JP7572906B2 - オゾン発生モジュール、オゾン発生装置、オゾン処理装置およびオゾン発生モジュールの交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、エキシマランプを用いたオゾン発生装置に関する。

除菌、消臭などに使用されるオゾン発生装置では、大気など酸素を含む原料ガスに対して紫外線（例えば波長１７２ｎｍ）を照射してオゾンを発生させる紫外線照射方式が知られており、光源としてエキシマランプを使用することが可能である。

エキシマランプおよびエキシマランプに電源供給するランプ電源の構成は、装置サイズ、使用環境などに応じて様々であり、例えば、ランプ室に配置させたエキシマランプに対し、ランプ電源を収納する電源室を隣接配置し、隔壁を介してエキシマランプに電源供給するオゾン発生装置が知られている（特許文献１参照）。また、エキシマランプの両端付近に電極を配置し、電極部分をカバーしてランプ中央部を露出させた小型のオゾン発生装置も知られている（特許文献２参照）。

特開２００４－２８１４２３号公報 特開２０１９－１８２６６９号公報

エキシマランプの消耗時期、ランプ電源部の消耗時期は、使用環境などに影響され、互いの消耗時期は必ずしも一致しない。その一方で、エキシマランプとランプ電源部との単独交換は、オゾン濃度などを含むオゾン発生条件に影響を与える場合がある。

したがって、オゾン発生装置において、オゾン発生条件を変更しない、あるいは変更を抑えるように、エキシマランプおよびランプ電源部が交換可能であることが求められる。

本発明の一態様であるオゾン発生装置は、エキシマランプと、エキシマランプに電力供給するランプ電源部と、エキシマランプおよびランプ電源部を支持し、装置に対して取り外し可能に装着される支持部材とを備える。そして、エキシマランプとランプ電源部とは、支持部材を間に介して相対するように、支持部材によって支持され、また、支持部材と一体的に装置から取り外されるように構成されている。また、本発明の一態様として、オゾン発生装置と、オゾン除去装置とを備えたオゾン処理装置を構成することができる。

支持部材が、装置に対して取り外し可能に装着される構成としては、作業者が工具を用いることなく、あるいは工具使用などによって装着可能であり、あくまでも装置から取り外し、再度取り付けることを前提とした装着構成にすればよい。

一方、エキシマランプとランプ電源部が、支持部材と一体的に装置から取り外される構成としては、メーカーあるいはメンテナンス業者などがランプ単独あるいはランプ電源部を取り外して交換することを前提とした構成であり、いわゆる電池交換や電球などのランプ交換といった、ユーザなどによる交換を前提としてランプ、電源部交換は事実上行われないように、支持部材に対して支持されている構成となっている。

また、本発明の一態様として、オゾン発生モジュールとして構成することが可能であり、エキシマランプと、エキシマランプに電源供給するランプ電源部と、エキシマランプおよびランプ電源部を支持し、オゾン発生装置に対して取り外し可能に装着される支持部材とを備え、支持部材が、エキシマランプとランプ電源部との間に介在して互いを遮蔽する板状部材で構成されるオゾン発生モジュールを構成することができる。

そして、本発明の一態様として、オゾン発生モジュールをオゾン発生装置から取り外し、取り外したオゾン発生モジュールのエキシマランプおよびランプ電源部の少なくとも一方を交換し、交換後のオゾン発生モジュールを、オゾン発生装置に装着するオゾン発生モジュールの交換方法を提供することができる。

支持部材は、オゾン発生装置などに対して様々な箇所に取り外し可能に装着させるようにすることができる。例えば、酸素を含むガスの流れる流路管に装着可能である。また、酸素を含むガスの流路を形成する隔壁の少なくとも一部として、または装置内部空間を区画する隔壁の少なくとも一部として構成されるように、装着させることもできる。流路管に装着させる場合、例えば、支持部材が、エキシマランプと流路管の管壁の距離間隔が、エキシマランプのみを取り外し可能な距離間隔よりも短い距離間隔となるように、流路管に対して装着させることも可能である。

支持部材、エキシマランプ、ランプ電源部との相対的な位置関係や距離関係は、紫外線、オゾン、支持部材の昇温や電界強度分布への影響を考慮して、定めることが可能である。例えば、エキシマランプと流路管の管壁の距離間隔が、エキシマランプと支持部材との距離間隔よりも大きくなるように、構成することができる。また、エキシマランプと流路管の管壁の距離間隔が、エキシマランプから放射された紫外線の到達限界距離以上となるように、構成することも可能である。

支持部材の形状、材質などは様々な構成を採用することが可能である。例えば、板状部材で構成することができる。この場合、エキシマランプおよびランプ電源部のうち少なくともエキシマランプが、板状部材に沿って所定距離離れて、すなわち板表面の上方で支持するように構成することができる。所定距離は、紫外線、熱、電界強度分布の影響などを考慮して定めればよい。

例えば、エキシマランプと板状部材との距離間隔が、エキシマランプから放射された紫外線強度比が８０％に減衰する減衰距離以上となるように、構成することもできる。あるいは、エキシマランプと板状部材との距離間隔およびランプ電源部と板状部材との距離間隔のうち少なくともエキシマランプと板状部材との距離間隔が、ランプ点灯中における板状部材の表面の温度が６０℃以下となるように、定めることもできる。一方、コンパクトなモジュール構成等を考慮すると、板状部材の少なくとも一部は、エキシマランプから放射された紫外線の照射される空間領域内に配置されるように、構成することも可能である。

