(57)【要約】  課題：密閉構造の筐体に内蔵されたＵＶランプの点灯確認を簡単に行うことができる高周波電源ＵＶランプモニタを提供する。  解決手段：給電線を介して高周波電源１９から高周波エネルギーを供給することにより紫外線を発光する高周波電源ＵＶランプ２０に付設されるモニタであって、給電線の周囲に環状に取り付けられる透磁性材料からなるコア部材と、コア部材に巻回され高周波誘導電流を取り出す誘導回路と、誘導回路に接続される検出素子とを有する検出回路を備えた構成とする。
2019044881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線を介して高周波電源から高周波エネルギーを供給することにより紫外線を発光する高周波電源ＵＶランプに付設される高周波電源ＵＶランプモニタであって、
前記給電線の周囲に環状に取り付けられる透磁性材料からなるコア部材と、前記コア部材に巻回され高周波誘導電流を取り出す誘導回路と、前記誘導回路に接続される検出素子とを有する検出回路を備えた高周波電源ＵＶランプモニタ。
【請求項２】
前記検出素子がＬＥＤである請求項１に記載の高周波電源ＵＶランプモニタ。
【請求項３】
試料液中に含まれる炭素を紫外線の照射により酸化して二酸化炭素に変換する試料酸化部を備えた全有機炭素計であって、
前記試料酸化部は、給電線を介して高周波電源から高周波エネルギーを供給することにより紫外線を発光する高周波電源ＵＶランプが用いられるとともに、前記高周波電源ＵＶランプの点灯確認を行うための高周波電源ＵＶランプモニタが設けられ、
前記高周波電源ＵＶランプモニタは、前記給電線の周囲に環状に取り付けられる透磁性材料からなるコア部材と、前記コア部材に巻回され高周波誘導電流を取り出す誘導回路と、前記誘導回路に接続される検出素子とを有する検出回路を備えた全有機炭素計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＶランプ（紫外線ランプ）に付設され、その点灯状態をモニタリングするＵＶランプモニタおよびこれを用いた全有機炭素計（以下「ＴＯＣ計」と称する）に関し、さらに詳細には、エキシマランプのような高周波電源を用いて紫外線を発光する高周波電源ＵＶランプに付設される高周波電源ＵＶランプモニタおよびこれを用いたＴＯＣ計に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水等の試料水に含まれる有機物を測定する場合に、その有機物に含まれる炭素量で測定するＴＯＣ計が使用されている。湿式酸化法によるＴＯＣ計では、分析対象の試料水に紫外線を照射して有機物を酸化分解する試料酸化部が設けられている。この試料酸化部には、２００ｎｍより短波長の紫外線を発光するＵＶランプとして、入手が容易な低圧水銀ランプが使用されている。【０００３】
ＵＶランプを使用するＴＯＣ計では、電源から電力を供給してＵＶランプを点灯させることで試料水に酸化反応を生じさせて、試料水中の全炭素（ＴＣ）から発生した二酸化炭素量により全炭素（ＴＣ）量を測定する。このとき、紫外線が眼に直射されると危険であることや、空気中の酸素に紫外線が照射されることによる有害オゾンの発生を防止する等の理由から、試料酸化部の紫外線が外部に漏れないようにするため、例えば、試料酸化部を密閉構造の筐体とし、その筐体内にＵＶランプが内蔵されるようにしている（特許文献１参照）。【０００４】
一方、分析測定中に電源が入っているにもかかわらず、故障や異常によってＵＶランプが点灯しない場合には、酸化反応が行われず誤った測定結果を示すことになるため、測定開始前にＵＶランプが電源ＯＮ状態で点灯するかを確認する必要がある。【０００５】
