JP2011110492A - Ultraviolet irradiation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、紫外線ランプから照射される紫外線で光化学処理、光殺菌、光洗浄等に用いられる紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device used for photochemical treatment, photodisinfection, photowashing, and the like with ultraviolet rays irradiated from an ultraviolet lamp.
従来の紫外線照射装置は、紫外線を照射させる紫外線照射用ランプの表面が高温となる。そのため破損を防止する冷却機構が必要となり、一般的には空冷による冷却方式が使用されている。空冷方式にはランプに直接気体を当て冷却する直接的手法とランプ外周方向に設置した透過容器を液体により冷却することで透過容器周囲の気体を冷却し、ランプを冷却する間接的手法がある。特に、被照射物の温度上昇の抑制またはランプ外周方向に被照射物である液体がある場合には後者の手法が用いられる。(例えば、特許文献1) In the conventional ultraviolet irradiation device, the surface of the ultraviolet irradiation lamp that irradiates ultraviolet rays becomes high temperature. Therefore, a cooling mechanism for preventing breakage is necessary, and generally a cooling method by air cooling is used. The air cooling method includes a direct method in which a gas is directly applied to a lamp for cooling, and an indirect method in which the gas around the transmission container is cooled by cooling the transmission container installed in the outer peripheral direction of the lamp with a liquid, thereby cooling the lamp. In particular, the latter method is used when the temperature rise of the irradiated object is suppressed or when there is a liquid that is the irradiated object in the lamp outer peripheral direction. (For example, Patent Document 1)
上記した特許文献1の技術は、ランプ入力電力を上昇させることで、被照射物に対する処理能力を向上させることができるものの、ランプ周囲の気体を冷却させることでランプを冷却する間接的手法では、冷却能力に限界があることから120W/cm以下の入力電力に制限される。一般にランプ表面温度が850℃以上で点灯させ続けた場合、早期に失透、黒化等の不具合が生じる、という問題があった。 Although the technique of the above-mentioned patent document 1 can improve the processing capability for the irradiated object by increasing the lamp input power, the indirect method of cooling the lamp by cooling the gas around the lamp, Since the cooling capacity is limited, the input power is limited to 120 W / cm or less. In general, when the lamp surface temperature is kept on at 850 ° C. or higher, there is a problem that defects such as devitrification and blackening occur at an early stage.
この発明の目的は、ランプ温度に影響のある紫外線ランプと処理ユニットとの距離に制限を加えることで、高入力電力による点灯でも長寿命化を図ることのできる紫外線照射装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultraviolet irradiation device capable of extending the life even when it is turned on with high input power by limiting the distance between the ultraviolet lamp having an influence on the lamp temperature and the processing unit. .
上記した課題を解決するために、この発明の紫外線照射装置は、紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた発光管と、前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させるとともに、前記紫外線ランプから紫外線を透過させ被処理液の水処理を行う処理ユニットと、を具備し、前記紫外線ランプと前記処理ユニットの内管との距離D[mm]と前記紫外線ランプの入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35(ただし、120≦P≦170)の関係を満足させるとともに、前記処理ユニットの外管の内面に紫外線反射膜を形成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an ultraviolet irradiation device according to the present invention includes an arc tube provided with a discharge space having an airtight property made of an ultraviolet light transmissive material, and an arc tube in the axial direction of the arc tube. An ultraviolet lamp comprising: a pair of discharge electrodes arranged; and an enclosure composed of a rare gas, mercury, halogen, and a luminescent metal in an amount sufficient to maintain an arc discharge in the discharge space. A treatment unit that houses the ultraviolet lamp, cools the ultraviolet lamp between an inner tube and an outer tube, and transmits water from the ultraviolet lamp to perform water treatment of the liquid to be treated. The distance D [mm] between the lamp and the inner tube of the processing unit and the input power P [W / cm] of the ultraviolet lamp satisfy the relationship of D ≦ −0.2P + 35 (120 ≦ P ≦ 170). With Characterized in that the formation of the UV-reflecting film on the inner surface of the outer tube of the processing unit.