本発明によれば、オゾン発生条件を変更しない、あるいは変更を抑えるように、エキシマランプおよびランプ電源部の交換可能なオゾン発生装置を提供することができる。

第１の実施形態であるオゾン発生装置の構成図である。 オゾン発生モジュールの正面図である。 オゾン発生モジュールの側面図である。 オゾン発生モジュールをオゾン発生装置に装着させたときの流路管を上側から見た断面図である。 オゾン発生モジュールをオゾン発生装置に装着させたときの流路管の側面側から見た断面図である。 第２の実施形態における流路管を上側から見た断面図である。 第２の実施形態における流路管の側面側から見た断面図である。 第３の実施形態におけるオゾン発生モジュールの正面図である。 第３の実施形態におけるオゾン発生モジュールの側面図である。 第３の実施形態における流路管を上側から見た断面図である。 第３の実施形態における流路管の側面側から見た断面図である。 第４の実施形態であるオゾン発生装置の水平方向に沿った概略的断面図である。 第４の実施形態であるオゾン発生装置の鉛直方向に沿った概略的断面図である。

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。

図１は、第１の実施形態であるオゾン発生装置の構成図である。

オゾン発生装置１００は、ここでは図示しない吸気ファンを備え、オゾンを含むガスを装置外部へ流出させ、病院施設、娯楽施設、などの室内空間を除菌、消臭することが可能である。オゾン発生装置１００は、ここでは持ち運び、設置可能なポータブル型オゾン発生装置として構成され、直上に設置し、あるいは横置きに設置することができる。

オゾン発生装置１００は、モジュール型ランプユニット（紫外線照射装置）であるオゾン発生モジュール１０を備えている。オゾン発生モジュール１０は、オゾン発生装置１００内の取付部分１１０に対し、取り外し可能に装着される。後述するように、ここではオゾン発生装置１００内の流路管に装着される。

図２は、オゾン発生モジュール１０の正面図である。図３は、オゾン発生モジュール１０の側面図である。図１～図３を用いて、オゾン発生モジュール１０の構成について説明する。

オゾン発生モジュール１０は、エキシマランプ２０と、エキシマランプ２０へ電力供給する電源部（以下、ランプ電源部という）３０と、エキシマランプ２０およびランプ電源部３０を支持する支持部材４０とを備える。支持部材４０は、ここでは、エキシマランプ２０から放射される紫外線の照度分布（配光分布）に応じて、その面積の大きさを定めた矩形状の板材（プレート状部材）として構成されている。また、エキシマランプ２０やランプ電源部３０から放射される熱や、エキシマランプ２０から放射される紫外線とその紫外線により生成されたオゾンに耐性がある（劣化しない）導電性部材として構成されている。

図１、３に示すように、支持部材４０は、エキシマランプ２０側からランプ電源部３０（ランプ電源部３０からエキシマランプ２０）を視認できない板状部材（プレート状部材）の大きさを有し、支持部材４０によって、エキシマランプ２０側とランプ電源部３０側とに空間領域が遮られ、それぞれの空間領域に含まれるガスの成分や流れや温度等の状態が異なる二つの区画に空間を仕切る隔壁としての機能を有する支持構造を採用している。

エキシマランプ２０は、ランプ軸Ｘが支持部材４０のランプ側表面４０Ａに沿うように、所定の距離間隔Ｄ０だけ離れて位置決めされている。また、ランプ電源部３０も、電源部側表面４０Ｂから所定の距離間隔Ｄ５だけ離れ、電源部側表面４０Ｂに沿うように位置決めされている。

エキシマランプ２０およびランプ電源部３０は、支持部材４０を間に挟んだ表裏で相対する位置関係にあり、支持部材４０がランプ側表面４０Ａでエキシマランプ２０と隣接し、電源部側表面４０Ｂでランプ電源部３０と隣接している。そのため、支持部材４０は、ランプ電源部３０からエキシマランプ２０に供給される電力の大きさに応じた加熱（熱伝導、熱対流、熱放射）によって、昇温しやすい位置関係にある。本実施形態のオゾン発生モジュール１０では、エキシマランプ２０、ランプ電源部３０が、ともに露出状態にあり、支持部材４０は、エキシマランプ２０の外側電極（陰極）と、ランプ電源部３０の低電圧側端子と電気的に接続され、アースと電気的に接続された装置本体の筺体と同電位となる。

ランプ電源部３０は基板回路に電源回路を搭載させた回路構成にすることが可能であり、ここでは、オゾン発生装置１００に設けられる商用周波数交流電源、あるいは低電圧の直流電源といった装置本体の電源部（図示せず）と接続可能な給電コネクタ（図示せず）が設けられ、オゾン発生装置１００に設けられた制御部（図示せず）からの制御信号によってエキシマランプ２０の点灯消灯などの動作が制御される。

エキシマランプ２０は、内側管内に配設（埋設）された箔状の内側電極（図示せず）と外側管外表面上に巻き付けられた螺旋状の外側電極（図示せず）とを石英ガラス製の二重管構造の放電容器２２に設けたランプとして構成され、希ガスを封入した放電空間が放電容器２２に形成される。

外側管は、放電容器２２の先端側で加熱縮径により封止された先端部２１を形成し、その先端にはエキシマランプの製造過程における放電容器内の排気経路の残部であるチップ部（図示せず）が形成されている。内側管は、放電容器２２の後端側から外部に露出した封止部２３を形成し、その内部には給電線（給電棒）３２が配設されている。

陽極となる内側電極は、封止部２３に囲まれた給電線３２と支持部材４０を貫通する碍子（以下、貫通碍子という）５０を介して、ランプ電源部３０の高電圧側端子と電気的に接続されている。一方、陰極となる外側電極は、図示しない給電線により、支持部材４０を介してランプ電源部３０の低電圧側端子（アース）と電気的に接続されている。ここで、支持部材４０を介さずに、外側電極と低電圧側端子との間を１本の給電線により接続しても良い。

