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JP6573513B2 - Ultraviolet irradiation device and discharge lamp - Google Patents
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JP6573513B2 - Ultraviolet irradiation device and discharge lamp - Google Patents

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Description

本発明は、オゾン水生成装置などに適用される紫外線照射装置に関し、特に、エキシマランプなどの二重管構造の放電ランプを備えたオゾン水生成装置に関する。   The present invention relates to an ultraviolet irradiation device applied to an ozone water generation device and the like, and more particularly to an ozone water generation device including a double tube structure discharge lamp such as an excimer lamp.

紫外線照射装置は、紫外線によって生じるオゾンが殺菌、脱臭、洗浄手段に利用されることから、様々な分野で取り扱われている。オゾン発生方法としては、酸素を含むガスに紫外線を照射してオゾンを発生させる方法が一般的であるが、酸素を溶存させた水に紫外線を照射する方法も知られている(特許文献1参照)。   Ultraviolet irradiation devices are handled in various fields because ozone generated by ultraviolet rays is used for sterilization, deodorization, and cleaning means. As a method for generating ozone, a method of generating ozone by irradiating an oxygen-containing gas with ultraviolet rays is generally used. However, a method of irradiating water in which oxygen is dissolved with ultraviolet rays is also known (see Patent Document 1). ).

そこでは、水槽内の水に高濃度の酸素を溶解させ、泡状にする。そして、水槽内に配置された光源によって、酸素混合のバブル水に200nm以下の紫外線を照射する。酸素が紫外線を吸収することによりオゾンが発生し、オゾン水を殺菌処理システムなどに輸送する。   There, high-concentration oxygen is dissolved in the water in the water tank to form a foam. And the ultraviolet light below 200 nm is irradiated to the bubble water of oxygen mixing with the light source arrange | positioned in the water tank. Oxygen absorbs ultraviolet rays to generate ozone, and transports ozone water to a sterilization system.

特開2011−200778号公報JP 2011-200778 A

このような液体に紫外線を照射する紫外線照射装置において、流路内部に紫外線照射する放電ランプをそのまま設置しただけでは、流路内の液体全体に対して紫外線を均一に照射することが難しい。また、流路の内側に放電ランプを設置することにより装置の小型化が困難となる一方で、流路内の配線に対する防水対策を講じることが必要となって、装置が複雑化する。   In such an ultraviolet irradiation apparatus that irradiates the liquid with ultraviolet rays, it is difficult to uniformly irradiate the entire liquid in the flow path with ultraviolet light simply by installing the discharge lamp that irradiates the ultraviolet light inside the flow path as it is. In addition, it is difficult to reduce the size of the apparatus by installing a discharge lamp inside the flow path, but it is necessary to take a waterproof measure for the wiring in the flow path, and the apparatus becomes complicated.

したがって、簡易な構成で小型化が容易であって、酸素を含む液体に対して紫外線を効果的に照射し、オゾンを生成する紫外線照射装置を提供することが求められる。   Therefore, it is required to provide an ultraviolet irradiation apparatus that can easily reduce the size with a simple configuration and that effectively irradiates a liquid containing oxygen with ultraviolet rays to generate ozone.

本発明の紫外線照射装置は、紫外線を放射する放電ランプと、放電ランプにより紫外線が照射される酸素を含む流体(液体)が流れる流路を有する紫外線照射装置である。放電ランプは、外側管と、内側管と、外側管と内側管との間に形成された放電空間と、外側管の管壁内部に埋設された内側電極と、外側管の管壁の外表面上に配設され、少なくとも一部が放電空間を挟んで内側電極と対向する外側電極とを有する。内側管の内側は流路に連通し、液体の流体が内側管の内側および流路を流れる。さらに液体の流体が内側管の内側と流路との間を循環する構造であっても良い。   The ultraviolet irradiation apparatus of the present invention is an ultraviolet irradiation apparatus having a discharge lamp that emits ultraviolet light and a flow path through which a fluid (liquid) containing oxygen irradiated with ultraviolet light from the discharge lamp flows. The discharge lamp includes an outer tube, an inner tube, a discharge space formed between the outer tube and the inner tube, an inner electrode embedded in a tube wall of the outer tube, and an outer surface of the tube wall of the outer tube. It has an outer electrode disposed on the top and at least a portion facing the inner electrode across the discharge space. The inside of the inner tube communicates with the flow path, and the liquid fluid flows inside the inner pipe and the flow path. Further, a structure in which a liquid fluid circulates between the inside of the inner tube and the flow path may be used.

