DE69726126T2

DE69726126T2 - Photokatalysator, lichtquelle und beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE69726126T2
Application number: DE69726126T
Authority: DE
Inventors: Ryuji Soma; Hisashi Honda; Ariyoshi Ishizaki; Tsutomu Watanabe; Hiroshi Kamata; Akiko Saitou; Akimasa Endou
Original assignee: NIHON DORO KODAN-JAPAN HIGHWAY PUBLIC Corp TOKIO/TOKYO; NIHON DORO KODAN JAPAN HIGHWAY; NIHON DORO KODAN-JAPAN HIGHWAY PUBLIC Corp; Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Central Nippon Expressway Co Ltd Nagoya Jp; Toshiba Lighting and Technology Corp; West Nippon Expressway Co Ltd; East Nippon Expressway Co Ltd
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2017-08-14
Also published as: KR100458159B1; JPH10165821A; DE69726126D1; US6242752B1; KR19990082389A; EP1352881A3; EP0887104A1; EP0887104A4; EP1352881A2; WO1998025700A1; EP0887104B1; JP3573392B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator, der eine photokatalytische Funktion aufweist, eine Lichtquelle und eine Beleuchtungseinrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Allgemein gesprochen wird eine Beleuchtungseinrichtung häufig im Freien verwendet, wo sie dazu neigt, schmutzig zu werden, bzw. innerhalb von Gebäuden mit durch die Luft ziehendem Zigarettenqualm sowie Geruch.
Im Freien verwendete Beleuchtungseinrichtungen werden wegen der vorhandenen verschiedenen Luftverschmutzungen, z. B. solche in Automobilabgasen vorhandenen, wie bspw. CO₂ (Kohlendioxid), NO_x (Stickoxid) und Kohlenstoffpartikeln, sowie aus einem Dieselfahrzeug aufgrund unvollständiger Verbrennung ausgestoßenem Öldunst, besonders leicht durch Schmutz und Ablagerungen verunreinigt.
Da eine solche Beleuchtungseinrichtung oftmals hoch über einer Straßenoberfläche oder an einer dunklen Stelle in einem Tunnel angebracht ist, sind die Kosten für die Reinigung, wenn sie mit Schmutz oder Ablagerungen verunreinigt ist, und für andere Wartungsarbeiten hoch.
In geschlossenen Räumen verwendete Beleuchtungseinrichtungen neigen dazu, mit Nikotin und anderen Verunreinigungen verschmutzt zu werden.
Auch in diesem Fall ist deren Wartung nicht immer einfach, und es besteht ein Bedarf nach Beleuchtungseinrichtungen, die einfacher zu warten sind.
Ein Beispiel für ein Mittel zum Lösen dieses Problems durch Zersetzen anhaftender Substanzen mittels Oxidation ist in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 1989-169866 gegeben, welche eine Leuchtstofflampe offenbart, die hermetisch abgedichtet Quecksilber enthält, welches mittels einer negativen Glühentladung in einer transluzenten Hülle zum Abstrahlen von UV-Licht angeregt wird, wobei eine aus Titandioxid (TiO₂), welches eine Substanz mit photokatalytischer Funktion ist, hergestellte, photokatalytische Schicht auf der Oberfläche der Hülle gebildet ist.
Die oben beschriebene Beleuchtungseinrichtung ist dazu ausgelegt, das Quecksilber mittels einer negativen Entladung zu ionisieren und anzuregen und so zu bewirken, daß das Quecksilber ultraviolett bei Wellenlängen von 185 nm und 245 nm abstrahlt, so daß das abgestrahlte UV den Geruch entfernen und organische Substanzen in der umgebenden Atmosphäre zersetzen oder andere, ähnliche Funktionen erfüllen kann.
