説明

紫外線照射装置

【課題】紫外線の照射量の低下を抑制しつつ、被処理液の微生物の殺滅、有機物の酸化分解、その他の有毒物質の分解などをなし得ることを課題とする。
【解決手段】被処理液の流入口15及び流出口16が設けられた容器14と、この容器14内に配置され,紫外線透過性を有する保護管17と、この保護管17内の挿入された紫外線ランプ20と、前記保護管17の内面,外面の少なくともいずれか一方に被覆されたFEP膜19とを具備し、前記FEP膜19と接する前記保護管17の面が凹凸面であることを特徴とする紫外線照射装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は紫外線照射装置に関し、特に紫外線ランプが内挿された保護管を備えた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、紫外線を水等の被処理水に照射して被処理水中の微生物の殺滅、有機物の酸化分解、その他の有毒物質の分解などを行う紫外線照射装置が知られている。この紫外線照射装置の具体例としては、例えば特許文献1,特許文献2,特許文献3が知られている。
【0003】
特許文献1は、紫外線ランプと、この紫外線ランプが挿入された紫外線透過性のガラス管と、このガラス管を被覆するふっ素樹脂膜と、ガラス管とふっ素樹脂膜と接合する,前記ガラス管を構成する分子と前記ふっ素樹脂膜を構成する分子とが化学結合した化学結合層とを備えた紫外線照射装置を開示している。
【0004】
特許文献2は、光照射ランプを内蔵した投光管を処理筒内に挿填して、液体中の細菌の殺菌等の光照射を行う際に投光管の外部に設けた回転ネジ軸を正転及び逆転させて、回転ネジ軸に螺動可能に装填しているクリーニング体を投光管に沿って反復移動させて、投光管に付着するスケールを剥離等する光照射装置であり、投光管にふっ素樹脂又はふっ素膜が被覆されている光照射装置を開示している。
【0005】
特許文献3は、殺菌ランプを使用して水の殺菌を行う装置において、紫外線透過ガラスと水とが接触するガラス表面を紫外線透過性防汚塗料でコーティングすることを特徴とする紫外線殺菌装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−249239号公報
【特許文献2】特開平10−249334号公報
【特許文献3】特開平2−218491号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述した装置では、ガラス管又は投光管の外表面に被処理液の微生物、有機物質等のその他の汚物が付着すると、紫外線の照射が妨げられるため、所望の能力が得られないという課題があった。そこで、こうした課題を解決するためにガラス管又は投光管にふっ素樹脂チューブを被覆する方法が試みられている。しかし、この場合、ガラス管の内面,ガラス管の外面,ふっ素樹脂チューブの内面及びふっ素樹脂チューブの外面の4つの境界面が存在することになるため、正反射が増加することになり、紫外線の照射量が大幅に低下するという新たな課題があった。
【0008】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、ふっ素樹脂膜と接する保護管の内面及び外面の少なくともいずれか一方の面に凹凸面を形成することにより、紫外線の照射量の低下を抑制しつつ、被処理液の微生物の殺滅、有機物の酸化分解、その他の有毒物質の分解などをなし得る紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る紫外線照射装置は、被処理液の流入口及び流出口が設けられた容器と、この容器内に配置され,紫外線透過性を有する保護管と、この保護管内の挿入された紫外線ランプと、前記保護管の内面,外面の少なくともいずれか一方に被覆されたふっ素樹脂膜とを具備し、前記ふっ素樹脂膜と接する前記保護管の面が凹凸面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、紫外線の照射量の低下を抑制しつつ、被処理液の微生物の殺滅、有機物の酸化分解、その他の有毒物質の分解などをなし得る紫外線照射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】図1は、本発明の実施形態に係る紫外線照射装置の全体を示す概略図である。
【図2】図2は、図1の要部を部分的に拡大して示す断面図である。
【図3】図3は、本発明にかかる紫外線照射装置及び比較品である紫外線照射装置を用いて通水による水中残留塩素の分解試験を行う場合の試験装置の概略説明図である。
【図4】図4は、図3の試験装置による理論装置内滞留時間の特性図である。
