(57)【要約】【課題】紫外線透過窓やその周辺部材の熱劣化を抑制し、その部品の交換頻度を低減できる、メンテナンス性の高い紫外線照射装置を提供する。【解決手段】実施形態の紫外線照射装置１００は、内部に被処理水Ｂを満たすことが可能な処理槽１と、処理槽１に被処理水Ｂを供給する流入手段１５と、処理槽１から被処理水Ｂを排出する排出手段１６と、紫外線透過窓３１を有し、処理槽１の上部を覆う蓋部２１と、紫外線透過窓３１を介して、処理槽１内に紫外線を照射する紫外線照射ユニット４と、処理槽１に被処理水Ｂが貯水された際に、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂとの間に発生する気体層Ｃを抜き、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂを接液させる気体抜き手段５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被処理水を満たすことが可能な処理槽と、
前記処理槽に前記被処理水を供給する流入手段と、
前記処理槽から前記被処理水を排出する排出手段と、
紫外線透過窓を有し、前記処理槽の上部を覆う蓋部と、
前記紫外線透過窓を介して、前記処理槽内に紫外線を照射する紫外線照射ユニットと、
前記処理槽に被処理水が貯水された際に、前記紫外線透過窓と前記被処理水との間に発生する気体層を抜き、前記紫外線透過窓と前記被処理水を接液させる気体抜き手段と、
を備える紫外線照射装置。
【請求項２】
前記気体抜き手段は、前記紫外線透過窓の最下部より上方に位置し、前記蓋部に形成された空間部である請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記気体抜き手段は、更に、前記空間部からの気体を外部に逃がす貫通孔を設けた請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記気体抜き手段は、前記紫外線透過窓の最下部に対して同等の水平位置、または、上方の位置で排出する前記排出手段である請求項１に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、紫外線光源を用いて地下水、水道水、下水、海水、養殖用水、または、再生水等の流体の殺菌、不活化、または、有機物分解等の光処理を行う紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線照射装置の一例として、紫外線照射ユニットを使用して、処理槽内の被処理水に紫外線を照射し、被処理水を光処理する装置がある。紫外線処理装置の光処理能力を高めるため、高出力の紫外線照射ユニットを処理槽の外部に配置し、紫外線透過窓を介して光処理する外照方式がある。しかし、この方式では、紫外線照射ユニットの紫外線光源や点灯回路からの熱により、紫外線透過窓やその周辺部材が温度上昇し、熱劣化する。そのため、熱劣化した部品の交換を要するため、装置のメンテナンス性が低下する課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４５８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、紫外線透過窓やその周辺部材の熱劣化を抑制し、その部品の交換頻度を低減できる、メンテナンス性の高い紫外線照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、実施形態の紫外線照射装置は、内部に被処理水を満たすことが可能な処理槽と、前記処理槽に前記被処理水を供給する流入手段と、前記処理槽から前記被処理水を排出する排出手段と、紫外線透過窓を有し、前記処理槽の上部を覆う蓋部と、前記紫外線透過窓を介して、前記処理槽内に紫外線を照射する紫外線照射ユニットと、前記処理槽に被処理水が貯水された際に、前記紫外線透過窓と前記被処理水との間に発生する気体層を抜き、前記紫外線透過窓と前記被処理水を接液させる気体抜き手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【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の組み立て状態を説明するための断面図である。
【図３】図２の紫外線照射装置の動作、及び、被処理水の位置関係を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５】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。
【図６】紫外線照射装置に関する第４の実施形態について説明するための断面図である。
【図７】紫外線照射装置に関する第５の実施形態について説明するための断面図である。
