液体清浄化処理装置
【課題】液体を紫外線による照射で清浄化処理を行なう際に、対流による攪拌のみでは不十分な処理ムラを低減する。
【解決手段】円柱状のジャケット１の中央部に保護管３を設け、保護管３内に紫外線ランプを設置する。ジャケット１の円柱側面に流入口１１および流出口１２を設ける。また、ジャケット１内の水路１３内に気泡発生装置５を設置する。被処理水６を流入口１１から流入し、流出口１２から排出する。流入された被処理水６は、紫外線ランプ２から照射される紫外線により処理される。このとき気泡発生装置５から発生した気泡５ａにより攪拌されながら流れる間に紫外線により処理される。これにより、紫外線照射ムラを低減した処理された水を得る。
【解決手段】円柱状のジャケット１の中央部に保護管３を設け、保護管３内に紫外線ランプを設置する。ジャケット１の円柱側面に流入口１１および流出口１２を設ける。また、ジャケット１内の水路１３内に気泡発生装置５を設置する。被処理水６を流入口１１から流入し、流出口１２から排出する。流入された被処理水６は、紫外線ランプ２から照射される紫外線により処理される。このとき気泡発生装置５から発生した気泡５ａにより攪拌されながら流れる間に紫外線により処理される。これにより、紫外線照射ムラを低減した処理された水を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を紫外線を用いて殺菌・消毒などを目的とした清浄化処理を行なう清浄処理装置に関するもので、特に植物工場などに適した清浄化処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物工場の実用化が検討されてきている。植物工場の植物栽培施設は上部に人工照明設備を、下部に栽培台を設け、部屋全体を植物の生育に適する条件に維持して植物を栽培する。また、植物を生育するために必要とする養液を栽培台の植物に供給する。養液は浄化装置にて殺菌し清浄化され、再び使用する。浄化装置は養液に紫外線光を照射して殺菌処理を行なう。
【０００３】
紫外線光を照射して行なう浄化装置として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の処理装置は、水の出入り口を持った容器の中央に紫外線殺菌灯を設置し、水を流すと流水が容器内で拡販され、拡販される間に水に紫外線が照射されて殺菌消毒する。これにより短時間で殺菌、消毒が行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９０８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の処理装置の場合、円柱状容器の下部側面に設けた入口から、容器内に流水を流すことで、容器内を上部側面に設けた出口に向かって容器内の水が攪拌されるものであり、容器内における水の攪拌は、対流に依存するものであるため、紫外線による照射にムラが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、紫外線照射により清浄化処理を行なう際に、紫外線による清浄作用にムラを低減した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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、紫外線ランプ（２）と、前記紫外線ランプを収容する外囲器（１）と、前記外囲器（１）内を流れる被処理液（６）とを備えた液体清浄化処理装置（１０）であって、
前記外囲器（１）には、同じ側面に設けた流入口（１１）および流出口（１２）と、流入口（１１）および流出口（１２）に接続する処理路（１３）が設けられ、
前記処理路（１３）内の流入口（１１）および流出口（１３）を設けた側と対向する側面には、気泡発生装置（５）が設置してあることを特徴とする液体浄化処理装置（１０）を提供する。
【０００８】
上気した発明によれば、気泡発生装置により被処理水の攪拌を図ることができ紫外線照射のムラを低減することができ、液体の処理能力を向上することができ得る。
【０００９】
さらに、前記液体浄化処理装置（１０）は、前記処理路（１３）内には、紫外線透過性材料からなる保護管（３）が設けられ、前記紫外線ランプ（２）が前記保護管内に設置されており、前記処理路内を囲む外囲器内面は、反射面（８）とされ、前記反射面（８）には、前記紫外線ランプ（２）と直交する断面において前記保護管（３）と反射面（８）の間の位置に焦点（Ｆ）を有する放物線となる凹面鏡（９）を複数備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、凹面鏡により紫外線光を集光することができ、紫外線ランプ２から離れた場所においても照射光量を多くすることができる。よって、より一層紫外線照射のムラを低減することができ、液体の処理能力を向上することができ得る。
【００１１】
さらに、前記凹面鏡（９）が、回転放物面または、放物柱面であり、焦点位置（Ｆ）が前記反射面（８）近傍であることが好ましい。
焦点位置（Ｆ）を反射面近傍にすることで、紫外線エネルギーの低い紫外線ランプから離れた位置における処理力低減を集光することで高めることができる。
【００１２】
