JP2023100316A - 液体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、光源と液体との間の距離を略一定にすることができる液体処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る液体処理装置は、紫外線を照射可能な発光素子を有する光源と；前記光源が設けられ、前記紫外線が照射される液体に浮上可能なフロートと；を具備している。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液体処理装置に関する。

水などの液体に紫外線を照射して、液体に含まれている有機物を除去したり、液体を殺菌したりする液体処理装置がある。この様な液体処理装置においては、省エネルギー化や長寿命化などの観点から、紫外線を照射する発光ダイオードを有する光源が用いられるようになってきている。

例えば、液体が収納される容器と、容器の上端部に固定され、発光ダイオードを有する光源と、を備えた液体処理装置が提案されている。しかしながら、容器の上端部に光源を固定すると、容器の内部にある液体の量に応じて、光源と液体との間の距離が変化する場合がある。例えば、容器の内部にある液体の量が少ない場合には、光源と液体との間の距離が大きくなる。光源と液体との間の距離が大きくなると、殺菌などに必要となる紫外線の光量が不足するおそれがある。また、容器の上端部に光源を固定する手段が必要となり、液体処理装置の大型化や高コスト化を招くことになる。

また、容器の内部に光源を固定した液体処理装置が提案されている。容器の内部に光源を固定すれば、液体の内部に光源を浸漬させることができる。この様にすれば、容器の内部にある液体の量にかかわらず、光源と液体との間の距離を略一定にすることができる。そのため、液体に照射される紫外線の光量を略一定にすることができる。ところが、容器の内部には、液体を撹拌するためのフィンなどが設けられる場合がある。そのため、容器の内部に光源を固定することができない場合が生じ得る。また、メンテナンスなどの際に、光源から照射された紫外線が、作業者に入射するおそれがある。
そこで、簡易な構成で、光源と液体との間の距離を略一定にすることができる液体処理装置の開発が望まれていた。

特開２０１８－６９１６６号公報 特開２０１７－０５１２９０号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で、光源と液体との間の距離を略一定にすることができる液体処理装置を提供することである。

実施形態に係る液体処理装置は、紫外線を照射可能な発光素子を有する光源と；前記光源が設けられ、前記紫外線が照射される液体に浮上可能なフロートと；を具備している。

本発明の実施形態によれば、簡易な構成で、光源と液体との間の距離を略一定にすることができる液体処理装置を提供することができる。

本実施の形態に係る液体処理装置を例示するための模式断面図である。 光源を例示するための模式斜視図である。 図２における光源のＡ－Ａ線方向の模式断面図である。 フロートを例示するための模式斜視図である。 他の実施形態に係る液体処理装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る液体処理装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る液体処理装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る液体処理装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係るフロートを例示するための模式斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本実施の形態に係る液体処理装置１００を例示するための模式断面図である。
図１に示すように、容器２００は、処理の対象となる液体２０１を収納する。容器２００の形状や大きさは、容器２００の設置環境や液体２０１の処理量などに応じて適宜変更することができる。容器２００の材料は、紫外線に対する耐性を有し、且つ、紫外線に対する反射率が高いものとすることが好ましい。容器２００の材料は、例えば、フッ素系樹脂や、ステンレスなどの金属とすることができる。

容器２００には、例えば、供給部２０２、および排出部２０３を接続することができる。供給部２０２は、容器２００の内部に、処理前の液体２０１を供給する。供給部２０２は、例えば、送液ポンプ２０２ａ、および、開閉弁２０２ｂを有する。排出部２０３は、処理済みの液体２０１を、容器２００の内部から排出する。排出部２０３は、例えば、開閉弁２０３ａを有する。なお、排出部２０３は、送液ポンプなどをさらに備えることもできる。なお、液体２０１の処理量などによっては、供給部２０２、および排出部２０３の少なくともいずれかを省くことができる。また、液体２０１を撹拌するフィン２０６などを、容器２００の内部に設けることもできる。

