(57)【要約】【課題】            冷却水を従来よりも少ない流量で供給し、高価な機器を用いずに流量を適正に制御することができ、水温が２０℃以下の低い時期でも所定のランプ特性の時間変動幅を小さく維持することが可能な端部水冷型紫外線ランプ装置を提供する。【解決手段】        ランプベースを水冷する水冷機構は、ランプベースに密着させた冷却ブロック、冷却水流量を一定に保つ２種類の流量制御器、冷却水温に基づき冷却水路を開閉するサーモスタット及び電磁弁、等から構成すると共に、冷却水路は、第一の流量制御器、電磁弁、冷却ブロック、反射体をこの順序で冷却水が流通する主水路と、第一の流量制御器の通過後に電磁弁の手前で冷却水が分岐するバイパス水路を設けると共に、該バイパス冷却水路の途中に第二の流量制御器を設置した。【選択図】          図１
2009087590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に直方体状ランプベースを有する紫外線ランプと、前記ランプベースを水冷する水冷機構とを具備する端部水冷型紫外線ランプ装置において、
前記水冷機構は、配管等で包囲され内部を冷却水が流通可能に構成された冷却水路と、前記冷却水路の一部を内部に備え前記ランプベース外表面に密着させて配置され熱伝導により前記ランプベースを冷却する金属製の直方体状冷却ブロックと、前記冷却水路の一部を内部または外表面に備え前記紫外線ランプの外周の一部を囲繞し該紫外線ランプから照射される紫外線を目的の方向に反射する反射体と、前記冷却水路の途中に設けられ冷却水流量を一定に保つ第一の流量制御器と、前記冷却ブロックの外表面に密着させて配置され前記冷却ブロックの温度を検知する温度検知手段と、前記冷却水路の途中に設けられ前記温度検知手段が検知する温度に基づいて前記冷却水路を開閉する水路開閉器と、から構成すると共に、
前記冷却水路において、前記反射体は前記冷却ブロックの下流側に配置し、前記水路開閉器は前記冷却ブロックの上流側に配置し、前記第一の流量制御器は前記水路開閉器の上流側に配置して、前記第一の流量制御器、前記水路開閉器、前記冷却ブロック及び前記反射体をこの順序で繋ぐ前記冷却水路により主冷却水路を構成し、また、前記第一の流量制御器の通過後に前記水路開閉器の手前で分岐し前記反射体を通過した後の水冷配管に合流する水冷配管により構成されるバイパス冷却水路を設けると共に、該バイパス冷却水路の途中に冷却水流量を一定に保つ第二の流量制御器を設置し、さらに、前記温度検知手段は、前記冷却ブロックの外表面上の前記ランプベースが密着している面と対向する面の中央部に密着させて配置したことを特徴とする端部水冷型紫外線ランプ装置。
【請求項２】
前記バイパス冷却水路を流れる冷却水流量が前記主冷却水路を流れる冷却水流量よりも多いことを特徴とする請求項１記載の端部水冷型紫外線ランプ装置。
【請求項３】
前記第一及び第二の流量制御器は、基本的構造が円筒状で両端に開口部を有し内部に細孔部を備えると共に内部を前記冷却水が流通するオリフィスであり、前記温度検知手段はバイメタル式サーモスタットであり、前記水路開閉器は電磁弁であることを特徴とする請求項２記載の端部水冷型紫外線ランプ装置。
【請求項４】
前記第二の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積は、前記第一の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の端部水冷型紫外線ランプ装置。
【請求項５】
前記第一の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積は、前記紫外線ランプの消費電力１ワット当たり１．３×１０−３ｍｍ２以上５．０×１０−３ｍｍ２以下であり、前記第二の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積は、前記紫外線ランプの消費電力１ワット当たり７．９×１０−３ｍｍ２以上４９．１×１０−３ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項３または４記載の端部水冷型紫外線ランプ装置。
【請求項６】
前記バイメタル式サーモスタットの動作設定温度は、前記ランプベースの表面の最適温度に対して±３℃以内で選定されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の端部水冷型紫外線ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品関係で使われるカップ等の容器やシートの紫外線による殺菌に用いられる端部水冷型紫外線ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の端部水冷型紫外線ランプ装置においては、紫外線ランプの特性はランプベース温度によって支配されるため、ランプベースを水冷して適正温度に保つのが一般的であり、そのために、流量調整器により水量と水圧を制御した冷却水をランプベース内の水路に供給し、熱電対等で検出したランプベース表面温度に応じて動作する電磁弁を用いて冷却水の供給・遮断を切替え制御する方式が取られている。そのような方式が用いられているランプ装置の一例は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】登録実用新案公報第３０５９３４８号
