JP2018060637A - エキシマランプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 長尺なエキシマランプを備えながら、高い機械的強度を有するエキシマランプユニットを提供することにある。
【解決手段】 エキシマランプユニットは、一端ベース、中間ベースおよび他端ベースが一方向に沿ってこの順に設けられ、当該一端ベース、中間ベースおよび他端ベースを互いに連結する複数の連結ビームを有する保持機構と、前記中間ベースと他端ベースとの間に配置されたエキシマランプと、前記一端ベースから前記一方向の外方に突出して設けられた、前記エキシマランプに対する給電端子とよりなり、前記エキシマランプから放射される真空紫外線を透過する外套管内に収容されて使用されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば流体に紫外線を照射する長尺のエキシマランプユニットに関する。

或る種の紫外線処理装置として、気体、液体などの流体に紫外線を照射するものがある。この紫外線処理装置においては、水の殺菌や、水中の有機物（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）の分解、排ガス中のＮＯｘの分解などの処理が行われる。

例えば特許文献１には、浄水処理や下水処理・食品排水処理・薬品排水処理・遠洋船舶バラスト水処理等において、藻類・微生物・病原性原虫等を不活化もしくは無害化するために紫外線を被処理流体（被処理水）に照射する紫外線処理装置が開示されている。
特許文献１に開示された紫外線処理装置においては、外套管に挿入された長尺な紫外線ランプが、被処理流体が流通する処理槽中に配置されてなり、被処理流体を処理槽の入口管から流入させ、処理槽中で紫外線ランプから２５４ｎｍの紫外線を照射した後、出口管から排出することにより紫外線の照射処理が行われる。

特開２００７−１４４３８６号公報

このような紫外線処理装置において用いる紫外線ランプとしては、紫外線として特に真空紫外線を放射するものが利用されており、また、選択する蛍光体の種類によって種々の波長の紫外線を利用することができることから、エキシマランプが好適に使用されている。

一方、紫外線処理装置においては、紫外線照射処理すべき被処理流体の量の増大のために、被処理流体が流通する処理槽が長尺化し、それに応じて紫外線ランプも長尺化する傾向にある。
然るに、紫外線ランプとして用いるエキシマランプは、その発光管がガラス材よりなるので、当該エキシマランプを長尺なものとして構成した場合には、当該エキシマランプに十分に高い機械的強度が得られないことがある、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長尺なエキシマランプを備えながら、高い機械的強度を有するエキシマランプユニットを提供することにある。

本発明のエキシマランプユニットは、一端ベース、中間ベースおよび他端ベースが一方向に沿ってこの順に設けられ、当該一端ベース、中間ベースおよび他端ベースを互いに連結する複数の連結ビームを有する保持機構と、
前記中間ベースと他端ベースとの間に配置されたエキシマランプと、
前記一端ベースから前記一方向の外方に突出して設けられた、前記エキシマランプに対する給電端子とよりなり、
前記エキシマランプから放射される真空紫外線を透過する外套管内に収容されて使用されることを特徴とする。

本発明のエキシマランプユニットにおいては、前記一端ベースと前記中間ベースとの間に伸びる状態に、前記エキシマランプと前記給電端子とを電気的に接続するリード線を支持するリード線支持ロッドが設けられていることが好ましい。

本発明のエキシマランプユニットにおいては、前記中間ベースと前記他端ベースとを連結する前記連結ビームの数が、３本または４本であり、
前記エキシマランプの外周に沿って均等に離間して配置されていることが好ましい。

本発明のエキシマランプユニットにおいては、前記中間ベースと前記他端ベースとの間に、ランプホルダが前記連結ビームに保持されて配置され、
前記エキシマランプの両端が、当該ランプホルダと前記他端ベースとにより保持された構成とすることができる。

本発明のエキシマランプユニットにおいては、前記連結ビームが管状のものであり、前記連結ビームにおける前記エキシマランプと対向する周壁に設けられた冷却風穴から冷却風を送風する冷却機構が設けられていることが好ましい。

本発明のエキシマランプユニットにおいては、一端ベース、中間ベースおよび他端ベースが一方向に沿ってこの順に設けられ、中間ベースと他端ベースとの間にエキシマランプが配置されると共に、これらの一端ベース、中間ベースおよび他端ベースが互いに複数の連結ビームによって連結されている。従って、長尺なエキシマランプを備えながら全体が一体化されて高い機械的強度が得られる。

