CN111686667B - 紫外线照射装置及臭氧产生器 - Google Patents

Abstract

提供紫外线照射装置及臭氧产生器。课题在于在各种各样的使用环境下，也能够实现稳定且高效的紫外线照射处理。在紫外线照射装置(10)中，将轴流风扇(20)与管状流路(30)同轴地配置，来供给流体。并且，在配置有准分子灯(40)的区域(FA)中，在产生以流速(方向和速度)根据场所而大不相同的复杂的流(非均匀湍流)为主导的流场的区域配置准分子灯(40)。

Description

紫外线照射装置及臭氧产生器

技术领域

本发明涉及一种利用准分子灯(Excimer lamp)照射紫外线的紫外线照射装置。

背景技术

作为生成强氧化力的臭氧的方法，可以对大气等含有氧的原料气体照射紫外线(例如，波长172nm)，从而产生臭氧。作为照射紫外线的光源，例如可以使用准分子灯(参照专利文献1)。由此，在壳体的上表面设置吸气口，在底面设置排气口，在吸气口设置风扇等，使空气流入壳体内。

在准分子灯中，当发光管的管壁温度上升时，光强度降低，另外，会导致在发光管的附近发生所产生的臭氧的热分解。为了防止这种情况，提出了通过将在配置有准分子灯的管内流过的原料气体的流速确定为规定值以上，从而提高臭氧产生的效率的方案(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-139462号公报

专利文献2：日本特许第6070794号公报

发明内容

紫外线照射装置、臭氧生成器被设置在各种各样的环境下，外部气温、原料气体等流体的温度也根据使用环境而不同。例如，在利用外部气体来生成臭氧的情况下，其紫外线照射效率也根据准分子灯的气氛温度以及流体的温度而变化，难以得到期望的紫外线处理效果。尤其是，准分子灯为紧凑型同时能够生成高浓度的臭氧，在所放射的紫外线的波长为172nm时，空气的透射距离小于约10mm，较小，因此原料气体需要在准分子灯的表面附近流动。因此，不能忽视原料气体的流动状态所带来的影响。例如，具有如下所述的问题：即，当从准分子灯外表面到流路内壁为止的距离大于紫外线的透射距离时，在紫外线无法到达的区域中通过的原料气体变多，导致紫外线处理效率降低。

因此，要求在各种各样的使用环境下，都能够实现稳定且高效的紫外线照射处理的技术。

本发明的紫外线照射装置例如是能够设置在特征在于对含有氧的流体照射紫外线的臭氧生成器中的装置，具有：流路，其收纳放射紫外线的准分子灯；以及流体供给部，其供给在沿着流路的方向上移动的流体，与流体供给部的供给口对置地配置准分子灯。在供给口附近，产生复杂的湍流现象，在配置有准分子灯的区域中，也会产生极其复杂的涡旋运动等的流动的状态。即，在准分子灯的周围，形成非均匀流。

这里的“非均匀流”这样的记载是指在整体的流体的移动方向、即流路的方向上，不能将流动的状态捕捉为均匀的流动，且不能利用时间平均来表示流路方向的速度的复杂的流动的状态。例如，在准分子灯周围形成以非均匀湍流状态表示的流动、或者回旋流等的流动。由于不能利用沿着流路方向的速度成分来表示流动的状态，因此例如符合JIS B8330的结构被排除。

准分子灯配置在如下区域：在该区域中，按照流体供给部和流路中的至少一方的特性而形成被表示为二维流动或者三维流动的流场。在此，所谓“二维流动或者三维流动”指不是能够通过获取管内等的平均速度而利用一个方向的速度成分来表示的“一维流动”，而是能够利用至少两个方向的流动的速度成分来表示流动的情况。例如在流路由直状的管等构成为管状流路的情况下，准分子灯能够配置在以管状流路的轴向以外的速度成分为主导的流动的区域中。

流体供给部能够由风扇(轴流风扇、离心风扇等)构成，也可以由除此之外的部件构成。流体供给部以在准分子灯表面中冷却程度根据场所而不同的方式供给流体即可。例如，能够设为表面温度根据输出、尺寸等该流体供给部的特性而变得不均匀。

例如，构成为当在流体供给部设置有轴流风扇时，准分子灯配置在轴流风扇的轴上，准分子灯的外径比轴流风扇的风扇马达部的外径小即可。

另一方面，也能够配置多个准分子灯，多个准分子灯能够分别配置在冷却程度根据流体供给部的特性而不同的场所。例如，多个准分子灯具有第1准分子灯以及能够生成的臭氧浓度比第1准分子灯高的第2准分子灯，第1准分子灯配置在流速相对较低的场所，第2准分子灯配置在流速相对较高的场所。这里的流速能够作为二维流动或三维流动的速度成分的速度而求出。

另外，构成为在设置有轴流风扇的情况下，多个准分子灯配置在从轴流风扇的轴沿着径向比风扇马达部的半径还远的位置处，多个准分子灯的外径比轴流风扇的风扇马达部的外径小即可。

