JP2017509299A

JP2017509299A - 電力供給ユニット

Info

Publication number: JP2017509299A
Application number: JP2016552896A
Authority: JP
Inventors: イオーシフ・イズライリット
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: US10433440B2; CN106165282A; WO2015124353A2; WO2015124353A3; JP6603231B2; US20170064853A1; EP3108576A2

Abstract

特には殺菌デバイス用の電力供給ユニットが、筐体(20)と電気システム(40)と電気絶縁システムとを備え、電気絶縁システムが少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備え、電気システム(40)が筐体(20)内に位置付けられ、電気システム(40)が、運転の間、異なる電圧分布を有する帯域(40')を有し、筐体(20)が複数の領域(20')を備え、少なくとも1つの領域(20')が少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備え、電圧分布が第1の電圧閾値を超える電気システム(40)の帯域(41)への距離(d)が最小距離(dmin)未満であるそれらの領域(20')が、少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、特には殺菌デバイス用の電力供給ユニットに関し、特には包装材料用の殺菌デバイスに関し、特には殺菌デバイス用の電力供給ユニットを電気的に絶縁するための方法に関する。

電子ビーム照射は、過酸化水素に関連する湿式化学が従来の技術的基盤であった殺菌の目的のための有望な代替として考えられてきた。電子ビーム照射は、例えば包装材料などの十分な殺菌を提供し、例えば包装機械内での湿式化学の芳しくない結果を解消する。この場合、電力供給ユニットが、1つまたは複数の電子ビームエミッタを運転するために用いられる高電圧を提供するために必要である。しかしながら、高電圧を発生することは、電力供給ユニットの筐体の内部でコロナおよびアークを作り出すという問題を伴う。しかしながら、電力供給ユニットの筐体について知られている絶縁技術は、非常に厳重であるか、または、非常に多くの原材料と供給とを必要とする。この場合、特には電力供給ユニットの重量は、電力供給ユニットが移動可能な機構にしばしば配置されるため、検討される必要がある。

そのため、最適な電気絶縁特性との組み合わせで小さな重量と高いコスト効果とを保持する、特には殺菌デバイス用の電力供給ユニットと、特には包装材料用の殺菌デバイスと、特には殺菌デバイス用の電力供給ユニットを電気的に絶縁するための方法とを提供する要求がある。

本発明は、要求を満たすために、請求項12による殺菌デバイスによって、および、請求項13による電力供給ユニットを電気的に絶縁するための方法によって、請求項1による電力供給ユニットを提案する。本発明の好ましい実施形態の追加の利点および特徴は、従属請求項に定義されている。

本発明によれば、特には殺菌デバイス用の電力供給ユニットが、筐体と電気システムと電気絶縁システムとを備え、電気絶縁システムが少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備え、電気システムが筐体内に位置付けられ、電気システムが、運転の間、異なる電圧分布を有する帯域を有し、筐体が複数の領域を備え、少なくとも1つの領域が少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備え、電圧分布が第1の電圧閾値を超える電気システムの帯域への距離が最小距離未満であるそれらの領域が、少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備えることを特徴とする。

別の実施形態では、高出力電圧を提供するための電力供給ユニットが提供される。電力供給ユニットは、電力供給ユニットの筐体の内部に位置付けられる電気システムを備える。電気システムはいくつかの領域へと分割される。各々の領域は、前記領域に位置付けられる構成要素の運転電圧を表す電圧分布値が割り当てられる。電圧分布値が第1の電圧閾値を超えるこれらのいくつかの領域のうちの第2の領域への距離があらかじめ規定された距離未満であるこれらのいくつかの領域のうちの第1の領域が、少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備える。

本発明の実施形態では、少なくとも1つの絶縁遮蔽体が、第1の領域と第2の領域との間に少なくとも一部位置付けられ得る。

電力供給ユニットは、電子ビームエミッタ、または、例えば、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11、12個、およびそれ以上の複数の電子ビームエミッタへとそれぞれ連結可能である、または、連結される。電力供給ユニットの少なくとも1つの電子ビームエミッタとの組み合わせは、殺菌デバイスと呼ばれる。概して、連結は、構造および/または力の嵌め合いの連結である。

電子ビームエミッタは、電子などの電荷担体を経路に沿って放つための電子発生器を備え、電子発生器は、密封された真空室で概して包囲される。真空室には、電子出口窓が設けられている。さらに、電子発生器は、陰極筐体とフィラメントとを備える。使用中、電子ビームは、フィラメントを加熱することで発生される。電流がフィラメントを通じて設定されるとき、フィラメントの電気抵抗が、フィラメントを2,000℃程度の温度まで加熱させる。この加熱は、フィラメントに電子雲を発生させる。電子は、陰極筐体と電子出口窓との間の高い電位差を用いて、電子出口窓に向かって加速される。その結果、電子は電子出口窓を通過し、例えば、殺菌される必要がある包装材料の一部といった、目標領域に向かって進み続ける。大きな電位差は、陰極筐体とフィラメントとを、前記の大きな電位を提供する電力供給ユニットに連結する一方で、真空室を地表電位へと連結することで、作り出される。2つの電位の間の差が、電子を加速する電圧に与えられる。前記電圧は電力供給ユニットによって供給されると言うこともできる。電圧は、1つまたは複数の実施形態によれば、約80〜150kVの範囲にある。しかしながら、より高い値およびより低い値も可能である。