この発明によれば、120W/cm以上の高入力電力状態であってもランプの長寿命化を図ることができる。 According to the present invention, the life of the lamp can be extended even in a high input power state of 120 W / cm or more.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1〜図3は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するための、図1は基本的なシステム構造図、図2は図1に用いる紫外線ランプについて説明するための構成図、図3は図2のI−I’線断面図である。 1 to 3 are diagrams for explaining an embodiment of the ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a basic system structure diagram. FIG. 2 is a configuration diagram for explaining an ultraviolet lamp used in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG.
紫外線照射装置は、紫外線ランプ100と処理ユニット200から構成される。紫外線ランプ100と処理ユニット200は、紫外線ランプ100のソケット11a,11bに取り付けられたスペーサ12a,12bにより所定の間隔に位置決めされる。
The ultraviolet irradiation device includes an
図2に示すように、紫外線ランプ100は、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間13を形成する発光管14の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極15a,15bが配置される。発光管14は、例えば外径φが27.5mm、肉厚mが1.5mm、発光長Lが100mm程度の一重管で構成される。
As shown in FIG. 2, the
電極15a,15bは、それぞれインナーリード16a,16bを介してモリブデン箔17a,17bの一端に溶接される。モリブデン箔17a,17bの他端には、図示しないアウターリードの一端を溶接する。モリブデン箔17a,17bの部分は発光管14のインナーリード16a,16bからアウターリードの一端までの発光管14を加熱して封止する。
The
モリブデン箔17a,17bは、発光管14を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔17a,17bに一端がそれぞれ接続されたアウターリードには、例えばセラミック製のソケット18a,18bの内部で電気的に接続された給電用のリード線19a,19bを絶縁封止するとともに図示しない電源回路に接続される。
The
発光管14内には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが1.3kPaで、水銀それに紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうちの少なくとも1種とハロゲンが封入されている。
In the
処理ユニット200は、円筒状の石英ガラス等の紫外線透過性の透明な材料よりなり、内管21とその外側に設けられた外管22を備え、二重管構造となっている。紫外線ランプ100は、内管21に内包されている。
The
図3に示すように、処理ユニット200の内管21は、例えば内径d1を32mm、外径d2を36mmとし、外管22は、例えば内径d3を66mm、外径d4を70mmとする。
As shown in FIG. 3, the
処理ユニット200は、外周端部に設けられた接続管23a,23bを通して外部から光化学処理対象の水などの処理液24を流通させる。処理液24は、図1に示すように、接続管23aから60度以下の温度の低いものを入水し、接続管23bから紫外線ランプ100の冷却を行い、暖められたものを出水する。必要により暖められた出水は、冷却され再び接続管23aから入力するようにしてもよい。従って、処理液24は、紫外線ランプ100の冷却水としての役目も果たすことになる。
The
外管22の内表面には、紫外線反射膜25が被着して形成されている。この紫外線反射膜25としては、酸化タンタル、酸化はハフニウム、酸化ジルコニウム等の金属酸化物の少なくとも1種により構成される。紫外線反射膜25は、紫外線ランプ100から放射される光のうち、紫外線は反射させ、赤外線は透過させるように成分調整がなされている。
On the inner surface of the
そして、ランプ長が100cmのときにランプ電力を16kW(160W/cm)が供給され、紫外線ランプ100から紫外線を放射されると、処理ユニット200内を通過させる処理液24の光化学処理が行われる。
When the lamp length is 100 cm, 16 kW (160 W / cm) of lamp power is supplied, and when ultraviolet rays are emitted from the
外管22の内面に被着した紫外線反射膜25は、紫外線ランプ100から放射された光を400nm以下の波長成分を反射させて処理水に再び照射させ、光反応を促している。
The
このとき、処理ユニット200には処理液24を流通させ、紫外線ランプ100の発光管14の温度が850℃を超えないように冷却水としても用いている。発光管14の表面温度は、850℃以上になると封入ガスと発光管14の材料である石英ガラスとの反応により黒化現象が生じることが知られている。
At this time, the
ここで、上記した構成の紫外線ランプ100の発光管14と上記した構成の処理ユニット200の内管21との距離をD[mm]とランプ入力電力P[W/cm]の関係について、図4、図5を参照しながら説明する。
Here, the relationship between the distance D between the
図4では、80,120,140,160,170W/cmの5種類の入力電力が紫外線ランプ100に供給された場合の850℃以下における良好な発光管14と処理ユニット200の内管21との距離Dを示している。図4では、紫外線ランプ100と処理ユニット200との接触の弊害を考え、1mmを最小値とした例をデータとしている。