本発明のエキシマランプユニットの構成の一例を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。 図１のエキシマランプユニットにおけるエキシマランプの一端部を連結ビームと共に示す斜視図である。 図１のエキシマランプユニットにおける他端ベースを、連結ビームの軸に沿った面で切断した断面図である。 図１のエキシマランプユニットにおける中間ベースを、円盤面に沿った面で切断した断面図である。 図１のエキシマランプユニットにおけるランプホルダを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は円盤面に沿った面で切断した断面図である。 図１のエキシマランプユニットにおける一端ベースを、円盤面に沿った面で切断した断面図である。 図１のエキシマランプユニットが外套管に挿入された状態における一端ベース付近を示す断面図である。 図１のエキシマランプユニットが外套管に挿入された状態における他端ベース付近を示す断面図である。

以下、本発明のエキシマランプユニットの実施の形態について説明する。

図１は、本発明のエキシマランプユニットの構成の一例を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。図２は、図１のエキシマランプユニットにおけるエキシマランプの一端部を連結ビームと共に示す斜視図、図３は、図１のエキシマランプユニットにおける他端ベースを、連結ビームの軸に沿った面で切断した断面図、図４は、図１のエキシマランプユニットにおける中間ベースを、円盤面に沿った面で切断した断面図、図５は、図１のエキシマランプユニットにおけるランプホルダを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は円盤面に沿った面で切断した断面図、図６は、図１のエキシマランプユニットにおける一端ベースを、円盤面に沿った面で切断した断面図である。
このエキシマランプユニット１０は、全体が長尺なものであって、エキシマランプ１１から放射される真空紫外線を透過する外套管６０（図７および図８参照）に挿入された状態で処理槽中に配置されて真空紫外線を放射するものである。
具体的には、エキシマランプユニット１０は、一端ベース２０、中間ベース３０および他端ベース４０が、一方向に沿ってこの順に設けられ、当該一端ベース２０、中間ベース３０および他端ベース４０を互いに連結する複数の連結ビーム３５を有する保持機構と、中間ベース３０と他端ベース４０との間に保持されたエキシマランプ１１と、一端ベース２０から一方向の外方に突出して設けられた、エキシマランプ１１に対する給電端子２１とよりなる。
また、一端ベース２０と中間ベース３０との間に伸びる状態に、エキシマランプ１１と給電端子２１とを電気的に接続するリード線１５を支持するリード線支持ロッド２５が設けられている。

〔エキシマランプ〕
エキシマランプ１１は、内部にエキシマ放電を生成するための放電ガスが封入された、内側管および外側管よりなる二重管構造の発光管１２を備えており、発光管１２内部に筒状の内側電極（図示せず）が配設されると共に、発光管１２の外壁面に網状の外側電極（図示せず）が設けられて構成されている。発光管１２の両端部は、各々、発光管１２の外径に適合する内径を有する有底筒状の金属キャップ１３に外側電極が接触するよう嵌入され、当該金属キャップ１３が有底筒状のセラミックキャップ１４に挿入されると共にその周壁からネジ止めされることによって当該セラミックキャップ１４が発光管１２に対して固定されている。また、一方のセラミックキャップ１４から外方に、内側電極に電気的に接続されたリード線１５が伸びている。
外側電極および内側電極の材料は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）が用いられる。
また、放電ガスは例えばキセノンとされ、エキシマランプ１１から放射される紫外線の波長は、例えば１７２〜３８０ｎｍとされる。

〔他端ベース〕
他端ベース４０は略円盤状の他端ベース本体４１と、当該他端ベース本体４１の下面（図１（ａ）において下面）から突出する円錐台状の凸部４２とからなる。他端ベース本体４１の上面（図１（ａ）において上面）には、中央領域にエキシマランプ１１の端部を嵌入するための凹所４１ａが設けられていると共に、連結ビーム３５の端部を嵌入するための凹所４１ｂが、外周に沿って均等に設けられている。
他端ベース４０が凸部４２を有するものであることによって、エキシマランプユニット１０が有底円筒状の外套管６０に挿入された場合にも、当該エキシマランプユニット１０と外套管６０の管壁との距離が確保されるために、熱のこもりを抑止することができる。

他端ベース４０においては、連結ビーム３５の下端部（図１（ａ）において下端部）およびエキシマランプ１１の下端部（図１（ａ）において下端部）が固定される。
具体的には、エキシマランプ１１は、当該エキシマランプ１１のリード線１５が配設されていない側のセラミックキャップ１４が他端ベース本体４１の凹所４１ａに嵌入されることによって当該他端ベース４０に保持固定されている。
また、連結ビーム３５は、その下端部が他端ベース本体４１の凹所４１ｂに嵌入されて溶接されると共に、他端ベース本体４１の下面から当該凹所４１ｂに開口されたネジ孔４６から挿入されたネジ４７によって、当該連結ビーム３５の下端部がネジ止めされることによって当該他端ベース４０に固定されている。

