JP2014086182A - Liquid treatment apparatus using electrodeless discharge ultraviolet irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導コイルの高周波励起に応じて紫外線放射放電管から紫外線を照射する無電極の放電紫外線照射装置を用いた液体処理装置に関する。特に、効率よく放電管の全長にわたってほぼ均一に紫外放射の強い安定した放電を生起して液体を処理するための技術に関する。 The present invention relates to a liquid processing apparatus using an electrodeless discharge ultraviolet irradiation device that irradiates ultraviolet rays from an ultraviolet radiation discharge tube in response to high frequency excitation of an induction coil. In particular, the present invention relates to a technique for efficiently treating a liquid by generating a stable discharge with strong ultraviolet radiation almost uniformly over the entire length of the discharge tube.
従来から、液体の殺菌並びに液体中の微量有機物の酸化分解あるいは難分解性有機物の分解等の液体処理を行うために、紫外線放射装置を用いた液体処理装置が知られている。また、半導体や液晶などの製造に不可欠な超純水製造過程において、微量の有機物を除去するために紫外線放射装置を用いた液体処理装置がある。上記紫外線放射装置としては、蛍光ランプのような構成で管材料を紫外線透過性の石英管などに変更したものが用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid processing apparatus using an ultraviolet radiation device is known in order to perform liquid processing such as sterilization of liquid and oxidative decomposition of trace organic substances in liquid or decomposition of hardly-decomposable organic substances. In addition, there is a liquid processing apparatus that uses an ultraviolet radiation device to remove trace amounts of organic substances in the process of manufacturing ultrapure water that is essential for manufacturing semiconductors and liquid crystals. As the ultraviolet radiation device, a fluorescent lamp is used and the tube material is changed to an ultraviolet transmissive quartz tube or the like.
ところで、近年では寿命の長い無電極放電管が一般照明用として実用化されている。また、無電極の放電紫外線照射装置としては、従来からフェライトコアに誘導コイル（以下、単に「コイル」とも記す）を巻き回したものを紫外線放射放電管（以下、単に「放電管」とも記す）の近傍に配置しておき、当該コイルに対し高周波電流（又は高周波電圧）を印加して前記放電管内に環状電界を誘起することにより、前記放電管から紫外線を発生させて照射させるようにしたものが知られている（例えば、下記に示す特許文献１参照）。
By the way, in recent years, electrodeless discharge tubes having a long life have been put into practical use for general illumination. In addition, as an electrodeless discharge ultraviolet irradiation device, an ultraviolet radiation discharge tube (hereinafter also simply referred to as “discharge tube”) in which an induction coil (hereinafter also simply referred to as “coil”) is wound around a ferrite core is conventionally used. In the vicinity of the coil, a high frequency current (or high frequency voltage) is applied to the coil to induce an annular electric field in the discharge tube, thereby generating ultraviolet rays from the discharge tube and irradiating them. Is known (for example, see
特許文献１に記載の装置においては、フェライトコアに巻き回されたコイルに対し高周波電流（又は電圧）を印加することにより略球形状（詳しくは電球状）に形成されてなる放電管内にドーナツ状の安定した放電が生じることに応じて、該放電管内に封入されている封入ガス特有の放射光が発せられる。例えば、放電管は石英などの材質からなる紫外線を透過するガラスで形成されており、またこの放電管内に封入されている封入ガスの構成物が水銀であるような場合には、当該放電管から２５４ｎｍの殺菌線や１８５ｎｍの真空紫外線等の放射が行われる。
In the apparatus described in
また、コイルを複数に分割して並列接続し、複数の放電を独立的に並列生起することによって、光放射の均一化を改善した無電極放電ランプもある（例えば、下記に示す特許文献２参照）。さらに、誘導コイルを巻き回したフェライトコアを同軸円筒放電管に複数個配して、光放射の均一化を改善した無電極低圧ランプもある（例えば、下記に示す特許文献３参照）。
There is also an electrodeless discharge lamp that improves the uniformity of light emission by dividing a coil into a plurality of pieces and connecting them in parallel and independently generating a plurality of discharges (see, for example,
ところで、上記特許文献１に記載の無電極放電紫外線照射装置では、放電管の長さがその直径の数倍以上である場合に、放電が放電管全長のうちの一部箇所に片寄って行われやすく、放電管全長にわたっての均一な放電を実現させることが難しいことから液体処理装置には不向きであった。そこで、上記特許文献２に記載の装置や特許文献３に記載の装置のように、放電管において複数の誘導コイルによる放電を独立的に放電管の複数箇所で並列的に生起させることによって、放電管全長にわたって放電の均一化を図ることが考えられる。
By the way, in the electrodeless discharge ultraviolet irradiation device described in
しかし、上記特許文献２に記載の装置においては、誘導コイルが単に空洞の筒部などに巻き回された空芯コイルであって、該コイルに印加される高周波（電流又は電圧、以下同じ）は数十ＭＨｚと非常に高くなる。そのような数十ＭＨｚと非常に高い高周波は磁性材料からなるフェライトコアに巻き回された誘導コイルを励磁するには不向きであり、また特に誘電率の高い水を主体とした処理液体を処理する液体処理装置に適用する場合には、高周波電力が液体に吸収されて無駄な高周波電力損失をきたすことになる。つまり、効率的に放電を生起させ難いという欠点がある。
However, in the apparatus described in
一方、特許文献３に記載の装置においては、巻き回されたコイルの存在によりフェライトコアから熱を放出させることつまりはフェライトコアの冷却が簡単でないこと、コイルを直にフェライトコアに巻き回すことからコイルとフェライトコアとの間に空隙を確保するのが難しいこと、紫外線放射量を高くするためには放電管始動電圧を高くしなければならないことなどから、効率よく紫外放射の強い安定した放電を生起させることが難しい、という欠点がある。また、コイルを直にフェライトコアに巻き回すために巻線を絶縁しなければならず、コストがかかるなどの欠点もある。
On the other hand, in the apparatus described in
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、主要構成要素のひとつである紫外線照射装置に、水などの処理液体の誘電率が高いがために、従来では無電極放電を用いることが難しかったフェライトコアを用いた無電極放電紫外線照射装置を適用した液体処理装置であって、この無電極放電紫外線照射装置に効率的に放電管全長にわたってほぼ均一に放電を生起させて、望ましい有機物分解や殺菌に必要な紫外線を効率的に放射することのできるようにした液体処理装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and it has conventionally been difficult to use electrodeless discharge in an ultraviolet irradiation device, which is one of the main components, because the treatment liquid such as water has a high dielectric constant. A liquid processing apparatus to which an electrodeless discharge ultraviolet irradiation apparatus using a ferrite core is applied, and by causing the electrodeless discharge ultraviolet irradiation apparatus to generate a discharge almost uniformly over the entire length of the discharge tube, it is possible to decompose organic matter and An object of the present invention is to provide a liquid processing apparatus capable of efficiently emitting ultraviolet rays necessary for sterilization.