【０００３】
一方、電子機器を搭載した各種コントローラの技術的進歩は目覚しく、所定の部位を１℃未満の温度幅で精密に制御できるコントローラも数多く登場してきている。そこで、上記従来の水冷方式において、そうした高性能の水温コントローラを用いれば、ランプベース温度を精密に制御できるため、紫外線照度等のランプ特性のバラツキを一層小さくできる。
【０００４】
しかし、一般の水道水や工業用水は通常、水温が１０〜３０℃程度、水圧が０．１〜０．２ＭＰａ程度と幅があるため、これら従来の方式では、ランプベース温度の制御のために水温コントローラが必要となったり、また、水圧と冷却水量を規定値に合わせるために圧力計と流量計が必要となったりして装置構成が複雑となると共に、装置を機能させるために別途電力供給を行なう必要性が生じ、結果的に装置が高価になり、また、殺菌処理工程に係るコストが高くなるという問題を抱えていた。
【０００５】
さらに従来は、ランプベースを２０〜４０℃程度の適正温度にするために必要な冷却水量は平均約３〜５Ｌ／ｍｉｎ程度とするのが一般的であり、省資源の目的からこの水量を減らすことが大きな課題であったが、冷却水量をそれよりも減少させた場合にランプ特性等にどのような影響があるのか確認されていなかったこともあり、従来よりも冷却水量の少ない端部水冷型紫外線ランプ装置はこれまでに提供されなかった。（Ｌは「リットル」で容積に単位。以下同じ。）
【０００６】
そこで、発明者はまず、冷却水として一般の水道水や工業用水を従来よりも少ない量で装置に供給し、しかも高価な計測器や電子機器を用いずに冷却水量を適正に制御して所定のランプ特性を発揮させることが可能な端部水冷型紫外線ランプ装置として、図７に示すような構成及び配管経路を有する装置を検討した。
【０００７】
端部水冷型紫外線ランプ装置７０では、冷却ブロック５３を冷却しすぎると紫外線照度等の特性のバラツキが増大することが経験的に知られていたため、上記装置の冷却水路５９においては、反射体５４を冷却ブロック５３の上流側に配置することにより、冷却水が先に反射体５４の内部または外表面近傍を通過してランプからの熱で幾分温められた後、冷却ブロック５３の内部に流入するようにした。
【０００８】
流量制御器５６は、基本的構造が円筒状で両端に開口部を有し内部に細孔部を備えると共に内部を前記冷却水が流通するオリフィスを使用した。また前記冷却水は、水温１０℃以上３０℃以下、水圧０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下の条件を備える通常の水道水を同装置に供給することとした。この時、冷却水路５９を流れる冷却水の流量は０．５５〜０．８０Ｌ／ｍｉｎであった。
【０００９】
紫外線照射窓直下４０ｍｍにおける紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ２）とランプベース温度（℃）を測定し、それぞれ左縦軸、右縦軸に取り、横軸に経過時間（ｍｉｎ）を取り、水温１０℃、水圧０．１及び０．２ＭＰａの場合についてそれぞれの数量の経時変化（測定例）をグラフで示すと、図８の通りであった。
【００１０】
図８に示されているように、先に反射体５４の内部または外表面近傍を経由した後、冷却ブロックに流入する経路を辿る冷却水路を採用する場合は、紫外線照度の時間変動幅（最大値と最小値の幅）は、供給する冷却水の水温が高くなるにつれて小さくはなったが、水温２０℃以下の場合は変動幅が１０数％以上もあり、冷却水を多量に供給する従来の装置と比べてあまり改善されていないことが判明した。
【００１１】
そこで、発明者は、供給する冷却水の大部分は冷却ブロックを経由しないバイパス回路で流し去ると同時に、残りの少流量の冷却水を冷却ブロックに直接流入させて緩やかに水冷すると、紫外線照度は高い値が長時間維持されると共に、その時間変動幅が小さくなることを見出して、本発明を構築するに至ったものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、冷却水として一般の水道水や工業用水を用いると共に、これを従来よりも少ない流量で装置に供給し、また高価な計測器や電子機器を用いずに冷却水流量を適正に制御することができ、冬季など、水温が２０℃以下の低い時期においても所定のランプ特性を時間変動幅を小さく維持することが可能な端部水冷型紫外線ランプ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】
【００１３】