ここでの「酸素を含む流体(液体)」には、水などのように酸素が自然に溶存している液体や、バブリングなどによって酸素を混合、溶解させた液体などが含まれる。酸素を含む液体に紫外線を照射し、オゾンを発生される放電ランプは、例えば172nmの波長を含む紫外線を放射するランプであり、誘電体バリア放電、あるいは容量結合型高周波放電によって放電するエキシマランプが適用可能である。流体に紫外線を照射し、流体を殺菌する放電ランプは、185nm、207nm、222nm、253nm、または254nmの少なくとも一つの波長を含む紫外線を放射する放電ランプで構成することが可能である。   The “fluid containing oxygen (liquid)” here includes a liquid in which oxygen is naturally dissolved, such as water, and a liquid in which oxygen is mixed and dissolved by bubbling or the like. A discharge lamp that emits ultraviolet rays by irradiating a liquid containing oxygen with ultraviolet rays, for example, is a lamp that emits ultraviolet rays having a wavelength of 172 nm. An excimer lamp that discharges by dielectric barrier discharge or capacitively coupled high-frequency discharge is used. Applicable. The discharge lamp that irradiates the fluid with ultraviolet rays and sterilizes the fluid can be a discharge lamp that emits ultraviolet rays including at least one wavelength of 185 nm, 207 nm, 222 nm, 253 nm, or 254 nm.

本発明では、放電ランプが、外側管の管壁に埋設される内側電極と、外側管の外表面に設置されるとともに、少なくとも一部が放電空間を挟んで内側電極と対向する外側電極とを有する。これによって、誘電体バリア放電による紫外線照射が内側管内側を通る液体に対して偏りなく全体的に一様照射することが可能となる。   In the present invention, the discharge lamp includes an inner electrode embedded in the tube wall of the outer tube, and an outer electrode that is installed on the outer surface of the outer tube and at least a part of the outer electrode facing the inner electrode across the discharge space. Have. As a result, it is possible to uniformly irradiate the liquid passing through the inner side of the inner tube without being biased by the ultraviolet irradiation by the dielectric barrier discharge.

電極の取り扱いを容易にすることを考慮すれば、放電ランプの内側電極は高電圧が印加された電極であり、外側電極はアース電極である。外側電極の外側管周方向長さは、内側電極の外側管周方向長さより大きい。外側電極は様々な構成で適用可能である。例えば、外側電極を単体で構成可能である。内側電極との間で絶縁崩壊が困難にならないようにするために、外側電極の外側管周方向長さを外側管表面周方向長さ全体に渡った長さとするのがよい。   In view of facilitating handling of the electrodes, the inner electrode of the discharge lamp is an electrode to which a high voltage is applied, and the outer electrode is a ground electrode. The outer tube circumferential length of the outer electrode is larger than the outer tube circumferential length of the inner electrode. The outer electrode can be applied in various configurations. For example, the outer electrode can be configured as a single unit. In order not to make it difficult to break down the insulation between the inner electrode and the inner electrode, it is preferable that the outer tube circumferential length of the outer electrode is the entire length of the outer tube surface circumferential length.

一方、外側電極を、内側電極と対向する主電極と、主電極と離れて配置される主電極と同電位の補助電極とで構成することも可能である。放電しやすくするため、補助電極と内側電極との外側管周方向に沿った距離間隔は、補助電極と主電極との外側管周方向に沿った距離間隔と略等しくなるようにすればよい。ポンプなどの流体を放電ランプの内側管内側に流路を通じて送る流体供給部は、放電ランプよりも上流側に配置すればよい。また、流路の上流側には、バブリングなどによって流路を流れる液体に酸素を溶解させる酸素混合流体生成部を設けてもよい。   On the other hand, the outer electrode can be composed of a main electrode facing the inner electrode, and an auxiliary electrode having the same potential as the main electrode arranged away from the main electrode. In order to facilitate discharge, the distance interval along the outer tube circumferential direction between the auxiliary electrode and the inner electrode may be made substantially equal to the distance interval along the outer tube circumferential direction between the auxiliary electrode and the main electrode. A fluid supply unit that sends a fluid such as a pump to the inside of the inner tube of the discharge lamp through the flow path may be disposed upstream of the discharge lamp. In addition, an oxygen mixed fluid generating unit that dissolves oxygen in a liquid flowing through the channel by bubbling or the like may be provided on the upstream side of the channel.

本発明の他の態様における放電ランプは、外側管と内側管とを有し、外側管と内側管との間に形成された放電空間における放電によって紫外線を放射する放電ランプであって、外側管の管壁に埋設される内側電極と、外側管の外表面に設置されるとともに、少なくとも一部が放電空間を挟んで内側電極と対向する外側電極とを有し、内側管内側の酸素を含む流体に紫外線を照射する放電ランプである。   A discharge lamp in another aspect of the present invention is a discharge lamp having an outer tube and an inner tube, and emitting ultraviolet rays by discharge in a discharge space formed between the outer tube and the inner tube. An inner electrode embedded in the tube wall and an outer electrode disposed on the outer surface of the outer tube and at least partially facing the inner electrode across the discharge space, and contains oxygen inside the inner tube It is a discharge lamp that irradiates fluid with ultraviolet rays.

