(57)【要約】【課題】紫外線透過率の悪い被処理水に対しても、紫外線による水処理を確実かつ効率よく行うことが可能な紫外線照射装置を提供する。【解決手段】紫外線照射装置１００は、紫外線透過性の窓部材１９および被処理水を満たす内部空間１６を備えるとともに、内部空間１６の高さ方向に可動可能な底部２１を備える処理容器１２と、窓部材１９に対向配置され、窓部材１９を介して内部空間１６に紫外線を照射する紫外線ランプ１４と、処理容器１２内に配置され、被処理水を介して紫外線ランプ１４からの紫外線を受光する紫外線センサー２６と、紫外線センサー２６が受光した紫外線量に基づき、底部１２を移動させ、内部空間の高さを調整する制御部３１と、を具備する。【選択図】図１
2012143731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性の窓部材および被処理水を満たす内部空間を備えるとともに、前記内部空間の高さ方向に可動可能な底部を備える処理容器と、
前記窓部材に対向配置され、前記窓部材を介して前記内部空間に紫外線を照射する紫外線ランプと、
前記処理容器内に配置され、前記被処理水を介して前記紫外線ランプからの紫外線を受光する紫外線センサーと、
前記紫外線センサーが受光した紫外線量に基づき、前記底部を移動させ、前記内部空間の高さを調整する制御部と、を具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
紫外線透過性の窓部材および被処理水を満たす内部空間を備える処理容器と、
前記内部空間を第１、第２の内部空間に分割する紫外線透過性の仕切板と、
前記窓部材に対向配置され、前記窓部材を介して前記第１および第２の内部空間に紫外線を照射する紫外線ランプと、
前記被処理水を介して前記紫外線ランプからの紫外線を受光する紫外線センサーと、
前記紫外線センサーが受光した紫外線量に基づき、前記第１または第２の内部空間に前記被処理水を供給するか、前記第１および第２の内部空間に前記被処理水を供給するかを制御する制御部と、を具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項３】
紫外線透過性の窓部材および被処理水を満たす内部空間を備えるとともに、前記内部空間の長さを変更可能な空間変更構造を備えた処理容器と、
前記窓部材を介して前記内部空間に紫外線を照射する紫外線光源と、
前記被処理水の水質を測定可能なセンサーと、
前記センサーで測定された前記被処理水の水質に基づき、前記被処理水の幅方向全域にわたって、前記紫外線光源からの紫外線を照射可能なように前記空間変更構造を制御する制御部と、を具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、紫外線ランプを用いて水道水、下水、海水、養殖用水、再生水などの流体の殺菌・不活化・有機物分解などの処理を行う紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線殺菌装置は、流入口と流出口が設けられた紫外線照射槽の中央に、被処理水と紫外線ランプを隔てる保護管を取付け、その内部に紫外線ランプが設置されている。
【０００３】
また、紫外線漏れを防ぐケーシング内部に、被処理水が流れる紫外線透過性の材料からなる通水管を設置し、ランプホルダーで固定した紫外線ランプにより殺菌を行う構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９-１４８６５７公報
【特許文献２】特開平５-２５３５６５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の紫外線照射装置は、あらかじめ槽内に通す被処理水を設定し、その水質に基づいて処理槽を製作している。そのため、その被処理水よりも紫外線透過率が悪い被処理水の場合には、効率よく処理することができなかったり、処理が不足したりするなどの問題がある。
【０００６】
そこで、紫外線透過率の悪い被処理水に対しても、紫外線による水処理を確実かつ効率よく行うことが可能な紫外線照射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の紫外線照射装置は、紫外線透過性の窓部材および被処理水を満たす内部空間を備えるとともに、前記内部空間の高さ方向に可動可能な底部を備える処理容器と、前記窓部材に対向配置され、前記窓部材を介して前記内部空間に紫外線を照射する紫外線ランプと、前記処理容器内に配置され、前記被処理水を介して前記紫外線ランプからの紫外線を受光する紫外線センサーと、前記紫外線センサーが受光した紫外線量に基づき、前記底部を移動させ、前記内部空間の高さを調整する制御部と、を具備したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するための分解斜視図である。
