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管路及び水路兼用紫外線殺菌装置
説明

管路及び水路兼用紫外線殺菌装置

【課題】紫外線が到達されず殺菌が行われない殺菌死角領域を除去することができ、石英管に汚染物質が付着されることが防止されて、機械的石英管洗浄装置が必要のない管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を提供する。
【解決手段】殺菌対象処理水が流れる管路や水路に連結されたハウジング10と、ハウジングの投入口13を塞ぐカバー21と、カバーに吊り下げられて、上下に長く延長されたハンガー部材22と、それぞれ一側は塞がられ、他端は開口された長さの長い管部材で、ハウジングの複数列の流路12、12’、12’’に対応して上下複数列に排列されて、ハンガー部材に支持された複数の石英管23、23’、23’’が備えられたハンガー20と、石英管の開口に挿入されるランプ部31と、ランプ部の一端に結合されて、石英管の開口を塞ぐキャップ部32とが備えられた紫外線ランプ30とが含まれる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は管路及び水路兼用紫外線殺菌装置に関し、さらに詳しくは、複数の円形流路を形成し、流路の中心に紫外線ランプを位置させることによって、紫外線が到達されず殺菌が行われない殺菌死角領域を除去することができ、また、上記複数の円形流路の上下部を紫外線ランプが固定されたハンガーが出入りすることができるように連結した通過チャンネルを形成して、水路及び管路型兼用紫外線殺菌装置として用いることができ、紫外線ランプを取り囲む石英管に紫外線透過による殺菌機能は保持しながら、石英管に汚染物質が付着されることを防止して、機械的石英管洗浄装置が必要のない光触媒がコーティングされた管路及び水路兼用紫外線殺菌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、下水処理場で2次または3次的に沈澱処理された下水を河川に放流する前に、下水に含まれた微生物などの各種ウイルスを殺菌する。殺菌方法には、塩素殺菌法、紫外線殺菌法、オゾン殺菌法などの方法が用いられる。この中で、紫外線殺菌法は紫外線を放射して微生物の組職を破壊することによって微生物を非活性化させ、適正放射強度で数秒照射するだけで殺菌が可能であることから環境に優しいという評価を受けている。
【0003】
従来の下水処理場の開水路や管路に設置された紫外線殺菌装置は、紫外線ランプが上下左右方向の所定間隔で複数個が水の流れ方向に対して水平または垂直に設置されて、紫外線ランプ周辺を通る処理水に紫外線を照射させることによって処理水に残在している有害微生物を殺菌、除去する構造を有する。
【0004】
一般的に、紫外線殺菌装置は、直径が15〜30mmの円筒状の紫外線ランプを石英管の内部に保護して水中に設置し、上記紫外線ランプを中心に紫外線を放射して紫外線が水の中で透過する地域の微生物を殺菌処理する特性によって、紫外線が水の中で透過する領域を逸脱した地域には紫外線が照射されず殺菌処理できない非殺菌領域が発生する。これを解決するための方案として、韓国特許登録第0924392号には、図1aに示すような「紫外線照射死角領域を除去した紫外線を利用した殺菌浄化装置」が開示されている。図1に示された殺菌装置は、円筒体チューブ1内に紫外線ランプ3が挿入された石英管2を位置させることによって、紫外線が到達されず殺菌が行われない紫外線の照射死角領域を除去することができる構造を有する。しかし、上記発明は、紫外線ランプ3それぞれが円筒体チューブ1の長手方向に挿入される構造を有しているため、構造が複雑で、また、紫外線ランプ3を交換したり掃除の際に、紫外線ランプ3を一つずつ着脱しなければならないため非常に煩雑で、管路に連結して用いることができる構造で、管路に連結する際に流出入口4a、4bが既存の管路方向に対して90度または180度方向に切り替えて設置するしかない。また、上記発明は、紫外線ランプ3が円筒体チューブ1の長手方向に挿入される構造であるため、開放された水路に設置して用いることができないという短所を有する。図1bは図1aに示された発明のように、円筒体チューブ1’に石英管2’がチューブ1’の長手方向に挿入される構造を有する。その故に、図1bに示された発明も流出入口4a、4bが90度方向に転換されることによって管路に連結されることができるが、上方が開放された水路に連結しにくい構造を有する。
【0005】
一方、開放された水路に設置されて非殺菌領域を除去することができる技術として、図2に示された大韓民国実用新案登録第0295112号にはランプ3’’とランプとの間に表面が鏡面処理された反射体1’’を形成して、紫外線ランプで放射された紫外線を非殺菌領域にまで到逹するようにする方案が案出された。上記発明は、開水路に設置されて用いることができ、鏡面処理された反射体1’’によって紫外線が照射されない非殺菌領域を一部除去する効果があるが、紫外線ランプ3’’の間の空間と菱形の頂点部分は依然として紫外線が到達されず非殺菌領域で存在し、紫外線の照射死角領域を除去ための構造が菱形形態で同心円を成すことができないため流路の圧力損失が増加される問題があり、石英管の表面に苔及び有機物などの汚染物質を除去する洗浄装置を構造的に設置することができないという問題点で、汚染物質が紫外線を遮断して殺菌力が喪失されて、開放型紫外線殺菌装置が、石英管に苔などの汚染が深刻な下水処理場の処理水を殺菌処理する用途として用いる特性上紫外線殺菌装置として用いることができないという問題点がある。
【0006】
一般的に、紫外線の照射領域を流れる下水処理場の処理水には、有害微生物の外に微細な有機物質や浮游物が含まれており、これらは、紫外線ランプを保護する石英管の外表面に付着して有機物被膜を形成して、石英管を通じて水中に照射される紫外線を遮断して殺菌力を喪失するか、または石英管の周辺で浮游して紫外線の放射領域の範囲を狭くする問題点がある。即ち、処理水に含まれた浮游物質などによって濁度が高くなると、紫外線ランプから放射される紫外線が遠くまで照射されなくなり、石英管の表面に有機物が堆積して被膜を形成させるため、紫外線ランプの紫外線放射を顕著に低減させて微生物の殺菌処理が十分行われないという問題点を有する。
【0007】