液体処理装置１００は、例えば、光源１、およびフロート１０を有する。液体処理装置１００は、液体２０１に浮上している。光源１の紫外線の出射側は、液体２０１と対峙している。

液体処理装置１００（光源１）から照射された紫外線は、液体２０１に入射する。液体２０１に紫外線が入射すると、液体２０１に含まれている有機物が除去されたり、液体２０１が殺菌されたりする。例えば、液体２０１に含まれている水に紫外線が照射されると、酸化力の強いヒドロキシルラジカルが生成される。ヒドロキシルラジカルは、液体２０１に含まれている全有機炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）を有機酸を経て二酸化炭素に分解する。また、ヒドロキシルラジカルは、菌やウイルスの殺菌や不活性化にも効果がある。

ここで、容器２００の内部に液体２０１が収納された場合には、図１に示すように、液体処理装置１００（光源１）は、フロート１０により、浮き上がる。そのため、容器２００の内部に収納される液体２０１の量に応じて（液体２０１の液面の位置に応じて）、フロート１０の位置、ひいては光源１の位置を変化させることができる。容器２００の内部に収納される液体２０１の量に応じて光源１の位置を変化させることができれば、光源１と液体２０１との間の距離を略一定にすることができる。

すなわち、本実施の形態に係る液体処理装置１００とすれば、簡易な構成で、光源１と液体２０１との間の距離を略一定にすることができる。光源１と液体２０１との間の距離を略一定にすることができれば、液体２０１に照射される紫外線の光量を略一定にすることができる。そのため、液体２０１の量が変動しても、処理済みの液体２０１の品質がばらつくのを抑制することができる。

また、液体処理装置１００は、容器２００の内部から容易に取り出すことができる。そのため、液体処理装置１００のメンテナンスや、容器２００のメンテナンスが容易となる。また、液体処理装置１００を設けるために、容器２００に孔などを設ける必要がないので、容器２００の構成が簡易なものとなり、且つ、液体２０１の漏れが発生するのを抑制することができる。また、図１に示すように、容器２００の内部に、フィン２０６などを設けても、液体処理装置１００とフィン２０６などが干渉するのを抑制することができる。

また、図１においては、フロート１０に１つの光源１を設ける場合を例示したが、フロート１０に複数の光源１を設けることもできる。すなわち、光源１は、少なくとも１つ設けられていればよい。光源１の数や配置は、容器２００の形状や大きさ、液体処理装置１００の用途、液体２０１の処理量などに応じて適宜変更することができる。

なお、１つの光源１を設ける場合には、フロート１０の面に垂直な方向から見て、光源１の重心がフロート１０の重心に重なる様にすることが好ましい。複数の光源１を設ける場合には、フロート１０の面に垂直な方向から見て、複数の光源１の群の重心がフロート１０の重心に重なる様にすることが好ましい。この様にすれば、液体２０１に浮いている液体処理装置１００の姿勢を安定させることができる。

次に、液体処理装置１００に設けられる光源１、およびフロート１０についてさらに説明する。
液体処理装置１００は、紫外線を照射可能な発光素子３ａを有する光源１と、光源１が設けられ、紫外線が照射される液体２０１に浮上可能なフロート１０と、を備えている。
図２は、光源１を例示するための模式斜視図である。
図３は、図２における光源１のＡ－Ａ線方向の模式断面図である。
図２および図３に示すように、光源１は、例えば、筐体２、発光部３、窓４、シール５、およびコネクタ６を有する。

筐体２は、例えば、柱状を呈し、一方の端部に開口する凹部２ａを有する。筐体２の平面形状は、例えば、円、楕円、多角形などの任意の形状とすることができる。ただし、筐体２の平面形状を、円や多角形などとすれば、筐体２の製造が容易となったり、フロート１０への取り付けが容易となったりする。なお、筐体２の形態は、柱状に限定されるわけではなく、例えば、板状や砲弾状などであってもよい。
筐体２の平面寸法と厚みは、発光部３の大きさなどに応じて適宜変更することができる。

