JP2019025393A

JP2019025393A - 水処理装置

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Publication number: JP2019025393A
Application number: JP2017144856A
Authority: JP
Inventors: 忠和河村; Tadakazu Kawamura
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: JP7069516B2

Abstract

【課題】紫外線ランプとしてアマルガムランプと、該アマルガムランプが挿入される保護管と、該保護管が挿入される通水管とを有する紫外線を利用する水処理装置において、設置地域や気候変動によって被処理水の温度が変動しても、アマルガムランプの最冷点温度を最適温度範囲に収めて、ランプ発光効率を高い状態に維持できるような水処理装置を提供することである。【解決手段】前記通水管と前記保護管との間に形成される通水路に被処理水が流され、前記アマルガムランプには、その温度を測定する温度測定器が設けられていて、測定したランプ温度に応じてランプへの供給電力を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線ランプ、特に、アマルガムランプを用いた紫外線を利用する水処理装置に関するものである。

従来、水銀を封入した紫外線ランプを用いた水処理装置の構成は、通常、ランプがジャケットまたはアウタースリーブとよばれる紫外線透過性石英管の中に設置され、その外側に被処理水を流すことでランプからの紫外線が被処理水に照射され殺菌等の処理がなされる。
このような水処理装置では、上記石英管内に設置されたランプはその石英管の外側を流れる被処理水の温度によって影響され、これに伴いランプ内の水銀蒸気圧が変動し、紫外線の照射出力が変動してしまうことがある。上水や下水などの被処理水の温度の変動範囲は特に地域や季節変動により大きく異なり、一般の上水の場合、この温度範囲は１０〜３０℃となる。
このため、従来の紫外線ランプとして低圧水銀ランプを用いた場合には、この温度範囲での水温変化によって波長２５４ｎｍの光出力がピークに対して６０〜８０％となってしまい、大きく変動するという欠点があった。

この欠点を補うため、特開２０１１−２５８３２１号公報（特許文献１）などで、水銀とインジウム等の合金であるアマルガムを発光管内に封入したアマルガム型低圧水銀ランプ（以下、アマルガムランプという）を採用することが提案されている。
このアマルガムランプでは、水銀蒸気圧の変動が低圧水銀ランプよりも小さく抑えられるため、水温変化に対する出力変動が少ないという利点があるが、それもある温度範囲内に限られたことであり、前述したような１０〜３０°といった大きな温度変化のある被処理水に対しては十分な対応ができていないというのが現状である。

また、紫外線ランプを用いた水処理装置においては、装置内を流れる被処理水の流速が速い場合には、被処理水に十分な紫外線照射量を与えるべく、紫外線ランプから放射される（単位時間当たりの）紫外線量を大きくしなければならない。そのためには、紫外線ランプへの入力電力量を大きくすることが求められる。
しかしながら、紫外線ランプとしてアマルガムランプを用いた場合、入力電力を大きくすると、ランプ自体の発熱が大きくなり、貯留部でのアマルガムが全て蒸発しきってしまうことになり、今度は、水銀蒸気による紫外線の自己吸収が起こって、発光光量が減少してしまう事態になる。しかもランプの温度上昇に伴い、水銀蒸気自体の温度が高くなると、この自己吸収は更に大きくなって一層の発光光量の減少を招くことになる。
このように、入力電力を大きくすると、アマルガムランプが最適な温度範囲を外れて上昇してしまうことで、ランプの発光効率が低下するという問題がある。

とりわけ、アマルガムランプにはアマルガム貯留部が設けられていることから、当該貯留部が最冷点を形成するため、その温度が被処理水の温度変化などによって最適温度範囲を逸脱してしまうと、最適な水銀蒸発量が担保できず、発光効率が低下してしまうという問題もある。
ランプ自体の製造条件や点灯条件で、点灯時に最冷点が最適温度範囲に収まるようにすることも可能ではあるが、それも水温が一定範囲の場合に可能であって、水温が一定とならないような被処理水を対象とした水処理装置であった場合には、そのような設計は困難となる。
また、近年は水処理装置に対しても省エネルギー化の要請があることから、水冷装置や空冷装置、ペルチェ素子等の電子式冷却装置の使用も可能な限り控えることが望ましい。

特開２０１１−２５８３２１号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、紫外線ランプとしてアマルガムランプと、該アマルガムランプが挿入される保護管と、該保護管が挿入される通水管とを有する紫外線を利用する水処理装置において、設置地域や気候変動によって被処理水の温度が変動しても、アマルガムランプの最冷点温度を最適温度範囲に収めて、ランプ発光効率を高い状態に維持できるような水処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係わる水処理装置は、前記通水管と前記保護管との間に形成される通水路に被処理水が流され、前記アマルガムランプには、その温度を測定する温度測定器が設けられていて、測定したランプ温度に応じてランプへの供給電力を制御することを特徴とする。
また、前記温度測定器が、前記アマルガムランプの発光管の端部に設けられていることを特徴とする。
また、前記アマルガムランプには、その発光管の端部にアマルガム貯留部が形成されており、前記温度測定器は、前記アマルガム貯留部が形成された側の端部に設けられていることを特徴とする。
また、前記温度測定器が、前記アマルガムランプの発光管の端部のランプベースに設けられていることを特徴とする。
また、前記保護管が石英ガラス製であることを特徴とする。

この発明にかかる水処理装置によれば、被処理水の温度変化があっても、アマルガムランプの温度測定結果に応じて制御部がランプへの入力電力量を調節することで、ランプの温度を適正に保ち、ランプ内の水銀蒸気圧の変動が抑制されて、紫外線の照射出力が安定維持され、被処理水に対して必要とされる紫外線量を安定的に照射することができる。
また、ランプの端部に設けられるアマルガム貯留部に対応した位置で温度測定して入力電力を制御するので、ランプの最冷点を形成するアマルガム貯留部での温度を最適な温度範囲とすることができる。