先に記載した電子ビームエミッタは、包装材料、食品、生物学的装置、または医学的装置などの殺菌のために使用できる。包装材料の内容物に関しての制限はなく、包装材料は、ウェブに基づく材料、カートン用板紙、任意の種類の予備成型品、または、ガラスやプラスチックのボトルを含んでもよい。内容物は、液体または固体であり得る。殺菌デバイスまたは電子ビームエミッタのそれぞれのそれ自体の使用に関しての制限もない。したがって、電子ビームエミッタまたは殺菌デバイスのそれぞれは、例えば包装容器などの包装材料の殺菌の内部または外部について使用され得る。

電力供給ユニットと電子ビームエミッタとの間の電気連結が、電力供給ユニットの高電圧出力コネクタによって提供される。高電圧出力コネクタは、筐体の内部で、電気システムに、または、電気システムの少なくとも1つの部品にそれぞれ連結を提供する。

別の実施形態では、電力供給ユニットと、具体的には、すべての電線および連結を含む電力供給ユニットとエミッタとの間の連結とが適切に封止され、供給ユニットの内部が絶縁ガスで勢いよく流される場合、特別な高電圧出力コネクタは省略されてもよい。誘電強度をさらに向上するために、約20〜50mmの範囲にあり、特には30mmより大きい十分な空間が、任意のケーブルまたはエミッタを供給するものと、高電圧で運転するものと、筐体との間に維持されるべきである。密封が、エミッタおよび加圧された筐体内で真空を維持するために、エミッタと筐体との間に位置付けられる。

一般的に言って、電気システムは、1つまたは複数の電子ビームエミッタを運転するために使用される高電圧を発生するように適合される。しかしながら、高電圧が発生される場合、電気絶縁が問題である。特には、コロナが回避されるべきである。

コロナ放電は、電気的にエネルギーの与えられる導体の周囲の媒体のイオン化によってもたらされる電気放電である。放電は、導体の周りの強度(電界の電位勾配)が、導電性の領域を形成するだけの高さであるが、近隣の物体への電気絶縁破壊またはアーク放電を引き起こすほど高くない場合に起こる。しかしながら、この場合には、電気アークまたはアーク放電は、殺菌デバイスおよびすべての連結される構成要素を損傷する可能性があるため、回避される必要がある。また、具体的には、殺菌デバイスまたは電力供給ユニットでそれぞれ作業する人々が、十分に保護される必要がある。そのため、筐体は、少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備える絶縁システムを備える。

この場合、電気システムが複数の電気構成要素を備え得ることは、考慮される必要がある。これらの構成要素は、異なる電圧で運転され得る、異なる電圧で運転し得る、または異なる電圧を利用し得る。例えば、一部の電気構成要素または少なくとも電気構成要素の部品は、それらが例えば異なる電圧で運転されることを意味する、または、それらが異なる電圧を段階的もしくは連続的に発生することを意味する、異なる電圧または電圧レベル(異なる電位のレベル)を有するように適合される。特定の構成要素が特定の電圧レベルで運転されることを確認することが可能である。頻繁に、これらの構成要素は電気システムの特定の領域に位置付けられる。別の言い方をすれば、電気システムは領域へと分割され、電圧値はそれらの領域の各々に割り当てられ得る。

言うまでもないが、低電圧(例えば、300Vより小さい電圧)は、コロナおよびアークなどの前述の問題を通常引き起こさない。その結果、電気システムのこれらの領域は、追加で電気的に絶縁される必要がない。結果的に、より低い限度の設定を可能にする第1の電圧閾値が提供され、それを超えると、絶縁が必要となり得る。第1の電圧閾値が所与の領域について超えられる場合、筐体内の前記領域の位置は考慮される必要がある。前記領域と筐体内に位置付けられる別の領域との間の距離が特定の最小値を超える場合、コロナおよびアーク放電はおそらく起こらない。

したがって、少なくとも第1の電圧閾値を超える領域が、筐体内の他の領域への最小距離内にあるかどうかが確認される必要がある。この場合には、それらの他の領域は、コロナまたはアークが発生されるのを防止するために、絶縁遮蔽体を備えることになる。代替で、絶縁遮蔽体が、第1の電圧閾値を超える領域と他の領域との間に配置されてもよい。

