JP2005052760A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルターや紫外線センサの劣化が生じにくい紫外線照射装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 被処理水の流入口１ａおよび流出口１ｂを備える通水管１と、通水管１内に配設された紫外線ランプ２と、紫外線ランプ２の照射量を測定する紫外線センサ３と、紫外線ランプ２と紫外線センサ３との間に設けられた遮蔽器４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理水を殺菌・消毒する紫外線照射装置に関するものである。

従来、被処理水の殺菌や消毒に必要な紫外線量が透過しているか否かを確認するため、通常、紫外線センサを設けて紫外線照射量を連続的にモニタリングする。
ここで、紫外線センサとして、一般的なホトダイオードを用いる場合には、紫外線照射量を連続して測定するため、フィルターが紫外線により劣化し、頻繁にフィルターの交換や校正が必要であるという問題があった。また、紫外線センサとして、フィルターを設けずに紫外線発光素子（ＳｉＣ）で読み取り電気的信号に変換するＳｉＣホトダイオードを用いる場合には、素子の形成に高度な技術が必要であり、高価であるという問題があった。また、紫外線照射量を連続して測定するため、ＳｉＣホトダイオードを用いる場合にもホトダイオードが劣化し、３年に１回程度の交換や校正が必要であるという問題があった。また、石英ガラスと紫外線センサからなる埋め込み式の測定装置を本体に設けることも考えられるが、この場合には、石英ガラスの汚損の洗浄が必要で、そのために被処理水の処理を停止して本体から被処理水を抜かなければならないという問題があった。

紫外線センサは、紫外線の長時間の照射で劣化するため、紫外線照射量の測定時等の必要な場合にだけ紫外線を照射することが好ましい。このためには遮蔽器の取り付けが有効であるが、従来、装置内に被処理水を通過させ殺菌処理する密閉型の紫外線照射装置においては、簡易な遮蔽器では被処理水の漏出を防止することが困難であるという問題があった。逆に、被処理水の漏出防止を考慮した遮蔽器を設置した場合には、その構造が大型化し、紫外線ランプから紫外線センサまでの距離が長くなり、紫外線センサにおける紫外線照射レベルが検知外レベルにまで低下するという問題があった。

従来、紫外線センサを被処理水との液接部に設置し、その部分に紫外線を透過させるための石英窓を設けるが、石英窓には夾雑物を含む被処理水が常に接触し、汚れが付着する。このため、紫外線の拡散などにより、測定される紫外線照射量の減少が生じ、紫外線照射量の測定誤差が大きくなるという問題があった。

なお、上記先行技術は当業者一般に知られた技術であって、文献公知発明に係るものではない。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、フィルターや紫外線センサの劣化が生じにくく、紫外線照射量の安定した測定が可能な紫外線照射装置を得ることを目的とする。

本発明に係る紫外線照射装置は、被処理水の流入口および流出口を備える通水管と、その通水管内に配設された紫外線ランプと、その紫外線ランプの照射量を測定する紫外線センサと、紫外線ランプと紫外線センサとの間に設けられた遮蔽器とを備えたものである。

本発明に係る紫外線照射装置は、さらに、遮蔽器に駆動機を設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る紫外線照射装置は、さらに、紫外線ランプと紫外線センサとの間に集光器を設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る紫外線照射装置は、さらに、紫外線ランプと紫外線センサとの間を中継する光ファイバーを設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る紫外線照射装置は、被処理水の流入口および流出口を備える通水管と、その通水管内に配設された紫外線ランプと、その紫外線ランプの照射量を測定する紫外線センサと、紫外線センサに設けられた駆動機とを備えたものである。

本発明に係る紫外線照射装置は、被処理水の流入口および流出口を備える通水管と、その通水管内に配設された紫外線ランプと、その紫外線ランプの照射量を測定する光センサと、紫外線ランプと光センサとの間に設けられた、蛍光材を被覆した石英ガラスとを備えたものである。