請求項１に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置は、端部に直方体状ランプベースを有する紫外線ランプと、前記ランプベースを水冷する水冷機構とを具備する端部水冷型紫外線ランプ装置において、
前記水冷機構は、配管等で包囲され内部を冷却水が流通可能に構成された冷却水路と、前記冷却水路の一部を内部に備え前記ランプベース外表面に密着させて配置され熱伝導により前記ランプベースを冷却する金属製の直方体状冷却ブロックと、前記冷却水路の一部を内部または外表面に備え前記紫外線ランプの外周の一部を囲繞し該紫外線ランプから照射される紫外線を目的の方向に反射する反射体と、前記冷却水路の途中に設けられ冷却水流量を一定に保つ第一の流量制御器と、前記冷却ブロックの外表面に密着させて配置され前記冷却ブロックの温度を検知する温度検知手段と、前記冷却水路の途中に設けられ前記温度検知手段が検知する温度に基づいて前記冷却水路を開閉する水路開閉器と、から構成すると共に、
前記冷却水路において、前記反射体は前記冷却ブロックの下流側に配置し、前記水路開閉器は前記冷却ブロックの上流側に配置し、前記第一の流量制御器は前記水路開閉器の上流側に配置して、前記第一の流量制御器、前記水路開閉器、前記冷却ブロック及び前記反射体をこの順序で繋ぐ前記冷却水路により主冷却水路を構成し、また、前記第一の流量制御器の通過後に前記水路開閉器の手前で分岐し前記反射体を通過した後の冷却水路に合流する冷却水路により構成されるバイパス冷却水路を設けると共に、該バイパス冷却水路の途中に冷却水流量を一定に保つ第二の流量制御器を設置し、さらに、前記温度検知手段は、前記冷却ブロックの外表面上の前記ランプベースが密着している面と対向する面の中央部に密着させて配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置は、請求項１に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置において、前記バイパス冷却水路を流れる冷却水流量が前記主冷却水路を流れる冷却水流量よりも多いことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置は、請求項２に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置において、前記第一及び第二の流量制御器は、基本的構造が円筒状で両端に開口部を有し内部に細孔部を備えると共に内部を前記冷却水が流通するオリフィスであり、前記温度検知手段はバイメタル式サーモスタットであり、前記水路開閉器は電磁弁であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置は、請求項３に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置において、前記第二の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積は、前記第一の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置は、請求項３または４に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置において、前記第一の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積は、前記紫外線ランプの消費電力１ワット当たり１．３×１０−３ｍｍ２以上５．０×１０−３ｍｍ２以下であり、前記第二の流量制御器を構成するオリフィスの細孔部の断面積は、前記紫外線ランプの消費電力１ワット当たり７．９×１０−３ｍｍ２以上４９．１×１０−３ｍｍ２以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置は、請求項３、４または５のいずれかに係る本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置において、前記バイメタル式サーモスタットの動作設定温度は、前記ランプベースの表面の最適温度に対して±３℃以内で選定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明においては、水冷機構の冷却水路において、水路開閉器は冷却ブロックの上流側に配置し、また第一の流量制御器の通過後に該水路開閉器の手前で分岐するバイパス冷却水路を設けると共に、該バイパス冷却水路の途中に第二の流量制御器を設置したので、水温２０℃以下の冷却水を供給した場合でも、冷却ブロックの一時的な急冷のためにランプベース温度が急冷されて紫外線照度ばらつきが増幅することがない。
【００２０】