本発明によれば、例えばオゾン水生成装置などの紫外線照射装置において、簡易で小型化可能な構成により、紫外線を効果的に流体に照射することができる。   According to the present invention, for example, in an ultraviolet irradiation device such as an ozone water generation device, ultraviolet light can be effectively irradiated to a fluid with a simple and miniaturizable configuration.

第1の実施形態であるオゾン水生成装置の内部構成を示した図である。It is the figure which showed the internal structure of the ozone water generating apparatus which is 1st Embodiment. 放電ランプの軸線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the axis line of a discharge lamp. 図2のラインIII―IIIに沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 外側電極の構成が第1の実施形態と異なる放電ランプの断面図である。It is sectional drawing of the discharge lamp from which the structure of an outer side electrode differs from 1st Embodiment. 補助電極を備えた放電ランプの断面図である。It is sectional drawing of the discharge lamp provided with the auxiliary electrode.

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、第1の実施形態であるオゾン水を生成する紫外線照射装置(以下、オゾン水生成装置)の内部構成を示した図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an internal configuration of an ultraviolet irradiation device (hereinafter referred to as an ozone water generation device) that generates ozone water according to the first embodiment.

オゾン水生成装置10は、流体である水に紫外線を照射してオゾン水を生成する装置であり、流入口10Aは図示しない給水ラインなどに接続されるとともに、流出口10Bは図示しない殺菌処理システムなどに接続されている。オゾン水生成装置10内には、ポンプ40、電源50、放電ランプ60が設けられている。   The ozone water generation device 10 is a device that generates ozone water by irradiating water, which is a fluid, with ultraviolet light. The inlet 10A is connected to a water supply line (not shown) and the outlet 10B is a sterilization treatment system (not shown). Etc. are connected. A pump 40, a power supply 50, and a discharge lamp 60 are provided in the ozone water generator 10.

また、オゾン水生成装置10内には、水の流路を形成する流路管15A、15Bがそれぞれ流入口側、流出口側に設けられており、後述する放電ランプ60の内側管61と接続する。ポンプ40は、流入口10Aから入り込む水を、互いに連通する流路管15A、内側管61、流路管15Bを経由して流出口10Bから流出する。なお、ポンプ40を流路管15Aや15B、または流入口10Aや流出口10Bに接続される外部装置に設けることで、水をオゾン水生成装置10に流入させることができるが、発生するオゾンのポンプ40に対する影響を考慮すると、ポンプ40は放電ランプ60より上流側に配置されるのが好ましい。   Further, in the ozone water generating apparatus 10, channel tubes 15A and 15B forming a channel of water are provided on the inlet side and the outlet side, respectively, and are connected to an inner tube 61 of a discharge lamp 60 described later. To do. The pump 40 flows out water from the inflow port 10A from the outflow port 10B via the flow channel pipe 15A, the inner tube 61, and the flow channel tube 15B that are in communication with each other. In addition, by providing the pump 40 in the flow pipes 15A and 15B or an external device connected to the inlet 10A and the outlet 10B, water can be introduced into the ozone water generator 10, but the ozone generated Considering the influence on the pump 40, the pump 40 is preferably arranged on the upstream side of the discharge lamp 60.

放電ランプ60より流入口10A側である流路管15Aには、必要に応じて酸素溶解装置30を設ける。酸素溶解装置30は、ここではバブリング処理によって水に気泡(バブル)化した酸素を含有させる、または水に酸素を溶解(溶存)させることができる。ただし、たとえば水道水のような一般的な水には酸素が溶存しており、このようにあらかじめ十分に酸素を含む液体を流入口10Aに供給する場合は、酸素溶解装置30を設けずに、その液体をそのまま紫外線を照射するように構成してもよい。また、流入口10Aと接続する外部装置(図示せず)に酸素溶解装置30を設けて、水に酸素を溶解させても良い。バブル状の酸素を含有する、または酸素が溶存する水が内側管61を通るとき、放電ランプ60から照射される紫外線によってオゾン水を生成する。オゾン水は、流路管15Bを通って外部へ流出する。   An oxygen dissolving device 30 is provided in the flow channel 15A on the inlet 10A side from the discharge lamp 60 as necessary. Here, the oxygen dissolving device 30 can contain oxygen bubbled in water by bubbling treatment, or can dissolve (dissolve) oxygen in water. However, for example, oxygen is dissolved in general water such as tap water, and when supplying a liquid containing oxygen sufficiently to the inlet 10A in this way, without providing the oxygen dissolving device 30, The liquid may be configured to be irradiated with ultraviolet rays as it is. Further, an oxygen dissolving device 30 may be provided in an external device (not shown) connected to the inflow port 10A to dissolve oxygen in water. When water containing bubble-like oxygen or water in which oxygen is dissolved passes through the inner tube 61, ozone water is generated by ultraviolet rays irradiated from the discharge lamp 60. The ozone water flows out through the flow path pipe 15B.