本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
・センサと取り付けノズルの間に遮蔽器として、２方弁、３方弁、４方弁、あるいは、シャッターを設けるなどして、断続的に測定することで、使用したいときにバルブを開くので、フィルターの劣化が防止できる。取り付けノズル滞留水部の洗浄、センサ受光面の洗浄が可能となる。中圧ランプの強い光を遮ることができるので、ダイオードの劣化を防止できる。
・センサを駆動機で移動させ、石英さや管内部に遮蔽器としての紫外線カットフィルムを取り付けた待機位置まで移動させ、ダイオード、フィルターの劣化を防止する。
・センサ手前にシャッターを設け断続的に測定するので、中圧式ランプの強い光も遮るので、ダイオード、フィルターの劣化を防止できる。安定して紫外線照射量を確認できる。
・石英さや管に納めたセンサをランプと水平に設置し、ランプワイパーと連動して動くセンサ用ワイパーで石英さや管の汚れを除去することで、測定紫外線量の減少や拡散の発生がなくなり、測定誤差を小さくできる。さらに、センサを駆動機で移動させ、石英さや管内部に遮蔽器として紫外線カットフィルムを取り付けた待機位置まで移動させ、ダイオード、フィルターの劣化を防止する。
・集光レンズを備えることで、センサにおける照射レベルを上げることにより、安価な市販のバルブ（全流路開放型）等を遮蔽器にすることが可能であり、装置内の流体を漏出することなく、センサの保護が可能となる。
・光ファイバーを設けることで、紫外線ランプからセンサまでの距離が長くなっても、紫外線照射レベルが検知外レベルまで低下することがなくなった。
・石英さや管に納めたセンサをランプと水平に設置し、さらに、センサを駆動機で回転させ、測定時にのみ紫外線照射側を向くようにする。その結果、フィルターの劣化が防止でき、頻繁にフィルターの交換、校正をする必要がなくなった。
・石英ガラスで短い円柱形や直方体の光変換器を紫外線ランプと光センサの間に設けることで、紫外線を可視光に変換することで、光センサは可視光しか受光しないので、センサの長寿命化がはかることができる。