本発明に係る無電極放電紫外線照射装置を用いた液体処理装置は、処理液体の流入口及び流出口を備えた処理液体流路に配設されて、流路を通る処理液体に対して無電極放電紫外放射装置で紫外線を照射するものである。その無電極放電紫外線照射装置は、長手方向に沿って内部を貫通する空洞部を有してなる筒状の紫外線放電管であって、前記紫外線放電管は前記空洞部を囲む本体部の内部に放電媒体が封入されてなるものと、前記空洞部に前記紫外線放電管の長手方向に沿って配置されるフェライトコアと、前記紫外線放電管に巻き回された１乃至複数の誘導コイルであって、該誘導コイルは前記紫外線放電管の長手方向に沿って配設されてなり、前記紫外線放電管に高周波磁界を作用させて放電を生起させるものと、前記誘導コイルにリード線を介して高周波電流又は電圧を供給する高周波電源であって、該高周波電源は前記誘導コイルを通電することにより前記紫外線放電管に紫外線を発生させるものとを備える。 A liquid processing apparatus using an electrodeless discharge ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention is disposed in a processing liquid flow path having an inlet and an outlet for a processing liquid, and is electrodeless with respect to the processing liquid passing through the flow path. A discharge ultraviolet radiation device irradiates ultraviolet rays. The electrodeless discharge ultraviolet irradiation device is a cylindrical ultraviolet discharge tube having a hollow portion penetrating the inside along a longitudinal direction, and the ultraviolet discharge tube is disposed inside a body portion surrounding the hollow portion. A discharge medium enclosed therein, a ferrite core disposed in the cavity along the longitudinal direction of the ultraviolet discharge tube, and one or more induction coils wound around the ultraviolet discharge tube, The induction coil is disposed along the longitudinal direction of the ultraviolet discharge tube, and a high-frequency magnetic field is applied to the ultraviolet discharge tube to cause discharge, and a high-frequency current or A high-frequency power source for supplying voltage, the high-frequency power source generating ultraviolet light in the ultraviolet discharge tube by energizing the induction coil.
本発明の無電極放電紫外線照射装置を用いた液体処理装置によれば、放電媒体が封入されてなる紫外線放電管を内部を貫通する空洞部を有してなる筒状に形成しておき、該空洞部にフェライトコアを配置する。そして、フェライトコアを収容した当該紫外線放電管に誘導コイルを巻き回し、該巻き回された誘導コイルにリード線を介して高周波電流又は電圧を供給することによって紫外線放電管から紫外線を生起させるようにした。すなわち、フェライトコアと誘導コイルとを紫外線放電管を介して離間させるようにして、フェライトコアが収容されてなる紫外線放電管の外周に１乃至複数の誘導コイルを巻き回す構成としたので、特に処理液体に吸収されて電力損失の原因となる高い周波数で誘導コイルを励磁しなくとも紫外線放電管に比較的に高電圧が印加されることから放電を生起しやすく、また放電空間が放電管表面に近くなることから有機物分解に有効な真空紫外線の放射量が増大する利点が生じる。 According to the liquid processing apparatus using the electrodeless discharge ultraviolet irradiation apparatus of the present invention, the ultraviolet discharge tube in which the discharge medium is sealed is formed into a cylindrical shape having a hollow portion penetrating the inside, A ferrite core is disposed in the cavity. Then, an induction coil is wound around the ultraviolet discharge tube containing the ferrite core, and high frequency current or voltage is supplied to the wound induction coil via a lead wire so that ultraviolet rays are generated from the ultraviolet discharge tube. did. That is, since the ferrite core and the induction coil are spaced apart via the ultraviolet discharge tube, and one or more induction coils are wound around the outer periphery of the ultraviolet discharge tube in which the ferrite core is accommodated, Even if the induction coil is not excited at a high frequency that is absorbed by the liquid and causes power loss, a relatively high voltage is applied to the UV discharge tube, so that discharge easily occurs, and the discharge space is formed on the discharge tube surface. Since it becomes close, there is an advantage that the amount of radiation of vacuum ultraviolet rays effective for organic matter decomposition increases.