Zur genaueren Erläuterung: Wenn Licht mit einem Wellenlängenbereich, dessen Energie diejenige der Bandlücke, d. h. der Breite des verbotenen Bandes, eines Halbleiters übersteigt, abgestrahlt wird, werden in dem Halbleiter Elektronen und Elektronenlöcher gebildet, was zu einer Elektronenübergangsreaktion führt. Z. B. ist Titandioxid (TiO₂) ein Halbleiter mit einer Bandlücke von etwa 3,0 eV. Wenn in der von einer vom Menschen gemachten Lichtquelle, wie z. B. einer Glühlampe oder einer Entladungslampe mit hoher Intensität, abgestrahlten Licht enthaltenes, sogenanntes ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 410 nm auf Titandioxid (TiO₂) gestrahlt wird, werden in dem Titandioxid (TiO₂) Elektronen und Elektronenlöcher, d. h. Fluchtlöcher, gebildet, und die Bewegung dieser Löcher bewirkt eine Elektronenübergangsreaktion auf der Oberfläche des Halbleiters. Da diese Löcher ein ausreichendes Oxidationsvermögen haben, in anderen Worten eine Kraft, die ausreicht, Elektronen entsprechend der Energie der Bandlücke zu entfernen, werden während der Elektronenübergangsreaktion durch das Oxidationsvermögen der Löcher an der Oberfläche des Titandioxids (TiO₂) anhaftende oder auf andere Weise mit dieser in Berührung stehende Substanzen oxidiert und zersetzt.
Da Titandioxid (TiO₂) die Eigenschaft hat, wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt ist, ein starkes Oxidationsvermögen auszubilden und dadurch die Oxidation und Zersetzung von an der Oberfläche des Titandioxids (TiO₂) anhaftenden Substanzen, wie bspw. Acetaldehyd, Methylmercaptan, Schwefelwasserstoff oder Ammoniak, zu steigern, vereinfacht es das Reinigen von aufgrund von Luftverschmutzung oder anderen Ursachen an der Lampe anhaftendem Schmutz bzw. Ablagerungen. Es sollte angemerkt werden, daß Titandioxid (TiO₂) in einigen Fällen die photokatalytische Funktion unter sichtbarem Licht mit Wellenlängen von mehr als 410 nm ausüben kann, da die Bandlücke des Titandioxid (TiO₂) abhängig von der Dichte einer Verunreinigung zu einem gewissen Grad variabel ist.
Ein Beispiel für eine Beleuchtungseinrichtung, die eine Lampe für die allgemeine Beleuchtung verwendet und eine photokatalytische Funktion aufweist, ist in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1995-111104 gegeben, welche eine Struktur offenbart, bei der auf der der Lampe zugewandten Innenfläche einer transluzenten Abdeckung ein photokatalytischer Film gebildet und eine photokatalytische Wirkung durch die Verwendung von von der Lampe abgestrahltem UV-Licht eine photokatalytische Wirkung erzeugt werden soll, wodurch die in die transluzente Abdeckung eingebrachte Luft desoxidiert und desinfiziert werden soll.
Obwohl auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung ein photokatalytischer Film gebildet ist, liegt dessen Zielsetzung in der Desoxidation. Daher bleibt für die in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1995-111104 offenbarte Struktur unklar, ob sie eine ausreichende Reinigungsfähigkeit aufweist.
Dem Fachmann ist bekannt, daß die Aktivität eines photokatalytischen Films in praktisch direkter Proportionalität mit der Dicke des Films ansteigt, wenn das auf den photokatalytischen Film gestrahlt Licht konstant bleibt.
Daher muß in den Fällen, in denen ein photokatalytischer Film auf der transluzenten Abdeckung einer Beleuchtungseinrichtung gebildet wird, um diese in einer Umgebung, wie bspw. im Freien, die ein hohes Maß an Schmutz und Verschmutzungen enthält, vor einem Verschmutzen zu bewahren, der photokatalytische Film spürbar dick sein.
Es wurde jedoch herausgefunden, daß ein einfaches Steigern der Dicke des photokatalytischen Films nicht immer die Zersetzung von Schmutz verbessert. Es wurde auch durch Experimente bestätigt, daß die Durchlässigkeit für sichtbares Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich wegen der Interferenz und der Wirkung des photokatalytischen Films abnimmt. Daher kann, wenn ein photokatalytischer Film zusammen mit einer Lichtquelle, bei der die maximale Scheitelwellenlänge der optischen Abstrahlung einer Wellenlänge entspricht, bei der die Durchlässigkeit des photokatalytischen Films gering ist, dies zu einer durch die verringerte Beleuchtungsintensität oder nicht angemessene Lichtverteilung verursachten Abnahme der Beleuchtungseffizienz führen.
In Fällen, in denen ein Titanoxid als photokatalytischer Film verwendet wird, ist es gängige Praxis, den photokatalytischen Film durch Verwendung von Titanalkoxid zu bilden. Obwohl ein so gebildeter photokatalytischer Film eine hohe Durchlässigkeit hat, weist er bisweilen eine unzureichend niedrige photokatalytische Wirkung auf. Die Abnahme der photokatalytischen Wirkung wird durch eine Abnahme des in dem photokatalytischen Film enthaltenen Anteils an Titandioxid vom Typ Anatas hervorgerufen, welcher eine hoch effektive photokatalytische Wirkung hat. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den photokatalytischen Film dicker zu machen, auch auf Kosten einer Verringerung der Durchlässigkeit zu einem gewissen Grad.