・管理者にいち早く短絡流の影響を知らせるシステムを設けることで、ランプ切れによる、光が届かない領域を通過する対象水による、未消毒水が放流され、検出菌数の増加を招く、つまり処理性能が著しく低下することがなくなり、安定した消毒性能が得られる。
・紫外線量を増大させるアマルガムを封入させたランプは、従来の低圧ランプ管内の水銀にイリジウム等を結合させ、従来の２〜３倍の紫外線を放出できるように改良した水銀ランプである。この技術によりアーク長１．５ｍを変えずに、従来低圧ランプの紫外線量（紫外線Ｃ）０．２Ｗ／ｃｍに対し、アマルガムランプでは、紫外線量（紫外線Ｃ)を０．５Ｗ／ｃｍに出力アップするので、ランプ数を１／３に減少できる。
・ランプに対し垂直方向に流入することを改め、通過抵抗を少なくした通水管構造としたので、流入ノズルの通過抵抗を従来システムより３０％（当社比）軽減でき、さらに、設計の自由度が増す。
・石英さや管の開口に鍔状の丸みをつけ、通水管接触部と石英さや管、Ｏ−リングの密着性を良くし、封水性の向上を図った構造としたことで、消毒性能の安定、浸水による漏電、破壊の危険率低下、装置の信頼性向上が生じた。
・ランプのガラス管に高純度の石英ガラスを使用したことで、酸素分子からオゾンを生成するオゾン発生型ランプとしたので、消毒ばかりでなく、オゾンによる有機物分解効果によるＴＯＣの低減と消毒が可能となった。
・上記の効果に加え、経済性や維持管理が容易になる効果が得られる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による紫外線照射装置を示す概略図である。
この実施の形態１による紫外線照射装置は、被処理水の流入口１ａおよび流出口１ｂを備える通水管１と、通水管１内に配設された紫外線ランプ２と、紫外線ランプ２の照射量を測定する紫外線センサ３と、紫外線ランプ２と紫外線センサ３との間に設けられた遮蔽器４とを備える。
この実施の形態１では、紫外線ランプ２と紫外線センサ３との間に遮蔽器４としてバルブを設ける。
例えば、図２（ａ）に示すように、紫外線センサ３と取り付けノズルとの間に２方弁６を設ける。図２（ｂ）に示すように、紫外線センサ３と取り付けノズルとの間に３方弁７を設ける。図２（ｃ）に示すように、紫外線センサ３と取り付けノズルとの間に４方弁８を設け、上水や薬品を注入できるようにする。
その結果、紫外線照射量の測定時等の必要な場合にだけバルブを開くので、フィルターの劣化を防止することができる。取り付けノズルの滞留水部の洗浄やセンサの受光面の洗浄を行うことができる。中圧式の紫外線ランプの強い光を遮るので、紫外線センサ、フィルターの劣化を防止することができる。紫外線照射量を安定して確認することができる。メンテナンスが容易になり、人・モノ・金を低減することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、紫外線ランプ２と紫外線センサ３との間に遮蔽器４としてシャッターを設ける。
例えば、図３に示すように、紫外線センサ３の手前にシャッター９を設け、ソレノイドなどの電磁力を発生する電磁力発生設備１０でシャッター９を動かす。図４に示すように、紫外線センサ３の手前にシャッター１１を設け、エアの吐出力でシャッター１１を動かす。図５に示すように、紫外線センサ３の手前にシャッター１２を設け、タイマー制御してモータ（駆動機）１３でシャッター１２を上下に動かす。図６に示すように、紫外線センサ３の手前にシャッター１４を設け、タイマー制御してモータ（駆動機）１５でシャッター１４を回転させる。しかし、シャッターを動かすことが可能ならば上記に限定されるものではない。
その結果、紫外線照射量を断続的に測定するので、フィルターの劣化を防止することができる。また、中圧式の紫外線ランプの強い光も遮ることで、紫外線センサ、フィルターの劣化を防止することができる。紫外線照射量を安定して確認することができる。メンテナンスが容易になり、人・モノ・金を低減することができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、図７に示すように、紫外線ランプ２と紫外線センサ３との間に集光レンズ（集光器）２１を設ける。
その結果、紫外線センサ３における紫外線照射レベルを上げることができる。このため、遮蔽器として安価な市販のバルブ（全流路開放型）２２等を用いて、装置内の被処理水の漏出を防止するとともに、紫外線センサ３を保護することができる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、図８に示すように、紫外線ランプ２と紫外線センサ３との間を中継する光ファイバー３１を設ける。
その結果、紫外線ランプ２から紫外線センサ３までの距離が長くなっても、紫外線センサ３における紫外線照射レベルが検知レベル外にまで低下することはない。
また、光ファイバ３１を、装置内の被処理水が漏出しないように、通水管を貫通するように設置する。
その結果、簡易なシャッター３２などで紫外線センサ３を保護することができる。
なお、光ファイバーは通水管から紫外線センサまで設けてもよい。あるいは、シャッター３２から紫外線ランプ２までの一部に設けてもよい。

実施の形態５．
この実施の形態５による紫外線照射装置では、図９に示すように、石英さや管４１に収納された紫外線センサ３を石英さや管４２に収納された紫外線ランプ２ａと水平に設置する。そして、紫外線センサ３をモータ（駆動機）４３で回転させ、紫外線照射量の測定時に紫外線センサ３の受光面を紫外線ランプ２ａ側に向け、測定時以外は紫外線センサ３の受光面を紫外線ランプ２ａ側と反対側に向ける。あるいは、紫外線センサ３をモータ（駆動機）４３で上下させ、紫外線照射量の測定時に紫外線センサ３を紫外線照射量の測定位置に配置し、測定時以外は紫外線センサ３を石英さや管４１の内部に遮蔽器として設けられた紫外線カットフィルムの取り付け位置に移動させる。
その結果、紫外線センサ、フィルターの劣化を防止することができる。紫外線照射量を安定して確認することができる。メンテナンスが容易になり、人・モノ・金を低減することができる。
また、この実施の形態５の紫外線照射装置では、石英さや管４１を取り囲むリング状の紫外線センサ用ワイパー４４を石英さや管４２を取り囲むリング状の紫外線ランプ用ワイパー４５とともにモータ（駆動機）４６で上下させ、紫外線センサ３を収納する石英さや管４１の汚れを除去する。さらに、ワイパーカラーにスケール除去剤を注入するようにできる。
なお、紫外線ランプ２ａ、紫外線センサ３、モータ４３，４６は、制御設備４７により制御される。紫外線センサ３としては、紫外線を可視光に変換して測定をする波長変換素子形センサが推奨される。

