＝Ａ×Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｌ／２                              （式４）
ここにＡは、ランプ負荷[W/m]、Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）、Ｔｌはランプ交換周期[h]である。（１＋Ｃ）／２は、光束維持率（無次元）の平均値である。
【００３２】
ランプ負荷[W/m]は、ランプ発光長の単位長さ当りのランプの負荷電力を表す。ランプ発光管の紫外線透過率Ｂは、ランプから発生した紫外線がランプ発光管を透過する比率を表す。ランプ発光管の紫外線透過率（百分率）をｂ[%]とすると、ランプ発光管の紫外線透過率（無次元）Ｂは、Ｂ＝ｂ/100となる。ランプの光束維持率Ｃは、初期光束に対する現時点の光束の比率を表す。ランプの光束維持率（百分率）をｃ[%]とすると、光束維持率（無次元）Ｃは、Ｃ＝ｃ/100となる。
【００３３】
石英スリーブの１交換周期内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値ＥＭ[Wh/m]は次の式によって表される。
【００３４】
ＥＭ＝Ｅ１×Ｍ＝Ａ×Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｌ×Ｍ／２
＝Ａ×Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ／２                              （式５）
Ｅ１は、ランプ１本当たりの石英スリーブの紫外線被照射量の積算値であり、式４によって求められる。Ｍは、石英スリーブの１交換周期内における紫外線ランプの交換回数である。Ｔｌはランプの交換周期[h]、Ｔｓは石英スリーブの交換周期[h]である。式５を変形することにより、ランプ負荷Ａを求める式６が得られる。
【００３５】
Ａ＝２×ＥＭ／｛Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ｝                          （式６）
ランプ発光管の紫外線透過率Ｂ及びランプの光束維持率Ｃは、紫外線ランプによって決まる定数である。従って、ランプ負荷Ａは、石英スリーブの１交換周期内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値ＥＭ[Wh/m]を設定することによって求められる。こうして本実施形態によると、紫外線水処理装置において、石英スリーブの１交換周期内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値ＥＭ[Wh/m]を設定することによって、ランプ負荷Ａ[W/m]を求めることができる。尚、紫外線被照射量の積算値ＥＭ[Wh/m]を設定方法は後に説明する。
【００３６】
図３Ｂは高負荷長寿命型紫外線ランプを用いた場合の石英スリーブの紫外線被照射量の時間変化を示す。縦軸は、石英スリーブの紫外線被照射量、横軸は時間（単位は年）である。図３Ｂの例では、高負荷長寿命型紫外線ランプの交換周期は２年、石英スリーブの交換周期は６年としている。この場合には、石英スリーブの１交換周期内に、ランプを３回交換する。ランプの交換周期をＴｌ、石英スリーブの交換周期をＴｓとすると、式１が成り立つ。図３Ｂの例では、石英スリーブの交換周期Ｔｓはランプの交換周期Ｔｌの整数倍であるが、必ずしも整数倍である必要はない。
【００３７】
高負荷長寿命型紫外線ランプを用いた場合のランプの１交換周期内における紫外線被照射量の積算値Ｐ１、Ｅ１は式２、又は、式４によって求められる。石英スリーブの１交換周期内における紫外線被照射量の積算値ＰＭ、ＥＭは式３、又は、式５によって求められる。
【００３８】
石英スリーブの１交換周期内における任意の時点ｔ３までの紫外線被照射量の積算値を求めることができる。この場合、石英スリーブの紫外線被照射量の積算値は、時点ｔ３までの鋸刃状折れ線グラフの下側の面積によって表される。時点ｔ３が、ランプの交換周期の第ｎ＋１周期内にあるものとする。図３Ｂの例ではｎ＝２である。時点ｔ３までの石英スリーブの紫外線被照射量の積算値は次の式によって表される。
【００３９】
Ｐｎ＝Ｐ１×ｎ＋ΔＰ１                                          （式７）
式７の右辺の第１項Ｐ１×ｎは、ランプの１〜ｎ交換周期における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値である。式７の第２項ΔＰ１はランプの（ｎ＋１）交換周期における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値であり、次の式によって表される。
【００４０】
ΔＰ１＝（ｐ１＋ｐ３）×Ｔ３／２                                （式８）
ｐ１は、ランプ交換直後の紫外線被照射量、ｐ３は、任意の時点ｔ３における紫外線被照射量である。Ｔ３は、ランプの（ｎ＋１）交換周期におけるランプ交換直後から時点３までの時間である。
【００４１】
上述のように石英スリーブの交換周期Ｔｓはランプの交換周期Ｔｌの整数倍でなくてもよい。例えば、時点ｔ３が石英スリーブの交換時期を表すものとする。この場合、石英スリーブの交換周期Ｔｓは、Ｔｓ＝Ｔｌ×２＋Ｔ３＝ｔ３−ｔ１である。式７によって、石英スリーブの１交換周期における紫外線被照射量の積算値が求められる。
【００４２】
尚、時点ｔ３が現時点を表す場合には、式７によって、現時点における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値が求められる。
【００４３】
