JPH10503710A

JPH10503710A - Ｕｖランプ反応器アセンブリの改良型ランプ冷却器

Info

Publication number: JPH10503710A
Application number: JP8514924A
Authority: JP
Inventors: ハレット，ロナルド，シー．
Original assignee: カルゴンカーボンカナダインコーポレーテッド
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2015-11-06
Also published as: EP0792248A1; US5505912A; CA2204435A1; WO1996014272A1; BR9509620A; NO972086D0; AU692314B2; JP3004730B2; CZ132797A3; AU3768995A; NO972086L; PL320088A1; CN1176632A; KR970707050A; MX9703323A

Abstract

(57)【要約】本発明は、放射線でたとえば水、空気または溶剤などの流体の媒質を処理する紫外線（ＵＶ）ランプを有する、反応器の改良型冷却システムに関する。特に、この反応器システムは、通常は３００℃を上回る高温で作動するＵＶ発光ランプを使用することによって、流体中の汚染物質を処理するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】ＵＶランプ反応器アセンブリの改良型ランプ冷却器発明の分野本発明は、放射線でたとえば水、空気または溶剤などの流体の媒質を処理する紫外線（ＵＶ）ランプを有する、反応器の改良型冷却システムに関する。特に、反応器システムは、通常は３００℃を上回る高温で作動するＵＶ発光ランプを使用することによって、流体中の汚染物質を処理するようになっている。発明の背景紫外線放射は、化学反応を促進したり、化学反応を起こさせたり、有機及び非有機分子を減成させたり、生物系に突然変異を誘発したり、抗ウィルス剤や殺菌剤等として作用するなど、産業社会において重要な主力製品である。通常、紫外線の放射源は、放電によって励起されるとＵＶ線を放射する様々なタイプの気体を有する放電ランプから放出される。そのランプは、一般に低または中／高輝度ランプと分類される。これは、ランプ内の気体が低圧または高圧の状態で作動する。通常、ランプは、放出されるＵＶ線を透過するクォーツ材料でできている。ランプは、約３０℃から最高１１００℃の範囲の低温または高温で作動する。そのランプの電源入力は、４０ワット未満から６０，０００ワットを上回るＵＶ線の範囲である。ランプは、ＵＶスペクトルの全範囲ではなく、ＵＶスペクトルの特定の部分を削除したり、高めたりするように特別注文することもできる。ＵＶランプのこのような多様性を生み出す力となるのは、上記の産業用途がそれぞれ、異なるＵＶ強度、異なる放射波長、使用圧力、温度及び電力要件を有するランプを必要とすることである。通常、反応器システム、特に水性媒質を含む反応器システムに使用するようなランプは、ＵＶが透過する様々な保護シースを有し、ＵＶ線で処理される物質とランプが接触しないよう、その中にランプが配置される。この技術は、ＵＶランプのクォーツ及びランプ電極への電気接続部を保護する。これは、反応器を分解せずにランプを交換するのにも容易である。このタイプの水処理システムの２つの例が、米国特許第3,462,597号および第3,562,520号で開示されている。水処理装置の円筒形の外壁と装置の内部シースとの間に環状室が規定され、内部シースは、流体処理装置内で環状室を通過する流体からＵＶ線発光ランプを保護する。いずれのシステムも、ランプが装置の中心に配置され、保護シースに封入されるので、ランプ端が封入されるよう設計されている。シースは、クォーツまたは他のＵＶ透過性材料である。これらの構成では、特殊なシース・クリーニング機構について述べている。これらのシステムの欠点については、出願人の米国特許第 5,133,945号および第5,266,280号で詳細に検討している。これら２件の先行する米国特許のシステムは、飲料水を処理する抗ウィルス剤および殺菌剤としての使用に適している。水に照射する標準的な技術に従って、低温ランプを使用する。ランプは完全に封入されている。両方の米国特許で実証されているように、ランプ端はシース内に完全に封入され、密封されている。これによって、ランプと保護シースとの間に規定された環状空間にある空気を、ＵＶ線で酸化しない不活性気体と交換することができる。その結果、ＵＶ処理システムに使用する構成部品にとって非常に有害と考えられるオゾンの形成が防止される。完全に封入したランプは、４０ないし１５０℃の範囲の比較的低温で作動するランプを使用するシステムに使用することができる。流体内で所望の化学反応を起こす、またはこれを促進するために流体にＵＶ線を照射するもう一つの一般的な方法は、ＵＶ線に対して透明な壁を有する反応容器の周囲に、複数のＵＶランプを配置することである。これによって、ランプからの放射が容器の壁を通過し、反応容器内の流体に吸収されて、所望の反応を起こす、あるいはそれを促進する。通常、反応容器を囲んだ状態のランプは、封入されている。封入容器は、反応路から逸れた方向に向かうランプからの放射線を反射し、このような放射線を反応器の方向へ戻すよう、ＵＶ反射性の表面を有するものであってもよい。封入容器内に幾つかのランプを設けることにより、封入されたランプの過熱が問題となることがある。このタイプの反応器の一例が、米国特許第4,002,918号で検討されている。