他端ベース４０は、ポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁物よりなる。

〔ランプホルダ〕
エキシマランプ１１の上端部（図１（ａ）において上端部）は、中間ベース３０および他端ベース４０との間に配置され、連結ビーム３５に保持されたランプホルダ５０によって保持固定されている。
ランプホルダ５０は、３つの同形状の部材５１，５１，５１が組み合わせられた、全体が略円盤状のものであり、中央に、エキシマランプ１１の金属キャップ１３の外径に適合する内径のランプホルダ用貫通孔５３が設けられると共に、連結ビーム３５を挿通する貫通孔５４が周縁に沿って均等に設けられている。また、ランプホルダ５０の外縁に、後述する冷却風を通過させると共に、隣接する部材５１同士をネジ５７で止めるためのネジ孔５９が側面に開口される切欠き５８が設けられている。
ランプホルダ用貫通孔５３は、具体的には、ランプホルダ５０を構成する各部材５１，５１，５１の対向する周縁に形成された、断面が円弧状の切欠きが、当該各部材５１，５１，５１が組み立てられることによって、金属キャップ１３の外径に適合する内径を有する円形状の孔とされるものである。
連結ビーム３５を挿通する貫通孔５４は、連結ビーム３５の外径に適合する内径を有するものである。

ランプホルダ５０においては、同形状の部材５１，５１，５１がエキシマランプ１１の金属キャップ１３の周囲に配置された状態でネジ孔５９を用いて隣接する部材５１同士をネジ５７で止めてエキシマランプ１１の金属キャップ１３の外面とランプホルダ５０の部材５１の切欠きからなるランプホルダ用貫通孔５３の内面とを圧着することにより、エキシマランプ１１がランプホルダ５０によって固定される。
また、連結ビーム３５は、ランプホルダ５０の貫通孔５４に挿入されることによって当該ランプホルダ５０に固定される。

また、ランプホルダ５０においては、側周面から金属キャップ１３まで貫通するアース用貫通孔５２が設けられており、当該アース用貫通孔５２に金属ネジ５５が挿入されて金属キャップ１３と部材５１とが導通されている。さらに、当該金属ネジ５５から、アース端子２２に電気的に接続されたアース線１８が伸びている。

ランプホルダ５０は、ステンレスまたはアルミニウムなどの金属よりなる。

〔中間ベース〕
中間ベース３０は２つの半円盤状部材３１Ａ，３１Ｂが組み合わせられた、全体が略円盤状のものであり、中央に、後述する冷却風を通過させる通気口３３と、リード線支持ロッド２５が挿通される固定用孔３９とがそれぞれ設けられると共に、当該固定用孔３９と離間するよう、連結ビーム３５を挿通する切欠き３４が周縁に沿って均等に設けられている。また、中間ベース３０の外縁に、アース線１８を通すための切欠き３８が設けられている。
固定用孔３９は、具体的には、各半円盤状部材３１Ａ，３１Ｂの対向する周縁に形成された切欠きが、当該半円盤状部材３１Ａ，３１Ｂが組み立てられてネジ３７によって固定されることによって、リード線支持ロッド２５の周面に予め設けられた溝の外径に適合する短径を有する矩形状の孔とされるものである。
連結ビーム３５を挿通する切欠き３４は、連結ビーム３５の外形形状に適合する内形形状を有する、断面が略半円弧状のものである。

中間ベース３０においては、連結ビーム３５およびリード線支持ロッド２５が固定される。
具体的には、リード線支持ロッド２５は、その下端部が固定用孔３９に挿通されて挟持されることによって当該中間ベース３０に固定されている。
また、連結ビーム３５は、中間ベース３０の切欠き３４に挿入または嵌入されることによって当該中間ベース３０に固定されている。
リード線支持ロッド２５が中間ベース３０の固定用孔３９によって固定されると共に、連結ビーム３５が中間ベース３０の切欠き３４によって固定されることにより、両者の間に確実に距離が確保される。

中間ベース３０は、ポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁物よりなる。

〔リード線支持ロッド〕
リード線支持ロッド２５は、エキシマランプ１１の一方のセラミックキャップ１４から伸びるリード線１５を支持するものであり、具体的には、リード線支持ロッド２５の外周にリード線１５を沿わせることにより、当該リード線１５を支持している。
リード線支持ロッド２５は、ガラスエポキシなどの絶縁物よりなる。