【図８】紫外線照射装置に関する第６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】
【０００７】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の紫外線照射装置を、図面を参照して説明する。図１は分解斜視図で、図２は図１の組み立て状態の断面図である。
【０００９】
図１および図２において、１００は、例えば、地下水、水道水、下水、海水、養殖用水、または、再生水等の被処理水に、紫外線を照射することで、流体の殺菌、不活化、または、有機物分解等の光処理を行う紫外線照射装置である。
【００１０】
処理槽１は、例えば、ステンレス等の耐腐食性の金属で形成された本体部１１と、本体部１１の下部の開口面１１ａを気密に塞ぐ底部１２とから構成され、内部には被処理水を充填する内部空間１４が形成されている。処理槽１の大きさは、例えば、外径が１５０ｍｍから４００ｍｍ、内径が１４０ｍｍから３９０ｍｍ、高さが１５０ｍｍから７００ｍｍである。本体部１１と底部１２との接合は、水漏れしないように、例えば、溶接により直接接合するか、予め一体的に成型するか、または、パッキンを介在させてネジ等により固定する方法を採る。
【００１１】
処理槽の底部１２の一部に貫通孔が設けられ、処理槽１内に被処理水を流入するための流入手段１５が接続されている。また、処理槽１の本体部１１の上部の一部に貫通孔が設けられ、被処理水を外部に排出するための排出手段１６が接続されている。流入手段１５及び排出手段１６は、例えば、ステンレス、鉄、または銅等の金属管、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等のプラスチック管、または、金属とプラスチックから成る複合管等を使用する。
【００１２】
処理槽１の上部の開口面１１ｂには、例えば、ステンレス製の蓋部２１が接合されている。本体部１１と蓋部２１との接合は、水漏れしないように、例えば、溶接により直接接合するか、予め一体的に成型するか、または、パッキンを介在させてネジ等により固定する方法を採る。
【００１３】
蓋部２１には、例えば、中央部に、外部から紫外線を処理槽１の内部空間１４に導くための開口部２２が設けられる。開口部２２には、例えば、処理槽１の外部からのゴミ等による被処理水の汚染防止を目的として、紫外線透過窓３１が設けられる。紫外線透過窓３１は、例えば、光処理を行うための紫外線波長の透過率が高い石英ガラスやソーダガラス等の紫外線透過部材が使用され、開口部２２の周囲で、例えば、パッキン等を介して、水漏れしないように気密に固定される。
【００１４】
紫外線透過窓３１を介して、処理槽１の外部には、処理槽１内の内部空間１４に紫外線を照射するための紫外線照射ユニット４が配置される。
【００１５】
紫外線照射ユニット４は、例えば、ステンレスやアルミ等の金属製の筐体４１内に、リフレクタ４２と、リフレクタ４２によって形成された空間内に配置された紫外線光源４３と、紫外線光源４３からの紫外線およびリフレクタ４２で反射された紫外線を筐体４１の外部に取り出すための照射部４４と、紫外線光源４３を点灯するための点灯回路４５とを、収納した構成である。
【００１６】
紫外線光源４３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、バルブの発光空間内には、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。ランプの外径φは１５±１ｍｍ程度、長さＬは２４０ｍｍ程度である。このときの点灯回路４５は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射するマグネトロンを使用し、マイクロ波を紫外線光源４３に導くことにより、バルブ内に封入された放電媒体が放電し、波長１８０〜４００ｎｍの紫外線を発生させる構成である。これに伴い、リフレクタ４２は、紫外線を反射し、マイクロ波を通過するよう、例えば、表面に反射膜を形成したガラスで構成されている。
【００１７】
照射部４４には、例えば、紫外線光源４３からの光を拡散または集光させる光学機能や、紫外線光源４３や点灯回路４５から発生するノイズを遮断する機能を持たせることが出来る。また、装置構成を簡略化するため、前記の部材の設置を省略し、筐体４１に開口部を設けた構成にすることも可能である。
【００１８】
蓋部２１の一部には、貫通孔２３が設けられており、蓋部２１の上方に突出するように、円筒管５１が接続されている。円筒管５１は、例えば、金属製の筒で、その一端を気密に封止することにより、内部に空間部５２を有する。この空間部５２は、紫外線透過窓３１の最下部Ａに対して上方に位置する構成であり、紫外線透過窓３１下部に介在する気体層の気体抜き手段５として作用する。
