JP2021512707A - Uv照射器モジュールおよびその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サブストレート(Substrat)の紫外照射用のUV照射器モジュールであって、水密なハウジングを備え、ハウジングは、それぞれ1つの長手方向軸線を有する複数の低圧水銀ランプを含む照射器アッセンブリを包囲し、かつハウジングは、下面と、上面と、下面と上面とを互いに結合する少なくとも2つの側壁とを有し、さらに下面には、ビーム出射窓により閉じられたビーム出射開口を有する、UV照射器モジュールに関する。
菌数の減少は、サブストレートに到来する照射線量に依存している。照射線量は、UV照射器モジュールの照射出力と、サブストレートがUV放射に曝されている時間とによって決まる。サブストレートがUV照射器モジュールに沿って動かされるシステムの場合、複数のUV照射器が、1つのUV照射器モジュールにまとめられて、1つの平坦な面状のアッセンブリをなすことで、照射時間の延長が得られる。
UV照射器モジュールは、少なくとも照射範囲において、サブストレートの照射が、予め決められた最低照射線量で実施されるように、消毒システム内に配置されている。コスト上の観点から、高出力のUV照射器の使用を優先してUV照射器の数をできる限り少なく保とうとする傾向が存在し、それどころかしばしば、スペース上の理由から、このことは要求として存在している。
上記課題は、本発明において、ハウジング内に、冷却空気の供給用の第1の空気案内ゾーンと、第1の空気案内ゾーンから特に流動に関して隔てられた、温められた冷却空気の導出用の第2の空気案内ゾーンとが形成されており、低圧水銀ランプの長手方向軸線に対して垂直にハウジングを通る横断面において、下面から上面への視線方向で見て、ビーム出射窓、照射器アッセンブリおよび空気案内ゾーンが、順番に配置されており、第1の空気案内ゾーンは、供給空気通路を有し、供給空気通路は、冷却空気を照射器アッセンブリに供給する少なくとも1つの空気ガイド手段を装備していることにより解決される。
1.照射器アッセンブリのUV照射器の少なくとも一部、好ましくは、照射器アッセンブリのすべての照射器が、低圧水銀ランプである。低圧水銀ランプは、中圧水銀ランプまたは高圧水銀ランプと比較してより高いエネルギ効率を有している。さらに低圧水銀ランプは、全発光スペクトルにおける254nmの波長領域のUV放射の割合が比較的大きいという意味において、より高い菌除去効率を示す。254nmの波長領域のUV放射は、菌除去に際し、特に有効であることがわかっている。
2.照射器アッセンブリの冷却のために、ハウジングは、冷却空気の供給用の供給空気通路を有し、それゆえ冷却空気源への接続部を有している。基本的には、低圧水銀ランプの冷却は不要である。しかし、本発明に係るUV照射器モジュールにおいて接続可能な冷却は、多くの面で上述の技術的な課題の解決に有用であることが判明した:
a.冷却は、比較的高い出力を有する低圧水銀ランプの使用および運転を照射器アッセンブリの過熱の危険なしに可能にする。過熱時には、UV照射出力の減少を伴う、UV発光のスペクトル成分、特に254nmの波長領域付近のスペクトル成分の低下が生じる。
而して、例えば複数の低圧水銀ランプの長手方向軸線が1つの共通の照射器平面内を延びている本発明に係るUV照射器モジュールの特に好適な一実施の形態において、比較的高い出力を有する低圧水銀ランプの使用および運転により、照射器アッセンブリは、照射器平面から48mmの間隔を置いて測定して、少なくとも100mW/cm2、好ましくは、少なくとも120mW/cm2のUV照射強度が生じるように設計され得る。
b.面状の照射器アッセンブリの過熱の危険は、特に照射器アッセンブリの中央の領域で高く、縁部領域で低い。冷却空気の引き込みにより低圧水銀ランプを強制的に冷却することで、照射器アッセンブリの長さおよび幅にわたって比較的均一な温度プロファイルが調整可能であり、これに伴い、発せられるUV放射の場所に関して均一な照射プロファイルも調整可能である。
照射器アッセンブリの過熱を回避する目的で、冷却空気の冷却能力は、それゆえ、好ましくは、照射器アッセンブリ上において最大温度が150℃未満、特に好ましくは、120℃未満となるように設計される。
3.ハウジングは、閉鎖されており、水密である。水密性は、少なくとも、上で規定したIPコードの保護度6に相当し、すなわち、暴噴流水による洗浄サイクルに持久的に耐える。
ハウジング内には、冷却空気用の少なくとも1つの供給空気通路と、温められた冷却空気の導出用の少なくとも1つの排出空気通路とが延びている。冷却空気は、空気ガイド手段、例えば1つまたは複数の開口または管路を介して、照射器アッセンブリに達し、照射器アッセンブリを冷却し、これにより温められる。ハウジングは閉鎖されているので、全冷却空気体積は、温められた冷却空気としてハウジングから排出空気通路を介して、規定されてかつ再現可能に排出される。このことは、衛生要求に鑑みて有利な措置をなしている。