【図２】図１を組み立て状態と制御系について説明するための断面図である。
【図３】図２に示す処理槽深度を変えた状態について説明するための断面図である。
【図４】紫外線照射装置に関する各実施形態で用いる紫外線ランプの一例について説明するための構成図である。
【図５】紫外線照射装置に関する第２の実施形態について説明するための断面図である。
【図６】図５のＩａ−Ｉｂ線断面図である。
【図７】紫外線照射装置に関する第３の実施形態について説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１〜図４は、紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するためのもので、図１は分解斜視図で、図２は図１の組み立て状態と制御系を示した断面図で、図３は図２の処理槽深度調整機構の位置を変えた状態を示す断面図で、図４はこの実施形態で用いる紫外線光源の一例について説明するための構成図である。
【００１１】
図１および図２において、１００は、ランプハウス１１および処理容器１２から構成され、例えば水道水などの被処理水に紫外線を照射させて殺菌処理を行う紫外線照射装置である。ランプハウス１１は、上面が塞がれ、下面に近い側に開口部１３が設けられた箱状の形状をしている。ランプハウス１１内には、例えば１８０〜４００ｎｍの紫外線を放射させることが可能な光源である紫外線ランプ１４が配置される。また、ランプハウス１１内には、紫外線ランプ１４で発生した紫外線を開口部１３、すなわち処理容器１２側に反射させるように、リフレクタ１５１，１５２が配置される。
【００１２】
ここで、紫外線ランプ１４について、図４を参照してさらに説明すると、紫外線ランプ１４は、電極を持たない、いわゆる無電極ランプである。１４１は、例えば石英ガラスからなる紫外線透過性の円筒形状のバルブであり、その外径φは１５±１ｍｍ程度、長さＬは２４０ｍｍ程度である。バルブ１４１の発光空間内には、例えば、不活性ガスとそれに水銀と鉄を主成分とする放電媒体が封入される。バルブ１４１の両端には、支持部１４２，１４３が一体的に形成されており、紫外線ランプ１４はその支持部１４２，１４３によって、ランプハウス１１に固定される。このように構成された紫外線ランプ１４は、図示しないマグネトロンを用いて発生されたマイクロ波が照射されることで、バルブ１４１内に封入された放電媒体に基づいた、波長１８０〜４００ｎｍの紫外線を発生させる。
【００１３】
処理容器１２は、ステンレスなどの耐腐食性の金属で形成された円筒であり、内部には水処理を行う内部空間１６が形成される。処理容器１２の上部開口１７には、蓋１８が配置される。この蓋１８は、処理容器１２の内面に一体的に形成された鍔に、接着剤等により水漏れしないように接着されている。なお、蓋１８は処理容器１２と一体的に構成されていてもよい。また、蓋１８には、紫外線透過性に優れた石英ガラスなどからなる窓部材１９が嵌め込まれている。
【００１４】
処理容器１２側壁の上部開口１７近傍には被処理水を排出するための流出口２０が形成される。２１は、処理容器１２内において内部空間１６の高さ方向、すなわち上下に可動可能な底部である。底部２１の外周には、パッキン２２が取り付けられており、内部空間１６に被処理水が供給されても、底部２１と処理容器１２の隙間からの水漏れすることはない。底部２１の中央部には、例えば石英ガラスからなる紫外線透過性の透過部材２３が嵌め込まれている。底部２１の透過部材２３とパッキン２２との間の部分には、被処理水を供給させるための流入口２４が形成される。なお、流入口２４にも、流出口２０にも図示しないパイプが接続されており、内部空間１６の内外に被処理水を給排水可能となっている。このように、流入口２４を底部２１に、流出口２０を上部開口１７近傍の処理容器１２側壁に形成することで、流入口２４に取り込まれた被処理水は、浅い位置と深い位置の何れの位置も通過し流出口２０から送り出されることになるため、この過程で被処理水には満遍なく紫外線が照射されることになり、確実な殺菌処理を行うことができる。
【００１５】
底部２１の下面側には、底部２１を支える支持部材２５が配置される。支持部材２５は上面に凹部２５１が形成されており、この凹部２５１内には紫外線センサー２６が配置される。この紫外線センサー２６は受光部が透過部材２３と対向するように配置されているため、透過部材２３を介して紫外線の受光することが可能となっている。なお、紫外線センサー２６は支持部材２５側の底部２１に、受光部側を向けた状態で接着剤等の固定手段を用いて直接取り付けるようにしても構わない。