米国特許第4,897,246号およびその分割出願の米国特許第4,952,376号で、様々な形態の水及び廃水の汚染を除去するＵＶ処理システムが開示されている。廃水は、反応器システムの一方端で導入され、バッフルを使用することにより、水は反応室内でランプ上をジグザグのパターンに方向づけられる。反応室は長方形で、液体が反応室内を絶えず流れている。システムに使用するランプは、前述した米国特許第3,462,597号および第3,562,520号の水処理システムで使用したランプより、はるかに強力である。標準的な技術により、ＵＶ線発光ランプは、適切な保護シースによって処理された流体から隔離される。また、標準的な方法により、ランプと保護シースとの間に密封された環状空間を規定するよう、ランプの端部が密封される。この配置構成で、使用されるランプの好ましい形態は、より高圧の水銀ランプで、これは中圧ランプとも呼ばれる。これらのランプは、文献では中圧ランプとも高圧ランプとも呼ばれている。これらのランプの作動特性には、大きな違いがある。本明細書で中圧ランプと呼ぶランプは、圧力が１ないし１０ａｔｍで、電球の温度が３００℃を上回り、入力密度が電球長１ｃｍ当たり４０ないし１００ワットの水銀ランプである。これらのランプは低圧ＵＶランプよりかなりの高温で作動する。中圧ランプは通常３００℃よりも高い温度で作動する。高温で中圧のランプを使用する１つの利点は、流体の温度変化にそれほど影響されないことである。これに対して、低温で低圧のＵＶランプの場合は、水温が有意に変化すると、低圧ランプの使用温度に有意の影響を及ぼすことがあり、したがって全体的な性能に影響する。したがって、米国特許第4,952,376号で検討されているように、この点では、中圧の水銀ランプなどの、より高輝度のランプが好ましい。しかし、反応器の保護シースに封入されたランプという点で、ランプの出力が増大するにつれ、ランプの過熱と、場合によっては劣化という問題に遭遇することがある。保護シース上を流れる流体によって提供されるようなランプの冷却以外では、電気的端子を含む温度に敏感なランプ端部は適切に冷却されず、時々、過熱がランプの故障をもたらすことがある。したがって、高温で中圧のランプに伴うこのような過熱の問題が、ＵＶ処理システムの使用を抑制してきた。その結果、米国特許第4,952, 376号のシステムで使用するランプは、中圧ランプの温度範囲の下端で作動し、したがって温度範囲の上端で作動するランプと比較して、出力が小さい。市販されている多くのシステムは、ランプごとのＵＶ出力が通常は４０ないし１４０ワットの範囲の低い入力を有する低温、低圧水銀ランプを使用して機能する。この入力は通常、ランプのアーク長１ｃｍあたり約０．４〜０．８ワット、使用温度１００℃未満に等しい。飲料水中の微生物を殺す低輝度ランプの工業使用については、米国特許第4,179,616号で述べられている。作動出力が３７ワットの範囲で作動温度が６０℃よりはるかに低い従来通りのＧ−３７−Ｔ６ＵＶランプが使用されている。主としてコビエロ（Coviello）らのシステムを使用すると、非常に少ない流量でシステムを通過する空気により、オゾンの最適量が生成される。次に、生成されたオゾンは、処理タンクに搬送され、飲料水をさらに殺菌する。コビエロ（Coviello）らは、図３および図５について記載されているようなランプ端上に空気を通過させることを考えている。加圧状態で空気を導入し、ランプ端の上のみで高速で循環させる。コビエロ（Coviello）の図４のシステムは、ランプ上に低流速で空気を通過させてオゾンの生成を最適化し、明らかにランプ端部で空間が比較的制約されるので、ランプ端部の上では比較的高い流速が達成され、冷却が実行される。このようなランプ端部冷却方法は、通常は１００℃未満の比較的低温で作動する低圧ランプには適しているかもしれないが、このような冷却システムは、３００℃を上回る温度で作動する中圧及び高圧ランプには、まったく不十分である。汚染した流体の処理には、上記のシステムに、これ以外にも幾つか短所や欠点がある。低圧ランプは、２００ｎｍと３００ｎｍとの間のＵＶ出力率に当たる良好な効率（３０％）を有し、これは流体の汚染除去には重要なＵＶ領域である。しかし、低圧ランプには大きい短所がある。というのは、非常に入力電力が小さい（通常は４０〜１２０ワット）ので、流量が大きい流体の処理には、非常に多数のランプが必要だからである。多くのランプと反応室を作成し、保守しなければならないので、これは実用的ではない。従来通りの中圧ランプは効率が低く、２０％未満なので、この場合も多くのランプが必要で、電気消費量が大きい。したがって、高電力、高効率で作動するランプが求められている。現在、高電力入力で３０％前後の効率のランプが市販されている。これらのランプは、標準的な中圧ランプよりアークの単位長当たりの入力が大きい（１００ワット／ｃｍ未満に対して１００〜３００ワット／ｃｍ）。ランプは、６００℃〜１０００℃の範囲の電球温度になり、高温にもなる。これらの要因の結果、スリーブのクォーツ表面ではるかに多くの熱が発生し、ランプや周囲の構成材料の冷却問題をもたらす。出願人の前述した米国特許第5,133,945号および第5,266,280号では、通常６００℃を上回る温度で作動する高圧ランプのための冷却システムが記載されている。個々の冷却ファンが反応器システムの各端に設けられ、各ランプ端のセラミック取付け部に冷却空気が送られている。各冷却ファンは、冷却空気をセラミック取付け部に送るダクトを有し、これによってランプ端部内に密封された電極が、ランプのクォーツの高温により劣化しないことを保証する。ランプの下部に送られた空気は、保護シースとクォーツ・ランプ表面との間の環状空間に入ることができる。