JP6834624B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水が内部を流れるエキシマランプを備える水処理装置に関する。

従来、水処理装置として、水が内部を流れるエキシマランプを備える水処理装置が、知られている（例えば、特許文献１）。そして、エキシマランプは、水が内部を流れる透光性の内管と、内管が内部に配置され、内管との間にガスが充填される誘電体の外管とを備えている。

特許文献１に係る水処理装置においては、内管は、内部に水を撹拌させる撹拌部材を備えている。ところで、当該撹拌部材が透光性を有していたとしても、内管と外管との間から放射された光は、内管の内部を流れる水に照射される際に、撹拌部材で反射や拡散されたり、吸収されたりする。これにより、水の処理効率が低下する。

特開２０１６−３６７７２号公報

そこで、課題は、水の処理効率を向上することができる水処理装置を提供することである。

水処理装置は、水が内部を流れるエキシマランプと、水が内部を流れ、前記エキシマランプに水を流入する流入部と、を備え、前記エキシマランプは、水が内部を流れる透光性の内管と、前記内管が内部に配置され、前記内管との間にガスが充填される誘電体の外管と、前記外管及びガスを介在するように対面して配置され、互いの間に電圧が印加される第１及び第２電極と、を備え、前記流入部は、水が通過することで流れのレイノルズ数を大きくする乱流発生部を備える。

また、水処理装置においては、前記第１及び第２電極は、それぞれ前記外管よりも外側に配置される、という構成でもよい。

また、水処理装置においては、前記第１及び第２電極の幅寸法は、前記第１及び第２電極が対面する方向と前記内管の軸線方向とにそれぞれ直交する方向において、それぞれ前記内管の外幅寸法よりも大きい、という構成でもよい。

以上の如く、水処理装置は、水の処理効率を向上することができる、という優れた効果を奏する。

図１は、一実施形態に係る水処理装置が用いられるＴＯＣ測定装置の全体概要図である。 図２は、同実施形態に係る水処理装置の全体概要断面図である。 図３は、図２のIII−III線拡大断面図である。 図４は、同実施形態に係る水処理装置の断面図であって、作用効果を説明する図である。 図５は、水中透過距離に対する光の照度減衰率の関係を示す図である。 図６は、他の実施形態に係る水処理装置の断面図である。 図７は、さらに他の実施形態に係る水処理装置の断面図である。

以下、水処理装置における一実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、各図（図６及び図７も同様）において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。

図１に示すように、本実施形態に係る水処理装置２は、全有機炭素(ＴＯＣ：Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）の濃度を測定するＴＯＣ濃度測定装置１に用いられている。そこで、水処理装置２の各構成を説明するのに先立って、ＴＯＣ濃度測定装置１について説明する。

ＴＯＣ濃度測定装置１は、主管１０を流れる水のＴＯＣ濃度を測定するために、主管１０に接続されている。そして、主管１０を流れる水は、例えば、医薬品の製造に使用される製薬用水などの水であって、ＴＯＣ濃度が極低濃度である水である。なお、ＴＯＣ濃度測定装置１で測定する水や、水処理装置２で処理する水は、斯かる水に限られないのは勿論である。

ＴＯＣ濃度測定装置１は、水の導電率を測定する第１測定部１ａと、第１測定部１ａで測定した水を処理する水処理装置２と、水処理装置２で処理した水の導電率を測定する第２測定部１ｂとを備えている。そして、ＴＯＣ濃度測定装置１は、第１測定部１ａで測定した導電率と第２測定部１ｂで測定した導電率との差に基づいて、ＴＯＣ濃度を演算する。

また、ＴＯＣ濃度測定装置１は、主管１０と第１測定部１ａとを接続する第１管１ｃと、第１測定部１ａと水処理装置２とを接続する第２管１ｄとを備えている。そして、ＴＯＣ濃度測定装置１は、水処理装置２と第２測定部１ｂとを接続する第３管１ｅと、第２測定部１ｂと主管１０とを接続する第４管１ｆとを備えている。

したがって、主管１０から流入した水は、第１管１ｃ、第１測定部１ａ、第２管１ｄ、水処理装置２、第３管１ｅ、第２測定部１ｂ、第４管１ｆの順に流れ、最終的に、主管１０に戻る。これにより、ＴＯＣ濃度測定装置１は、主管１０を流れる水の一部を分岐させて、連続的にＴＯＣ濃度を測定している。

図２に示すように、水処理装置２は、水が内部を流れるエキシマランプ３と、エキシマランプ３に水を流入する流入部４と、エキシマランプ３から流出した水を外部に流出する流出部５とを備えている。また、水処理装置２は、エキシマランプ３を収容する装置本体６を備えている。