ところが、上記のような密閉構造の筐体に内蔵されたＵＶランプでは、点灯状態を確認することができない。そのため、筐体に可視光を透過して紫外線を透過しない材料からなる点灯確認窓を設けることや、紫外線放射ガスを封入したＵＶランプ管体の封止部分（リード線取り出し部分）を、紫外線を遮光して可視光を透過する性質の樹脂で形成し、この封止部分を筐体から突出させるようにして、ＵＶランプの点灯時に封止部から可視光を視認できるようにすることが開示されている（特許文献２参照）。【０００６】
また、上記の特許文献に記載された点灯確認方法以外にも、例えばＵＶランプを内蔵した試料酸化部の筐体（特許文献１参照）内に、ＵＶランプの照度を測定するフォトセンサをランプモニタとして取り付けて点灯確認することが実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０４０７２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＵＶランプを内蔵した筐体自体に窓を形成したり、ＵＶランプ管体の封止部分に紫外線を遮光して可視光を透過する性質の樹脂を使用したりする方法は、ＵＶランプの点灯確認方法としては有用だが、前者では窓を密封してシール構造とする必要があり、後者では特別仕様のＵＶランプが必要となる。
また、密閉構造の筐体内にＵＶランプと点灯確認用のフォトセンサとを並置する方法も有用ではあるが、フォトセンサ用の配線や駆動電源を別途設ける必要が生じる。さらに、フォトセンサの故障時には、ＵＶランプが正常に点灯しているにもかかわらず消灯を示す信号を誤って発信してしまうおそれもある。【０００９】
一方、ＴＯＣ計のＵＶランプには、上述した構造上の問題とは別に、脱水銀という環境面への配慮から、従来の低圧水銀ランプに代えて、水銀を用いないＵＶランプを使用することが望ましい。なお、２００ｎｍ以下の紫外線を得ることができ、しかも水銀不使用のＵＶランプとしては、キセノンアークランプを使用することが考えられるが、キセノンアークランプにより脱水銀を達成したとしても、密閉された筐体内のＵＶランプにおける点灯確認時の問題は解決できない。【００１０】
そこで本発明は、密閉構造の筐体（密閉容器）に内蔵された高周波電源ＵＶランプの点灯確認を簡単に行うことができる高周波電源ＵＶランプモニタを提供することを目的とする。さらに、水銀不使用の高周波電源ＵＶランプによって脱水銀を図るとともに、簡単な方法で点灯確認を行うことができる高周波電源ＵＶランプモニタを用いたＴＯＣ計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る高周波電源ＵＶランプモニタは、給電線を介して高周波電源から高周波エネルギーを供給することにより紫外線を発光する高周波電源ＵＶランプに付設される高周波電源ＵＶランプモニタであって、前記給電線の周囲に環状に取り付けられる透磁性材料からなるコア部材と、前記コア部材に巻回され高周波誘導電流を取り出す誘導回路と、前記誘導回路に接続される検出素子とを有する検出回路を備えるようにしてある。
ここで、「高周波電源ＵＶランプ」とは、周波数が１０ｋＨｚ以上の高周波エネルギーが供給されることにより放電が行われるランプを言い、具体的には、誘電体バリア放電により２００ｎｍよりも短波長の紫外線を発光するエキシマランプやキセノンフラッシュランプ等が該当する。
また、「検出素子」は、誘導回路に高周波誘導電流が流れたことを信号として検知できる素子であればよく、具体的には発光信号として検知できるＬＥＤが望ましい。【００１２】
また、別の観点からなされた本発明に係る全有機炭素計は、試料液中に含まれる炭素を紫外線の照射により酸化して二酸化炭素に変換する試料酸化部を備えた全有機炭素計であって、前記試料酸化部は、給電線を介して高周波電源から高周波エネルギーを供給することにより紫外線を発光する高周波電源ＵＶランプが用いられるとともに、前記高周波電源ＵＶランプの点灯確認を行うための高周波電源ＵＶランプモニタが設けられ、前記高周波電源ＵＶランプモニタは、前記給電線の周囲に環状に取り付けられる透磁性材料からなるコア部材と、前記コア部材に巻回され高周波誘導電流を取り出す誘導回路と、前記誘導回路に接続される検出素子とを備えるようにしている。【００１３】