実施形態では、筐体は複数の領域を備える。別の言い方をすれば、筐体は、複数の領域によって定義される、または、複数の領域へと分割される。この分割または定義は、理論的に実施されるだけである。したがって、領域の形態または大きさについて、大きさの制限はない。領域は無限に小さくてもよい。概して、領域は、十分に細かい分配または筐体の帯域化を可能にするだけの小ささであるが、実際に実現可能であるだけの大きさでなければならない。具体的には、領域は、前記領域内に絶縁遮蔽体と構成要素とを置けるだけの大きさを有していなければならない。概して、領域は、前記領域に位置付けられる構成要素によって定義されてもよく、それによって、構成要素は、同じまたは同様の電圧によって運転される。

実施形態によれば、(少なくとも)第1の電圧閾値を超える電気システムの１つまたは複数の帯域への最小距離内に位置付けられる筐体の異なる領域または部品は、絶縁遮蔽体または少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備える。これは、絶縁遮蔽体を必要とする筐体のそれらの部品または領域だけに、絶縁遮蔽体が設けられることを意味する。言うまでもないが、前述の特徴は、電力供給ユニットの大幅なコストおよび重量の低減を可能にする。

都合の良いことには、筐体は少なくとも1つの壁を備え、少なくとも1つの絶縁遮蔽体は少なくとも1つの壁に配置される。結果的に、壁または少なくとも1つの壁が、複数の領域によって定義または分割される。壁は、それぞれ、複数の領域である、もしくは、領域へと分割される、または、領域が壁を備える。一般的に言って、領域は、筐体に取り付けられる筐体の内部の構成要素または部品と、少なくとも壁の部品とを含む。

1つまたは複数の実施形態によれば、壁は、例えばアルミニウム、銅、または鉄といった金属を含み得る。良好な熱伝導性を持つ材料が使用される場合、壁は、冷却効果を提供できる。壁は、プラスチック、金属、繊維強化材料などの異なる材料を含む複合材料から作られてもよい。1つまたは複数の実施形態によれば、筐体は、溶接されたステンレス鋼から作られ、筐体の最上端が、都合の良いことには移動可能に取り付けられ、適切なOリングで封止される。

代替または追加で、液体ガスケットが用いられてもよい。絶縁ガスが、絶縁効果をさらに向上し、コロナまたはアークの発生を低減するために、筐体内で用いられてもよい。窒素または二酸化炭素などの絶縁ガスは、密封された筐体において、加圧されたとしても、漏れる可能性はない。別の実施形態では、電気システムの構成要素の一部が絶縁層によって覆われてもよい。単独で、および、組み合わせで取られるすべてのこれらの対策は、望ましくないコロナまたはアークの形性を低減する、または、防止さえする。

筐体の取り外し可能な最上端、または、一般的に取り付け可能な部品は、容易な保守を可能にする。少なくとも1つの絶縁遮蔽体は、壁内に一体化されてもよく、および/または、特には壁の内面である壁に取り付けもしくは配置がそれぞれされ得る。特には、絶縁遮蔽体が壁の内側または内部にぴったり取り付けられている場合、固定された設置は必要とされない。代わりに、構造で閉じられる連結が十分であり得る。実施形態では、絶縁遮蔽体は、例えば、ネジ、ボルトなどの適切な連結要素を用いて、構造および力の嵌め合いを介して壁に連結されてもよい。概して、交換可能な設置の遮蔽体は、事後または以後においてであっても、絶縁システムを異なる電圧閾値に容易に適用させることができるため、非常に有利であり安心できる。

1つまたは複数の実施形態によれば、筐体は少なくとも1つの挿入体を備え、少なくとも1つの絶縁遮蔽体は少なくとも1つの挿入体に配置される。

1つまたは複数の実施形態によれば、少なくとも1つの挿入体は、好ましくは電気絶縁特性を提供するように適合された絶縁材料から作られる。これは、絶縁遮蔽体によって提供される絶縁効果が増大され得るという利点を有する。挿入体の材料は、例えば、特には大きな絶縁破壊電圧を提供するポリマであるプラスチックであり得る。実施形態によれば、材料は、以下の材料のうちの少なくとも1つ、つまり、ポリエチレン、エポキシ樹脂、ガラス、ポリプロピレン、ネオプレン、テフロン（登録商標）、または他のポリマ、それらの組み合わせを含んでもよい。