さらに、前記流入口（１１）および流出口（１３）が、前記外囲器（１）側面に外囲器中心軸に対し偏心した位置に対向するように設け、前記保護管（３）が、前記外囲器中心軸に対し偏心した位置に設けていることが好ましい。
このように、流入口（１１）、流出口（１３）および保護管（３）をオフセットすることで、流入する被処理水の流れが、保護管に直接ぶつからなくなり、処理路の流域面積を広くして液体の処理能力を向上することができ得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、紫外線による液体浄化の際に、紫外線により浄化される液体のムラを低減することができる。液体の清浄化処理は気泡発生装置により、液体の攪拌と紫外線の屈折を生じさせてムラを低減した紫外線照射をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係る第１の実施の形態の液体清浄化処理装置の構成の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１の液体清浄化処理装置の概略断面図で、（ａ）がＡ−Ａ線を通る水平面で切断した概略水平断面、（ｂ）がＢ−Ｂ線を通る垂直面で切断した概略垂直断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る第２の実施の態様に係る処理装置の構成の一例を示す概略水平断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る第２の実施の形態の紫外線反射面を示す部分展開図である。
【図５】図５は、図４の紫外線反射面の他の実施の形態を示す部分展開図である。
【図６】図６は、本発明に係る第３の実施の形態に係る処理装置の構成の一例を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、図６のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態である液体の浄化処理装置について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施態様に係る液体清浄化処理装置１０の構成の一例を示す概略斜視図、図２は図１の液体清浄化処理装置１０の概略断面図で、（ａ）がＡ−Ａ線を通る水平面で切断した概略水平断面、（ｂ）がＢ−Ｂ線を通る垂直面で切断した概略垂直断面図である。本実施形態の液体清浄化処理装置（以下「処理装置」と略して説明する。）１０は、円柱状のジャケット１と、ジャケット内部の紫外線ランプ２と、ジャケット中央に設けた紫外線透過性材料からなる保護管３と、円柱状ジャケット１の側面の一側に設けた流入口１１および流出口１２と、ジャケット１内の他方の側面側に設けた気泡発生装置５と、前記流入口１１に液体を送る輸液装置７から成る。
【００１７】
ジャケット１は円柱形状とされ、金属材料からなる外囲器である。ジャケットの内径の大きさと、ジャケット内径の中心軸方向の長さを比べたときに、中心軸方向の長さが長い円柱形状、すなわち横長の円柱形状としている。中心軸方向の長さを長くすることで、後述する液体の清浄化処理のための紫外線処理路の長さを長くすることができる。また、ジャケット１の内面、すなわち内周面は平滑度を高めた鏡面からなる反射面８としている。反射面８は紫外線ランプ２から照射された紫外線を反射する紫外線反射面となる。
【００１８】
ジャケット１に用いる金属はアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムを主成分とする合金、またはステンレスが好適である。アルミニウムは紫外線の反射率が高く、且つ、熱伝導率が高いからである。ステンレスはアルミニウムより耐薬品性に優れるとともに反射率が高いからである。熱伝導率が高いと紫外線ランプの点灯により生じた熱を効率よく外部に放熱することができる。紫外線反射率が高いと紫外線を効率良く利用することができる。また、反射面８は、ジャケット１の基材をそのまま用いたが、別途紫外線反射膜を内面に設けたものでもよい。また、金属材料のかわりに、紫外線ランプと対向する内面に紫外線を透過させない単層または複層の紫外線反射膜を設けた樹脂材料とすることもできる。
【００１９】
保護管３は、ジャケット１の中心軸上と同軸とした円筒状であって、石英ガラスなどの紫外線透過性材料により形成される。保護管３の端部３ａ、３ｂは、ジャケット１の円柱端面１ａ，１ｂに各々水密的に固定される。また、保護管３の内部には空気層４を介して紫外線ランプ２が配置される。
【００２０】
紫外線ランプ２は、細長い形状とされ、長さ方向の両端にランプ電極２ａが設けられている。本実施の形態においては１本の紫外線ランプをジャケット１の中心軸上に配設する。紫外線ランプ２としては、例えば、アルゴンガスおよびネオンガスと水銀を封入した水銀放電ランプを用いることができる。水銀を用いない紫外線ランプとしてキセノンガスとヨウ化キセノン（ＸｅＩ）封入した放電ランプやキセノンガスを封入しその励起光で紫外線を放射する蛍光体層を設けた放電ランプなども用いることができる。具体的には、例えばランプ長１５０ｍｍ、ランプ径４．７ｍｍの水銀放電ランプをランプ電流１０ｍＡにて点灯することで、２５４ｎｍと１８５ｎｍを主波長とする発光を得ることができる。