また、１乃至複数の誘導コイルによる放電を独立的に紫外線放電管の複数箇所で並列的に生起させて放電を放電管の一部に集中させることなく放電管全長にわたって均一的に生起させ、処理液体流路のほぼ全体に渡って液体を処理することが容易に実現可能である。さらには、フェライトコアと誘導コイルとを離間させてそれらの間に従来に比較して広い空隙を確保できることから、放電を安定的且つ継続的に生起しやすい。 In addition, discharge by one or more induction coils is independently generated in parallel at a plurality of locations of the ultraviolet discharge tube, and the discharge is uniformly generated over the entire length of the discharge tube without being concentrated on a part of the discharge tube, and processed. It is easily feasible to process the liquid over almost the entire liquid flow path. Furthermore, since the ferrite core and the induction coil are separated from each other and a wide gap can be secured between them as compared with the conventional case, discharge is likely to occur stably and continuously.
また、こうした構成によればフェライトコアを冷却しやすいがために、紫外線放電管の最冷部温度を適正値に保持し、もって紫外線放射効率を最適にすることが簡単にできるようになる。さらに、無電極の紫外線放電管は有電極の放電管に比べて長寿命であるので、放電管交換の頻度を低減できる。 Further, according to such a configuration, since the ferrite core can be easily cooled, it is possible to easily maintain the coldest temperature of the ultraviolet discharge tube at an appropriate value and optimize the ultraviolet radiation efficiency. Furthermore, since the electrodeless ultraviolet discharge tube has a longer life than the electroded discharge tube, the frequency of discharge tube replacement can be reduced.
この発明によれば、放電媒体が封入されてなる放電管でフェライトコアを囲んだうえで、該放電管に誘導コイルを巻き回した無電極放電紫外線照射装置を液体処理装置に配置する構成としたので、高い周波数でコイルを励磁する必要がなく比較的低い数百ＫＨｚの周波数で励磁でき、誘電率の高い水などを主体とした処理液体でも高周波電力損失を少なくできて効率的な紫外線放射が可能となる。また、紫外放射の強い安定した放電を放電管全長にわたってほぼ均一的に生起させることが簡易な構成ででき、且つ液体処理に必要な紫外線放射が効果的に行われ、さらに長寿命であるために放電管交換などのメンテナンス回数が大幅に減る、という効果を奏する。 According to this invention, after surrounding the ferrite core with a discharge tube in which a discharge medium is enclosed, an electrodeless discharge ultraviolet irradiation device in which an induction coil is wound around the discharge tube is arranged in the liquid processing apparatus. Therefore, it is not necessary to excite the coil at a high frequency, and it can be excited at a relatively low frequency of several hundreds KHz, and even in a processing liquid mainly composed of water having a high dielectric constant, high-frequency power loss can be reduced and efficient ultraviolet radiation can be obtained. It becomes possible. In addition, it is possible to generate a stable discharge with strong ultraviolet radiation almost uniformly over the entire length of the discharge tube, and because the ultraviolet radiation necessary for liquid treatment is effectively performed and the life is long. There is an effect that the number of maintenance such as discharge tube replacement is greatly reduced.
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明に係る液体処理装置の一実施例を示す概念図である。図１に示す液体処理装置１は、例えばステンレスなどの腐食し難い材質からなる円筒形状の容器Ａ内に、後述する図２又は図３に示す無電極放電紫外線照射装置３を収納した保護外管２を配置してなり、無電極放電紫外線照射装置３から放射される紫外線によって該円筒容器Ａと保護外管２との間を通る処理液体Ｐの液体処理を行うタイプのものである。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a liquid processing apparatus according to the present invention. A
円筒容器Ａは、その両端がシール部Ｆによって処理液体Ｐが外部に漏れ出すことのないように液密に密閉されることによって、図中において点線の矢印で示すような、該容器Ａ側面に設けられた図中左側の処理液体流入口Ａａから取り入れた処理液体Ｐを、該容器Ａ側面に設けられた図中右側の処理液体流出口Ａｂから排出する流路が形成される。円筒容器Ａ内には、紫外線を透過する石英ガラス等で形成された保護外管２内に挿入された状態で無電極放電紫外線照射装置３が配置されている。無電極紫外線放射放電装置３は、例えば２６０ｎｍ以下典型的には１８５ｎｍや２５４ｎｍの波長の紫外線を発する紫外線ランプである。紫外線の波長が２５４ｎｍ前後であれば殺菌効果が、１８５ｎｍ前後であれば有機物分解効果がそれぞれ顕著に現われることは従来知られている通りである。