【００１９】
紫外線照射装置１００の動作、及び、被処理水の位置関係について図３を用いて説明する。
【００２０】
処理槽１内への被処理水の導入は、ポンプ（図示無）を用いて被処理水を揚水し、流入手段１５に送水することにより行われ、処理槽１内の被処理水Ｂの水位は、図３(ａ)、図３（ｂ）に示すように、上昇する。
【００２１】
被処理水Ｂの水位が、図３(ｃ)に示すように、排出手段１６の排出位置に達すると、被処理水Ｂの一部が排出手段１６から外部に排出されるが、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂの間に気体層Ｃとして、例えば、空間中の空気が介在する状態となる。この介在する気体層Ｃは、経路Ｄを経て、紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方に位置する気体抜き手段５の空間部５２に移動させることが可能である。ここで、経路Ｄ上には、気体層Ｃが紫外線透過窓３１の下部で滞留させるような障害部、例えば、段差等が無い構成で、容易に気体層Ｃが移動できる流路が確保されている。
【００２２】
排出手段１６の内径部における最も上部の位置Ｅに対して、上方にある処理槽１の内部空間１４と円筒管５１内の空間部５２との体積の総計をＶ１、紫外線透過窓３１の最下部Ａに対して上方にある空間部５２の体積をＶ２とした場合に、被処理水Ｂの水圧ＰをＶ１／Ｖ２[気圧]以上に調整することで、図３(ｄ)に示すように、理論上全ての気体層Ｃを空間部５２内に収納させることができる。ここで、水圧Ｐは、処理槽１内の気密度や水温、また、排出手段１６から一部排出される気体層Ｃの割合等で補正した値を使用することも出来る。被処理水の水圧Ｐは、例えば、ポンプの揚水圧、流入手段１５からの給水速度、排出手段１６からの排出速度等により調整することができる。気体層Ｃを、気体抜き手段５の空間部５２に収納させることにより、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂを接液させることができる。この状態で、紫外線照射ユニット４からの紫外線が被処理水Ｂに照射され、被処理水Ｂの光処理が行われる。
【００２３】
本実施形態では、紫外線透過窓３１下部に介在する気体層Ｃを上方に抜くための気体抜き手段５の空間部５２を、紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方に設けたことにより、紫外線透過窓３１下部の気体層Ｃを減少させ、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂを接液状態にできる。
【００２４】
紫外線照射ユニット４の消費電力は、例えば、１０００Ｗから７０００Ｗであり、高負荷のため、紫外線光源４３と点灯回路４５は発熱し、高温となる。紫外線光源４３や点灯回路４５からの発熱が伝熱され温度上昇する紫外線透過窓３１を、被処理水Ｂで水冷却できるので、紫外線透過窓３１の温度上昇を抑制し、熱歪による割れ・変形を低減できる。また、紫外線透過窓３１の周辺部材、例えば、紫外線透過窓３１と蓋部２１の接合用のパッキンや、蓋部２１と処理槽１の本体１１との接合用パッキン等の、熱劣化や変形を抑制することも出来る。その結果、紫外線照射装置１００の熱劣化に伴う部品の交換頻度を低減でき、装置のメンテナンス性を高めることが可能である。
（第２の実施形態）
図４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ものである。この第２の実施形態の各部について、第１の実施形態の紫外線照射装置の各部と同一部分は同一符号で示す。
【００２５】
この実施形態では、蓋部２１自身に、上方に突出する突出部２１ａを一体的に形成し、この突出部２１ａ内の空間部５２ａ、５２ｂが気体抜き手段５として作用する構成である。
【００２６】
空間部５２ａ、５２ｂは、紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方に位置している。処理槽１内に被処理水Ｂを充填した際に、第１の実施形態と同様に、被処理水の水圧Ｐや、空間部５２ａ、５２ｂの体積、排出手段１６の位置等の調整を行い、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂの間の気体層Ｃを上方に抜き、気体層Ｃを空間部５２ａ、５２ｂに収容させ、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂを接液させる。
【００２７】
上述した第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、紫外線透過窓３１とその周辺部材の熱劣化を抑制することが出来、熱劣化に伴う部品の交換頻度を低減でき、装置のメンテナンス性を高めることが可能である。
