(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき流体が内部を流通するパイプの中心部に棒状の紫外線ランプを同軸的に配置すると共に、該紫外線ランプと前記パイプとの間の間隙に流体を攪拌するための乱流を発生させる複数の抵抗体を配設し、
複数の前記抵抗体は、共に外周側から中心部に向けて細くなった略扇形をなす板状に形成されたものであり、外周側に対して中心部側が下流側になるように傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ前記パイプの周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたことを特徴とする紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体に対して殺菌や酸化分解等の紫外線照射処理を行う紫外線照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
処理すべき流体を容器内に導入し、ここに設けられた紫外線ランプからの紫外線を流体に照射して殺菌や酸化分解等の紫外線照射処理を行う紫外線照射装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の紫外線照射装置において、短波長（例えば１８４．９ｎｍ）の紫外線を用いる場合、紫外線の減衰が大きいために、紫外線照射効果が得られるのが紫外線ランプから５〜６ｍｍ程度の領域に制限され、効率の良い処理を行うには困難な面がある。これは、流体が一様に紫外線ランプの近傍を通過するようにすれば良く、紫外線照射装置に攪拌機能を付加することで解決可能であるが、従来の紫外線照射装置に攪拌機器を装着したのでは装置の構造が徒に複雑化し、大型化並びにコストの上昇が避けられず、その上十分に満足し得る効果を得ることが期待し難しい。
【０００４】
本発明は、このような発明者の知見に基づき案出されたものであり、その主な目的は、短波長の紫外線でも簡単な構成で効率の良い処理が可能なように紫外線照射装置を構成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、処理すべき流体が内部を流通するパイプの中心部に棒状の紫外線ランプを同軸的に配置すると共に、該紫外線ランプと前記パイプとの間の間隙に流体を攪拌するための乱流を発生させる複数の抵抗体を配設し、複数の前記抵抗体は、共に外周側から中心部に向けて細くなった略扇形をなす板状に形成されたものであり、外周側に対して中心部側が下流側になるように傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ前記パイプの周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたものとした。
【０００６】
これによると、紫外線ランプとパイプとの間の間隙を流通する流体に対して紫外線ランプから紫外線が照射されるが、このとき同時に複数の抵抗体によって生じる乱流により流体が攪拌される。したがって、流通流体が一様に紫外線ランプの近傍を通過するようになり、減衰の大きな短波長の紫外線を流体に均一に照射することが可能となる。また、複数の流体を同時に流通させれば混合処理と紫外線照射処理とを同時並行的に実施することができる。そして、抵抗体による乱流により攪拌作用を得るため、煩雑な可動機構が不要であり、小型化を図ると共に運転コストの上昇を抑えることができ、さらにメンテナンス性に優れたものとすることができる。さらに導入流体がショートパスすることなく抵抗体のいずれかに衝突して分散され、パイプ内に強力な乱流が発生して流体が激しく攪拌されるため、効果的な攪拌混合が可能となる。そして、比較的単純な形状であるため製作が容易であり、パイプの内周面から突出した態様でパイプと一体形成することも可能であり、製造コストの上昇を抑えることができる。しかも、目詰まりし難いため、繊維質や固形物等が混入した液体の殺菌等の処理も可能になる。
【０００７】