Da der Brechungsindex von Titanoxid jedoch vergleichsweise hoch ist, ruft ein dicker photokatalytischer Film häufig Interferenzen zwischen sichtbarem Licht hervor, welche ein regenbogenfarbiges Interferenzmuster erzeugen.
Eine Messung des Photoabsorptionsspektrums ergibt, daß eine in der oben genannten Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1995-111104 angegebene Beleuchtungseinrichtung gleichfalls solche Nachteile aufweist wie eine geringe Durchlässigkeit für sichtbares Licht, was zu einer reduzierten Effizienz führt, sowie ein Auftreten von Photointerferenz-Scheitelwellenformen.
Solche wie oben erwähnten Interferenzfarben sind unerwünscht, da sie einen unvorteilhaften Einfluß auf zu beleuchtende Gegenstände haben und auch das Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung selbst beeinträchtigen.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung anzugeben, bei der eine Abnahme der Beleuchtungseffizienz begrenzt ist, die Wartung einfach ist und eine Bildung von Interferenzfarben verhindert wird, ohne die Gefahr einer Abnahme in ihrem photokatalytischen Effekt oder der Durchlässigkeit für sichtbare Lichtstrahlen.
Offenbarung der Erfindung
Ein Photokatalysator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Grundelement, welches dazu ausgelegt ist, wenigstens Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchzulassen, und einen auf wenigstens einem Teil des Grundelementes gebildeten, photokatalytischen Film, wobei der photokatalytische Film so gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht bildet und in der Lage ist, Licht derart durchzulassen, daß der Transmissionsgrad von sichtbarem Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm. Da das Grundelement Licht mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchlassen kann, und der Transmissionsgrad des photokatalytischen Films für sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm um wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm, kann der Photokatalysator sichtbares Licht in einem ausreichenden Maß durchlassen. Zudem gibt es keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht, der Photokatalysator erzeugt keine Regenbogenfarben und führt die katalytische Funktion zuverlässig aus, wodurch er Oxidation und Zersetzung von Substanzen auf dem photokatalytischen Film fördert. So kann der Photokatalysator gemäß der Erfindung das Grundelement davor bewahren, dreckig zu werden, und vereinfacht dessen Wartung.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist ein photokatalytischer Film ohne Grundelement einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm von nicht weniger als 83% und einen Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht von nicht mehr als 68% auf. So lange ein photokatalytischer Film selbst, d. h. ein Film ohne ein Grundelement, einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm von 83% oder mehr aufweist, kann eine ausreichende Menge an sichtbarem Licht erhalten werden. Des weiteren stellt die Tatsache, daß der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht nicht höher als 68% ist, eine ausreichend effektive photokatalytische Funktion sicher.
Gemäß noch einem anderen Merkmal der Erfindung hat der photokatalytische Film eine Dicke im Bereich von 0,01 μm bis 0,3 μm. In Fällen, in denen der photokatalytische Film dünner ist als 0,01 μm, macht es dies nicht nur schwierig, einen gleichmäßigen Film auszubilden, sondern reduziert zudem das Lichtabsorptionsvermögen des photokatalytischen Films so drastisch, daß es die photokatalytische Wirkung beeinträchtigt. Andererseits neigt in Fällen, in denen der photokatalytische Film dicker ist als 0,3 μm, der Film eher zu dem durch Interferenz zwischen sichtbarem Licht hervorgerufenen Problem der Regenbogeninterferenzfarben.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält der photokatalytische Film als Hauptbestandteil ein Titanoxid vom Typ des Anatas. Ein Titanoxid vom Typ des Anatas hat eine hoch effiziente photokatalytische Wirkung und ermöglicht die Bildung eines farblosen, transparenten Films.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Grundelement aus Glas gebildet. Da Glas ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 254 nm in merklichem Maße auf hält, ist es für eine Fluoreszenzlampe geeignet. Zudem hat, da Glas kostengünstig und einfach zu bearbeiten ist, die Verwendung von Glas als Grundelement den zusätzlichen Vorteil des Ausdehnens des Anwendungsbereiches für den Photokatalysator.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Glas von der Form einer Platte, welche sichtbares Licht durchläßt, wobei ein photokatalytischer Film auf wenigstens einer Seite des Glases gebildet ist. Indem wenigstens auf einer Seite einer Glasplatte, die sichtbares Licht durchlassen kann, ein photokatalytischer Film gebildet ist, bietet die Erfindung eine einfache Konfiguration und erweitert so den Anwendungsbereich.