ランプ電源部３０は、給電線および貫通碍子を介してエキシマランプ２０（内側電極と外側電極の間）へ高周波高電圧を印加する。例えば、周波数（数ｋＨｚ～数十ＭＨｚ）、電圧（数ｋＶ～十数ｋＶ）の範囲で高周波高電圧を印加することが可能である。これによって、放電容器２２内部で発生させた放電からエキシマ光（紫外線）が放電容器２２外部へ放射される。例えば、波長２００ｎｍ以下の紫外線（例えば、１７２ｎｍ）を放射するように、希ガスを放電容器２２に封入することが可能である。

放電容器２２内部で発生させた放電は、電極（陽極と陰極）の位置関係によって定まる放電容器内の電界強度分布に影響を受けるが、支持部材４０をランプ電源部３０の低電圧側端子（アース）と電気的に接続した場合、外側電極の構成などによっては支持部材４０が電界強度分布に影響を与える恐れがある。

そのため、放電容器２２と支持部材４０と距離間隔Ｄ０は、支持部材４０によって放電容器内の電界強度分布に影響を与えて放電位置が変化する距離間隔よりも大きくなるように、定められている。ただし、エキシマランプ２０の点灯始動性や放電安定性を高めるために、支持部材４０によって放電容器の電界強度分布に影響を与える距離間隔Ｄ０として定めることも可能である。

なお、エキシマランプ２０は、二重管構造ランプ以外の構成を適用することも可能であり、内側管を設けずに、内側電極を放電空間に露出させる構成にしてもよい。外側電極は、板状、膜状として設けてもよく、放電容器２２と一体として外側電極を設けずに、放電容器を保持するランプホルダが外側電極を兼ねる構成にしてもよい。内側電極を設けずに、管状放電容器の外表面に対し、管軸方向に沿って対向する一対の電極を容器両端付近に設け、高周波高電圧を一対の電極に印加させる構成にしてもよい。放電容器の内表面に蛍光体を塗布した構成にすることも可能である。

エキシマランプ２０は、支持部材４０との間で絶縁性を維持するように、貫通碍子５０によって支持される。ランプ電源部３０は、支持部材４０との間で絶縁性を維持するように、筒状の電源支持部５７Ａ（５７Ｄ）、５７Ｂ（５７Ｃ）によって支持される。図２に示すように、貫通碍子５０は、支持部材４０に形成された開口部４１に嵌め込まれた筒状の絶縁部５２を有し、その絶縁部５２の内部には、導電性部材５６が支持部材４０を跨いで延びている。

導電性部材５６のランプ側端部５４は、エキシマランプ２０の内側電極と接続する給電線（給電棒）３２と電気的に接続する。また、ランプ側端部５４と反対側に位置する電源側端部５５は、給電線３４を介してランプ電源部３０と接続する。

このように、エキシマランプ２０は、貫通碍子５０を介して所定の距離間隔Ｄ０だけ離れて支持部材４０に対して位置決めされ、ランプ電源部３０は、電源支持部５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄを介して、所定の距離間隔Ｄ５だけ離れて支持部材４０に対して位置決めされる。そして、エキシマランプ２０とランプ電源部３０は、支持部材４０と一体的な構造体として、オゾン発生装置１００に装着される。エキシマランプ２０およびランプ電源部３０が、それぞれ貫通碍子５０および電源支持部５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄを介して支持部材４０に支持されるため、オゾン熱分解や絶縁破壊が発生するのを抑えることができる。

一般的に、紫外線照射によって生じたオゾンは、温度、相対湿度、流速が高くなると分解が促進され半減期は短くなる。例えば、温度によるオゾン分解は約４０℃に達すると始まり、約６０℃になるとオゾン分解が活発になる。そのため、支持部材４０は、エキシマランプ２０やランプ電源部３０からの熱により昇温したときでも、ランプ側表面４０Ａがオゾン分解する温度の６０℃（好ましくは４０℃）よりも低くなるように、それぞれの距離間隔Ｄ０、Ｄ５を定めるようにすればよい。一方で、ランプ電源部３０からエキシマランプ２０に高周波高電圧を印加（給電）することを考慮すると、給電線の長さが短くなるように、距離間隔Ｄ０、Ｄ５を定めることも可能である。

図４は、オゾン発生モジュール１０をオゾン発生装置１００に装着させたときの流路管を上側から見た断面図である。図５は、オゾン発生モジュール１０をオゾン発生装置１００に装着させたときの流路管の側面側から見た断面図である。

オゾン発生装置１００には、吸気ファン１３０を端部に配置した流路管１２０が設けられている。吸気ファン１３０は軸流ファンとして構成され、流路管１２０に対して同軸的に配置されている。流路管１２０は、ここでは断面矩形状の管として構成され、吸気ファン１３０も流路管１２０に合わせた形状を有する。吸気ファン１３０は、オゾン発生装置１００に設けられた制御部（図示せず）によって動作制御される。

本実施形態では、流路管１２０の管壁１２０Ａにおいて、矩形状開口部（図５参照）１２０Ｔが、図１に示した取付部１１０として形成されている。矩形状開口部１２０Ｔは、支持部材４０相当の開口面積を有し、支持部材４０を矩形状開口部１２０Ｔに嵌め込むことによって、オゾン発生モジュール１０が流路管１２０に装着される。このとき、エキシマランプ２０が流路管１２０の内部、ランプ電源部３０が流路管１２０の外部に配置されるように、支持部材４０が装着される。

オゾン発生モジュール１０が流路管１２０に装着されると、図５に示すように、エキシマランプ２０は、そのランプ軸Ｘが流路管１２０の軸Ｃに沿うように位置決めされる。また、図４に示すように、エキシマランプ２０のランプ軸Ｘは、流路管１２０の幅方向（横方向）に関する中央ラインＬ上に位置し、流路管１２０の両側壁１２０Ｃまでの距離間隔Ｄ３が等しい対称的配置となる。

一方、エキシマランプ２０は、流路管１２０の中心軸Ｃに対して同軸的な配置ではなく、流路管１２０の管壁（以下、上壁という）１２０Ｂ（図５参照）までの距離間隔Ｄ４は、流路管１２０の中心軸Ｃから上壁１２０Ｂまでの距離間隔Ｒよりも長い。