【００２１】
ジャケット１の反射面８と保護管３との間は、被処理水６が通る処理路１３となる。すなわち、紫外線ランプ２の外周を取囲むように処理路１３が形成される。
【００２２】
また、ジャケット１の円柱側面のうち上方となる一側の側面、図１においては紙面上側の側面には、流入口１１および流出口１２が設けられている。流入口１１は、ジャケット１の円柱端面１ａ側の円柱側面に設けられ、一方の開口が図示しないチューブを介して輸液装置７に接続され、他方の端部が処理路１３に接続している。流出口１２は、ジャケット１の円柱端面１ｂ側の円柱側面に設けられ、一方の開口が処理路１３に接続している。
【００２３】
処理路１３内で、流入口および流出口と反対側、すなわち、下方側に位置する円柱側面には、気泡発生装置５が設置されている。気泡発生装置５は図示しない電源に接続され、処理路１３を流れる被処理水６内に気泡５ａを発生させる。被処理水６を気泡５ａにて攪拌することができ、流入口１１から流出口１２に流れる対流による攪拌に加えて、気泡５ａによる攪拌を行なうことで、より一層攪拌することができる。これにより処理路１３を流れる被処理水６に対し、紫外線ランプ２による紫外線照射をムラなく行なうことができる。
【００２４】
紫外線ランプ２から放射された紫外線光は、最初に空気層４を照射する。そして、空気層４および保護管３を通った紫外線光が、処理路１３を流れる被処理水６を照射する。また、被処理水６を通った紫外線光の一部は、紫外線反射面８により反射した後に被処理水６を再び照射する。紫外線反射面８を設けることで紫外線ランプ２から遠い側を流れる被処理水６にも紫外線を照射することができるので、より一層紫外線エネルギーをムダなく活用できる。
【００２５】
処理路１３は、流入口１１と流出口１２を円柱側面の上側の面に設けることで、流入する被処理水６の圧力により生じる自然対流により、図１に矢印で模式的に示すような対流を生じる水路となる。このとき、底面となる円柱側面側で、流入口１１と流出口１２の間の位置に気泡発生装置５を設けることで、気泡による攪拌をより一層効率的に行なうことができる。また、気泡５ａ表面にて紫外線ランプ２から照射される紫外線光の進行方向が屈折し異なる方向に向かわせることができる。したがって、被処理水６に対し紫外線エネルギーを様々な方向から照射することができる。これにより、紫外線光が被処理水６全体に照射され、殺菌・消毒などの効果が上がる。
【００２６】
なお、気泡発生装置５から発生させる気泡５ａは、オゾンを含む空気が好適である。オゾンを含むことでオゾンによる殺菌作用により被処理水６を殺菌処理することもできるからである。また、紫外線ランプ２から照射する紫外線エネルギーの一部は気泡５ａの空気の一部を処理してオゾンに変化し、このオゾンも被処理水６を殺菌処理する。
【００２７】
ところで、紫外線ランプより照射される光は、光源であるランプから離れると減衰する。点光源からの照度（線量率）は光源からの距離の２乗で減少し、減衰後の線量率は、Ｉ＝Ｓ／４π２で表される。ここで、Ｉは照度（線量率）（μＷ／ｃｍ２）、Ｓは光源のエネルギー（μＷ）、ｘは距離（ｃｍ）である。この式から理解できるように、減衰を小さくするためには、できる限り紫外線ランプ１の近くにて紫外線処理することが好ましい。
【００２８】
したがって、保護管３は紫外線ランプ２に対し僅かに大きい内径のものとし、気泡５ａにより処理路１３内を流れる被処理水６を攪拌するようにしている。また、紫外線ランプ２から遠い位置においては、紫外線反射面８による紫外線光の反射光と気泡５ａに含まれるオゾンにより処理を行なう。これにより処理路１３内においてムラを低減して処理することができる。
【００２９】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の態様に係る処理装置２０の構成の一例を示す概略水平断面図である。また、第１の実施の形態の処理装置１０と同一の構成については、同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【００３０】
第２の実施の形態は、ジャケット１の紫外線反射面８に、凹面鏡９を複数設ける点が第１の実施の形態と異なり、他の点は第１の実施の形態と同一の構成としている。
【００３１】
凹面鏡９は、紫外線ランプ２と直交する断面において保護管３と反射面８の間の位置に焦点を有する放物線が現われる回転放物面形状、いわゆるパラボラ形状の凹面鏡である。複数の凹面鏡９は、反射面８の展開図にて図４に図示するように、複数の凹面鏡９が反射面８に整列して点在して配置されている。各々の凹面鏡９は焦点Ｆを処理路１３の反射面８近傍の位置となるように設定している。焦点Ｆを反射面８近傍に設定することで、紫外線ランプ２から遠い位置、すなわち、紫外線エネルギーが減衰している位置において、その紫外線光を焦点Ｆに集光することができ、焦点Ｆの位置においては紫外線エネルギーを高めることができ、紫外線処理を確実に行なうことができる。なお、焦点Ｆの焦点距離は、複数の凹面鏡９の全てが同一である必要はなく、異なる焦点距離としても良い。
【００３２】
＜第２の実施の形態の他の実施形態＞