また、水冷機構の冷却水路において、反射体は冷却ブロックの下流側に配置したので、照射器内の温度が高くなり過ぎてランプベースの冷却が不十分になり紫外線照度の絶対値の低下を招く恐れがない。さらに、水冷機構の冷却水路において、温度検知手段は、冷却ブロックの外表面上の、ランプベースが密着している面と対向する面の中央部に密着させて配置したので、冷却水温の変動に対する追随性が高く、紫外線照度の変動幅を小さく保つことができる。
【００２１】
請求項２に係る発明においては、冷却水流量は、主冷却水路よりもバイパス冷却水路の方が多くなるようにしたので、水道水をそのまま供給しても、冷却目的のランプベースを冷却しすぎることがなく、また一時的な流量の急変動を招くこともなく、流量制御器を用いて穏やかに流量制御でき、従って紫外線照度の変動幅を小さく保つことができる。
【００２２】
請求項３に係る発明においては、第一及び第二の流量制御器がオリフィスであり、温度検知手段がバイメタル式サーモスタットであり、水路開閉器が電磁弁であるので、電力消費が嵩む付帯設備を必要とせず、安価な端部水冷型紫外線ランプ装置を提供できる。
【００２３】
請求項４に係る発明においては、バイパス冷却水路の途中に設けるオリフィスの細孔部の断面積を主冷却水路上に設けるオリフィスのそれよりも大きく設定したので、バイパス冷却水路に優先的に冷却水を流すことができ、冷却目的のランプベースを冷却しすぎることがなく、また一時的な流量の急変動を招くこともなく、流量制御器を用いて穏やかに流量制御でき、従って紫外線照度の変動幅を小さく保つことができる。
【００２４】
請求項５に係る発明においては、第一及び第二の流量制御器は、その細孔部の断面積を紫外線ランプの消費電力１ワット当たりで所定範囲内に限定したので、冷却水は水温１０℃以上３０℃以下、水圧０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下の水を使用しても、ランプベースを適正な温度に保つことができ、従って、紫外線照度をできるだけ高い値で長時間変動幅が小さく維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、図面を参照して本願に係る発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置の最良の装置構成を説明するための模式的斜視図、図２は、同装置における最良の冷却水配管経路を、同装置の平面図上で模式的に示す図である。図３は同装置の長手方向に垂直な断面における概略構造図である。
【００２６】
端部水冷型紫外線ランプ装置２０において、１は例えば長尺Ｕ字型紫外線ランプであり、同ランプが２灯装着され、それぞれが端部に直方体状のランプベース２を有している。３は例えば金属製で内部に冷却水通路を有する直方体状冷却ブロックであり、ランプベース２の一つの側面（例えば上面）に密着させて配置されている。ランプベース２と冷却ブロック３の全体形状は、厳密に直方体である必要はなく、少なくとも１組の互いに平行な２つの面を有しており、全体として概略、直方体状であればよい。頂部や陵部が丸みを帯びていたり、一部に曲面を有していてもよい。なお、図２の経路図では、紫外線ランプ１の、実際は２本に分離しているＵ字状管球部は、表示の煩雑さを避けるため、一体的に描いてある。（図７についても同様。）
【００２７】
４は、紫外線ランプ１から放射される紫外線を紫外線照射窓１５の方向に照射する反射板から成る反射体で、紫外線ランプ１の周囲の、紫外線照射窓１５とは対向しない側を包囲している。また、反射体４の背面上には、紫外線ランプ１からの輻射熱による温度上昇を防ぐために、冷却水配管８が反射体４の長手方向に伸在させて密着して配置してある。図１に示す例では、冷却水配管８は反射体４の背面上で“コの字”を描くように配置されている。反射体４は、内部に冷却水通路を有するように構成してもよい。冷却水は、反射体４の内部またはその近傍を通過する際に、紫外線ランプ１からの輻射熱を受けて加温される。紫外線ランプ１と反射体４とは、図３に示すように、幾分距離が隔てられている。
【００２８】
５は冷却水路を開閉する水路開閉器としての電磁弁であり、６は冷却水流量を一定に保つ第一の流量制御器としてのオリフィスである。７はバイメタル式サーモスタットであり（「バイメタルサーモスタット」とも称する）、温度変化によりバイメタルが変位することを利用し、予め設定した温度、例えば、ランプベース２の保持すべき温度になった時、自動的に接点が開路または閉路する特性を有するものであり、冷却ブロック３の表面が予め設定した温度に到達したかどうかを検知する温度検知手段としての役割を果たしている。バイメタル式サーモスタット７は、信号線３１により電磁弁５と連絡し、冷却ブロック表面が予め設定した温度以上になった時、電磁弁を開放し、そうでない時、これを閉鎖する信号を電磁弁へ送る。
【００２９】