【図5】図5は、石英製ガラス層とふっ素樹脂層との界面における反射光と拡散透過光との関係を示す説明図である。
【図6】図6は、石英製ガラス層に形成された凹凸面の凸部の山が小さい場合及び大きい場合において紫外線による拡散透過光の状態を示す説明図である。
【図7】図7は、図6(B)の部分拡大図である。
【図8】図8は、石英製ガラス層に形成された凹凸面の筒部の山の角度が広い場合の紫外線による反射光と拡散透過光の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の紫外線照射装置について更に詳しく説明する。
(1) 本発明に係る紫外線照射装置は、上述したように、容器と、紫外線透過性を有する保護管と、この保護管内の紫外線ランプと、保護管の内面,外面の少なくともいずれか一方に被覆されたふっ素樹脂膜とを具備し、ふっ素樹脂膜と接する前記保護管の面が凹凸面であることを特徴とする。
【0013】
(2) 上記(1)の紫外線照射装置において、保護管の凹凸面が十点平均粗さ23.2μm以下に粗面化処理されていることが好ましい。これにより、紫外線ランプから照射された紫外線が保護管とふっ素樹脂膜との境界での紫外線透過の減少を抑制することができる。なお、凹凸面が十点平均粗さ23.2μmを超えると、紫外線透過の減少を十分抑制することができない。
【0014】
(3) 上記(2)の凹凸面は、例えばサンドブラスト処理,ケミカルエッチング処理,プラズマ処理旋盤による切削加工のいずれかにより形成することができる。ここで、サンドブラスト処理とは、アルミナを圧搾空気によって散布することによって施される。ケミカルエッチング処理は、フッ化アンモニウムを塗布して表面を腐食させることによって施される。プラズマ処理は、プラズマ中で発生するイオン,ラジカルなどによってエッチングすることにより施される。
【0015】
ここで、保護管とふっ素樹脂膜の界面での光の正反射及び拡散透過光について、図5、図6(A),(B)、図7及び図8を参照して説明する。なお、図7は図6(B)を拡大して示す説明図である。図5に示すように、一般に、紫外線1が保護管(石英ガラス層)2とふっ素樹脂層3の界面Sに達すると、反射光4は正反射し、拡散透過光5は外側に向って拡散する。この場合、反射光4は正反射によって紫外線ランプに戻ることによる損失が大きい。
【0016】
図6(A),(B)の場合は、夫々凹凸面の表面粗さが粗い場合(前者),細かい場合(後者)を示す。前者の場合、石英ガラス層2とふっ素樹脂層3との界面Sにおける反射光6は、ガラス層の先端に向って反射を繰り返すため、ランプ側に戻る損失分は無い。しかし、石英ガラス層2の凹凸が大きいため、反射回数が多くなって光路長が長くなるため、石英ガラス層2による吸収損失分がある。
【0017】
一方、後者の場合、前者と同様にランプ側に戻る損失分は無いが、石英ガラス層2の凹凸が図6(B)及び図7に示すように小さく幅も狭いため、反射回数が少なくなって光路長が短くなるため、石英ガラス層2による吸収損失分も小さい。具体的には、全反射、又は正反射と拡散透過の複合のいずれの場合も、石英ガラスの凹凸の山の先端に向って反射を繰り返し、先端に近づくにつれて反射光6の入射角が小さくなる。従って、いずれ正反射と拡散透過の複合となり、反射回数が多いことによって拡散透過光の総和量が増える。
【0018】
なお、図8のように、石英ガラス層2の凹凸の凸部の先端角度が広い場合、比較的少ない反射回数でランプ方向へと反射してしまうため、十分な拡散透過光の総和量を得ることができない(即ち、反射損失が大きくなる)。
図5〜図8より石英ガラス層に形成される凹凸面は、凹凸面の凸部の角度が鋭角でかつ高さが低い方が好ましい。具体的には、上記(2)のように、凹凸面が十点平均粗さ23.2μm以下に粗面化処理されていることが好ましい。
【0019】
(4) 上記(1)において、保護管は石英ガラス製であり、ふっ素樹脂膜は四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂製であることが好ましい。これにより、例えば被処理液が水を主体とする流体である場合、水に接する媒質の屈折率を水に比較的近づけることができる。従って、水の境界面における臨界角を大きくできるので、その分だけ大きな入射角で紫外線を照射、つまり広い範囲で紫外線を照射できるから紫外線照射量を増やすことができる。
(5) 上記(1)において、ふっ素樹脂膜の結晶化度は40〜50%であることが好ましい。ここで、結晶化度がこれ以上大きいと、成膜性が悪くなる。
【0020】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
