(57)【要約】【課題】  高い処理効果が得られ、かつ紫外線ランプを長寿命化することが可能な紫外線処理装置を提供する。【解決手段】  実施形態の紫外線処理装置は、被処理水を流通可能な処理水槽１と、少なくとも一部が被処理水に接触するように配置された保護管２と、保護管２の内部に配置された紫外線ランプ５と、を具備する紫外線処理装置において、保護管２は内管２１と外管２２とを備え、内管２１と外管２２の間には保護管２の管軸方向に沿うように冷却媒体として冷却水４が循環されるとともに、内管２１の肉厚をＴ１（ｍｍ）、外管２２の肉厚をＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ２＞Ｔ１を満たす。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を流通可能な処理水槽と、少なくとも一部が前記被処理水に接触するように配置された保護管と、前記保護管の内部に配置された紫外線ランプと、を具備する紫外線処理装置において、
前記保護管は内管と外管とを備え、前記内管と前記外管の間には前記保護管の管軸方向に沿うように冷却媒体が循環されるとともに、
前記内管の肉厚をＴ１（ｍｍ）、前記外管の肉厚をＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ２＞Ｔ１を満たすことを特徴とする紫外線処理装置。
【請求項２】
前記紫外線ランプは、ガラス管とその両端に配置された一対の電極を備え、前記電極間における前記ガラス管の内容積をＶ（ｍｍ３）、前記電極に供給されるランプ電力をＷ（Ｗ）としたとき、その関係Ｗ／Ｖが０．０１０（Ｗ／ｍｍ３）以上を満足する中圧紫外線ランプであるとともに、前記冷却媒体は、有機物量が１００ｐｐｂ以下、２５℃における比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上を満足する超純水であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施態様は、水道水、温泉水、海水、下水等の殺菌に用いられる紫外線処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水、温泉水、海水、下水等の殺菌に、紫外線処理装置が使用されている。この紫外線処理装置は、処理水槽の内部に保護管を配置し、その保護管の内部に紫外線ランプを配置することで、保護管を介して被処理水に紫外線を照射する構造になっている。
【０００３】
この紫外線処理装置において、高出力な紫外線ランプが使用される場合がある。高出力な紫外線ランプを用いると、少ないランプ本数でより高い処理効果を得ることができるが、点灯中に高温になるために寿命が短くなってしまう。これまでの低圧紫外線ランプを搭載した紫外線処理装置の場合、被処理水により保護管の温度を下げることで、ランプの温度をある程度下げることができたが、高出力な紫外線ランプの場合、被処理水では十分には冷却できないことがわかった。特に、被処理水が温水等、温度が比較的高いものであると紫外線ランプの温度が十分に下がらず、短寿命となる問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５６４１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−５１５５５９号公報
【特許文献３】特開平１０−２８９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高い処理効果が得られ、かつ紫外線ランプを長寿命化することが可能な紫外線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】
【０００６】
実施形態の紫外線処理装置は、被処理水を流通可能な処理水槽と、少なくとも一部が前記被処理水に接触するように配置された保護管と、前記保護管の内部に配置された紫外線ランプと、を具備する紫外線処理装置において、前記保護管は内管と外管とを備え、前記内管と前記外管の間には前記保護管の管軸方向に沿うように冷却媒体が循環されるとともに、前記内管の肉厚をＴ１（ｍｍ）、前記外管の肉厚をＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ２＞Ｔ１を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の紫外線処理装置について説明するための図である。
【図２】第１の実施形態の紫外線処理装置について説明するための断面図である。
【図３】第１の実施形態の紫外線処理装置の処理水槽について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態の紫外線処理装置に搭載した紫外線ランプの分光分布特性について説明するための図である。
【図５】第２の実施形態の紫外線処理装置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の紫外線処理装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の紫外線処理装置について説明するための図、図２は、第１の実施形態の紫外線処理装置について説明するための断面図である。なお、図中の矢印は、液体の流れる方向を示している。
【００１０】
図１、図２に示す紫外線処理装置は、水道水、温泉水、海水、下水等の殺菌に用いられる紫外線殺菌装置であり、主要部として処理水槽１を備えている。
