JP7356029B2 - 紫外線ランプユニットの冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線ランプユニットの冷却方法に関し、特に、紫外線ランプと、紫外線ランプを内側に収容する二重ガラス管と、を備えた紫外線ランプユニットの冷却方法に関する。

紫外線を利用する様々な工業分野において、紫外線ランプは不可欠である。紫外線ランプは放電によって紫外線を放射する。その放電に伴い、紫外線ランプは発熱する。このため、通常、紫外線ランプは、冷却構造を有する紫外線ランプユニットに含まれる。

冷却構造を有する紫外線ランプユニットは、例えば、実開昭６１－０２３２０９号公報（特許文献１）、特開２００９－２５１５５１号公報（特許文献２）、及び特開２０１０－０２７３５７号公報（特許文献３）に開示される。この種の紫外線ランプユニットは、紫外線ランプと、二重ガラス管と、を備える。二重ガラス管は水冷ジャケットとも称され、内管及び外管から構成される。紫外線ランプは二重ガラス管の内側に収容される。二重ガラス管の内部に、すなわち内管と外管との間に、冷却水を流す。このような冷却水の流通により、二重ガラス管の内側で発熱した紫外線ランプが間接的に冷却される。

実開昭６１－０２３２０９号公報 特開２００９－２５１５５１号公報 特開２０１０－０２７３５７号公報

上記の紫外線ランプユニットでは、使用に伴い、冷却水と接するガラス管の表面（外管の内面および内管の外面。特に外管の内面のうち、紫外線が照射される領域。）に汚れが付着する場合がある（以下、汚れの付着が顕著である外管内面について代表的に記載する。）。外管内面の汚れが著しくなれば、紫外線ランプによる照度が低下する。照度の低下は、紫外線ランプを用いる装置の安定した稼働を妨げる。照度の低下により、装置で所望する品質が低下するからである。このため、定期的に、紫外線ランプユニットを分解して、外管の内面を清掃することが必要になる。このような手作業による清掃は極めて煩雑であり、装置の長時間の停止を強いる。

本発明の１つの目的は、紫外線ランプを用いる装置を安定して稼働することができる、紫外線ランプユニットの冷却方法を提供することである。

本発明の実施形態による冷却方法は、紫外線ランプと、内管及び外管からなり、紫外線ランプを内側に収容する二重ガラス管と、を備えた紫外線ランプユニットの冷却方法である。当該冷却方法は、内管と外管との間に、クエン酸を含有する冷却水を流す。

本発明の実施形態の冷却方法によれば、外管の内面に汚れが付着した場合であっても、クエン酸を含有する冷却水の流通により、その汚れを十分に除去することができる。したがって、紫外線ランプを用いる装置を安定して稼働することができる。

図１は、紫外線ランプユニットの一例を示す模式図である。 図２は、洗浄前の紫外線ランプユニットの外観を示す写真である。 図３は、洗浄後の紫外線ランプユニットの外観を示す写真である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。

上記の課題を解決するため、本発明者らは、紫外線ランプを用いる装置について、外管内面の汚れの付着状況を詳細に分析し、種々の検討を重ねた。その結果、下記の知見を得た。本明細書では、紫外線ランプを用いる装置の一例として、化成処理合金材の製造で使用される化成処理液（例：シュウ酸処理液）を再生するための装置（化成処理液再生装置）について検討した。

［紫外線ランプユニットの構成］
図１は、紫外線ランプユニット１の一例を示す模式図である。図１には、紫外線ランプユニット１の縦断面が示される。図１を参照して、紫外線ランプユニット１は、紫外線ランプ２と、二重ガラス管３と、を備える。二重ガラス管３は内管４及び外管５から構成される。内管４及び外管５はいずれも、無色透明な底付きのガラス管である。内管４及び外管５の材質は例えば石英である。外管５の内側に内管４が配置される。

紫外線ランプ２は二重ガラス管３の内側に収容されている。つまり、紫外線ランプ２は内管４の内側に配置されている。紫外線ランプ２が配置されている内管４の内部空間は、密閉されている。また、二重ガラス管３の内部空間、すなわち内管４と外管５との間の空間は密閉されている。

二重ガラス管３には、内管４及び外管５の各底とは反対側の端に、給水バルブ６と排水バルブ７が設けられている。給水バルブ６は、入側導水管８を介して二重ガラス管３の内部空間に連通する。入側導水管８は、外管５を貫通して、二重ガラス管３の内部空間を、内管４及び外管５の各底の近傍まで延びている。排水バルブ７は、出側導水管９を介して二重ガラス管３の内部空間に連通する。出側導水管９は、外管５を貫通している。

給水バルブ６には、給水管（図示省略）が接続される。給水管の上流端は、冷却水を貯留する貯水槽（図示省略）に接続される。給水管の経路には、給水ポンプ（図示省略）が設置される。排水バルブ７には、排水管（図示省略）が接続される。