Des weiteren enthält eine Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung einen luftdichten Behälter, der aus einem transluzenten Material gebildet ist, welches zumindest Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchläßt; einen photokatalytischen Film, der auf zumindest einem Teil der Außenfläche des luftdichten Behälters so gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht erzeugt und in der Lage ist, Licht so durchzulassen, daß der Transmissionsgrad des photokatalytischen Films für sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm; und ein in dem luftdichten Behälter angeordnetes Lichtemissionsmittel. Da der luftdichte Behälter aus einem transluzenten Material gebildet ist, welches wenigstens Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm so durchläßt, daß Licht von dem Lichtemissionsmittel durch den photokatalytischen Film durchgelassen wird, wird eine ausreichend effektive photokatalytische Wirkung sichergestellt, um Oxidation und Zersetzung von an dem photokatalytischen Film anhaftenden Substanzen zu verbessern. Somit ist die Erfindung effektiv hinsichtlich des Verhinderns, daß der luftdichte Behälter verschmutzt, und hinsichtlich des Vereinfachens von dessen Wartung. Zudem ist, da der Transmissionsgrad des photokataly tischen Films für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm um wenigstens 15% höher liegt als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm, sichergestellt, daß eine ausreichende Menge sichtbaren Lichts durch den photokatalytischen Film hindurchtritt.
Des weiteren enthält eine Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Hauptkörper, welcher eine Lichtquelle und eine Strahlungsöffnung beinhaltet, wobei die Lichtquelle dazu ausgelegt ist, zumindest Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm zu emittieren; ein Grundelement, welches an der Strahlungsöffnung des Hauptkörpers der Einrichtung angeordnet und dazu ausgelegt ist, sichtbares Licht ebenso wie Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchzulassen; und einen photokatalytischen Film, der so auf entweder einem Teil der oder auf der gesamten Oberfläche wenigstens einer Oberfläche des Grundelementes gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht erzeugt und in der Lage ist, Licht derart durchzulassen, daß der Transmissionsgrad des photokatalytischen Films für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm. Da das Grundelement sichtbares Licht und Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchläßt und da ein photokatalytischer Film so gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht erzeugt und Licht so durchlassen kann, daß der Transmissionsgrad für sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% größer ist als der Transmissionsgrad von ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm, stellt die Erfindung ausreichend sichtbares Licht sicher ebenso wie eine ausreichend effektive photokatalytische Funktion, während sie die Bildung von Regenbogenfarben vermeidet, welche ansonsten durch sichtbares Licht hervorgerufen werden können.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Grundelement eine transluzente Abdeckung, und es besteht keine Notwendigkeit eines separaten Grundelements zum Bilden eines photokatalytischen Films.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Grundelement eine transparente Kugel, und es besteht keine Notwendigkeit eines separaten Grundelements zum Bilden eines photokatalytischen Films.
