JP2012227040A

JP2012227040A - 紫外線ランプ装置

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Publication number: JP2012227040A
Application number: JP2011094805A
Authority: JP
Inventors: Takuya Miyamae; 卓也宮前
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP5678788B2

Abstract

【課題】金属ベースの温度を所定温度に維持可能な紫外線ランプ装置を提供する。
【解決手段】紫外線ランプ装置は、紫外線ランプ１０の端部１２を板状の金属ベース１３に載置し、この金属ベース１３を冷却機構２０により冷却する紫外線ランプ装置であって、冷却機構２０は、内部に冷却液の流路２４が設けられ、耐食性を有する冷却体２１と、冷却体２１よりも熱伝導性が高く、金属ベース１３と冷却体２１との間に配置される伝熱体２２とを備え、かつ流路２４は、金属ベース１３と伝熱体２２との接触面Ａとすべて略平行に設ける構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、紫外線ランプを冷却する冷却機構を備えた紫外線ランプ装置に関する。

従来、端部に円柱状の金属ベース設けた紫外線ランプと、内部に冷却液の流路を有する耐食性のある冷却体、及び、この冷却体よりも熱伝導性が高く、金属ベースの先端部と冷却体との間に配置される伝熱体を有する冷却ブロック（冷却機構）とを備えた紫外線ランプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この紫外線ランプ装置では、金属ベースを冷却ブロックにより冷却することにより、金属ベースの温度を所定温度に維持し、紫外線ランプの紫外線発光を最適化することを目的としている。

特開２００８−２１５６７号公報

しかしながら、従来の構成では、金属ベースの先端部のみが伝熱体に接触しているため、金属ベースと伝熱体との接触面積が狭く、金属ベースの熱を冷却体に十分に伝達できない。また、流路は、金属ベースと伝熱体との接触面と略平行する部分と略直交する部分とが混在して配置されているため、流路の一部の略平行する部分のみが金属ベースに対向することとなり、冷却効率が悪い。結果として、金属ベースの温度を所定温度に維持できないおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、金属ベースの温度を所定温度に維持可能な紫外線ランプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、紫外線ランプの端部を板状の金属ベースに載置して固定し、この金属ベースを冷却機構により冷却する紫外線ランプ装置であって、前記冷却機構は、内部に冷却液の流路が設けられ、耐食性を有する冷却体と、前記冷却体よりも熱伝導性が高く、前記金属ベースと前記冷却体との間に配置される伝熱体とを備え、かつ前記流路は、前記金属ベースと前記伝熱体との接触面とすべて略平行に設けたことを特徴とする。

上記構成において、前記伝熱体に温度センサ、又は、温度センサとヒータとを設けてもよい。
上記構成において、前記伝熱体は前記紫外線ランプの熱を前記冷却体との接触面内に分散する程度の厚さであってもよい。

本発明によれば、金属ベースを板状に形成したため、金属ベースと伝熱体との接触面積が広くなるので、金属ベースの熱を冷却体へ十分に伝達できる。また、流路を金属ベースと伝熱体との接触面とすべて略平行に設けたため、流路を金属ベースと伝熱体との接触面と略平行、略直交に混在して設ける場合に比べ、より長い流路を金属ベースに近づけて配置できるので、金属ベースを効果的に冷却できる。その結果、金属ベースの温度を所定温度に維持できる。

本発明の実施の形態に係る紫外線ランプ装置の平面、正面、底面、及び、左側面を示す図である。紫外線ランプの平面及び正面を示す図である。冷却ブロックを示す図である。図３のＩＶ−ＩＶ断面を示す図である。本発明の変形例に係る冷却ブロックを示す模式図である。本発明の他の変形例に係る冷却ブロックを示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態に係る紫外線ランプ装置の平面、正面、底面、及び、左側面を示す図であり、図２は紫外線ランプの平面及び正面を示す図である。
紫外線ランプ装置１は、図１に示すように、紫外線ランプ１０と、略直方体状の冷却ブロック（冷却機構）２０とを備えている。紫外線ランプ１０は、低圧水銀紫外線ランプであり、長尺Ｕ字状の発光管１１を有している。発光管１１の端部１２には、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウムを用いて形成した板状の金属ベース１３が設けられ、金属ベース１３及びフレーム３１に冷却ブロック２０が固定されている。

フレーム３１は発光管１１に沿って延出しており、フレーム３１には紫外線ランプ１０の光を反射する反射板３２が設けられている。また、フレーム３１には、紫外線ランプ１０に電力を供給するための端子台３３が設けられている。
発光管１１の端部１２は、図２に示すように、金属ベース１３上に載置されて固定されており、発光管１１の端部１２には、紫外線ランプ１０に電力を供給する給電線１４が接続されている。給電線１４の一端は発光管１１の内部の電極１５に接続され、他端は端子台３３（図１）に接続される。