実施の形態６．
この実施の形態６による紫外線照射装置では、図１０に示すように、紫外線ランプ２と光センサ５１との間に、内部に低圧の水銀５３が封入され、紫外線ランプ側以外の内面に蛍光材５２ｂが塗布された円柱形や直方体の石英ガラス容器５２ａを設けている。これにより、紫外線ランプ２からの紫外線は蛍光材塗布面で可視光に変換される。このため、光センサ５１として、可視光用のものを用いる。
その結果、光センサは可視光しか受光しないので、光センサの長寿命化を図ることができる。
なお、特定の波長の紫外線のみを測定したい場合は、紫外線ランプと蛍光材が塗布された石英ガラス容器との間に紫外線フィルターを挿入する。

本発明の紫外線照射装置には、上述した各実施の形態で説明した特徴の他に、次のような優れた特徴がある。

（１）従来、紫外線ランプは、対象水量が多くなると、複数本の紫外線ランプを照射装置に納める構成にするのが一般的である。紫外線は、距離と水の透過によって減少する。ランプ切れが発生すると、光が届かない領域が発生し、その領域を通過する対象水を短絡流と呼んでいる。この短絡流が発生した装置は、未消毒水が放流され、検出菌数の増加を招く、つまり処理性能が著しく低下する。しかし、短絡流を検知する方法としては、各ランプの状況を管理者が判断することが必要であった。
そこで、本発明の装置は、図１１に示すように、装置内の各ランプの番地を把握し、隣り合うランプ（例えば、Ｍ_２−２とＭ_２−３、Ｍ_２−２とＭ_３−２）が切れたことを検知して重故障を出力する。管理者にいち早く短絡流の影響を知らせるシステムである。その結果、安定した消毒性能が得られる。

（２）従来の低圧ランプは、ランプ管内にアルゴンやネオンなどの不活性な希ガスとともに水銀を封入した水銀ランプが一般的である。紫外線量を増加させるには、管内の水銀蒸気の封入圧を高くするか、ランプアーク長さを長くすることが考えられる。前者はいわゆる中圧ランプ、高圧ランプと呼び、ランプ管内の水銀蒸気の封入圧を１００Ｐａ以上に高めたものである。後者は一般的なアーク長１．５ｍの低圧ランプを示し、アーク本数（ランプ数）を増やして紫外線量を増大させる。
そこで、紫外線量を増大させるアマルガムを封入させたランプは、従来の低圧ランプ管内の水銀にイリジウム等を結合させ、従来の２〜３倍の紫外線を放出できるように改良した水銀ランプである。この技術によりアーク長１．５ｍを変えずに、従来低圧ランプの紫外線量（紫外線Ｃ・２５４ｎｍ近傍）０．２Ｗ／ｃｍに対し、アマルガムランプでは、紫外線量（紫外線Ｃ）を０．５Ｗ／ｃｍに出力アップするので、ランプ数１／３に減少できる。

（３）従来技術では、通水管は、対象水の流入させる流入ノズル、出口ノズルを備えた図１２（ａ）のような構造が一般的であった。通水管内部にランプ、石英さや管、フレーム等があり、通水量に比例して通過抵抗が発生する。
本発明では、図１２（ｂ）に示すように、通過抵抗を少なくした通水管構造としたので、ランプに対し垂直方向に流入することを改め、ランプに水平流入させることで、流入ノズルの通過抵抗を従来システムより３０％（当社比）軽減した。
その結果、設計の自由度が増す。

（４）従来技術では、図１３（ａ）に示すように、紫外線ランプ６１は、被処理水に紫外線を対象微生物に照射するため、石英さや管６２に納め流路に浸した状態で放電させる方法が一般的である。さや管６２は、被処理水の外部への漏水を防ぐため、Ｏ−リング６３とナット６４で封水する構造となっている。封水が十分でないと、さや管６２内部への浸水、ランプの熱による水分の蒸発、さや管内部のくもりが発生し、紫外線光を妨げる。
そこで、本発明の装置は、図１３（ｂ）に示すように、浸水を極力減らす方法として、石英さや管６２の封水構造に着目して、石英さや管６２の開口に鍔状の丸み６２ａをつけ、通水管６５接触部と石英さや管６２、Ｏ−リング６３の密着性を良くし、封水性の向上を図った構造とした。
その結果、消毒性能の安定、浸水による漏電、破壊の危険率低下、装置の信頼性向上した。