Des weiteren enthält eine Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine transluzenten Abdeckung, die eine Lichtquelle abdeckt, welche dazu ausgelegt ist, zumindest sichtbares Licht und Lichtstrahlen im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 400 nm abzustrahlen, und ein photokatalytischer Film ist auf zumindest einer Seite der transluzenten Abdeckung gebildet und enthält als Hauptbestandteil Titandioxid (TiO₂), dessen Scheitelwellenlänge für die Durchlässigkeit von sichtbarem Licht nahezu die gleiche ist wie die Scheitelwellenlänge für von der Lichtquelle abgestrahltes sichtbares Licht. Mit der wie oben beschriebenen Konfiguration verstärkt der auf der transluzenten Abdeckung gebildete, photokatalytische Film Oxidation und Zersetzung von an dem photokatalytischen Film anhaftenden Substanzen, und verhindert folglich, daß Verschmutzungen und Verfärbungen an der transluzenten Abdeckung anhaften, und erleichtert die Wartung der transluzenten Abdeckung. Zudem läßt, auch wenn die Dicke des photokatalytischen Films erhöht wird, um die photokatalytische Wirkung effektiver zu gestalten, der photokatalytische Film sichtbares Licht bei der von der Lichtquelle abgestrahlten Scheitelwellenlänge effektiv durch, da dessen Scheitelwellenlänge ungefähr die gleiche ist wie die Scheitelwellenlänge von von der Lichtquelle abgestrahltem sichtbaren Licht. So stellt die Erfindung eine ausreichende Beleuchtung sicher und optimiert zugleich die Verteilung der Lichtstärke und begrenzt die Abnahme der Beleuchtungseffizienz.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt die Scheitelwellenlänge für die Durchlässigkeit des photokatalytischen Films für sichtbares Licht im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm. Mit diesem Merkmal kann die Erfindung in verschiedenen Lichtquellen eingesetzt werden, deren Scheitelwellenlänge für sichtbares Licht im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm liegt.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung läßt die transluzente Abdeckung nicht weniger als 80% des Lichts durch, welches sichtbares Licht und ultraviolettes Licht im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm enthält.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Hauptkomponente des photokatalytischen Films ein Titandioxid (TiO₂) vom Kristalltyp des Anatas. Titandioxid vom Kristalltyp des Anatas hat eine hoch effektive photokatalytische Funktion und ermöglicht die Bildung eines farblosen, transparenten Films.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der photokatalytische Film mit einer Zwischenschicht gebildet, die in der Hauptsache aus Siliziumdioxid (SiO₂) besteht und zwischen dem katalytischen Film und der transluzenten Abdeckung angeordnet ist. Indem der photokatalytische Film mit einer Zwischenschicht gebildet ist, die in der Hauptsache aus Siliziumdioxid (SiO₂) besteht und zwischen dem photokatalytischen Film und der transluzenten Abdeckung angeordnet ist, bietet die Erfindung eine einfache Struktur, die einen photokatalytischen Film tragen kann, ohne einen unerwünschten Einfluß auf die transluzente Abdeckung zu nehmen.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der photokatalytische Film eine Dicke im Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm. Ein photokatalytischer Film von weniger als 0,01 μm Dicke krankt nicht nur an einer drastischen Abnahme seines Lichtabsorptionsvermögens, sondern ist zudem auch schwer, gleichmäßig herzustellen, und leidet so unter einer Abnahme des Grades der photokatalytischen Aktivität, während ein photokatalytischer Film mit mehr als 0,5 μm Dicke die Durchlässigkeit für sichtbares Licht über die Maßen verringert und zu einer Abnahme der Beleuchtungseffizienz führt.
Des weiteren ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Lichtquelle eine Hochdruck-Natriumlampe. Da die Scheitelwellenlänge für von der Hochdruck-Natriumlampe emittiertes Licht 580 nm beträgt, kann die Beleuchtungseffizienz erhöht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer in einem Tunnel zu verwendenden Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Vorderansicht derselben;
3 ist eine Seitenansicht derselben;
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer transluzenten Abdeckung, die in der Beleuchtungseinrichtung für einen Tunnel gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird;
5 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die spektrale Verteilung der Emission einer Hochdruck-Natriumlampe gemäß dieser Ausführungsform zeigt;
6 zeigt charakteristische Diagramme der spektralen Transmissionsfaktoren eines photokatalytischen Films gemäß dieser Ausführungsform, wobei (a) bis (d) jeweils spektrale Transmissionsfaktoren von Proben photokatalytischer Filme mit verschiedenen Komponenten und/oder Additiven zeigen;
7 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform der in einer Beleuchtungseinrichtung für einen Tunnel verwendeten transluzenten Abdeckung;
8 ist eine perspektivische Ansicht einer zur Verwendung in einem Nothaltebereich vorgesehenen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 ist eine Ansicht dieses Ausführungsbeispiels von unten;
10 ist eine teilweise ausgeschnittene Seitenansicht der Beleuchtungseinrichtung für einen Nothaltebereich gemäß dieser Ausführungsform;
11 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die spektrale Verteilung der Emission einer Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform zeigt;
12 ist eine perspektivische Ansicht der Beleuchtungseinrichtung für eine Straße gemäß einer dritten Ausführungsform;
13 ist eine teilweise ausgeschnittene Seitenansicht dieser Ausführungsform;
14 ist eine Ansicht dieser Ausführungsform von unten;
15 ist eine Schnittansicht dieser Ausführungsform;
16 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die spektrale Verteilung der Emission einer Hochdruckquecksilberlampe gemäß dieser Ausführungsform zeigt;
17 ist eine teilweise ausgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Fluoreszenzlampe, welche die Lichtquelle der vierten Ausführungsform ist;
18 ist eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen Backtemperaturen und Anteilen von Verbindungen des Kristalltyps des Anatas zeigt, wobei der photokatalytische Film aus Titanoxid gemacht ist;
19 ist eine Kurve, die die spektrale Durchlässigkeit der transluzenten Abdeckung zeigt;
20 ist eine Kurve, die die Spektren einer Probe zeigt, die durch Bilden eines photokatalytischen Films auf einer Glasbasis hergestellt worden ist;
21 ist eine Kurve, die die Spektren des photokatalytischen Films selbst zeigt; und
22 ist eine Kurve, die den Transmissionsgrad für sichtbares Licht aufgetragen über dem Zeitverlauf zeigt.