電源回路50は、放電ランプ60を点灯させるとともに、ポンプ40を駆動する。放電ランプ60は、対になる内側電極64および外側電極66を備え、配線67A、67Bを通じて電圧が内側電極64、外側電極66に印加される。   The power supply circuit 50 turns on the discharge lamp 60 and drives the pump 40. The discharge lamp 60 includes an inner electrode 64 and an outer electrode 66 that form a pair, and a voltage is applied to the inner electrode 64 and the outer electrode 66 through wirings 67A and 67B.

図2は、放電ランプの軸線に沿った断面図である。図3は、図2のラインIII―IIIに沿った断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view along the axis of the discharge lamp. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.

放電ランプ60は、それぞれ石英ガラスなどの誘電材料から成る内側管61および外側管62を一体的に同軸配置させた二重管構造のエキシマランプであり、外側管62の外表面に外側電極を配設する一方、外側管62の管壁62Wには内側電極が埋設されている。   The discharge lamp 60 is an excimer lamp having a double tube structure in which an inner tube 61 and an outer tube 62 made of a dielectric material such as quartz glass are integrally coaxially arranged, and an outer electrode is disposed on the outer surface of the outer tube 62. On the other hand, an inner electrode is embedded in the tube wall 62 </ b> W of the outer tube 62.

放電ランプ60の外側管62は、筒状石英管62W2とその内側に配置される筒状石英管62W1とを溶着して一体成形されたものであり、外側管62の両端部における縮径によって外側管62と内側管61とが溶着する。内側管61の両端部は、軸方向に沿って外側管62から突出している。   The outer tube 62 of the discharge lamp 60 is integrally formed by welding a cylindrical quartz tube 62W2 and a cylindrical quartz tube 62W1 disposed on the inner side thereof. The tube 62 and the inner tube 61 are welded. Both end portions of the inner tube 61 protrude from the outer tube 62 along the axial direction.

外側管62と内側管61との間には、中空筒状(断面環状)の放電空間DSが形成されている。放電空間DSには、希ガスや、希ガスとハロゲンガスとの混合ガスなどが放電ガスとして封入されている。例えば、希ガスとしては、Xeガス、Arガス、Krガスであり、希ガスとハロゲンガスとの混合ガスとしては、ArBrガス、ArFガス、KrClガス、XeIガス、XeClガス、XeBrガス、KrBrガスなどが封入される。内側電極64の内表面は紫外線反射特性を有する。外側電極66の内表面は紫外線反射特性を有する。   A hollow cylindrical (annular cross-section) discharge space DS is formed between the outer tube 62 and the inner tube 61. The discharge space DS is filled with a rare gas or a mixed gas of a rare gas and a halogen gas as a discharge gas. For example, the rare gas is Xe gas, Ar gas, or Kr gas, and the mixed gas of rare gas and halogen gas is ArBr gas, ArF gas, KrCl gas, XeI gas, XeCl gas, XeBr gas, or KrBr gas. Etc. are enclosed. The inner surface of the inner electrode 64 has ultraviolet reflection characteristics. The inner surface of the outer electrode 66 has ultraviolet reflection characteristics.

図3に示すように、外側電極66は、外側管62の外表面の周方向全体を覆う膜あるいは箔状の電極で構成されている。外側電極66の端部には、給電線67Bが接続されている。外側電極66の軸方向長さは、外側管62の軸方向長さよりも両端部においてEだけ短くなるように定められている。   As shown in FIG. 3, the outer electrode 66 is configured by a film or foil-shaped electrode that covers the entire outer surface of the outer tube 62 in the circumferential direction. A power supply line 67 </ b> B is connected to the end of the outer electrode 66. The axial length of the outer electrode 66 is determined to be shorter by E at both ends than the axial length of the outer tube 62.

内側電極64は、扇状の膜あるいは箔状の電極で構成されており、外側管62の径方向に沿った中央付近に埋設され、放電空間DSに露出していない。内側電極64の軸方向長さは、外側電極66の軸方向長さよりも短く、その端部は給電線67Aと接続されている。   The inner electrode 64 is configured by a fan-shaped film or a foil-shaped electrode, and is embedded in the vicinity of the center along the radial direction of the outer tube 62 and is not exposed to the discharge space DS. The axial length of the inner electrode 64 is shorter than the axial length of the outer electrode 66, and the end thereof is connected to the power supply line 67A.

外側管62の管壁62Wに埋設された内側電極64の周方向長さは、外側管62の周方向長さに対して十分短い。ここでは、中心軸Xに対する扇角が30度以内に定められている。これによって、内側電極64は、流路Fを形成する内側管61周りに形成された放電空間DSを間に挟んで、外側電極66の一部と対向する。   The circumferential length of the inner electrode 64 embedded in the tube wall 62 </ b> W of the outer tube 62 is sufficiently shorter than the circumferential length of the outer tube 62. Here, the fan angle with respect to the central axis X is set within 30 degrees. Accordingly, the inner electrode 64 faces a part of the outer electrode 66 with the discharge space DS formed around the inner tube 61 forming the flow path F interposed therebetween.