【００１６】
支持部材２５の底部には、外周にギア２７１が形成された支軸２７が固着される。２８はギア２７１に噛合される回転ギアであり、回転ギア２８はモータ２９の回転軸３０に取着される。モータ２９が時計方向あるいは反時計方向に回転することで、支軸２７を上下に移動させ、支持部材２５を介して底部２１も上下させることができる。すなわち、モータ２９や支軸２７は内部空間１６の幅を変更する空間変更構造として機能する。これら空間変更構造は駆動部３２によって駆動され、駆動部３２は制御部３１によって制御される構造になっている。なお、空間変更構造としては、周面にネジが形成された処理槽を上下されるための支え棒そのものを直接モータで回転させてもよいし、油圧ジャッキによって上下させるようにしても構わない。また、ワイヤ、チェーンそれにギア等を使って底部をエレベータの上下手段で上下させても構わない。
【００１７】
次に、図２および図３を参照しながら、一実施形態における作用について説明する。
【００１８】
内部空間１６に被処理水が供給された状態で、紫外線ランプ１４から紫外線が照射されると、その紫外線は窓部材１９、被処理水、透過部材２３を介して紫外線センサー２６に入光する。紫外線センサー２６では被処理水を通過した紫外線量が測定され、その情報は制御部３１に伝達される。制御部３１では、受信した紫外線量の情報から被処理水の水質、特に透過率がどの程度であるのかを特定する。具体的には、制御部３１が備えるＲＯＭ（Read Only Memory）に、透過率に関する紫外線データと底部２１の位置関係を予め記憶させておき、紫外線センサー２６の検出結果と記憶素子の紫外線データとの演算を行うことで、被処理水の透過率を推定する。そして、その被処理水の透過率の測定結果に基づいて、制御部３１はモータ２９の回転ギア２８を時計方向あるいは反時計方向に駆動するように駆動部３２を制御して、底部２１を上下させる。
【００１９】
つまり、紫外線センサー２６での紫外線量の測定の結果、被処理水の透過率が高いと判断した場合には、図２のように底部２１を下げて被処理水が深くなるように調整を行う。逆に、被処理水の透過率が低いと判断した場合には、図３のように底部２１を上げて被処理水が浅くなるように調整を行う。このように、被処理水の透過率によって、底部２１を上下させ、被処理水ごとに好適な深さとすることで、確実かつ効率よく紫外線照射処理をすることができる。
【００２０】
なお、種類の異なるランプへの交換、投入電力の変化、ランプの寿命などにより、紫外線ランプ１４の紫外線出力が大きく変わる場合があるため、紫外線量も被処理水の深さを変える情報として活用すると好適である。すなわち、制御部３１のＲＯＭに被処理水の透過率および紫外線量と底部２１との位置関係について予め記憶させておき、紫外線センサー２６で測定された紫外線量と被処理水の透過率から底部２１を上下させるようにすることで、被処理水をより望ましい深さとすることができる。
【００２１】
ここで、被処理水の透過率の測定は、被処理水の種類や水質が変わったときに行うだけでもよいし、ある処理時間の経過後に定期的に行うようにしてもよい。また、制御部３１にその透過率ごとの好適な流量などの情報も記憶させておくことで、底部２１を上下させるだけでなく、被処理水の流量も変化させるようにしてもよい。さらに、開口部１３よりも紫外線ランプ１４側の位置、例えば、開口部１３やランプハウス１１内、リフレクタ１５１，１５２の側壁に紫外線ランプ１４の紫外線出力測定用の紫外線センサーを別途設けてもよい。これにより、被処理水を通る前と通った後の紫外線量を測定できることになるため、紫外線ランプ１４の紫外線出力が変化しても被処理水の透過率を正確に把握できるようになり、底部２１を好適な高さに制御することが可能となる。
【００２２】
この実施形態では、被処理水の透過率を紫外線センサー２６で測定し、その紫外線センサー２６による透過率の測定結果に基づいて底部２１を制御部３１によって上下させ、被処理水を処理する最適な処理槽深度に設定することで、確実かつ効率良く被処理水を処理することができる。
【００２３】
また、紫外線ランプ１４は、被処理水の透過率測定と紫外線照射処理の機能を兼ねているため、部品点数の少ない紫外線照射装置を実現することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５は紫外線照射装置に関する第２の実施形態について説明するための断面図、図６は図５のＩａ−Ｉｂ線断面図である。第１の実施形態と同一の機能部分には同一の符号を付して説明する。