エキシマランプ２０と支持部材４０との距離間隔Ｄ０、すなわち、放電容器２２と支持部材４０との間の最も短い距離間隔Ｄ０は、上述した熱や電界強度分布の影響だけでなく、支持部材４０により遮られる紫外線や、周囲の原料ガスの流れ易さを考慮して定めることも可能である。

例えば、エキシマランプ２０の放電容器２２から放射された紫外線の紫外線強度比が８０％まで減衰する距離間隔（以下、減衰距離という）以上の長さを有するように定めることができる。紫外線強度比が５０％まで減衰する距離間隔よりも大きくなるように定めてもよい。例えば、１７２ｎｍのピーク波長を有する紫外線の場合、距離間隔離Ｄ０が１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上となるように、エキシマランプ２０の放電容器のサイズ（外径）および支持部材４０の位置（貫通碍子５０がランプ側表面４０Ａから突出する高さ）を定めることができる。

一方、支持部材４０のランプ側表面４０Ａが、エキシマランプ２０から放射された紫外線の波長範囲に対する反射性を有する場合、距離間隔Ｄ０は小さくする（近づける）ことができる。この場合でも、吸気ファン１３０からの原料ガスの流れによる冷却とエキシマランプ２０からの加熱を鑑み、支持部材４０のランプ側表面４０Ａがオゾン分解する温度（オゾン生成の観点で過熱状態となる温度）まで上昇せず、実質的に断熱状態となる距離（以下、断熱距離という）以上の長さとなるように距離間隔Ｄ０を定め、支持部材４０とエキシマランプ２０が効果的に空間を隔てようにすることができる。

また、エキシマランプ２０に供給する電力に応じたランプ電源部３０から支持部材４０への加熱を考慮すると、ランプ電源部３０と支持部材４０との距離間隔Ｄ５は、支持部材４０のランプ側表面４０Ａがオゾン分解する温度まで上昇する距離間隔（断熱距離）以上の長さとなるように定め、ランプ電源部３０と支持部材４０とを効果的に隔てるようにすればよい。なお、断熱材（遮熱材）を設けることによって、距離間隔Ｄ５をより小策することも可能である。

エキシマランプ２０とランプ電源部３０それぞれの断熱距離は、エキシマランプ２０をランプ電源部３０で定格点灯させて、給気ファンで原料ガスを支持部材４０に沿って（向けて）流したときの、エキシマランプ２０からの加熱と、ランプ電源部３０からの加熱に応じて定められている。よって、エキシマランプ２０に対する断熱距離と、ランプ電源部３０に対する断熱距離は一致しなくてよい。

エキシマランプ２０と支持部材４０の側面４０Ｃとの距離間隔Ｄ１（図３参照）は、エキシマランプ２０から放射された紫外線が大気中を透過して到達することで紫外線照射による影響（劣化など）のある空間領域（以下、紫外線照射影響範囲Ｕという）を超える、すなわち、紫外線が大気中で減衰して実質的に到達しない距離（以下、到達限界距離Ｑという）以上となるように、定められている。また、エキシマランプ２０と支持部材４０の端面４０Ｄとの距離間隔Ｄ２（図２参照）も、紫外線照射影響範囲Ｕを超える（到達限界距離Ｑ以上の）距離間隔に定められている。

例えば、波長１７２ｎｍの紫外線の場合、紫外線強度比が２０％以下まで減衰する６ｍｍ以上、好ましくは紫外線がすべて吸収されてしまう３０ｍｍ以上となるように、到達限界距離Ｑ（紫外線照射影響範囲Ｕ）として定め、これに合わせて距離間隔Ｄ１、Ｄ２を定めることができる。

なお、実際の紫外線照射影響範囲Ｕは、放電容器２２の形状や、その内部で発生させた放電の位置によって、放電容器の外周面に沿った照度分布（配光分布）が異なる。そのため、紫外線照射影響範囲Ｕおよび到達限界距離Ｑは、図３のような放電容器の外表面に対して必ずしも一様ではない。例えば、径方向よりも軸方向への放射照度が低く（到達限界距離Ｑが小さく）、さらに軸方向の先端側よりも後端側への放射照度が低い（到達限界距離Ｑが小さい）傾向になることもある。そのため、軸方向の先端側の距離間隔Ｄ２を、径方向の距離間隔Ｄ１よりも短くしてもよい。

また、これら距離間隔Ｄ１、Ｄ２は、上述したエキシマランプ２０と流路管１２０の側壁１２０Ｃとの距離間隔Ｄ３、および上壁１２０Ｂとの距離間隔Ｄ４よりも短い。すなわち、流路管１２０が紫外線照射影響範囲Ｕの空間領域外となるように、エキシマランプ２０を配置し、エキシマランプ２０の紫外線の到達限界距離Ｑ未満となる紫外線照射影響範囲Ｕの空間領域内に、支持部材４０のみを配置する。これにより、エキシマランプ２０から放射される紫外線は、流路管１２０の上壁１２０Ｂ、側壁１２０Ｃに対して影響（劣化など）を与えず、また、エキシマランプ２０に印加される高周波高電圧による絶縁破壊の発生が抑えられる。

支持部材４０を流路管１２０へ装着後、オゾン発生装置１００の装置電源部とランプ電源部３０とを、給電コネクタを介して電気的に接続することによって、ランプ電源部３０は、エキシマランプ２０の内側電極、外側電極に対し、高周波高電圧を印加する。また、吸気ファン１３０が動作すると、流路管１２０に対し酸素を含む原料ガス（空気など）が流入する。