このような循環空気は、反応器の頂部で排出され、さらにシステムの冷却を向上させることができる。このシステムは高圧ランプの冷却には適しているが、ランプの作動が常に一定とは限らず、したがって出願人の米国特許第5,372, 781号で述べた冷却システムによって向上することが判明している。本発明は、ランプの冷却を改善するばかりでなく、ランプの作動を改善し、それと同時に反応器内でランプを支持する材料を囲む保護を提供し続けるランプ冷却のための排気システムを提供する。発明の要旨本発明の一態様によると、反応器アセンブリの高温ＵＶランプのための改良型冷却システムが提供される。したがって、ＵＶを照射することによって流体内の汚染物質の破壊を促進することによりそれを破壊する反応器アセンブリにおいて、反応器アセンブリが、ｉ）一方端に前記反応器に流体を導入する入口、別の端に前記反応器から処理流体を除去する出口を有する反応器カラム、ｉｉ）３００℃を上回る温度で作動し、前記反応器カラム内に配置されるＵＶ線放射ランプ、ｉｉｉ）前記ランプ用のＵＶ線に対して透明な円筒形の保護シース、前記シースは前記ランプと同心円状で、前記ランプを前記反応器の内部から隔離し、前記反応器カラムは、処理流体が前記反応器入口から前記反応器出口へと流れる反応器空間を規定する壁を有し、これによって前記シース上の流体の流れが、ランプの加熱による前記シースを冷却し、ｉｖ）前記反応器カラム壁を通って突き出す前記シースの各端及び、前記シースの各端を前記反応器壁に密封し、それによって各シースの各端が前記反応器の外側に開く手段、前記密封手段が前記反応器の空間内に流体を保持し、ｖ）前記ランプが第１端子部分と第２端子部分とを有し、前記ランプは、前記端子部分を前記シースの対応する開口端より先に延ばすだけの十分な長さであり、ｖｉ）各前記端子を前記反応器壁の対応する部分で支持する手段、前記支持手段はそれぞれ、シース内部との空気の連絡を提供する方法で、前記開口端のシースを横断するランプ係合部分を有し、ｖｉｉ）冷却空気を前記第１および第２端子部分のそれぞれに送り前記端子部分を冷却し、それによって過熱による前記ランプ端子部分の劣化を防止する手段、前記シースが前記ランプの外径より大きい内径を有し、冷却空気を前記第１端子に送る前記手段が、前記シースの対応する第２端における空気圧力値より大きい空気圧力値を、前記シースの対応する第１端に生成するようになっていて、これにより、前記シース第１及び第２端が前記反応器壁の外側に向かって開放することによって、前記シースを通り前記ランプ上を通る冷却空気の一定流量が確保され、前記ランプが最適作動温度で作動できるよう冷却空気の前記流量が制御され、及びｖｉｉｉ）改良点が、冷却空気を向ける前記手段の排気システムを含み、前記排気システムが、冷却空気を前記第１端子部上、前記シース中及び前記ランプ上を通って前記第２端子部に吸い込み、冷却空気を前記第２端子部上に吸い込むようになっている排気ファンおよびダクトを備え、前記排気ファンが、前記シース及び前記第２端子部から集めた冷却空気を排気し、前記ダクトが、前記第２端子部上に吸い込まれる補助的な冷却空気に空気入口を提供することである反応器アセンブリ。本発明のさらなる利点と特徴は、当業者には、添付図と組み合わせた下記の詳細な説明により明白になる。図面の簡単な説明本発明の好ましい実施形態を図面に示す。図１は、ランプ冷却のための改良型排気システムを有するＵＶ反応器システムの頂部透視図である。図２は、図１の反応器の側面断面図である。図３は、１つの反応器カラムに複数のランプを設け、これを垂直または水平方向に向けることができる反応器システムの代替実施形態の概略透視図である。図４は、図３の反応器の壁または図２の反応器端内にあるランプ・シースの密封を示す詳細な断面図である。好ましい実施形態の詳細な説明本発明の反応器アセンブリ・ランプ冷却は、特に中圧及び高圧ＵＶランプに使用するようになっている。好ましい実施形態に関する以下の検討で明白なように、非常に高温で作動する高輝度ＵＶランプを使用しながら流体の処理を提供するため、反応器アセンブリには特別な措置が施されている。ＵＶランプ産業では、ランプは低圧、中圧および高圧ランプという３つの範疇に分類されることが一般に理解されている。圧力とは、作動中にランプ内に蓄積する蒸気圧を指す。圧力が蓄積するのは、通常はランプ内の水銀の蒸発によるものである。通常、励起ガスはランプに含まれ、アーク放電を開始し、アーク放電によって水銀が蒸発温度まで加熱され、ランプ内に蒸気を発生し、これが励起サイクル中に所望の強度及び波長のＵＶ線を放射する。低圧ランプは、約０．０１ワット／ｃｍ²のランプ・ワット数で、１００℃未満の温度で作動する。文献（L.R.Kohlerの「紫外線照射」[John Wiley & Sons Inc．New York 1965]およびJ.F.Waymouthの「放電ランプ」[The MIT Press，Cambridge 1978]およびR.Phillipsの「紫外線照射の発生源および応用」[Academic Press，Toronto 1983]）で定義されているように、中圧ランプはランプ・ワット数が０．１ないし１．０ワット／ｃｍ²前後で、通常は３００ないし４００℃前後の温度で作動する。既に検討したように、本発明の実施形態は、普通は３００℃を上回り、通常は７００℃ないし１０００℃、あるいは１１００℃という高温でも作動する中圧から高圧ランプを使用することを目指す。このような高い作動温度では、作動中の幾つかの側面が問題となり、それは前述した本出願人の米国特許第5,372,781号で述べた冷却システムで解決され、現在さらに改良中である。