特許 6682346 紫外線照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6682346

(24)【登録日】2020年3月27日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】紫外線照射装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/32 20060101AFI20200406BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/32

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-98142(P2016-98142)

(22)【出願日】2016年5月16日

(65)【公開番号】特開2017-205686(P2017-205686A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年3月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】504190548

【氏名又は名称】国立大学法人埼玉大学

(73)【特許権者】

【識別番号】390014074

【氏名又は名称】前澤工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 憲彦

(72)【発明者】

【氏名】松本 公寿

【審査官】 山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５１４００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６５２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１０７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４０４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１６０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２６５０３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／２０− １／２６

１／３０− １／３８

１／７０− １／７８

Ｂ０１Ｊ １０／００−１２／０２

１４／００−１９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の処理槽の内部に複数の紫外線ＬＥＤを配置して処理槽内を流れる被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置において、前記処理槽の内部に、幅寸法が処理槽の直径より短く、かつ、半径より長く設定された複数のＬＥＤ支持基板を、処理槽の周方向に隣接するＬＥＤ支持基板同士を互いに組み合わせて、一つのＬＥＤ支持基板の内端縁を隣接する一方のＬＥＤ支持基板の裏面に当接させ、該一つのＬＥＤ支持基板の裏面には隣接する他方のＬＥＤ支持基板の内端縁を当接させるようにして処理槽の中央に通路を形成する状態で、処理槽の軸線を対称軸とした回転対称の状態で組み合わせて収納し、各ＬＥＤ支持基板の表面に複数の紫外線ＬＥＤを配置するとともに、処理槽の内面及びＬＥＤ支持基板の両面を紫外線反射面としたことを特徴とする紫外線照射装置。

【請求項2】

前記複数の紫外線ＬＥＤは、前記ＬＥＤ支持基板の幅方向に複数列が設けら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】

前記複数の紫外線ＬＥＤは、隣接する列の紫外線ＬＥＤが千鳥配置されていることを特徴とする請求項２記載の紫外線照射装置。

【請求項4】

前記複数の紫外線ＬＥＤは、少なくとも一部の紫外線ＬＥＤの光軸が、前記ＬＥＤ支持基板の表面に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の紫外線照射装置。

【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、詳しくは、浄水処理や下水処理等において、紫外線を用いて水中の微生物の殺菌や有機物の酸化を行う紫外線照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、紫外線を照射して、水に含まれる微生物や病原性原虫の殺菌や消毒をする紫外線照射水処理装置が開発されており、この紫外線照射水処理装置として、被処理水が流通する処理槽の水路内に、紫外線光源を設置して紫外線照射を行うものが知られている。紫外線光源として、近年は、紫外線ＬＥＤが注目されている。紫外線ＬＥＤを用いた紫外線照射水処理装置としては、処理槽となる管体の内周に多数の紫外線ＬＥＤを配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００９−５３２２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、処理槽の内周面に複数の紫外線ＬＥＤを適当に配置しただけでは十分な紫外線照射効率を得ることができず、各種条件に応じて紫外線ＬＥＤの配置状態を最適化することにより、紫外線ＬＥＤの設置数を最小化し、消費電力の低減を図りながら、紫外線照射水処理装置の効率向上を図ることができる。

【0005】

そこで本発明は、処理槽の内部に配置する紫外線ＬＥＤの配置状態を最適化した紫外線照射装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の紫外線照射装置は、円筒状の処理槽の内部に複数の紫外線ＬＥＤを配置して処理槽内を流れる被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置に
おいて、前記処理槽の内部に、幅寸法が処理槽の直径より短く、かつ、半径より長く設定された複数のＬＥＤ支持基板を、処理槽の周方向に隣接するＬＥＤ支持基板同士を互いに組み合わせて、一つのＬＥＤ支持基板の内端縁を隣接する一方のＬＥＤ支持基板の裏面に当接させ、該一つのＬＥＤ支持基板の裏面には隣接する他方のＬＥＤ支持基板の内端縁を当接させるようにして処理槽の中央に通路を形成する状態で、処理槽の軸線を対称軸とした回転対称の状態で組み合わせて収納し、各ＬＥＤ支持基板の表面に複数の紫外線ＬＥＤを配置するとともに、処理槽の内面及びＬＥＤ支持基板の両面を紫外線反射面としたことを特徴としている。