エキシマランプ３は、水が内部を流れる内管３ａと、内管３ａが内部に配置され、内管３ａとの間にガスが充填される外管３ｂとを備えている。そして、エキシマランプ３は、内管３ａ及び外管３ｂが誘電体であって、誘電体バリア放電により、内管３ａ及び外管３ｂ間から光を放射する。

そして、内管３ａが透光性を有しているため、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光は、内管３ａを透過して、内管３ａの内部を流れる水を照射する。これにより、内管３ａの内部を流れる水に含まれる有機物は、分解され、処理される。本実施形態においては、エキシマランプ３から放射される光は、紫外光であって、例えば、波長が１６３．５ｎｍ〜１８０．５ｎｍ（１７２ｎｍ±８．５ｎｍ）の光である。なお、エキシマランプ３から放射される光は、斯かる波長の光に限定されないことは勿論である。

流入部４は、エキシマランプ３に連結されている。具体的には、流入部４の上流側は、第２管１ｄに連結され、流入部４の下流側は、エキシマランプ３の上流側に連結されている。そして、流入部４の内部は、エキシマランプ３の内管３ａの内部と連通している。これにより、流入部４の内部を流れた水は、エキシマランプ３の内管３ａの内部を流れる。

流入部４は、内部を流れる水を乱す乱流発生部４ａを備えている。そして、乱流発生部４ａは、水が通過することで、当該水の流れのレイノルズ数を大きくする。好ましくは、乱流発生部４ａは、当該水の流れのレイノルズ数Ｒｅを臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）以上にする。より好ましくは、乱流発生部４ａは、通過した水の流れが乱流となるように、当該水の流れのレイノルズ数Ｒｅを、３０００以上にする。

例えば、乱流発生部４ａは、水の流れを旋回流とするように、形成されている。本実施形態においては、乱流発生部４ａは、内周面から径方向の内方に突出する突出部を備え、突出部は、内周面に沿って螺旋状に延びている。

これにより、流入部４の内部を流れる水は、乱流発生部４ａにより、流れのレイノルズ数を大きくされた後、エキシマランプ３の内管３ａの内部を流れる。したがって、内管３ａの内部を流れる水は、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光に、均一に照射される。その結果、内管３ａの内部を流れる水は、均一に処理される。

ところで、例えば、乱流発生部４ａが、エキシマランプ３の内管３ａの内部に配置されていた場合、乱流発生部４ａが透光性を有していたとしても、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光は、乱流発生部４ａで反射や拡散されたり、吸収されたりする。したがって、内管３ａの内部を流れる水の処理効率が低下する。それに対して、本実施形態においては、乱流発生部４ａが流入部４の内部に配置されているため、そのような処理効率低下を防止することができる。

なお、乱流発生部４ａは、斯かる構成に限られない。例えば、乱流発生部４ａは、スクリュ型や、十字フィン型や、内周面から突出するエンボス型や、多孔質が内部に存在するようにしてもよい。要するに、乱流発生部４ａは、水が通過することで流れのレイノルズ数を大きくする、構成であればよい。

また、流出部５は、エキシマランプ３に連結されている。具体的には、流出部５の上流側は、エキシマランプ３の下流側に連結され、流出部５の下流側は、第３管１ｅに連結されている。そして、流出部５の内部は、エキシマランプ３の内管３ａの内部と連通している。これにより、エキシマランプ３の内管３ａの内部を流れた水は、流出部５の内部を流れる。

図２及び図３に示すように、エキシマランプ３は、内管３ａ及び外管３ｂ間から光を放射すべく、互いの間に電圧が印加される第１及び第２電極３ｃ，３ｄを備えている。また、エキシマランプ３は、内管３ａ及び外管３ｂ間で発生する光を反射する反射部３ｅを備えている。なお、反射部３ｅは、外管３ｂの内周面に固定されている。

第１及び第２電極３ｃ，３ｄは、外管３ｂ及びガスを介在するように対面して配置されている。具体的には、第１及び第２電極３ｃ，３ｄは、それぞれ外管３ｂよりも外側に配置され、内管３ａ及び外管３ｂを介在するように対面して配置されている。そして、第１及び第２電極３ｃ，３ｄは、互いに絶縁するように、周方向で離れている。

ところで、例えば、第１電極３ｃが外管３ｂよりも外側に配置され、第２電極３ｄが外管３ｂよりも内側に配置されていた場合（例えば、内管３ａの外周部又は内周部に固定されていた場合）、第２電極３ｄが透光性を有していたり、網目状に形成されていたりしていたとしても、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光は、第２電極３ｄで反射や拡散されたり、吸収されたりする。