根据本发明，在各种各样的使用环境下，也能够实现稳定且高效的紫外线照射处理。

附图说明

图1是第1实施方式的紫外线照射装置的概略结构图。

图2是第2实施方式的紫外线照射装置的概略结构图。

标号说明

10 紫外线照射装置

20 轴流风扇(流体供给部)

30 管状流路(紫外线照射部)

40 准分子灯

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是第1实施方式的紫外线照射装置的概略结构图。紫外线照射装置10具有轴流风扇20、管状流路30以及准分子灯40。

准分子灯40具有管状的发光管40A，放射紫外线(例如172nm)。发光管40A被未图示的支承部件支承。具有紫外线照射部的管状流路30形成供原料气体(被照射体)流动的流路，原料气体从流入口30A朝向未图示的排出口流动。原料气体是含有氧的气体，在此，大气流入到管30内。

轴流风扇20具有风扇马达部22和风扇叶片24，轴流风扇20具有与管状流路30实质相同的外径，且具有供给口，该供给口是包围风扇马达部22的圆筒状的开口部，轴流风扇20与管状流路30的流入口30A同轴地配置，是供给在沿着管状流路(紫外线照射部)的方向上移动的流体的流体供给部。准分子灯40以使发光管40A的轴(灯轴)与管状流路30的轴C一致、即沿着轴流风扇20的轴上的方式，与流体供给部的排出口对置地配置在管状流路30内。准分子灯40的外径D比轴流风扇20的风扇马达部22的外径d小。另外，管状流路30的内径也可以设为轴流风扇20以上的内径的大小。

当轴流风扇20旋转时，周围的空气流入管状流路30，使速度增加并在沿着管状流路30的方向上移动。准分子灯40通过未图示的电源部的控制而点亮，并放射紫外线。其结果，产生臭氧，所生成的臭氧向排出口侧移动，被用于除臭、杀菌处理等。

一般来说，在管内流动的气体等流体在雷诺数(Reynolds number)比较低的层流状态、和雷诺数较高的湍流状态下，在边界层以外的主流部分中，其流动均沿着径向具有曲线(均匀地减少、增加)的速度分布，或者为大致恒定(均匀)的速度分布。在这种情况下，能够通过使用平均速度，从而利用沿着管轴方向的一个方向上的速度成分来表示气体的流动状态。

然而，在轴流风扇20的排出口(流体供给口)附近，在管状流路30的轴附近的被轴流风扇的风扇电动机部的外径的大小所影响的区域产生逆流现象。因此，在使轴流风扇20旋转的期间，由于轴流风扇的流体供给的特性、管状流路的内表面形状等的特性，在管状流路30的流入口30A附近产生复杂的湍流现象，即使在配置有准分子灯40的区域FA中，也会产生极其复杂的涡旋运动等的流动的状态。因此，不能仅利用沿着管状流路30的管轴方向的气体的速度成分来表示流动的现象。即，成为表现为二维流动或三维流动(多个方向的速度成分)、而非表现为沿着管轴方向的一维流动(一个方向的速度成分)的流场。

因此，在准分子灯40的周围，其速度(方向以及速度)不一样，是不均匀(不一样)的，且在准分子灯40的表面附近，流速比较大的流动和流速比较小的流动不规则地存在，其方向也不同。例如，与轴流风扇10对置的端部40T附近的流动和沿着管轴方向的表面40S附近的流动，其方向及速度不同。

在准分子灯40的情况下，具有当发光管40A的温度上升时，放射光的光强度减小的倾向。因此，通过流速快的原料气体的流动使发光管40A的温度降低，从而紫外线的照射效率提高。但是，如果原料气体的流量低，则难以充分冷却准分子灯。

在本实施方式中，在配置有准分子灯40A的区域FA中，产生流速(方向和速度)根据场所而大不相同的复杂的非均匀流(非均匀湍流)为主导的流的区域。因此，在从准分子灯放射的紫外线未到达的区域中通过的原料气体变少，原料气体在准分子灯表面附近通过，从而紫外线处理效率提高。另外，根据流体供给部的特性，冷却的程度按照场所而不同，准分子灯的表面未被均匀地冷却。在原料气体的温度高的情况下，利用流速大的部分使准分子灯40的发光管40A的温度降低，在其附近紫外线照射效率变高。因此，即使在原料气体流量小时，也能够充分地冷却准分子灯，因此不需要如以往的利用均匀流使准分子灯的表面均匀地冷却的臭氧产生器那样，将在管内流动的原料气体的流速确定为规定值以上。另一方面，在原料气体的温度低的情况下，在流速低的部分温度不会降低那么多，因此臭氧产生量的降低被抑制。因此，无论外部气体等原料气体的温度是高还是低，作为准分子灯40整体都能够高效地进行基于紫外线照射的臭氧生成。

尤其是通过与轴流风扇10同轴地配置外径比轴流风扇10的风扇马达部分12小的准分子灯40，从而在和轴流风扇10对置的端部40T与沿着管轴方向的侧面侧之间能够产生较大的流速差。