給水ポンプの作動により、貯水槽内の冷却水が給水管に送られる。給水管に送られた冷却水は、給水バルブ６及び入側導水管８を通じて、二重ガラス管３の内部空間の一端に流入する。流入した冷却水は、二重ガラス管３の内部を二重ガラス管３の一端から他端に向けて流れ、出側導水管９を通じて排水バルブ７から排水管に流出する。その際、二重ガラス管３の内部空間を流通する冷却水により、二重ガラス管３の内側で発熱した紫外線ランプ２が間接的に冷却される。なお、冷却水は、最終的に海や河川等の自然界に排出される。

［紫外線ランプを用いた装置での状況］
従来、化成処理液再生装置に用いられる紫外線ランプユニットでは、冷却水として工業用水を用いていた。本明細書において、工業用水を工水と言う場合がある。冷却水として工水を用いた場合、外管５の内面５ａに汚れが付着した。汚れが付着した領域は、紫外線ランプ２の周囲に限定されていた。例えば一週間程度の装置の稼働、すなわち紫外線ランプユニット１の稼働により、外管５の内面５ａの汚れが著しくなった。これにより、紫外線ランプ２による照度が汚れ前の１／３に低下した。このため、手作業による汚れの清掃を定期的に行っていた。

従来の冷却水は工水であったため、冷却水には当然、様々な不純物が含まれていた。このため、本発明者らは、冷却水に含まれる不純物が外管５の内面５ａの汚れを引き起しているのではないかと仮定した。そして、本発明者らは、冷却水として浄水を用いることを試みた。本明細書において、浄水とは、工水をろ過することによって工水から不純物を取り除き、さらに次亜塩素酸ナトリウムを注入することによって除菌し、水道水相当にした水（水道水に準じた自家浄化水）を意味する。

冷却水として浄水を用いた場合、外管５の内面５ａに付着する汚れの程度が改善した。つまり、冷却水を工水から浄水に変更すれば、外管５の内面５ａへの汚れの付着をある程度抑制できることがわかった。ただし、外管５の内面５ａに汚れが付着することに変わりはなかった。このため、依然として手作業による汚れの清掃が必要であった。

そこで、本発明者らは、簡単に汚れを清掃できる手法を検討した。例えば、冷却水の流通によって外管５の内面５ａに付着した汚れを除去することができれば、紫外線ランプユニット１の分解が不要となり、清掃が簡単になる。このため、本発明者らは、冷却水に洗浄剤を添加することに着目した。ただしこの場合、洗浄剤は自然界に悪影響しない安全なものである必要がある。洗浄剤を含む冷却水が最終的に海や河川等の自然界に排出されるからである。

鋭意検討の結果、冷却水としてクエン酸を含有する浄水を用いた場合、理由は定かでないが、外管５の内面５ａに付着した汚れを十分に除去できることがわかった。クエン酸は自然界に悪影響しないことから、安全上でも全く問題はない。

本実施形態の紫外線ランプユニットの冷却方法は、上記の知見に基づいて完成されたものである。

本実施形態の冷却方法は、紫外線ランプと、紫外線ランプを内側に収容する二重ガラス管と、を備えた紫外線ランプユニットの冷却方法である。二重ガラス管は、内管及び外管からなる。当該冷却方法は、内管と外管との間に、クエン酸を含有する冷却水を流す。

本実施形態の冷却方法によれば、外管の内面に汚れが付着した場合であっても、クエン酸を含有する冷却水の流通により、その汚れを十分に除去することができる。その結果、外管の内面の透明度が回復し、紫外線ランプによる照度が回復する。この場合、紫外線ランプユニットの分解は不要である。したがって、紫外線ランプを用いる装置を安定して稼働することができる。

また、クエン酸は自然界に悪影響しないことから、クエン酸を含有する冷却水を自然界に排出しても問題はない。クエン酸を除去するための格別なろ過装置は不要である。さらに、クエン酸は比較的安価である。したがって、本実施形態の冷却方法は経済性にも優れる。

典型的な例では、浄水にクエン酸を添加し、このクエン酸を含有する浄水を冷却水として用いる。具体的には、紫外線ランプを用いる装置の稼働中は、紫外線ランプ冷却用の冷却水として浄水を用いる。装置の稼働に伴って、外管の内面に少量の汚れが次第に付着していく。この場合、少ない頻度（例：一日当たり一回の頻度）で洗浄期間を設け、この洗浄期間、冷却水を浄水からクエン酸を含有する浄水に切り替える。この場合、外管内面の汚れが少ない段階で、汚れを十分に除去することができる。もっとも、装置の稼働中に、紫外線ランプ冷却用の冷却水として、クエン酸を含有する冷却水を用いてもよい。

本実施形態の冷却方法において、冷却水におけるクエン酸の含有量は０．１～１．０質量％であることが好ましい。クエン酸含有量が少なければ、汚れの除去に長時間を要する。クエン酸含有量の上限は、０．２質量％であることがより好ましい。