これを解決するための従来方案として、紫外線ランプを水の中で保護する石英管の外周を囲むリング状のワイパーを設置し、上記ワイパーが石英管の外周に沿って長手方向に左右に移送されながら、石英管の表面を洗浄する機械的石英管洗浄装置に対して案出した。その例として、大韓民国特許登録第0453740号を挙げることができる。このような機械的石英管洗浄装置は、水路型紫外線殺菌装置で石英管の外表面を洗浄するために、石英管の外表面に発生した汚染物質を石英管の外径に適する金属材質のワイヤーブラシや、テフロン(登録商標)材質などのスリーブで摩擦させながら、空気及び油圧シリンダー方式や、軸の回転によってスリーブを往復させて汚染物質を除去する方式を採択しているが、これは石英管洗浄装置の使用期間が長くなるにつれて、石英管の汚染物質を除去するスリーブが摩耗されて緩くなったり、洗浄装置を構成する部品の頻繁な故障などによって、石英管の洗浄効率が低下して石英管に汚染物質が付着されて、石英管を通じて水中に透過される紫外線の量の減少によって殺菌力が減少するか、または完全に喪失するという問題点を有する。
【0008】
上記の機械的な石英管洗浄装置の問題点を解決するために、光触媒の超親水性と汚染物質の分解能力を利用して建築物の外壁の汚染物質を光分解作用によって表面を常に清潔に保持することができる自動洗浄機能を紫外線殺菌装置の石英管汚染防止に適用するために、石英管に二酸化チタンをコーティングして用いる試みがあった。韓国公開特許第2004−0056940号には、石英管の外表面に粒子型光触媒をバインダーとともに混合してコーティングして、殺菌及び汚染物質分解作用をする紫外線殺菌装置を記述している。
【0009】
上記のように、二酸化チタンを紫外線殺菌装置の石英管にコーティングして用いる場合は、二酸化チタンが紫外線を吸収して光触媒反応をする特性によって、紫外線ランプで照射された紫外線が石英管の外表面にコーティングされた二酸化チタンに吸収されてOHラジカルを生成して、汚染物質と殺菌作用をする光触媒反応で石英管に汚染物質が付着されることを防止し、石英管表面の微生物を殺菌処理することができるが、紫外線ランプで照射される紫外線の大部分が石英管にコーティングされた二酸化チタンに遮断されて、紫外線を水中に照射されることができず、透過される紫外線によって微生物を殺菌処理することができなく、石英管の外表面にコーティングされた二酸化チタンの表面に生成されたOHラジカルによる殺菌作用のみが可能であるため、二酸化チタン表面以外の地域は殺菌処理されず、殺菌の低下によって紫外線殺菌装置として用いることができないという問題点があった。
【0010】
特に、上記韓国公開特許第2004−0056940号のように、粉末型光触媒を無機性バインダーと混合して、約100℃で熱処理してコーティングして用いる場合は、粉末形態の二酸化チタン光触媒をシラン系無機バインダーと混合して石英管の表面にコーティングさせる過程で、光触媒活性のない無機バインダーが光触媒表面を被覆させて、紫外線と接触が遮断されて活性を現わすことができなくなり、また、光触媒を固定するバインダーが光触媒と汚染物質または微生物との接触を遮断して光触媒反応を顕著に低下するという問題点がある。
【0011】
また、上記のように、光触媒粉末をコーティングする場合、光触媒粒子の大きさより小さい光触媒コーティング層を得ることができないため、紫外線遮蔽効果の大きい二酸化チタンの特性によって、光触媒のコーティング層の厚さを調節して紫外線の透過量を調節することによって石英管の汚染防止機能を付与しながら、紫外線殺菌作用を行うことはほとんど不可能であり、また、長期間水の中で用いる場合、水の中でコーティング層が剥離されるという問題点がある。
【0012】
このような理由から、紫外線殺菌装置で石英管の役割は、水中に設置される紫外線ランプの電気的絶縁を保持させ、ランプで照射される紫外線を水中に損失されることなく伝達しなければならないため、石英管に二酸化チタンをコーティングする時、紫外線の遮断効果が大きい二酸化チタンは、紫外線ランプで照射される大部分の紫外線を光触媒層で遮断するため、紫外線殺菌装置に用いる石英管の外表面にコーティングして用いることが禁じられてきた。
【0013】
結果的に、上記の韓国公開特許第2004−0056940号のように、光触媒を石英管にコーティングして用いる紫外線殺菌装置は、石英管を通じて水中に照射される紫外線によって水中の微生物を一回通過させるだけで殺菌処理しなければならない紫外線殺菌装置の特性上、殺菌作用が石英管の外表面にコーティングされた光触媒の表面に限定されて、殺菌機能が顕著に低下されて殺菌効率が小さいため、石英管の汚染防止機能があるにもかかわらず今まで常用化されていなかった。
【0014】
一方、光触媒物質を石英管にコーティングしないで金属材質のコイル状スプリング担体にコーティングして、紫外線ランプが挿入された石英管の周りに充填した形態の紫外線殺菌装置を開発して、簡易水道施設などの飲用水殺菌装置として調逹庁優秀製品認証(第2009059号)を受けるほどに商用化に成功した。
【0015】
上記のような理由で、石英管の汚染を防止するためのコーティング方法は、紫外線殺菌装置が紫外線による殺菌機能を達するための紫外線の透過機能と石英管の外表面の汚染防止機能を有するためには、石英管の外表面にコーティングされる光触媒薄膜の厚さを調節することによって紫外線の遮断率を制御することができ、水中で長期間用いても剥離されない光触媒コーティング技術が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】大韓民国特許登録第0924392号
【特許文献2】大韓民国実用新案登録第0295112号
【特許文献3】大韓民国特許登録第0453740号
【特許文献4】大韓民国公開特許第2004−0056940号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
本発明は上記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は複数個の円形流路を形成し、流路の中心に紫外線ランプを位置させることによって、紫外線が到達されず殺菌が行われない殺菌死角領域を除去することができる管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を提供することである。