特に、抵抗体の表面に光触媒材料をコーティングしたり、あるいは抵抗体全体を光触媒材料で形成したりして、流体に接触する抵抗体の少なくとも表面部分を二酸化チタン等の光触媒材料で形成すると好ましく、これによると、光触媒の表面で紫外線による光化学反応が活性化され、紫外線処理の効率を格段に高めることができる。なお、パイプ自体あるいはその内周面部分を光触媒材料で形成するようにしても良いが、流体と光触媒との接触効率を高める上では抵抗体の方が効果的である。
【０００８】
また本発明においては、処理すべき流体が内部を流通するパイプの中心部に棒状の紫外線ランプを同軸的に配置すると共に、該紫外線ランプと前記パイプとの間の間隙に流体を攪拌するための乱流を発生させる複数の抵抗体を配設し、前記パイプを紫外線透過材料で形成して、該パイプの外側に配置された紫外線ランプからの紫外線を前記パイプ内の流体に照射するようにし、前記パイプ内を流通する流体に対して前記パイプの中心部に配置された前記紫外線ランプから短波長の紫外線を照射する一方で、前記パイプの外側に配置された前記紫外線ランプから長波長の紫外線を照射するようにしたものとした。
【０００９】
これによると、パイプ内を流通する流体に対して波長の異なる紫外線を同時に照射することができ、装置を大型化することなく幅広い紫外線処理が可能になる。
【００１０】
前記パイプを形成する紫外線透過材料としては石英ガラスが良く、これによると、比較的短い波長の紫外線も透過可能であり、しかも熱衝撃に強く、化学的耐久性にも優れている。この他、無ケイ酸ガラス等の紫外線透過ガラスも可能であり、処理目的に応じて照射する紫外線を透過可能な材料のものを適宜選択すれば良い。また、外側に配置される紫外線ランプの形態は、パイプ内の流体に向けて紫外線を照射可能なものであれば特に限定されないが、例えば、パイプの軸線に平行に配置された棒状のものを周方向に等間隔をおいて複数設けると、パイプ内の流体に対して概ね均等な照射が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に基づき構成された紫外線照射装置を示している。この紫外線照射装置は、略扇形状をなす複数の抵抗体１ａ〜１ｈが内周面に設けられた円形断面をなすパイプ２と、このパイプ２の一端に接合されたＴ字管３と、このＴ字管３の一端に接合された安定器等が内蔵された制御ユニット４と、この制御ユニット４から延出されて、保護ガラス管５に覆われた状態でＴ字管３を通ってパイプ２の中心部に挿設された紫外線放電管６と、パイプ２の周囲に配置された紫外線放電管７とを有しており、処理すべき流体がＴ字管３の入口８から導入されてパイプ２の他端側の出口９から回収されるようになっている。なお、図１はパイプ２を一部省略して示しており、抵抗体１ａ〜１ｈと同様の抵抗体が全長に渡って設けられている。
【００１３】
抵抗体１ａ〜１ｈとパイプ２とは、石英ガラス材料にて一体に形成されており、パイプ２の外側の紫外線放電管７からの紫外線を透過可能なようになっている。この外側の紫外線放電管７は、パイプ２内の流体に略均等に紫外線を照射可能なように、パイプ２の軸線に平行に配置され、その周方向に等間隔をおいて複数設けられている。抵抗体１ａ〜１ｈの表面には二酸化チタン等の光触媒材料によるコーティングが施されている。
【００１４】
パイプ２の内部に配置される紫外線放電管６は、短波長の紫外線を放射するものであり、例えば波長１８４．９ｎｍの紫外線を放射する水銀ランプが用いられる。他方、外部に配置される紫外線放電管７は、長波長の紫外線を放射するものであり、例えば波長２５３．７ｎｍ以上の紫外線を放射する水銀ランプが用いられる。これにより、保護ガラス管５とパイプ２との間の間隙を流通する流体に対して波長の異なる２種類の紫外線が照射される。なお、両紫外線放電管６・７には、この他、処理の目的に応じて水素や希ガス入り放電管等の各種の紫外線ランプを適宜選択すれば良い。
【００１５】
保護ガラス管５は、内部の紫外線放電管６の発する紫外線を透過可能な所要の紫外線透過性を有するガラス材料で形成されている。Ｔ字管３には、流通流体に対して化学的に安定な物性を有する材料、例えばステンレス鋼で形成されたものが用いられる。
【００１６】
