(57)【要約】【課題】安価で単純な単管からなる放電管を用いて、気体や液体などの流体処理を効率よく行う。【解決手段】流体処理装置１は、それぞれ放電媒体が封入された中空単管からなる複数の放電管２１により構成された放電管ユニット２０であって、少なくとも３本以上の互いに略平行な複数の放電管２１を、略同一円周上に配置してなる放電管ユニット２０と、前記放電管ユニット２０の内周に沿って配置された第１導体３０と、前記放電管ユニットの外周を覆うように配置された第２導体４０とを備え、両導体３０、４０間に高電圧を印加すると、個々の放電管２１内で誘電体バリア放電が生起し、放電管２１に封入された放電媒体特有の紫外線を放射する。複数の放電管２１は略同一円周上に配置されているので、これら放電管２１により囲まれた略円筒状の空間に処理される流体を通すだけで、効率的に流体を紫外線処理できる。【選択図】図１
0003215760.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ放電媒体が封入された直線状の中空単管からなる複数の放電管により構成された放電管ユニットであって、少なくとも３本以上の前記放電管を、互いに略平行に略同一円周上に配置してなる放電管ユニットと、
前記放電管ユニットを構成する前記複数の放電管を挟んで対向するように配置された第１導体及び第２導体と
を備え、前記第１導体及び前記第２導体間に電圧が印加されるように構成された流体処理装置。
【請求項２】
それぞれ放電媒体が封入された直線状の中空単管からなる放電管複数の放電管により構成された放電管ユニットであって、少なくとも３本以上の前記放電管を、互いに略平行に略同一円周上に配置してなる放電管ユニットと、
前記放電管ユニットの内周に沿って配置された第１導体と、
前記放電管ユニットの外周を覆うように配置された第２導体と
を備え、前記第１導体及び前記第２導体間に電圧が印加されるように構成された流体処理装置。
【請求項３】
処理すべき流体を通す流体導通管を更に備え、
前記放電管ユニットを構成する前記複数の放電管は、該流体導通管の周囲を囲むように配置され、
前記流体導通管の外周と前記放電管ユニットの内周の間隙に、透光性の前記第１導体を配置することを特徴とする請求項２に記載の流体処理装置。
【請求項４】
前記放電管は、前記放電媒体として、希ガス、ハロゲン、又は、希ガス及びハロゲンガスの組み合わせを封入したものである請求項１乃至３の何れかに記載の流体処理装置。
【請求項５】
前記第１導体及び前記第２導体は、前記放電管ユニットを構成する個々の前記放電管において、前記略同一円周の円周方向に対向するように配置され、且つ、該第１導体及び該第２導体の距離が、該放電管ユニットの内周側においてその外周側よりも短くなるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
【請求項６】
前記第１導体及び前記第２導体間に５００Ｈｚ前後の交流電圧を印加したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の流体処理装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、紫外線を用いた流体処理装置に関し、特に紫外線光源としてエキシマランプを用いたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紫外線を用いて液体や気体等の流体に対して殺菌等の処理を施す流体処理装置が知られる。流体処理装置において、紫外線の光源としてエキシマランプを用いるものがあった。流体処理装置に適用されるエキシマランプの例として、例えば、特開２０１７‐１８８２６４号公報には、二重管の内管に液体を流し、二重管の外面に対向電極を配置し、この間に高電圧を印加して、エキシマ放電を起こさしめ、紫外線を放射して液体を処理するものを開示している。また、別の例として、特開２０１５−０５３２７９号公報には、扁平管の外面に対向電極を配置して、エキシマ放電を起こすものが記載されている。また、別の例として、特開２０１０−２１８８３３号公報には、同心円筒の二重管の内管内と外管の外面とに電極を配し、この間に高電圧を印加しエキシマ放電を起こすものが記載されている。
【０００３】
しかしながら、これらの従来技術において、エキシマランプとして二重管からなる放電管を適用する場合は、放電管の構造が複雑であること、或いは、放電管の加工が簡単ではなく、コストが高いことといった問題がある。また、放電管構造が扁平のものは、耐圧的に弱く、管材料肉厚を厚くする必要があるなどの欠点を有する。
【０００４】
上記の従来例に示したような複雑な構造の放電管でなく、安価で単純な円筒型の放電管を用いて液体等の流体を処理する装置としては、例えば、特開平１０−０１５５４６号に、導管を流れる流体中に複数本の単管形状殺菌ランプを配し、導管の外部に駆動コイルを巻回し、該駆動コイルに高周波電流を印加して、電磁結合により、殺菌ランプを一括放電させるものが開示されている。