（第３の実施形態）
図５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ものである。
【００２８】
この実施形態では、蓋部２１自身に、被処理水Ｂ側に突出に突出する突出部２１ｂを一体的に形成し、その先端部に平面形状の紫外線透過窓３１を気密に接続した構成である。この蓋部２１の突出部２１ｂ、蓋部２１の上面、及び、処理槽１の本体部１１との間には空間部５２ａ、５２ｂが形成される。空間部５２ａ、５２ｂは、紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方に位置しており、これが気体抜き手段５として作用する。処理槽１内に被処理水Ｂを充填した際に、第１の実施形態と同様に、被処理水の水圧Ｐや、空間部５２ａ、５２ｂの体積、排出手段１６の位置等の調整を行い、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂの間の気体層Ｃを上方に抜き、気体層Ｃを空間部５２ａ、５２ｂに収容させ、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂを接液させる。
【００２９】
上述した第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、紫外線透過窓３１とその周辺部材の熱劣化を抑制することが出来、熱劣化に伴う部品の交換頻度を低減でき、装置のメンテナンス性を高めることが可能である。
（第４の実施形態）
図６は、紫外線照射装置に関する第４の実施形態について説明するためのものである。
【００３０】
この実施形態では、蓋部２１が、第１の実施形態と同様に平坦形状であるが、紫外線透過窓３１が、被処理水Ｂ側に突出した形状である。紫外線透過窓３１は、例えば、ガラスを型等で熱成型した加工ガラスで、半楕円形状や、半球形状、凸レンズ形状等のものが使用される。紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方に位置する紫外線透過窓３１、蓋部２１、及び、処理槽１との本体１１との間に空間部５２ａ、５２ｂが形成される。空間部５２ａ、５２ｂは、紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方に位置しており、これが気体抜き手段５として作用する。処理槽１内に被処理水Ｂを充填した際に、第１の実施形態と同様に、被処理水の水圧Ｐや、空間部５２ａ、５２ｂの体積、排出手段１６の位置等の調整を行い、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂの間の気体層Ｃを上方に抜き、気体層Ｃを空間部５２ａ、５２ｂに収容させ、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂを接液させる。
【００３１】
上述した第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、紫外線透過窓３１とその周辺部材の熱劣化を抑制することが出来、熱劣化に伴う部品の交換頻度を低減でき、装置のメンテナンス性を高めることが可能である。また、紫外線透過窓３１を被処理水Ｂ側に突出させた湾曲形状としたことにより、紫外線照射ユニット２からの紫外線を拡散することができ、処理槽１内での紫外線照射エリアを増やし、被処理水の光処理効果を高めることができる。
（第５の実施形態）
図７は、紫外線照射装置に関する第５の実施形態について説明するためのものである。
【００３２】
この実施形態では、空間部５２ａ、５２ｂの構成は図２の第１の実施形態と類似しているが、円筒管５１の上部に、空間部５２ａ、５２からの気体を外部に逃がす貫通孔５３が設けられており、これらが気体抜き手段５として作用する。
【００３３】
第１の実施形態では、空間部５２ａ、５２ｂが閉空間のため、空間部５２ａ、５２ｂ内に気体層Ｃを収納させるための被処理水の水圧Ｐを高める必要があったが、第５の実施形態では、貫通孔５３により、空間部５２ａ、５２ｂ内の気体層Ｃが外部に逃げるため、被処理水の水圧Ｐを低減できる。そのため、揚水圧力の低いポンプの使用が可能となる。
【００３４】
また、貫通孔５３から被処理水が外部へ漏れることを防止するため、貫通孔５３に気体の気圧の調整機構（図示無）を設ける構成を追加しても良い。
【００３５】
上述した第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、紫外線透過窓３１とその周辺部材の熱劣化を抑制することが出来、熱劣化に伴う部品の交換頻度を低減でき、装置のメンテナンス性を高めることが可能である。
（第６の実施形態）
図８は、紫外線照射装置に関する第６の実施形態について説明するためのものである。