抵抗体１ａ〜１ｈは、外周側から中心部に向けて細くなった略扇形をなす板状のものであり、下流側に向けて所定の角度で傾斜した状態でパイプ２の内周面から突設され、その先端縁は保護ガラス管５の外周面に沿って弧状に形成されている。この抵抗体１ａ〜１ｈのパイプ２の軸線に対する傾斜角度は、用途に応じて適宜設定すれば良いが、４５°前後が適当である。
【００１７】
これらの抵抗体１ａ〜１ｈは、上流側から第１・第２の抵抗体１ａ・１ｂ、第３・第４の抵抗体１ｃ・１ｄといったように、隣り合う２つの抵抗体が順次、ハ字形状に対をなして互いに対向する角度位置に配置されている。例えば、図２に示すように、第１・第２の両抵抗体１ａ・１ｂは上下に対向した位置に配置されている。また、これらの第１・第２の両抵抗体１ａ・１ｂは相互に異なる大きさに形成されている。すなわち、下流側の第２の抵抗体１ｂが上流側の第１の抵抗体１ａより大きく形成されている。
【００１８】
これと同様に第３・第４の両抵抗体１ｃ・１ｄも、図３に示すように、相互に異なる大きさに形成され、互いに対向する角度位置に配置されているが、これらの抵抗体１ｃ・１ｄは、第１・第２の抵抗体１ａ・１ｂに対して周方向に４５度ずれた位置に配置されている。以下同様にして、互いに対向して対をなす第５・第６の両抵抗体１ｅ・１ｆ、第７・第８の両抵抗体１ｇ・１ｈが、周方向に４５度ずつずらして配置されている。したがって、抵抗体１ａ〜１ｈのうちの互いに対をなすものはその直前の対をなすものに対して前後に重なり合っている。なお、エレメント１の全長に渡って設けられた図１に示さない抵抗体も上記と同様の配列規則に従って所定位置に配置される。
【００１９】
このため、パイプ２内に流体を導入すると、上流側の第１の抵抗体１ａに相対する流れはこの抵抗体１ａに衝突して左右に分散され、第１の抵抗体１ａに相対しない流れもショートパスすることなく次の第２の抵抗体１ｂか若しくは下流側の抵抗体１ｃ〜１ｈのいずれかに衝突して周囲に分散されることになる。こうして抵抗体１ａ〜１ｈによる導入流体の衝突と分散とが順次繰り返されると、パイプ２内には強力な乱流が発生して流体が激しく攪拌される。
【００２０】
なお、上記実施形態においては、抵抗体１ａ〜１ｈとパイプ２とを石英ガラスで形成してパイプ２の外部からの紫外線を透過可能に構成したが、この外部からの紫外線照射を省略する場合には、パイプ２並びに抵抗体１ａ〜１ｈをステンレス鋼等、導入流体に対して化学的に安定な適宜な材料を用いて形成すれば良い。
【００２１】
図４は、上記実施形態の一部を変更した第１の変形例を示している。ここでは、紫外線放電管６の保護ガラス管５とパイプ１１との間の間隙に複数の抵抗体を配設するために、パイプ１１と別体の抵抗体エレメント１２をパイプ１１内に挿設する構成としている。
【００２２】
抵抗体エレメント１２は、パイプ１１に挿設可能な外径を有する円筒体１３の内周面に、前記のごとくハ字形状に対をなす抵抗体１４ａ・１４ｂを１組だけ、一体に形成したものであり、この抵抗体エレメント１２を所要の数、周方向に順次所定角度ずつずらして挿設することで、上記実施形態と同様の配列規則に従って多数の抵抗体をパイプ１１内に配置することができ、製作が容易になる。この場合、円筒体１３の両端部に、隣接する円筒体１３同士が周方向に所定角度だけずれて係合するように所要の凹凸を形成しておけばパイプ１１に対する抵抗体エレメント１２の装着作業が容易になると共に、抵抗体エレメント１２がずれるのを防止することができる。抵抗体エレメント１２は、流通流体に対して化学的に安定な適宜な材料を用いて形成すれば良いが、二酸化チタン等の光触媒材料を所要の面にコーティングしたり、あるいは全体を光触媒材料で形成すると良い。なお、抵抗体エレメント１２やパイプ１１を石英ガラス等の紫外線透過材料で形成することも可能である。
【００２３】
図５は、上記実施形態の一部を変更した第２の変形例を示している。ここでは、上記図４に示した例と同様にパイプ２１内に抵抗体エレメント２２を挿設する構成としているが、この抵抗体エレメント２２では、パイプ２１の内周面に沿うように周方向に複数列んで配置された軸線方向の支柱２３を介して、ハ字形状に対をなす抵抗体２４ａ・２４ｂが相互に連結一体化されている。支柱２３の両端は円環状をなす一対の端板２５で相互に連結されている。各抵抗体２４ａ・２４ｂは、その基部に３つ貫設した取付孔に支柱２３が挿通され、隣り合う３本の支柱２３間に架設された状態で固定されている。
