JP2010509042A - 液体のｕｖ消毒時の混合を改善するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

開いているか、または閉じられている通路（１）内で液体をＵＶ消毒するための装置であって、消毒したい液体のための流入部と、主流れ方向（９）で該流入部の下流側に配置された少なくとも１つのＵＶ放射器（２）と、該ＵＶ放射器（２）の下流側に配置された流出部とを有している形式の装置が提案される。この場合、流入部と前記ＵＶ放射器（２）との間に、電動モータ駆動式の混合装置（６，１２，１３，１４，１８，２１）が配置されており、該混合装置（６，１２，１３，１４，１８，２１）が、主流れ方向（９）に対して横方向の少なくとも１つの速度成分を有する横方向流（８，８’）を発生させるために調整されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の特徴を有する装置、すなわち開いているか、または閉じられている通路内で液体をＵＶ消毒するための装置であって、消毒したい液体のための流入部と、主流れ方向で該流入部の下流側に配置された少なくとも１つのＵＶ放射器と、該ＵＶ放射器の下流側に配置された流出部とを有している形式の装置と、液体をＵＶ消毒するための方法とに関する。

液体、特に飲料水または排水をＵＶ放射線によって消毒することは久しく以前から知られている。この目的のためには、消毒したい液体が、開いた通路または閉じられた通路内でＵＶ放射器の傍らを通って案内される。効果的な消毒のためには、液体流の各体積エレメントが、規定された最小用量のＵＶ放射線を受け取ることが必要となる。他方において、ＵＶ消毒設備のエネルギ消費量は、特別な経済性を計るための１つの重要な判断基準となるので、過度に高くない放射線出力が使用されることが望ましい。それゆえに、各体積エレメントが等しい放射線用量を受け取り、かつ放射線用量が過度に少なくなるような流れ経路（Stroemungspfade）が形成されないように液体流を良好に混合することが重要となる。

このためには公知先行技術から種々の解決手段が知られている。第１に、細長いＵＶ放射器が通路内に流れ方向に沿って配置されていて、液体がこの放射器の長手方向軸線に対して平行に流れるような消毒設備が存在する。このような配置構成では、放射器が、横断面にわたって均一に分配されるように配慮されなければならない。さらに、装置の自由な横断面にはよどみディスク（Stauscheibe）が挿入される。このよどみディスクは放射器の手前か、または放射器上に配置される。これらのよどみディスクは、乱流を誘発させ、この乱流は、体積エレメントを自由な流れ横断面の真ん中から変向させて、放射器の表面の近傍へもたらす。

さらに、放射器の長手方向軸線が、流れ方向に対して直交する横方向に配置されているような消毒設備が知られている。この設備では、放射器自体が乱流を誘発させる。処理したい液体の個々の体積エレメントは、隣接した２つの放射器の間に生じたギャップを通じて押し通され、そしてその背後で次のＵＶ放射器列にまで、より大きな自由な横断面に流入する。この横断面変化はすでに混合を生ぜしめる。

さらに、消毒設備の手前に、堰またはよどみ段を設けることが知られている。処理したい水は、これらの堰またはよどみ段を超えて流れなければならない。この場合にも、大きな乱流が導入され、この乱流により、処理したい液体の良好な混合を保証しようとしている。

上に述べた形式の全ての装置はパッシブである。すなわちこれらの装置は乱流を発生させるために、流れる液体の運動エネルギを利用している。このことは必然的に、動的な抵抗、または消毒設備の手前に形成されるよどみ圧（Staudruck）の増大をもたらす。このことは特に、処理したい液体が、存在する周辺環境における勾配に基づいてのみ流れている場所では不都合となる。このことは特に、流入部と流出部との間に制限された勾配しか提供されていないような浄化設備においてたいていそうである。この勾配が十分でないと、処理したい排水をポンプにより圧送することが必要となる。このことは手間がかかる。