【0007】

さらに、本発明の紫外線照射装置は、前記複数の紫外線ＬＥＤが前記ＬＥＤ支持基板の幅方向に複数列が設けられていること、前記複数の紫外線ＬＥＤが隣接する列の紫外線ＬＥＤが千鳥配置されていること、前記複数の紫外線ＬＥＤは、少なくとも一部の紫外線ＬＥＤの光軸が、前記ＬＥＤ支持基板の表面に対して傾斜して設けられていることを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の紫外線照射装置によれば、処理槽内を流れる被処理水に対して効率よく紫外線処理を行うことができる。これにより、紫外線ＬＥＤの設置数を最小化し、消費電力の低減を図りながら、紫外線処理効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の紫外線照射装置の第１形態例を示す断面正面図である。

【図2】同じく断面側面図である。

【図3】幅方向両側列の紫外線ＬＥＤの傾斜角度と、処理槽内に照射された紫外線量との関係を示す図である。

【図4】紫外線ＬＥＤの配置状態の第２形態例を示す部分平面図である。

【図5】同じく一端から奇数番目の紫外線ＬＥＤの配置状態を示す説明図である。

【図6】同じく一端から偶数番目の紫外線ＬＥＤの配置状態を示す説明図である。

【図7】各紫外線ＬＥＤの傾斜角度を変化させて紫外線量を測定した結果を示す図である。

【図8】紫外線ＬＥＤの配置状態の第３形態例を示す部分平面図である。

【図9】同じく一端から奇数番目の紫外線ＬＥＤの配置状態を示す説明図である。

【図10】同じく一端から偶数番目の紫外線ＬＥＤの配置状態を示す説明図である。

【図11】第３形態例における中央の紫外線ＬＥＤ同士の間隔を２０ｍｍ、ＬＥＤ支持基板の幅方向中央と中央部の紫外線ＬＥＤ間の中心との距離を９ｍｍとしたときの紫外線量を測定した結果を示す図である。

【図12】第３形態例における中央の紫外線ＬＥＤ同士の間隔を変化させて紫外線量を測定した結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１及び図２は、本発明の紫外線照射装置の第１形態例を示している。紫外線照射装置１１は、円筒状の処理槽１２の内部に、長方形状の４枚のＬＥＤ支持基板１３，１３を組み合わせて結合した状態で収納している。各ＬＥＤ支持基板１３は、処理槽１２の軸線方向の長さが処理槽１２の長さより短く設定され、幅寸法は、処理槽１２の直径より短く、半径より長く形成されており、処理槽１２の中央に水密状態の断面正方形の角筒通路１４を形成する状態で、処理槽１２の軸線を対称軸とした４回回転対称の状態で組み合わされている。

【0011】

処理槽１２の周方向に隣接するＬＥＤ支持基板１３同士は、互いに直角方向に組み合わされ、一つのＬＥＤ支持基板１３の内端縁１３ａを、隣接する一方のＬＥＤ支持基板１３の裏面１３ｂに当接させ、該一つのＬＥＤ支持基板１３の裏面には、隣接する他方のＬＥＤ支持基板１３の内端縁１３ｃが当接した状態になっている。

【0012】

各ＬＥＤ支持基板１３の表面には、各ＬＥＤ支持基板１３の幅方向に３列に並んだ状態で複数の紫外線ＬＥＤ１５，１６，１７が、幅方向両側列の紫外線ＬＥＤ１５，１７に対して隣接する中央列の紫外線ＬＥＤ１６が半ピッチずれた状態で千鳥配置されている。

【0013】

また、中央列の紫外線ＬＥＤ１６は、ＬＥＤ支持基板１３の表面から垂直方向に紫外線を照射する状態で設けられ、幅方向両側列の紫外線ＬＥＤ１５，１７は、中央列の紫外線ＬＥＤ１６から照射する紫外線に対して離れる方向に紫外線を照射する状態で傾斜して設けられている。各紫外線ＬＥＤ１５，１６，１７における傾斜角度は、処理槽１２の内径やＬＥＤ支持基板１３の大きさ、紫外線ＬＥＤ１５〜１７の設置数、設置間隔などの条件によって適宜設定することができる。

【0014】

さらに、処理槽１２の内周面及び各ＬＥＤ支持基板１３の表裏両面は、紫外線を反射する材料で形成され、あるいは、紫外線を反射する処理が施されており、各紫外線ＬＥＤ１５〜１７から照射された紫外線は、反射しながら処理槽１２内を流れる被処理水の紫外線処理を行えるように形成されている。

【0015】

処理槽１２の中央に設けられた角筒通路１４内には、処理槽１２の中央を、水密状態で軸線方向に貫通する角軸１８が挿通されており、該角軸１８内や角筒通路１４内には、紫外線ＬＥＤ１５〜１７への電源ケーブル（図示せず）が挿通されている。