〔一端ベース〕
一端ベース２０は略円盤状のものであり、中央に後述する冷却風を通過させる排気口２３と、当該排気口２３に連通してリード線支持ロッド２５が挿通される固定用孔２９とが設けられると共に、連結ビーム３５を挿通する貫通孔２４が外周に沿って均等に設けられている。また、一端ベース２０の外縁に、アース線１８を通すための切欠き２８が設けられている。
固定用孔２９は、具体的には、その内部に、リード線支持ロッド２５の周面に予め設けられた溝に適合するＬ字型の突起を有するものとされている。

一端ベース２０においては、連結ビーム３５の上端部（図１（ａ）において上端部）およびリード線支持ロッド２５の上端部（図１（ａ）において上端部）が固定される。
具体的には、連結ビーム３５は、一端ベース２０の側周面から貫通孔２４に向かって開口されたネジ孔２６に止めネジ２７が入れられて圧接されることによって当該一端ベース２０に固定されている。また、連結ビーム３５の上端部には、ナット３２が装着されている。
また、リード線支持ロッド２５は、固定用孔２９のＬ字型の突起に引っ掛けられることによって当該一端ベース２０に固定されている。

一端ベース２０は、ポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁物よりなる。

一端ベース２０の上面から突出して固定されたリード線支持ロッド２５の上端部には、エキシマランプ１１の高圧側電極（内側電極）に接続される真鍮などの金属よりなる給電端子２１がネジ止めにより固定されると共に、一端ベース２０の上面には、低圧側電極（外側電極）に接続される真鍮などの金属よりなるアース端子２２がネジ止めにより固定されている。
給電端子２１においては、リード線支持ロッド２５内に配設されてエキシマランプ１１の内側電極から伸びたリード線１５が電気的に接続され、アース端子２２においてはランプホルダ５０から伸びたアース線１８が連結ビーム３５に沿って配設されて電気的に接続されている。
これにより、給電端子２１を介してエキシマランプ１１に給電が行われる。

〔連結ビーム〕
連結ビーム３５は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）管よりなり、エキシマランプ１１の軸方向と同じ方向に伸びるよう配置されたものである。
連結ビーム３５は、一端ベース２０から他端ベース４０まで一体的に伸びる長型のものであってもよく、また、一端ベース２０から中間ベース３０まで伸びる短型のものと、これとは別個の、中間ベース３０から他端ベース４０まで伸びる短型のものとを組み合わせたものであってもよく、これらを併用してもよい。

中間ベース３０と他端ベース４０とを連結する連結ビーム３５は、エキシマランプ１１の外周に沿って均等に離間して配置されている、すなわち、エキシマランプ１１の発光管１２の管軸に垂直な断面において、隣接する２本の連結ビーム３５についての発光管１２の軸中心からの角度が、いずれも略同等であるよう配置されていることが好ましい。
中間ベース３０と他端ベース４０とを連結する連結ビーム３５の数は、３本または４本であることが好ましい。連結ビーム３５の数が過度に多い場合は、エキシマランプ１１から放射される紫外線が当該連結ビーム３５によって遮られてしまい、光の利用効率が低いものとなるおそれがある。また、連結ビーム３５の数が過度に少ない場合は、エキシマランプユニット１０に十分な機械的強度が得られないおそれがある。

〔冷却機構〕
エキシマランプユニット１０には、中間ベース３０と他端ベース４０とを連結する連結ビーム３５の、エキシマランプ１１と対向する周壁に設けられた冷却風穴３６（図１（ｂ）参照）から冷却風を送風する冷却機構が設けられていてもよい。
冷却風としては、例えば窒素ガスを用いることが好ましい。
エキシマランプ１１は、温度が上昇すると発光効率が低下し、その結果、放出される紫外線の照度が低下するという特性を有するところ、このような冷却機構を有することにより、点灯中のエキシマランプ１１を冷却することができてエキシマランプ１１が過熱されることが抑止されるので、高い発光効率が得られる。

〔外套管〕
このエキシマランプユニット１０は、有底円筒状の外套管内に収容された状態において使用される。具体的には、図７および図８に示されるように、一端ベース２０が上方、他端ベース４０が下方となる垂直姿勢で、外套管６０内に挿入され、その全体が紫外線照射処理すべき被処理流体中に浸漬される。