図２および図３に示すように、凹部２ａの内部には発光部３が設けられる。発光部３からは紫外線が照射されるので、紫外線が凹部２ａの内壁に入射することになる。そのため、筐体２は、紫外線に対する耐性が高い材料から形成することが好ましい。例えば、筐体２が一般的な樹脂を含んでいると、発光部３から照射された紫外線により、筐体２が損傷したり、筐体２の寿命が短くなったりする場合がある。

また、筐体２は、液体２０１に接触する場合がある。そのため、筐体２は、液体２０１に対する耐食性が高い材料から形成することが好ましい。例えば、筐体２が一般的な金属を含んでいると、液体２０１により、筐体２が腐食したり、筐体２の寿命が短くなったりする場合がある。

そこで、筐体２は、ステンレスなどの金属、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、無機材料などから形成することが好ましい。無機材料は、例えば、ステアタイトなどのセラミックスとすることができる。この様にすれば、紫外線に対する耐性と、液体２０１に対する耐食性とが高い筐体２とすることができる。また、ステアタイトなどの白色のセラミックスとすれば、凹部２ａの内壁に入射した紫外線が反射されやすくなる。そのため、発光部３から照射された紫外線の利用効率を向上させることができる。

発光部３は、筐体２の凹部２ａの内部に設けられている。例えば、発光部３は、凹部２ａと窓４とにより画された空間に設けられている。例えば、発光部３は、凹部２ａの底面に着脱自在に設けることもできるし、凹部２ａの底面に接合することもできる。

発光部３は、例えば、発光素子３ａ、および基板３ｂを有する。
発光素子３ａは、基板３ｂの、凹部２ａの底面側とは反対側の面に設けられている。発光素子３ａは、窓４に向けて紫外線を照射する。発光素子３ａは、少なくとも１つ設けることができる。発光素子３ａが複数設けられる場合には、複数の発光素子３ａを直列接続することができる。発光素子３ａは、紫外線を発生させる素子であれば特に限定はない。発光素子３ａは、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードなどとすることができる。

発光素子３ａは、例えば、表面実装型の発光素子や、リード線を有する砲弾型の発光素子などとすることができる。また、発光素子３ａは、例えば、チップ状の発光素子とすることもできる。チップ状の発光素子３ａは、ＣＯＢ（Chip On Board）により、基板３ｂの配線パターン３ｂ１に実装することができる。

発光素子３ａから照射される紫外線のピーク波長は、液体２０１に含まれている有機物の除去や殺菌などが行えるのであれば特に限定はない。ただし、ピーク波長が２００ｎｍ～２８０ｎｍであれば、有機物の除去や殺菌などを効果的に行うことができる。そのため、ピーク波長が２００ｎｍ～２８０ｎｍの紫外線を照射可能な発光素子３ａとすることが好ましい。

基板３ｂは、板状を呈し、例えば、凹部２ａの底面に設けられている。例えば、基板３ｂは、凹部２ａの底面に、ネジなどの締結部材を用いて取り付けることができる。この様にすれば、基板３ｂ（発光部３）を凹部２ａの底面に着脱自在に設けることができるので、メンテナンス性の向上を図ることができる。

また、基板３ｂと凹部２ａの底面との間に、熱伝導グリス（放熱グリス）からなる層を設けることもできる。熱伝導グリスからなる層が設けられていれば、基板３ｂと凹部２ａの底面との間に隙間が生じるのを抑制することができる。そのため、発光素子３ａにおいて発生した熱が筐体２に伝わり易くなるので、発光素子３ａの温度が、最大ジャンクション温度を超えるのを抑制することができる。

また、例えば、基板３ｂは、凹部２ａの底面に、接着剤や両面テープなどを用いて接合することもできる。この場合、接着剤は、熱伝導率の高い接着剤とすることが好ましい。接着剤は、例えば、ステアタイトなどの無機材料を用いたフィラーが混合された接着剤とすることができる。