流入した酸素を含む原料ガスがエキシマランプ２０の周囲を流れる間、エキシマランプ２０から放射された紫外線が酸素に照射されることによってオゾンが発生し、オゾンを含むガスが流路管１２０の流出口１２０Ｅから流出する。流出するオゾンを含むガスは、オゾン発生装置１００に設けられた開口部から装置外部へ流出する。

ランプ電源部３０は、流路管１２０の外部に配置されているため、発生するオゾンに暴露されず、ランプ電源部３０がオゾンの影響を受けることを防ぐことができる。また、エキシマランプ２０と、支持部材４０の側面４０Ｃ、端面４０Ｄとの距離間隔Ｄ１、Ｄ２が上述した到達限界距離Ｑ以上であるため、エキシマランプ２０から放射される紫外線が流路管１２０の管壁１２０Ａに対して影響を与えない。

このように本実施形態によれば、エキシマランプ２０とランプ電源部３０とを備え、そして、相対するエキシマランプ２０とランプ電源部３０との間で、放射された紫外線や熱、生成されたオゾンを遮蔽して一体的に支持する支持部材４０を設けたオゾン発生モジュール１０を、オゾン発生装置１００に対して着脱自在に装着可能としている。

例えば、エキシマランプ２０の取付部（貫通碍子５０の導電性部材５６のランプ側端部５４）が、流出口１２０Ｅから奥に入り込んで吸気ファン１３０と向かい合う位置にあり、上壁１２０Ｂまでの距離間隔Ｄ４が小さい（例えば、６５ｍｍ以下）と、メンテナンス業者の手や工具を流路管内に入れた状態での作業が困難となり、エキシマランプ２０のみを装着、取り外すことが実質的に不可能な状態となる。また、装着、取り外すことが可能であったとしても、内側電極または外側電極と接続する給電線（給電棒）を装着、取り外すことでエキシマランプ２０を破損させるおそれがある。

このような場合でも、支持部材４０を流路管１２０へ装着し、取り外すことによって、エキシマランプ２０とランプ電源部３０の両方を、オゾン発生装置１００へ同時に装着、取り外すことが可能となり、エキシマランプ２０およびランプ電源部３０を容易に同時交換することができる。

一般に、エキシマランプ２０から放射される紫外線は、装置内の他のデバイス、部材などに影響を与えることがあるため、オゾン濃度を含めたオゾン発生条件を、装置の仕様や装置の使用環境に従って定める必要がある。また、紫外線のピーク波長によって紫外線到達距離も異なり、周波数、電圧、電界強度分布の違いによって放電状態が変化し、紫外線強度（照度分布、配光分布）や放電容器２２の温度分布も変わる。

また、石英ガラスを加熱成形した放電容器２２には形状の製造誤差があり、放電容器２２の外表面に沿って配置した外側電極の状態（放電容器に対する密着状態や内側電極との位置関係など）にも製造誤差があるので、放電開始電圧や放電維持電圧などのランプ特性やそれに適した電源特性がランプ毎に異なる場合がある。そのため、オゾン発生条件に合わせたエキシマランプ２０とランプ電源部３０との組み合わせが必要となる。

一方、エキシマランプ２０の消耗時期、ランプ電源部３０の消耗時期は、それぞれランプ特性、電源特性などに従うため、必ずしも交換の必要となる時期は一致しない。しかしながら、例えばランプ電源部３０のみ交換すると、エキシマランプ２０へ高周波高電圧を印加させる給電系統の変更を結果的に伴い、紫外線強度の変化などが生じることで、オゾン生成条件が変わる恐れがある。

また、エキシマランプ２０のみ交換する場合でも、エキシマランプ２０のサイズ、ピーク波長などランプ特性が相違する交換や、エキシマランプ２０と支持部材４０との距離間隔が相違する交換を行うと、オゾン発生条件が変更されてしまう。このようなエキシマランプ２０とランプ電源部３０の組み合わせは、不適切なオゾン発生条件での装置運転を導くことになり、不完全な除菌、消臭処理、あるいは人体に影響を与えるようなオゾン発生を招く恐れがある。このように不適切なエキシマランプ２０の装着が行われると、エキシマランプ２０に印加される高周波高電圧による絶縁破壊の発生や、大気中での異常放電によるＮＯｘが含まれるガスが放出する恐れがある。

本実施形態では、エキシマランプ２０とランプ電源部３０とを個別に装置から取り外すのではなく、同時交換を可能にするオゾン発生モジュール１０を構成し、オゾン発生装置１００に対して自在に装着可能にしている。そのため、エキシマランプ２０の消耗、ランプ電源部３０の消耗によっても、オゾン生成条件を変更せず、所望するオゾン濃度で除菌、消臭などを行うことができる。

特に、オゾン発生装置の仕様、動作特性に合わせたエキシマランプ２０とランプ電源部３０との組み合わせによって、様々なオゾン発生モジュールを用意して選択的に装着させることが可能であり、例えば、エキシマランプ２０、ランプ電源部３０の製造業者、あるいはそこから指導を受けているメンテナンス業者による交換作業であれば、エキシマランプ２０、ランプ電源部３０の交換を伴っても、適切なオゾン生成条件によってオゾン発生装置１００を運転させることができる。

また、エキシマランプ２０と流路管１２０の側壁１２０Ｃ、上壁１２０Ｂとの距離間隔Ｄ３、Ｄ４が、エキシマランプ２０と支持部材４０との距離間隔Ｄ０および側面４０Ｃ、端面４０Ｄまでの距離間隔Ｄ１、Ｄ２よりも長くなるように、エキシマランプ２０が流路管１２０内に配置される。これによって、エキシマランプ２０が流路管１２０の管壁との位置関係によってオゾン生成条件が変化するのを、抑えることができる。

さらに、エキシマランプ２０の内側電極と接続する給電線（給電棒）３２を吸気ファン１３０側（上流側）、放電容器２２を流出口１２０Ｅ側（下流側）とした向きで、オゾン発生モジュール１０を流路管１２０の流出口１２０Ｅ付近に装着することにより、流路管１２０に流入したガスが、エキシマランプ２０の周囲を適切な流量で流れていくことになり、効果的にオゾンを発生させることが可能となる。