エキシマランプユニット１０は、他端ベース４０の凸部４２が外套管６０の底面に僅かな空間を介して対向するよう非接触状態に配置される。一方、一端ベース２０の周側面の下部の全周に設けられた凹所２０ａが外套管６０の上端に挿入されると共に、一端ベース２０の周側面の上部の全周に設けられた顎部２０ｂが当該外套管６０の上端面上に載置される。

上記のエキシマランプユニット１０の寸法の一例を挙げると、全長が２ｍ、一端ベース２０の顎部２０ｂの外径がφ６０ｍｍ、凹所２０ａの外径がφ５４ｍｍ、中間ベース３０、ランプホルダ５０、他端ベース４０の最大外径がφ５４ｍｍ、一端ベース２０と中間ベース３０との距離が７３５ｍｍ、中間ベース３０とランプホルダ５０との距離が１００ｍｍ、ランプホルダ５０と他端ベース４０との距離が１０００ｍｍである。連結ビーム３５は、外径がφ６ｍｍ、内径がφ４ｍｍ、長さが２ｍである。このエキシマランプユニット１０が挿入される外套管６０の内径はφ５８ｍｍである。
また、エキシマランプ１１のランプ長が１ｍ、内側管の内径が１４ｍｍ、外径が１６ｍｍ、厚みが１ｍｍ、外側管の内径が２４．５ｍｍ、外径が２６．５ｍｍ、厚みが１ｍｍ、放電ガスの封入圧が３３．３ｋＰａである。

以上のようなエキシマランプユニット１０においては、一端ベース２０、中間ベース３０および他端ベース４０が一方向にこの順に設けられ、中間ベース３０と他端ベース４０との間にエキシマランプ１１が保持されると共に、これらの一端ベース２０、中間ベース３０および他端ベース４０が互いに複数の連結ビーム３５によって連結されている。従って、長尺なエキシマランプ１１を備えながら全体が一体化されて高い機械的強度が得られる。

以上、本発明のエキシマランプユニットについて具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

１０ エキシマランプユニット
１１ エキシマランプ
１２ 発光管
１３ 金属キャップ
１４ セラミックキャップ
１５ リード線
１８ アース線
２０ 一端ベース
２０ａ 凹所
２０ｂ 顎部
２１ 給電端子
２２ アース端子
２３ 排気口
２４ 貫通孔
２５ リード線支持ロッド
２６ ネジ孔
２７ 止めネジ
２８ 切欠き
２９ 固定用孔
３０ 中間ベース
３１Ａ，３１Ｂ 半円盤状部材
３２ ナット
３３ 通気口
３４ 切欠き
３５ 連結ビーム
３６ 冷却風穴
３７ ネジ
３８ 切欠き
３９ 固定用孔
４０ 他端ベース
４１ 他端ベース本体
４１ａ，４１ｂ凹所
４２ 凸部
４６ ネジ孔
４７ ネジ
５０ ランプホルダ
５１ 部材
５２ アース用貫通孔
５３ ランプホルダ用貫通孔
５４ 貫通孔
５５ 金属ネジ
５７ ネジ
５８ 切欠き
５９ ネジ孔
６０ 外套管

Claims (5)

1. 一端ベース、中間ベースおよび他端ベースが一方向に沿ってこの順に設けられ、当該一端ベース、中間ベースおよび他端ベースを互いに連結する複数の連結ビームを有する保持機構と、
   前記中間ベースと他端ベースとの間に配置されたエキシマランプと、
   前記一端ベースから前記一方向の外方に突出して設けられた、前記エキシマランプに対する給電端子とよりなり、
   前記エキシマランプから放射される真空紫外線を透過する外套管内に収容されて使用されることを特徴とするエキシマランプユニット。
2. 前記一端ベースと前記中間ベースとの間に伸びる状態に、前記エキシマランプと前記給電端子とを電気的に接続するリード線を支持するリード線支持ロッドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプユニット。
3. 前記中間ベースと前記他端ベースとを連結する前記連結ビームの数が、３本または４本であり、
   前記エキシマランプの外周に沿って均等に離間して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエキシマランプユニット。
4. 前記中間ベースと前記他端ベースとの間に、ランプホルダが前記連結ビームに保持されて配置され、
   前記エキシマランプの両端が、当該ランプホルダと前記他端ベースとにより保持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエキシマランプユニット。
5. 前記連結ビームが管状のものであり、前記連結ビームにおける前記エキシマランプと対向する周壁に設けられた冷却風穴から冷却風を送風する冷却機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のエキシマランプユニット。