例えば、内側管61の内径は0.5mm以上3mm以下であり、放電空間DSの軸方向長さが20mm以上200mm以下であり、放電空間DSの径方向長さ(厚さ)が5mm以上17mm以下に定められる。   For example, the inner diameter of the inner tube 61 is 0.5 mm to 3 mm, the axial length of the discharge space DS is 20 mm to 200 mm, and the radial length (thickness) of the discharge space DS is 5 mm to 17 mm. Determined.

電源部50は、高周波交流方式の電源装置であり、外側電極66はアース電極であり、内側電極64は高電圧が印加された電極である。電圧が印加されると、図3の破線AD1で示す放電距離間で誘電体バリア放電がまず発生し、その後、破線AD2、AD3の順で順次放電が発生する。その結果、エキシマ光、すなわち紫外線(紫外光)が放射される。この紫外線の波長は放電空間DSに封入されている放電ガスの種類によって異なる。例えば、放電ガスがXeガスでは172nm、Arガスでは126nm、Krガスでは146nm、ArBrガスでは165nm、ArFガスでは193nm、KrClガスでは222nm、XeIガスでは253nm、XeClガスでは308nm、XeBrガスでは283nm、KrBrガスでは207nmの波長を含む紫外線が放射される。   The power supply unit 50 is a high-frequency AC power supply device, the outer electrode 66 is a ground electrode, and the inner electrode 64 is an electrode to which a high voltage is applied. When a voltage is applied, a dielectric barrier discharge first occurs between the discharge distances indicated by the broken line AD1 in FIG. 3, and then discharges are sequentially generated in the order of the broken lines AD2 and AD3. As a result, excimer light, that is, ultraviolet light (ultraviolet light) is emitted. The wavelength of the ultraviolet light varies depending on the type of discharge gas sealed in the discharge space DS. For example, the discharge gas is 172 nm for Xe gas, 126 nm for Ar gas, 146 nm for Kr gas, 165 nm for ArBr gas, 193 nm for ArF gas, 222 nm for KrCl gas, 253 nm for XeI gas, 308 nm for XeCl gas, 283 nm for XeBr gas, In KrBr gas, ultraviolet rays having a wavelength of 207 nm are emitted.

ここで、外側管62を構成するガラス管62W1の端部が軸方向距離Eだけ突出することにより、外側電極66と給電線67Aが十分絶縁することになり、給電線67Aと外側電極66との間での沿面放電が防止される。同様に、外側管62を構成するガラス管62W2の端部が、ガラス管62W1の縮径開始部分62Jよりも軸方向に沿って突出していることにより、給電線67Aの引き出し部分を介して外側電極66と内側電極64が沿面放電することが防止される。   Here, when the end portion of the glass tube 62W1 constituting the outer tube 62 protrudes by the axial distance E, the outer electrode 66 and the feeding line 67A are sufficiently insulated, and the feeding line 67A and the outer electrode 66 are separated from each other. Creeping discharge is prevented. Similarly, the end portion of the glass tube 62W2 constituting the outer tube 62 protrudes along the axial direction from the reduced diameter starting portion 62J of the glass tube 62W1, thereby allowing the outer electrode to pass through the lead portion of the feeder line 67A. 66 and the inner electrode 64 are prevented from creeping discharge.

放電空間DSを挟んで内側電極64と外側電極66の一部が対向することにより、流路Fが形成される内側管61を覆うように誘電体バリア放電が発生する(破線AD3参照)。その結果、内側管61全体に紫外線が照射され、内部の流路Fを流れる水に対して紫外線が均一に照射される。また、外側管62の内面および内側管61の内面が紫外線反射特性を有するため、紫外線は放電ランプ60の外部(特にランプ径方向外部)へ漏れない。   When the inner electrode 64 and a part of the outer electrode 66 face each other across the discharge space DS, a dielectric barrier discharge is generated so as to cover the inner tube 61 in which the flow path F is formed (see broken line AD3). As a result, the entire inner tube 61 is irradiated with ultraviolet rays, and the ultraviolet rays are uniformly irradiated to the water flowing through the internal flow path F. Further, since the inner surface of the outer tube 62 and the inner surface of the inner tube 61 have ultraviolet reflection characteristics, the ultraviolet rays do not leak to the outside of the discharge lamp 60 (particularly, the outside in the lamp radial direction).