【００２５】
この実施形態は、処理容器の内部の深さ方向に複数の内部空間を形成し、その内部空間の一つまたは複数に被処理水を満たすようにすることで、紫外線を照射する被処理水の深さを変えるようにしている。
【００２６】
具体的に説明すると、処理容器１２の内部の底部２１１と窓部材１９１との間には、例えば石英ガラスからなる紫外線透過性の仕切部材１９２，１９３がほぼ同間隔で配置される。仕切部材１９２，１９３の配置は、処理容器１２内に形成されている図示しない鍔によって行われる。これによって、処理容器１２の内部空間は、縦方向に３段に分割され、上段に第１の内部空間として内部空間１６１、中段に第２の内部空間として内部空間１６２、下段に第３の内部空間として内部空間１６３が形成される。つまり、処理容器１２は、内部空間の幅を３種類に変更可能な空間変更構造を備える。これら内部空間１６１〜１６３には、内部空間１６１と繋がるように流入口２４１および流出口２０１、内部空間１６２と繋がるように流入口２４２および流出口２０２、内部空間１６３と繋がるように流入口２４３および流出口２０３が形成される。これら内部空間１６１〜１６３は、それぞれ独立した状態にあるため、被処理水が相互を行き交う状態にはない。
【００２７】
５１は被処理水を供給させるための供給パイプであり、供給パイプ５１の途中から分岐パイプ５１１〜５１３に分岐し、パイプ５１１は流入口２４１に、パイプ５１２は流入口２４２に、パイプ５１３は流入口２４３にそれぞれ結合される。このとき、分岐パイプ５１１〜５１３の総断面積と供給パイプ５１の断面積は同じような大きさにしてある。これは、レンズの働きをし、紫外線の照射方向を設計値と異ならしめる可能性のある気泡がパイプ内に発生することを抑えるためである。分岐パイプ５１１〜５１３にはそれぞれ被処理水の流れの制御を行う電磁バルブ５２１〜５２３がそれぞれに設置される。
【００２８】
５３１〜５３３は、内部空間１６１〜１６３で処理された被処理水を排出させるための排出パイプであり、パイプ５３１は流出口２０１に、パイプ５３２は流出口２０２に、パイプ５３３は流出口２０３にそれぞれ結合される。パイプ５３１〜５３３のそれぞれ他端は、送水パイプ５３で結合される。つまり、パイプ５３１〜５３３をそれぞれ流れてきた被処理水は、送水パイプ５３で合流される。
【００２９】
次に、第２の実施形態の作用について説明する。各内部空間１６１〜１６３に被処理水が満たされた状態で、紫外線ランプ１４を点灯したとする。すると、底部２１１に配置された紫外線センサー２６は、窓部材１９１、内部空間１６１〜１６３に満たされた被処理水、仕切部材１９２、１９３、透過部材２３を介して紫外線ランプ１４からの紫外線を受光する。紫外線センサー２６では紫外線量が測定され、その情報は制御部３１に送信される。そして、制御部３１は被処理水の透過率を特定し、被処理水の透過率の測定結果に基づいて、電磁バルブ５２１〜５２３の開閉の制御を行う。
【００３０】
つまり、紫外線センサー２６での紫外線量の測定の結果、被処理水の透過率が高いと判断した場合には、電磁バルブ５２１〜５２３を開いて内部空間１６１〜１６３に被処理水を供給し、紫外線が透過する被処理水の厚みが全体として深くなるように調整を行う。逆に、被処理水の透過率が低いと判断した場合には、電磁バルブ５２２、５２３を閉じて内部空間１６１のみに被処理水を供給したり、電磁バルブ５２３を閉じて内部空間１６１、１６２に被処理水を供給し、被処理水が全体として浅くなるように調整を行う。このように、被処理水の透過率によって、被処理水を流す内部空間を変更し、被処理水ごとに好適な深さとすることで確実かつ効率よく紫外線照射処理をすることができる。
【００３１】
また、底部を動かす大がかりな機械的な構造を必要としないばかりか、電磁バルブの電磁弁の開閉を制御するだけで、被処理水の紫外線透過率の状態に合わせた処理をタイムリーに行うことができる。
【００３２】
なお、分割される内部空間の個数は３つに限らず、２つ、または４つ以上であっても問題はない。また、被処理水の透過率の測定は、全ての内部空間に被処理水を満たした状態で行う必要はなく、被処理水の深さと透過率について関係付けしておけば、一つの内部空間のみに被処理水を満たした状態で行ってもかまわない。
【００３３】
（第３の実施形態）
図７は、紫外線照射装置に関する第３の実施形態について説明するための断面図である。
【００３４】
この実施形態は、内部に独立した空間を有する容器を複数組み合わせて、処理容器を構成している。
【００３５】