Beste Art und Weise, die Erfindung auszuführen
Nachfolgend wird eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Es wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen, die die erste Ausführungsform beschreiben. Bezugsziffer 1a bezeichnet eine Beleuchtungseinrichtung, die in einem Tunnel installiert werden kann. Die Beleuchtungseinrichtung 1a ist korrosionsbeständig und enthält einen Hauptkörper 2, welcher eine aus Edelstahl gefertigte und am Vorderende offene, dünne, hohle Kiste ist. Eine Flächenbefestigungseinheit zum Anbringen der Beleuchtungseinrichtung an einer Wand oder einer anderen Fläche, an der die Beleuchtungseinrichtung angebracht werden kann, ist an der Rückseite des Hauptkörpers 2 befestigt. Ein öffen- und schließbarer Abdeckungskörper 4, der wie der Hauptkörper 2 aus Edelstahl gefertigt ist, ist mit Scharnieren an der Vorderöffnung des Hauptkörpers 2 festgelegt. Zungen 6 sind an der Unterseite des Hauptkörpers 2 vorgesehen, so daß der Abdeckungskörper 4 den Hauptkörper 2 in fluiddichter Weise verschließen kann.
Der Abdeckungskörper 4 weist in seiner Mitte eine Strahlungsöffnung 7 auf, in welcher eine transluzente Abdeckung 9 mittels einer korrosionsbeständigen Silikongummi-Dichtung in fluiddichter Weise eingesetzt ist. Die transluzente Abdeckung 9 ist eine flache Platte, die aus einem Material gebildet ist, welches ein gehärtetes Glas oder ein Kunstharz sein kann und den Durchtritt der sichtbaren Strahlen sowie wenigstens 80% der gesamten bzw. eines Teils der ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm erlaubt.
An dem Hauptkörper 2 ist eine Lampenfassung 10 angebracht, in welche eine Einkappen-Hochdruck-Natriumlampe 11 in einer der transluzenten Abdeckung 9 des Abdeckungskörpers 4 zugewandten Stellung lösbar eingesetzt ist, die als Lichtquelle dient, welche ultraviolette Strahlen innerhalb des Wellenlängenbereichs von 300 nm bis 400 nm mit einer Intensität von nicht weniger als 0,05 W pro 1000 lm abstrahlt. Wie in 5 gezeigt, ist die Hochdruck-Natriumlampe 11 dazu ausgelegt, Licht abzustrahlen, welches sichtbare Strahlen und ultraviolette Strahlen im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm, z. B. ultraviolette Strahlen mit Wellenlängenmaxima bei 330 nm und 365 nm, enthält. Das Wellenlängenmaximum der sichtbaren Strahlen liegt bei 580 nm.
Eine Vorschaltgerätkiste 12, welche ein Vorschaltgerät zum Betätigen der Hochdruck-Natriumlampe 11 enthält, ist an dem Hauptkörper 2 festgelegt. Ein Reflektor 2a mit einer gekrümmten Oberfläche ist in dem Hauptkörper 2 in einer der Hochdruck-Natriumlampe optisch gegenüberliegenden Position angeordnet, so daß von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlte Strahlen in Richtung der Strahlungsöffnung 7 reflektiert werden können. Wie in 4 gezeigt, ist ein photokatalytischer Film 13 auf der äußeren Oberfläche der transluzenten Abdeckung 9 in einer solchen Weise gebildet, daß er ein Durchtreten sichtbarer Strahlen durch den Film ermöglicht. Der photokatalytische Film 13 ist durch Bilden einer hauptsächlich aus Siliziumdioxid (SiO₂) bestehenden Zwischenschicht auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 und anschließendes Bilden einer weiteren Schicht auf der Zwischenschicht 14 hergestellt, wobei die äußere Schicht vorrangig aus Titandioxid (TiO₂) vom Kristalltyp des Anatas besteht.