冷却水配管８は、冷却水導入口１１、オリフィス６、電磁弁５、冷却ブロック３、反射体４、及び冷却水排出口１２をこの順序で繋ぎ、冷却ブロック３内部の冷却水通路、反射体４の、背面上の冷却水配管または内部の冷却水通路、とそれぞれ連通し合うことによって１本の主冷却水路９を構成している。矢印は冷却水の流れの方向を示し、冷却水は筐体１０の外側の冷却水導入口１１から取り入れられ、冷却水排出口１２から排出される。そして、冷却水の流れの方向で見ると、この主冷却水路上で、反射体４は冷却ブロック３の下流側に、電磁弁５は冷却ブロック３の上流側に、オリフィス６は電磁弁５の上流側にそれぞれ配置される。
【００３０】
また、本発明の装置では更に、オリフィス６と電磁弁５を繋ぐ冷却水配管８の途中の部位Ｐにおいて分岐し反射体４の下流側に連通している冷却水配管８の途中の部位Ｑにおいて合流するバイパス冷却水路１９を形成する冷却水配管１８を設けている。冷却水配管１８の途中には、冷却水流量を一定に保つ第二の流量制御器としてのオリフィス１６が設けてある。冷却水の大部分は冷却ブロック３を経由しないでバイパス冷却水路１９で優先的に流し去ると共に、残りの少ない流量の冷却水を冷却ブロック３に流入させてこれを緩やかに冷却している。
【００３１】
オリフィス６及び１６は、内部の基本的構造がいずれも同じであって、同径の２つの主要な円筒部とその両者の間に位置する細孔部とが同軸上で配列されたほぼ円筒状の構造体を選択し、例えばＳＵＳ３０４等の金属製無垢棒を材料にして同軸的に穿孔加工して容易に製作することができる。その内部には、冷却水の流れの断面積を減少させるための細孔部を設けてある。オリフィス６及び１６は、それぞれ、主冷却水路９及びバイパス冷却水路１９の所要の冷却水流量に応じて、適宜細孔部の断面積が選択される。
【００３２】
オリフィス６及び１６は、中心軸を含む断面の基本的な構造が同じで、図４に示すような構造を有する。ここで、内奥の細孔部２１（以下、「オリフィス孔」という）の内径をｄＯ、その前後の円筒部２２、２３の内径をｄＣとする。
【００３３】
オリフィス孔の断面積は、本発明の端部水冷型紫外線ランプ装置に使用される紫外線ランプの消費電力１ワット当たりで表示する時、オリフィス６については、１．３×１０−３〜５．０×１０−３ｍｍ２であることが好ましい。オリフィス１６については、７．９×１０−３〜４９．１×１０−３ｍｍ２であることが好ましい。紫外線ランプに例えばランプ電力２００Ｗのものを２灯使用する場合、オリフィス６及び１６のオリフィス孔の断面積はそれぞれ、０．５〜２．０ｍｍ２及び３．２〜２０ｍｍ２となる。
【００３４】
円筒部の内径ｄＣが４ｍｍの場合、オリフィス孔の断面積とオリフィスを通過する水の流量との間には、図５に示すような関係があることが知られているので、オリフィス６及び１６を通過する水の流量はそれぞれ、０．４〜１．２５Ｌ／ｍｉｎ及び１．４〜１．５Ｌ／ｍｉｎとなる。オリフィス６と１６を通過する水の流量の差は、最大約４倍程度にも及ぶ。
【００３５】
なお、本発明の装置では、オリフィスは円筒部の内径ｄＣが４ｍｍまたは５ｍｍのものを使用する。また、冷却水は水温１０℃以上３０℃以下、水圧０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下の水を使用する。
【００３６】
なお、オリフィス６は実際には、前記細孔部の前後に、穿孔加工や冷却水配管との接続の都合上、逃げのために内径が幾分拡大された円筒部や、ねじ溝が切られた内壁を有していて、内部構造が若干複雑になっているものが使用されるが、こうした側面は本発明の本質には影響しない。図４でも詳細な構造は省略している。本発明では、オリフィスの細孔部を通過する冷却水流が該細孔部の前後でオリフィスを構成する主要な円筒部を通過していればよい。
【００３７】
冷却水の流れに沿って本発明の装置における作用を説明すると、冷却水導入口１１から取り入れた冷却水は、冷却水配管８内を流動して本発明の装置２０に流入すると、まずオリフィス６を通過することによって所定流量に削減される。その後、電磁弁５に至る冷却水配管８の途中に設けられた分岐点で、大部分が分岐し冷却水配管１８に流入する。冷却水配管１８内の流量はオリフィス１６によって所定流量に制御されている。なお、冷却水配管１８（バイパス冷却水路１９）内には絶えず冷却水が流通している。
【００３８】
一方、電磁弁５の方向に向かった冷却水は、電磁弁５を通過後、まず最初に冷却ブロック３に流入し、冷却ブロック３に密着するランプベース２を冷却する。その後、反射体４の表面近傍をその長手方向に沿って一往復するように通過する際に、反射体４を直接的に、また、紫外線ランプ１を間接的に冷却する。次いで、冷却水は反射体４を離れた後、冷却水配管８内を流動して、オリフィス１６を通過した後の冷却水配管１８内の冷却水と合流し、冷却水排出口１１から排出される。
【００３９】
ランプベース２の温度制御は次のようにして行なわれる。紫外線照射のため点灯させたランプからの熱で冷却ブロック３の温度が上昇し、ランプベース２の保持すべき設定温度を超えると、冷却ブロック３の側面に取り付けられたバイメタル式サーモスタット７が変位し、その信号が信号線３１（図示せず）を伝わって電磁弁５を開放させ、オリフィス６を冷却水が通過することによって、規定圧力下で一定量の冷却水が流れる。
