(57)【要約】【課題】  被処理流体を高い処理効率で処理することのできる流体処理装置を提供すること。【解決手段】  この流体処理装置は、紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する構成のものにおいて、外部石英スリーブが紫外線反射性を有する構成とされている。外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることが好ましく、光散乱性微小粒子は、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子により構成することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて当該内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、前記流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する流体処理装置において、
前記外部石英スリーブが紫外線反射性を有することを特徴とする流体処理装置。
【請求項２】
前記外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
【請求項３】
前記光散乱性微小粒子が、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子であることを特徴とする請求項２に記載の流体処理装置。
【請求項４】
前記外部石英スリーブは、外周面に紫外線反射膜が形成された石英管よりなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線照射により、例えば水などの被処理流体中の各種有機物（ＴＯＣ；トータルオーガニックカーボン）の分解、バクテリア、ウィルス、菌類、カビ胞子、原虫類および同種の微生物を不活性化する、あるいは殺菌を行う流体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば水等の被処理流体中の各種有機物（ＴＯＣ；トータルオーガニックカーボン）の分解、バクテリア、ウィルス、菌類、カビ胞子、原虫類および同種の微生物を不活性化するために、あるいは殺菌するために、被処理流体に対して紫外線を照射する技術が知られている。
【０００３】
図５は、従来の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。図６は、図５におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。
この流体処理装置（以下、「リアクター」と称することにする。）は、例えば、ステンレスよりなる円筒状のリアクター外壁（外部筐体）３０の内部に配置された、紫外線を放出する棒状の紫外線ランプ３１と、リアクター外壁３０と紫外線ランプ３１との間に配置された、円筒状の内部石英スリーブ３２と、この内部石英スリーブ３２の外側に配置された、石英ガラスからなる円筒状の外部石英スリーブ３５とを具えている。紫外線ランプ３１、内部石英スリーブ３２および外部石英スリーブ３５は、いずれも、リアクター外壁３０の管軸Ｃと同軸上に配置されている。外部石英スリーブ３５の外側であってリアクター外壁（外部筐体）３０の内側、例えばリアクター外壁３０の内周面には、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）からなる紫外線反射シート３８が外部石英スリーブ３５との間に空気層Ｓが介在する状態で設けられている。
このリアクターにおいては、紫外線照射処理する例えば水などの被処理流体（図５において便宜上斜線を付した矢印で示す。）Ｗは、内部石英スリーブ３２と外部石英スリーブ３５との間に形成された空間（流体流通路Ｒ）内を流れ、紫外線ランプ３１が被処理流体Ｗから分離された構成とされている。なお、図５および図６において、白抜きの矢印は、紫外線ランプ３１からの紫外線および紫外線反射シート３８により反射された紫外線を示し、波型の矢印は紫外線ランプ３１からの発熱を示す。
このような構造を有するリアクターは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
図５および図６に示すリアクターによれば、リアクター外壁３０の内表面に紫外線反射シート３８が設けられ、さらに紫外線反射シート３８と内部石英スリーブ３２との間に外部石英スリーブ３５が設けられているので、紫外線反射シート３８が被処理流体Ｗである水と接触しない。そのため、リアクター外壁３０の内表面に施した紫外線反射シート３８が剥がれるといった不具合は発生せず、また紫外線反射シート３８として防水性を有するものを用いる必要がない。
また、紫外線反射シート３８を使用することにより、紫外線ランプ３１の入力を増大させることなく、リアクター内部の紫外線密度を増大させることができ、殺菌効率等の被処理流体Ｗの処理効率を向上させることが可能となる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５１１２８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構造では、紫外線ランプ３１からの紫外線の一部が外部石英スリーブ３５に吸収されるので、外部石英スリーブ３５の温度が上昇する。この外部石英スリーブ３５からの発熱は、外部石英スリーブ３５と紫外線反射シート３８との間に存在する空気層Ｓを介して、紫外線反射シート３８に伝達される。これにより、例えばＰＴＦＥからなる紫外線反射シート３８が溶けるなどのダメージが発生し、結果的に紫外線反射率が低下してしまうおそれがある。
また、外部石英スリーブ３５の温度上昇により、外部石英スリーブ３５によって紫外線が吸収される割合が高くなり、紫外線反射シート３８から反射される紫外線の強度が低下するという問題があった。