【0018】
また、本発明の他の目的は、紫外線ランプを取り囲む石英管に紫外線の遮断率が高い光触媒をコーティングする際に、光触媒によって遮断される紫外線の量を調節して透過される紫外線による殺菌機能を保持しながら、石英管に有機物が付着されることが防止されて、機械的石英管洗浄装置が必要のない管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記のような目的を達するために、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、殺菌対象処理水が流れる管路や水路上に連結されて、その内部を流れる処理水に紫外線を照射して殺菌する管路及び水路兼用紫外線殺菌装置において、流入口から排出口に繋がる円筒状の流路が上下複数列に配列され、隣接する流路の間には長手方向に長く切開された通過チャンネルが形成され、最上層に位置される流路の上部には長手方向に長く開放された投入口が形成され、上記管路や水路に連通されるように上記流入口と排出口とが管路や水路に連結されたハウジングと、上記ハウジングの投入口を塞ぐカバーと、上記カバーに吊り下げられて、上下に長く延長されたハンガー部材と、それぞれ一側は塞がられ、他端は開口された長さの長い管部材で、上記ハウジングの複数列の流路に対応されて、上下複数列に配列されて、上記ハンガー部材に支持された複数の石英管が備えられたハンガーと、上記石英管の開口に挿入されるランプ部と、上記ランプ部の一端に結合されて、上記石英管の開口を塞ぐキャップ部とが備えられた紫外線ランプとが含まれたことを特徴とする。
【0020】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記ハンガーは、隣接する石英管の間で上記ハンガー部材に支持されて、上記ハンガーの石英管が上記流路の中心に位置された状態で、上記ハウジングの通過チャンネルを遮断するようにその通過チャンネルに位置される遮断部材がさらに備えられることを特徴とする。
【0021】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記ハンガーは、石英管の外側表面に紫外線が透過される薄膜の二酸化チタンコーティング層が形成されることを特徴とする。
【0022】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記石英管の外側表面に無水アルコール溶媒に希釈したチタンアルコキシドコーティング溶液をコーティングし、上記チタンアルコキシドコーティング溶液がコーティングされた石英管を350〜600℃で熱処理して、チタンアルコキシドを二酸化チタンに転換させることを特徴とする。
【0023】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記チタンアルコキシドコーティング溶液は、円滑なコーティング工程を行うために、無水アルコール15〜40モル(mol)に界面活性剤としてジエタノールアミン0.1〜3モルを投入し、チタンアルコキシドを1〜3モル混合して、光触媒ゾルを製造する段階と、上記光触媒ゾルを無水アルコール溶媒で1〜3,000倍希釈させて、石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造する段階と、上記光触媒ゾルを石英管の外表面にコーティングし、350〜600℃で熱処理して、チタンアルコキシドを二酸化チタンに転換させる段階とを含むことを特徴とする。
【0024】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記チタンアルコキシドコーティング溶液は上記光触媒ゾルを希釈する過程を経ずに、無水アルコール4、500〜120,000モル(mol)にジエタノールアミン0.1〜3モルを混合し、チタンアルコキシドを1〜3モル混合して製造することを特徴とする。
【0025】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記チタンアルコキシドは、チタン酸-n-ブチル(titanium n-butoxide)、チタン酸テトライソブチル(titanium tetra-iso-butoxide)、チタンテトライソプロポキシド(titanium-tetra-iso-propoxide)、チタンイソプロポキシド(titanium-iso-propoxide)、チタンエトキシド(titanium ethoxide)の中の何れか一つから選択されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0026】
上記のような構成によって、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、複数個の円形流路を形成し、流路の中心に紫外線ランプを位置させることによって、紫外線が到達されず殺菌が行われない殺菌死角領域を除去することができるという長所を有する。
【0027】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、上記複数個の円形流路の上下部を紫外線ランプが固定されたハンガーが出入りすることができるように連結した通過チャンネルを形成して、既存の管路型殺菌装置の場合、紫外線ランプを交換したり、または石英管を洗浄する場合、個別的に石英管を着脱する煩雑さを水路型殺菌装置のように石英管が装着されたハンガーを着脱する方法で解決することができ、水路型殺菌装置は、水位調節と漏水問題により管路型殺菌装置に用いることができなかった問題点を上記複数個の円形流路で構成されたハウジングの上部と石英管が装着されたハンガーの上部の蓋が気密を保持することができるパッキング部材と固定部を備えて管路に連結することによって解決できるという長所を有する。
【0028】
また、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、紫外線ランプを取り囲む石英管に殺菌に必要な紫外線が透過されることができる薄膜の光触媒をコーティングすることによって、紫外線殺菌装置として殺菌機能を行うことができるとともに、石英管に有機物が付着されることが防止されて、機械的石英管洗浄装置が必要なくなるという長所を有する。
【0029】