本発明によれば、高周波電源から高周波エネルギーが供給されることで高周波電源ＵＶランプが点灯する。このとき、高周波電源と高周波電源ＵＶランプとを接続する給電線にはインピーダンスマッチングのずれが多少発生し、その影響でコモンモード電流が誘導される。インピーダンスマッチングは、理論的にはマッチング整合回路を組み込むことにより軽減することができるものの、完全に打ち消すことは困難である。また、本発明では高周波電源ＵＶランプが点灯しさえすればよいので、極端にインピーダンスマッチングがずれていなければマッチング整合回路を設ける必要はなく、マッチング調整を行わずに高周波エネルギーを供給することで誘導電流を得ることができる。
このようにすることで、高周波エネルギーによって給電線の周囲に電磁波が発生し、給電線の周囲のコア部材に巻回された誘導回路によって高周波誘導電流として取り出すことになる。このとき、高周波誘導電流が流れていれば誘導回路に接続される検出素子で検出できるため、この検出素子により点灯確認を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高周波電源ＵＶランプモニタによれば、高周波電源ＵＶランプを密閉容器に内蔵したまま、容器外の給電線の周囲に発生する高周波誘導電流を検出素子で検出することにより、高周波電源ＵＶランプの点灯を容易に確認することができる。したがって、紫外線がユーザの眼に入る危険性がなく、また有害オゾンを漏出させることもなく安全に密閉容器内のランプの点灯確認を行うことができる。
また、本発明の高周波電源ＵＶランプモニタによれば、密閉容器内から外部へ信号を取り出すための配線や駆動電源が別途必要なフォトセンサ等を設けることなく点灯確認を行うことができる。
さらに、本発明の高周波電源ＵＶランプモニタを用いたＴＯＣ計とすることにより、ＴＯＣ計の試料酸化部に用いられる高周波電源ＵＶランプの点灯確認に適用することができ、しかも環境負荷の大きい水銀ランプを使用しないＴＯＣ計とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る高周波電源ＵＶランプモニタを用いたＴＯＣ計を示す構成図。
【図２】図１の試料酸化部の構成を示す図。
【図３Ａ】図１の試料酸化部における高周波電源ＵＶランプとモニタの配線図。
【図３Ｂ】図３Ａにおける検出回路の変形実施例を示す配線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る高周波電源ＵＶランプモニタをＴＯＣ計に適用した場合の実施例について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である高周波電源ＵＶランプモニタを用いたオンライン測定用のＴＯＣ計を示す構成図である。また、図２は図１のＴＯＣ計における試料酸化部の構成を示す図であり、図３Ａは試料酸化部に含まれる高周波電源ＵＶランプおよび高周波電源ＵＶランプモニタの配線を示す図である。
【００１７】
本実施例におけるＴＯＣ計では、試料液中の全炭素（ＴＣ）と、無機炭素（ＩＣ）とを測定し、差分を算出する。すなわち、次式（１）により全有機炭素（ＴＯＣ）を求めることができる。
ＴＯＣ＝ＴＣ−ＩＣ  ・・・（１）
【００１８】
図１に示すように、ＴＯＣ計１０は、オンライン測定用の試料導入口１１から試料液が供給される流路Ｌと、流路Ｌの途中に設けられた試料酸化部１２および二酸化炭素の濃度を導電率センサで検出する導電率セル１３と、試料液を送液して流路Ｌ内を通過させるチューブポンプ等の送液ポンプ１４とを備えている。
流路Ｌは、以下において説明の便宜上、試料導入口１１から試料酸化部１２までを流路Ｌ１、試料酸化部１２内を流路Ｌ２、試料酸化部１２から導電率セル１３までを流路Ｌ３、導電率セル１３内を流路Ｌ４とする。
【００１９】
