(57)【要約】  特に食品処理又は水処理に使用される、紫外放射を形成する放射ユニット、すなわち、石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含むか、又は、石英ガラス製の円筒状の外管によって包囲されている石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含む、放射ユニットが公知である。こうした放射ユニットを基礎として、長期の耐用期間にわたって高い放射出力を達成するために、また、製造を簡単かつ低コストにするために、放射管上及び／又は外管上に、二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子を用いて形成された、防汚性及び防水性のコーティングが設けられる。
2015534934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に食品処理又は水処理に使用される、紫外放射を形成する放射ユニットであって、
石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含むか、又は、石英ガラス製の円筒状の外管によって包囲されている石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含む、
放射ユニットにおいて、
前記放射管上及び／又は前記外管上に、二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子を用いて形成された、防汚性及び防水性のコーティングが設けられている
ことを特徴とする放射ユニット。
【請求項２】
前記コーティングは有機物質を含まない、
請求項１記載の放射ユニット。
【請求項３】
前記コーティングの表面は、０．０５μｍよりも小さい平均粗面度Ｒａを有する、
請求項１又は２記載の放射ユニット。
【請求項４】
前記二酸化ケイ素ナノ粒子は、１ｎｍから７５ｎｍまでの範囲の平均粒径を有する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の放射ユニット。
【請求項５】
前記二酸化チタンナノ粒子は、１ｎｍから８０ｎｍまでの範囲の平均粒径を有する、
請求項１から４までのいずれか１項記載の放射ユニット。
【請求項６】
前記コーティングの平均層厚さは、６０ｎｍから１５０ｎｍまでの値である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の放射ユニット。
【請求項７】
前記放射管及び／又は前記外管の前記コーティングが設けられる表面は、０．０１μｍから１μｍまでの範囲の平均粗面度Ｒａを有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の放射ユニット。
【請求項８】
前記放射管は、前記コーティングによって完全に覆われた放射面を有する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の放射ユニット。
【請求項９】
石英ガラス製の放射管又は石英ガラス製の外管が用意され、該管の外壁の少なくとも一部にコーティングが形成されることにより、コーティングが設けられた、放射管及び／又は外管を備えた、請求項１記載の放射ユニットの製造方法であって、
（ｃ）二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子のアルコール分散液であって、分散液の体積を基準として２０体積％から６０体積％までのエタノールを含むアルコール分散液を、前記外壁に塗布して、分散液層を形成するステップと、
（ｄ）前記分散液層を硬化させて、前記コーティングを形成するステップと
を含む、
ことを特徴とする放射ユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記アルコール分散液は、０．２５体積％から１．５体積％までの２‐ブタノンを含む、
請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に食品処理又は水処理に使用される、紫外放射を形成する放射ユニットであって、石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含むか、又は、石英ガラス製の円筒状の外管によって包囲されている石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含む、放射ユニットに関する。本発明はさらに、こうした放射ユニットの製造方法にも関する。
【０００２】
従来技術
放射ユニットの利用可能分野として、例えば、水処理及び浄水、気体もしくはガス混合気、特に空気の清浄化及び殺菌、並びに、表面の殺菌などが挙げられる。