In FIG. 4, when the five types of input power of 80, 120, 140, 160, and 170 W / cm are supplied to the
80W/cmでは、図4に示した15mmまでのいずれにおいても発光管14の表面温度が850℃を超えることはなく、ランプ寿命の点では良好である。しかし、この場合は入力電力が小さいことから所望の照度が得られないという問題がある。
At 80 W / cm, the surface temperature of the
また、120W/cmでは約11mm以下の距離に、140W/cmでは約6.5mm以下の距離に、160W/cmでは約3mm以下の距離に、170W/cmでは約1.3mm以下の距離にそれぞれ設定した場合には、850℃以下で良好な照度を得つつ、封入物と発光管14との反応による黒化現象を防止できることからランプの長寿化を図ることができる。
In addition, the distance is about 11 mm or less at 120 W / cm, the distance is about 6.5 mm or less at 140 W / cm, the distance is about 3 mm or less at 160 W / cm, and the distance is about 1.3 mm or less at 170 W / cm. When set, the lamp can be made to have a long life since the blackening phenomenon due to the reaction between the enclosed material and the
図5では、このときの入力電力[W/cm]と良好な発光管14と内管21との距離をD[mm]のプロットを取り、直線で結んだ特性を示している。この図5からもわかるように、ランプ表面温度が850℃となる入力に対する距離Dの関係から、D=−0.2P+35となる近似式が求めらる。このことから、D≦−0.2P+35の条件の場合、ランプ温度を850℃以下に制御することが可能となった。ただし、入力電力P(W/cm)は、120≦P≦170の条件下とする。
FIG. 5 shows a characteristic in which the input power [W / cm] at this time and the distance between the
この実施形態では、入力電力が120〜170W/cmの間において、発光管14と内管21との距離D[mm]が、D≦−0.2P+35の近似式を満足する条件であれば、所望の照度が得られつつ、黒化現象を抑えることが可能となり長寿命化を図ることができる。
In this embodiment, when the input power is 120 to 170 W / cm, the distance D [mm] between the
さらに、赤外線を通過させ紫外線を反射させる紫外線反射膜25を、処理ユニット200の外管22の内面に形成したことにより、処理液24の温度を上昇させる要因の赤外線は通過させ、紫外線は反射させて再び処理液24を照射して光反応を促進させることが可能となり、処理能力の向上を図ることができる。
Furthermore, by forming an
この実施形態では、紫外線反射膜により処理液を一度通過させて光反応による処理を行わせた後に紫外線のみを反射させ、再び光反応処理として用いたことで処理能力の向上を図ることができる。 In this embodiment, it is possible to improve the processing capability by once passing the treatment liquid through the ultraviolet reflecting film and performing the treatment by the photoreaction, and then reflecting only the ultraviolet ray and using it again as the photoreaction treatment.
図6は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態の変形例について説明するための図3に相当する断面図であり、上記実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。 FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 for explaining a modification of the embodiment relating to the ultraviolet irradiation apparatus of the present invention, and the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. To do.
この変形例は、紫外線反射膜25を処理ユニット200の外管22の外面に形成したものである。
In this modification, the
この場合、紫外線反射膜25が処理液25に晒されることがないことから、紫外線反射膜25の機能が低下し寿命が短くなることを抑えることができる。また、紫外線反射膜25を外管22の外面に形成した場合は、外管22の内面に形成した場合に比べて作業の効率化とともに、確実な形成が可能となる。
In this case, since the
図7は、この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための図3に相当する断面図であり、上記実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。 FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 for explaining another embodiment relating to the ultraviolet irradiation apparatus of the present invention, and the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals.