したがって、内管３ａの内部を流れる水の処理効率が低下する。それに対して、本実施形態においては、第１及び第２電極３ｃ，３ｄがそれぞれ外管３ｂよりも外側に配置されているため、そのような処理効率の低下を防止することができる。

また、第１及び第２電極３ｃ、３ｄが対面する方向Ｄ１と内管３ａの軸線方向Ｄ３とにそれぞれ直交する方向Ｄ２において、第１及び第２電極３ｃ，３ｄの幅寸法Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄは、内管３ａの外幅寸法Ｗ３ａよりも大きくなっている。本実施形態においては、第１及び第２電極３ｃ，３ｄの幅寸法Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄは、同じとなっている。

これにより、図４に示すように、誘電体バリア放電が、内管３ａを経由する経路Ｌ１だけでなく、内管３ａを経由しない経路Ｌ２も存在することになる。そして、内管３ａを経由しない経路Ｌ２は、内管３ａを経由する経路Ｌ１に対して、効率的に光を放射できる。したがって、水の処理効率を効率的に向上することができる。

なお、図５に示すように、紫外光は、水中を透過することに伴って、減衰する。図５は、紫外光が水中を透過した距離（水中透過距離）に対する光強度の減衰比率（光強度減衰率）を示したグラフであり、実線Ａ１は、波長が１７２ｎｍである紫外光のデータを示し、１点鎖線Ａ２は、波長が１８０．５ｎｍである紫外光のデータを示し、破線Ａ３は、波長が１６３．５ｎｍである紫外光のデータを示している。

ところで、一般的に、ピーク波長が１７２ｎｍであるエキシマランプ３においては、波長が１６３．５ｎｍの光の照度と、波長が１８０．５ｎｍの光の照度とは、波長が１７２ｎｍの光の照度の約５０％である。そして、ピーク波長が１７２ｎｍのエキシマランプ３においては、水中透過距離が１ｍｍで、照度が約９０％減衰する。

これにより、乱流発生部４ａが備えられていない構成においては、内管３ａの内径は、１ｍｍ以下とする必要がある。それに対して、本実施形態においては、乱流発生部４ａが備えられているため、内管３ａの内径を２ｍｍ以上とすることができる。なお、図５に示すように、エキシマランプ３の内管３ａ内を通過する水に少なくとも１８０．５ｎｍの光が照射されることが必要であるため、内管３ａの内径は、４ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、内管３ａの内径は、特に限定されないのは勿論である。

以上より、本実施形態に係る水処理装置２は、水が内部を流れるエキシマランプ３と、水が内部を流れ、前記エキシマランプ３に水を流入する流入部４と、を備え、前記エキシマランプ３は、水が内部を流れる透光性の内管３ａと、前記内管３ａが内部に配置され、前記内管３ａとの間にガスが充填される誘電体の外管３ｂと、前記内管３ａ及び前記外管３ｂ間から光を放射すべく、前記外管３ｂ及びガスを介在するように対面して配置され、互いの間に電圧が印加される第１及び第２電極３ｃ，３ｄと、を備え、前記流入部４は、水が通過することで流れのレイノルズ数を大きくする乱流発生部４ａを備える。

斯かる構成によれば、エキシマランプ３においては、第１及び第２電極３ｃ、３ｄが、誘電体の外管３ｂとガスとを介在するように対面して配置されているため、電圧が第１及び第２電極３ｃ、３ｄ間に印加されることで、内管３ａ及び外管３ｂ間から光が放射される。そして、当該光は、透光性を有する内管３ａを透過して内管３ａの内部を流れる水を照射するため、当該水は、処理される。

ところで、流入部４が乱流発生部４ａを備えているため、流入部４の内部を流れる水は、乱流発生部４ａを通過することで、流れのレイノルズ数が大きくなる。そして、流れのレイノルズ数が大きくなった流入部４の水が、エキシマランプ３の内管３ａの内部を流れるため、内管３ａの内部の水は、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光に、均一に照射される。

しかも、乱流発生部４ａが内管３ａよりも上流に配置されているため、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光は、内管３ａの内部を流れる水を照射する際に、乱流発生部４ａで反射や拡散されたり、吸収されたりすることはない。したがって、水の処理効率を向上することができる。

また、本実施形態に係る水処理装置２においては、前記第１及び第２電極３ｃ，３ｄは、それぞれ前記外管３ｂよりも外側に配置される、という構成である。

斯かる構成によれば、第１及び第２電極３ｃ、３ｄは、それぞれ外管３ｂよりも外側に配置されているため、内管３ａ及び外管３ｂ間の光が発生する領域と、内管３ａの内部を流れる水との間に配置されていない。これにより、内管３ａ及び外管３ｂ間から放射された光は、内管３ａの内部を流れる水を照射する際に、第１及び第２電極３ｃ，３ｄで反射や拡散されたり、吸収されたりすることはない。したがって、水の処理効率をさらに向上することができる。