特に、効果的にオゾンを発生させるために、メンテナンス業者の手や工具を流路管内に入れた状態での作業が困難となる程度に、流路管１２０の中心軸Ｃから上壁１２０Ｂまでの距離間隔Ｒを小さく（例えば、離間距離Ｄ４を６５ｍｍ以下）したときにも、エキシマランプ２０とランプ電源部３０との同時交換が可能となるだけでなく、流路管１２０の管壁との距離間隔が小さいときでも、エキシマランプ２０のみの交換も容易となる。

次に、図６、７を用いて、第２の実施形態であるオゾン発生装置について説明する。第２の実施形態では、エキシマランプとランプ電源部の両方が、流路管内に配置されるように構成される。

図６は、第２の実施形態における流路管を上側から見た断面図である。図７は、第２の実施形態における流路管の側面側から見た断面図である。

オゾン発生モジュール１０は、エキシマランプ２０と、ランプ電源部３０とを備え、また、第１の実施形態と同様、エキシマランプ２０は貫通碍子５０およびを介して、ランプ電源部３０は電源支持部５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄを介して、それぞれ支持する支持部材４０’を備えている。支持部材４０’は、第１の実施形態とは異なる大きさをもつ矩形状の板材（プレート状部材）として構成されている。

支持部材４０’の側面長さＤ６は、断面矩形状の流路管１２０’の幅方向管壁長さＲ１に相当する。支持部材４０’を側面４０’Ｃ側から流路管１２０’の流出口１２０’Ｅに嵌め込む（押し入れる）ことによって、オゾン発生モジュール１０が流路管１２０’に装着される。このとき、エキシマランプ２０およびランプ電源部３０は、流路管１２０’内部に配置され、支持部材４０’の側面４０’Ｃは、吸気ファン１３０と対向するように配置する。また、エキシマランプ２０は、ランプ軸Ｘがガスの流れる方向に垂直な方向に沿うように配置される。

吸気ファン１３０が動作することによって流路管１２０’に流入した原料ガスは、支持部材４０’の側面４０’Ｃによってエキシマランプ２０側とランプ電源部３０側とに分流され、合流せずに流出口１２０’Ｅから流出する。

エキシマランプ２０から放射される紫外線を原料ガスに照射することによって生じたオゾンは、支持部材４０のランプ側表面４０’Ａに沿って流れ出ていく。一方、支持部材４０の電源部側表面４０’Ｂ側へ流れ込むガスは、ランプ電源部３０を冷却する。支持部材４０’が流路管１２０’の内部空間を上下に区分けし、流出口１２０’Ｅ付近まで延びるように配置することにより、生成されたオゾンがランプ電源部３０側へ流れ込むのを防ぐことができる。

一方、エキシマランプ２０と流路管１２０’の側壁１２０’Ｃとの距離間隔Ｄ３、エキシマランプ２０と流路管１２０’の側壁１２０’Ｂとの距離間隔Ｄ４は、エキシマランプ２０と支持部材４０’との距離間隔Ｄ０より大きい。そして、距離間隔Ｄ０は、第１の実施形態と同様、減衰距離以上、好ましくは断熱距離以上に定められている。より好ましくは、距離間隔Ｄ５はランプ電源部の冷却を考慮した断熱距離以上に定められている。また、距離間隔Ｄ１、Ｄ２は、紫外線照射影響範囲Ｕを超える（到達限界距離Ｑ以上の）距離間隔に定められている。

そのため、流路管１２０’とエキシマランプ２０との位置関係によってオゾン発生条件が変わるのを抑制することができる。また、流路管１２０’の流出口１２０’Ｅから支持部材４０’を引き出すことで、エキシマランプ２０およびランプ電源部３０の同時交換が容易になるだけでなく、流路管１２０’の管壁との距離間隔が小さいときでも、エキシマランプ２０のみ、またはランプ電源部３０のみの交換も容易となる。なお、上記距離間隔Ｄ３、Ｄ４を、第１の実施形態と同様、エキシマランプ２０と支持部材４０’の側面、端面までの距離間隔Ｄ１、Ｄ２よりも大きくなるように構成してもよい。

次に、図８～図１１を用いて、第３の実施形態であるオゾン発生装置について説明する。第３の実施形態では、エキシマランプおよびランプ電源部が、それぞれ専用の部材によって保持、支持されている。

図８は、第３の実施形態におけるオゾン発生モジュールの正面図である。図９は、第３の実施形態におけるオゾン発生モジュール１０の側面図である。

オゾン発生モジュール１０は、エキシマランプ２０、ランプ電源部３０とを備え、また、エキシマランプ２０およびランプ電源部３０を支持する支持部材４０”を備える。支持部材４０”のランプ側表面４０”Ａには、エキシマランプ２０を保持するクリップ型のランプホルダ対６５Ａ、６５Ｂが設置されている。

ランプホルダ対６５Ａ、６５Ｂは、支持部材４０”から（減衰距離以上、好ましくは断熱距離以上の）距離間隔Ｄ０の位置でエキシマランプ２０を保持する。また、第１、２の実施形態と同様、エキシマランプ２０と支持部材４０”の側面４０”Ｃまでの距離間隔Ｄ１、エキシマランプ２０と支持部材４０”の端面４０”Ｄまでの距離間隔Ｄ２が紫外線照射影響範囲Ｕを超える（到達限界距離Ｑ以上となる）ように定められている。電源部側表面４０”Ｂには、ランプ電源部３０を断熱距離以上に定めた距離間隔Ｄ５だけ離れて支持する筒状の電源支持部６７Ａ（６７Ｄ）、６７Ｂ（６７Ｃ）が設置されている。昇温したランプ側表面４０Ａでのオゾン分解による影響が抑えるように、距離間隔Ｄ０とＤ５とを定めればよい。