図３は冷却ブロック２０を示す図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面を示す図である。
冷却ブロック２０は、図３に示すように、冷却体２１と、この冷却体２１と金属ベース１３との間に配置される伝熱体２２とを備え、これらの金属ベース１３、冷却体２１、及び伝熱体２２はねじ等の結合手段２３により結合されている。金属ベース１３と伝熱体２２との接触面Ａ、及び、冷却体２１と伝熱体２２と接触面Ｂには、密着性を向上するため、液体状、ペースト状、或いは弾性を有する固体状の密着手段（不図示）、例えば放熱シリコングリースやシリコンゴムシートを必要に応じて用いてもよい。

冷却体２１は、内部に冷却液（例えば、水）を流通させる流路２４を有し、水に対して耐食性を有する材料、例えばステンレスで構成されている。冷却体２１の厚さは、流路２４を形成するための必要最小限度の厚さとするのが好ましい。冷却体２１内の流路２４は、金属ベース１３と伝熱体２２との接触面Ａとすべて略平行に配置されている。この流路２４は、図４に示すように、入口側流路２４Ａと、出口側流路２４Ｂと、入口側流路２４Ａ及び出口側流路２４Ｂを連結する中間流路２４Ｃとを備え、全体としてコの字状の管状体を形成し、該管状体の中心軸は接触面Ａと略平行である。水は、入口側流路２４Ａ、中間流路２４Ｃ、出口側流路２４Ｂの順に流路２４を流れる。入口側流路２４Ａ及び出口側流路２４Ｂは発光管１１に沿って延在しており、入口側流路２４Ａと中間流路２４Ｃとの連結部分、及び、出口側流路２４Ｂと中間流路２４Ｃとの連結部分は、発光管１１の端部１２と平面視で重なるように配置されている。

伝熱体２２は、図３に示すように、冷却体２１よりも水に対する耐食性は劣るものの熱伝導率が高い材料、例えば銅又はアルミニウムで構成されている。伝熱体２２の厚さｔは、紫外線ランプ１０の熱が冷却体２１との接触面Ｂ内に分散する程度の厚さに設定されている。
伝熱体２２には、温度センサ２５及びヒータ２６が設けられている。温度センサ２５は、金属ベース１３になるべく近い位置に配置するのが望ましい。図３では、温度センサ２５は、伝熱体２２の金属ベース１３側の表面に設けられているが、伝熱体２２の厚さｔ方向中央や、伝熱体２２の冷却体２１側の表面に設けられてもよい。図３では、ヒータ２６は、伝熱体２２の厚さｔ方向中央に設けられているが、伝熱体２２の金属ベース１３側の表面や、伝熱体２２の冷却体２１側の表面に設けられてもよい。ヒータ２６による加熱や、流路２４を流通する水の流量は、温度センサ２５により検出された温度に基づいて制御される。

次に、本実施の形態の作用について説明する。
紫外線ランプ１０は、紫外線発光を最適化するために、紫外線ランプ１０の最冷部を通常４０〜４５℃の範囲とされる最適な所定温度に維持する必要がある。紫外線ランプ１０の点灯継続時には金属ベース１３を冷却し、紫外線ランプ１０の点灯時には金属ベース１３を加熱する必要がある。
本実施の形態では、金属ベース１３を板状に形成したため、金属ベース１３と冷却ブロック２０との接触面Ａの面積が広くなり、金属ベース１３と冷却ブロック２０との間で熱交換を十分に行うことができる。

冷却効率を向上させるためには、内部に水の流路を有する冷却ブロックも熱伝導率の高い材料で形成する方法がある。しかしながら、冷却ブロック全体に熱伝導率の高い銅やアルミニウムを使用すると、水に対する耐食性が劣るため、長期間の使用によって流路で腐食が進行し、流路が閉塞したり水質が悪化したりするおそれがある。これに対し、例えば有害な防錆剤を水に混入した場合には、医薬品や食品の製造工程での紫外線ランプ装置の使用に制限が生じる。熱伝導率の高い材料の冷却ブロックに、ステンレス等の耐食性のある材料で形成したパイプを通す方法もあるが、パイプは寸法のばらつきが大きいため、冷却ブロックに加工した穴の内面とパイプの外面との密着性を確保するのが難しい。

そこで、本実施の形態では、流路２４を有する冷却体２１を耐食性のある材料（ステンレス）で形成するとともに、金属ベース１３と冷却体２１との間に熱伝導率の高い伝熱体２２を設けている。これにより、冷却体２１の厚さを、流路２４を形成するための必要最小限度の厚さとすることで、金属ベース１３と水との間に介在する熱伝導率の低い材料（ステンレス）が薄くなり、迅速な熱の伝達が可能となる。その結果、金属ベース１３の温度変化に対して迅速に追随した流量制御が可能となり、金属ベース１３の温度を一定に保つことができる。伝熱体２２は、面方向への熱伝達にも優れているので、金属ベース１３の温度むらを低減できる。また、有害な防錆剤を水に混入するなどの対策を取る必要がなく、医薬品や食品の製造工程、例えば容器等を殺菌する行程でも紫外線ランプ装置１を使用できる。