上述したように、バブル状の酸素を含有する水、または酸素が溶存する水に対して172nmの波長を含む紫外線が照射されると、酸化作用によってオゾン(O3)が発生し、オゾン水が生成される。これは以下の(1)および(2)式のように、172nmの波長を含む紫外線が酸素を分解して活性酸素を作り、活性酸素(酸素原子)が酸素(酸素分子)と結合してオゾンが生成されるためである。

2+ 紫外線→ 2O ・・・(1)
O+O2→O3 ・・・(2)

このように生成されたオゾン水は、下流側の流出口10Bから外部の殺菌処理システムへ送られる。さらに、185nm、207nm、222nm、253nmまたは254nmの少なくとも一つの波長を含む紫外線が水に対して照射されることで、水を好適に殺菌することもできる。これは、185nm、207nm、222nm、253nm、または254nmなどの波長を含む紫外線は、生物のDNAを構成する分子結合を切断する能力があり、DNAを破壊することで菌を死滅させるためである。
As described above, when ultraviolet light having a wavelength of 172 nm is irradiated to water containing bubble-like oxygen or water in which oxygen is dissolved, ozone (O 3 ) is generated by an oxidizing action, and ozone water is Generated. As shown in the following formulas (1) and (2), ultraviolet rays having a wavelength of 172 nm decompose oxygen to produce active oxygen, and active oxygen (oxygen atoms) combines with oxygen (oxygen molecules) to generate ozone. Is generated.

O 2 + UV → 2O (1)
O + O 2 → O 3 (2)

The ozone water thus generated is sent from the downstream outlet 10B to an external sterilization system. Furthermore, water can be suitably sterilized by irradiating water with ultraviolet rays containing at least one wavelength of 185 nm, 207 nm, 222 nm, 253 nm, or 254 nm. This is because ultraviolet rays including wavelengths such as 185 nm, 207 nm, 222 nm, 253 nm, and 254 nm have the ability to cleave molecular bonds constituting the DNA of organisms, and kill bacteria by destroying the DNA.

このように本実施形態によれば、オゾン水生成装置10は、二重管構造のエキシマランプである放電ランプ60を備え、放電ランプ60は、流路管15A、15Bと接続する内側管61と外側管62とを備える。内側管61には電極が設けられておらず、外側管62の管壁62Wに内側電極64が埋設され、外側管62の外表面62S上に外側電極66が配置される。そして、外側電極66が外側管62の周方向全体に渡って覆う周方向長さをもつ一方、内側電極64は、内側管61を囲む放電空間DSを挟んで外側電極66の一部と対向するような周方向長さを有する。   As described above, according to the present embodiment, the ozone water generation apparatus 10 includes the discharge lamp 60 that is an excimer lamp having a double tube structure, and the discharge lamp 60 includes the inner tube 61 connected to the flow channel tubes 15A and 15B. An outer tube 62. The inner tube 61 is not provided with an electrode, the inner electrode 64 is embedded in the tube wall 62W of the outer tube 62, and the outer electrode 66 is disposed on the outer surface 62S of the outer tube 62. The outer electrode 66 has a circumferential length that covers the entire circumferential direction of the outer tube 62, while the inner electrode 64 faces a part of the outer electrode 66 across the discharge space DS surrounding the inner tube 61. It has such a circumferential length.

なお、ポンプ40の動作を所定時間間隔で停止させることにより、オゾン濃度を制御してもよい。例えば、酸素が溶存する水の流量を、内側管の内径を0.5mm〜3mmとした場合に、10L/min〜200L/minの範囲に設定することができる。   The ozone concentration may be controlled by stopping the operation of the pump 40 at predetermined time intervals. For example, the flow rate of water in which oxygen is dissolved can be set in the range of 10 L / min to 200 L / min when the inner diameter of the inner tube is 0.5 mm to 3 mm.

放電ランプの内側管と水が流れる流路管とを繋ぐことにより、オゾン水生成装置10を小型化することが可能となる。また、放電ランプの電極、配線部分に対して防水処理を施す必要がなく、より簡易な構成を採用することができる。   By connecting the inner tube of the discharge lamp and the channel tube through which water flows, the ozone water generating device 10 can be downsized. Further, it is not necessary to perform waterproofing on the electrodes and wiring portions of the discharge lamp, and a simpler configuration can be adopted.

放電ランプの構成が内側管に電極を設けない構成であるため、流路を流れる水に対して全周方向から紫外線を照射することができる。特に、外側電極が外側管周方向全体に渡る断面環状の電極であることから、始動電圧が低い状態で放電が開始され、誘電体バリア放電において安定した始動性を得ることができる。そして、放電空間DSの径方向ほぼ全域において放電が発生し(破線AD1〜AD3参照)、放電に斑が生じるのを抑制する。   Since the structure of the discharge lamp is such that no electrode is provided on the inner tube, the water flowing through the flow path can be irradiated with ultraviolet rays from the entire circumference. In particular, since the outer electrode is a ring-shaped electrode that extends in the entire outer circumferential direction of the outer tube, discharge is started with a low starting voltage, and stable startability can be obtained in dielectric barrier discharge. And discharge generate | occur | produces in the radial direction substantially whole region of the discharge space DS (refer broken line AD1-AD3), and it suppresses that a spot arises in discharge.