The cylindrical container A is hermetically sealed at both ends so that the processing liquid P does not leak to the outside by the seal portion F, so that the cylindrical container A is placed on the side surface of the container A as shown by dotted arrows in the figure. A flow path for discharging the processing liquid P taken in from the processing liquid inlet Aa on the left side in the provided drawing from the processing liquid outlet Ab on the right side in the drawing provided on the side surface of the container A is formed. In the cylindrical container A, an electrodeless discharge
このタイプの液体処理装置１では、処理液体流入口Ａａから流れ込んだ処理液体Ｐが円筒容器Ａ内を通過するときに、無電極放電紫外線照射装置３から発せられる紫外線が保護外管２を透過して処理液体Ｐに照射されることにより、処理液体Ｐの殺菌並びに処理液体Ｐ中の有機物（微生物等）の防除といった液体処理が行われる。液体処理後の処理液体Ｐは、浄化水などとして処理液体流出口Ａｂから外部に流れ出る。
In this type of
なお、保護外管２は必ずしも管でなくてよく、無電極放電紫外線照射装置３の外周表面に塗布された例えばフッ素樹脂からなるものであってもよい。また、図１では円筒容器Ａ内に無電極放電紫外線照射装置３を収納した保護外管２を１本のみ配置した例を示したがこれに限らず、無電極放電紫外線照射装置３を収納した保護外管２を複数配置してよいのは勿論である。さらに、１本の保護外管２内に複数の無電極放電紫外線照射装置３を収納できるようになっていてもよい。
The protective
あるいは、保護外管２はなくともよい。すなわち、無電極放電紫外線照射装置３は、保護外管２に収納されることなく円筒容器Ａ内に配置されてもよい。ただし、この場合には無電極放電紫外線照射装置３が処理液体Ｐに直に触れた状態となることから、特に処理液体Ｐの温度が低すぎる場合には水銀による適正な紫外線放射が得られない恐れがある。そこで、適正な紫外線放射を確保するためには、無電極放電紫外線照射装置３を保護外管２に収納して円筒容器Ａ内に配置する方がよい。
Alternatively, the protective
図２は、無電極放電紫外線照射装置３の一実施例を示す斜視図である。図２に示すように、本発明に係る液体処理装置１の構成要素をなす無電極放電紫外線照射装置３は、石英等で構成された中空円筒状の無電極紫外線放射放電管Ｈと、磁性材料からなるフェライトコア４と、誘導コイルＥと、前記誘導コイルＥを高周波励起するための駆動回路等を含んでなる高周波電源（図示せず）と前記誘導コイルＥとを接続するリード線Ｂ（つまり巻線）とから構成されてなる。
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the electrodeless discharge
放電管Ｈには、開口された一方の端部から開口された他方の端部までにわたって内部を貫通する中空部（空洞部）Ｈａが形成されてなり（つまり放電管Ｈの断面は環状になる）、該中空部Ｈａ（空洞部）には管軸に沿って１個の長尺形状のフェライトコア４が配置される。この実施形態では、例えばセラミック製のフェライトコア４が放電管Ｈと同様の円筒形状に構成されてなり、該放電管Ｈとほぼ同軸になるように放電管Ｈ内に配設される。なお、フェライトコア４の全長は、放電管Ｈの最大径の１０倍以上に形成されるとよい。また、ここでは図示を省略したが、フェライトコア４を上記の放電管Ｈ内において同軸に配設するための支持部材を有していてよい。
The discharge tube H is formed with a hollow portion (hollow portion) Ha penetrating the inside from one open end to the other open end (that is, the discharge tube H has a circular cross section). ), One
放電管Ｈの中空部Ｈａ以外の本体部Ｈｂは、紫外線を透過する石英等の材質を用いて形成されてなる閉じられた空間を有してなり、当該空間に紫外線を放射するガスとなる例えば水銀粒あるいは水銀アマルガムなどが封入されている。 The main body portion Hb other than the hollow portion Ha of the discharge tube H has a closed space formed using a material such as quartz that transmits ultraviolet rays, and becomes a gas that emits ultraviolet rays into the space. Mercury grains or mercury amalgam is enclosed.
放電管Ｈの外周には、１乃至複数の誘導コイルＥが巻き回されている。リード線Ｂは、放電管Ｈの開口端から引き出されて図示を省略した高周波電源と誘導コイルＥとを接続する。誘導コイルＥ（及びリード線Ｂ）は、銀、銅、アルミニウムなどの良導体、あるいはニッケル、ステンレスなどの難腐食性金属の材質からなる単線あるいは細線を、絶縁を保ちながら束ねた所謂リッツワイヤーなどで構成される。なお、誘導コイルＥ（及びリード線Ｂ）の表面はテフロン（登録商標）などの耐紫外線材料で被覆してあってもよい。 One or more induction coils E are wound around the outer periphery of the discharge tube H. The lead wire B is pulled out from the opening end of the discharge tube H and connects a high frequency power source (not shown) and the induction coil E. The induction coil E (and the lead wire B) is a so-called litz wire in which single conductors or fine wires made of a good conductor such as silver, copper, and aluminum, or a hardly corrosive metal material such as nickel and stainless steel, are bundled while maintaining insulation. Composed. The surface of the induction coil E (and the lead wire B) may be coated with an ultraviolet resistant material such as Teflon (registered trademark).