絶縁材料の誘電強度は、純粋な材料が、絶縁破壊することなく、つまり、その絶縁特性の不具合を被ることなく、理想的な条件の下で耐えることができる最大電界である。材料の理論的な誘電強度は、バルク材料の固有特性であり、界が供給される材料または電極の構成に依存している。固有の誘電強度が、理想的な実験室条件の下で、純粋な材料を用いて測定される。絶縁破壊において、電界は束縛電子を解放する。適用される電界が十分に大きい場合、バックグラウンド放射からの自由電子は、電子雪崩降伏と呼ばれる過程における中性物または分子との衝突の間、追加的な電子を自由にできる速度へと加速されることになり得る。破壊は極めて急激に起こり、電気的に導電性の経路の形成と、材料を通じた破裂放電とをもたらす。固体材料については、破壊の事象は、その絶縁能力を大きく低下させる、または、破壊すらする。

都合の良いことには、挿入体は、板であるか、または複数の板を備えるかのいずれかである。これらの板、または、これらの挿入板は、特には筐体の壁の内面である壁に配置および/または取り付けられる。別の言い方をすれば、挿入体は筐体の一部でもあり、そのため、挿入体は複数の領域によって分割または定義されてもいる。別の言い方をすれば、領域は挿入体を含む、または、挿入体は領域を備える。電力供給ユニットの保守を簡素化できる交換可能な１つまたは複数の挿入体を形成することは、非常に有利である。

1つまたは複数の実施形態によれば、少なくとも1つの絶縁遮蔽体が、特にはポリエチレン膜である絶縁膜によって形成され、少なくとも1つの絶縁遮蔽体が、絶縁膜の少なくとも1つの層によって形成される。材料は、先に記載したものと同じであり得る。概して、絶縁遮蔽体の材料は、大きな誘電強度を提供するべきである。

1つまたは複数の実施形態によれば、挿入体および/または絶縁遮蔽体に使用される材料の誘電強度は、約15〜180MV/mの範囲内にある。例えば、ポリエチレンについての誘電強度は、約17〜22MV/mの範囲内にある。破壊が起こる電界強度は、誘電(絶縁体)のそれぞれの寸法と、電界が印加される電極とに加えて、電界が印加される増加の割合にも依存する。誘電材料は、通常、微小な欠陥を含むため、実際の誘電強度は、理想的な影響のない材料の固有の誘電強度の一部となる。そのため、前述したポリエチレン膜などの膜は、同じ材料のより大きい試料よりも大きな誘電強度を呈する傾向がある。そのため、誘電強度についての前述の値は、絶縁される構成要素において絶縁膜を用いることで、かなり増加され得る。

好ましい実施形態によれば、絶縁膜は、0.5〜1mmの厚さを有し、特には、約0.7〜0.9mmまたは約0.8mmが好ましいとされる。有利には、絶縁膜は、材料の(すでに言及した)欠陥を最小限とする長手の圧延工程によって製作される。したがって、絶縁膜では、内部の気泡の量が最小限となっている。圧延工程の間、気泡のほとんどは破壊され、ガス汚染は膜の外部に移動する、または、気泡を非常に小さい気泡へと分割する。しかしながら、小さい気泡は、電力供給ユニットの運転の間に提供される電界の結果として、絶縁膜の内部では成長しない。絶縁膜の他の大きな利点は、特には設置の目的についてのその優れた可撓性である。1つまたは複数の実施形態によれば、絶縁膜の4〜5つの層が30〜50kVの絶縁遮蔽体について用いられる。80〜100kVの絶縁遮蔽体については、絶縁膜の約6つから8つの層が用いられる。

別の実施形態によれば、電圧分布が割り当てられる筐体内の領域は、異なる電圧閾値を超える。結果的に、筐体に配置される絶縁遮蔽体またはシステムは、異なる電圧閾値に応じた異なる絶縁レベルを提供する。

したがって、1つまたは複数の実施形態によれば、2つ以上の電圧閾値が定義される。第1の電圧閾値より大きい第2の電圧閾値が、筐体内の第2の領域へと割り当てられ得る。大きい誘電強度を持つ追加の絶縁遮蔽体が、第2の領域を第1の領域(第1の閾値が割り当てられる)から絶縁するために、または、任意の他の領域に、提供される。第1の領域は、さらに、任意の他の領域から第1の絶縁遮蔽体によって絶縁され、第1の絶縁遮蔽体は、第2の絶縁遮蔽体より小さい誘電強度を備える。

1つまたは複数の実施形態によれば、特には第1の室のものである電力供給ユニットの側壁は、30〜50kVの絶縁遮蔽体で絶縁される。電気システムの構成要素は前記第1の室に配置される。特には、例えば電子ビームエミッタに連結される筐体の一部である、第2の室を表す筐体の下方部は、80〜100kVの絶縁遮蔽体で追加的に遮蔽される。これは、第1の電圧閾値が約30〜50kVの範囲内にあり、第2の電圧閾値は約80〜100kVの範囲内にあることを意味する。