【０００７】
さらにまた、次のような問題がある。すなわち、外部石英スリーブ３５はその外表面が被処理流体Ｗである例えば水（流水）と接触するので、流水との熱交換により冷却される。しかしながら、図５および図６から明らかなように、外部石英スリーブ３５と紫外線反射シート３８との間に存在する空気層Ｓの温度が外部石英スリーブ３５の温度上昇に伴い上昇するので、空気層Ｓによる保温効果により、外部石英スリーブ３５の流水との熱交換による冷却効果は小さくなる。従って、紫外線ランプ３１への入力は、紫外線ランプ３１から放出される紫外線の強度が、内部石英スリーブ３２や外部石英スリーブ３５の紫外線透過率があまり低下せず、かつ、紫外線反射シート３８が溶けないような値となるように調整せざるを得なかった。すなわち、紫外線ランプ３１の入力を十分に増大させることができず、殺菌効率等の被処理流体Ｗの処理効率を向上させることが困難となるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、被処理流体を高い処理効率で処理することのできる流体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】
【０００９】
本発明の流体処理装置は、紫外線を放出する棒状のランプと、このランプの外周面の周囲を覆うよう設けられた内部石英スリーブと、この内部石英スリーブの外側に設けられて当該内部石英スリーブとの間に筒状の流体流通路を形成する外部石英スリーブとを具えており、前記流体流通路内を流通される被処理流体に紫外線を照射する流体処理装置において、
前記外部石英スリーブが紫外線反射性を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の流体処理装置においては、前記外部石英スリーブは、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在する石英管よりなることが好ましい。
このような構成のものにおいては、前記光散乱性微小粒子は、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子により構成することができる。
【００１１】
また、本発明の流体処理装置においては、前記外部石英スリーブは、外周面に紫外線反射膜が形成された石英管よりなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流体処理装置によれば、外部石英スリーブ自体が紫外線反射性を有することにより、ランプから放出される紫外線が当該外部石英スリーブによって吸収される割合を小さく抑制することができるので、紫外線ランプの入力を増大させることなく、リアクター（流体処理装置）内部の紫外線密度を増大させることができ、被処理流体を高い処理効率で処理することができる。
【００１３】
また、外部石英スリーブが、外周面に紫外線反射膜が形成された石英管よりなることにより、外部石英スリーブを透過する紫外線が紫外線反射膜によって反射されてランプから放出される紫外線を効率よく利用することができる。しかも、紫外線反射膜が外部石英スリーブとの間に空気層が介在しない状態で形成されることにより、当該空気層による保温効果が生ずることがないため、外部石英スリーブの温度が上昇することを抑制することができる。その結果、外部石英スリーブによって吸収される紫外線の割合を小さく抑制することができ、従って、被処理流体の処理効率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。
【図３】本発明の流体処理装置の他の例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。
【図５】従来の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の流体処理装置の一例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。
この流体処理装置（リアクター）は、例えばステンレスよりなる円筒状のリアクター外壁（外部筐体）１０の内部に配置された、紫外線を放出する棒状の紫外線ランプ１１と、この紫外線ランプ１１の外周面の周囲を覆うよう配置された円筒状の内部石英スリーブ１２と、この内部石英スリーブ１２の外側に設けられて当該内部石英スリーブ１２との間に被処理流体Ｗが流通される筒状の流体流通路Ｒを形成する円筒状の外部石英スリーブ１５とを具えている。紫外線ランプ１１、内部石英スリーブ１２および外部石英スリーブ１５は、リアクター外壁１０の管軸Ｃと同軸上に配置されている。図１において、便宜上斜線を付した矢印は、被処理流体Ｗを示す。また、図１および図２において、白抜きの矢印は、紫外線ランプ１１からの紫外線および後述する外部石英スリーブ１５により反射された紫外線を示し、図２における波型の矢印は紫外線ランプ１１からの発熱を示す。
紫外線ランプ１１を内部石英スリーブ１２の内側に配置するのは、紫外線ランプ１１を例えば水等の被処理流体Ｗから分離するためである。このような構造により、図示を省略した紫外線ランプ１１へ電力を供給する電源から紫外線ランプ１１への給電線、紫外線ランプ１１の給電端子等が被処理流体Ｒと接触した際に起こり得る給電線、給電端子等における電気的な絶縁破壊の発生を回避することが可能となる。
【００１６】
紫外線ランプ１１としては、例えば１５０〜３５０ｎｍの波長域の光を含む紫外線を放射するものが用いられる。
【００１７】
この例における外部石英スリーブ１５は、管壁の内部に光散乱性微小粒子Ｐが分散状態で存在する石英管により構成されている。このような構成とされていることにより、外部石英スリーブ１５自体が紫外線ランプ１１から放射される紫外線を反射する反射部材として機能する。具体的には例えば、外部石英スリーブ１５は、例えば２５４ｎｍの波長域の紫外線に対して不透明であること、すなわち紫外線反射機能を備えたものであることが好ましい。