上記構成の無電極放電紫外線照射装置３による紫外線放射について説明する。高周波電源によりリード線Ｂを介して放電管Ｈ外周に巻き回されている誘導コイルＥが高周波励起されると、該コイルＥにより誘起された磁束が放電管Ｈ内に配置されたフェライトコア４を通過する。フェライトコア４内において磁束が通過すると、その磁束により放電管Ｈ内に閉ループ状に電界が誘起されることに応じて、放電空間にドーナツ状の放電が起きる。その結果、電力供給されたコイルＥと放電プラズマリングとがそれぞれ結合しコイルＥのエネルギーがプラズマに注入されることに従い、放電管Ｈの本体部Ｈｂ内部に封入された水銀粒あるいは水銀アマルガムによる紫外線の放電発光を継続的に生ずる。すなわち、無電極の放電管Ｈでは、高周波電源によりコイルＥを介してフェライトコア４が励磁されると、長尺形状に形成された放電管Ｈに２次誘起起電力を発生させるので、これにより放電管Ｈ内の放電が生起される。そして、放電管Ｈ内に封入されている水銀粒（あるいは水銀アマルガム）の一部が気体となって存在することで、紫外線が効率よく放射される。
The ultraviolet radiation by the electrodeless discharge
本実施形態においては、特にコイルＥがフェライトコア４を中に配した放電管Ｈの外周に巻き回してあるので、コイルＥが空洞の筒部やフェライトコア４などに巻き回された従来の場合に比較して、例え同じ電圧で放電管Ｈを起動したとしても、比較的高い電圧が放電管Ｈ内において中心から離れた外側に印加されることから、放電を生起しやすい。また、生起されたプラズマがコイルＥに引き寄せられて放電管Ｈの外側近傍に多く存在した状態となりやすいことから、有機物分解に効果的な波長の短い真空紫外光などがより強く放射される。さらには、フェライトコア４とコイルＥとの間に広い空隙を確保できるので、フェライトコア４にコイルＥを直に巻き回した場合と比較して、磁束が漏れやすいが故に放電が安定的に継続されやすい。
In the present embodiment, since the coil E is wound around the outer periphery of the discharge tube H with the
本実施形態においては、無電極の放電管Ｈを利用している。無電極の放電管Ｈは有電極放電管に比較して、寿命が数倍から数十倍程度に長くほぼメンテナンスを必要としないので、コイルＥを外周に巻き回してあってもメンテナンスに伴いコイルＥを一旦取り外すなどの面倒な作業を行うことがほとんどない点で有利なだけでなく、無電極放電紫外線照射装置３の製造乃至運用コストを低くに抑えられるという点でも有利である。さらには、図２に示したように両端を開口させて内部を貫通させた中空の円筒状に構成した放電管Ｈの製作が容易であること、つまりは放電管Ｈの本体部Ｈｂにより覆われる形でフェライトコア４を挿入設置するのが容易な放電管Ｈを製作しやすい、という利点もある。
In this embodiment, an electrodeless discharge tube H is used. The electrodeless discharge tube H is several times to several tens of times longer than the electroded discharge tube and does not require any maintenance. This is advantageous not only in that there is almost no troublesome work such as once removing E, but also in that the manufacturing and operating costs of the electrodeless discharge
また、上述した本発明に係る液体処理装置１で被処理液の殺菌や処理液体中の有機物分解などの液体処理を行う場合には、上記したように本発明の液体処理装置１の構成要素のひとつである無電極放電紫外線照射装置３を処理液体Ｐの流路の途中に配置しておき、これを外部に配置した高周波電源（図示せず）により動作する。ここで、上述したような水銀が封入された放電管Ｈを用いた無電極放電紫外放射装置３の場合には、その水銀蒸気圧を適正に保ち紫外放射効率を最適にする必要があり、それはとりもなおさず放電管Ｈの最冷部温度を適正値に保持することによる。本発明に係る液体処理装置１はこの点においても、コイルＥがフェライトコア４を中に配した放電管Ｈの外周に巻き回してあり、このコイルＥ自身が抵抗発熱するので、フェライトコア４にコイルＥを直に巻き回した従来の場合より有利である。
Moreover, when performing liquid processing, such as sterilization of a to-be-processed liquid and decomposition | disassembly of organic substance in a processing liquid, in the
本実施形態ではフェライトコア４にコイルＥを直に巻き回していないことから、フェライトコア４を効率よく冷却するための構成が容易である。例えば、図１に示すように、フェライトコア４を冷却するための冷却部Ｃが円筒容器Ａの一端に取り付けられており、該冷却部Ｃはフェライトコア４を挿入した後の放電管Ｈの中空部Ｈａに、冷却した気体をファンなどで送り循環させる（空冷式）又は冷却した液体をポンプなどで送り循環させる（水冷式）ことによって、フェライトコア４を冷却する。
In this embodiment, since the coil E is not wound directly around the
あるいは、フェライトコア４を中空に形成しておき、冷却部Ｃはこの中空部に冷却した気体や冷却した液体などを送って循環させることにより、フェライトコア４を冷却するものであってもよい。さらには、フェライトコア４の中心軸に熱伝達の良い例えばヒートパイプや金属棒などを通しておき、冷却部Ｃはこれらの端部を冷却用液体や気体等に直接的又は間接的に接触させることにより、フェライトコア４を冷却するものであってもよい。なお、放電管Ｈの温度が適正温度よりもはるかに高温度になる場合には、水銀蒸気圧を下げるため、例えばアマルガム等を使用してもよいことは勿論である。
Alternatively, the
本実施例において、フェライトコア４の動作効率上の観点からすれば、高周波電源によるコイルＥの駆動周波数が高ければ高いほど損失が大きくなることから、前記駆動周波数はできれば高くないほうが望ましい。反対に、高周波電源によるコイルＥの駆動周波数が低すぎる場合には、フェライトコア４を太くつまりは直径を大きくしなければならずコスト的に不利である。これらに鑑みれば、高周波電源によるコイルＥの駆動周波数は、２０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下であるのが望ましい。
In this embodiment, from the viewpoint of the operating efficiency of the
すなわち、フェライトコア４の透磁率をμ、磁界強度をＨとすると、フェライトコア４を介して高周波電源から放電管Ｈへと伝達されるエネルギーは、フェライトコア４の単位体積当り「μｆＨ2／２」で表される。したがって、周波数（ｆ）が低くなると単位体積当りのエネルギー伝達量が少なくなるので、一定量のエネルギーを伝達するためにはフェライトコア４を大きくしなければならなくなる。例えば２０kHzの周波数で駆動する場合には、２００ｋＨｚの周波数で駆動する場合に比べて約１０倍の大きさのフェライトコア４が必要になる。そこで、本実施形態においては放電管Ｈから紫外線を発生させるための駆動周波数の下限がフェライトコア４の外周に巻き回されたコイルＥへの駆動周波数で決まり、望ましくは２０ｋＨｚ以上（更に望ましくは５０ｋＨｚ以上）の周波数で駆動するように調整するのがよい。そうすることで、フェライトコア４をあえて大きくしなくても、高周波電源から放電管Ｈへと効率的にエネルギーを伝達させることが簡単にできるようになる。
That is, the permeability of the
さらには処理液体Ｐが、誘電率が高いがために高周波電磁波をより多く吸収して高周波電力損失の大きい水などを主体とした液体である場合には、コイルＥの駆動周波数が高いと紫外線を放射するべきエネルギーが、紫外線を放射しないで処理液体に直接吸収されてしまい多大な電力損失をきたす原因となる。そのために、コイルＥの駆動周波数は１ＭＨｚ以下が望ましい。５００ｋＨｚ以下ならば更に望ましい。 Furthermore, when the treatment liquid P is a liquid mainly composed of water or the like that absorbs more high-frequency electromagnetic waves and has a large high-frequency power loss because of its high dielectric constant, ultraviolet rays are generated when the drive frequency of the coil E is high. The energy to be radiated is directly absorbed by the treatment liquid without radiating ultraviolet rays, which causes a great power loss. Therefore, the driving frequency of the coil E is desirably 1 MHz or less. If it is 500 kHz or less, it is more desirable.