凹面鏡９は、回転放物面形状に限るものではなく、回転放物柱面形状の凹面鏡とすることもできる。図５は回転放物柱面形状の凹面鏡を設けた反射面８を展開図にて示すものである。図５（ａ）は、回転放物柱面形状とした凹面鏡１９を放電ランプ２の管軸方向に７個の凹面鏡１９を整列したものである。この実施の形態においては、放電ランプ２の長さ方向に沿って、Ｃ環形状の凹面鏡１９が整列する。図５（ｂ）は、回転放物柱面形状とした凹面鏡１９を放電ランプ２の管軸と平行な凹面鏡１９を複数整列したものである。この実施の形態においては、放電ランプ２の長さ方向に沿った細長い形状の放物柱面の凹面鏡２９が反射面内面に６個整列する。
【００３３】
＜第３の実施の形態＞
図６は本発明の第３の実施の態様に係る処理装置３０の構成の一例を示す概略水平断面図である。また、第１の実施の形態の処理装置１０と同一の構成については、同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【００３４】
第３の実施の形態における処理装置３０においては、次の点で先の実施の形態で説明した処理装置と異なる。
すなわち、図６および図７に示すように流入口３１をジャケット１の一方の円柱端面（側面）１ａに設け、流出口３２をジャケット１の他方の円柱端面（側面）１ｂに偏心して設けている。また、保護管３および保護管３内に配置した紫外線ランプ２もジャケット１の中心軸に対して偏心して設けている。また、ジャケット１の内面は紫外線反射面８が形成され、図示しない微小な凹面鏡が形成されている。
【００３５】
第３の実施の形態における処理装置３０では、液体ポンプなどの輸液装置7により送られる被処理水は流入口３１からジャケット１内に流入し、流出口３２から流れ出る。このとき流入口３１と流出口３２は対向する位置に設けられているので、ほぼ直線状に流れることができ乱流となることを防ぐ。したがって、圧力損失も少なく、被処理水の流速制御により紫外線の被照射量をコントロールが行いやすくなる。また、流入口３１、流出口３２および保護管３が図６および図７に示すように側面に対する中心軸、すなわち紫外線ランプの管軸方向と平行な方向の中心軸に対し、偏心するようにオフセットして設けている。これにより被処理水がジャケット１内で流れる流水域を広くとることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３６】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。例えば、第１および第２の実施の形態の処理装置１０，２０においては、紫外線ランプ２が１本とした例を説明したが、２本以上の紫外線ランプを保護管３の内部に配置することもできる。紫外線ランプ２を複数とすることで、紫外線量を多くすることができ空気浄化量を増すことができる。
【００３７】
また、ジャケット１の内面を酸化チタンとすることもできる。酸化チタンからなる紫外線反射面とすることで、紫外線ランプ２から照射される紫外線エネルギーによる光触媒効果を得ることができる。これにより光触媒効果による被処理水の処理を加えることもできる。さらに、被処理水は、水に限るものでなく、水以外の液体、空気以外の気体を処理するものも本発明に包含される。
【００３８】
本発明に係る液体清浄化処理装置によれば、紫外線による清浄作用にムラを低減した処理装置を提供することができる。また、紫外線ランプと液体との間の距離を開けて、処理できる液体の容量を大きくしても液体の浄化処理能力の低下を抑制することができるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
これにより、液体清浄化が望まれる用途、例えば、浄水器、ウォータークーラー、加湿器、食器洗浄器、洗濯機、デンタルチェア、下水処理、上水処理、飲料水処理、有機物処理、細菌、原虫などの生物を含む液体処理などの各種液体処理設備において適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１ ジャケット（外囲器）
１ａ，１ｂ 円柱端面
１ｃ 円柱側面
２ 紫外線ランプ
２ａ ランプ電極
３ 保護管
４ 空気層（気体層）
５ 気泡発生装置
５ａ 気泡
６ 被処理水（液体）
７ 輸液装置
８ 紫外線反射面
９，１９，２９ 凹面鏡
１０，２０，３０ 液体清浄化処理装置
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 処理路（水路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を紫外線を用いて殺菌・消毒などを目的とした清浄化処理を行なう清浄処理装置に関するもので、特に植物工場などに適した清浄化処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物工場の実用化が検討されてきている。植物工場の植物栽培施設は上部に人工照明設備を、下部に栽培台を設け、部屋全体を植物の生育に適する条件に維持して植物を栽培する。また、植物を生育するために必要とする養液を栽培台の植物に供給する。養液は浄化装置にて殺菌し清浄化され、再び使用する。浄化装置は養液に紫外線光を照射して殺菌処理を行なう。
【０００３】