図面で示したシステムに使用する好ましいランプは、出願人によって販売されている。このようなＵＶランプは高輝度、高圧の水銀圧ランプで、ＵＶ線出力の約３０％が３００ｎｍ以下である。この反応器内で実行される水の汚染除去プロセスの大部分が、米国特許第4,956,098号、第5,043,079号および第5,043,080号で述べたような、出願人が占有権を有するプロセスによるものである。３００ｎｍ以下の出力が大きいほど、化学的な汚染除去処理は効果的になる。反応器アセンブリの幾つかの構造的、機能的詳細、内部バッフルおよびランプ・クリーニング・システムについて、前述した出願人の米国特許第5,133,945号、第5,266,280号、第5,372,781号で述べており、その主題を参照によって本明細書に組み込む。これらの先行特許および特許出願で与えられた詳細な説明に基づき、図面の反応器システムの作動は、当業者には容易に明白になるはずである。しかし、このような理解を促進し、本発明による改良型冷却システムの作動を理解するために、反応器の特定の態様について、簡単に説明する。本発明の改良型ランプ冷却システムは、２つの供給源から空気を吸い込み、ＵＶランプの先端の冷却を確保し、さらにランプ本体をその長さに沿って適切に冷却する。ランプは、反応器内でいずれの方向にも配置することができ、反応器自体も、水平と垂直との間の所望の方向で配置することができる。ランプの方向に融通性があるため、幾つかの高圧ランプを備えた反応器カラムを設けることが可能である。たとえば、大流量の水を処理するため、複数のランプを収容する１つの反応器を使用することができる。このようなランプの列は、１個のランプ・システムを有する反応器で処理できるより大量の水を処理する反応器システムの作動パラメーターを、さらに向上させる。２つの供給源から吸い込むランプ冷却空気の排気システムによって、ランプに沿って適正量の冷却空気が確保され、それと同時に両ランプ先端に十分な冷却空気を提供する。少なくとも一方の空気供給源に入る冷却空気をモニターして、ランプ冷却システムの正しい連続作動を確保することができる。さらに、排気システムをランプの一方端に配置することにより、反応器カラムの制約された空間に幾つかのランプを配置して、所望のＵＶランプ列を形成することが、非常に容易になる。図１を参照すると、反応器アセンブリ１０は、好ましくは円筒形の反応器カラム１２から成る。しかし、反応器は空間の要件などを最適化するために、他の様々な形状でもよいことが分かる。好ましい円筒形の反応器は、カラムの側壁１４および端板１８の端壁部１６および端板２２の壁部２０で構成された反応器の壁を有する。反応器カラムは、一方端に流体を反応器に導入する入口２４、他方端に処理流体を反応器から取り出す出口２６を有する。中高ＵＶ線放射ランプ２８が、反応器カラム内に設けられる。ＵＶに対して透明な円筒形の保護シース３０が、ランプに設けられる。シースはランプと同心円で、全体として３２と番号づけられた環状空間である反応器内部からランプを隔離する。反応器カラム壁は、部分１４、１６および２０で構成されて、反応器の環状空間３２を規定し、入口２４を介して導入された流体は、反応器の一方端から他方端へ流れるにつれ、これを通って処理される。シース上のこのような流体の流れは、高温ランプによる流体を冷却する。全体として３４および３６と番号づけられたシースの端部が、それぞれカラム壁部２０および１６を通って突き出す。シース端３４および３６をコラム壁部に密封するために適切な手段が設けられ、その詳細について、図４を参照しながら説明することにする。このような密封装置が所定の位置にあるので、シースの各端が、図２でさらに明瞭に分かるように、反応器の外側に向かって開く。ＵＶランプは、第１端子部３８および第２端子部４０を有し、ランプの長さは、端子部が保護シース３０の対応する開放端３５および３６より先まで延びるのに十分である。ブラケット４２および４４は、図２について述べるように、反応器壁の対応する部分で各端子を支持する手段として働く。各支持ブラケットは、シース内部と空気が連絡するような方法で、開放端のシースを横切るランプ係合部分を有する。ランプ・クリーニング・システム４６はブラシ装置４８を備え、これは往復ピストン５０によってシース３０に沿って往復運動し、環状反応室３２を通過する流体による汚れのために、シースの所望のクリーニングを実行する。冷却空気は、全体として５２と番号づけられた冷却装置によって、ランプの第１および第２端子部３８および４０のそれぞれに送られる。装置５２は、下端子部３８を通って矢印５４の方向に空気を引き寄せる。空気はランプ２８上をシースの上方向に通過し、端子部４０を通って外に向かう。シースは、ランプの外径より大きい内径を有するので、冷却空気は環状空間５６を通過することができ、ここで冷却空気は、第１端子端３８での空気圧力値を第２端子端４０の空気圧力値より大きくすることにより、このような空間を移動するのが容易になる。この空気圧力差の結果、シースの第１及び第２端が反応器壁の外側に向かって開放しているため、冷却空気の一定流量がシース及びランプ上で確保される。冷却空気の一定流量は、ランプを最適使用温度で使用できるよう制御される。冷却空気装置に関する改良点は、排気ファン５８および補足的なダクト６０を備えた排気システム５２を設けたことである。排気ファン５８は、領域６２に吸気口を有する。吸気口を通って引き込まれた排気は、矢印６６の方向に出口６４を介して排出される。排気ファン５８を通る流量は、端子４０の領域の圧力を端子３８の領域より低くするのに十分な量である。このように、所望の圧力差が設定され、これによって空気は、端子３８上を矢印５４の方向に流れ、シースとランプとの間の環状空間５６を通る。