したがって本発明の課題は、ＵＶ消毒のための、液体の混合のための装置および方法を改良して、乱流を発生させるための付加的な装置を有していない通路に比べて、僅かにしか高められていないか、または全く高められていないよどみ圧が発生するような装置および方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する装置および請求項１０に記載の特徴を有する方法によって解決される。

流入部と少なくとも１つのＵＶ放射器との間に、電動モータ駆動式の混合装置が配置されていて、該混合装置が、主流れ方向に対して横方向の少なくとも１つの速度成分を有する横方向流を発生させるために調整されているので、ＵＶ消毒の直前で液体の混合が改善される。

混合装置が、主流れ方向に対して９０°の角度（ａ）に向けられている回転軸線を有するプロペラを備えていると、実質的に通路内の流体動力学的な抵抗への影響付与なしに混合を達成することができる。混合装置が、吸込み側と吐出側とを有していて、吸込み側と通路の壁との間の間隔が、吐出側と通路の壁との間の間隔よりも小さく形成されていると、液体は通路の壁領域からも吸い込まれて混合される。

混合装置が、プロペラと、該プロペラを取り囲むノズルリングとを有していると、特に良好な効率が得られる。この効率は、混合装置がその吸込み側で、隔壁を介して分離された部分流に接続されていると、さらに改善される。なぜならば、吸込み側と吐出側との間の短絡流が阻止されるからである。

２つの混合装置が、通路の互いに反対の側に配置されていると、通路内での特に均一な混合が達成される。通路の流体動力学的な抵抗に影響を与えるためには、少なくとも１つの混合装置が、主流れ方向に対して９０°とは異なる角度に向けられていてよい。

混合装置が、通路から分岐された、部分流を発生させるための側方通路内に配置されていると、通路内の通流を妨げることなく混合装置を所定の時間毎のみ運転させることが可能となる。この場合、この側方通路はＵＶ放射器の上流側で再び通路に開口しており、部分流は、主流れ方向に対して所定の角度を成して通路内に導入される。混合装置が作動していないときには、側方通路を、スライダまたは弁によって分離することができる。混合装置が、通路の自由な横断面の外に配置されていると特に有利である。

液体を消毒するための本発明による方法では、以下のステップ：
−液体の体積流を通路内に主流れ方向で導入し、
−電動モータ駆動式の混合装置を用いて主流れ方向（９）に対して横方向の速度成分を発生させ、
−前記体積流にＵＶ放射線を照射する
が実施される。本発明によるこのような方法では、使用された放射線出力に対して高い消毒度が得られる。混合装置が、分離された部分流内に配置されていて、前記速度成分が、部分流を所定の角度でその他の流れに導入することにより形成されると、混合装置を必要に応じて接続・遮断することができる。

以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

ＵＶ消毒設備の開いた通路を上から見た図である。 図１に図示の通路を側面から見た横断面図である。 図１および図２に図示の通路を図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した横断面図である。 ２つの混合装置を有する、図１に相当する通路を示す図である。 傾けられた軸線を有する混合装置を有する、図１に相当する通路を示す図である。 側方通路内に混合装置を有する、図１に相当する通路を示す図である。 隔壁によって分離された部分流を有する装置を示す図である。

図１には、排水浄化設備の流出部のためのＵＶ（紫外線）消毒設備の平面図が示されている。この消毒設備は、開いた通路１を備えた構造を有している。この通路１内には、複数のＵＶ放射器２が挿入されている。これらのＵＶ放射器２は、この実施形態では低圧ＵＶ放射器として形成されており、ＵＶ放射器２の長手方向軸線は、流れ方向に対して平行に向けられている。第１の堰３および第２の堰４は、通路１内の水位を制御する。センサ５は水位を監視している。

第１の堰３とＵＶ放射器２との間の領域には、混合装置６が配置されている。この混合装置６は、インペラの構造により電気モータにより駆動されたプロペラ７を介して流れ矢印８の方向の流れを発生させる。この流れは、流れ矢印９により示された流れに対して横方向に向けられている。流れ矢印９は、排水設備内に存在する勾配に基づいてのみ生ぜしめられる通路１の通流を示している。矢印９の方向の流れは、ほぼ層状である。