特に、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、石英管の表面にコーティングされる光触媒の量を調節して紫外線の遮断率を制御する方法で、石英管を通じて水中に照射される紫外線の量を調節して、透過される紫外線による微生物殺菌機能を保持することができるとともに、石英管の汚染防止機能を有するという長所を有する。
【0030】
即ち、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、複数個の円形流路を形成し、流路の中心に紫外線ランプを位置させることによって、紫外線が到達されず殺菌が行われない殺菌死角領域を除去することができ、また、紫外線ランプを取り囲む石英管に光触媒をコーティングすることによって、石英管に有機物が付着されることが防止されて、機械的石英管洗浄装置が必要なくなるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1a】従来の紫外線殺菌死角領域を除去した構造を有する紫外線殺菌装置を示す図面である。
【図1b】従来の紫外線殺菌死角領域を除去した構造を有する紫外線殺菌装置を示す図面である。
【図2】従来の紫外線殺菌死角領域を除去した構造を有する紫外線殺菌装置を示す図面である。
【図3】本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を示す分解斜視図である。
【図4】本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置のハンガーと紫外線ランプを拡大して示す斜視図である。
【図5】本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置のハウジングの構造を拡大して示す斜視図である。
【図6】本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を正面で示す図面である。
【図7】図6のA部分を拡大して示す図面である。
【図8】本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を側面で示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下では、図面に示された実施例を参照して本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置をより詳しく説明する。
【0033】
図3は本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を示す分解斜視図であり、図4は本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置のハンガーと紫外線ランプを拡大して示す斜視図であり、図5は本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置のハウジングの構造を拡大して示す斜視図であり、図6は本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を正面で示す図面であり、図7は図6のA部分を拡大して示す図面であり、図8は本発明の一実施例による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置を側面で示す図面である。
【0034】
図面によれば、本発明による管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、殺菌対象処理水が流れる管路や水路上に連結されて、その内部で流れる処理水に紫外線を照射して殺菌する装置であって、ハウジング10、ハンガー20及び紫外線ランプ30で構成される。
【0035】
上記ハウジング10は管路や水路上に連結されて、処理対象水が流れる通路を形成するための構成である。本発明は上記ハウジング10の本体11に対象処理水が流れる通路、即ち流路12、12’、12’’が上下複数列に配列され、その流路12、12’、12’’それぞれは円筒状に形成されて、その円筒の中心に位置されたランプ部31から放射される紫外線が紫外線の到達半径Rより小さい半径を有するように形成された円筒の内面まで全部到達されるようにして、紫外線が到達されず殺菌が行われない殺菌死角領域が除去されることを特徴とする。図面によれば、上記複数の流路12、12’、12’’はそれぞれ流入口から排出口に繋がる円筒状に形成され、複数の列が上下に配列され、その複数の列に配列された流路12、12’、12’’にランプ部31が挿入された石英管24、24’、24’’が上部から下方へ挿入されることができる構造を有する。このために、上下複数列に配列された流路12、12’、12’’に隣接する流路の間には長手方向に長く切開されて、上下に開放された通過チャンネル12a、12a’、12a’’が形成され、最上層に位置される流路の上部には長手方向に長くハウジング10の上方に開放された投入口13が形成される。本発明は、上下に複数の流路12、12’、12’’が配列され、その間に通過チャンネル12a、12a’、12a’’で開放されたモジュールが幅方向に複数個配列されて、処理対象水が通過されることができる全体流量を大きくすることができる。上記のように、上下方向に流路12、12’、12’’と通過チャンネル12a、12a’、12a’’とが順次に形成され、上部に投入口13が形成されたハウジングは、管路や水路に連通されるように上記流路12、12’、12’’の流入口と排出口が管路や水路に連結される。一方、上記流路12、12’、12’’を処理対象水が早い速度で流れる場合、対象処理水の流れは層流(laminar flow)の形態を有するようになるが、この場合、紫外線ランプ30のランプ部31から距離が近い所と遠い所に流れる時には紫外線の到達量の差が発生される。従って、上記流路12、12’、12’’の内側面には層流を撹乱させて乱流(turbulent flow)が形成されるようにするための突出された構造の流動撹乱部材が交互にまたは螺旋状に配置されて設置されることが好ましい。
【0036】