フェライトコア４の紫外線による劣化を防止するため、フェライトコア４の表面にはアルミナ粉末を塗布するなどして紫外線反射材を取り付けるとよい。あるいは、放電管Ｈの内壁近傍に紫外線反射材を取り付けることも容易である。このように、この実施形態においては紫外線反射材を取り付けることが簡単にでき、これにより発生された紫外線の影響によるフェライトコア４やコイルＥの劣化を防止することができるだけでなく、且つ紫外線の放射対象である処理液体Ｐの存在する放電管Ｈの外周側への紫外線放射量を増やして液体処理の効率を挙げることが容易にできる。また、フェライトコア４を紫外線反射性金属チューブで構成することで、紫外線反射と冷却媒体を通す管とを兼ねるようにすることも簡便である。
In order to prevent the
また、放電管Ｈの内側管を硬質ガラスや軟質ガラスなどで形成する一方、放電管Ｈの外側管を石英で形成するなどして、放電管Ｈの内側管と外側管とを異なる素材で形成しておきこれを組み合わせることにより内部に中空部Ｈａを有する放電管Ｈを形成するとよい。硬質又は軟質ガラスのような紫外線を透過しない素材で内側管を形成することで、中空部Ｈａに配設されるフェライトコア４や外周に巻き回されたコイルＥを本体部Ｈｂから発せられる紫外線から保護するための例えば上記した紫外線反射材などを取り付けるなどの保護策を講ずる必要がなくなるので、コストを下げることができる。なお、膨張係数の異なる硬質又は軟質ガラスで形成された内側管と、石英で形成された外側管との気密接合は、膨張係数が少しずつ異なるガラスを複数段重ね合わせて接合した、いわゆるグレーテッドチューブ（傾斜管）を用いればよい。
Further, the inner tube and the outer tube of the discharge tube H are formed of different materials, for example, the inner tube of the discharge tube H is formed of hard glass or soft glass, while the outer tube of the discharge tube H is formed of quartz. It is better to form the discharge tube H having the hollow portion Ha inside by combining these. By forming the inner tube from a material that does not transmit ultraviolet rays, such as hard or soft glass, the
通常の電極を有する放電管は電極による寿命により高々２万時間程度の寿命であるが、本願発明に係る液体処理装置１の構成要素である無電極放電紫外線照射装置３のようなフェライトコア４を用いた放電管Ｈは電極が無いので有電極放電管に比べて数倍の寿命となる。しかし、放電管Ｈが紫外線劣化のほとんど無いアルミナなどのセラミックで構成されている場合は別として、一般的な石英等で構成されている場合には、１８５ｎｍなどの真空紫外線放射により石英を構成する原子間結合が切断されて石英の体積が変化することによって放電管Ｈに微細クラックが生じてしまい、ついには放電管Ｈ自体が破損することが生じ得、これが放電管Ｈの寿命を短くし得る１つの原因となっている。
A discharge tube having a normal electrode has a life of at most about 20,000 hours due to the life of the electrode, but a
ここで、石英中に水酸基ＯＨが１００ｐｐｍ以上存在し、尚且つ塩素やフッ素などのハロゲン元素が０．１ｐｐｍ以上含有されている場合には、真空紫外線光の影響による微細クラックの生成が少ないことが実験的に分かっている。これは、ハロゲンの存在で真空紫外線光の透過率が向上して石英内での吸収が減ることによることと、ＯＨ基の存在で石英の切断された結合が回復することによる。そこで、本願発明に係る無電極放電紫外線照射装置３においても、石英中に水酸基ＯＨを１００ｐｐｍ以上且つ塩素やフッ素などのハロゲン元素を０．１ｐｐｍ以上含有させて中空円筒状の放電管Ｈを形成することによって、紫外線劣化による放電管Ｈの寿命の向上を図るとよい。
Here, when the hydroxyl group OH is present in the quartz in an amount of 100 ppm or more and the halogen element such as chlorine or fluorine is contained in an amount of 0.1 ppm or more, the generation of fine cracks due to the influence of vacuum ultraviolet light is small. I know experimentally. This is because the transmittance of vacuum ultraviolet light is improved by the presence of halogen to reduce absorption in quartz, and the broken bond of quartz is restored by the presence of OH groups. Therefore, also in the electrodeless discharge
本願発明に係る液体処理装置１の構成要素である無電極放電紫外線照射装置３の放電管Ｈの内壁面（内周）には真空紫外光を吸収する酸化チタンなどを塗布することで、放電管Ｈを構成している石英内への真空紫外線の侵入を抑えることができ、こうすることによっても放電管Ｈの寿命を改善することができる。さらには、従来から知られているが、酸化アルミや希土類酸化物などを放電管Ｈの本体部Ｈｂ内部の特に外周表面側に塗布することで、該放電管Ｈ内において封入されている水銀の付着量を減少させることができるので、これにより外部への紫外線放射量が減少することを防止するようにもしている。
なお、上記したこれらの対策を同時に用いてよいことは当然である。そうすると、放電管Ｈの寿命を飛躍的に延ばすことがより効果的にできるようになるので非常に有利である。
By applying titanium oxide or the like that absorbs vacuum ultraviolet light to the inner wall surface (inner circumference) of the discharge tube H of the electrodeless discharge
Of course, these measures described above may be used simultaneously. This is very advantageous since it can more effectively extend the life of the discharge tube H.