【００１８】
光散乱性微小粒子Ｐとしては、例えば、気泡、セラミック微粒子またはシリカ微粒子を例示することができる。
光散乱性微小粒子Ｐの粒子径は、例えば０．１〜５μｍであることが好ましい。ここに、「粒子径」とは、粒子の投影像を２本の平行線で挟んだとき、平行線の間隔が最大となる粒子の幅をいう。
また、外部石英スリーブ１５を構成する石英材料中に分散される光散乱性微小粒子Ｐの密度は、例えば石英材料１ｍｍ３中に１．０×１０９個以上であることが好ましく、より好ましくは、石英材料１ｍｍ３中に１．３×１０９個以上である。
外部石英スリーブ１５がこのような構成とされていることにより、紫外線ランプ１１から放射される特定の波長域の紫外線について十分に高い反射率（例えば７０％以上）を有するものとなる。
【００１９】
例えば、光散乱性微小粒子Ｐとして気泡が分散されてなる石英管は、次のようにして作製することができる。すなわち、板ガラス（例えばサンド、ソーダ灰、シリケートまたはアルミナ等でできたガラス）を粉々に粉砕した後、当該ガラス粉末にカーボン粒子を混ぜ合わせ、高温の窯の中で加熱する。これにより、カーボン粒子が酸化されることにより発生する二酸化炭素が溶融されたガラス材料中に含まれてなる石英管形成材料を得、これを管状に成形して冷却することにより二酸化炭素がガラス中に泡状に残留され、以って、外部石英スリーブ１５を構成する石英管を得ることができる。ここに、ガラス粉末に混入するカーボン粒子の量を調整することにより、得られる石英管の紫外線反射率を調整することができる。
また、光散乱性微小粒子Ｐとしてセラミック粒子やシリカ粒子が分散されてなる石英管は、上記の作製工程において、カーボン粒子に代えてセラミック粒子やシリカ粒子を用いることにより得ることができる。
【００２０】
上記のリアクターにおいては、処理すべき被処理流体Ｒ例えば水が流体流通路Ｒ内に導入されて当該流体流通路Ｒ内を流通される過程において、被処理流体Ｒが紫外線ランプ１１から放出される紫外線によって処理される。
【００２１】
而して、上記構成のリアクターによれば、外部石英スリーブ１５が管壁の内部に光散乱性微小粒子Ｐが分散状態で存在する石英管により構成されており、外部石英スリーブ１５自体が紫外線反射性を有することにより、外部石英スリーブ１５それ自体が紫外線の吸収率が小さいものとして構成されている。従って、流体流通路Ｒ内に被処理流体Ｗが流通されることによる冷却効果によって、外部石英スリーブ１５の温度上昇の程度を小さく抑制することができるため、外部石英スリーブ１５の温度上昇に伴う紫外線の吸収率が増大することを小さく抑制することができる。従って、紫外線ランプ１１の入力を増大させることなく、リアクター（流体処理装置）内部の紫外線密度を増大させることができ、被処理流体Ｗを高い処理効率で処理することができる。
【００２２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
図３は、本発明の流体処理装置の他の例における構成の概略を示す、リアクター外壁の管軸方向に沿った断面図である。また、図４は、図３におけるＡ−Ａ断面拡大図である。
この例における流体処理装置（リアクター）は、図１および図２に示すリアクターにおいて、外部石英スリーブ１５として、外表面に紫外線反射膜２０がさらに設けられた石英管が用いられた構成とされたことの他は、図１および図２に示すリアクターと同一の構成を有する。図３および図４において、図１および図２に示すリアクターと同一の構成部材には、同一の符号が付してあり、その説明を省略する。
【００２３】
紫外線反射膜２０は、例えば金属反射膜により形成されている。具体的には、紫外線反射膜２０は、例えば厚さが１〜２０μｍとなるアルミニウム蒸着膜により形成されており、例えば２５４ｎｍの波長域の紫外線に対して不透明、すなわち紫外線反射機能を備えている。
この紫外線反射膜２０は、アルミニウムを高真空状態で電子ビームや高周波誘導などによって加熱蒸発させ、その蒸気を対象物の表面に付着させることにより形成することができる。
【００２４】
而して、上記構成のリアクターによれば、外部石英スリーブ１５が、管壁の内部に光散乱性微小粒子が分散状態で存在するものであって、かつ、外周面に紫外線反射膜２０が形成された石英管よりなることにより、基本的には、外部石英スリーブ１５を透過する紫外線が紫外線反射膜２０によって流体流通路Ｒに向かって反射されるので、紫外線ランプ１１から放出される紫外線を効率よく利用することができる。しかも、紫外線反射膜２０が外部石英スリーブ１５との間に空気層が介在しない状態で形成されることにより、当該空気層による保温効果が生ずることがないため、被処理流体Ｗによる冷却効果によって、外部石英スリーブ１５の温度上昇を小さく抑制することができる結果、当該外部石英スリーブ１５によって吸収される紫外線の割合を小さく抑制することができる。従って、被処理流体Ｗの処理効率を一層向上させることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  リアクター外壁（外部筐体）
１１  紫外線ランプ
１２  内部石英スリーブ
１５  外部石英スリーブ
２０  紫外線反射膜
３０  リアクター外壁（外部筐体）
３１  紫外線ランプ
３２  内部石英スリーブ
３５  外部石英スリーブ
３８  紫外線反射シート
Ｐ  光散乱性微小粒子
Ｗ  被処理流体
Ｒ  流体流通路
Ｓ  空気層
【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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