上記ハンガー20は、上記ハウジング10の流路12、12’、12’’にランプ部31が挿入された状態の石英管23、23’、23’’を一体に挿入させることができるように、石英管23、23’、23’’が吊り下げられた構造の構成で、カバー21、ハンガー部材22、石英管23、23’、23’’及び遮断部材24、24’、24’’で構成される。
【0037】
上記カバー21は上記ハウジング10の上部に形成されている長手方向に長く切開されて、上方に開放された投入口13を塞ぐための構成である。本発明は上記カバー21が投入口13を塞いで漏水が発生されないようにパッキングやシーリングとして用いている構造であるので、上方が開放された水路だけではなく管路にも利用されることができる。上記カバー21には、上記ハンガー20の石英管23、23’、23’’に挿入されたランプ部31から引出される電源ケーブル33が通るためのケーブル通孔21aがカバー21の一側端部に上下貫通して形成される。上記電源ケーブル33が通過された状態で上記ケーブル通孔21aは対象処理水が漏れないように密封される。
【0038】
上記ハンガー部材22は上記石英管23、23’、23’’と遮断部材24、24’、24’’を上記カバー21の下部に吊り下げることができるようにするための部材である。図面によれば、上記ハンガー部材22は上記カバー21に吊り下げられて上下に長く延長される。上記石英管23、23’、23’’と遮断部材24、24’、24’’は長さの長い構造を有するので、上記ハンガー部材22は上記カバー21の両側端部にそれぞれ備えられて、一対が対向するように備えられる。上記石英管23、23’、23’’は内部に挿入される紫外線ランプ31が対象処理水に直接接触されないようにし、その紫外線ランプ31から放射される紫外線を通過させるための管体で、上記ハウジング10の流路12、12’、12’’に対応して複数の列に上記ハンガー部材22で上下に配列されて吊り下げられる。図面によれば、上記石英管23、23’、23’はそれぞれ一側は塞がられ、他端は開口された長さの長い管部材で、上記ハウジング10の複数列の流路12、12’、12’’に対応して上下複数列に配列されて上記ハンガー部材に支持される。上記のように、上下に配列された石英管23、23’、23’’それぞれの内部に上記紫外線ランプ30のランプ部31が挿入される。
【0039】
上記遮断部材24、24’、24’’は上記ハウジング10の流路12、12’、12’’の間に形成された通過チャンネル12a、12a’、12a’’を遮断して、その通過チャンネル12a、12a’、12’’で処理対象水が流れないようにするための構成である。本発明は上記流路12、12’、12’’が円筒状に形成されて、その内部を流れる処理対象水全体に紫外線ランプ31から放射される紫外線が全部到達されることができる構造を有するようにするためのものである。ハンガー20の投入の時、紫外線ランプ30のランプ部31が挿入された石英管23、23’、23’’の通過のために必要な通過チャンネル12a、12a’、12a’’が塞がられていない場合、その通過チャンネル12a、12a’、12a’’に処理対象水が流れて、この部分は紫外線が到達されないことにもなる。本発明は上記通過チャンネル12a、12a’、12a’’を上記遮断部材24、24’、24’’で塞いで、通過チャンネル12a、12a’、12a’’で処理対象水が流れないで、円筒状の流路12、12’、12’’のみで流れることができるようにしたことを特徴とする。図面によれば、上記遮断部材24、24’、24’’は隣接する石英管23、23’、23’’の間で上記ハンガー部材22に支持され、上記ハンガー20の石英管23、23’、23’が上記流路12、12’、12’’の中心に位置された状態で、上記ハウジング10の通過チャンネル12a、12a’、12a’’を遮断するようにその通過チャンネル12a、12a’、12a’’に挿入されて通過チャンネル12a、12a’、12a’’に位置される。一方、上記遮断部材24、24’、24’’は上記通過チャンネル12a、12a’、12a’’に挿入された状態で流路12、12’、12’’に露出される上下側部面は、上記流路12、12’、12’’の円筒状の内面のように曲面に形成されることが好ましい。
【0040】
上記紫外線ランプ30は上記ハンガー20に吊り下げられて、ハンガー20と一体になって上記ハウジング10に投入される。上記紫外線ランプ30は上記石英管23、23’、23’のそれぞれの開口に挿入されて、電源の供給によって紫外線を発散するランプ部31と、上記ランプ部31の一端に結合されて、上記ランプ部31が石英管23、23’、23’’に挿入された状態で、上記石英管23、23’、23’’の開口を塞ぐキャップ部32と、上記キャップ部32から引出されて、外部の電源供給装置に連結される電源ケーブル33とで構成される。上記のように構成された紫外線ランプ30は、ランプ部31が石英管23、23’、23’’に挿入された状態で、ハンガー20と一体になって、上記ハウジング20の投入口13を通じて各石英管23、23’、23’’が各流路12、12’、12’’に位置されるように上記ハウジング20に投入されて装着される。
【0041】
一方、上記のように、ハンガー20に吊り下げられて、上記ハウジング20の流路12、12’、12’’のそれぞれに石英管23、23’、23’’が投入された状態で、対象処理水と接触されるため、時間が経つにつれて石英管23、23’、23’に有機物が付着されることによって、紫外線の透過率が低下し、これを防止するためには、石英管23、23’、23’’の外面を周期的に掃除することが必要である。しかし、本発明は、石英管23、23’、23’’の外面に二酸化チタンを薄膜としてコーティングすることによって、有機物が石英管23、23’、23’’の表面に付着されることを完全に遮断したことを特徴とする。このために、本発明は上記石英管23、23’、23’’の外側表面に紫外線が透過されることができる薄膜の二酸化チタンコーティング層が形成されたことを特徴とする。石英管23、23’、23’’の外側表面に二酸化チタンをコーティングすることによって、有機物が石英管23、23’、23’’の外側表面に付着されることを防止する。これは光触媒反応を利用したのである。光触媒反応は、光触媒にバンドギャップエネルギー(band gap energy)以上の光エネルギーを光触媒に照射した時、電子の移動によって正孔が発生し、正孔によって生成される水酸化ラジカル(OHラジカル)の強力な酸化力で光触媒の表面に吸着された有機物が酸化・分解される反応を言い、酸とアルカリに安定的な二酸化チタンが知られており、多様な分野に活用されている。