【０００５】
しかし、この構成において、駆動コイルのエネルギーを効率よく殺菌ランプ内の放電プラズマに伝送するためには、数百ｋＨｚ以上の高い周波数の電流でコイルを駆動する必要があり、この高周波故に周辺への電磁波の漏れ拡散による電磁波障害や、殺菌ランプへのエネルギー伝送効率の低下などの欠点を有する。また、この構成においては水銀の紫外線放射を利用したものが多く、殺菌ランプの破損の場合などには、水銀による環境汚染などを来すことになる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、二重管や扁平管など高価で構造の複雑な放電管でなく、安価で単純な単管からなる放電管を用いて、気体や液体などの流体処理を効率よく行うことができる流体処理装置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】
【０００７】
この考案は、それぞれ放電媒体が封入された直線状の中空単管からなる複数の放電管により構成された放電管ユニットであって、少なくとも３本以上の前記放電管を、互いに略平行に略同一円周上に配置してなる放電管ユニットと、前記放電管ユニットを構成する前記複数の放電管を挟んで対向するように配置された第１導体及び第２導体とを備え、前記第１導体及び前記第２導体間に電圧が印加されるように構成された流体処理装置である。
【０００８】
上記の構成からなる流体処理装置によれば、第１導体及び第２導体間に電圧が印加されると、個々の放電管内の第１導体及び第２導体に挟まれた空間において誘電体バリア放電が生起し、放電管に封入された放電媒体特有の紫外線を放射する。すなわち、放電管ユニットを構成する複数の放電管が、紫外線光源としてのエキシマランプとなる。放電管ユニットは略同一円周上に配置された複数の放電管により形成されているので、これら放電管により囲まれた略円筒形の空間に処理される流体を通すだけで、効率的に流体を紫外線処理できる。
【考案の効果】
【０００９】
この考案によれば、直線状の中空単管からなる複数の放電管を互いに略平行に略同一円周上に配置することにより放電管ユニットを形成し、前記放電管ユニットを構成する前記複数の放電管を挟んで対向するように第１導体及び第２導体を配置するという簡単な構造により、安価で単純な単管からなる放電管を用いて気体や液体などの流体処理を効率よく行うことができる、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この考案に係る流体処理装置の一例を示す斜視図。
【図２】（ａ）は図１の流体処理装置をＡ−Ａ線から見た断面図、（ｂ）は図１の流体処理装置の放電管ユニットを抽出して示す斜視図。
【図３】放電管の製造方法の一例を説明する図。
【図４】この考案に係る流体処理装置の別の例を示す断面図。
【図５】この考案に係る流体処理装置の更に別の例を示す断面図。
【図６】この考案に係る流体処理装置の更に別の例を示す断面図。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
図１は、この考案に係る流体処理装置の一例を示す斜視図であり、図２（ａ）は図１の流体処理装置をＡ−Ａから見た断面図であり、また、（ｂ）は図１の流体処理装置の放電管ユニットを抽出して示す斜視図である。図１に示す通り、流体処理装置１は、処理すべき流体を通す流体導通管１０（以下単に「導管」という）と、該導管１０の周囲に配置された複数の放電管２１からなる放電管ユニット２０と、該放電管ユニット２０の内周に配された第１導体３０（「内電極」という）と、該放電管ユニット２０の外周を覆う第２導体４０（「外電極」という）と、を備える。導管１０は、例えば石英など紫外線を透過する材料により構成される。処理すべき流体は、例えば水等の液体であってよいし、あるいは、何らかの気体であってよい。なお、複数の放電管２１はそれぞれ同様に構成されるものであり、１つの放電管にのみ符号２１を付与して、他を代表するものとする。
【００１２】
放電管２１は、例えば石英からなる直線状の中空単管であって、その両端が閉じられており、放電管２１の管内には密閉された放電空間が形成される。そして、放電管２１の該放電空間に放電媒体が封入される。図２（ａ），（ｂ）に示す通り、放電管ユニット２０は、５本の放電管２１からなり、５本の放電管２１を、導管１０の外周全体を囲むように、互いに略平行に略同一円周上に配置して構成される。すなわち、５本の放電管２１は、全体として中空の略円筒体を形成し、その略円筒体の中心に導管１０が配置される。
【００１３】