【００１１】
処理水槽１は、図３に示すような、ステンレスなどの金属からなる容器であり、シリンダー１１とランプハウジング１２とで構成されている。シリンダー１１は、内部に形成された空間に被処理水を流通させることが可能な管である。空間の寸法は、例えば長さは５５０ｍｍ、内径は２７０ｍｍである。シリンダー１１の管軸方向の両端部には、他の装置の配管等とボルトによって接続するための穴を備えたフランジ１１１、１１２が設けられている。
【００１２】
ランプハウジング１２は、内部に空間を備えた管であり、シリンダー１１と直交するように接続されている。空間の寸法は、例えば長さは４００ｍｍ、内径は２７０ｍｍである。その管軸方向の両端部には、穴を備えた一対のフランジ１２１が設けられている。このフランジ１２１には、円形の穴１３１を備える一対のフランジ１３が、穴にボルト等を差し込むことで接続される。これら、シリンダー１１、ランプハウジング１２、フランジ１３によって、処理水槽１の内部には空間１４が形成される。この空間１４には、フランジ１１１からフランジ１１２に向けて被処理水が流される。
【００１３】
フランジ１３の穴１３１には、シリンダー１１の管軸と直交するように保護管２が配置されている。保護管２の外周部には、金属リング３が設けられている。金属リング３はフランジを備えており、そのフランジ部分とシリンダー１１とを溶接することで、被処理水が穴１３１を介して処理水槽１の外部に漏れることを防止している。保護管２と金属リング３の間にゴムパッキンなどの部材を設けるとなお良い。また、後述する紫外線ランプから紫外線が外部に漏れることを防止すべく、フランジ１３の周辺に保護管２を覆うカバーをさらに設けても良い。
【００１４】
保護管２は、石英ガラス等の紫外線透過性に優れた材料からなるもので、肉厚がＴ１の内管２１を備えている。内管２１には、その管軸方向全域を覆うように、肉厚がＴ２（＞Ｔ１）の外管２２が同軸配置されている。内管２１と外管２２とは両端が側壁２３により閉じられている。すなわち、保護管２は、内部に空間２４を備えた二重管構造の管となっている。この保護管２の一端側には導入管２５、他端側には導出管２６が設けられている。なお、導入管２５と導出管２６は配管を介してチラー（図示なし）と接続され、空間２４には常に低温に保たれた冷却水４が冷却媒体として循環される。冷却水４は、例えば超純水であり、２５℃における比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上、望ましくは１８ＭΩ・ｃｍ以上である。また、有機物量が１００ｐｐｂ以下、望ましくは５０ｐｐｂ以下である。なお、比抵抗は比抵抗法、有機物量は紫外線酸化分解導電率分解方式などの方法で測定可能である。
【００１５】
保護管２を構成する内管２１の内側の空間には、長尺な紫外線ランプ５が保護管２の管軸に沿って配置されている。紫外線ランプ５は、図４に示すような、３１３ｎｍおよび３６５ｎｍに強い発光を示す中圧ロングアークランプであり、主要部として例えば長さが４８０ｍｍのガラス管５１を備えている。
【００１６】
ガラス管５１は、石英ガラス等の紫外線透過性に優れた材料からなるもので、管状部５１１とシール部５１２により構成されている。管状部５１１は、例えば外径が２２ｍｍの中空の管であり、その内部には水銀や希ガスなどの放電媒体が封入されている。シール部５１２は、例えばシュリンクシールにより管状部５１１の両端に形成されている。シール部５１２の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔５２が封着されている。金属箔５２の一端には、例えばタングステンを主体とする電極５３が接続されている。電極５３の他端である先端側は、電極間距離Ｌが１５０ｍｍ以上となるように、管状部５１１の内部空間に配置されている。金属箔５２の他端には、リード線５４の一端が接続され、リード線５４の他端はシール部５１２から外部に管軸に沿って導出されている。
【００１７】
このように構成されたランプは、電極５３間におけるガラス管５１の内容積をＶ（ｍｍ３）、ランプ電力をＷ（Ｗ）としたとき、その関係Ｗ／Ｖが０．０１０Ｗ／ｍｍ３以上を満足する。このような関係を満足するランプは、紫外線の出力が非常に大きいため、一本のランプでも被処理水を十分に殺菌することが可能である。従来使用されていたＷ／Ｖ＝０．０００３Ｗ／ｍｍ３程度の低圧紫外線ランプでは、同様の殺菌を行うのに１０本以上の配置を必要としていたことを考慮すると、出力が大きく異なることがわかる。ただし、Ｗ／Ｖが大きすぎると点灯中に温度が高くなりすぎて長寿命化を実現するのが困難になるため、Ｗ／Ｖは０．１４Ｗ／ｍｍ３以下であるのが望ましい。
【００１８】
紫外線ランプ５のシール部５１２には、例えばセラミックからなるベース６が接続されている。このベース６は、外径が内管２１の内径とは同程度で、管状部５１１の外径よりは大きい。そのため、このベース６により、内管２１と管状部５１１との距離を所定、例えばＤ＝３ｍｍ程度維持した状態で、紫外線ランプ５内に保護管２を配置することが可能となる。
【００１９】