【0042】
上記二酸化チタン光触媒に紫外線が照射された場合、表面でOHラジカルを形成して、汚染物質の酸化と殺菌作用をし、水との親和性が急激に増加する超親水性を現して、異物が光触媒コーティング面には付着しない特性と汚染物が付着しても光分解作用によって分解されるので、表面を常に清潔に保持する特性を利用して、建築物に光触媒をコーティングして外壁が雨水などによって自動的に掃除されるようにして分野に活用されている。
【0043】
一般に、粒子形態の二酸化チタン(TiO2)光触媒の表面には表面に結合することができる水酸基(−OH)のような官能基(funtional group)がなくて、硝子などとバインダーなしには付着またはコーティングすることができないが、シラン系バインダーを用いてバインダーの水酸基(−OH)と硝子表面の水酸基(−OH)が熱処理過程で縮合されて、水が抜けながら化学的結合が生成され、上記バインダーの間に粒子型光触媒を固定する方法で表面に固定することができる。
【0044】
このように、コーティングしようとする基材とコーティングさせようとする物質にシラノール基(OH)のような官能基が存在する場合、熱処理過程で縮合されて、水が抜けながら化学的に安定な結合をして、非常に強力なコーティング膜を得ることができると知られており、硝子玉に二酸化チタン前駆物質であるチタンイソプロポキシドをコーティングして熱処理すれば、バインダーなしでも堅固なコーティング膜を得ることができる。
【0045】
一方、石英管の場合、二酸化ケイ素(SiO)で構成されて、官能基である−OH基がなくて、二酸化チタン前駆物質であるチタンイソプロポキシドを石英管にコーティングして熱処理しても化学的に結合することができなくて、理論的に堅固な二酸化チタン(TiO)薄膜を得ることができなく、簡単に剥離されると知られている。このような理由で、二酸化チタンをコーティングするために大部分の先行技術ではバインダーを用いている。
【0046】
しかし、二酸化チタンは紫外線遮断効果が大きいことから、二酸化チタンを既存のようにバインダーを用いる方法で石英管にコーティングする場合、紫外線の透過量が確保されず殺菌装置として機能を保持することができなくなる。
【0047】
本発明は、石英管の外面に二酸化チタンをコーティングしながら紫外線の透過量を確保するためには、石英管にコーティングされる量が極少量でなければならないという点と、一般に水処理装置に用いる石英管が100%の二酸化ケイ素(SiO)ではないNa、Al、Feなどの多様な陽イオンの不純物を含有する点に着眼して、上記陽イオンに結合された−OH基と二酸化チタン前駆物質のチタンイソプロポキシドの−OH基が熱処理過程で縮合反応によってバインダーなしに堅固で、且つ紫外線の透過率の高い二酸化チタン薄膜を石英管の表面にコーティングすることを特徴とする。
【0048】
特に、本発明は、紫外線がよく吸収され、紫外線の遮断力が強い二酸化チタンを石英管に紫外線の遮蔽率を小さくしながらコーティングするために、石英管にコーティングされる二酸化チタンの量を石英管にコーティングする二酸化チタンの光触媒前駆体であるチタンイソプロポキシドの濃度を調節する方法で調節することによって、石英管内部の紫外線ランプで照射される紫外線の遮蔽率を制御することを特徴とする。
【0049】
二酸化チタンによって遮断される紫外線が3%以下である場合、透過される紫外線が多くて殺菌力の低下は少ないものの、光触媒による石英管の汚染防止機能が十分でない虞がある。反対に、紫外線がたくさん遮断される場合、汚染防止機能はよくなるものの、透過される紫外線が少なくて殺菌効率は低くなる虞がある。一方、紫外線遮断率が50%以上で、光触媒がコーティングされる場合、石英管の汚染防止機能は十分に発揮されるが、水中に透過される紫外線の量が少なくなって、殺菌力の低下により殺菌装置本然の機能が喪失されることができる。このため、好ましくは3〜10%の紫外線が遮断される量のみの光触媒をコーティングすることが好ましい。
【0050】
二酸化チタン分子が均一の光触媒が石英管表面にコーティングされる場合が最も理想的であるが、現実的に調節することができないので、一分子層から数分子層までコーティングされるようにすることが重要である。光触媒反応は光が照射される表面のみで行われるため、コーティング層が厚いからといって光触媒反応による汚染物質除去機能が増加するのではなく、紫外線遮断量が増加するから、コーティング層の厚さを調節することが非常に重要である。
【0051】
本発明は、上記石英管に汚染防止機能を付与しながら、紫外線による殺菌作用を具現するために二酸化チタン光触媒の前駆体となるチタンイソプロポキシド、チタンエトキシド、チタンブトキシドなどのチタンアルコキシドを溶媒として用いる無水エタノール、プロパノール等に希釈する方法で、石英管にコーティングされる光触媒の量を調節して石英管の内部の紫外線ランプで照射される紫外線の遮蔽率が0〜99.99%まで制御される方法を特徴とする。
【0052】
石英管の表面にコーティングされる光触媒コーティング層の厚さを調節するために、通常の浸漬法を利用する場合、熱処理後にコーティング層の厚さをある程度調節することは可能であるが、このような方法は、石英管がコーティング液の中で上昇する速度とコーティング室の温度によってコーティングされる量が異なるため、コーティング層の厚さを調節することは限界がある。
【0053】
先行文献などで粒子型光触媒とバインダーを用いた場合、浸漬法(Dip caoting)、スプレー法などの方法でコーティングしても、光触媒粒子が有する厚さと、光触媒をバインダーで囲んで固定する特性上、コーティング層の厚さを調節して紫外線遮蔽率を3〜10%程度に低い水準に調節することができないため、コーティングされる二酸化チタンの紫外線遮蔽効果が大きくて紫外線殺菌装置として用いることができない。
【0054】
本発明は、紫外線による殺菌力の損失を最小化しながら石英管の汚染防止目的を達することができるようにするために、一般に、光触媒反応に用いる二酸化チタン光触媒ゾルをそのまま用いないで、無水溶媒で5〜1,000倍まで希釈して製造した石英管コーティング専用光触媒ゾルをディブコティング方法で石英管の表面に均一にコーティングさせた後乾燥して熱処理することによって、紫外線の遮蔽率が3〜30%の薄膜の二酸化チタンコーティング層を得ることを特徴とする。