ダクト６０は、補助の冷却空気を、第２端子部４０上を矢印７０の方向に引き込む開口部６８も含む。バッフル７２の下の空気入口７３は、バッフルで遮断されたダクトの断面空間によって規定される。空気入口７３は、環状空間５６を通る冷却空気の適切な流量を確保し、ランプ温度を最適にして、反応器空間３２を流れる流体へのＵＶ線入力を最適にするよう設計されている。バッフル７２は、補助的な冷却空気の入口７３に所望の断面積を規定するよう、固定してもよい。あるいは、バッフル７２は、矢印７６の方向に上向きに揺れるよう、ロッド７４を中心に回転してもよい。このようなバッフル７２の回転は、電力サージ、周囲温度の変化などによる排気ファンの速度の変動に対応する。センサ７６をロッド７４の外側に接続し、ロッド７４の回転を感知してもよい。センサ７６は、ワイヤー８０によって信号発生器７８に電気的に接続される。装置７８によって発生した信号は、ワイヤーまたはその他の方法で監視システムに伝達され、これはバッフル７２の傾斜または回転の程度によって、排気ファン５８の効率を監視することができる。さらに、装置７８は、矢印７０の方向の空気の移動が非常に少ないか、または移動がないためにバッフル７２が十分回転しないか、まったく回転しないほどファン５８の作動効率が下がった場合に、その動作不良を指示することができる。バッフル７２が固定され、回転できない場合、ファンの動作も、図示されていない適切な信号発生器に接続された空気流量センサ８２によって検出し、信号をモニタに送信して、ランプ端４０上のダクトを通る空気の流れの有無を決定することができる。代替反応器システム８４を図３に示し、ここではランプ８６の列が反応器カラム８８内に設けられている。反応器カラム８８は入口９０および出口９２を有し、その結果、処理される流体は、カラムの側壁９４およびカラムの端部９６および９８という反応器の壁の内部に規定された反応器空間を通って流れる。各ランプはコンパクトで、全体として１００、１０２、１０４および１０６と番号づけられたランプ冷却システムがそれに対応しているので、ランプ冷却装置が互いに干渉することなく、ランプを相対的に近づけて配置するのに容易である。ランプは、反応器カラム８８内で、図３に示す交差状態で配置することができ、あるいはランプの冷却システムによってランプを任意の方向に向けることができるという観点から、反応器カラム８８内で様々な他の構成で配置することができる。各ランプ・ユニット１０２、１０４および１０６は、図１について述べたのと同じ構成要素、つまりランプ、保護ランプ・シース及びランプ端子端部の取付け装置を備える。取付け装置の一部を図３に示し、１０８および１１０で特定する。シース・クリーニング装置を往復させる対応の油圧シリンダーを、１１２、１１４、１１６および１１８とする。ランプ冷却排気システムは、全体として１２０、１２２、１２４および１２６とする。排気システムは、図１について述べたのと同じ構造であり、ランプ先端およびランプ本体上に冷却空気の適切な流れを確保するよう、同じ方法で作動する。ランプ毎に独立して作動し、ランプの一方端だけに配置される排気システムにより、ランプで、上述した任意の方向のコンパクトな列が達成できる。しかし、各冷却システムのダクトで、図１について検討し、７２で識別されたようなバッフルは、回転する場合は装置１２０、１２２、１２４および１２６の個々のダクト内の水平軸を中心に吊り下げねばならないことを銘記されたい。図３の実施形態では、ランプは水平に配置されており、したがって各バッフル７２の回転の中心となるロッド７４も、水平方向にダクト内を延びることが分かる。図１および３の反応器構成の端壁または側壁の部分である反応器壁にシースを密封する方法の詳細を、図４に示す。保護シース３０は、端部３４が反応器壁１２を通って延び、これは既に述べたように、図３の反応器８４の側壁８８または図１の反応器１０の端壁１６または２０でよい。反応器壁には穴１２８が設けられ、その内径はシース３０の外径より大きい。これによって、システムの作動中にシースを配置し、拡張することができる。反応器壁１２に対してシース端３４を密封するため、端部３４の外周にＯリング・シール１３０が設けられる。端部３４の外周に、反応器壁１２に突き合わせてＯリング・シール１３０を圧縮するため、ボルト１３４でクランプ・リング１３２を反応器壁に留める。次に、Ｏリング１３０を、対向する収束面１３６と１３８との間で圧縮し、Ｏリング境界面１４０および１４２で密封を確保する。Ｏリング１３０は、ビィトン（ＶＩＴＯＮ^TM）という商標で販売されているような温度、ＵＶ線およびオゾンに対して抵抗力のある材料であることが好ましい。特に抵抗力のない材料で作成した場合、Ｏリングの長い寿命を確保するため、セラミック製カラー１４４をシース３０の端３４内に配置する。セラミック製カラーは、ＵＶ線を遮断し、さらにＯリングを高温ランプ２８から隔離する。ランプ２８については、これは普通のクォーツ・ランプ本体１４６を有し、これは端子端３８のために１４８で締め付けて閉じている。電極１５０がランプ端内に設けられ、金属リボン１５２の形状のリンクがこれに接続される。リンク１５２は、セラミック製ランプ端１５６を通過するワイヤー１５４によって、適切な電源に接続される。金属リンク１５２は、温度が約３５０℃を上回ると劣化する。したがって、ランプ端の温度が３５０℃を超えないよう、ランプ冷却システムが、十分にランプを冷却することを保証することが望ましい。保護シース３０内に収容されたランプ本体とランプ端とを冷却するには、幾つかのことを考慮しなければならない。ランプ端の冷却では、シース３０内に収容された状態のランプ本体を過剰に冷却しないことが重要である。