Die Zwischenschicht 14 enthält kleine Partikel aus Siliziumdioxid mit einem Teilchendurchmesser im Bereich zwischen 60 nm und 200 nm und hat eine Dicke von 0,5 μm bis 2 μm. Die Zwischenschicht 14 wird durch Eintauchen eines Basiselementes in eine aus Hexamethyldisilazan (Me₃SiNHSiMe₃) und Hexamethylcyclotrisilazan ([Me₂SiNH]₃) hergestellte Lösung, die ein Produkt von Tonen Corp. sein kann, Herausziehen desselben zum Trocknen und anschließendes Backen des Materials bei 80°C hergestellt. Die Zwischenschicht 14 erlaubt den Durchtritt von sichtbarem Licht ebenso wie von wenigstens 80% der gesamten bzw. eines Teils der ultravioletten Strahlen mit Wellenlängen im Bereich von 300 nm bis 400 nm. Die Zwischenschicht 14 ist nicht immer erforderlich, wenn ein Nichtvorhandensein derselben keinen nachteiligen Einfluß auf die optischen Eigenschaften der photokatalytischen Funktion der Einrichtung hat.
Die Herstellung des photokatalytischen Films 13 verlangt nach der Bereitung einer Titanalkoholat-Lösung, indem ein Material, welches hauptsächlich aus einer organischen Titanverbindung besteht, in einem Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol, gelöst wird und nach dem Backen eines Grundelementes, nachdem dieses in die Lösung getaucht worden ist. Der photokatalytische Film 13 wird so gebildet, daß er eine Dicke im Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm hat, so daß er 80% oder mehr von zumindest einem Teil des sichtbaren Lichts mit Wellenlängen im Bereich von 380 nm bis 760 nm durchlassen kann.
Wie in 6(a) gezeigt, wird die Scheitelwellenlänge der Durchlässigkeit des photokatalytischen Films 13 durch eine leichte Interferenz zwischen dem Licht beeinflußt. In anderen Worten wird der photokatalytische Film 13 als ein Interferenzfilm gebildet, dessen Wellenlänge maximaler Transmission bei 590 nm liegt, was nahe bei der Scheitelwellenlänge, dies sind 580 nm, der von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlten, sichtbaren Strahlen ist. Die Scheitelwellenlänge des photokatalytischen Films 13 muß innerhalb der Halbwertsbreite der Scheitelwellenlänge für sichtbare Lichtstrahlen von der Lichtquelle liegen, welche im Falle dieser Ausführungsform die Hochdruck-Natriumlampe 11 ist. Wie in den 6(b) bis (d) gezeigt, kann die Scheitelwellenlänge der Transmission sichtbarer Strahlen im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm verändert werden, indem die Komponenten, Zusätze oder der Brechungsindex des Films geändert werden. Des weiteren kann die in jedem der Diagramme gezeigte Kurve jeweils entlang der horizontalen Achse verschoben werden, indem die Dicke des photokatalytischen Films 13 der Probe verändert wird.
Nachfolgend wird die Funktion der ersten Ausführungsform beschrieben.
Durch Erleuchten der Hochdruck-Natriumlampe 11 einer in einem Tunnel installierten Beleuchtungseinrichtung 1a, wird Licht, welches sichtbare Strahlen, deren Scheitelwellenlänge bei 580 nm liegt, und ultraviolette Strahlen im Wellenlängebereich zwischen 300 nm und 400 nm enthält, von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlt.
Das Licht von der Hochdruck-Natriumlampe 11 trifft entweder direkt oder durch den Reflektor 2a reflektiert auf die transluzente Abdeckung 9. Das Licht tritt dann durch die transluzente Abdeckung 9 und den photokatalytischen Film 13 hindurch und wird in das Innere des Tunnels gestrahlt. Zu dieser Zeit wird das Innere des Tunnels mit ausreichender Leuchtkraft ausgeleuchtet, da die Teile, wie z. B. die transluzente Abdeckung 9, der photokatalytische Film 13, die Zwischenschicht 14 und dergleichen, alle den Durchtritt von nicht weniger als 80% der sichtbaren Strahlen erlauben.