また、本実施形態に係る水処理装置２においては、前記第１及び第２電極３ｃ，３ｄの幅寸法Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄは、前記第１及び第２電極３ｃ，３ｄが対面する方向Ｄ１と前記内管３ａの軸線方向Ｄ３とにそれぞれ直交する方向Ｄ２において、それぞれ前記内管３ａの外幅寸法Ｗ３ａよりも大きい、という構成である。

斯かる構成によれば、第１及び第２電極３ｃ，３ｄが対面する方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２で、且つ、内管３ａの軸線方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２において、第１及び第２電極３ｃ，３ｄの幅寸法Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄは、それぞれ内管３ａの外幅寸法Ｗ３ａよりも大きくなっている。これにより、誘電体バリア放電が、内管３ａを経由する経路Ｌ１だけでなく、内管３ａを経由しない効率的な経路Ｌ２も存在することになる。

したがって、内管３ａを経由しない効率的な経路Ｌ２による誘電体バリア放電により、内管３ａ及び外管３ｂ間から効率的に光が放射される。その結果、水の処理効率を効率的に向上することができる。

なお、水処理装置２は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、水処理装置２は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

上記実施形態に係る水処理装置２においては、第１及び第２電極３ｃ，３ｄは、それぞれ外管３ｂよりも外側に配置される、という構成である。しかしながら、水処理装置２は、斯かる構成に限られない。例えば、図６及び図７に示すように、第１電極３ｃは、外管３ｂよりも外側に配置され、第２電極３ｄは、外管３ｂよりも内側に配置されている、という構成でもよい。

図６に係る第２電極３ｄは、内管３ａの外周部に固定されており、図７に係る第２電極３ｄは、内管３ａの内周部に固定されている。そして、図７に係るエキシマランプ３は、第２電極３ｄが水で腐食することを防止するために、第２電極３ｄの内側に配置される流通管３ｆを備え、処理される水は、流通管３ｆの内部を流れるようになっている。

また、上記実施形態に係る水処理装置２においては、エキシマランプ３の内管３ａは、誘電体である、という構成である。しかしながら、水処理装置２は、斯かる構成に限られない。例えば、内管３ａは、誘電体でなくてもよい。なお、図６に係るエキシマランプ３においても、内管３ａは、誘電体であっても、誘電体でなくてもよいが、図７に係るエキシマランプ３においては、内管３ａは、誘電体である。

また、上記実施形態に係る水処理装置２においては、エキシマランプ３と流入部４とは、別部材である、という構成である。しかしながら、水処理装置２は、斯かる構成に限られない。例えば、流入部４の内部の水が流れる部分と、エキシマランプ３の内管３ａとは、一体的に形成されている、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る水処理装置２においては、第１及び第２電極３ｃ，３ｄの幅寸法Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄは、それぞれ内管３ａの外幅寸法Ｗ３ａよりも大きい、という構成である。しかしながら、水処理装置２は、斯かる構成に限られない。例えば、第１及び第２電極３ｃ，３ｄの幅寸法Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄの少なくとも一方は、それぞれ内管３ａの外幅寸法Ｗ３ａよりも小さい、という構成でもよい。

１…ＴＯＣ濃度測定装置、１ａ…第１測定部、１ｂ…第２測定部、１ｃ…第１管、１ｄ…第２管、１ｅ…第３管、１ｆ…第４管、２…水処理装置、３…エキシマランプ、３ａ…内管、３ｂ…外管、３ｃ…第１電極、３ｄ…第２電極、３ｅ…反射部、３ｆ…流通管、４…流入部、４ａ…乱流発生部、５…流出部、６…装置本体、１０…主管

Claims (2)

1. 水が内部を流れるエキシマランプと、
   水が内部を流れ、前記エキシマランプに水を流入する流入部と、を備え、
   前記エキシマランプは、
   水が内部を流れる透光性の内管と、
   前記内管が内部に配置され、前記内管との間にガスが充填される誘電体の外管と、
   前記外管及びガスを介在するように対面して配置され、互いの間に電圧が印加される第１及び第２電極と、を備え、
   前記流入部は、水が通過することで流れのレイノルズ数を大きくする乱流発生部を備え、
   前記第１及び第２電極は、それぞれ前記外管よりも外側に配置される、水処理装置。
2. 前記第１及び第２電極の幅寸法は、前記第１及び第２電極が対面する方向と前記内管の軸線方向とにそれぞれ直交する方向において、それぞれ前記内管の外幅寸法よりも大きい、請求項１に記載の水処理装置。

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