図２には、図１に示した通路が主流れ方向９の横断面で示されている。同一の構成要素は、同じ符号で示されている。

混合装置６は、プロペラ７の他に、該プロペラ７を同心的に取り囲むノズルリング１１を有している。このノズルリング１１は、運転時に横方向流８の形成を促進する。ノズルリング１１の働きに基づき、流れ方向で見て通路１の左側の側壁のすぐ周辺の領域から水が吸い込まれて、この領域に定常な流れが生じないようになっている。

図３には、図１および図２に示した装置が、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図で示されている。

ＵＶ放射器２は、流れ方向で見て、つまり図３で見て横断面円形でかつ細長く形成されている。複数のＵＶ放射器（ここでは３２個）は、これらのＵＶ放射器が通路１の自由な横断面を、規定された最大水位にまで均一に満たすように配置されている。この配置によって、横断面にわたるＵＶ放射線の均一な分配が促進される。しかしながら、他ならぬ放射器同士の間および通路１の角隅領域には、層状の流れ経路が形成される恐れがあり、この流れ経路内ではＵＶ用量が最小値を有する。流れ方向で見てＵＶ放射器２の手前に配置されておりかつ横方向流８を誘発する混合装置６は、運転時に乱流を生ぜしめる。この乱流は、個々の微生物が、このような層状の流れ経路に沿ってＵＶ放射器２を通る全経路を進んでしまうことを阻止する。それゆえに横方向流８による混合により、微生物はＵＶ放射線によって一層良好に負荷されるようになる。こうして、排水流のそれぞれ個々の体積エレメントに送出されたＵＶ用量はほぼ等しい大きさとなる。すなわち、個々の体積エレメントへの照射は一層均一となる。

実際に送出された放射線出力を増大させることにより規定の最小容量を用いた角隅領域および乱されていない流れ経路の消毒も確保される当初の配置構造に比べて、放射線出力を低減させることができるので、エネルギ消費が減じられる。実際の使用では、放射線出力の低減量が、混合装置６のための駆動出力量よりも大きくなるので、経済的な利点が得られる。放射線出力を変えないで考えると、混合装置６の使用により、最大２５％の改善された消毒作用が観察された。

図４は、本発明の別の実施例を示している。この実施例では、合計２つの混合装置１２，１３が設けられている。これらの混合装置１２，１３は、主流９の流れ方向で連続した２つの位置に配置されている。第１の混合装置１２は、図１のように流れ方向で見て右側に向けられた横方向流８を生ぜしめる。第２の混合装置１３は、横方向流８とは反対の方向の、符号「８’」で示されている横方向流を生ぜしめる。横方向流８，８’を発生させるために使用される電気的な出力は、混合装置１２，１３の両方の駆動モータに分配される。図１に示した実施例に比べて、両混合装置１２，１３は、混合装置６の電気的な出力のそれぞれ約１／２を有している。この配置構造は、かなりの使用事例において有利である。

図５は、図１に相当する配置を示している。この配置では、混合装置１４が、主流れ方向９に対して９０°とは異なる角度を成して配置されている。相応して、長手方向軸線に対して斜めに向けられた流れ１５が形成される。この斜めの横方向流１５は、図５に示すように、主流９の方向の速度成分を有していてよい。これによって通路１の通流は加速される。択一的には混合装置１４を別の方向に向けることもできるので、主流れ方向９とは逆の向きの速度成分が形成される。その場合、通路１の通流は、ある程度減速させられる。動的な抵抗が形成される。しかし、これによって混合がより強化されることが期待される。

図４の実施例に相応して、通路１の互いに反対の側に２つの混合装置を９０°とは異なる傾斜角αで配置することもできる。これにより、処理したい排水の混合はさらに改善される。