紫外線光を照射して行なう浄化装置として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の処理装置は、水の出入り口を持った容器の中央に紫外線殺菌灯を設置し、水を流すと流水が容器内で拡販され、拡販される間に水に紫外線が照射されて殺菌消毒する。これにより短時間で殺菌、消毒が行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９０８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の処理装置の場合、円柱状容器の下部側面に設けた入口から、容器内に流水を流すことで、容器内を上部側面に設けた出口に向かって容器内の水が攪拌されるものであり、容器内における水の攪拌は、対流に依存するものであるため、紫外線による照射にムラが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、紫外線照射により清浄化処理を行なう際に、紫外線による清浄作用にムラを低減した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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、紫外線ランプ（２）と、前記紫外線ランプを収容する外囲器（１）と、前記外囲器（１）内を流れる被処理液（６）とを備えた液体清浄化処理装置（１０）であって、
前記外囲器（１）には、同じ側面に設けた流入口（１１）および流出口（１２）と、流入口（１１）および流出口（１２）に接続する処理路（１３）が設けられ、
前記処理路（１３）内の流入口（１１）および流出口（１３）を設けた側と対向する側面には、気泡発生装置（５）が設置してあることを特徴とする液体浄化処理装置（１０）を提供する。
【０００８】
上気した発明によれば、気泡発生装置により被処理水の攪拌を図ることができ紫外線照射のムラを低減することができ、液体の処理能力を向上することができ得る。
【０００９】
さらに、前記液体浄化処理装置（１０）は、前記処理路（１３）内には、紫外線透過性材料からなる保護管（３）が設けられ、前記紫外線ランプ（２）が前記保護管内に設置されており、前記処理路内を囲む外囲器内面は、反射面（８）とされ、前記反射面（８）には、前記紫外線ランプ（２）と直交する断面において前記保護管（３）と反射面（８）の間の位置に焦点（Ｆ）を有する放物線となる凹面鏡（９）を複数備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、凹面鏡により紫外線光を集光することができ、紫外線ランプ２から離れた場所においても照射光量を多くすることができる。よって、より一層紫外線照射のムラを低減することができ、液体の処理能力を向上することができ得る。
【００１１】
さらに、前記凹面鏡（９）が、回転放物面または、放物柱面であり、焦点位置（Ｆ）が前記反射面（８）近傍であることが好ましい。
焦点位置（Ｆ）を反射面近傍にすることで、紫外線エネルギーの低い紫外線ランプから離れた位置における処理力低減を集光することで高めることができる。
【００１２】
さらに、前記流入口（１１）および流出口（１３）が、前記外囲器（１）側面に外囲器中心軸に対し偏心した位置に対向するように設け、前記保護管（３）が、前記外囲器中心軸に対し偏心した位置に設けていることが好ましい。
このように、流入口（１１）、流出口（１３）および保護管（３）をオフセットすることで、流入する被処理水の流れが、保護管に直接ぶつからなくなり、処理路の流域面積を広くして液体の処理能力を向上することができ得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、紫外線による液体浄化の際に、紫外線により浄化される液体のムラを低減することができる。液体の清浄化処理は気泡発生装置により、液体の攪拌と紫外線の屈折を生じさせてムラを低減した紫外線照射をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係る第１の実施の形態の液体清浄化処理装置の構成の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１の液体清浄化処理装置の概略断面図で、（ａ）がＡ−Ａ線を通る水平面で切断した概略水平断面、（ｂ）がＢ−Ｂ線を通る垂直面で切断した概略垂直断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る第２の実施の態様に係る処理装置の構成の一例を示す概略水平断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る第２の実施の形態の紫外線反射面を示す部分展開図である。
【図５】図５は、図４の紫外線反射面の他の実施の形態を示す部分展開図である。
【図６】図６は、本発明に係る第３の実施の形態に係る処理装置の構成の一例を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、図６のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態である液体の浄化処理装置について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施態様に係る液体清浄化処理装置１０の構成の一例を示す概略斜視図、図２は図１の液体清浄化処理装置１０の概略断面図で、（ａ）がＡ−Ａ線を通る水平面で切断した概略水平断面、（ｂ）がＢ−Ｂ線を通る垂直面で切断した概略垂直断面図である。本実施形態の液体清浄化処理装置（以下「処理装置」と略して説明する。）１０は、円柱状のジャケット１と、ジャケット内部の紫外線ランプ２と、ジャケット中央に設けた紫外線透過性材料からなる保護管３と、円柱状ジャケット１の側面の一側に設けた流入口１１および流出口１２と、ジャケット１内の他方の側面側に設けた気泡発生装置５と、前記流入口１１に液体を送る輸液装置７から成る。