支持部材４０”は一方の端面４０”Ｄ付近の開口部４１”埋め込み設置されたコネクタ５０”を有し、給電線６５、給電線６７の端子がそれぞれ差し込まれてエキシマランプ２０とランプ電源部３０とを電気的に接続する。コネクタ５０”は紫外線照射影響範囲Ｕの空間領域外に配置すればよい。給電線６５、給電線６７は、支持部材４０”との間で絶縁性を維持するように設けられている。

図１０は、第３の実施形態における流路管を上側から見た断面図である。図１１は、第３の実施形態における流路管の側面側から見た断面図である。

オゾン発生モジュール１０の支持部材４０”の幅（側面間長さ）Ｄ７は、流路管１２０”の管壁長さＲ１に相当する。支持部材４０”を流路管１２０”の流出口１２０”Ｅに嵌め込むことによって、オゾン発生モジュール１０が装着される。このとき、エキシマランプ２０は、ランプ軸Ｘが管軸Ｃの方向に沿うように配置される。

第２の実施形態と同様、吸気ファン１３０によって流路管１２０”へ流入したガスは、支持部材４０”によってエキシマランプ２０側とランプ電源部３０側へ分流し、合流せずにそのまま流出口１２０”Ｅから別々に流出する。また、エキシマランプ２０と支持部材４０”との距離間隔Ｄ０は減衰距離以上であり、好ましくは断熱距離以上であり、流路管１２０”の管壁までの距離間隔Ｄ３、Ｄ４よりも短い。より好ましくは、距離間隔Ｄ５はランプ電源部の冷却を考慮した断熱距離以上に定められている。また、距離間隔Ｄ１、Ｄ２は、紫外線照射影響範囲Ｕを超える（到達限界距離Ｑ以上の）距離間隔に定められている。そのため、流路管１２０”とエキシマランプ２０との位置関係によってオゾン発生条件が変更するのが抑制される。

第１～第３の実施形態では、支持部材を流路管の流出口側から嵌めることによってオゾン発生モジュールを装着させる構成であるが、流路管に溝などを形成してスライド移動させる構成、流路管の管壁にクリップ板などを設けて保持する構成など、他の支持構造によってオゾン発生モジュールを装着させるようにすることも可能である。

また、第１～第３の実施形態では、オゾン発生装置１００に設けられた流路管に対してオゾン発生モジュール１０を装着するように構成されている。しかしながら、流路管を設けないオゾン発生装置に対しても、オゾン発生モジュールを装着する構成にすることが可能である。

以下では、図１２、１３を用いて、第４の実施形態であるオゾン処理装置について説明する。第４の実施形態では、装置筐体内に流路を形成するように、オゾン発生モジュールが装着される。

図１２は、第４の実施形態であるオゾン処理装置の水平方向に沿った概略的断面図である。図１３は、第４の実施形態であるオゾン発生装置の鉛直方向に沿った概略的断面図である。

オゾン処理装置１００’は、除菌、消臭対象物をオゾン処理空間領域（ボックス）４００内に配置する大型のオゾン処理装置として構成されている。隔壁３５０は、筺体３００を水平方向に沿って区画し、その下方にはオゾン処理空間領域４００が形成されている。また、隔壁３５０の上方と装置天井面３２０Ｃとの間には、天井空間領域が形成されている。

隔壁３６０は、天井空間領域の一部を鉛直方向に沿って区画する隔壁であり、天井空間領域において隔壁３６０と筐体背面３２０Ａとの間に設けられたオゾン生成空間領域４２５には、ファン４１０が設けられ、オゾン処理空間領域４００へオゾンが含まれるガスを供給可能である。また、天井空間領域の他の一部を鉛直方向に沿って区画する隔壁によって形成された流路には、オゾン除去部（図示せず）が設けられ、オゾン処理空間領域４００から吸引したガスに含まれるオゾンを除去（分解）可能な構成になっている。

オゾン発生モジュール１０は、第３の実施形態と同様の構成であり、ランプホルダ対６５Ａ，６５Ｂによってエキシマランプ２０を支持部材４０”との距離間隔Ｄ０が減衰距離以上であり、好ましくは断熱距離以上となるように保持し、筒状の電源支持部６７Ａ（６７Ｄ）、６７Ｂ（６７Ｃ）によってランプ電源部３０を支持部材４０”との距離間隔Ｄ５が断熱距離以上となるように支持する。オゾン発生モジュール１０は、図１３に示すように、一方の側面４０”Ｃを隔壁３５０に接して直上に設置させ、空間領域４２５に流路を形成するように装着している。また、放電容器２２と筐体側面３２０Ｂと間の最も短い距離間隔Ｄ４は、紫外線照射影響範囲Ｕを超える（到達限界距離Ｑ以上の）距離間隔に定められている。

オゾン発生モジュール１０を装着させた状態では、ランプ電源部３０がエキシマランプ２０よりもファン４１０側（上流側）に位置し、支持部材４０”のコネクタ５０”が筐体背面３２０Ａ側に近い。また、エキシマランプ２０のランプ軸Ｘは、装置横方向を向いている。オゾン発生モジュール１０は、例えば、ネジ止めなどによって隔壁３５０、３６０、筐体背面３２０Ａのいずれかに装着させることが可能である。

ファン４１０は、オゾン発生に合わせて回転する。このとき、支持部材４０”の配置に従ってガスが流れていく。具体的には、オゾンを発生させるようにファン４１０が運転する間、ファン４１０から原料ガスが送り出される。ファン４１０から送り出されたガスは、ランプ電源部３０を冷却し、その一方で、ガスの一部は支持部材４０”を跨いで、エキシマランプ２０の配置された空間側へ流れていく。