具体的に説明すると、処理容器１２は、内部にそれぞれ内部空間１６４〜１６６を備える容器１２１〜１２３を縦に３つ積み重ねることによって構成されている。容器１２１には紫外線ランプ１４側に窓部材１９１、底部２１１側に仕切部材７１、容器１２２には紫外線ランプ１４側に仕切部材７２、底部２１１側に仕切部材７３、容器１２３には紫外線ランプ１４側に仕切部材７４がそれぞれ嵌め込まれる。窓部材１９１、７１〜７４は何れも石英ガラスなどの紫外線透過性のガラスからなるものであり、紫外線ランプ１４からの紫外線は、内部空間１６４〜１６６の何れにも照射できるようになっている。したがって、本実施の形態でも第２の実施形態と同様に、紫外線センサーによる被処理水の透過率の測定結果に基づいて、内部空間１６４〜１６６の何れか、または全てに被処理水を供給し、被処理水ごとに好適な深さとすることで確実かつ効率よく紫外線照射処理をすることができる。
【００３６】
なお、図７のように、紫外線センサーを複数設ける構成にしてもよい。つまり、仕切部材７１、７３および底部２１１に、紫外線センサー２６１〜２６３をそれぞれ配置してもよい。このように内部空間１６４〜１６６ごとに紫外線センサー２６１〜２６３を設けることで、さらに精度の高い被処理水の透過率測定が可能となるとともに、紫外線センサーの異常や故障が生じても影響なく被処理水を処理することができる。
【００３７】
ところで、当業者にあっては、本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００３８】
例えば、第１〜第３の実施形態では、紫外線ランプ１４と空間変更構造とが上下に並ぶ関係で配置されているため、内部空間の高さを変更する例となっているが、紫外線ランプ１４と空間変更構造とを左右に並ぶ関係に配置し、内部空間の幅を変更するようにしてもよい。
【００３９】
紫外線ランプ１４は、１８０〜４００ｎｍ付近の紫外線を発光させることができる光源であればよいので、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ、ＨＩＤランプ、ＵＶ−ＬＥＤ等に置き換えが可能である。
【００４０】
紫外線センサー２６は、紫外線ランプ１４からの紫外線を基に被処理水を測定する必要はなく、例えば処理容器またはパイプ等の内外に被処理水の透過率測定用の光源として別途ＵＶ−ＬＥＤなどを設け、被処理水の透過率はその光源によって測定するようにしてもよい。
【００４１】
なお、センサーとしては、被処理水の透過率を測定可能な紫外線センサーのほかに、被処理水の濁り具合を測定可能な濁度センサー、純度を測定可能な不純物検出センサーなどであってもよい。要は好適な紫外線照射を行える条件を決定できる程度に被処理水の水質を測定可能なものであればよい。
【００４２】
第２および第３の実施形態において、電磁バルブは、完全に被処理水の供給を止めるのではなく、紫外線センサーが検出した紫外線量に基づき、内部空間ごとに被処理水の流速を調整するやり方も考えられる。例えば、被処理水の透過率が低い場合には、紫外線ランプに遠い側の内部空間に流す被処理水の流速を、紫外線ランプに近い側よりも所定だけ遅くするなどである。
【００４３】
すなわち、紫外線透過性の窓部材および被処理水を満たす内部空間を備える処理容器と、前記内部空間を第１、第２の内部空間に分割する紫外線透過性の仕切板と、前記窓部材に対向配置され、前記窓部材を介して前記第１および第２の内部空間に紫外線を照射する紫外線ランプと、前記被処理水を介して前記紫外線ランプからの紫外線を受光する紫外線センサーと、前記紫外線センサーが受光した紫外線量に基づき、前記第１および第２の内部空間に供給する前記被処理水の流速を制御する制御部と、を具備したことを特徴とする発明であってもよい。
【００４４】
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。
【符号の説明】
【００４５】
１００  紫外線照射装置
１２  処理容器
１４  紫外線ランプ
１６，１６１〜１６６  内部空間
１９，１９１  窓部材
１９２，１９３，７１〜７４  仕切部材
２１  底部
２６，２６１〜２６３  紫外線センサー
３１  制御部
５２１〜５２３  電磁バルブ
【図１】
2012143731.tif 000003
【図２】
2012143731.tif 000004
【図３】
2012143731.tif 000005
【図４】
2012143731.tif 000006
【図５】
2012143731.tif 000007
【図６】
2012143731.tif 000008
【図７】
2012143731.tif 000009