【０００３】
こうした放射ユニットは、石英ガラス製の放射管を備えたＵＶ放射器を含む。例えば、こうした放射ユニットは、水処理装置、ファンシステム、排気装置、又は、ガス処理装置もしくは空気処理装置などにおいて用いられている。使用目的に応じて、こうした放射ユニットは、例えば、微小生物の殺滅や発生する臭いの除去、又は、汚染物質の破壊等に寄与する。
【０００４】
こうした放射ユニットはしばしば食品の処理にも用いられ、食品の工場生産や大規模な厨房乃至家庭においても適用可能である。
【０００５】
食品を処理する際に発生する調理蒸気はスチームとも称される。当該スチームは、水蒸気のほか、複数の漂遊物質及び臭物質、特に油脂を含む。
【０００６】
食品の処理時に発生する臭いを中和（脱臭）し、かつ、漂遊物質の付着を低減するために、例えば、ファンシステム又は排気装置において、機械式のフィルタに加え、紫外放射を形成する放射ユニットが使用される。こうしたＵＶ放射ユニットを使用することにより、臭物質及び漂遊物質を化学的に破壊することができる。
【０００７】
紫外放射の効率的な放射を保証すべく、通常、放射ユニットはスチームの通流する位置に配置されるので、放射ユニットの動作中、粉塵粒子もしくは汚染物、特に油脂付着物が放射管に堆積することがある。汚染物はＵＶ放射器から放出されたＵＶ放射を吸収するため、動作時間が増大するにつれて、放射管の透明性ひいてはＵＶ放射の効率が低下する。よって、放射管は規則的に洗浄又は交換されなければならない。なお、放射管の汚染を低減するために、放射ユニットの前方に機械式のフィルタを設けることも知られているが、こうしたフィルタを用いても部分的にしか汚染物を分離できない。また、機械式のフィルタを設けることは、当該フィルタの規則的な交換を前提としているので、時間とコストとがかかる。
【０００８】
さらに、特に放射ユニットが液体処理に用いられる場合、多くの放射ユニットにおいて、ＵＶ放射器は石英ガラス製の外管内に収容されることによって汚染から保護される。外管が設けられることにより、放射管には直接に液体が通流しないので、放射管への汚染物質の付着が低減される。
【０００９】
例えば、ＷＯ２００８／０５９５０３Ａ１から、流路を有する、紫外放射を用いた液体用滅菌装置が公知である。流路内では、外管によって包囲された複数の放射器が流れ方向に対して垂直に配置されている。
【００１０】
ただし、外管を使用する場合、この外管自体は汚染物質に曝されるので、汚染の度合に応じて外管の透過特性が低下し、ひいては、放射器の出力効率が損なわれうる。また、紫外放射の透過性を損なうバイオフィルムが外管上に形成されることもあるため、外管も或る程度のコストをかけて規則的なインターバルで機械洗浄又は手動洗浄しなければならない。
【００１１】
技術的課題
したがって、本発明の課題は、長期の動作時間にわたる高い放射エネルギの放出に適しており、簡単かつ低コストに製造可能な、光放射を形成する放射ユニットを提供することである。
【００１２】
さらに、本発明はこうした放射ユニットの製造方法を提供することも課題としている。
【００１３】
発明の概要
放射ユニットに関する上記課題は、冒頭に言及した形式の紫外放射を形成する放射ユニットにおいて、放射管上及び／又は外管上に、二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子を用いて形成された防汚性及び防水性のコーティングを設けることにより解決される。
【００１４】
二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子から形成されるコーティングは、特に紫外放射に対して高い透明度を有している。したがって、こうした材料は外管又は放射管をコーティングするのに適している。なお、本発明のコーティングが放射器の放射出力を大きく損なうことはない。
【００１５】
また、こうしたコーティングは、化学的特性に基づいて持続的に石英ガラス表面に設けられる。二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子から形成されるコーティングは高いＵＶ耐性及び良好な摩耗耐性及び良好な熱耐性を有している。さらに、こうしたコーティングは化学的安定性も高い。
【００１６】
本発明によれば、コーティングは放射管上及び／又は放射管上を包囲する外管に設けられる。以下では、説明を簡単化するために、放射管又は外管なる語に代えて「管」なる語を用いる。以下の説明では、当該「管」なる語は、放射管及び外管の双方の意を含む。
【００１７】
コーティングは管を完全に又は部分的に覆う。有利には、コーティングは管の外表面に設けられる。
【００１８】
石英ガラス製の管は、汚染物粒子が基本的に付着しやすい、幾分粗い表面を有する。ナノ粒子を含むコーティングは、こうした石英ガラスの表面の非平坦箇所を充填するのに特に適している。ナノ粒子を含むコーティングを設けることにより、表面の粗面度が低下して平滑な表面が得られ、汚染物粒子の付着が低減される。