ここで、内管２１の肉厚Ｔ１＝１ｍｍ、外管２２の肉厚Ｔ２＝２ｍｍ、冷却水４として０℃の超純水を循環させる保護管２の内部に、内径Ｒ＝２０ｍｍ、電極間距離Ｌ＝３００ｍｍ、つまり電極５３間における内容積Ｖ＝９４２００ｍｍ３とした紫外線ランプ５を配置し、ランプ電力Ｗ＝３０００Ｗ、電圧＝４５０Ｖ、ランプ電流＝６．７Ａで点灯した。その結果、紫外線ランプ５は、Ｗ／Ｖが０．０３２Ｗ／ｍｍ３を満たすような、点灯中に温度が高くなるランプであっても、３０００時間以上の寿命を実現できるとともに、ランプを一本しか使用しなくても十分に被処理水の殺菌を行うことができることが確認された。また、被処理水として、４０℃程度の温水を供給しても、紫外線ランプ５の寿命が極端に短くなることはないことが確認された。また、冷却水４として超純水を循環させた場合、水道水を循環させる場合と比較して、被処理水の殺菌効果が高くなることが確認された。
【００２０】
このように、外管２２の肉厚Ｔ２（ｍｍ）＞内管２１の肉厚Ｔ１（ｍｍ）とすることで、保護管２の耐圧性、冷却水４の保冷効果および紫外線ランプ５に対する冷却効果を高めることができる。つまり、外管２２を比較的肉厚とすることで、被処理水によりガラスに加わる圧力、例えば１．０ＭＰａ以上の水圧に耐え、かつ被処理水が温水である場合などに冷却水４に与える温度上昇の影響を小さくできるため、冷却水４を低温に保つことができる。また、内管２１を比較的肉薄とすることで紫外線ランプ５を冷却水４によって効率よく冷却することができるようになる。また、有機物量が１００ｐｐｂ以下、２５℃における比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上を満たすような超純水は、紫外線の透過率が優れるため、冷却水４を循環させても殺菌効果の低下を抑制することができる。
【００２１】
したがって、外管２２の肉厚Ｔ２（ｍｍ）＞内管２１の肉厚Ｔ１（ｍｍ）とすることで、被処理水の処理効果を高め、かつ長寿命化することができる。この効果は、内管２１の肉厚Ｔ１は０．５ｍｍ〜２ｍｍ、外管２２の肉厚Ｔ２は１ｍｍ〜７ｍｍをさらに満たすようにすれば、特に得られやすいことが確認されている。なお、このような保護管２は、ガラス管内に、それよりも管径が小さく、かつ肉厚の薄いガラス管を同心状に配置したのち、両端の開口を他のガラス等で封じることにより作成可能である。
【００２２】
第１の実施形態においては、保護管２を内管２１と外管２２とで構成し、内管２１と外管２２の間に保護管２の管軸方向に沿うように冷却媒体４を循環させるとともに、内管２１の肉厚をＴ１（ｍｍ）、外管２２の肉厚をＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ２＞Ｔ１を満たすようにしたことで、殺菌効果は高くなるが、点灯中に高温になる傾向のあるランプを用いても、高い処理効果を得るながら、紫外線ランプを長寿命化することができる。その際、紫外線ランプは、電極５３間におけるガラス管５１の内容積をＶ（ｍｍ３）、電極５３に供給されるランプ電力をＷ（Ｗ）としたとき、その関係Ｗ／Ｖを０．０１０（Ｗ／ｍｍ３）以上を満足する中圧紫外線ランプとするとともに、冷却媒体を、有機物量が１００ｐｐｂ以下、２５℃における比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上を満足する超純水とすることで、少ないランプ本数でも高い処理効果を得つつ、ランプを長寿命にすることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の紫外線処理装置について説明するための図である。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処理装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００２４】
第２の実施形態では、保護管２内の空間２４に、冷却媒体としてガス、例えば低温の窒素を循環させるようにしている。
【００２５】
また、内管２１と外管２２とを金属部材７で封じる構造としている。また、導入管や導出管もその金属部材と一体的に構成された金属管７１、６２で構成している。この構造であれば、空間２４を形成しやすくなるため、容易に二重管構造の保護管２を得ることができる。
【００２６】
この実施形態においても、第１の実施形態と同様に、高い処理効果を得ることができるとともに、紫外線ランプを長寿命化することができ、さらに冷却媒体として液体を使う場合と比較して、装置を小型かつ安価にすることができる。また、保護管２を容易に構成することができる。なお、冷却媒体としては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンやそれらの混合ガスなどを用いることができるが、最適には大気よりも熱伝導率に優れ、かつ紫外線透過性にも優れたガスを用いることが望ましい。
【００２７】
この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。
【００２８】
例えば、処理水槽１の内部に被処理水の温度を測定する温度センサーを設け、温度センサーの温度測定結果に基づいて冷却媒体の温度を調整するようにしてもよい。つまり、被処理水が温水等、温度の高い液体である場合は冷却媒体の温度を低くするようにチラーを動作させたりしてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１  処理水槽
２  保護管
２１  内管
２２  外管
４  冷却水
５  紫外線ランプ
【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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