以上詳述したように、本発明に係る液体処理装置１によれば、その構成要素である無電極放電紫外線照射装置３を、放電媒体が封入されてなる紫外線放電管Ｈでフェライトコア４を囲んだうえで、該放電管Ｈの外周に１乃至複数の誘導コイルＥを巻き回すといった簡単な構成とし、フェライトコア４と誘導コイルＥと放電管Ｈを介して離間させることで、処理液体に吸収されて電力損失の原因となる高い周波数で誘導コイルＥを励磁しなくとも放電管Ｈに比較的に高電圧が印加されることから放電を生起しやすく、また放電空間が放電管Ｈの表面近くになることから有機物分解に有効な真空紫外線の放射量が増大する（つまりは効率がよい）。また、放電管Ｈの管軸方向において一部箇所に集中させることなく管軸方向全長にわたってほぼ均一に、且つ安定的且つ継続的に放電を生起することができる。さらに、無電極の放電管Ｈは有電極の放電管に比べて長寿命であるが、放電管Ｈの寿命をより長くしたり出力低下を減少させたりすることが容易である。駆動周波数を適正にすることでフェライトコア４の電力損失を少なくでき、尚且つ処理液体への高周波電力損失を低減できる。これらの利点を有した、長寿命且つ安定した放電を行う無電極放電紫外放射装置３を備えた液体処理装置１を提供することができるようになる。
As described above in detail, according to the
以上、図面に基づいて実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態が可能であることは言うまでもない。例えば、図２に示した放電管Ｈの中空部Ｈａに配設された１本のフェライトコア４は、複数に分割されたものからなっていてもよい。すなわち、複数のフェライトコア４を間隔を空けずに（つまりギャップを設けずに）軸方向に並べて棒状に配置したものであってよい。一般的に市販されているフェライトコア４の長さは高々２０ｃｍ程度の長さのものが最長であることから、複数のフェライトコア４を間隔を空けずに軸方向に複数並べることにより、全長が放電管Ｈの最大径の１０倍以上に形成された１本のフェライトコア４として使用できるようにしてよい。
As mentioned above, although an example of embodiment was demonstrated based on drawing, this invention is not limited to this, It cannot be overemphasized that various embodiment is possible. For example, one
次に、図３は無電極放電紫外線照射装置３の別の実施例を示す斜視図である。図３に示す無電極放電紫外線照射装置３のように、フェライトコア４の軸方向において離間した位置に複数（ここでは２個）の誘導コイルＥ１，Ｅ２を巻き回した構成としてもよい。図２に示した１個のフェライトコア４に１個のコイルＥのみを巻き回した単一な構成とした場合には、特に直径に比較して管軸方向が長い長尺状の放電管Ｈ内においては、放電の起きた領域は放電の負特性から抵抗成分が減少することとなり、もって電流が当該領域に集中する傾向にある。そうすると、放電がますます前記領域に集中する現象が生じるので、放電管Ｈの管軸方向において均一な放電発光が阻害されやすい。
Next, FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the electrodeless discharge
そこで、図３に示す無電極放電紫外線照射装置３のように、放電管Ｈ内に１個のフェライトコア４を配設しておき、該フェライトコア４に複数のコイルＥ１，Ｅ２（ここでは２個のものを例に示したが、２個以上であってよい）を分割配置することによれば、個々のコイルＥ１，Ｅ２ごとに放電が行われて放電管Ｈの特定箇所に集中し偏って放電が行われることがなくなる。したがって、図２に示したような１個のフェライトコア４に１個のコイルＥのみを巻き回した場合に比べれば、ほぼ均一な放電発光を放電管Ｈの全長にわたって得ることができるようになる。本実施形態では、放電管Ｈの外周にコイルＥを巻き回す構成であることから、このような変更を行うことが容易である。
Therefore, as in the electrodeless discharge
図４は、無電極放電紫外線照射装置３のさらに別の実施例を示す斜視図である。図４に示すように、１本のフェライトコア４に複数の放電管Ｈ１〜Ｈ４を配置してよい。この場合、各放電管Ｈ１〜Ｈ４毎に分散して放電が行なわれることにより、特定箇所に集中し偏って放電が行われることがない。したがって、ほぼ均一な放電発光をフェライトコア４の軸方向にわたって得ることができるようになる。なお、この場合、１本のフェライトコア４に複数の放電管Ｈ１〜Ｈ４の全てを配置することに限らず、１乃至複数の放電管Ｈ１〜Ｈ４毎に１本のフェライトコア４を配するようにしてもよい。例えば、放電管Ｈ１及びＨ２共通に１本のフェライトコアを、放電管Ｈ３及びＨ４共通に別の１本のフェライトコアを配するようにしてもよい。また、図示のように複数の放電管Ｈ１〜Ｈ４個々に対応させるようにして複数のコイルＥ１〜Ｅ４各々を巻き回すのが望ましいが、複数の放電管Ｈ１〜Ｈ４を１個のコイルＥでまとめて巻き回してもよい。
FIG. 4 is a perspective view showing still another embodiment of the electrodeless discharge
なお、上記のようにして複数のコイルＥを配する場合、複数のコイルＥは高周波電源に対して並列接続されてもよいし直列接続されてもよい。複数のコイルＥを直列あるいは並列にして高周波電源に接続すれば、それら複数のコイルＥを少ない数の駆動回路により駆動できることから、コストを低減でき且つ回路寿命を改善することができる。ただし、各コイルＥを並列に接続した場合には、高周波電源からのコイル駆動電圧を低くして、高周波電源における駆動回路内にある各部品の耐電圧値を下げることで、これらの部品の寿命を長くすることができるという利点がある。 In the case where the plurality of coils E are arranged as described above, the plurality of coils E may be connected in parallel or in series with the high frequency power supply. If a plurality of coils E are connected in series or in parallel to a high frequency power supply, the plurality of coils E can be driven by a small number of drive circuits, so that the cost can be reduced and the circuit life can be improved. However, when the coils E are connected in parallel, the coil drive voltage from the high-frequency power supply is lowered, and the withstand voltage value of each component in the drive circuit in the high-frequency power supply is lowered, so that the lifetime of these parts is reduced. There is an advantage that can be lengthened.