【００３６】
この実施形態の気体抜き手段５は、処理槽１内の被処理水Ｂを排出するための排出手段と兼用される構造である。気体抜き手段５の排出位置は、例えば、紫外線透過窓３１の最下部Ａと同等の水平位置で、蓋部２１に配置される。また、気体抜き手段５の排出位置は、流入手段１５の入水位置に対して、処理槽１の内部空間１４の上下斜め方向に対向するよう配置され、紫外線透過窓３１の下部を水流が横断するような位置関係である。
【００３７】
気体抜き手段５の排出位置は、例えば、図４、図５または図６に示す実施形態においては、紫外線透過窓３１の最下部Ａより上方の位置に設ける構成でも良い。
【００３８】
被処理水Ｂを充填した際に、気体層Ｃは、気体抜き手段５から被処理水Ｂと共に排出され、紫外線透過窓３１と被処理水Ｂは接液した状態となる。また、紫外線透過窓３１の下部を横断する水流により、紫外線透過窓３１の下部に生じる気体層Ｃを押し流し、気体抜き手段５側に効率よく排出することができる。
【００３９】
上述した第６の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、紫外線透過窓３１とその周辺部材の熱劣化を抑制することが出来、熱劣化に伴う部品の交換頻度を低減でき、装置のメンテナンス性を高めることが可能である。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４１】
例えば、処理槽１の形状は、楕円形や方形形状等の任意の形状とすることができる。また、底部１２の形状も、半球形状等の曲線形状等、任意の形状とすることができる。
【００４２】
流入手段１５の個数や形状は、処理槽１の大きさや形状、被処理水の深さに応じて調整をすることができる。流入手段１５の設置個所は、図示した処理槽１の底部１２以外に、処理槽１の本体部１１にも設置することができる。また、流入手段１５と排出手段１６の水量を微調整するための水量計や水量調整機、または、被処理水の水圧を管理する圧力センサーを設けることができる。また、被処理水の濁度を検出する濁度センサーを設けることができる。
【００４３】
紫外線光源４３は、被処理水Ｂに対して光処理を行うのに適切な波長域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、中圧ランプ、高圧ランプ、ＨＩＤランプ、ＵＶ−ＬＥＤ、または、レーザーダイオード等に置き換えが可能である。
【００４４】
点灯回路４５は、夫々の光源に適した構成とすることができ、また、点灯回路４５の全部または一部を紫外線照射ユニット４の筐体４１の外部に配置することも可能である。
【００４５】
紫外線照射ユニット４の筐体４１は、例えば、筐体４１の一部に空気を筐体４１内に導入及び排出するための開口部を設けて、排気用または吸気用のブロアにより筐体４１内に空気を循環させて、紫外線光源４３や点灯回路４５を空冷させる構成も可能である。
【００４６】
紫外線透過窓３１の被処理水Ｂ側には、被処理水に含まれる不純物成分（鉄、マンガン、カルシウム、マグネシウム等）、油分、浮遊物質等が付着するため、これらを除去するワイパーや超音波洗浄機などの清掃機構を設けても良い。
【００４７】
気体抜き手段５で抜く気体は、空間中の空気以外に、被処理水に溶融していた気体が空間に放出されたもの、例えば、オゾン、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、酸素、窒素、空気、希ガス、その他不純ガス等が含まれた構成でも良い。
【００４８】
気体抜き手段５は、複数設けることができる。
【００４９】
紫外線透過窓３１と気体抜き手段５を結ぶ経路Ｄは、平坦な形状を示したが、気体抜き手段５が上方向となるように傾斜部を設けて、気体層Ｃの流れを促進させることも可能である。また、紫外線透過窓３１の一部に傾斜部を持たせて、気体層Ｃを上部に抜きやすくする構成も可能である。
【００５０】
本発明の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】
【００５１】
１  処理槽
１５  流入手段
１６  排出手段
２１  蓋部
３１  紫外線透過窓
４  紫外線照射ユニット
５  気体抜き手段
５１  円筒体
５２  空間部
Ａ  紫外線透過窓の最下部
Ｂ  被処理水
Ｃ  気体層
【図１】
2013066835.tif 000003
【図２】
2013066835.tif 000004
【図３】
2013066835.tif 000005
【図４】
2013066835.tif 000006
【図５】
2013066835.tif 000007
【図６】
2013066835.tif 000008
【図７】
2013066835.tif 000009
【図８】
2013066835.tif 000010