由此，根据本实施方式，在紫外线照射装置10中，使轴流风扇20与管状流路30同轴地配置，来供给流体。并且，在配置准分子灯40的区域FA中，流速(方向和速度)根据场所而大不相同，在沿着管状流路的方向上产生以复杂的非均匀流(例如，非均匀湍流的流动)为主导的流的区域的区域中配置准分子灯40。另外，也可以沿着径向配置准分子灯40、或者也可以沿倾斜方向配置准分子灯40。另外，能够任意地设定准分子灯40的外径。

只要准分子灯40的至少一部分配置在轴流风扇20的排出口附近，则也可以按照不会大幅地变更依据流体供给部的特性的流场、不会造成较大的压力损失的程度，设为圆筒形状以外的多边形形状等的管状流路，采用弯曲的管状流路。另外，也可以按照不会造成大的压力损失的程度，在轴流风扇20的排出口附近、准分子灯40的周围，配置与流体供给部的特性对应的整流板(整流格栅)。

图2是第2实施方式的紫外线照射装置的概略结构图。在第2实施方式中，设置有2个准分子灯。

紫外线照射装置100的准分子灯140A、140B配置于关于管状流路的管轴C对称的位置，距管轴C的距离L比轴流风扇10的风扇电动机部24的半径d/2大。因此，在准分子灯140A、140B的朝向管轴侧的表面附近与朝向管壁的表面附近，流速大不相同。通过如此配置2个准分子灯140A、140B，从而补偿紫外线的透射距离短的情况，能够以更稳定的高效率生成臭氧。

另外，也可以关于管轴C非对称地配置准分子灯140A、140B，使对于各准分子灯的冷却程度根据流体供给部的特性而不同，例如能够将准分子灯140A配置在管轴C上，将准分子灯140B配置在沿着径向比风扇电动机部24的半径d/2还远的位置处。另外，也可以在径向上配置准分子灯140A、140B，还可以倾斜地配置准分子灯140A、140B。进而，也可以配置3个以上的准分子灯。

准分子灯140A、140B的长轴长度、直径的大小等尺寸可以确定为相同，但也可以设为不同的尺寸。此外，也可以使功率、紫外线照度不同。例如，能够配备生成低浓度的臭氧的(小型)第1准分子灯和能够生成高浓度的臭氧的(大型)第2准分子灯，只要在流速相对较高且冷却较强的场所配置高浓度准分子灯，在流速相对较低且冷却较弱的场所配置低浓度准分子灯即可。

除了轴流风扇10以外，也可以应用离心风扇等其他的风扇。在这种情况下，在不能将流动的状态表示为一维流动的区域中配置准分子灯即可。

在本实施方式中，采用与轴流风扇的送风方向一致地将管同轴地连接的结构，但是，只要在壳体内设置准分子灯、轴流风扇等，形成流路，并向准分子灯方向供给原料气体等即可，其流路也可以不是直线的。此外，在本实施方式中，对含有氧的原料气体照射紫外线而生成臭氧，但也可以对不含有氧的气体、液体等照射紫外线，进行紫外线照射处理等。

Claims (8)

1.一种紫外线照射装置，其特征在于，所述紫外线照射装置具有：

流路，其收纳放射紫外线的准分子灯；以及

流体供给部，其供给在沿着所述流路的方向上移动的流体，

所述流体供给部具有轴流风扇，

与所述流体供给部的供给口对置地配置所述准分子灯，

所述准分子灯配置在所述轴流风扇的轴上，

所述准分子灯的外径比所述轴流风扇的风扇马达部的外径小。

2.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述准分子灯配置在从所述轴流风扇的轴沿着径向比所述风扇马达部的半径还远的位置处。

3.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述流路具有管状流路，

所述准分子灯配置在以所述管状流路的轴向以外的速度成分为主导的流的区域中。

4.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述流体供给部供给产生涡旋运动的所述流体。

5.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述流体供给部以在所述准分子灯的表面冷却程度根据场所而不同的方式供给流体。

6.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述紫外线照射装置具有多个准分子灯，

所述多个准分子灯分别以与所述流体供给部的供给口对置的方式，配置在冷却程度根据所述流体供给部的特性而不同的场所，

所述多个准分子灯具有第1准分子灯和能够生成的臭氧的浓度比第1准分子灯高的第2准分子灯，

所述第1准分子灯配置在流速相对较低的场所，所述第2准分子灯配置在流速相对较高的场所。

7.一种紫外线照射装置，其特征在于，

所述紫外线照射装置具有：

流路，其收纳放射紫外线的多个准分子灯；以及

流体供给部，其供给在沿着所述流路的方向上移动的流体，

所述流体供给部具有轴流风扇，

所述多个准分子灯分别以与所述流体供给部的供给口对置的方式，配置在从所述轴流风扇的轴沿着径向比所述风扇马达部的半径还远、且冷却程度根据所述流体供给部的特性而不同的场所，

所述多个准分子灯的外径比所述轴流风扇的风扇马达部的外径小。

8.一种臭氧产生器，其特征在于，

所述臭氧产生器具有权利要求1至7中的任一项所述的紫外线照射装置，

对含有氧的流体照射紫外线。

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