【００１７】
ジャケット１は円柱形状とされ、金属材料からなる外囲器である。ジャケットの内径の大きさと、ジャケット内径の中心軸方向の長さを比べたときに、中心軸方向の長さが長い円柱形状、すなわち横長の円柱形状としている。中心軸方向の長さを長くすることで、後述する液体の清浄化処理のための紫外線処理路の長さを長くすることができる。また、ジャケット１の内面、すなわち内周面は平滑度を高めた鏡面からなる反射面８としている。反射面８は紫外線ランプ２から照射された紫外線を反射する紫外線反射面となる。
【００１８】
ジャケット１に用いる金属はアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムを主成分とする合金、またはステンレスが好適である。アルミニウムは紫外線の反射率が高く、且つ、熱伝導率が高いからである。ステンレスはアルミニウムより耐薬品性に優れるとともに反射率が高いからである。熱伝導率が高いと紫外線ランプの点灯により生じた熱を効率よく外部に放熱することができる。紫外線反射率が高いと紫外線を効率良く利用することができる。また、反射面８は、ジャケット１の基材をそのまま用いたが、別途紫外線反射膜を内面に設けたものでもよい。また、金属材料のかわりに、紫外線ランプと対向する内面に紫外線を透過させない単層または複層の紫外線反射膜を設けた樹脂材料とすることもできる。
【００１９】
保護管３は、ジャケット１の中心軸上と同軸とした円筒状であって、石英ガラスなどの紫外線透過性材料により形成される。保護管３の端部３ａ、３ｂは、ジャケット１の円柱端面１ａ，１ｂに各々水密的に固定される。また、保護管３の内部には空気層４を介して紫外線ランプ２が配置される。
【００２０】
紫外線ランプ２は、細長い形状とされ、長さ方向の両端にランプ電極２ａが設けられている。本実施の形態においては１本の紫外線ランプをジャケット１の中心軸上に配設する。紫外線ランプ２としては、例えば、アルゴンガスおよびネオンガスと水銀を封入した水銀放電ランプを用いることができる。水銀を用いない紫外線ランプとしてキセノンガスとヨウ化キセノン（ＸｅＩ）封入した放電ランプやキセノンガスを封入しその励起光で紫外線を放射する蛍光体層を設けた放電ランプなども用いることができる。具体的には、例えばランプ長１５０ｍｍ、ランプ径４．７ｍｍの水銀放電ランプをランプ電流１０ｍＡにて点灯することで、２５４ｎｍと１８５ｎｍを主波長とする発光を得ることができる。
【００２１】
ジャケット１の反射面８と保護管３との間は、被処理水６が通る処理路１３となる。すなわち、紫外線ランプ２の外周を取囲むように処理路１３が形成される。
【００２２】
また、ジャケット１の円柱側面のうち上方となる一側の側面、図１においては紙面上側の側面には、流入口１１および流出口１２が設けられている。流入口１１は、ジャケット１の円柱端面１ａ側の円柱側面に設けられ、一方の開口が図示しないチューブを介して輸液装置７に接続され、他方の端部が処理路１３に接続している。流出口１２は、ジャケット１の円柱端面１ｂ側の円柱側面に設けられ、一方の開口が処理路１３に接続している。
【００２３】
処理路１３内で、流入口および流出口と反対側、すなわち、下方側に位置する円柱側面には、気泡発生装置５が設置されている。気泡発生装置５は図示しない電源に接続され、処理路１３を流れる被処理水６内に気泡５ａを発生させる。被処理水６を気泡５ａにて攪拌することができ、流入口１１から流出口１２に流れる対流による攪拌に加えて、気泡５ａによる攪拌を行なうことで、より一層攪拌することができる。これにより処理路１３を流れる被処理水６に対し、紫外線ランプ２による紫外線照射をムラなく行なうことができる。
【００２４】
紫外線ランプ２から放射された紫外線光は、最初に空気層４を照射する。そして、空気層４および保護管３を通った紫外線光が、処理路１３を流れる被処理水６を照射する。また、被処理水６を通った紫外線光の一部は、紫外線反射面８により反射した後に被処理水６を再び照射する。紫外線反射面８を設けることで紫外線ランプ２から遠い側を流れる被処理水６にも紫外線を照射することができるので、より一層紫外線エネルギーをムダなく活用できる。
【００２５】
処理路１３は、流入口１１と流出口１２を円柱側面の上側の面に設けることで、流入する被処理水６の圧力により生じる自然対流により、図１に矢印で模式的に示すような対流を生じる水路となる。このとき、底面となる円柱側面側で、流入口１１と流出口１２の間の位置に気泡発生装置５を設けることで、気泡による攪拌をより一層効率的に行なうことができる。また、気泡５ａ表面にて紫外線ランプ２から照射される紫外線光の進行方向が屈折し異なる方向に向かわせることができる。したがって、被処理水６に対し紫外線エネルギーを様々な方向から照射することができる。これにより、紫外線光が被処理水６全体に照射され、殺菌・消毒などの効果が上がる。