1つまたは複数の実施形態によれば、絶縁レベルは、いくつかの絶縁遮蔽体および/または絶縁膜のいくつかの層によって調節され得る。したがって、ある絶縁遮蔽体の誘電強度は、例えば、絶縁遮蔽体を形成する層の数を増やすことで、または、絶縁遮蔽体の材料を変えることで、大きくさせることができる。別の言い方をすれば、より大きな誘電強度を有する材料が使用されてもよい。しかしながら、絶縁遮蔽体自体の数が、より大きい誘電強度を持つ材料を用いることなく増大されてもよい。これは、例えば、第1の絶縁遮蔽体が挿入体に配置され、挿入体が壁に取り付けられ、挿入体と壁との間にさらなる絶縁遮蔽体などがあることを意味する。

1つまたは複数の実施形態によれば、層は軸に沿って巻かれる。層は、基本的に軸に垂直に、または、螺旋状に巻かれ得る。有利には、複数の絶縁遮蔽体が基本的に軸に垂直に配置される。

1つまたは複数の実施形態によれば、絶縁システムは絶縁蓋を備え、絶縁蓋は、第2の電圧閾値を超える電気システムの領域を少なくとも絶縁するように適合される。絶縁蓋は挿入体として表現されてもよいが、その形態は、絶縁蓋が、具体的には電力供給ユニットの高電圧出力コネクタと、電圧増倍器の最後のステージとを電気的に絶縁するように適合されているため、好ましくは蓋のようになっている。1つまたは複数の実施形態によれば、絶縁蓋の材料がポリエチレンを含む。付随して、挿入体の文脈においてすでに言及したものと同じ特徴および利点は絶縁蓋に適用でき、その逆も然りである。絶縁蓋が交換可能に形成および/または構築される場合、大きな利点である。

1つまたは複数の実施形態によれば、少なくとも1つの絶縁遮蔽体は、絶縁蓋に配置される。絶縁蓋は壁と直接的に接触していてもよい。代替で、壁と絶縁蓋との間には、少なくとも1つの挿入体が配置されてもよい。概して、絶縁蓋は筐体の一部であり、そのため、絶縁蓋は複数の領域または部品によって分割および/または定義されてもいる。絶縁蓋は領域を備える、または、領域は絶縁蓋を含む。

好ましい実施形態によれば、電気システムは少なくとも1つの電圧増倍器を備え、少なくとも1つの電圧増倍器は、第1の電圧閾値を少なくとも超える割り当てられた電圧値を有する領域に位置付けられる。

1つまたは複数の実施形態によれば、筐体は、特には窒素、二酸化炭素、ハロゲンなどの絶縁ガスである絶縁媒体で満たされる。代替で、筐体は、封止されて汲み出されることで、筐体に真空が作り出されて存在する。

窒素は、化学的活性が小さく、電子構成要素の腐食を引き起こさないため、電気放電を防止または素早く急冷するように適合された誘電ガスである。例えば絶縁オイルの使用に反して、窒素などの絶縁ガスの使用の利点は、ガスが漏れ出し、例えば、殺菌される必要がある材料を損傷または汚染する可能性がないことである。別の大きな利点は、オイルなどの液体の絶縁材料の密度に反して、ガスの密度が小さいことである。すでに言及したように、殺菌デバイスは、概して、回転台などに配置される。これらの回転台は非常に速く移動し、例えば、昇降などがされる必要がある。したがって、殺菌デバイスの重量は最小限にされるべきである。この重量低減は、窒素などの絶縁ガスの使用によって、有利に実現され得る。絶縁ガスの絶縁特性を向上するために、絶縁ガスは、1つまたは複数の実施形態によれば、乾燥および/または加圧される。圧力は、好ましくは、特には通常の大気圧を約2.5barの範囲で上回り、通常の大気圧を約2〜4barの範囲で上回っている。乾燥という用語は、任意の人工的な湿気が絶縁ガスから除かれ、筐体内の残りの湿気が非常に小さいことを意味する。

本発明によれば、特には包装材料用の殺菌デバイスが提供され、殺菌デバイスが少なくとも1つの電子ビームエミッタと電力供給ユニットとを備え、電力供給ユニットが、筐体と電気システムと電気絶縁システムとを備え、電気絶縁システムが少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備え、電気システムが筐体内に位置付けられ、電気システムが、運転の間、異なる電圧分布を有する帯域を有し、筐体が複数の領域を備え、少なくとも1つの領域が少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備え、電圧分布が第1の電圧閾値を超える電気システムの帯域への距離が最小距離未満である領域が、少なくとも1つの絶縁遮蔽体を備えることを特徴とする。