なお、上述した実施例においては、放電管Ｈの外周にコイルＥを巻き回したものを例にしたがこれに限らず、保護外管２の外周にコイルＥを巻き回してもよい。あるいは、放電管Ｈ及び保護外管２の両方の外周にコイルＥを巻き回してもよい。
なお、上述した実施例においては、本発明に係る液体処理装置１として、円筒容器Ａ内に無電極放電紫外線照射装置３を収納した紫外線透過性の保護外管２を配置してなり、該容器Ａと保護外管２との間に処理液体Ｐを通し、前記無電極放電紫外線照射装置３から発せられる紫外線が保護外管２を透過して該容器Ａ内を通り抜ける処理液体Ｐに照射されるタイプのものを示したがこれに限らない。液体処理装置１は、図２〜図４に示したような無電極放電紫外線照射装置３そのもののみが処理液体Ｐに浸漬されて、当該無電極放電紫外線照射装置３から発せられる紫外線が放電管Ｈの周囲に存在する処理液体Ｐに対して照射されるタイプのものであってもよい。
In the above-described embodiment, the coil E is wound around the outer periphery of the discharge tube H. However, the present invention is not limited thereto, and the coil E may be wound around the outer periphery of the protective
In the above-described embodiment, as the
１・・・液体処理装置
２・・・保護外管
３・・・無電極紫外線放射放電装置
４・・・フェライトコア
Ａ・・・円筒容器（密閉容器）
Ａａ・・・処理液体流入口
Ａｂ・・・処理液体流出口
Ｂ・・・リード線
Ｃ・・・冷却部
Ｅ（Ｅ１〜Ｅ４）・・・誘導コイル
Ｆ・・・シール部
Ｈ（Ｈ１〜Ｈ４）・・・無電極紫外線放射放電管
Ｈａ・・・中空部
Ｈｂ・・・本体部
Ｐ・・・処理液体
DESCRIPTION OF
Aa ... Processing liquid inlet Ab ... Processing liquid outlet B ... Lead wire C ... Cooling part E (E1-E4) ... Inductive coil F ... Seal part H (H1-H4) ) ... Electrodeless ultraviolet radiation discharge tube Ha ... Hollow part Hb ... Main part P ... Processing liquid
Claims (11)
前記空洞部に前記紫外線放電管の長手方向に沿って配置されるフェライトコアと、
前記紫外線放電管に巻き回された１乃至複数の誘導コイルであって、該誘導コイルは前記紫外線放電管の長手方向に沿って配設されてなり、前記紫外線放電管に高周波磁界を作用させて放電を生起させるものと、
前記誘導コイルにリード線を介して高周波電流又は電圧を供給する高周波電源であって、該高周波電源は前記誘導コイルを通電することにより前記紫外線放電管に紫外線を発生させるものと
を備え、
処理液体の流入口及び流出口を備えた処理液体流路に配設され、前記流路を通る処理液体に対し紫外線を照射して前記処理液体を処理する液体処理装置。 A cylindrical ultraviolet discharge tube having a hollow portion penetrating the inside along the longitudinal direction, wherein the ultraviolet discharge tube is formed by enclosing a discharge medium in a body portion surrounding the hollow portion. ,
A ferrite core disposed in the cavity along the longitudinal direction of the ultraviolet discharge tube;
One or more induction coils wound around the ultraviolet discharge tube, the induction coils being disposed along the longitudinal direction of the ultraviolet discharge tube, and applying a high frequency magnetic field to the ultraviolet discharge tube. That causes discharge,
A high-frequency power source for supplying a high-frequency current or voltage to the induction coil via a lead wire, the high-frequency power source comprising an ultraviolet ray generated in the ultraviolet discharge tube by energizing the induction coil;
A liquid processing apparatus that is disposed in a processing liquid flow path having a processing liquid inlet and an outlet and irradiates the processing liquid passing through the flow path with ultraviolet rays to process the processing liquid.
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