基板３ｂの、凹部２ａの底面側とは反対側の面には、配線パターン３ｂ１を設けることができる。配線パターン３ｂ１には、発光素子３ａを電気的に接続することができる。

基板３ｂの材料は、紫外線に対する耐性と、高い熱伝導率を有することが好ましい。基板３ｂの材料は、例えば、ステアタイトなどのセラミックスとすることができる。例えば、基板３ｂは、金属板の表面を無機材料で覆ったメタルコア基板とすることもできる。

セラミックスやメタルコア基板は熱伝導率が高いので、これらを用いて基板３ｂを形成すれば、発光素子３ａにおいて発生した熱が筐体２に伝わり易くなる。そのため、発光素子３ａの温度が、最大ジャンクション温度を超えるのを抑制することができる。

窓４は、板状を呈し、筐体２の、凹部２ａの開口を塞いでいる。窓４は、発光素子３ａと対向している。窓４は、紫外線を透過させることができ、且つ、紫外線と、液体２０１とに対する耐性を有する材料から形成される。窓４は、例えば、石英や、紫外線を透過するフッ素樹脂などから形成される。なお、板状の窓４を例示したが、例えば、凸状の窓４とすることもできる。凸状の窓４とすれば、照射される紫外線を集光させることができる。板状の窓４とすれば、広い範囲に紫外線を照射することができる。

窓４の、発光素子３ａ側の面には、反射防止膜を設けることができる。反射防止膜が設けられていれば、発光素子３ａから照射された紫外線が窓４により反射されて、液体２０１に照射され難くなるのを抑制することができる。すなわち、発光素子３ａから照射された紫外線の利用効率を向上させることができる。

窓４の、発光素子３ａ側とは反対側の面には、防汚膜を設けることができる。例えば、液体処理装置１００は、海水や地下水などに含まれている有機物の除去や殺菌などにも用いられる場合がある。海水や地下水などには、砂、微生物の死骸、無機塩などの異物が含まれているので、異物が、窓４の、発光素子３ａ側とは反対側の面に付着する場合がある。異物が窓４の面に付着すると、発光素子３ａから照射された紫外線が窓４を透過し難くなるので、液体２０１に含まれている有機物の除去や殺菌などが抑制されるおそれがある。防汚膜が窓４に設けられていれば、異物が窓４に付着するのを抑制することができるので、液体２０１に照射される紫外線の光量を長時間維持したり、メンテナンスの回数を減らしたりすることができる。

シール５は、窓４と筐体２との間に設けられている。シール５は、凹部２ａの開口の近傍に設けることができる。光源１は、液体２０１に接触する。そのため、シール５は、凹部２ａと窓４とにより画された空間が液密となるように封止する。シール５は、例えば、軟化させた樹脂を硬化させることで形成することができる。樹脂は、例えば、シリコーン樹脂やフッ素樹脂などとすることができる。この様にすれば、凹部２ａと窓４とにより画された空間の封止と、窓４と筐体２との接合を行うことができる。

また、シール５は、Ｏリングなどのシール部材とすることもできる。この様にすれば、窓４を筐体２に着脱自在に設けることができるので、発光部３のメンテナンスが容易となる。シール５をシール部材とする場合には、筐体２の、凹部２ａが開口する端部に、窓４を保持する金具などを設けることができる。

コネクタ６は、筐体２の外壁に設けることができる。例えば、コネクタ６は、筐体２の外側面、または、筐体２の、凹部２ａが開口する側とは反対側の端部に設けることができる。図２に例示をした光源１の場合には、コネクタ６は、筐体２の外側面に設けられている。

光源１は液体２０１に接触するので、コネクタ６は、いわゆる防水コネクタとすることが好ましい。コネクタ６は、例えば、JIS C 0920に規定されているＩＰ６８に適合するコネクタとすることができる。