【００４０】
その後、冷却ブロック３の温度が下降し上記設定温度を下回ると、バイメタル式サーモスタット７が元の形態に戻り、その信号が信号線３１を伝わって電磁弁５を閉鎖し、冷却水の流れが停止する。
【００４１】
以上の動作が繰り返されることにより、冷却ブロック３の温度が所定の設定温度近辺に保持される。その温度の変動幅は、概ね１０℃以内であり、電子機器を搭載した水温コントローラを用い精密に温度制御することが可能な前記従来の温度制御システムに比べれば大きいが、下記に説明する通り、紫外線照度の変動にはほとんど影響しない。
【００４２】
冷却ブロック３に流入する冷却水は、装置２０内に流入後は何も加温されることなく直接に流入するので、冷却ブロック３を冷却しすぎることになる。また、その先の流路に接触している反射体４もさらに冷却され、紫外線ランプ１がますます冷涼な環境下に置かれることとなる。このため、先に冷却ブロック３に流入し次に反射体４を経由する冷却水流路を採用する場合は、前記背景技術の項に記載の通り、紫外線照度等の特性のバラツキ増大をもたらす可能性がある。そこで、これを避けるため、本発明の装置２０では、主冷却水路９上のオリフィス６よりも断面積の大きいオリフィス１６を備えたバイパス冷却水路１９に優先的に冷却水を流通させ、主冷却水路９を流通する冷却水の流量を極力抑制している。
【００４３】
本発明の紫外線ランプ装置においては、上記の冷却水経路構成を採用することによって、水温１０℃以上３０℃以下、水圧０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下の通常の水道水や工業用水を使用しても、水温が２０〜３０℃の場合は、紫外線照度のバラツキはほとんど観測されず、また水温が１０℃台の場合でもバラツキが５〜７％ないしそれ以下に抑えられるという、極めて優れた効果が得られる。
【００４４】
冷却水経路構成としては、（１）前記従来例の説明で示した、冷却水の流路が反射体→冷却ブロックの順序であり、バイパス経路を有しない場合、（２）本発明の構成である、冷却水の流路が冷却ブロック→反射体の順序であり、バイパス経路を有する場合、の他に、（３）冷却水の流路が冷却ブロック→反射体の順序であり、バイパス経路を有しない場合と、（４）冷却水の流路が反射体→冷却ブロックの順序であり、バイパス経路を有する場合、を合わせて４通りの構成が考えられる。
【００４５】
これらのうち、まず（３）の構成については、紫外線照度のバラツキが常に２０％を超える状況をもたらすことを確認しており、紫外線殺菌効果の点で実用的でなく、採用できない。また（４）の構成については、反射体の内側の雰囲気温度が７０℃以上となり、（１）、（２）、（３）の場合より１５℃以上高いことを確認している。これは、反射体近傍を流通する冷却水の流量が減少するため、反射体の冷却が不十分となることによると推測されるが、装置構成部材の熱変形をもたらす恐れが高く好ましくない。
【実施例１】
【００４６】
本発明の装置の実施例におけるランプベースの温度制御の、より具体的な状況とその時のランプ特性への効果を説明する。図１に示す本実施例の紫外線ランプ装置２０は、筐体１０がＳＵＳ３０４製で概略箱型形状であり、その要部寸法を長さ８５０ｍｍ×幅２３０ｍｍ×高さ１３０ｍｍとした。紫外線照射窓１５の開口寸法は６２０ｍｍ×１３０ｍｍとした。紫外線ランプ１は発光管形状が長尺Ｕ字型で有効発光長約６２０ｍｍ、ランプ電力２００Ｗ、端部水冷型のものを水平姿勢で２灯並列配置して使用した。２灯のランプ１の端部にはそれぞれアルミニウム製角型ランプベース２を有し、いずれも冷却ブロック３の同一の面に側面（図１では下面）を接触させて配置してある。このランプは、定格点灯時にランプベース温度が３５℃近辺に保たれることが望ましく、その条件下で紫外線照射窓の中央直下４０ｍｍの距離における紫外線照度が６５ｍＷ／ｃｍ２以上確保されるように設計されている。
【００４７】
反射体４は、図３に示すように、アルミニウム製で断面が概略コの字型形状を有し、紫外線ランプ１の長尺Ｕ字型発光管部分の下面側以外の周囲を包囲するように配置した。
【００４８】
冷却ブロック３はＳＵＳ３０４製で概略直方体形状であり、その１つの面がランプベース２の１つの面全体に接触する大きさで、長さ１５０ｍｍ×幅１３０ｍｍ×高さ３０ｍｍの寸法とした。また、その内部に内径１２ｍｍ、総延長約２５０ｍｍの冷却水用貫通路を有する構造とした。バイメタル式サーモスタット７は、サーモスタットが温度上昇により接点が閉じる常時開路型で温度４０℃で動作する仕様のものを使用し、紫外線ランプからの紫外線照度の変動が最も少ない設置場所の検討に基づき、冷却ブロック３の外表面のうちランプベース２が密着している面とは反対側の背面に密着させて固定した。電磁弁５は、一般に広く用いられているもので、寸法形状が装置に適するものを適宜選択して使用し、バイメタル式サーモスタット７と信号線３１で結線した。
【００４９】