波長２００ｎｍ以下の紫外線に対する石英ガラスの耐久性は、特許文献２に記載されているように、石英ガラスのＯＨ基の重量含有量に依存する。そこで本願の発明者は、石英スリーブの破損試験を行い、石英ガラスのＯＨ基重量含有量と石英スリーブの破損耐久性の間の具体的な相関関係を求めた。
【００４４】
以下に、本願の発明者が行った石英スリーブの破損試験を説明する。本願の発明者は、４つのサンプルグループ（Ｎｏ．１〜４）からなるサンプル群を用意した。各サンプル群はＯＨ基の含有量が異なる６種の石英ガラス製のスリーブを含む。これらのサンプルに紫外線を照射し、それによって破損したときの紫外線照射量の積算値[Wh/m]、を計測した。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2014039890.tif 000003
【００４６】
石英スリーブが破損したときの紫外線照射量の積算値には幅がある。例えば、石英ガラスのＯＨ基の含有量[ppm]が１７５ｐｐｍの場合、石英スリーブが破損したときの紫外線照射量の積算値は４５０〜５００Ｗｈ／ｍである。石英ガラスのＯＨ基の含有量[ppm]が８００ｐｐｍの場合、石英スリーブが破損したときの紫外線照射量の積算値は１８７５〜２２５０Ｗｈ／ｍである。
【００４７】
図４は、表１に示す石英スリーブの破損試験の結果を２次元座標上にプロットしたものである。２次元座標上の黒丸の点は、表１にて示したデータを表す。縦軸は、紫外線被照射量の積算値[Wh/m]、横軸はＯＨ基重量含有量[ppm]である。ここで、横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸とする。２次元座標上の点（ｘ、ｙ）は、ＯＨ基重量含有量[ppm]と紫外線被照射量の積算値[Wh/m]の組を表す。これから次のことが判る。
（１）石英スリーブが破損するときの紫外線被照射量の積算値は、石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量に略比例する。即ち、石英ガラスのＯＨ基重量含有量が多くなると、石英スリーブが破損するときの紫外線照射量の積算値が大きくなる。
（２）図４の黒丸の点は、斜めの直線に沿って限定的に分布している。そこで、黒丸の点の略下限を通る斜めの直線４０１を描く。直線４０１は次の１次式によって表される。
【００４８】
ｙ＝２．３４ｘ                                                    （式９）
ｘは、石英ガラスのＯＨ基重量含有量である。ｙは、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘが与えられたときそれに対応する紫外線照射量の積算値であり、これを紫外線照射量の「限界値」と称することとする。
（３）石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量が与えられた場合、式９から紫外線照射量の積算値の限界値を求めることができる。例えば、石英ガラスのＯＨ基の含有量[ppm]が２００ｐｐｍの場合の限界値は４６８Ｗ／ｍである。表１の例では、石英スリーブが破損したときの紫外線照射量の積算値は限界値４６８Ｗ／ｍより大きい。石英ガラスのＯＨ基の含有量[ppm]が８００ｐｐｍの場合の限界値は１８７２Ｗ／ｍである。表１の例では、石英スリーブが破損したときの紫外線照射量の積算値は限界値１８７２Ｗ／ｍより大きい。
【００４９】
使用中の石英スリーブの紫外線照射量の積算値の現在値が、その石英ガラスのＯＨ基重量含有量によって決まる限界値を超えた場合には、その石英スリーブは紫外線劣化により何時でも破損する可能性があると言える。従って、その石英スリーブを交換する必要がある。使用中の石英スリーブの紫外線照射量の積算値の現在値が、その石英ガラスのＯＨ基重量含有量によって決まる限界値を超えていない場合には、その石英スリーブは紫外線劣化により破損する可能性があるとは言えない。従って、その石英スリーブを直ちに交換する必要はない。
【００５０】
そこで、２次元座標において、直線４０１の上側の領域４０３を「危険領域」と称し、直線４０１の下側の領域４０４を「安全領域」と称することとする。使用中の石英スリーブの紫外線照射量の積算値の現在値が、危険領域４０３にある場合には、石英スリーブを交換する必要がある。使用中の石英スリーブの紫外線照射量の積算値の現在値が、安全領域４０４にある場合には、石英スリーブを交換する必要はない。
（４）使用中の石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１から、石英スリーブの交換時期を設定することができる。その方法を説明する。但し、ランプ交換周期Ｔｌ及びランプの１交換周期Ｔｌ内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値Ｐ１は与えられているものとする。
【００５１】
先ず、ランプの交換周期Ｔｌ、及び、紫外線被照射量の積算値Ｐ１に基づいて、図３Ｂに示すような石英スリーブの紫外線被照射量の時間変化を示す鋸刃状折れ線グラフを描く。次に、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１から、式９によって、紫外線被照射量の限界値ｙ１を求める。紫外線被照射量の限界値ｙ１に対応するように、ｙ軸に平行な直線を引き、それがｘ軸と交わる時点をｔ３とする。このとき、ｘ軸、ｙ軸、時点ｔ３を通るｙ軸に平行な直線、及び、鋸刃状折れ線グラフによって囲まれる領域の面積は、限界値ｙ１に等しいものとする。横軸上の時点ｔ３が紫外線照射量の積算値の限界値に対応する。従って、石英スリーブの交換時期を時点ｔ３又はそれより前に設定すればよい。