以下に、本実施形態の紫外線ランプユニットの冷却方法について、その具体例を説明する。

紫外線ランプは化成処理液再生装置で用いられる。この再生装置は化成処理液を貯留する液槽を備える。この液槽の内部に、図１に示すような紫外線ランプユニット１が配置される。例えば、複数の紫外線ランプユニット１が、立てられた状態で、液槽の側壁の近傍に並べて配置される。再生装置の稼働に伴って、紫外線ランプユニット１が稼働する。紫外線ランプユニット１の稼働により、紫外線ランプ２から化成処理液に紫外線が放射され、化成処理液が再生される。

その際、給水ポンプが作動する。これにより、二重ガラス管３の内部空間を、すなわち内管４と外管５との間の空間を、冷却水が流れる。二重ガラス管３の内部空間を流通する冷却水により、二重ガラス管３の内側で発熱した紫外線ランプ２が間接的に冷却される。

本実施形態では、冷却水としては浄水が用いられる。浄水は貯水槽に貯留されている。浄水は、工水に前述した処理を施されて生成されたものである。

このような再生装置及び紫外線ランプユニット１の稼働に伴って、外管５の内面５ａに少量の汚れが次第に付着していく。その汚れを除去するために、例えば、一日の終わりに洗浄期間が設けられる。この洗浄期間は、例えば、一時間程度の短い期間である。洗浄期間、給水ポンプの作動は継続される。一方、再生装置の稼働は停止してもよいし、継続してもよい。再生装置を停止する場合、紫外線ランプ２の作動も停止する。再生装置の稼働を継続する場合は、紫外線ランプ２の作動も継続する。

洗浄期間、貯水槽内の浄水にクエン酸が添加される。クエン酸は貯水槽の外で別の浄水と混合されて水溶液とされ、この水溶液が貯水槽内の浄水に投入される。ただし、クエン酸そのものが貯水槽内の浄水に投入されてもよい。要するに、貯水槽内の浄水におけるクエン酸含有量が適量となるように、クエン酸が添加される。

給水ポンプの作動の継続により、二重ガラス管３の内部空間を、すなわち内管４と外管５との間の空間を、クエン酸を含有する冷却水が流れる。二重ガラス管３の内部空間を流通する冷却水により、外管５の内面５ａに付着した汚れが除去される。これにより、外管５の内面５ａの透明度が回復する。その結果、紫外線ランプ２による照度が回復する。この場合、紫外線ランプユニット１の分解は不要である。したがって、紫外線ランプ２を用いる再生装置を安定して稼働することができる。

上述した本実施形態の冷却方法によって、外管５の内面５ａに付着した汚れを除去する試験を実施した。サンプルとして、長期使用済み（６日間（１４４時間）連続使用）の紫外線ランプユニットを準備した。この紫外線ランプユニットについて、洗浄期間の前と後で紫外線ランプを作動し、照度計によって照度を測定した。照度の測定箇所は、紫外線ランプユニットの長手方向中央部とした。試験の結果、洗浄前の照度が１６（ｍＷ／ｃｍ²）であったのに対し、洗浄後の照度が９２（ｍＷ／ｃｍ²）であった。つまり、照度が大幅に回復した。

図２は、洗浄前の紫外線ランプユニットの外観を示す写真である。図３は、洗浄後の紫外線ランプユニットの外観を示す写真である。図２と図３を比較すれば明らかなように、洗浄前の紫外線ランプユニットに認められる汚れは、洗浄後の紫外線ランプユニットに認められなかった。

これらの結果より、クエン酸を含有する冷却水によって外管内面の汚れを十分に除去できることが実証された。

その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、紫外線ランプを用いる各種の装置に有効に利用できる。

１：紫外線ランプユニット
２：紫外線ランプ
３：二重ガラス管
４：内管
５：外管
５ａ：外管の内面
６：給水バルブ
７：排水バルブ
８：入側導水管
９：出側導水管

Claims (2)

1. 紫外線ランプと、内管及び外管からなり、前記紫外線ランプを内側に収容する二重ガラス管と、を備え、化成処理液再生装置で用いられる紫外線ランプユニットの冷却方法であって、
   前記紫外線ランプユニットは、前記化成処理液再生装置において化成処理液を貯留する液槽の内部に配置されており、
   前記化成処理液再生装置の稼働に伴って、前記内管と前記外管との間に冷却水として浄水を流しながら、前記紫外線ランプから前記化成処理液に紫外線を放射して前記化成処理液を再生し、
   前記化成処理液再生装置の稼働に伴って前記外管の内面に付着した汚れを除去するために洗浄期間を設け、前記洗浄期間、前記内管と前記外管との間に流す前記冷却水を前記浄水からクエン酸を含有する浄水に切り替える、紫外線ランプユニットの冷却方法。
2. 請求項１に記載の紫外線ランプユニットの冷却方法であって、
   前記冷却水における前記クエン酸の含有量は０．１～１．０質量％である、紫外線ランプユニットの冷却方法。

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