冷却水配管８は内径４ｍｍのフッ素化合物樹脂製パイプから構成し、冷却水導入口１１、オリフィス６、電磁弁５、冷却ブロック３、反射体４、冷却水排出口１２をこの順序で繋ぐように配置した。また、オリフィス６と電磁弁５を繋ぐ冷却水配管８の途中の部位Ｐにおいて分岐し反射体４と冷却水排出口１２を繋ぐ冷却水配管８の途中の部位Ｑにおいて合流する冷却水配管１８を配置し、冷却水配管１８の途中にオリフィス１６を配置した。なお、反射体４の部分では、その上側背面に密着させて配置し上流側及び下流側をそれぞれ冷却水配管８に連通させたＳＵＳ製角パイプ内を冷却水が流通するように構成した。
【００５０】
オリフィス６はＳＵＳ３０４製で内部の実質的形状が円筒体の組合せで構成され、例えば全長が３１ｍｍで、そのうち内奥の細孔部２１が内径（ｄＯ）１ｍｍ、長さ１ｍｍ、その前後の円筒部２２、２３が内径（ｄＣ）４ｍｍ、長さ１５ｍｍの構造のものを使用した（図４参照）。この時、細孔部２１の断面積は０．７９ｍｍ２、円筒部２２、２３の断面積は１２．６ｍｍ２で、前者と後者の断面積比は０．０６２であった。
【００５１】
冷却水は、水温１０〜３０℃、水圧０．１〜０．２ＭＰａの水を冷却水導入口１１から供給した。冷却水流量は、電磁弁５が開き、主冷却水路９、バイパス冷却水路１９いずれにおいても冷却水配管８及び１８全体に冷却水が流通している状態で測定すると０．５５〜０．８０Ｌ／ｍｉｎであった。この時、紫外線照射窓１５の中央直下４０ｍｍの距離における紫外線照度はそれぞれの条件において、一定時間内における紫外線照度の最大値と最小値、及びそのバラツキ（＝（最大値と最小値の差）／最大値×１００）が表１に示す通りであった。
【００５２】
【表１】
2009087590.tif 000003
【００５３】
上記紫外線照度値は、従来の装置の場合の結果（表２）と比較すると、照度値自体は最大で１０ｍＷ／ｃｍ２程度高い数値であり、そのバラツキも申し分ない小ささであった。また、上記冷却水流量は従来の流量約３〜５Ｌ／ｍｉｎに比べて大幅に少ない量であるが、これだけ流量を減少させても端部水冷型紫外線ランプ装置の特性に対して何ら悪影響を及ぼさないことが確認できた。
【００５４】
オリフィス孔の断面積が上記実施例以外でも、０．５〜２．０ｍｍ２であれば同様の効果がある。本発明では、ランプ特性と冷却水流量との関係に重点を置いて、紫外線照度ができるだけ大きく、かつそのバラツキができるだけ小さくなるようにその断面積値を適宜選択すればよい。
【００５５】
ところで、本発明の装置では、使用する冷却水は水温１０〜３０℃、水圧０．１〜０．２ＭＰａの水である。そこでまず水圧に関しては、水道水の水圧は通常０．１〜０．２ＭＰａ程度であるから、水道水をそのまま使用できる。水圧がこの範囲外の時は、冷却水流量の過少や過多を招き、適切でない。一方、水温に関しては、水道水をそのまま使用すると、季節等の条件によっては本発明の装置に適した範囲から外れる場合がある。水温は５℃前後でもなお本発明の効果があるが、０℃近辺ないしそれ未満の時は紫外線照度が過少となり、また３０℃を超える時はランプベース温度が４０℃を大幅に超え冷却が不十分となり、いずれも適切でない。
【００５６】
紫外線照射窓直下４０ｍｍにおける紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ２）とランプベース温度（℃）を測定し、それぞれ左縦軸、右縦軸に取り、横軸に経過時間（ｍｉｎ）を取り、水温が１０℃で水圧が０．１及び０．２ＭＰａの場合、それぞれの数量の経時変化（測定例）をグラフで示すと、図６の通りであった。
【００５７】
図６に示されているように、紫外線照度は経時変化で見た場合も、いずれの水圧についても、照度値自体が常に７０ｍＷ／ｃｍ２を超える高い水準にあり、またバラツキが５〜７％以内に収まっていた。一方、ランプベース温度も、目的の３５℃を中心に変動しており、３０〜４６℃の範囲に収まっていて良好に温度制御がなされていた。
【００５８】
以上説明したように、本発明によれば、水冷機構を、冷却ブロック、バイメタル式サーモスタット、電磁弁、オリフィス及びそれらを繋ぐ水冷配管という比較的安価で消費電力の少ない器材で構成し、また、冷却水流量を従来よりも大幅に減らしても、十分に所定の紫外線照射性能を有する端部水冷型紫外線ランプ装置を提供することができる。
【００５９】
＜比較例１＞
従来技術による装置である端部水冷型紫外線ランプ装置７０について、比較例として以下に説明する。図７は、装置７０における冷却水配管経路を、装置７０の平面図上で模式的に示した図である。装置７０は、寸法・形状・材質等の仕様が、図１、図２に示される前記説明の本発明の実施例の端部水冷型紫外線ランプ装置２０と同じ部材を使用して構成され、冷却水配管経路だけが同装置２０と異なる装置であって、紫外線ランプ５１は発光管形状が長尺Ｕ字型で有効発光長約６２０ｍｍ、ランプ電力２００Ｗで端部にアルミニウム製角型ランプベース５２を有するものを２灯使用し、両者並列に水平姿勢で配置した。反射体５４は、紫外線を目的の方向に照射し紫外線ランプ５１の外周の一部を囲繞して成るアルミニウム製反射板を備える。６０は筐体である。