（５）従来の低圧ランプは、２５４ｎｍの波長の紫外線を効率よく放射するため、１８４ｎｍの波長の紫外線を通さない石英ガラスでできている。
本発明の装置は、消毒はもちろんＴＯＣ低減可能な、２００ｎｍ以下の波長の紫外線を発するように、ランプのガラス管に高純度の石英ガラスを使用している。このため、酸素分子からオゾンを生成するオゾン発生型ランプとしたので、消毒ばかりでなく、オゾンによる有機物分解効果が期待できる。
結果として、消毒と共に、ＴＯＣの低減が可能となった。

なお、本発明の装置は、センサの劣化が少ないので、継続して紫外線の照射量を測定できるので、安定した照射量が得られる。そこで、継続して消毒の必要な、浴槽水、温泉水、プール、親水など不特定多数の人間が使用する水を対象とする。例えば、同じ水を長期間に渡って使用する浴槽水の病原性微生物（例えば、レジオネラ）対策の消毒設備として用いる。また、上下水道、簡易水道、ビル管理（給水タンクの塩素濃度管理）等にも用いる。塩素消毒設備と共に使用するとなお強力な消毒効果が得られる。

実施の形態１による紫外線照射装置を示す概略図である。 バルブの例を示す図である。 シャッターの一例を示す図である。 シャッターの一例を示す図である。 シャッターの一例を示す図である。 シャッターの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 実施の形態３による紫外線照射装置を示す概略図である。 実施の形態４による紫外線照射装置を示す概略図である。 実施の形態５による紫外線照射装置を示す概略図である。 実施の形態６による紫外線照射装置を示す概略図である。 複数ランプを示す概略図である。 通水管を示す概略図である。 紫外線ランプの取り付け構造を示す概略図である。

符号の説明

１ 通水管
１ａ 流入口
１ｂ 流出口
２ 紫外線ランプ（石英さや管を含む）
２ａ 紫外線ランプ
３ 紫外線センサ
４ 遮蔽器
５ 窓
６ ２方弁
７ ３方弁
８ ４方弁
９，１１，１２，１４ シャッター
１０ 電磁力発生設備
１３，１５ モータ
２１ 集光レンズ
２２ バルブ
３１ 光ファイバ
３２ シャッター
４１，４２ 石英さや管
４３，４６ モータ
４４ 紫外線センサ用ワイパー
４５ 紫外線ランプ用ワイパー
４７ 制御設備
５１ 光センサ
５２ａ 石英ガラス容器
５２ｂ 蛍光材
５３ 水銀

Claims (6)

1. 被処理水の流入口および流出口を備える通水管と、その通水管内に配設された紫外線ランプと、その紫外線ランプの照射量を測定する紫外線センサとを備えた紫外線照射装置において、前記紫外線ランプと前記紫外線センサとの間に遮蔽器を設けたことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記遮蔽器に駆動機を設けたことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記紫外線ランプと前記紫外線センサとの間に集光器を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の紫外線照射装置。
4. 前記紫外線ランプと前記紫外線センサとの間を中継する光ファイバーを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の紫外線照射装置。
5. 被処理水の流入口および流出口を備える通水管と、その通水管内に配設された紫外線ランプと、その紫外線ランプの照射量を測定する紫外線センサとを備えた紫外線照射装置において、前記紫外線センサに駆動機を設けたことを特徴とする紫外線照射装置。
6. 被処理水の流入口および流出口を備える通水管と、その通水管内に配設された紫外線ランプと、その紫外線ランプの照射量を測定する光センサとを備えた紫外線照射装置において、前記紫外線ランプと前記光センサとの間に蛍光材を被覆した石英ガラスを設けたことを特徴とする紫外線照射装置。

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