通路は、例えばチューブまたはパイプとして構成されており、ハウジング出口には、接続要素が設けられていることができる。その際、空気は、技術的に最も簡単なかつ最も低コストの冷却媒体をなしている。空気に代えてまたは空気に加えて、別のガスまたは液体も、冷却媒体として使用可能であることは、自明である。
4.以下では、低圧水銀ランプの長手方向軸線の方向でのハウジングの延在寸法を「ハウジング長さ」、上で規定した視線方向での延在寸法を「ハウジング高さ」、残りの空間方向での延在寸法を「ハウジング幅」と称呼する。これらの称呼はもちろん、ハウジングの説明との関連で使用する位置表示、例えば「上面」または「下面」、および場所を表す副詞、例えば「上方」、「上下」、「上」、「上側」等も、ハウジングの、実施例に示す方向付けに関するものであって、コンポーネント相互の相対的な方向付けを規定するためだけに用いられ、規定通り使用したときのハウジングおよび該当するコンポーネントの特定の空間的な方向付けを確定するものではない。
第1の空気案内ゾーンと第2の空気案内ゾーンとは、ハウジング内で互い特に流動に関して隔てられているので、まだ冷たい冷却空気と、既に温められた冷却空気とがハウジング内で混ざり合ってしまうことはない。冷たい冷却空気の引き込み用の第1の空気案内ゾーンは、供給空気通路を有し、供給空気通路は、他方、冷たい冷却空気を照射器アッセンブリに規定された状態で供給する少なくとも1つの空気ガイド手段を装備している。温められた冷却空気は、排出空気として第2の空気案内ゾーンを介して排出空気通路またはガス出口に達し、排出空気通路またはガス出口を介してハウジングから導き出される。
ハウジング高さの方向で見て、第1および第2の空気案内ゾーンは、ハウジング長さの少なくとも一部にわたって上下に重畳して延びている。その際、好ましくは、低圧水銀ランプの長手方向軸線に対して垂直にハウジングを通る横断面において、下面から上面への視線方向で見て、第1の空気案内ゾーンは、第2の空気案内ゾーンに対して前置されている。すなわち、冷却空気を運ぶ供給空気通路は、照射器アッセンブリの近傍を延びているので、冷却空気は、供給空気通路から空気ガイド手段を介して比較的簡単に照射器アッセンブリに向かって導き出され得る。
ビーム出射窓、照射器アッセンブリおよび両空気案内ゾーンの「重畳配置」により、ハウジング長さの少なくとも一部にわたって、図式としては以下の、上下に重畳して配置される4つの平面が生じる:
(i)窓平面。窓平面内にはビーム出射窓が配置されている。
(ii)照射器平面。照射器平面内には、低圧水銀ランプの長手方向軸線が延びている。
(iii)下側の空気案内平面。下側の空気案内平面内には、好ましくは、供給空気通路の長手方向軸線が延びている。
(iv)上側の空気案内平面。上側の空気案内平面内には、好ましくは、排出空気通路またはハウジングガス出口の長手方向軸線が延びている。
挙げた平面は、互いに傾いて延びていてもよいが、最も好ましい場合、互いに平行に延びている。これらのコンポーネントの「重畳配置」は、ハウジング高さの方向では嵩張るものの、特に小さなハウジング幅を可能にする。比較的小さなハウジング幅は、構造空間が狭いときに有益であることができ、とりわけ複数のUV照射器モジュールがサブストレートの搬送方向で順番に配置されている場合に、照射範囲内での放射の均一性に寄与する。
(a)供給空気通路が、供給空気通路中心軸線を有し、第2の空気案内ゾーンが、排出空気通路中心軸線を有し、供給空気通路中心軸線と排出空気通路中心軸線とが、互いに平行に、ビーム出射窓に対して垂直に延在する1つの共通のハウジング中央平面内を延びている実施の形態。
排出空気通路中心軸線は、場合によっては設けられる排出空気通路の長手方向軸線あるいはハウジングガス出口の中心軸線に相当する。供給空気用の空気案内ゾーンと、排出空気用の空気案内ゾーンとは、この場合、視線方向で見て順番に延びるだけでなく、供給空気通路の軸線と、排出空気通路あるいはガス出口の軸線とは、ハウジング中央平面内で上下にも重畳して延びている。これにより特に小さなハウジング幅が得られる。
(b)ハウジングが、ハウジング中央平面に関して鏡面対称性を有する実施の形態。
(c)第1の空気案内ゾーンが、供給空気通路内径を有し、第2の空気案内ゾーンが、排出空気通路内径を有し、排出空気通路内径の、供給空気通路内径に対する偏差は、+/−10%未満であり、好ましくは、排出空気通路内径と供給空気通路内径とは同じである実施の形態。
内径が同じである場合、冷却空気および排出空気に関して同じ流動速度が生じ、同じガス圧が生じる。これに対して、排出空気通路内径の方が小さい場合は、供給空気通路におけるよりも大きな流動抵抗が生じ、冷却空気流動の狭窄箇所として機能する。
以下に本発明について図面および一実施例を基に詳しく説明する。
Claims (12)
- サブストレート(51)の紫外照射用のUV照射器モジュール(1)であって、
水密なハウジング(2)を備え、