【００６０】
ランプベース５２を水冷する水冷機構は、内部を冷却水が流通しランプベース５２の外表面に密着させて配置され熱伝導によりランプベース５２を冷却するＳＵＳ３０４製冷却ブロック５３と、冷却水流量を一定に保つ流量制御器であるオリフィス５６と、冷却ブロック５３の外表面に密着させて配置され冷却ブロック５３の内部を流通する冷却水の温度を検知する温度検知手段であるバイメタル式サーモスタット５７と、バイメタル式サーモスタット５７が検知する温度に基づいて冷却水路を開閉する電磁弁５５と、及び、冷却水導入口６１、反射体５４、冷却ブロック５３、電磁弁５５、オリフィス５６、冷却水排出口６２をこの順序でそれぞれ繋ぎ内部を冷却水が流通する冷却水配管５８（冷却水路５９）と、から構成した。この場合の冷却水路５９においては、反射体５４を冷却ブロック５３の上流側に配置することにより、先に反射体５４の内部または外表面近傍を通過してランプからの熱で幾分温められた冷却水が冷却ブロック５３の内部に流入するようにした。
【００６１】
ここで、オリフィス５６は、基本的構造が両端に開口部を有し内部を前記冷却水が流通する円筒状構造体であって、その内部に細孔部を有し、前記細孔部の断面積が紫外線ランプ５１の消費電力１ワット当たり１．３×１０−３ｍｍ２以上５．０×１０−３ｍｍ２以下であり、例えばＳＵＳ３０４等の金属製の無垢棒を材料に同軸的に穿孔加工して製作した。流量は０．４〜１．２５Ｌ／ｍｉｎとすることが可能である。
【００６２】
また前記冷却水は、水温１０℃以上３０℃以下、水圧０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下の条件を備える通常の水道水を、０．５５〜０．７８Ｌ／ｍｉｎの流量でこの装置に供給した。
【００６３】
紫外線照射窓６５の中央直下４０ｍｍの距離にて測定した紫外線照度はそれぞれの条件において、一定時間内における紫外線照度の最大値と最小値、及びそのバラツキ（＝（最大値と最小値の差）／最大値×１００）が表２に示す通りであった。
【００６４】
【表２】
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【００６５】
表２、及び紫外線照度とランプベース温度の経時変化を示す前出図８から分かるように、先に反射体５４の内部または外表面近傍を経由した後、冷却ブロック５３に流入する経路を辿る従来の冷却水流路を採用した場合、紫外線照度の時間変動幅が水温の上昇と共に減少する傾向があり、水温３０℃の時は、冷却ブロック→反射体の順序で冷却水が流通する本発明の装置（但し、バイパス経路あり）の場合とあまり差がない変動幅であったが、水温が下がり２０℃以下になると、変動幅が１０数％以上（中には２０％以上）のケースもあり、殺菌効果のバラツキをもたらし実用上問題のあるレベルに至った。すなわち、従来の冷却水流路は、水温が３０℃近辺と高い場合は一見、問題ないように見えるが、水温が２０℃（常温）以下に下がると冷却ブロックの温度を適正に保つには向かないという問題点が浮き彫りとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の装置は、食品関係で使われるカップ等の容器やシートの紫外線による殺菌に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例の装置構成を説明するための模式的斜視図である。
【図２】本発明の実施例の装置の冷却水配管経路を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例の装置の長手方向に垂直な断面における概略構造を示す模式図である。
【図４】中心軸を含む断面で示したオリフィスの基本構造を示す模式図である。
【図５】オリフィス孔の断面積と冷却水流量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例の装置における紫外線照度とランプベース温度の経時変化（測定例）を示すグラフである。
【図７】従来の装置の冷却水配管経路を示す模式図である。
【図８】従来の装置における紫外線照度とランプベース温度の経時変化（測定例）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１…紫外線ランプ
２…ランプベース
３…冷却ブロック
４…反射体
５…電磁弁
６、１６…オリフィス
７…バイメタル式サーモスタット
８、１８…冷却水配管
９…主冷却水路
１９…バイパス冷却水路
１０…筐体
１１…冷却水導入口
１２…冷却水排出口
１５…紫外線照射窓
２０…端部水冷型紫外線ランプ装置
３１…信号線
２１…細孔部
２２、２３…円筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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