本発明の水処理装置の側断面図。本発明の一実施例。本発明の制御フロー。本発明の効果を表すグラフ。

図１に本発明の紫外線を利用した水処理装置が示されていて、該水処理装置は、アマルガムランプ１を用いるものである。このアマルガムランプ１には、石英ガラス製の発光管１１内に、水銀とインジウムで構成されるアマルガムと、希ガスが封入されている。この水銀とアマルガムを構成する金属はインジウムに限られず、ビスマス、錫、鉛等も使用できる。
発光管１１内に対向配置された一対の電極１２、１２はそれぞれランプ電源１３に接続されている。
発光管１１の一端部には、アマルガム貯留部１４が形成されており、この貯留部１４内には液状のアマルガムが貯留されていて、点灯とともにこのアマルガムが蒸発していく。
アマルガムランプ１の発光管１１の両端部にはランプベース１５、１５が接着剤などの適宜手段によって取り付けられている。

このアマルガムランプ１は、石英ガラス製の保護管２内に同心状に挿入され、ランプベース１５を介して支持されている。このアマルガムランプ１の支持固定は、例えば、図２に示すように、発光管１１の両端部のランプベース１５を接着剤１６によって保護管２に固定するものであってよい。

そして、この保護管２は、ステンレス製などの通水管３内に同心状に挿入支持されている。この通水管３と保護管２との間にはシール部材３１が設けられていて、水密性とされている。
通水管３の両端部には蓋体３２、３２が設けられ、これにより通水管３と保護管２とが位置決め支持されている。
こうして、保護管２と通水管３の間には環状の通水路４が形成されている。
この通水管３には、その両端部近傍に給水口３３と排水口３４が設けられていて、これらを介して通水路４に被処理水が供給・排出されている。

そして、アマルガムランプ１には、例えば熱電対などの温度測定器５が取り付けられている。この温度測定器５はランプ１の発光管１１のどこに設置してもよいが、発光管１１の中央部に設置する場合、配線が紫外線放射に影響し、また、温度測定器５自身が紫外線に照射されることで劣化をすることがあるので、発光管１１の端部に設置することが好ましく、ランプベース１５に取り付けてもよい。また、ランプ１の発光管１１自体に直接取り付け、その上からランプベース１５を取り付けるようにしてもよい。
図１の実施例では、この温度測定器５は、発光管１１のアマルガム貯留部１４が形成された方の端部に取付けられている。

そして、この温度測定器５は、制御部１７を介してランプ電源１３に接続されている。制御部１７は、温度測定器５によって測定された（この実施例では、アマルガム貯留部１４の）ランプ温度に基づいて、アマルガムランプ１に入力される電力量を制御するようにランプ電源１３を制御する。
つまり、図３の制御フローに示すように、制御部１７は、測定された温度が当該制御部１７のメモリに記録された上限温度Ａを上回った場合、アマルガムランプ１に入力される電力量を減らすように、ランプ電源１３を制御する。
また、制御部１７は、測定された温度が当該制御部１７のメモリに記録された下限温度Ｂを下回った場合、アマルガムランプ１に入力される電力量を増やすように、ランプ電源１３を制御する。

以下、本発明の効果を実証すべく実験を行った。
所定の温度の時に適合したランプ電力となるように設定されたアマルガムランプを用意し、一方のランプには本発明に従った温度測定して入力電力を制御する機構を備え、比較例として他方のランプには、このような機構を備えていないものを用意して、それぞれ被処理水の温度を変化させて照度を測定した。その結果が、図４に示されている。
図４で分かるように、本発明では、水温の変動に拘わらず所定の照度が維持されている。一方で、比較例では、水温が上昇するとともに照度の低下がみられる。

以上説明したように、本発明に係るアマルガムランプを用いた水処理装置によれば、動作中のランプの温度を測定し、これに基づいてランプへの入力電力を制御するようにしたことにより、被処理水の温度が変動していても、ランプの温度を適正に保ち、ランプ内の水銀蒸気圧の変動が抑制されて、紫外線の照射出力が安定維持され、常に、被処理水に対して必要とされる紫外線量を安定的に照射することができるものである。
また、ランプのアマルガム貯留部が設けられた端部の温度を測定することで、最冷点となるアマルガム貯留部の温度を適正範囲に保ち、安定した水銀の蒸発がなされて、所定の水銀蒸気圧が得られて紫外線照射出力が安定維持される。

１：アマルガムランプ
１１：発光管
１２：電極
１３：ランプ電源
１４：アマルガム貯留部
１５：ランプベース
１６：接着剤
１７：制御部
２：保護管
３：通水管
３１：シール部材
３２：蓋体
３３：給水口
３４：排水口
４：通水路
５：温度測定器

Claims

アマルガムランプと、該アマルガムランプが挿入される保護管と、該保護管が挿入される通水管とを有する紫外線を利用する水処理装置であって、
前記通水管と前記保護管との間に形成される通水路に被処理水が流され、
前記アマルガムランプには、その温度を測定する温度測定器が設けられていて、測定したランプ温度に応じてランプへの供給電力を制御することを特徴とする水処理装置。
前記温度測定器が、前記アマルガムランプの発光管の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
前記アマルガムランプには、その発光管の端部にアマルガム貯留部が形成されており、
前記温度測定器は、前記アマルガム貯留部が形成された側の端部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
前記温度測定器が、前記アマルガムランプの発光管の端部のランプベースに設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の水処理装置。
前記保護管が石英ガラス製であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水処理装置。