放電管２１に封入される放電媒体は、誘電体バリア放電によってエキシマを形成する放電媒体としての作用を有する発光ガスである。放電媒体は、好ましい一例として、水銀を含まない放電媒体であり、具体的には、希ガス単体、ハロゲン単体、或いは、希ガスとハロゲンガスの組み合わせであってよい。希ガスには、例えば、キセノンガス（Ｘｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）などがある。また、ハロゲンガスには、例えば、フッ素ガス（Ｆ）、塩素ガス（Ｃｌ）、ヨウ素ガス（Ｉ）、臭素ガス（Ｂｒ）などがある。
【００１４】
内電極３０は、例えば金属メッシュや導電性透光膜など、透光性の導体により構成される。内電極３０は、導管１０の外周と放電管ユニット２０の内周の間隙に配置され、放電管ユニット２０の内周の全面を覆う。また、外電極４０は、例えば金属メッシュや金属導体により構成され、放電管ユニット２０の外周の全面を覆う。すなわち、図２（ａ）の断面図に示す通り、内電極３０及び外電極４０は、５本の放電管２１の成す略同一円周の半径方向に対向し、個々の放電管２１は対向する内電極３０及び外電極４０により挟まれる。
【００１５】
内電極３０及び外電極４０は、図示しない交流電源に接続されており、内電極３０には交流の高電圧電位が印加され、外電極には対地電位ゼロの電位が印加される。一例として、内電極３０及び外電極４０の間に印加される交流電圧は、駆動周波数が５００Ｈｚ前後の交流電圧である。別の例として、内電極３０及び外電極４０の間に印加される交流電圧は、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電圧でも良い。
【００１６】
上記の構成によれば、放電管ユニット２０を構成する５本の放電管２１は内電極３０及び外電極４０に挟まれているので、個々の放電管２１内の両電極３０及び４０に挟まれた空間において、放電管壁を介した誘電体バリア放電が生起し、放電管２１に封入された放電媒体特有の紫外線を放射する。すなわち、５本の放電管２１が、紫外線光源としてのエキシマランプとなる。５本の放電管２１が導管１０の外周の全面を配置されているので、放射された紫外線は導管１０の全周から導管１０内に照射される。この紫外線により、導管１０内を流れる流体に対する処理を施すことができる。
【００１７】
例えば、放電管２１に封入された放電媒体がキセノンガス（Ｘｅ）単体である場合、放電管２１は１７２ｎｍの波長を持つ紫外線を放射し、これにより、導管１０内の流体（ガスや液体等）中に含まれる有機物を分解し、クリーンな流体とすることが出来る。また、例えば、放電管２１に封入された放電媒体が塩素ガス（Ｃｌ）の場合、放電管２１は２５８ｎｍ近傍の波長を持つ紫外線を放射し、導管１０内の流体中の細菌などを滅菌或いは殺菌することが出来る。
【００１８】
前述の通り、内電極３０及び外電極４０の間に印加される交流電圧として、駆動周波数が５００Ｈｚ前後の交流電圧を用いる場合、電離したイオンのエネルギーが比較的低く保たれ、プラズマが熱くないために、効率よくエキシマ放電を行うことが出来るという利点がある。内電極３０及び外電極４０の間に印加される交流電圧は、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電圧でも良いが、５００Ｈｚ前後の交流電圧に比べて、効率良いエキシマ放電を得ることができない。また、印加する電源として、駆動周波数が数十ｋＨｚ以上の交流電圧を用いた場合、放電プラズマが定常的に放電し、電離したイオンのエネルギーが高止まりしてしまうので、この場合も、効率よく誘電体バリア放電を行うことが出来ない。従って、本考案の流体処理装置１においては、放電プラズマが緩和しやすい５００Ｈｚ前後の駆動周波数の交流電圧を用いるのが望ましい。
【００１９】
また、放電管２１の構成例として、放電管２１の管直径をＤ[ｃｍ]、封入ガス圧をｐ[Ｐａ]とすると、Ｄとｐの積ｐＤの値を１０ｋ[Ｐａ・ｃｍ]＜ｐＤ＜１００[ｋ・Ｐａ]の範囲に設定することにより、比較的高過ぎることのない高電圧で効果的に放電をさせる放電管２１を得ることができる。ｐＤがこの値の範囲を超えると空気中で放電をしやすく、本紫外放射を用いた流体処理装置を破損する可能性が出てくる。
【００２０】
本考案によれば、二重管や扁平管などのコストのかかる構造の放電管ではなく、安価な単管からなる放電管ユニット２０を用いて、効果的に流体を処理できるようになる。また、本考案の放電管ユニット２０に用いる直線単管形状の放電管２１は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、その製造時において、複数本の単管を一続きに接続して製造する事により、複数を放電管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ・・・を、簡単な構造で同時に製作できる利点も有する。図３（ａ），（ｂ）において、複数本の単管を一続きに接続した一端部２２が排気管となり、個々の単管を接続するくびれ部分２３がガス封入封止口となる。また、本考案に係る放電管ユニット２０は、複数の放電管２１を互いに略平行に略同一円周上に配置し、その内周と外周に内電極３０と外電極４０を配置するだけのシンプルな構造であるため、加工が簡単であり、加工及び製造にかかるコストも低い。