ランプ本体を過剰に冷却すると、ランプの性能が低下し、ランプが消えることもある。ランプが消えるのは、通常は、放電によって形成された蒸気が即座に凝縮するので、ランプが始動段階に至らない程度にランプ本体が冷却されるか、作動中に水銀蒸気がランプ内で凝縮するほどランプ本体が冷却された場合に生じる。反応器本体の温度に敏感な部分を、ランプの高温作動に影響されないよう設計し、反応器アセンブリのＵＶ線に当たる部分が、適当な材料であるかＵＶで劣化しないようにすることも重要である。設計時に考慮すべきもう一つの要素は、ランプ作動中に使用者をＵＶ線の照射から保護することである。このため、操作員がランプから放出されるＵＶ線を直接見ることができないよう、反応器の上下部分を封入することが必要である。言うまでもなく、操作員に問題を生じ得るのは直接被爆のみであるよう、反応器はＵＶ線を反射しない材料でよいことが分かる。反応器の各端は、支持基体に封入するか、遮蔽することができる。支持基体は、油圧シリンダの保守およびランプ交換を容易にするためのドアというアクセス手段を有することができる。支持基体へのドアが開放されると、ランプが消えてＵＶ線の被爆と感電とを防止するような、適切な連動装置が設けられる。同様に、反応器の端１８は、排気システム５２の出口ダクト６０に接続された適当な封入装置によって封入しなければならない。ダクト６０は、操作員がランプ２８から放出される放射線を直接見ることを防止している。改良型ランプ冷却システムの操作について、図２に関連して詳細に説明する。反応器１０は、垂直または水平に配置するか、その間の任意の角度に向けることができる。反応器の側壁１４に、入口２４および２６を設ける。反応器の空間３２は、端板の壁部１６および２０によって、反応器の端で密封される。環状空間３２が、保護シース３０の外周と壁１４、１６および２０の内側との間で規定される。反応器の空間３２を通って流れる流体は、シースの外面を汚しやすい。本出願人の米国特許第5,133,945号および第5,266,280号に関連して述べたように、クリーニング・システム４８のキャリッジ１６２に、ブラシ・システム１６０が接続される。クリーニング・システムは、シースの外面を清浄に保ち、それによってランプ２８から発生するＵＶ線の効果を、反応器の空間３２を通って流れる流体が完全に受けるような方法で機能する。図２および４に関連して述べたように、シース端３４および３６は、反応器の外側に向かって開放している。これによって、冷却空気はランプ２８とシース３０との間の環状空間５６を、自由に流れることができる。環状空間を通る冷却空気のこのような流れを、矢印１６４で示す。モータ１６６で駆動されるファン５８は、ダクト６０の一方端６２に吸気口１６８を有する。ファン５８は、矢印６６の方向に出口６４から十分な流量の空気を放出し、シースの端３４と３６との間のランプの長さにわたって、前述したように十分な圧力低下を生じさせる。ファンによって端３６に生じた低圧は、外部の空気が矢印６４の方向に入ることにより、空気をシースの開放端へ、さらに環状通路５６へと吸い込む。ランプ端のブラケット４２は、シースの開放端に入る空気の流れを妨げないようＵ字形で、その結果、空気は環状通路５６に沿って自由に移動することができる。ダクト６０は、補助的な空気入口６８を含み、それを通る流れは、バッフル７２によって制御される。矢印７０の方向に入る空気は、バッフル７２の下を流れ、ランプの端子７０の上を流れる。端子３８は、矢印５４の方向に流れて環状空間に入る空気によって冷却される。ランプ本体は、環状空間に沿って流れるこのような空気によって冷却され、次に端子４０が、主に、バッフル７２の下を流れて端子４４を横断する補助的な空気によって冷却される。開放端３６を通って環状空間５６から出る空気も、ランプ端子の冷却を実行する。ブラケット４４は、バッフル７２からの空気の流れが、端子４０の真上を流れるような方向に向けられる。ファン５８の空気入口は、シースとランプとの間の環状空間から空気を吸い込むばかりでなく、開口部６８および補助的な吸気口７３からも吸い込む。ファンが補助的な吸気口から空気を吸い込む量は、バッフル７２の配置によって制御される。バッフルの固定位置を７２Ａに示し、ダクトの基部上のその間隔を１７０で示す。バッフルの下端１７２の配置は、試行錯誤によって決定することができ、間隔１７０が大きすぎるとランプの冷却が脅かされ、間隔１７０が小さすぎるとランプを冷却し過ぎることが理解される。たとえば、環状空間が領域５６で約４．２５平方インチの断面積を有し、ファンの流量が２４５ＣＦＭで、バッフル７２の領域でダクト６０が７”×５”の断面積を有し、バッフルのサイズが７” ×２”の場合、間隔１７０は２”ないし３”の範囲である。これによって、ファン５８に吸い込まれる空気の３０％ないし７０％が提供される。補助的な空気が、ファン５８から排出される空気全体の３０％を構成すると、排出される空気の７０％を補助的な空気が構成する場合に対して、環状空間５６を通る流量がはるかに多くなる。このような範囲には、ランプの作動温度、処理される流体の温度、およびシステムを作動する周囲温度および圧力を考慮に入れる。バッフル７２は、図１について述べたような方法で回転できることも分かる。矢印７６の方向のこのような回転動作には、様々な周囲の条件を考慮に入れる。モータ１６６の回転数を上げ、そして空気の排出量が非常に多くなるような電力サージがあることもある。このような状態で、バッフル７２Ａが固定されていると、シースの開放端３４を介して環状空間５６に吸い込まれる空気が非常に多くなる。その結果、ランプが過冷却され、機能が低下することがある。