図６は、処理したい排水流から部分流１６が分岐され、側方通路１７内に案内される実施形態を示している。この側方通路１７内には１つのプロペラ１８が設置されており、このプロペラはここで混合装置として働き、部分流１６を加速させて斜めの角度で通路１の主流に導入させる。主流れ方向９における、第１の堰３からＵＶ放射器２までの自由な横断面は、この実施形態では取付け物によって損なわれていない。この実施形態では、通路１内の液体技術的に妨害因子となる取付け物によってＵＶ消毒設備の機能性が損なわれることはなしに、開いたまたは閉じられた側方通路においてプロペラ１８が非運転状態のままとなり得る。この実施形態は、特別な要求が生じた場合にのみ、たとえば特別な混濁または特に高い細菌負荷（Keimbelastung）が確認された場合にのみ、プロペラ１８を運転させることを可能にしている。

さらに図７は、通路１の内部に隔壁２０を有する実施形態を示している。この隔壁２０は同じく、部分流を分岐させて、混合装置２１に供給する。この実施形態では、混合装置の吸込み側と吐出側との間の液圧的な短絡が阻止される。この実施形態は特にエネルギ節約的である。

１ 通路
２ ＵＶ放射器
３ 堰
４ 堰
５ センサ
６ 混合装置
７ プロペラ
８，８’ 横方向流
９ 主流れ方向
１０ なし
１１ ノズルリング
１２ 混合装置
１３ 混合装置
１４ 混合装置
１５ 斜めの流れ
１６ 部分流
１７ 側方通路
１８ プロペラ
１９ なし
２０ 隔壁
２１ プロペラ

Claims (11)

1. 開いているか、または閉じられている通路（１）内で液体をＵＶ消毒するための装置であって、消毒したい液体のための流入部と、主流れ方向（９）で該流入部の下流側に配置された少なくとも１つのＵＶ放射器（２）と、該ＵＶ放射器（２）の下流側に配置された流出部とを有している形式のものにおいて、前記流入部と前記ＵＶ放射器（２）との間に、電動モータ駆動式の混合装置（６，１２，１３，１４，１８，２１）が配置されており、該混合装置（６，１２，１３，１４，１８，２１）が、主流れ方向（９）に対して横方向の少なくとも１つの速度成分を有する横方向流（８，８’）を発生させるために調整されていることを特徴とする、液体をＵＶ消毒するための装置。
2. 混合装置（３）が、主流れ方向（９）に対して９０°の角度（ａ）に向けられている回転軸線を有するプロペラ（７）を有している、請求項１記載の装置。
3. 混合装置（３）が、吸込み側と吐出側とを有しており、吸込み側と通路（１）の壁との間隔が、吐出側と通路（１）の壁との間隔よりも小さく形成されている、請求項１または２記載の装置。
4. 混合装置（３）が、プロペラ（７）と、該プロペラ（７）を取り囲むノズルリング（１１）とを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ２つの混合装置（１２，１３）が、通路（１）の互いに反対の側に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 少なくとも１つの混合装置（１２，１３，１４，１８，２１）が、主流れ方向（９）に対して９０°とは異なる角度（α）に向けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 混合装置が、吸込み側で、隔壁（２０）により分離された部分流に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 混合装置が、通路（１）から分岐された、部分流（１６）を発生させるための側方通路（１７）内に配置されており、該側方通路（１７）が、ＵＶ放射器（２）の上流側で再び通路（１）に開口していて、部分流（１６）が、主流れ方向（９）に対して角度を成して通路（１）内に導入される、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 混合装置が、通路（１）の自由な横断面の外に配置されている、請求項８記載の装置。
10. 液体を消毒するための方法であって、以下のステップ：
    −液体の体積流を通路（１）内に主流れ方向（９）で導入し、
    −電動モータ駆動式の混合装置（３，１２，１３，１４，１８，２１）を用いて主流れ方向（９）に対して横方向の速度成分を発生させ、
    −前記体積流にＵＶ放射線を照射する
    を実施することを特徴とする、液体を消毒するための方法。
11. 混合装置を、分離された部分流内に配置し、該部分流を所定の角度で残りの流れに導入することにより前記速度成分を形成する、請求項１０記載の方法。

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