(実施形態)
本発明に係る紫外線照射装置について図1及び図2(A),(B)を参照して説明する。ここで、図1は本発明の実施形態に係る紫外線照射装置の全体を示す概略図である。図2は図1の要部を部分的に拡大して示す断面図であり、図2(A)は図1の横断面図、図2(B)は図2(A)の保護管及びふっ素樹脂膜の境界部を拡大して示す断面図である。
【0021】
図中の符番11は筒状体であり、底板12及び上板13と共に円筒状容器14を構成している。筒状体11の下部には被処理液例えば水の流入口15が設けられ、筒状体11の上部には水の流出口16が設けられている。円筒状容器11内には、該容器11の軸方向に沿って紫外線を透過する石英製の保護管17が配置されている。保護管17は、底板12及び上板13を貫通するように配置されている。
【0022】
保護管17の外側の面は、サンドブラスト処理により図2(B)に示すように凹凸面18が形成されている。保護管17の凹凸面18には、ふっ素樹脂膜としての厚さ150μmの四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂(FEP)膜19が被覆されている。保護管17内には、紫外線ランプ20が挿入されている。この紫外線ランプ20と図示しない電源とはケーブル21により接続されている。前記円筒状容器11の上部にはカバー22が取付けられている。なお、紫外線ランプ20からの紫外線が保護管17とFEP膜19との境界に達すると、図2(A)のように、内側に向って正反射光23が発生するとともに外側に向って拡散透過光24が放射される。
【0023】
上述したように、本実施形態に係る紫外線照射装置は、円筒状容器14と、紫外線透過性を有する石英製の保護管17と、この保護管17内の紫外線ランプ20と、保護管17の外面に被覆されたFEP膜19とを具備し、FEP膜19と接する保護管17の外面がサンドブラスト処理で十点平均粗さ23.2μm以下の凹凸面18である構成となっている。従って、保護管17とFEP膜19の境界での紫外線ランプ20からの紫外線の反射光は、凹凸面18の先端に向って反射を繰り返すため、先端に近づくにつれた反射光の入射角が小さくなり、いずれ正反射と拡散透過の複合となり、反射回数が多いことによって拡散透過光23の総和量が増える。
【0024】
この理由は以下に述べるとおりである。即ち、ブラストスリーブの紫外線透過率は拡散透過光を含んでいるため、紫外線照度計による光学的測定では正確に測定することができない。そこで、水道水中の残留塩素分解率から紫外線透過率を算出した。水道水中の残留塩素の紫外線による分解反応は、一次反応速度式に従い、下記式(1)で表すことができる。
−(dC/dt)=φ×ε×C×反応槽内平均紫外線照度 …(1)
但し、φは残留塩素の量子収率、εは残留塩素のモル吸光係数、Cは処理水の残留塩素濃度である。
【0025】
紫外線透過率95%程度における残留塩素分解試験では、反応槽内平均紫外線照度は照射時間によらず、ほぼ一定とみなすことができるため、式(1)を積分した下記式(2)で表すことができる。
−log(C/C)=φ×ε×反応槽内平均紫外線照度×平均滞留時間 …(2)
但し、Cは原水の残留塩素濃度を示す。
【0026】
図4は、横軸の装置内平均滞留時間に対して縦軸に−log(C/C)をプロットしたものであり、反応速度定数kは直線の勾配として得られる。また、式(2)より反応速度定数kは、下記式(3)と表すことができる。
反応速度定数k[sec−1]=φ×ε×反応槽内平均紫外線照度 …(3)
なお、φ及びεは水質によって一定であり、ブラストスリーブの拡散光を含めた透過率が大きいほど反応槽内平均紫外線照度も大きくなるため、反応速度定数の比は各ブラストスリーブの紫外線透過率の比と一致する。分解試験は、図3の概略的なフロー図に沿って行う。また、上記残留塩素分解率は、FEPをコーティングしたランプスリーブ(φ30mm×長さ1050mm,両切)を用いて、紫外線透過性を塩素分解試験により確認した。
【0027】
即ち、紫外線照射装置(UEX−2)にFEPコーティングランプスリーブと、未コーティングスランプスリーブの夫々を装着させ、通水による水中残留塩素の分解試験を行った。図3において、タンク31には、ポンプ32,流量計33及び紫外線照射装置34が順次接続された構成となっている。このとき、紫外線ランプは1本のみの点灯とし、もう1本のスリーブには空間紫外線強度計を設置し、試験中の紫外線出力に異常がないことを確認した。空間紫外線強度計を設置するスリーブは未コーティング品とした。また、残留塩素の分解速度は水質によって異なるため、3mタンク満水に水道水を溜め、FEPコーティングランプスリーブと、未コーティングランプスリーブを用いた試験を同じタンクの水で実施した。試験条件は、使用装置:紫外線照射装置(千代田工販(株)製の商品名:UEX−2)(ランプ1本点灯),使用ランプ:FD−10.sc(商品名),使用安定器:千代田工販(株)製のUBE2100(商品名),流量:10〜18m/h(各試験につき3流量),水温:26℃とした。