しかし、図２で示すように、バッフル７２が矢印７６の方向に回転できると、電力サージとモータ１６６の回転数増加とを、可動バッフルによって吸収することができる。バッフルが矢印７６の方向に上向きに揺れるにつれ、空間１７０が増大して、流入する補助的な空気を多くして、環状空間５６の圧力差をある程度小さくすることができる。このような動きは、過剰な冷却によってランプの効率に影響を及ぼし得る環状空間５６を通る空気の流れが過剰に増加するのを、ある程度抑制する。同様に、ファンの出力損失または物理的損傷によってファンの効率が低下した場合は、ファンを通る流量が減少する。これによって、バッフル７２が矢印７６とは反対の方向に回転して空間１７０が減少し、その結果、システムに吸い込まれる補助的な空気の流量が減少するので、環状空間５６を通って吸い込まれる空気は所望の流量であり続け、ランプの過熱が防止される。しかし、バッフル７２のいずれの方向の回転も、既に述べたように、周囲圧力、温度または空気の流れに影響するようなその他の変動要素の変化によっても生じる。本発明による改良型ランプ冷却システムは、流体中の汚染物質を破壊するＵＶ放射システムを、大幅に機能強化する。ランプは、あらゆる範囲の反応器の位置に対応し、所望の反応器構成内のランプの配置にも対応するよう、所望のいずれの方向にも配置することができる。これで、反応器は様々な形態をとって、物理的な工場の特性や反応器のプラグ流れの設計に対応し、最小の反応器スペースで最大の反応量を得ることができる。ランプとシースとの間の環状空間を通って補助的な空気を引き込むことにより、ランプ端及びランプ本体の過冷却が防止される。周囲の変動要素も、ダクト内のバッフルのデザインによって容易に対応することができる。ランプ本体の適当な冷却を確保することによって、ランプ本体の長さに沿って高温点の生成を防止し、ランプ性能が最適化される。ランプ構成の一方端にファン冷却システムを設けることにより、反応器システムの保守やクォーツ・ランプの交換が容易になる。排気ファンの位置は、補助的な吸気口の反対側で、保護シースの開放端より先に延びるランプの第２端子部分上に冷却空気が直接流れることを保証する。本発明の好ましい実施形態は、本明細書で詳しく述べているが、当業者には、本発明の精神または特許請求の範囲から逸脱することなく変形が可能であることが理解される。

【手続補正書】【提出日】１９９７年８月２７日【補正内容】請求の範囲１．ＵＶを照射することによって流体内の汚染物質の破壊を促進することによりそれを破壊する反応器アセンブリにおいて、該反応器アセンブリが、 i）一方端に該反応器に流体を導入する入口、及び別の端に該反応器から処理流体を除去する出口を有する反応器カラム、 ii）３００℃を上回る温度で作動し、及び該反応器カラム内に配置されるＵＶ線放射ランプ、 iii）ＵＶ線に対して透過性な該ランプの円筒形の保護シース、該シースは該ランプと同心円状で、該ランプを該反応器の内部から隔離し、該反応器カラムは、処理流体が該反応器入口から該反応器出口へと流れる反応器空間を規定する壁を有し、これによって該シース上の流体の流れが、ランプの加熱による該シースを冷却し、 iv）該反応器壁を通って突き出す該シースの各端及び、該シースの各端を該反応器壁に密封し、それによって各シースの各端が該反応器の外側に開く手段、該密封手段が該反応器の空間内に処理流体を保持し、 v）第１端子部分及び第２端子部分を有する該ランプ、該ランプは、該端子部分を該シースの対応する開放端より先に延ばすだけの十分な長さであり、 vi）各該端子を該反応器壁の対応する部分で支持する手段、該支持手段はそれぞれ、シース内部との空気の連絡を提供する方法で、該開放端のシースを横断するランプ係合部分を有し、 vii）冷却空気を該第１および第２端子部分のそれぞれに送り該端予部分を冷却し、それによって過剰の加熱により該ランプ端子部分の劣化を防止する手段、該シースが該ランプの外径より大きい内径を有し、冷却空気を該第１端子に送る該手段が、該シースの対応する第２端における空気圧力値より大きい空気圧力値を、該シースの対応する第１端に生成するようになっていて、これにより、該シース第１及び第２端が該反応器壁の外側に向かって開放することによって、該シースを通り該ランプ上を通る冷却空気の一定の流量が確保され、該ランプが最適作動温度で作動できるよう冷却空気の該一定の流量が制御され、及び viii）改良点が、冷却空気を送る該手段の排気システムを含み、該排気システムが、冷却空気を該第１端子部上、該シース中及び該ランプ上を通って該第２端子部に吸い込み、冷却空気を該第２端子部上に吸い込むようになっている排気ファンおよびダクトを備え、該排気ファンが、該シース及び該第２端子部から集めた冷却空気を排気し、該ダクトが、該第２端子部上に吸い込まれる補助的な冷却空気に空気入口を提供する、反応器アセンブリ。２．該ダクトが、該空気入口の断面積を決定するバッフルからなる、請求項１に記載の反応器アセンブリ。３．該バッフルが、該ダクトに回転可能な状態で取り付けられ、該空気入口を通って流れる空気が増加するにつれて該バッフルが回転し、これによって該排気ファンが空気を吸い込む量に対して該空気入口の断面積を拡大する、請求項２に記載の反応器アセンブリ。４．バッフルの回転程度を検出するセンサが、排気ファンが空気を吸い込む量を監視する、請求項３記載の反応器アセンブリ。５．該排気ファンが、該第２端子部から横方向にずれて、該第２端子部から横方向にずれた該空気入口に対向する吸気口を有し、それによって補助的な冷却空気が該第２端子部上を流れる、請求項１、２、３または４のいずれかに記載の反応器アセンブリ。６．