また、外側電極66をアース電極とし、内側電極64を高電圧が印加される電極としているため、水が流れる内側管の内表面も含めて、放電ランプ周りの絶縁処理をする必要がなくなる。   Further, since the outer electrode 66 is a ground electrode and the inner electrode 64 is an electrode to which a high voltage is applied, it is not necessary to perform an insulation process around the discharge lamp including the inner surface of the inner tube through which water flows.

ところで、放電ランプについては、上述した電極構成以外でも可能である。以下、放電ランプの他の構造について説明する。   By the way, a discharge lamp other than the electrode configuration described above is possible. Hereinafter, other structures of the discharge lamp will be described.

図4は、外側電極の構成が第1の実施形態と異なる放電ランプ60’の断面図である。図5は、補助電極を備えた放電ランプ60’’の断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a discharge lamp 60 'in which the configuration of the outer electrode is different from that of the first embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of a discharge lamp 60 ″ having an auxiliary electrode.

図4では、外側電極66’が内側電極64と同等のサイズで構成されている。外側電極66’の周方向長さは、内側電極64の周方向長さにほぼ等しい。また、外側電極66’は、内側管61を間に挟んで内側電極64と対向するように配置されている。このような電極構造によっても、内側管61を包含する範囲で誘電体バリア放電が発生する。   In FIG. 4, the outer electrode 66 ′ is configured in the same size as the inner electrode 64. The circumferential length of the outer electrode 66 ′ is substantially equal to the circumferential length of the inner electrode 64. The outer electrode 66 ′ is disposed so as to face the inner electrode 64 with the inner tube 61 interposed therebetween. Even with such an electrode structure, dielectric barrier discharge is generated in a range including the inner tube 61.

図5では、図4の外側電極66’に加えて、補助用外側電極67が外側管62の外表面62Sに設けられている。補助用外側電極67のサイズ、外側管周方向長さは、外側電極66’と略同等である。また、外側電極66’と補助用外側電極67との間の外側管周方向に沿った距離間隔は、補助用外側電極67と内側電極64との間の外側管周方向に沿った距離間隔と略等しい。このような電極構造によっても、始動電圧を低くすることができる。   In FIG. 5, in addition to the outer electrode 66 ′ of FIG. 4, an auxiliary outer electrode 67 is provided on the outer surface 62 </ b> S of the outer tube 62. The size of the auxiliary outer electrode 67 and the length in the outer tube circumferential direction are substantially the same as those of the outer electrode 66 '. Further, the distance interval along the outer tube circumferential direction between the outer electrode 66 ′ and the auxiliary outer electrode 67 is the distance interval along the outer tube circumferential direction between the auxiliary outer electrode 67 and the inner electrode 64. Almost equal. Even with such an electrode structure, the starting voltage can be lowered.

このように、外側電極については、単体でその周方向長さを調整し、あるいは、複数の外側電極を配置しながら補助用外側電極の位置を調整することで、紫外線を内側管内の流路へ均一に照射するとともに、安定して放電させることが可能である。1つの外側電極で構成する場合、その周方向長さは、電極断面形状が半円、すなわち180度以上の弧を描くような扇型の電極形状となるようにするのが良い。   As described above, the outer electrode can be adjusted by itself in the circumferential length, or by adjusting the position of the auxiliary outer electrode while arranging a plurality of outer electrodes, so that the ultraviolet rays can be transferred to the flow path in the inner tube. It is possible to irradiate uniformly and to discharge stably. In the case of a single outer electrode, the circumferential length of the electrode is preferably a semicircular electrode cross-sectional shape, that is, a fan-shaped electrode shape that draws an arc of 180 degrees or more.

本実施形態では、誘電体バリア放電によってエキシマ光(紫外線)を照射するエキシマランプを放電ランプとして適用しているが、高周波放電や静電容量型放電によって紫外光を照射する放電ランプも適用することが可能である。   In this embodiment, an excimer lamp that irradiates excimer light (ultraviolet rays) by dielectric barrier discharge is applied as a discharge lamp. However, a discharge lamp that irradiates ultraviolet light by high frequency discharge or capacitive discharge is also applied. Is possible.