【００２６】
なお、気泡発生装置５から発生させる気泡５ａは、オゾンを含む空気が好適である。オゾンを含むことでオゾンによる殺菌作用により被処理水６を殺菌処理することもできるからである。また、紫外線ランプ２から照射する紫外線エネルギーの一部は気泡５ａの空気の一部を処理してオゾンに変化し、このオゾンも被処理水６を殺菌処理する。
【００２７】
ところで、紫外線ランプより照射される光は、光源であるランプから離れると減衰する。点光源からの照度（線量率）は光源からの距離の２乗で減少し、減衰後の線量率は、Ｉ＝Ｓ／４π２で表される。ここで、Ｉは照度（線量率）（μＷ／ｃｍ２）、Ｓは光源のエネルギー（μＷ）、ｘは距離（ｃｍ）である。この式から理解できるように、減衰を小さくするためには、できる限り紫外線ランプ１の近くにて紫外線処理することが好ましい。
【００２８】
したがって、保護管３は紫外線ランプ２に対し僅かに大きい内径のものとし、気泡５ａにより処理路１３内を流れる被処理水６を攪拌するようにしている。また、紫外線ランプ２から遠い位置においては、紫外線反射面８による紫外線光の反射光と気泡５ａに含まれるオゾンにより処理を行なう。これにより処理路１３内においてムラを低減して処理することができる。
【００２９】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の態様に係る処理装置２０の構成の一例を示す概略水平断面図である。また、第１の実施の形態の処理装置１０と同一の構成については、同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【００３０】
第２の実施の形態は、ジャケット１の紫外線反射面８に、凹面鏡９を複数設ける点が第１の実施の形態と異なり、他の点は第１の実施の形態と同一の構成としている。
【００３１】
凹面鏡９は、紫外線ランプ２と直交する断面において保護管３と反射面８の間の位置に焦点を有する放物線が現われる回転放物面形状、いわゆるパラボラ形状の凹面鏡である。複数の凹面鏡９は、反射面８の展開図にて図４に図示するように、複数の凹面鏡９が反射面８に整列して点在して配置されている。各々の凹面鏡９は焦点Ｆを処理路１３の反射面８近傍の位置となるように設定している。焦点Ｆを反射面８近傍に設定することで、紫外線ランプ２から遠い位置、すなわち、紫外線エネルギーが減衰している位置において、その紫外線光を焦点Ｆに集光することができ、焦点Ｆの位置においては紫外線エネルギーを高めることができ、紫外線処理を確実に行なうことができる。なお、焦点Ｆの焦点距離は、複数の凹面鏡９の全てが同一である必要はなく、異なる焦点距離としても良い。
【００３２】
＜第２の実施の形態の他の実施形態＞
凹面鏡９は、回転放物面形状に限るものではなく、回転放物柱面形状の凹面鏡とすることもできる。図５は回転放物柱面形状の凹面鏡を設けた反射面８を展開図にて示すものである。図５（ａ）は、回転放物柱面形状とした凹面鏡１９を放電ランプ２の管軸方向に７個の凹面鏡１９を整列したものである。この実施の形態においては、放電ランプ２の長さ方向に沿って、Ｃ環形状の凹面鏡１９が整列する。図５（ｂ）は、回転放物柱面形状とした凹面鏡１９を放電ランプ２の管軸と平行な凹面鏡１９を複数整列したものである。この実施の形態においては、放電ランプ２の長さ方向に沿った細長い形状の放物柱面の凹面鏡２９が反射面内面に６個整列する。
【００３３】
＜第３の実施の形態＞
図６は本発明の第３の実施の態様に係る処理装置３０の構成の一例を示す概略水平断面図である。また、第１の実施の形態の処理装置１０と同一の構成については、同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【００３４】
第３の実施の形態における処理装置３０においては、次の点で先の実施の形態で説明した処理装置と異なる。
すなわち、図６および図７に示すように流入口３１をジャケット１の一方の円柱端面（側面）１ａに設け、流出口３２をジャケット１の他方の円柱端面（側面）１ｂに偏心して設けている。また、保護管３および保護管３内に配置した紫外線ランプ２もジャケット１の中心軸に対して偏心して設けている。また、ジャケット１の内面は紫外線反射面８が形成され、図示しない微小な凹面鏡が形成されている。
【００３５】
第３の実施の形態における処理装置３０では、液体ポンプなどの輸液装置7により送られる被処理水は流入口３１からジャケット１内に流入し、流出口３２から流れ出る。このとき流入口３１と流出口３２は対向する位置に設けられているので、ほぼ直線状に流れることができ乱流となることを防ぐ。したがって、圧力損失も少なく、被処理水の流速制御により紫外線の被照射量をコントロールが行いやすくなる。また、流入口３１、流出口３２および保護管３が図６および図７に示すように側面に対する中心軸、すなわち紫外線ランプの管軸方向と平行な方向の中心軸に対し、偏心するようにオフセットして設けている。これにより被処理水がジャケット１内で流れる流水域を広くとることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３６】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。例えば、第１および第２の実施の形態の処理装置１０，２０においては、紫外線ランプ２が１本とした例を説明したが、２本以上の紫外線ランプを保護管３の内部に配置することもできる。紫外線ランプ２を複数とすることで、紫外線量を多くすることができ空気浄化量を増すことができる。