【００１９】
なお、二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子の物理化学的特性は、汚染物粒子の吸収乃至付着の防止に寄与する。このように、本発明によれば、コーティングを有する管表面はコーティングを有さない管表面に比べて高い親水性を有するので、これにより親油性汚染物の付着が困難となる。
【００２０】
したがって、コーティングの形成された外管又は放射管を備えた放射ユニットは、洗浄を行わなくても、長期間にわたって高い放射出力で動作可能である。洗浄のインターバルを大きくできるので、放射ユニットの簡単かつ低コストの駆動が許容される。
【００２１】
本発明の放射ユニットの有利な実施形態では、コーティングは有機物質を含まない。
【００２２】
外管又は放射管のコーティングは、放射ユニットの動作中、持続的に紫外放射に曝されている。紫外放射が有機物質に放射されると、当該有機物質の破壊が促進され、コーティングの耐用期間が短くなってしまう。つまり、無機物質のみを含むコーティングにより、長い耐用期間が得られる。
【００２３】
本発明の有利な別の実施形態では、コーティングは、０．０５μｍより小さい平均粗面度Ｒａの表面を有する。
【００２４】
平均粗面度Ｒａは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ４２８８：１９８８に準拠した垂直方向測定量として求められる。０．０５μｍより大きい粗面度を有する表面は、防水性及び防汚性が制限される。したがって、コーティングの表面が０．０５μｍよりも小さい平均粗面度Ｒａを有すると有利である。
【００２５】
また、二酸化ケイ素ナノ粒子が１０ｎｍから７５ｎｍまでの範囲の平均粒径を有すると有利であると判明している。
【００２６】
１０ｎｍから７５ｎｍまでの範囲の平均粒径を有する二酸化ケイ素ナノ粒子は、製造が簡単かつ低コストである。こうした二酸化ケイ素ナノ粒子は、石英ガラス表面の非平坦性を補償するのに特に適している。
【００２７】
さらに、二酸化チタンナノ粒子が１０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲の平均粒径を有すると有利であると判明している。
【００２８】
１０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲の平均粒径を有する二酸化チタンナノ粒子は、製造が簡単かつ低コストである。こうした二酸化チタンナノ粒子の平均粒径は、コーティングの表面構造に影響する。８０ｎｍより大きい平均粒径を有する二酸化チタンナノ粒子を含むコーティングは、比較的粗い表面構造を有する。１０ｎｍより小さい平均粒径を有する二酸化チタンナノ粒子は処理が複雑となる。
【００２９】
本発明の放射ユニットの有利な実施形態では、コーティングの平均層厚さは６０ｎｍから１５０ｎｍまでの値である。
【００３０】
コーティングの層厚さは、放射管又は外管の透過性に影響する。６０ｎｍより小さい平均層厚さを有するコーティングは、製造が複雑となる。１５０ｎｍより大きい平均層厚さを有するコーティングは剥離しやすくなり、耐用期間が短い。
【００３１】
さらに、放射管及び／又は外管の表面が０．０１μｍから１μｍまでの範囲の平均粗面度Ｒａを有しており、当該表面にコーティングが設けられると有利であることが判明している。
【００３２】
放射管又は外管の表面に設けられたコーティングの接着性は、表面の平均粗面度の影響を受ける。０．０１μｍより小さい平均粗面度Ｒａを有する放射管は、小さな表面構造しか有さないので、コーティングの接着性を低下させる。また、１μｍより大きい平均粗面度Ｒａを有する放射管では、平滑のコーティングの層厚さとしては比較的大きな厚さが要求される。
【００３３】
有利な別の実施形態によれば、放射管は、コーティングによって完全に覆われた放射面を有する。
【００３４】
放射管の放射面が完全にコーティングされる場合、放射面全体が防水性及び防汚性を有する。こうした放射管は、放射器の耐用期間全体にわたって、放射器の放射出力を均等に保つことに寄与する。
【００３５】
本発明の製造方法に関して、上記課題は、冒頭に言及した方法から出発して、
（ａ）二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子のアルコール分散液であって、分散液の体積を基準として２０体積％から６０体積％までのエタノールを含むアルコール分散液を、外壁に塗布して、分散液層を形成するステップと、
（ｂ）分散液層を硬化させて、コーティングを形成するステップと
を含むことにより解決される。
【００３６】