10 オゾン水生成装置(オゾン発生装置)
30 酸素溶解装置
40 ポンプ(液体供給部)
60 放電ランプ
61 内側管
62 外側管
64 内側電極
66 外側電極
10 Ozone water generator (ozone generator)
30 Oxygen dissolving device 40 Pump (liquid supply part)
60 Discharge lamp 61 Inner tube 62 Outer tube 64 Inner electrode 66 Outer electrode

Claims (10)

紫外線を放射する放電ランプと、前記放電ランプにより紫外線が照射される酸素を含む流体が流れる流路とを有する紫外線照射装置において、
前記放電ランプが、
両端が前記流路管と接続する内側管と、
前記内側管と同軸配置される外側管と、
前記外側管と前記内側管との間に形成された放電空間と、
前記外側管の管壁内部に埋設された内側電極と、
前記外側管の管壁の外表面上に配設され、少なくとも一部が前記放電空間を挟んで前記内側電極と対向する外側電極とを有し、
前記内側管の管内全体が前記流体の流れる流路になっていることを特徴とする紫外線照射装置。
In an ultraviolet irradiation device having a discharge lamp that radiates ultraviolet rays, and a flow channel tube through which a fluid containing oxygen that is irradiated with ultraviolet rays by the discharge lamp flows,
The discharge lamp is
An inner tube having both ends connected to the flow channel tube;
An outer side tube which is coaxially arranged with said inner tube,
A discharge space formed between the outer tube and the inner tube;
An inner electrode embedded in the tube wall of the outer tube;
An outer electrode disposed on an outer surface of a tube wall of the outer tube, and at least a part of the outer electrode facing the inner electrode across the discharge space;
The ultraviolet irradiation device, wherein the entire inside of the inner tube is a flow path through which the fluid flows .
前記流体が前記内側と前記流路との間を循環することを特徴とする請求項1に記載の紫外線照射装置。 The ultraviolet irradiation device according to claim 1, wherein the fluid circulates between the inner tube and the flow channel tube . 前記放電ランプが172nmの波長を含む紫外線を放射することを特徴とする請求項1または2に記載の紫外線照射装置。   3. The ultraviolet irradiation device according to claim 1, wherein the discharge lamp emits ultraviolet light including a wavelength of 172 nm. 前記放電ランプが前記流体に紫外線を放射することで、オゾンが発生することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の紫外線照射装置。   The ultraviolet irradiation device according to claim 1, wherein ozone is generated by the discharge lamp emitting ultraviolet light to the fluid. 前記放電ランプが185nm、207nm、222nm、253nmまたは254nmの少なくとも一つの波長を含む紫外線を放射することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の紫外線照射装置。   5. The ultraviolet irradiation device according to claim 1, wherein the discharge lamp emits ultraviolet light including at least one wavelength of 185 nm, 207 nm, 222 nm, 253 nm, or 254 nm. 前記外側電極はアース電極であり、
前記内側電極は高電圧が印加された電極であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の紫外線照射装置。
The outer electrode is a ground electrode;
6. The ultraviolet irradiation apparatus according to claim 1, wherein the inner electrode is an electrode to which a high voltage is applied.
前記外側電極が一体の導電製部材により構成されていて、
前記外側電極の外側管周方向長さが、前記内側電極の外側管周方向長さ以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の紫外線照射装置。
The outer electrode is composed of an integral conductive member,
The ultraviolet irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a length of the outer electrode in the outer tube circumferential direction is equal to or greater than a length of the inner electrode in the outer tube circumferential direction.
前記外側電極が、
前記内側電極と前記放電空間を挟んで径方向に対向する主電極と、
前記主電極と同電位であって、前記主電極と周方向に離れて配置される補助電極と
を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の紫外線照射装置。
The outer electrode is
A main electrode opposed in the radial direction across the inner electrode and the discharge space;
The ultraviolet irradiation device according to claim 1, further comprising: an auxiliary electrode having the same potential as the main electrode and spaced apart from the main electrode in the circumferential direction.
前記流体を前記流路を通じて前記内側管に送る流体供給部が、前記放電ランプよりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の紫外線照射装置。 The ultraviolet irradiation apparatus according to claim 1, wherein a fluid supply unit that sends the fluid to the inner tube through the flow channel tube is disposed upstream of the discharge lamp. 酸素を含む流体が流れる流路管と両端が接続する内側管と、前記内側管と同軸配置される外側管と、前記外側管と前記内側管の間に形成された放電空間における放電によって紫外線を放射する放電ランプであって、
前記外側管の管壁に埋設される内側電極と、前記外側管の外表面に設置されるとともに、少なくとも一部が前記放電空間を挟んで前記内側電極と対向する外側電極とを有し、
前記内側管の管内全体が、前記流体の流れる流路になっていることを特徴とする放電ランプ。


Ultraviolet rays are emitted by discharge in a discharge space formed between a flow path tube through which a fluid containing oxygen flows, an inner tube connected at both ends, an outer tube coaxially arranged with the inner tube, and the outer tube and the inner tube. A radiating discharge lamp,
An inner electrode embedded in a tube wall of the outer tube, and an outer electrode disposed on the outer surface of the outer tube, and at least a part of the outer electrode facing the inner electrode across the discharge space,
The discharge lamp according to claim 1 , wherein the inside of the inner tube is a flow path through which the fluid flows .


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