この実施形態は、処理ユニット200の外管22の外面に紫外線を吸収し、処理ユニット200を通過する処理液を活性化させる光触媒26を形成されるものである。光触媒26は、紫外線を照射させることで、その表面で強力な酸化力が生まれ、接触してくる有機化合物や細菌などの有害物質を除去させることができる。光触媒26としては、例えばニ酸化チタン(Tio2)が用いられる。
In this embodiment, a
この実施形態では、光触媒により処理液を一度通過させて処理液を活性化し、光触媒で紫外線を反射させて再び処理液を活性化させることができる。このため、光触媒の表面の酸化力が向上し、処理液をより活性化させることができ、有機化合物や細菌などの有害物質を除去させる能力を向上させることができる。 In this embodiment, the treatment liquid can be activated once by passing it through the photocatalyst, and the treatment liquid can be activated again by reflecting the ultraviolet rays with the photocatalyst. For this reason, the oxidizing power of the surface of the photocatalyst is improved, the treatment liquid can be more activated, and the ability to remove harmful substances such as organic compounds and bacteria can be improved.
100 紫外線ランプ
13 放電空間
14 発光管
15a,15b 電極
300 処理ユニット
21 内管
22 外管
23a,23b 接続管
24 処理液
25 紫外線反射膜
26 光触媒
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、
前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させるとともに、前記紫外線ランプから紫外線を透過させ被処理液の光化学処理を行う処理ユニットと、を具備し、
前記紫外線ランプと前記処理ユニットの内管との距離D[mm]と前記紫外線ランプの入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35(ただし、120≦P≦170)の関係を満足させるとともに、前記処理ユニットの外管の内面に紫外線反射膜を形成したことを特徴とする紫外線照射装置。 An arc tube with a discharge space having a hermeticity made of an ultraviolet light transmissive material;
A pair of discharge electrodes disposed opposite the arc tube in the axial direction of the arc tube;
An ultraviolet lamp comprising an enclosure made of a rare gas, mercury, halogen, and luminescent metal in a sufficient amount to maintain an arc discharge in the discharge space;
A processing unit that houses the ultraviolet lamp, cools the ultraviolet lamp between an inner tube and an outer tube, and transmits a UV ray from the ultraviolet lamp to perform a photochemical treatment of a liquid to be treated;
The distance D [mm] between the ultraviolet lamp and the inner tube of the processing unit and the input power P [W / cm] of the ultraviolet lamp have a relationship of D ≦ −0.2P + 35 (120 ≦ P ≦ 170). An ultraviolet irradiation device characterized by satisfying and forming an ultraviolet reflective film on the inner surface of the outer tube of the processing unit.
前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、
前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させる冷却液を循環させるとともに、紫外線を透過させる構造の処理ユニットと、を具備し、
前記紫外線ランプと前記処理ユニットの内管との距離D[mm]と前記紫外線ランプの入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35(ただし、120≦P≦170)の関係を満足させるとともに、前記処理ユニットの外管の内面に光触媒を形成したことを特徴とする紫外線照射装置。 An arc tube with a discharge space having a hermeticity made of an ultraviolet light transmissive material;
A pair of discharge electrodes disposed opposite the arc tube in the axial direction of the arc tube;
An ultraviolet lamp comprising an enclosure made of a rare gas, mercury, halogen, and luminescent metal in a sufficient amount to maintain an arc discharge in the discharge space;
A treatment unit configured to house the ultraviolet lamp, circulate a coolant for cooling the ultraviolet lamp between the inner tube and the outer tube, and transmit ultraviolet rays;
The distance D [mm] between the ultraviolet lamp and the inner tube of the processing unit and the input power P [W / cm] of the ultraviolet lamp have a relationship of D ≦ −0.2P + 35 (120 ≦ P ≦ 170). An ultraviolet irradiation device characterized by satisfying and forming a photocatalyst on the inner surface of the outer tube of the processing unit.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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