試料酸化部１２には高周波電源１９に接続されるエキシマＵＶランプ（高周波電源ＵＶランプ）２０が内蔵されている。
エキシマＵＶランプ２０は、図２に示すように二重管構造となっており、その内側管２１は、試料液を酸化させて導電率セル１３に送り出す流路Ｌの一部（すなわち流路Ｌ２）となっている。また、外側管２２内部には希ガス（例えばキセノン）が封入されている。外側管２２の内壁２２ａと外壁２２ｂにはそれぞれ電極２２ｃ、２２ｄが設けられており、電極２２ｃ、２２ｄは給電線２３を介して１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの高周波電源１９に接続されている。例えば、高周波電源１９から１００ｋＨｚの高周波電力を印加すると、誘電体バリア放電により生じた紫外線が内側管２１に向けて照射されるようにしてある。
【００２０】
このエキシマＵＶランプ２０は密閉容器２４に収容されており、密閉容器２４内から外部へ紫外線や有害オゾンを含む空気が漏れないようにしてある。
【００２１】
また、高周波電源１９とエキシマＵＶランプ２０とを接続する給電線２３には、密閉容器２４の外側に位置する箇所に、点灯確認を行うための検出回路３０が取り付けられている。検出回路３０は、透磁性材料からなり給電線２３の外周へ環状に取り付けられるコア部材（トロイダルコアあるいはフェライトコア）３１と、コア部材３１に対しコイル状に巻回され高周波誘導電流を取り出すための誘導回路３２と、誘導回路３２に接続されるＬＥＤ（検出素子）３３から構成される。なお、誘導回路３２には、整流とＬＥＤ３３の保護のため、整流用ダイオード３４と保護抵抗３５も設けられている。
【００２２】
このようなＴＯＣ計１０を用いて測定を行うときには、まず、エキシマＵＶランプ２０を消灯した状態で、送液ポンプ１４で流路Ｌに試料液を一定の流速で吸引し続け、流路Ｌ全体（流路Ｌ１〜Ｌ４）に試料液を充填する。このとき、導電率セル１３（流路Ｌ４）には紫外線が照射されていない試料液、すなわち未酸化の試料液が流れているので、このときの試料液中の二酸化炭素量を無機炭素（ＩＣ）の信号として導電率セル１３により検出する。
【００２３】
続いて、送液ポンプ１４を停止してエキシマＵＶランプ２０を点灯させ、この状態で紫外線照射を１分程度行う。これにより、試料酸化部１２の内側管２１（流路Ｌ２）内に滞留する試料液の全炭素（ＴＣ）が酸化されて二酸化炭素に変化する。
その後、エキシマＵＶランプ２０を消灯し、送液ポンプ１４により一定の流速で試料液の吸引を再開すると、試料酸化部１２と導電率セル１３との間の流路Ｌ３内の試料液（未酸化試料液）がしばらく導電率セル１３内を流れた後に、試料酸化部１２（流路Ｌ２）で酸化された試料液が導電率セル１３に到達する。このときの二酸化炭素量を全炭素（ＴＣ）として検出する。
【００２４】
より具体的には、一定の流速で試料液を吸引すると、流路Ｌ３の未酸化試料液の導電率セル通過完了時間Ｔ１から、流路Ｌ２で酸化された試料液の導電率セル通過完了時間Ｔ２までが、流路Ｌ２、Ｌ３の容積との関係によりほぼ定まることから、少なくとも時間Ｔ１から時間Ｔ２を中心としてその前後を含む期間が経過するまで導電率セル１３で二酸化炭素量を検出し続け、その間に検出した導電率セル１３の検出信号のピーク値を全炭素（ＴＣ）の信号として取得する。
【００２５】
そして、直前に取得した無機炭素（ＩＣ）および全炭素（ＴＣ）の値から、式（１）に基づいて全有機炭素（ＴＯＣ）濃度を算出する。以上で１回目の測定が完了する。
【００２６】
続いて、１回目の測定完了後も送液ポンプ１４で試料液を吸引し続けると、導電率セル１３を含む全ての流路Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４）は、未酸化試料液に置換される。
したがって、上記の測定フローを繰り返すことで、継続して２回目以降の全有機炭素（ＴＯＣ）濃度の測定を行うことができる。
【００２７】