【0055】
以下では、二酸化チタンを石英管に薄膜としてコーティングする過程を詳しく説明する。
【0056】
二酸化チタン光触媒ゾルを製造するために、エタノール:チタンイソプロポキシド:ジエタノールアミンをモル比(mole ratio)で15〜40:1〜3:0〜3になる量で混合して製造する。まず、容器内に15〜40モルのエタノールを投入し、次に0〜3モルのジエタノールアミンを投入してよく撹拌させる。その後、1〜3モルのチタンイソプロポキシドをよく混合されるように撹拌させて、二酸化チタン光触媒ゾルを製造して密封して保管する。
【0057】
本発明によれば、紫外線透過力が低い二酸化チタンは、コーティング層が厚いほど紫外線の遮断率が急激に増加される。二酸化チタン光触媒によって紫外線を利用した水処理装置の石英管汚染防止と殺菌装置としての目的を達するために、紫外線の透過率が70〜97%になる超微細薄膜形態の二酸化チタンがコーティングされた石英管を製造する本発明は、光触媒ゾルをアルコール溶媒で希釈して、光触媒ゾルの中のチタンイソプロポキシド濃度を調節することによって、熱処理後に石英管にコーティングされる二酸化チタンの量(厚さ)を調節することを特徴とする。
【0058】
本発明は、二酸化チタンが超微細薄膜形態にコーティングされるようにするために、上記の二酸化チタン光触媒ゾルを5〜1,000倍まで無水アルコール溶媒(エタノール)を用いて希釈して、汚染防止のための石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造し、紫外線を利用した水処理装置が均一な殺菌力と汚染防止機能を発揮するために、石英管の一側端部を塞ぎ、上記石英管コーティング専用光触媒ゾルが収納された容器の中に石英管を浸漬した後、石英管を同じ速度で容器の外に上昇させるか、容器下部の排出口を通じて石英管コーティング専用光触媒ゾルを所定速度で排出させる浸漬方法によって、上記石英管コーティング専用光触媒ゾルを石英管に均一にコーティング処理することを特徴とする。
【0059】
上記のように、石英管コーティング専用光触媒ゾルでコーティングされた石英管は、常温〜80℃で5〜60分間乾燥した後、電気炉で350〜600℃の温度で30分から3時間熱処理すると、紫外線透過率が0〜99.99%になる多様な超微細薄膜形態の二酸化チタンがコーティングされた石英管を得ることができる。本発明は紫外線による殺菌機能と二酸化チタンコーティング層による石英管外面への異物付着防止機能を考慮して、紫外線透過率が70〜97%のコーティング層を得ることを特徴とする。
【0060】
本発明では、石英管コーティング工程の品質管理のために、石英管表面の二酸化チタン薄膜の厚さを電子顕微鏡などを用いて測定するために、石英管を切断して測定用試片を製作しなければならない煩雑さと、測定された二酸化チタンの厚さから紫外線透過率との相関関係を求めなければならない問題点を、紫外線光度計(DELTA OHM社製造、Model No.HD 9021)を活用して解決して、二酸化チタン光触媒コーティング前後の紫外線透過度を測定する。そして、紫外線(UV−C)透過度が70〜97%の範囲(紫外線遮蔽率3〜30%)になる石英管を紫外線殺菌装置に用いることが妥当であると思う。
【0061】
二酸化チタン光触媒ゾルを無水エタノール、プロパノールなどのような多様な形態の無水アルコールを溶媒として5〜1,000まで希釈する方法で、石英管にコーティングされる二酸化チタンの量を調節することが可能であるが、希釈用溶媒としては、二酸化チタン光触媒ゾルを製造する際に用いる同種類のアルコールを用いることが希釈する時均一によく混合されることができて好ましい。
【0062】
紫外線光度計を用いて二酸化チタン光触媒がコーティングされた石英管に対するコーティング前後の紫外線透過度を測定する方法は、石英管の内部に紫外線ランプを入れ、測定者の安全を考慮して石英管の直径と長さより大きい管に石英管が中心部に位置されるように固定して、紫外線が外部に漏出されないようにする。紫外線ランプフィラメントでランプの中間地点の間に開いた紫外線強度測定器具を通じて照射される紫外線を光度計を利用して紫外線量を測定する方法で石英管の紫外線透過率を測定する。
【0063】
以下で、実施例を通じて本発明を具体的に説明する。しかし、下記の実施例は本発明を具体的に説明するためのものであって、これら実施例によって本発明の範囲を限定するのではない。
【0064】
<実施例1>
光触媒ゾルを製造するために、1,000mlの無水エタノール(Ethanol Anhydrous)を撹拌可能で且つ外部空気と密閉可能な容器に入れ、50mlのジエタノールアミン(Diethanolamine)を滴下しながら30分間混合し、上記混合溶液に150mlのチタンイソプロポキシド(Titanium-iso-propoxide)を徐徐に約1〜3時間滴下しながら混合して二酸化チタン光触媒ゾルを製造する。
【0065】
石英管に上記の光触媒ゾルをコーティングするために、上記光触媒ゾルの量に対して5倍〜1,000倍の無水エタノールを添加して、よく混合して石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造し、上記石英管コーティング専用光触媒ゾルを石英管の長さ及び直径より大きい円筒状の容器にコーティングしようとする石英管の長さだけ充填し、石英管を1m/分の速度で上昇させながら石英管の外表面にコーティングする。
【0066】
上記のような方法でコーティングされた石英管は80℃で30分間乾燥させ、450℃で2時間の間熱処理する。
【0067】
上記の一連の方法によって、二酸化チタン光触媒ゾルをエタノールに各割合どおり希釈して製造した石英管コーティング専用光触媒ゾルを石英管にコーティングして熱処理して、紫外線光度計で測定した透過率を以下の表1に示した。表1は二酸化チタン光触媒ゾルの希釈倍数による石英管の紫外線透過率を整理したのである。
【0068】
【表1】

【0069】
<実施例2>