本発明によれば、特には殺菌デバイス用の、電力供給ユニットを電気的に絶縁するための方法が提供され、電力供給ユニットが、筐体内に、筐体と電気システムとを備え、電気システムが、異なる運転電圧レベルを伴う構成要素を備える。筐体は複数の領域へと分割される。方法は、領域に位置付けられる構成要素がそれらの運転電圧を超えるかどうかを確認するために、第1の電圧閾値を備える。その場合には、前記領域の、異なる運転電圧の構成要素を伴う別の領域への距離が、測定される。運転電圧レベルが第1の電圧閾値を超える電気システムの前記領域への距離が最小距離未満であるそれらの他の領域には、少なくとも1つの絶縁遮蔽体が提供される。

本発明による電力供給ユニットの特徴および利点は、本発明による殺菌デバイスと、本発明による電力供給ユニットを電気的に絶縁するための方法とに当てはまり、その逆も然りである。

本発明の追加の態様および特徴は、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の記載に示されている。それぞれの実施形態の1つ1つの特徴または特性は、本発明の範囲内で組み合わされるように明示的に許容されている。

本発明の考えを視覚化する原理上の構想を示す図である。現在の発明の考えのさらなる原理上の構想を示す図である。電力供給ユニットの実施形態の原理上の概略の側面図である。図3に示した電力供給ユニットの好ましい実施形態の上面図である。図3から知られている電力供給ユニットの好ましい実施形態の第1の室の内部の図である。電力供給ユニットのさらなる実施形態の原理上の概略の側面図である。 1つまたは複数の実施形態による絶縁膜を示す図である。少なくとも1つの絶縁遮蔽体との組み合わせで絶縁蓋の実施形態を示す図である。

ここで図1を参照すると、壁22を有する筐体20の原理上の概略が示されている。筐体20は複数の領域20'へと分割されている。筐体20内では、第1の電圧閾値を超える帯域41が位置付けられている。3つの矢印は、第1の電圧閾値を超える帯域41と、筐体20または領域20'との間の距離dを指し示している。

帯域41を取り囲む球体は、受けいれることのできない最小距離d_minを指し示している。これは、最小距離d_minより小さい距離dを有する筐体20の領域20'に、少なくとも1つの絶縁遮蔽体62が設けられる必要があることを意味している。これは図1の下方部において示されており、領域20'のうちの2つに絶縁遮蔽体62が設けられている。

同じことが図2にも当てはまる。図1と比較しての唯一の違いは、最小距離d_minが図1に示したものよりかなり大きいことである。その結果、絶縁遮蔽体62が設けられる必要のある領域20'の数がはるかに大きくなっている。

図3は、筐体20と、第1の室25および第2の室26とを備える電力供給ユニットの実施形態を示している。筐体20は壁22によって形成されており、壁22は複数の領域20'を備えている。複数の領域20'への分割は視覚化されていない。第1の室25は、電圧増倍器44と、高電圧測定分配器403と、フィラメント変圧器および整流器402とを備えている。電圧増倍器44の第1の室25の最下部における高電圧部品は、スパーク電流リミッタ441によって保護されている。筐体20または第1の室25のそれぞれの最下端に設けられている高電圧出力コネクタ440は、電子ビームエミッタ(図示していない)に連結されるように適合されている。

先に言及した構成要素は、電気システム40を形成する、または、電気システム40の部品である。この場合、電気システム40は概して2つの帯域40'を形成し、第1の電圧閾値を超える第1の帯域41が、絶縁遮蔽体62が設けられている挿入体24によって絶縁されている。好ましくは、絶縁遮蔽体62は25〜40kVの絶縁遮蔽体である。第2の電圧閾値を超える第2の帯域42は、さらなる挿入体24と、挿入体24に、または、第1および第2の挿入体24の間にそれぞれ配置されているさらなる絶縁遮蔽体62とによって、絶縁されている。この絶縁遮蔽体62は、好ましくは85〜100kVの絶縁遮蔽体である。概して、電気システム40は、パワー電子構成要素と、高電圧構成要素と、制御システム構成要素とを備えている。1つまたは複数の実施形態によれば、パワー電子構成要素は、第2の室26内に位置付けられている。同じことは、制御システム構成要素に当てはまる。好ましくは、高電圧構成要素は第1の室25内に配置され、第1の室25と第2の室26とは、特には窒素などの絶縁ガスである絶縁媒体80で両方とも満たされる。好ましい実施形態によれば、絶縁ガスは、乾燥され、例えば、通常の大気圧を約2.5または3barで上回る圧力まで加圧されもする。

図4aは、図3に示したような電力供給ユニットの軸Aに沿う上面図である。筐体20は上方から見られており、第1の室25と第2の室26とが点線によって分離されている。図4aは、図4bに説明されている断面A-Aを指し示すことになる。

図4bは、図4aで説明した断面A-Aを示している。断面は、図3に示した実施形態を参照している。2つの電圧増倍器44が第1の室25内に示されている。第1の室25は、窒素などの絶縁ガス80で満たされている。高電圧出力コネクタ440とスパーク電流リミッタ441とは、図3からすでに分かっている。この断面において、筐体の壁と筐体内の電気システムとの間の挿入体24と共に絶縁遮蔽体62は、異なる視点から見ることができる。しかしながら、配置は、図3に示したものと同じである。