次に、本発明の特徴であるエキシマＵＶランプ２０の点灯確認フローについて説明する。
全炭素（ＴＣ）濃度の測定を行うときには、試料酸化部１２の内側管２１（流路Ｌ２）内に試料液を滞留させるとともに、高周波電源１９から高周波電力を供給してエキシマＵＶランプ２０を放電させる。そして、エキシマＵＶランプ２０から照射される紫外線の作用により、試料液中の全炭素（ＴＣ）に酸化反応が生じて二酸化炭素に変換される。
しかしながら、エキシマＵＶランプ２０の故障や不具合等により紫外線が照射されない場合には、酸化反応が行われないまま全炭素（ＴＣ）濃度の測定が行われることになり、誤った測定結果が示されるため、ユーザは測定前に検出回路３０を用いてエキシマＵＶランプ２０の点灯確認を行う必要がある。
【００２８】
すなわち、試料酸化部１２における紫外線照射では、高周波電源１９から給電線２３を介してエキシマＵＶランプ２０に高周波エネルギーが供給されているが、給電線２３には高周波エネルギーによって給電線２３の周囲に電磁波が発生する。発生した電磁波は、給電線２３における密閉容器２４の外側の位置に取り付けられた透磁性の高いコア部材３１および誘導回路３２によって、高周波誘導電流として取り出される。そしてこの高周波誘導電流が、誘導回路３２に接続された整流用ダイオード３４を介してＬＥＤ３３に流れることでＬＥＤ３３が発光する。したがって、ＬＥＤ３３の点灯によりエキシマＵＶランプ２０の点灯を確認することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正、変更できることは言うまでもない。以下にその変形実施例について説明する。
【００３０】
上記の検出回路３０は、誘導電流を取り出して検出する回路でさえあれば他の検出回路であってもよい。例として図３Ｂに示す。図３Ｂの検出回路３０’における符号３５は保護抵抗、符号３６は交流通過用のコンデンサ、符号３７は保護用ダイオードを示している。
また、上述した実施形態において、抵抗素子を検出素子として使用し、電圧信号を検出するようにしてもよい。この場合、検出された電圧信号を、点灯の有無を判定するために予め設定した閾値電圧と比較して、閾値以上であれば点灯、閾値未満であれば消灯と判定するようにして、判定結果をブザー等の検知手段で知らせるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記の実施形態で用いたエキシマＵＶランプ２０では、試料液は内側管２１（流路Ｌ２）を通過することになるため、内側管２１にのみ紫外線を照射すればよい。したがって、紫外線を透過しない材料で外側管２２の外周面を形成したり、外側管２２に対して紫外線を透過しない材料を付着させたり覆ったりすることで、密閉容器２４を用いることなく紫外線の外部照射や有害オゾン発生の問題をなくして、安全に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ＴＯＣ計に使用されるＵＶランプのランプモニタとして利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ＴＯＣ計（全有機炭素計）
１１  試料導入口
１２  試料酸化部
１３  導電率セル
１９  高周波電源
２０  エキシマＵＶランプ（高周波電源ＵＶランプ）
２１  内側管
２２  外側管
２２ｃ、２２ｄ  電極
２３  給電線
２４  密閉容器
３０  検出回路
３１  コア部材
３２  誘導回路
３３  ＬＥＤ（検出素子）
３４  整流用ダイオード
３５  保護抵抗
３６  コンデンサ
３７  保護用ダイオード
【図１】
2019044881.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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2019044881.tif 000008
2019044881.tif 000009