【0016】

このように形成した紫外線照射装置１１は、処理槽１２の中央から四方に延びる状態で設けた４枚のＬＥＤ支持基板１３の表面に複数の紫外線ＬＥＤ１５〜１７をそれぞれ配置しているので、隣接する直交状態の２枚のＬＥＤ支持基板と処理槽１２の内周面とに囲まれた１／４円の区画内を流れる被処理水の全体に効果的に紫外線を照射することができる。

【0017】

これにより、被処理水の紫外線処理を効率よく行うことができ、紫外線ＬＥＤ１５〜１７の設置数を最小化し、消費電力の低減を図りながら、紫外線処理効率の向上を図ることができる。また、紫外線ＬＥＤ１５〜１７の電源ケーブルを中央の角筒通路１４内に収納できるので、電気配線も容易に行うことができる。

【0018】

図３は、幅方向両側列の紫外線ＬＥＤ１５，１７の傾斜角度と、処理槽１２内に照射された紫外線量との関係を示すものである。この結果から、紫外線ＬＥＤ１５，１７の傾斜角度は、約４０度が最適であることがわかる。

【0019】

図４乃至図６は、紫外線ＬＥＤの配置状態の第２形態例を示している。この配置例では、処理槽軸線方向の一端から１番目Ａ、３番目Ｃといった奇数番目の紫外線ＬＥＤ１５，１７は、図５に示すように、基板中央から離れる方向に紫外線を照射するように配置し、２番目Ｂ、４番目Ｄといった偶数番目の紫外線ＬＥＤ１５，１７は、図６に示すように、基板中央に向かって紫外線を照射するように配置している。

【0020】

また、中央列には、２個の紫外線ＬＥＤ１６ａ，１６ｂを、奇数番目は互いに離れる方向に紫外線を照射するように配置し、偶数番目は互いに近付く方向（交叉する方向）に紫外線を照射するように配置している。

【0021】

このように配置した各紫外線ＬＥＤの傾斜角度を変化させて紫外線量を測定した結果を図７に示す。この結果から、この配置状態における傾斜角度は、約３５度が最適であることがわかる。

【0022】

図８乃至図１０は、紫外線ＬＥＤの配置状態の第３形態例を示している。この配置例は、両側の前記第２形態例と同様に、紫外線ＬＥＤ１５，１７は、奇数番目は基板中央から離れる方向に、偶数番目は基板中央に向かう方向にそれぞれ傾斜させて配置し、中央列の紫外線ＬＥＤ１６ａ，１６ｂは、基板中央部から離れた部分に位置する一方の紫外線ＬＥＤ１６ａは基板表面に直交する方向に、他方の基板中央部に近い紫外線ＬＥＤ１６ｂは、一方の紫外線ＬＥＤ１６ａの紫外線から離れる方向に紫外線を照射するようにそれぞれ配置している。

【0023】

ここで、ＬＥＤ支持基板の幅寸法を１２０ｍｍ、一方の紫外線ＬＥＤ１５を一側から１０ｍｍ、他方の紫外線ＬＥＤ１７を他側から１０ｍｍの位置に配置し、紫外線ＬＥＤ１６ａ，１６ｂの間隔を２０ｍｍとしたときに、ＬＥＤ支持基板の幅方向中央ＣＬから紫外線ＬＥＤ１６ａ，１６ｂを距離ｍ移動させて紫外線量を測定したところ、ｍ＝６ｍｍでは５．１５１、ｍ＝９ｍｍでは５．４５６、ｍ＝１２ｍｍでは５．３１３となり、ｍ＝９ｍｍ程度が最適であることがわかった。このときの処理槽内の紫外線量を測定した結果を図１１に示す。

【0024】

さらに、ｍ＝９ｍｍとし、紫外線ＬＥＤ１６ａ，１６ｂ間の間隔を変化させたときの紫外線量を測定した結果を図１２に示す。この結果から、紫外線ＬＥＤ１６ａ，１６ｂの間隔は２０ｍｍ程度が最適であることがわかる。

【0025】

なお、ＬＥＤ支持基板の枚数は、複数のＬＥＤ支持基板を組み合わせて中央に配線用の通路を形成することができれば任意であり、処理槽の内径や長さ、被処理水の流量などの各種条件に応じて適宜選択することができる。また、各ＬＥＤ支持基板に設ける紫外線ＬＥＤは、列数を含む設置数や、照射方向を含む配置状態も任意であり、各種条件に応じて適宜設定することができる。さらに、使用する紫外線ＬＥＤは、一般的なものを使用することができる。

【符号の説明】

【0026】

１１…紫外線照射装置、１２…処理槽、１３…ＬＥＤ支持基板、１３ａ…内端縁、１４…角筒通路、１５，１６，１６ａ，１６ｂ，１７…紫外線ＬＥＤ、１８…角軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】