図5は、電力供給ユニットのさらなる実施形態を示している。電力供給ユニットは、第1の室25と第2の室26とに分割されている筐体20も備えている。筐体20は、複数の領域20'を含んでいる壁22を備えている。したがって、筐体20に関する主要な特徴は同じである。しかしながら、電気システム40は若干異なって配置されている。電圧増倍器44は、相互接続基板404によって連結されている2つの区域を備えている。別の言い方をすれば、区域は回路基板であり、上方の回路基板が、入力電圧を80または90kVまで倍増するように適合されている4〜5段の倍増ステージを備えている。下方の回路基板は、好ましくは、上方の回路基板からの電圧を、115kVまで、または、1つまたは複数の実施形態によれば、150kVまで倍増するように適合されている2段のさらなる倍増ステージを備える。高電圧増倍器44の下方の回路基板と相互接続基板404との間には、スパーク電流リミッタ441が配置されている。1つまたは複数の実施形態によれば、下方の回路基板に位置付けられている電圧増倍器44の最後の2段は、電気絶縁材料で埋め込まれている。同じことがスパーク電流リミッタ441に当てはまる。これをすると、表面漏れ、コロナ、およびアーク放電の危険性がさらに最小化されることを意味する電気絶縁特性が、さらに増加され得る。

埋め込みのための絶縁材料は、好ましくはエポキシである。エポキシは、非常に良好な絶縁特性を有し、電磁場の下での運転時間が比較的短い場合、非常に良好なコロナ抑制を提供する。これはスパーク電流リミッタ441に当てはまる。エポキシは、比較的低い場および小さい熱放散の用途で用いられ得る。これは、絶縁遮蔽体62の使用のため、下方の回路基板における最後の倍増ステージに当てはまる。すでに知られているように、筐体20は、電子ビームエミッタ(図示していない)との連結のように適合された高電圧出力コネクタ440を備えている。好ましくは、筐体20は絶縁ガス80で満たされている。第1の室25は、第2の室26と共に満たされている。図3に示した実施形態と同様に、第1の室25は、高電圧測定分配器403とフィラメント変圧器および整流器402とを備えている。第1の電圧閾値を超える電気システム40の(第1の)帯域41は、絶縁遮蔽体62を備える挿入体24によって絶縁されている。この絶縁遮蔽体62は、好ましくは30〜50kVの絶縁遮蔽体として実施される。第2の電圧閾値を超える電気システム40の(第2の)帯域42は、絶縁蓋68と、絶縁蓋68に配置されるさらなる絶縁遮蔽体62とによって電気的に絶縁されている。すでに説明したように、(第2の)帯域42は、電圧増倍器44の下方の回路基板とスパーク電流リミッタ441とによって主に形成されている。好ましくは、下方の回路基板を絶縁する絶縁遮蔽体62は、85〜100kVの絶縁遮蔽体である。絶縁蓋68に配置されている絶縁遮蔽体62は、さらなる挿入体24によって覆われてもいる。

図6は、軸Aに沿う視点での絶縁遮蔽体62を示している。軸Aは、例えば図3に示しているような、軸Aの方向に対応する。絶縁遮蔽体62は、軸Aの周りに巻かれた絶縁膜64の層66によって形成されている。絶縁膜64の3つの層66は、絶縁膜64によって形成されている。

図7は、少なくとも1つの絶縁遮蔽体62との組み合わせで絶縁蓋68の実施形態を示している。絶縁蓋68は、絶縁膜64の複数の層66によって形成されている絶縁遮蔽体62によって取り囲まれている。絶縁膜64の材料は、好ましくはポリエチレンである。同じことは、絶縁膜64の複数の層66によって形成されている絶縁蓋68の内部絶縁遮蔽体62にも当てはまる。また、絶縁蓋68には、好ましくはポリエチレンから作られている挿入体24が設けられてもいる。絶縁蓋68には、高電圧出力コネクタ(図7には示していない)を配置するように適合されている孔が設けられている。

20 筐体
20' 領域
22 (筐体の)壁
24 挿入体
25 第1の室
26 第2の室
40 電気システム
40' 帯域
41 第1の電圧閾値を超える電子構成要素の帯域
42 第2の電圧閾値を超える電子構成要素の帯域
44 電圧増倍器
440 高電圧出力コネクタ
441 スパーク電流リミッタ
402 フィラメント変換器および整流器
403 高電圧測定分配器
404 相互接続基板
62 絶縁遮蔽体
64 絶縁膜
66 層
68 絶縁蓋
80 絶縁媒体、絶縁ガス
A 軸
d 距離
d_min 最小距離