前記ハウジング(2)は、それぞれ1つの長手方向軸線を有する複数の低圧水銀ランプ(21)を含む照射器アッセンブリ(20)を包囲し、かつ
前記ハウジング(2)は、下面(3)と、上面(4)と、前記下面(3)と前記上面(4)とを互いに結合する少なくとも2つの側壁(5;6)とを有し、さらに前記下面(3)には、ビーム出射窓(7)により閉じられたビーム出射開口を有する、
UV照射器モジュール(1)において、
前記ハウジング(2)内に、冷却空気の供給用の第1の空気案内ゾーン(9;31;41)と、前記第1の空気案内ゾーン(9;31;41)から隔てられた、温められた冷却空気の導出用の第2の空気案内ゾーン(10;32;44)とが形成されており、
前記低圧水銀ランプ(21)の前記長手方向軸線に対して垂直に前記ハウジング(2)を通る横断面において、前記下面(3)から前記上面(4)への視線方向で見て、前記ビーム出射窓(7)、前記照射器アッセンブリ(20)および前記空気案内ゾーン(9;31;41;10;32;44)は、順番に配置されており、
前記第1の空気案内ゾーン(9;31;41)は、供給空気通路(31)を有し、前記供給空気通路(31)は、冷却空気を前記照射器アッセンブリ(20)に供給する少なくとも1つの空気ガイド手段(42)を装備している、
ことを特徴とするUV照射器モジュール。 - 前記低圧水銀ランプ(21)の前記長手方向軸線に対して垂直に前記ハウジング(2)を通る前記横断面において、前記下面(3)から前記上面(4)への視線方向で見て、前記第1の空気案内ゾーン(9;31;41)は、前記第2の空気案内ゾーン(10;32;44)に対して前置されていることを特徴とする、請求項1記載のUV照射器モジュール。
- 前記第1の空気案内ゾーン(9;31;41)は、供給空気通路中心軸線を有し、前記第2の空気案内ゾーン(10;32;44)は、排出空気通路中心軸線を有し、前記供給空気通路中心軸線と前記排出空気通路中心軸線とは、互いに平行に、前記ビーム出射窓(7)に対して垂直に延在する1つの共通のハウジング中央平面(M)内を延びていることを特徴とする、請求項1または2記載のUV照射器モジュール。
- 前記ハウジング(2)は、前記ハウジング中央平面(M)に関して鏡面対称性を有することを特徴とする、請求項3記載のUV照射器モジュール。
- 前記第1の空気案内ゾーン(9;31;41)は、供給空気通路内径を有し、前記第2の空気案内ゾーン(10;32)は、排出空気通路内径を有し、前記排出空気通路内径の、前記供給空気通路内径に対する偏差は、+/−10%未満であり、好ましくは、前記排出空気通路内径と前記供給空気通路内径とは同じであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール。
- 前記低圧水銀ランプ(21)の前記長手方向軸線に対して垂直に前記ハウジング(2)を通る前記横断面において、前記ハウジング上面(4)は湾曲を有することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール。
- 両前記側壁(5)は、前記上面(4)の前記湾曲に密着し、5〜40度の範囲の角度を互いになすことを特徴とする、請求項6記載のUV照射器モジュール。
- 前記ビーム出射開口は、周囲を取り巻くように延びる段部を有し、前記段部に前記ビーム出射窓(7)は接着されていることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール。
- 前記低圧水銀ランプ(21)の前記長手方向軸線は、1つの共通の照射器平面(E2)内を延びており、前記照射器アッセンブリ(20)は、前記照射器平面(E2)から48mmの間隔を置いて測定して、前記サブストレート(51)上に少なくとも100mW/cm2、好ましくは、少なくとも120mW/cm2のUV照射強度が生じるように設計されていることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール。
- 前記照射器アッセンブリ(20)は、前記照射器アッセンブリ(20)の、前記ビーム出射窓(7)から背離した側で、少なくとも部分的にリフレクタ(33)により包囲されていることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール。
- 前記ハウジング側壁(5)の少なくとも一方は、マーキング(8)が施された可視面を有し、前記マーキング(8)は、レーザ彫刻により生成されており、続いて前記可視面は、電解研磨により平滑化されていることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール。
- 請求項1から11までのいずれか1項記載のUV照射器モジュール(1)の、食物または医薬品用の包装材料の紫外照射用の消毒システムでの使用。
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