コネクタ６は、例えば、プラグ６ａ、およびソケット６ｂを有する。
プラグ６ａは、筐体２の外壁に設けることができる。プラグ６ａは、筐体２の外壁と凹部２ａの内壁との間を貫通する孔に、液密となるように設けることができる。プラグ６ａの内部に設けられた端子は、配線などを介して、基板３ｂに設けられた配線パターン３ｂ１と電気的に接続されている。

ソケット６ｂは、プラグ６ａの、筐体２側とは反対側の端部に着脱自在に接続されている。ソケット６ｂとプラグ６ａとを接続した際には、ソケット６ｂとプラグ６ａとの間が液密となるように封止されるとともに、ソケット６ｂの内部に設けられた端子と、プラグ６ａの内部に設けられた端子とが電気的に接続される。図１に示すように、ソケット６ｂの内部に設けられた端子は、配線ケーブル２０４を介して、コントローラ２０５と電気的に接続される。コントローラ２０５は、容器２００の外部に設けられ、例えば、電源と点灯回路などを有している。

図４は、フロート１０を例示するための模式斜視図である。
フロート１０は、容器２００の内部に収納された液体２０１に浮上することができる。
図１および図４に示すように、フロート１０は、例えば、板状を呈する部材とすることができる。この様にすれば、フロート１０の、液体２０１と接触する側の面積を大きくすることができる。また、フロート１０が重くなるのを抑制することができる。そのため、フロート１０の浮力を大きくするのが容易となる。また、フロート１０の構成を簡易なものとすることができるので、フロート１０の製造コストの低減、ひいては液体処理装置１００の製造コストの低減を図ることができる。

また、フロート１０は、例えば、中空構造を有するものとしてもよい。この様にすれば、フロート１０の浮力を大きくするのがさらに容易となる。そのため、光源１を大きくしたり、光源１の数を増やしたりするのが容易となる。

フロート１０の大きさは、液体処理装置１００を浮上させるのに必要となる浮力や、容器２００の内部の寸法などに応じて、適宜変更することができる。フロート１０の材料は、液体２０１に対する耐食性を有し、比重の小さいものとすることが好ましい。フロート１０の材料は、例えば、発泡スチロール、桐やバルサなどの木材、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂とすることができる。また、フロート１０の材料は、光源１から照射された紫外線を遮光できるものとすることが好ましい。この様にすれば、容器２００の外部に紫外線が漏れるのを抑制することができる。例えば、容器２００の近傍に作業者がいたとしても、作業者に紫外線が照射されるのを抑制することができる。

図４に示すように、フロート１０の平面形状は、例えば、円とすることができる。ただし、フロート１０の平面形状は、例えば、容器２００の内部の形状などに合わせて適宜変更することができる。

また、フロート１０には、厚み方向を貫通する孔１０ａを設けることができる。図１に示すように、孔１０ａの内部には、光源１を設けることができる。光源１は、例えば、孔１０ａに圧入してもよいし、孔１０ａの内壁に接着してもよい。

また、図１に示すように、光源１の紫外線の出射側の端部は、フロート１０の液体２０１側の面と面一、または、フロート１０の液体２０１側の面から突出させることが好ましい。この様にすれば、光源１から出射した紫外線が、孔１０ａの内壁に入射するのを抑制することができる。

図５は、他の実施形態に係る液体処理装置１００ａを例示するための模式断面図である。
図５に示すように、液体処理装置１００ａは、例えば、光源１ａ、およびフロート１０を有する。光源１ａに設けられた筐体２の側面には、板状のフランジ２ｂを設けることができる。フランジ２ｂは、フロート１０の、液体２０１側とは反対側の面に取り付けることができる。フランジ２ｂが設けられていれば、フロート１０の面に垂直な方向において、光源１ａの紫外線の出射側の端部の位置がばらつくのを抑制することができる。また、光源１ａの取り付け強度を向上させることができる。