（５）石英ガラスのＯＨ基の含有量[ppm]が多いほど、紫外線照射量の積算値の限界値は大きくなる。従って、石英スリーブを長寿命化するには、石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量を多くすればよい。しかしながら、上述のように、石英ガラスの価格は、一般に、ＯＨ基重量含有量が多くなるほど高くなる。従って、石英スリーブの高価格化を回避するには、ＯＨ基重量含有量が少ない石英ガラスを選択する必要がある。
【００５２】
石英スリーブの紫外線照射量の積算値の限界値ｙ１が予め与えられた場合には、式９から、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１を求めることができる。実際に石英ガラスを選択する場合には、このＯＨ基重量含有量ｘ１より多い石英ガラスを選択する必要がある。
【００５３】
本願の発明者が行った石英スリーブの破損試験によって以上の知見が得られた。本願の発明者はこれらの知見に基づいて本実施形態の紫外線水処理装置を作成した。それについて説明する。
【００５４】
本実施形態の紫外線水処理装置では、石英スリーブを構成する石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１に基づいて、式９によって、紫外線被照射量の積算値の限界値ｙ１を設定する。石英スリーブの１交換周期内における紫外線被照射量の積算値が、その限界値ｙ１を超えないように、石英スリーブの交換周期Ｔｓを設定する。
【００５５】
本実施形態の紫外線水処理装置では、石英スリーブの１交換周期内における紫外線被照射量の積算値が、その限界値ｙ１を超えないように、紫外線ランプへのランプ負荷が制御される。
【００５６】
紫外線水処理装置の紫外線ランプのランプ負荷[W/m]を設定する方法を説明する。式５によって求められる石英スリーブの１交換周期内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値ＥＭ[Wh/m]は、式９によって求められる紫外線被照射量の積算値の限界値ｙ１より小さいことが必要である。従って、次の不等式が得られる。
【００５７】
Ａ×Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ／２＜ｙ１                            （式１０）
Ａはランプ負荷[W/m]、ｙ１[Wh/m]は、石英スリーブの１交換周期内における石英スリーブの紫外線被照射量の積算値の限界値であり、式９によって求められる。Ｂは、ランプ発光管の紫外線透過率、Ｃは、ランプ交換直前におけるランプの光束維持率である。Ｂ、Ｃは、予め与えられているものとする。Ｔｓは石英スリーブの交換周期である。式９の関係ｙ１＝２．３４ｘ１を用いて、式１０を変形すると次の式が得られる。
【００５８】
Ａ＜２×２．３４ｘ１／｛Ｂ×（１＋Ｃ）×Ｔｓ｝                （式１１）
石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１が既知の場合、式１１の右辺の未知数は石英スリーブの交換周期Ｔｓだけである。従って、石英スリーブの交換周期Ｔｓを設定することにより、式１１の右辺の値が求められる。こうして本実施形態によると、石英スリーブの交換周期Ｔｓを設定することにより、式１１によって、紫外線水処理装置の紫外線ランプのランプ負荷[W/m]の値を設定することができる。即ち、紫外線水処理装置の紫外線ランプのランプ負荷[W/m]は少なくとも式１１の右辺より小さくなければならない。式１１を変形すると次の式が得られる。
【００５９】
ｘ１＞Ａ×Ｂ（１＋Ｃ）×Ｔｓ／（２×２．３４）                  （式１２）
式１２を用いて、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１を設定することができる。例えば、石英スリーブの交換周期Ｔｓが予め設定されている場合に、石英スリーブの材料である石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１を設定する場合を想定する。このような場合には式１２の右辺の値を計算し、その値より大きくなるように、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１を設定すればよい。図４の直線４０１の安全領域４０４は、次の式１３によって表される。
【００６０】
ｙ＜２．３４ｘ                                                （式１３）
本実施形態に係る紫外線水処理装置の石英スリーブの石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１と石英スリーブの紫外線照射量の積算値ｙ１は式１３を満たすように設定される。例えば、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１が既知の場合には、石英スリーブの紫外線照射量の積算値ｙ１が式１３を満たすように石英ガラスの交換周期Ｔｓが設定される。一方、石英ガラスの交換周期Ｔｓが予め設定されている場合には、石英ガラスのＯＨ基重量含有量ｘ１は、石英ガラスの交換周期Ｔｓにおける紫外線照射量の積算値ｙ１が式１３を満たすように設定される。
【００６１】
以上、本実施形態に係る紫外線水処理装置について説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００６２】
１１…処理槽、  １３、１５…円板、  １７…入口、  １９…出口、  ２１…石英スリーブ、  ２３…紫外線ランプ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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