該反応器カラムが円筒形で、該保護シースと一致し、このような流体が、該入口と該出口との間で該シースに沿って流れる、請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載の反応器アセンブリ。７．複数の該保護シースが、該反応器カラムを横切って延び、該カラムに沿って間隔があき、別個の排気システムが各該シースの該第２端に設けられている、請求項１、２、３、４、５または６のいずれかに記載の反応器アセンブリ。８．該反応器カラムの各端に端部キャップが設けられて、該反応器壁の一部を構成し、該シースが個々の端部キャップを通って延び、該密封手段が該シースを該端部キャップの該壁部に密封する、請求項６に記載の反応器アセンブリ。９．該ダクトが細長いハウジングであり、該空気入口が該ハウジングの一方側にあって、該ファンの空気入口が該ハウジングの他方側にあり、該ハウジングが該第２端子部を遮蔽する、請求項５に記載の反応器アセンブリ。 10．該ランプ及びシースが、垂直または水平のいずれかに取り付けられた、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の反応器アセンブリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．ＵＶを照射することによって流体内の汚染物質の破壊を促進することによりそれを破壊する反応器アセンブリにおいて、該反応器アセンブリが、 i）一方端に該反応器に流体を導入する入口、及び別の端に該反応器から処理流体を除去する出口を有する反応器カラム、 ii）３００℃を上回る温度で作動し、及び該反応器カラム内に配置されるＵＶ線放射ランプ、 iii）ＵＶ線に対して透過性な該ランプの円筒形の保護シース、該シースは該ランプと同心円状で、該ランプを該反応器の内部から隔離し、該反応器コラムは、処理流体が該反応器入口から該反応器出口へと流れる反応器空間を規定する壁を有し、これによって該シース上の流体の流れが、ランプの加熱による該シースを冷却し、 iv）該反応器壁を通って突き出す該シースの各端及び、該シースの各端を該反応器壁に密封し、それによって各シースの各端が該反応器の外側に開く手段、該密封手段が該反応器の空間内に処理流体を保持し、 v）第１端子部分及び第２端子部分を有する該ランプ、該ランプは、該端子部分を該シースの対応する開放端より先に延ばすだけの十分な長さであり、 vi）各該端子を該反応器壁の対応する部分で支持する手段、該支持手段はそれぞれ、シース内部との空気の連絡を提供する方法で、該開放端のシースを横断するランプ係合部分を有し、 vii）冷却空気を該第１および第２端子部分のそれぞれに送り該端子部分を冷却し、それによって過熱により該ランプ端子部分の劣化を防止する手段、該シースが該ランプの外径より大きい内径を有し、冷却空気を該第１端子に送る該手段が、該シースの対応する第２端における空気圧力値より大きい空気圧力値を、該シースの対応する第１端に生成するようになっていて、これにより、該シース第１及び第２端が該反応器壁の外側に向かって開放することによって、該シースを通り該ランプ上を通る冷却空気の一定の流量が確保され、該ランプが最適作動温度で作動できるよう冷却空気の該一定の流量が制御され、及び viii）改良点が、冷却空気を送る該手段の排気システムを含み、該排気システムが、冷却空気を該第１端子部上、該シース中及び該ランプ上を通って該第２端子部に吸い込み、冷却空気を該第２端子部上に吸い込むようになっている排気ファンおよびダクトを備え、該排気ファンが、該シース及び該第２端子部から集めた冷却空気を排気し、該ダクトが、該第２端子部上に吸い込まれる補助的な冷却空気に空気入口を提供する、反応器アセンブリ。２．該ダクトが、該空気入口の断面積を決定するバッフルからなる、請求項１に記載の反応器アセンブリ。３．該バッフルが、該ダクトに回転可能な状態で取り付けられ、該空気入口を通って流れる空気が増加するにつれて該バッフルが回転し、これによって該排気ファンが空気を吸い込む量に対して該空気入口の断面積を拡大する、請求項２に記載の反応器アセンブリ。４．バッフルの回転程度を検出するセンサが、排気ファンが空気を吸い込む量を監視する、請求項３記載の反応器アセンブリ。５．該排気ファンが、該第２端子部から横方向にずれて、該第２端子部から横方向にずれた該空気入口に対向する吸気口を有し、それによって補助的な冷却空気が該第２端子部上を流れる、請求項１、２、３または４のいずれかに記載の反応器アセンブリ。６．該反応器カラムが円筒形で、該保護シースと一致し、このような流体が、該入口と該出口との間で該シースに沿って流れる、請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載の反応器アセンブリ。７．複数の該保護シースが、該反応器カラムを横切って延び、該カラムに沿って間隔があき、別個の排気システムが各該シースの該第２端に設けられている、請求項１、２、３、４、５または６のいずれかに記載の反応器アセンブリ。８．該反応器カラムの各端に端部キャップが設けられて、該反応器壁の一部を構成し、該シースが個々の端部キャップを通って延び、該密封手段が該シースを該端部キャップの該壁部に密封する、請求項６に記載の反応器アセンブリ。９．該ダクトが細長いハウジングであり、該空気入口が該ハウジングの一方側にあって、該ファンの空気入口が該ハウジングの他方側にあり、該ハウジングが該第２端子部を遮蔽する、請求項５に記載の反応器アセンブリ。 10．該ランプ及びシースが、垂直または水平のいずれかに取り付けられた、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の反応器アセンブリ。