【0028】
図4は、各スリーブにおける理論装置内平均滞留時間と−log(C/C)(但し、C:流出口の残留塩素濃度、Cは流入口の残留塩素濃度との関係を示す特性図である。図4において、直線aは未コーティングランプスリーブの場合を示す。直線b,c,d,e,fは、夫々FEPコーティングランプスリーブでかつサンドブラスト処理後の表面粗さが十点平均粗さで24.6μm、23.2μm、17.1μm、16.4μm、15.3μmの場合を示す。
【0029】
事実、未処理(保護管の表面の処理なし)及びサンドブラスト処理した場合(十点平均粗さ:24.6μm、23.2μm、17.1μm、16.4μm、15.3μm)の表面粗さ、FEP膜の膜厚、残留塩素分解率、残留塩素分解反応速度定数、紫外線出力比、汚物付着性、及び殺菌効果について調べたところ、下記表1に示す結果が得られた。
【表1】

【0030】
表1より、保護管の外径表面サンドブラストをしない(未処理)の場合は、汚物付着性が不良であった。また、十点平均粗さ:24.6μmでは、未処理の場合と比較して、残留塩素分解率、紫外線出力比、及び殺菌効果の点で未処理の場合と同じであるが、汚物付着性は良好な結果が得られた。しかし、十点平均粗さ:23.2μm以下の場合は、十点平均粗さが小さくなるにしたがって、残留塩素分解率、残留塩素分解反応速度定数、紫外線出力比、及び殺菌効果(log生残率)が大きくなり、かつ汚物付着性も良好な結果が得られた。
【0031】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態では、保護管の外面に凹凸面を形成したが、保護管の内面に凹凸面を形成しても良いし、保護管の外面及び内面の両方に凹凸面を形成してもよい。また、FEP膜の厚みも150μmに限らない。更に、凹凸面の形成もブラスト処理に限らない。
【符号の説明】
【0032】
11…筒状体、12…底板、13…上板、14…円筒状容器、15…流入口、16…流出口、17…保護管、19…四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂(FEP)膜、20…紫外線ランプ、22…カバー、23…正反射光、24…拡散透過光、31…タンク、32…ポンプ、33…流量計、34…紫外線照射装置。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被処理液の流入口及び流出口が設けられた容器と、この容器内に配置され,紫外線透過性を有する保護管と、この保護管内の挿入された紫外線ランプと、前記保護管の内面,外面の少なくともいずれか一方に被覆されたふっ素樹脂膜とを具備し、
前記ふっ素樹脂膜と接する前記保護管の面が凹凸面であることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項2】
前記保護管の凹凸面は、十点平均粗さが23.2μm以下に粗面化処理されていることを特徴とする請求項1記載の紫外線照射装置。
【請求項3】
前記凹凸面は、サンドブラスト処理,ケミカルエッチング処理,プラズマ処理,旋盤による切削加工のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項1若しくは請求項2記載の紫外線照射装置。
【請求項4】
前記保護管は石英ガラス製であり、前記ふっ素樹脂膜は四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂製であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか一記載の紫外線照射装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate


【公開番号】特開2011−50828(P2011−50828A)
【公開日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−200837(P2009−200837)
【出願日】平成21年8月31日(2009.8.31)
【出願人】(591023985)千代田工販株式会社 (15)
【出願人】(000211156)中興化成工業株式会社 (37)
【Fターム(参考)】