図６は、他の実施形態に係る液体処理装置１００ｂを例示するための模式断面図である。
図６に示すように、液体処理装置１００ｂは、例えば、光源１、およびフロート１０ｂを有する。フロート１０ｂには、光源１（筐体２）を設けるための孔１０ａが設けられていない。前述した様に、光源１は、防水構造を有しているので、光源１を液体２０１に浸漬させることができる。そのため、光源１は、フロート１０ｂの、液体２０１側の面に設けることができる。この様にすれば、光源１から照射された紫外線がフロート１０ｂに入射するのを抑制することができる。そのため、発光部３から照射された紫外線の利用効率を向上させることができる。

図７は、他の実施形態に係る液体処理装置１００ｃを例示するための模式断面図である。
図７に示すように、液体処理装置１００ｃは、例えば、光源１ｂ、およびフロート１０ｃを有する。光源１ｂは、例えば、発光部３、窓４、シール５、およびコネクタ６を有する。すなわち、光源１ｂには筐体２が設けられおらず、発光部３、窓４、シール５、およびコネクタ６がフロート１０ｃに設けられている。例えば、フロート１０ｃの厚み方向を貫通する孔１０ｃ１に、発光部３、窓４、およびシール５を設けることができる。この様にすれば、液体処理装置１００ｃの軽量化を図ることができるので、液体処理装置１００ｃを液体２０１に浮かせるのが容易となる。また、液体処理装置１００ｃの低コスト化を図ることができる。

図８は、他の実施形態に係る液体処理装置１００ｄを例示するための模式断面図である。
図９は、他の実施形態に係るフロート１０ｄを例示するための模式斜視図である。
図８に示すように、液体処理装置１００ｄは、例えば、光源１、およびフロート１０ｄを有する。

容器２００の内部に送液管２０７が設けられる場合がある。例えば、送液管２０７は、容器２００の底面と容器２００の開口端との間を延びている。送液管２０７の一方の端部は容器２００の底面の近傍に設けられている。送液管２０７の他方の端部は、容器２００の外部に設けられている。送液管２０７の他方の端部には供給部２０２が接続され、送液管２０７を介して、処理前の液体２０１が容器２００の内部に供給される。また、送液管２０７の他方の端部には排出部２０３が接続され、送液管２０７を介して、処理済みの液体２０１が容器２００の内部から排出される。

また、容器２００の内部に液体２０１を撹拌するフィン２０６が設けられる場合がある。例えば、フィン２０６は容器２００の底面の近傍に設けられている。フィン２０６を回転させる回転軸２０６ａは、容器２００の開口端側に延びている。

図８および図９に示すように、フロート１０ｄには、送液管２０７を挿通させるための孔１０ｃ１と、回転軸２０６ａを挿通させるための孔１０ｃ２が設けられている。この様にすれば、フロート１０ｄを、送液管２０７および回転軸２０６ａに沿って移動させることができる。そのため、液体処理装置１００ｄが回転するのを抑制することができる。なお、送液管２０７および回転軸２０６ａが設けられていない場合には、容器２００の内部を延びるガイド軸を設けるようにしてもよい。
すなわち、フロート１０ｄは、厚み方向を貫通し、軸が挿通される孔を有していればよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 光源、２ 筐体、３ 発光部、３ａ 発光素子、１０ フロート、１０ｂ フロート、１０ｃ フロート、１０ｃ１ 孔、１０ｃ２ 孔、１００ 液体処理装置、１００ａ～１００ｄ 液体処理装置、２００ 容器、２０１ 液体

Claims (3)

1. 紫外線を照射可能な発光素子を有する光源と；
   前記光源が設けられ、前記紫外線が照射される液体に浮上可能なフロートと；
   を具備した液体処理装置。
2. 前記フロートは、容器の内部に収納された前記液体に浮上可能な請求項１記載の液体処理装置。
3. 前記フロートは、厚み方向を貫通し、軸が挿通される孔を有する請求項１または２に記載の液体処理装置。

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