冷却体２１内の流路２４は金属ベース１３と伝熱体２２との接触面Ａとすべて略平行に設けられ、該接触面Ａと略直交したり斜交したりする部位を有していない。このため、流路を金属ベースと伝熱体との接触面と略平行、略直交に混在して設ける場合に比べ、より長い流路２４を金属ベース１３に近づけて配置でき、金属ベース１３を効果的に冷却できる。しかも、発光管１１の端部１２は流路２４と対向する位置に配置したため、流路２４と発光管１１の端部１２との距離が近くなり、発光管１１の端部１２をより効果的に冷却できる。

また、冷却ブロック２０にヒータ２６を設けたため、金属ベース１３を所定温度に昇温するために、水を加熱する加熱手段を設ける必要がなくなり、その結果、紫外線ランプ装置１の構成を簡素化できるとともに、紫外線ランプ装置１を安価に製造できる。しかも、ヒータ２６は熱伝導率の高い伝熱体２２に設けたため、ヒータ２６を熱伝導率の低い冷却体２１に設ける場合に比べ、ヒータ２６の熱が金属ベース１３に均一にそして迅速に伝達され、金属ベース１３全体を均一に昇温できるとともに、金属ベース１３を短時間で所定の温度に昇温できる。また、熱伝導率の低い冷却体２１と、その内部の水とが所定の温度に昇温されなくても、金属ベース１３の温度を所定の温度に昇温できる。
さらに、温度センサ２５を熱伝導率の高い伝熱体２２に設けたため、温度センサ２５を熱伝導率の低い冷却体２１に設ける場合に比べ、金属ベース１３の温度に近い温度を検出できる。これにより、水の流量を的確に制御できるので、金属ベース１３を所定温度に調温できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、金属ベース１３を板状に形成したため、金属ベース１３と伝熱体２２との接触面積が広くなるので、金属ベース１３の熱を冷却体２１へ十分に伝達できる。また、流路２４を金属ベース１３と伝熱体２２との接触面Ａとすべて略平行に設けたため、流路を金属ベースと伝熱体との接触面と略平行、略直交に混在して設ける場合に比べ、より長い流路２４を金属ベース１３に近づけて配置できるので、金属ベース１３を効果的に冷却できる。その結果、金属ベース１３の温度を所定温度に維持できる。

また、本実施の形態によれば、伝熱体２２に温度センサ２５とヒータ２６とを設ける構成とした。この構成により、温度センサを熱伝導率の低い冷却体に設ける場合に比べ、金属ベース１３の温度に近い温度を検出できるので、水の流量を的確に制御でき、金属ベース１３を所定温度に調温できる。また、ヒータを熱伝導率の低い冷却体に設ける場合に比べ、ヒータ２６の熱が金属ベース１３に均一且つ迅速に伝達されるので、金属ベース１３全体を均一に昇温できるとともに、金属ベース１３を短時間で所定の温度に昇温できる。

また、本実施の形態によれば、伝熱体２２は紫外線ランプ１０の熱を冷却体２１との接触面Ｂ内に分散する厚さとしたため、紫外線ランプ１０の放熱を効率良く行うことができる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
ある部材の紫外線ランプ１０に対向する側の面の面積に着目すると、上記実施の形態では、同一面積を有する板状の冷却体２１と伝熱体２２とを結合して略直方体状の冷却ブロック２０を形成していたが、冷却体２１及び伝熱体２２の形状はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、冷却体１２１の面積を伝熱体１２２の面積より狭く形成するとともに、冷却体１２１を伝熱体１２２よりも厚く形成し、冷却体１２１を伝熱体１２２に埋設して冷却ブロック１２０を構成してもよい。また例えば、図６に示すように、前記面積を伝熱体２２２よりも狭く形成した冷却体２２１を伝熱体２２２に完全に埋設させずに突出させて冷却ブロック２２０を構成してもよい。なお、図５及び図６において、符号１２４，２２４は図３に示す流路２４と同様に構成された流路であり、温度センサ及びヒータの図示を省略している。
また、上記実施の形態では、ヒータ２６を設けていたが、ヒータ２６は設けなくともよい。

１紫外線ランプ装置
１０紫外線ランプ
１２端部
１３金属ベース
２０，１２０，２２０冷却ブロック（冷却機構）
２１，１２１，２２１冷却体
２２，１２２，２２２伝熱体
２４，１２４，２２４流路
２５温度センサ
２６ヒータ
Ａ接触面
Ｂ接触面
ｔ厚さ

Claims

紫外線ランプの端部を板状の金属ベースに載置して固定し、この金属ベースを冷却機構により冷却する紫外線ランプ装置であって、
前記冷却機構は、内部に冷却液の流路が設けられ、耐食性を有する冷却体と、前記冷却体よりも熱伝導性が高く、前記金属ベースと前記冷却体との間に配置される伝熱体とを備え、
かつ前記流路は、前記金属ベースと前記伝熱体との接触面とすべて略平行に設けたことを特徴とする紫外線ランプ装置。
前記伝熱体に温度センサ、又は、温度センサとヒータとを設けたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線ランプ装置。
前記伝熱体は前記紫外線ランプの熱を前記冷却体との接触面内に分散する程度の厚さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線ランプ装置。