【００３７】
また、ジャケット１の内面を酸化チタンとすることもできる。酸化チタンからなる紫外線反射面とすることで、紫外線ランプ２から照射される紫外線エネルギーによる光触媒効果を得ることができる。これにより光触媒効果による被処理水の処理を加えることもできる。さらに、被処理水は、水に限るものでなく、水以外の液体、空気以外の気体を処理するものも本発明に包含される。
【００３８】
本発明に係る液体清浄化処理装置によれば、紫外線による清浄作用にムラを低減した処理装置を提供することができる。また、紫外線ランプと液体との間の距離を開けて、処理できる液体の容量を大きくしても液体の浄化処理能力の低下を抑制することができるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
これにより、液体清浄化が望まれる用途、例えば、浄水器、ウォータークーラー、加湿器、食器洗浄器、洗濯機、デンタルチェア、下水処理、上水処理、飲料水処理、有機物処理、細菌、原虫などの生物を含む液体処理などの各種液体処理設備において適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１ ジャケット（外囲器）
１ａ，１ｂ 円柱端面
１ｃ 円柱側面
２ 紫外線ランプ
２ａ ランプ電極
３ 保護管
４ 空気層（気体層）
５ 気泡発生装置
５ａ 気泡
６ 被処理水（液体）
７ 輸液装置
８ 紫外線反射面
９，１９，２９ 凹面鏡
１０，２０，３０ 液体清浄化処理装置
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 処理路（水路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線ランプと、前記紫外線ランプを収容する外囲器と、前記外囲器内を流れる被処理液とを備えた液体清浄化処理装置であって、
前記外囲器には、同じ側面に設けた流入口および流出口と、流入口および流出口に接続する処理路が設けられ、
前記処理路内の流入口および流出口を設けた側と対向する側面には、気泡発生器が設置してあることを特徴とする液体浄化処理装置。
【請求項２】
前記処理路内には、紫外線透過性材料からなる保護管が設けられ、前記紫外線ランプが前記保護管内に設置されており、
前記処理路内を囲む外囲器内面は、反射面とされ、
前記反射面には、前記紫外線ランプと直交する断面において前記保護管と反射面の間の位置に焦点を有する放物線となる凹面鏡を複数備えることを特徴とする請求項１に記載の液体浄化処理装置。
【請求項３】
前記凹面鏡が、回転放物面または、放物柱面であり、焦点位置が前記反射面近傍であることを特徴とする請求項２に記載の液体浄化処理装置。
【請求項４】
前記流入口および流出口が、前記外囲器側面に外囲器中心軸に対し偏心した位置に対向するように設け、
前記保護管が、前記外囲器中心軸に対し偏心した位置に設けていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体浄化処理装置。
【請求項１】
紫外線ランプと、前記紫外線ランプを収容する外囲器と、前記外囲器内を流れる被処理液とを備えた液体清浄化処理装置であって、
前記外囲器には、同じ側面に設けた流入口および流出口と、流入口および流出口に接続する処理路が設けられ、
前記処理路内の流入口および流出口を設けた側と対向する側面には、気泡発生器が設置してあることを特徴とする液体浄化処理装置。
【請求項２】
前記処理路内には、紫外線透過性材料からなる保護管が設けられ、前記紫外線ランプが前記保護管内に設置されており、
前記処理路内を囲む外囲器内面は、反射面とされ、
前記反射面には、前記紫外線ランプと直交する断面において前記保護管と反射面の間の位置に焦点を有する放物線となる凹面鏡を複数備えることを特徴とする請求項１に記載の液体浄化処理装置。
【請求項３】
前記凹面鏡が、回転放物面または、放物柱面であり、焦点位置が前記反射面近傍であることを特徴とする請求項２に記載の液体浄化処理装置。
【請求項４】
前記流入口および流出口が、前記外囲器側面に外囲器中心軸に対し偏心した位置に対向するように設け、
前記保護管が、前記外囲器中心軸に対し偏心した位置に設けていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体浄化処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２３７３６（Ｐ２０１２−２２３７３６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５６７９（Ｐ２０１１−９５６７９）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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