【００２１】
また、放電管ユニット２０の外周を外電極４０で覆い、放電管ユニット２０の内周に内電極３０を配置する構成によれば、流体処理装置１の外周が対地電位と等しい又は対地電位に近い電位を配する。こうすることで、流体処理装置１の周辺機器又は流体処理装置１の収容機器に対して、高電圧側の距離が十分取りえるので、短絡事故や感電事故を防止し、安全性を高めることができる。
【００２２】
また、放電管２１に封入する放電媒体として有害な水銀を用いずに、希ガス単体、ハロゲン単体、或いは、希ガスとハロゲンガスの組み合わせを用いる構成により、低圧水銀ランプの１８５ｎｍや２５４ｎｍの放射を用いる従来の技術と比べて、放電管が破損した場合にも環境を汚染することの少ない流体処理装置を提供することができる。
【００２３】
図４及び図５は、放電管ユニット２０の別の構成例を示す断面図である。図４及び図５の例では、放電管ユニット２０は、略同一円周上に配置された６本の放電管２１からなり、放電管ユニット２０の内周に内電極３０が配置され、その外周に外電極４０が配置されている。内電極３０及び外電極４０は、個々の放電管２１の外曲面の一部に沿わせて配置される、すなわち、個々の放電管２１に沿った花弁形状となる。これにより、個々の放電管２１に接する内電極３０及び外電極４０の電極面積を広くとり、放射される紫外線量を多くする。例えば、図４の例では、とりわけ内電極３０を放電管ユニット２０の内周面（個々の放電管２１の前記内周側の外曲面）の一部に沿わせる形状とすることで、図１の例に比べて、電極面積をより広くとっている。また、図５の例では、更に、外電極４０も個々の放電管２１の外曲面に沿わせる形状とすることにより、電極面積をより一層広くとっている。図４及び図５の構成例のように電極面積を広くとることで、放電効率をより一層向上させることが出来る。
【００２４】
図６は、流体処理装置１の更に別の構成例を示す断面図である。図６に示す放電管ユニット２０は、略同一円周上に配置された６本の放電管２１を有し、個々の放電管２１において、該略同一円周の円周方向に対向するように配置された第１導体５０及び第２導体６０（以下、一対の対向電極５０及び６０という）を備える。この場合、対向電極５０及び６０は、該放電管ユニットの内周側（導管１０側）における対向電極５０及び６０間の距離Ｄ１が、その外周側の距離Ｄ２よりも、短くなるように配置される。このように、導管１０側の対向電極５０及び６０間の距離Ｄ１を、その反対側の距離Ｄ２よりも短くすることで、個々の放電管２１内において、導管１０側に沿面放電７０が収束し、導管１０内の流体への照射効率が向上する。
【００２５】
また、図６の構成例において、対向電極５０及び６０間の距離Ｄ１、及びＤ２を等しくしたとしても、導管１０内に処理すべき液体が存在する場合、電磁的誘因により個々の放電管２１内の沿面放電７０が導管１０側に収束する傾向にあり、それにより、導管１０内の液体への照射効率が向上することも、本考案の特徴である。
【００２６】
また、更に別の例として、図１、図２、図４及び図５に示すような、放電管ユニット２０の内周に内電極３０を配置し、該放電管ユニット２０の外周を外電極４０で覆う構造において、複数の放電管２１と複数の導管１０とを交互に配することにより、各導管１０内を流れる液体側に個々の放電管２１内の沿面放電が収束し、照射効率が向上する。
【００２７】
なお、放電管ユニット２０を構成する放電管２１の本数は上述の例に限定されず、何本であってもよい。しかし、導管１０の全周を囲むように略同一円周上に配置でき、導管１０内の流体を十分に照射するためには、放電管ユニット２０は、少なくとも３本以上の放電管２１を略同一円周上に配置して構成されることが好ましい。
【００２８】
以上説明したように、本考案により安価で効果的に紫外線を放射でき、且つ、環境汚染の少ない流体処理装置を提供できる。
【００２９】
以上、この考案の一実施形態を説明したが、この考案は上記実施形態に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲、及び、明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  流体処理装置、１０  導管、２０  放電管ユニット、２１  放電管、３０  内電極（第１導体）、４０  外電極（第２導体）、５０  対向電極（第１導体）、６０  対向電極（第２導体）
【図１】
0003215760.tif 000003
【図２】
0003215760.tif 000004
【図３】
0003215760.tif 000005
【図４】
0003215760.tif 000006
【図５】
0003215760.tif 000007
【図６】
0003215760.tif 000008