Claims

筐体(20)と電気システム(40)と電気絶縁システムとを備える電力供給ユニット、特に殺菌デバイス用の電力供給ユニットであって、
前記電気絶縁システムが少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備え、
前記電気システム(40)が前記筐体(20)内に位置付けられ、
前記電気システム(40)が、運転の間、異なる電圧分布を有する複数の帯域(40')を有し、
前記筐体(20)が複数の領域(20')を備え、
前記複数の領域(20')のうちの少なくとも1つの領域(20')から前記電気システム(40)の帯域(41)までの距離(d)が最小距離(d_min)未満であり、前記電気システム(40)の前記帯域(41)は、電圧分布が第1の電圧閾値を超えており、前記少なくとも1つの領域(20')が、少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備える、電力供給ユニット。
前記筐体(20)が少なくとも1つの壁(22)を備え、
前記少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)が前記少なくとも1つの壁(22)に、および/または、前記少なくとも1つの壁(22)内に配置される、請求項1に記載の電力供給ユニット。
前記筐体(20)が少なくとも1つの挿入体(24)を備え、
前記少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)が前記少なくとも1つの挿入体(24)に、および/または、前記少なくとも1つの挿入体(24)内に配置される、請求項1または2に記載の電力供給ユニット。
前記少なくとも1つの挿入体(24)が、電気絶縁特性を提供するように適合された絶縁材料から作られる、請求項3に記載の電力供給ユニット。
前記少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)が、絶縁膜(64)、特にポリエチレン膜によって形成され、
前記少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)が、絶縁膜(64)の少なくとも1つの層(66)によって形成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
前記異なる電圧分布が異なる電圧閾値を超え、
前記電気絶縁システムが、前記異なる電圧閾値に応じた異なる絶縁レベルを提供する、請求項1から5のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
絶縁レベルが、いくつかの絶縁遮蔽体(62)および/または絶縁膜(64)のいくつかの層(66)によって調節される、請求項5または6に記載の電力供給ユニット。
前記電気絶縁システムが絶縁蓋(68)を備え、
前記絶縁蓋(68)が、第2の電圧閾値を超える前記電気システム(40)の帯域(42)を少なくとも絶縁するように適合される、請求項1から7のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)が絶縁蓋(68)に、および/または前記絶縁蓋(68)内に配置される、請求項1から8のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
前記電気システム(40)が少なくとも1つの電圧増倍器(44)を備え、
前記少なくとも1つの電圧増倍器(44)が、前記第1の電圧閾値を超える少なくとも1つの帯域(41)を備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
前記筐体(20)が、絶縁媒体(80)、特に窒素などの絶縁ガスで満たされる、請求項1から10のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
殺菌デバイス、特に包装材料用の殺菌デバイスであって、
前記殺菌デバイスが電子ビームエミッタと電力供給ユニットとを備え、
前記電力供給ユニットが、筐体(20)と電気システム(40)と電気絶縁システムとを備え、
前記電気絶縁システムが少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備え、
前記電気システム(40)が前記筐体(20)内に位置付けられ、
前記電気システム(40)が、運転の間、異なる電圧分布を有する複数の帯域(40')を有し、
前記筐体(20)が複数の領域(20')を備え、
少なくとも1つの領域(20')が前記少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備える、殺菌デバイスにおいて、
前記領域(20')から前記電気システム(40)の帯域(41)までの距離(d)が最小距離(d_min)未満であり、前記電気システム(40)の前記帯域(41)は、電圧分布が第1の電圧閾値を超えており、前記領域(20')が、少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を備えることを特徴とする、殺菌デバイス。
電力供給ユニット、特に殺菌デバイス用の電力供給ユニットを電気的に絶縁するための方法であって、
前記電力供給ユニットが、筐体(20)と電気システム(40)とを備え、
前記電気システム(40)が前記筐体(20)内に位置付けられ、
前記電気システム(40)が、運転の間、異なる電圧分布を有する帯域(40')を有し、
前記筐体(20)が複数の領域(20')を備え、
前記方法が、
前記帯域(40')の各々が第1の電圧閾値を超えるかどうか前記帯域(40')の各々を確認するステップと、
第1の電圧閾値を超える前記帯域(41)の各々と前記筐体(20)の前記領域(20')との間の距離(d)を測定するステップと、
距離(d)が最小距離(d_min)未満であるかどうか、および/または、どの距離(d)が最小距離(d_min)未満であるかを確認するステップと、
前記領域(20')に、少なくとも1つの絶縁遮蔽体(62)を提供するステップであって、前記領域(20')から前記電気システム(40)の帯域(41)までの距離(d)が最小距離(d_min)未満であり、前記電気システム(40)の前記帯域(41)は、電圧分布が第1の電圧閾値を超える、ステップと
を含む方法。