【００２４】
図５では支柱２３を一部省略して示しているが、この支柱２３の長さ、すなわち抵抗体エレメント２２の全長は、製造の手間や取り扱いの便宜並びにパイプ２１の全長等を勘案して適宜な寸法に設定され、その全長に渡って抵抗体２４ａ・２４ｂと同様の抵抗体が上記実施形態と同様の配列規則に従って設けられる。この場合、周方向に等間隔をおいて合計８本設けた支柱２３に対して１本ずつずらして抵抗体を取り付ければ、抵抗体が周方向に４５度ずつずれた配置構成とすることができる。なお、抵抗体の配置角度は、支柱２３の配設本数を適宜増減して調節することができる。
【００２５】
このように構成すると、パイプ２１を石英ガラス等の紫外線透過材料で形成するだけで、抵抗体エレメント２２の材質の如何に拘わらず、パイプ２１の外側に配置された紫外線放電管からの紫外線をパイプ２１内の流体に照射することが可能となる。この場合、抵抗体エレメント２２は流通流体に対して化学的に安定な適宜な材料を用いて形成すれば良いが、特に抵抗体２４ａ・２４ｂに二酸化チタン等の光触媒材料をコーティングするか若しくはその全体を光触媒材料で形成するようにすると良い。
【００２６】
また、抵抗体エレメント２２は、これを構成する支柱２３、抵抗体２４ａ・２４ｂ並びに端板２５を互いに別体に形成した上で溶接等にて接合することで簡単に製作することができ、さらに抵抗体２４ａ・２４ｂそのものも、鋳造、あるいは所定形状に型抜きされた板材の折り曲げ加工等によって比較的容易に形成することができる。さらに、抵抗体２４ａ・２４ｂの各々を隣り合う複数の支柱２３間に架設することで端板２５と相俟って支柱２３同士が強固に連結一体化され、抵抗体エレメント２２全体の剛性が高められるため、支柱２３を比較的小径に形成しても抵抗体２４ａ・２４ｂを安定に保持することが可能であり、流路断面の減少を抑えると共に、外部から紫外線を照射する際にさほど支障とならないで済む。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、減衰の大きな短波長の紫外線でも抵抗体による攪拌作用により流通流体に対して効率の良い照射処理が可能となり、食品製造用上水等の殺菌・減菌処理はもとより、有機物、有機塩素化合物、シアン、並びにアンモニア化合物の酸化分解処理や、近年特に問題化しているダイオキシン等の難分解性物質等の分解処理といったように幅広い分野において活用することが可能となる。しかも、抵抗体による乱流により攪拌作用を得るため、小型化を図ると共に運転コストの上昇を抑える上で顕著な効果が得られ、優れた処理能力を有する省エネルギー酸化反応器として利用することができる。さらに、攪拌による混合機能により複数の流体の混合処理と紫外線照射処理とを同時並行的に行うことができ、設置スペースの削減並びにコストの低減を図る上で大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づき構成された紫外線照射装置を示す斜視図。
【図２】図１に示したパイプを上流側から見た正面図。
【図３】図１に示したパイプを軸線に直交する平面で切断して示す断面図。
【図４】図１に示した紫外線照射装置を一部変更した例を示す斜視図。
【図５】同じく図１に示した紫外線照射装置を一部変更した例を示す斜視図。
【符号の説明】
１ａ〜１ｈ  抵抗体
２  パイプ
３  Ｔ字管
４  制御ユニット
５  保護ガラス管
６・７  紫外線放電管
８  入口
９  出口
１１  パイプ
１２  抵抗体エレメント
１３  円筒体
１４ａ・１４ｂ  抵抗体
２１  パイプ
２２  抵抗体エレメント
２３  支柱
２４ａ・２４ｂ  抵抗体
２５  端板
【図１】
0003902304.tif 000002
【図２】
0003902304.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003902304.tif 000005
【図５】
0003902304.tif 000006