二酸化チタン光触媒ゾルを製造した後、アルコール溶媒で希釈して石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造する過程によらず、直接石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造する方法で、1,000Lの無水エタノール(Ethanol Anhydrous)を撹拌可能で且つ外部空気と密閉可能な容器に入れて、50mlのジエタノールアミン(Diethanolamine)を滴下しながら30分間混合し、上記混合溶液に150mlのチタンイソプロポキシド(Titanium-iso-propoxide)を徐々に約1〜3時間滴下しながら混合して、石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造する、
石英管に上記石英管コーティング専用光触媒ゾルをコーティングするために、石英管の長さ及び直径より大きい円筒状の容器にコーティングしようとする石英管長さだけ上記石英管コーティング専用光触媒ゾルを充填し、石英管を1m/分の速度で上昇させながら石英管の外表面にコーティングする。
【0070】
上記のような方法でコーティングされた石英管は80℃で30分間乾燥させ、450℃で2時間熱処理する。
【0071】
本発明は、石英管に紫外線透過力の弱い光触媒をコーティングして、新水性発現及び、石英管に付着される汚染物質を分解する光触媒反応を通じて石英管汚染防止機能を発現し、一方、紫外線ランプで照射される紫外線を水中に伝達して、殺菌装置としての目的も達しなければならないので、石英管にコーティングされる二酸化チタンの量の調節が非常に重要である。
【0072】
本発明によれば、二酸化チタン光触媒ゾルを1,000倍に希釈した場合、96%の紫外線透過率が見られるが、5倍希釈した場合、96%の紫外線が遮断されるので、紫外線を利用した水処理装置に用いる石英管は、殺菌効率を考慮して1,000倍〜200倍の範囲で決めることが妥当であり、好ましくは、二酸化チタン光触媒ゾルを1,000倍〜500倍希釈して石英管にコーティングすることが好ましい。
【0073】
本発明によれば、石英管コーティング専用光触媒ゾルを直接製造する方法も可能であるが、二酸化チタン光触媒ゾルを希釈する過程を通じて石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造する長所は、二酸化チタンの含有量を容易に調節することができ、必要時に石英管コーティング専用光触媒ゾルを製造することができるという点である。
【0074】
本発明によれば、二酸化チタンの前駆体になる物質としては、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシドなどのチタンアルコキシド系の化合物であれば何れの物を使っても構わなく、チタンイソプロポキシドが良い。
【0075】
上記で説明され、図面に示された管路及び水路兼用紫外線殺菌装置は、本発明を実施するための一つの実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものと解釈してはいけない。本発明の保護範囲は以下の特許請求の範囲に記載された事項によって定められるべきであり、本発明の要旨を逸脱することなく改良及び変更された実施例は本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって自明であり、本発明の保護範囲に属するとすべきである。
【符号の説明】
【0076】
10:ハウジング
11:本体
12、12’、12’’:流路
12a、12a’12a’’:通過チャンネル
13:投入口
20:ハンガー
21:カバー
22:ハンガー部材
23、23’、23’’:石英管
24、24’、24’’:遮断部材
30:紫外線ランプ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
殺菌対象処理水が流れる管路や水路上に連結されて、その内部を流れる処理水に紫外線を照射して殺菌する管路及び水路兼用紫外線殺菌装置において、
流入口から排出口に繋がる円筒状の流路が上下複数列に配列され、隣接する流路の間には長手方向に長く切開された通過チャンネルが形成され、最上層に位置される流路の上部には長手方向に長く開放された投入口が形成され、前記管路や水路に連通されるように前記流入口と排出口が管路や水路に連結されたハウジングと、
前記ハウジングの投入口を塞ぐカバーと、前記カバーに吊り下げられて、上下に長く延長されたハンガー部材と、それぞれ一側は塞がられ、他端は開口された長さの長い管部材で、前記ハウジングの複数列の流路に対応して上下複数列に配列されて前記ハンガー部材に支持される複数の石英管とが備えられたハンガーと、
前記石英管の開口に挿入されるランプ部と、前記ランプ部の一端に結合されて、前記石英管の開口を塞ぐキャップ部とが備えられた紫外線ランプとが含まれることを特徴とする管路及び水路兼用紫外線殺菌装置。
【請求項2】
前記ハンガーは、隣接する石英管の間で前記ハンガー部材に支持されて、前記ハンガーの石英管が前記流路の中心に位置された状態で前記ハウジングの通過チャンネルを遮断するように、その通過チャンネルに位置される遮断部材がさらに備えられることを特徴とする請求項1に記載の管路及び水路兼用紫外線殺菌装置。
【請求項3】
前記ハンガーは、石英管の外側表面に紫外線が透過される薄膜の二酸化チタンコーティング層が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の管路及び水路兼用紫外線殺菌装置。

【図1a】
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【図1b】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−111577(P2013−111577A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−257407(P2012−257407)
【出願日】平成24年11月26日(2012.11.26)
【出願人】(512305475)ステリリゼーション アンド プリフィケーション エンヴィロンメンタル テクノロジー カンパニー リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】Sterilization & Purification Environmental Technology CO., LTD.
【Fターム(参考)】