エキシマランプ２０側へ流れ込んだガスは、エキシマランプ２０周囲を通過し、装置下方へ流れていく。ファン４１０を搭載する隔壁３５０には、支持部材４０”の設置位置から筐体側面３２０Ｂ側に、スリット状の開口部４２０が形成されている（図１２では省略）。エキシマランプ２０から放射された紫外線によってオゾンが発生し、オゾンを含むガスが、開口部４２０を通じて下方のオゾン処理空間領域４００側へ流れていく。

オゾン発生動作の間、支持部材４０”は隔壁として機能し、流路を形成する。ランプ電源部３０は上流側に位置し、支持部材４０”によって遮蔽されるため、エキシマランプ２０から放射された紫外線により発生するオゾンに暴露されない。また、支持部材４０”のコネクタ５０”が開口部４２０に隣接して筐体側面３２０Ｂ側に位置するため、エキシマランプ２０のみを装着、取り外すことが実質的に不可能な状態においても、支持部材４０”を筐体（筐体背面３２０Ａ、筺体側面３２０Ｂ、装置天井面３２０Ｃ）と内部筐体（隔壁３５０、３６０）により構成された流路管へ装着し、取り外すことによって、エキシマランプ２０およびランプ電源部３０を容易に同時交換可能にする。また、流路管の管壁との距離間隔が小さい場合でも、エキシマランプ２０のみの交換が容易となる。一方、オゾン除去動作の間、ボックス４００からファン４１０へ向けてガスが流れるように、ファンが回転動作する。

このように第４の実施形態によれば、支持部材４０”を隔壁として機能するようにオゾン発生モジュール１０を設置することによって、装置内部に流路を形成し、エキシマランプ２０周囲へのガスの流れ、ランプ電源部３０の冷却などを適切に行うことができる。なお、箱状の内部筐体により構成された流路管に囲まれたオゾン生成空間領域を形成したオゾン発生装置を、オゾン処理空間領域（ボックス）４００内に配置した構成を採用したオゾン処理装置とすることも可能である。また、支持部材４０”の隔壁などへの設置は、ネジ止め、嵌め込みなど様々な構成を採用することが可能である。

エキシマランプおよびランプ電源部は、第１～３の実施形態に示した支持構造以外によって支持される構成にすることも可能である。また、支持部材についても、板（プレート）状に限定されず、様々な形状や材質を適用することが可能である。

オゾン発生モジュールは、エキシマランプおよびランプ電源部を露出状態で構成することに限定されず、筐体、ケーシングなどによってエキシマランプの一部、ランプ電源部を取り囲むような構成にすることも可能であり、装着後に取り外す構成にすればよい。

１０ オゾン発生モジュール
２０ エキシマランプ
３０ ランプ電源部
４０ 支持部材
５０ 貫通碍子
１００ オゾン発生装置
１２０ 流路管

Claims (13)

1. エキシマランプと、
   前記エキシマランプに電力供給するランプ電源部と、
   前記エキシマランプおよび前記ランプ電源部を支持し、装置に対して取り外し可能に装着される支持部材とを備え、
   前記エキシマランプと前記ランプ電源部とが、前記支持部材を間に介して相対するように、前記支持部材によって支持され、前記支持部材と一体的に装置から取り外されることを特徴とするオゾン発生装置。
2. 前記支持部材が、酸素を含むガスの流れる流路管に装着されることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 前記エキシマランプと前記流路管の管壁の距離間隔が、前記エキシマランプと前記支持部材との距離間隔よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
4. 前記エキシマランプと前記流路管の管壁の距離間隔が、前記エキシマランプから放射された紫外線の到達限界距離以上であることを特徴とする請求項２または３に記載のオゾン発生装置。
5. 前記支持部材が、前記エキシマランプと前記流路管の管壁の距離間隔が、前記エキシマランプのみを取り外し可能な距離間隔よりも短い距離間隔となるように、前記流路管に対して装着されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のオゾン発生装置。
6. 前記支持部材が、酸素を含むガスの流路を形成する隔壁の少なくとも一部として、または装置内部空間を区画する隔壁の少なくとも一部として構成されるように、装着されることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
7. 前記支持部材が、板状部材を有し、
   前記エキシマランプおよび前記ランプ電源部のうち少なくともエキシマランプが、前記板状部材に沿って所定距離離れて支持され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オゾン発生装置。
8. 前記エキシマランプと前記板状部材との距離間隔が、前記エキシマランプから放射された紫外線強度比が８０％に減衰する減衰距離以上であることを特徴とする請求項７に記載のオゾン発生装置。
9. 前記板状部材の少なくとも一部が、前記エキシマランプから放射された紫外線の照射される空間領域内に配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載のオゾン発生装置。
10. 前記エキシマランプと前記板状部材との距離間隔および前記ランプ電源部と前記板状部材との距離間隔のうち少なくとも前記エキシマランプと前記板状部材との距離間隔が、ランプ点灯中における前記板状部材の表面の温度が６０℃以下となるように、定められていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のオゾン発生装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載されたオゾン発生装置と、オゾン除去装置とを備えたことを特徴とするオゾン処理装置。
12. エキシマランプと、
    前記エキシマランプに電源供給するランプ電源部と、
    前記エキシマランプおよび前記ランプ電源部を支持し、オゾン発生装置に対して取り外し可能に装着される支持部材とを備えたオゾン発生モジュールであって、
    前記支持部材が、前記エキシマランプと前記ランプ電源部との間に介在して互いを遮蔽する板状部材で構成されることを特徴とするオゾン発生モジュール。
13. 請求項１２に記載されたオゾン発生モジュールをオゾン発生装置から取り外し、
    取り外したオゾン発生モジュールのエキシマランプおよびランプ電源部の少なくとも一方を交換し、
    交換後のオゾン発生モジュールを、オゾン発生装置に装着するオゾン発生モジュールの交換方法。

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