コーティングのために、放射管又は外管の外壁に、二酸化ケイ素ナノ粒子又は二酸化チタンナノ粒子のアルコール分散液が設けられる。分散液は、２０体積％から６０体積％までの濃度範囲のエタノールに加え、他の液体溶剤、例えばメタノールもしくはイソプロパノールもしくはこれらの混合物を含んでいてもよい。エタノールは、或る程度の親水性を有するが、親油性物質との混合の度合は制限されている。さらに、エタノールの沸点は７８℃である。よって、エタノール分散液により、低温、例えば室温で分散液を乾燥させることができる。溶剤蒸気が揮発した後、二酸化ケイ素ナノ粒子は鎖状化して密な網状体を形成する。これに対して、二酸化チタンナノ粒子は、主として分散的な二酸化チタン粒子から成るコーティングを形成する。
【００３７】
本発明の方法の有利な実施形態によれば、アルコール分散液は０．２５体積％から１．５体積％までの２‐ブタノンを含む。
【００３８】
２‐ブタノンは、８０℃の沸点を有しており、親油性物質に対する良好な溶剤である。２‐ブタノンを分散液に添加すれば、分散液の親油性を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施例の、コーティングされた放射管を備えた放射ユニットの側面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の、コーティングされた外管を備えた放射ユニットの断面図である。
【００４０】
実施例
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。
【００４１】
図１には、本発明の、紫外放射を形成するための放射ユニット１の実施例の概略図が示されている。放射ユニット１は、大規模な厨房において使用され、特に調理蒸気から発生する臭いを除去するため又は油脂の付着を低減するために用いられる。
【００４２】
放射ユニット１は、石英ガラス製の放射管３を含むＵＶ放射器２を備えている。ＵＶ放射器２は、定格出力５００Ｗ、定格ランプ電流２．５Ａ、発光部長さ１０００ｍｍ、発光部の管の外径２４ｍｍを有する。放射管３の外壁には防水性及び防汚性のコーティング４が設けられており、当該コーティング４は放射管３の放射面を完全に覆っている。なお、コーティング４は有機物質を含まない。
【００４３】
放射管３の外壁にコーティングを形成するために、５０体積％エタノール、４９体積％二酸化ケイ素ナノ粒子（平均粒径５０ｎｍ）、１体積％２‐ブタノンの組成を有する二酸化ケイ素ナノ粒子のエタノール分散液が使用される。エタノール分散液は放射管３の外壁に手動で塗布され、ここで、外壁の平均粗面度Ｒａは０．２５μｍである。これに代えて、分散液を外壁にスプレー塗布してもよい。続いて、放射管３が２４時間室温で乾燥されることにより、コーティング４が形成される。コーティング４の形成された放射管３の平均粗面度Ｒａは０．０２μｍである。コーティング４の層厚さは１２０ｎｍである。
【００４４】
本発明の放射ユニットの別の実施例によれば、コーティング４は、平均粒径７５ｍｍの二酸化チタンナノ粒子から形成される。
【００４５】
図２には、本発明の放射ユニット１０の第２の実施例の断面図が示されている。ここでの放射ユニット１０は、石英ガラス製の外管１２によって包囲された円筒状の放射器１１を備えている。ここでの放射ユニット１０は図示されていない水処理施設での使用に適している。
【００４６】
円筒状の外管１２上に、二酸化ケイ素ナノ粒子を用いて形成された防水性及び防汚性のコーティング１３が設けられている。コーティングの形成された放射管の表面の平均粗面度は０．００７μｍである。
【００４７】
例１
比較対照のために、本発明の図１の放射ユニットを備えたレンジフード（厨房換気装置）と、同等の構造の従来の放射ユニットを備えた別のレンジフードとを使用し、後に、ランプ管の透明度を視覚的に評価した。検査結果は以下の各表の通りである。
【００４８】
結果１
【表１】
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【００４９】
結果２
【表２】
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【００５０】
コーティングを有する放射管を含む放射ユニットは、長期の動作時間にわたって、汚染物が僅かしか付着しないか又は全く付着しなかった。コーティングを有する放射管は、動作時間２０００時間を経過した後も、明るく透明であった。
【００５１】
例２
比較対照のために、石英プレートの一部に二酸化ケイ素ナノ粒子をコーティングし、水との接触角を測定した。検査結果は以下の表の通りである。
【００５２】
【表３】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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