Da der photokatalytische Film 13 als ein Interferenzfilm mit einer der Scheitelwellenlänge der von der Hochdruck- Natriumlampe 11 abgestrahlten sichtbaren Strahlen nahezu identischen Transmissionsscheitelwellenlänge gebildet ist, tritt die Scheitelwellenlänge für von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlte Strahlen effektiv durch den photokatalytischen Film 13 hindurch und stellt so eine ausreichende Ausleuchtung sicher.
Wegen des Einflusses von Schmutz und Automobilabgasen neigen Schmutz und andere Substanzen, wie bspw. Kohlenstoff (Ruß), Öldunst, Acetaldehyd, Methylmercaptan, Schwefelwasserstoff und Ammoniak dazu, an der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 der in einem Tunnel installierten Beleuchtungseinrichtung 1a anzuhaften. Da jedoch der photokatalytische Film 13 auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 gebildet ist, reduziert die photokatalytische Funktion des photokatalytischen Films 13 die Ansammlung von Schmutz auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9.
Um genauer zu sein, werden, wenn ultraviolette Strahlen im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm von der Hochdruck-Natriumlampe 11 auf den photokatalytischen Film 13 gestrahlt werden, in den kleinen Teilchen des Titandioxids Löcher generiert. Da diese Löcher ein ausreichendes Oxidationsvermögen haben, in anderen Worten zum Entfernen von Elektronen ausreichende Kraft entsprechend der Energie der Bandlücke von ungefähr 3,0 eV, werden an der Oberfläche des photokatalytischen Films 13 anhaftende oder mit dieser in Kontakt stehende Substanzen vermittels des Oxidationsvermögens der Löcher umgewandelt.
Somit hat die oben beschriebene Ausführungsform einen Vorteil, indem sie den photokatalytischen Film 13 gegenüber Schmutz beständig macht und ein einfaches Entfernen einer Verunreinigung ermöglicht, sollte sie an dem Film anhaften, und ist somit geeignet, ein Absinken des Transmissionsgrades der transluzenten Abdeckung 9 zu beschränken, welches ansonsten durch die Verunreinigung versucht werden würde.
Somit wird, selbst wenn wie oben erwähnte Substanzen sich auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 ansammeln, sicher verhindert, daß diese an der transluzenten Abdeckung 9 anhaften. So ist die Erfindung effektiv beim Energiesparen und beim Verhindern eines Abnehmens der Qualität der durch die transluzente Abdeckung 9 hindurch gestrahlten Lichtstrahlen, und hat den Vorteil des Vereinfachens der Wartung der Einrichtung, da es nicht erforderlich ist, eine Reinigungstätigkeit, wie z. B. ein Abwischen der transluzenten Abdeckung 9, häufig durchzuführen.
Da die photokatalytischen Filme 13a, 13b als Interferenzfilme gebildet sind, deren Scheitelwellenlänge der Durchlässigkeit für sichtbare Lichtstrahlen nahezu identisch der Scheitelwellenlänge für von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlte, sichtbare Lichtstrahlen ist, treten von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlte, sichtbare Strahlen effektiv bei der Scheitelwellenlänge durch die photokatalytischen Filme 13a, 13b hindurch und stellen so eine ausreichende Beleuchtung sicher. In anderen Worten ist, selbst wenn die photokatalytischen Filme 13a, 13b dicker gemacht werden, um die Effektivität ihrer photokatalytischen Funktion zu erhöhen, eine Abnahme des Transmissionsgrades bei der Scheitelwellenlänge der von der Hochdruck-Natriumlampe 11 abgestrahlten Strahlen minimal. Daher stellt die Erfindung eine ausreichende Ausleuchtung sicher, optimiert die Verteilung der Leuchtstärke und begrenzt die Abnahme der Beleuchtungseffizienz.
Des weiteren kann eine photokatalytische Schicht an den Seiten des Hauptkörper 2 und der Abdeckung 4 und gleichfalls auf der Oberfläche des Reflektors 2a gebildet sein, so daß sie keine häufige Reinigung erfordern. So kann auf dieselbe Weise wie bei der transluzenten Abdeckung 9 die Wartung dieser Teile vereinfacht werden.
In Fällen, in denen die Beleuchtungseinrichtung 1a nahe dem Ein- oder Ausgang eines Tunnels installiert ist, an einem Punkt, den Sonnenlicht erreicht, oder im Freien, wo die Einrichtung dem Sonnenlicht ausgesetzt sein wird, kann die photokatalytische Funktion des photokatalytischen Films 13 durch die ultraviolette Strahlung in dem Sonnenlicht verstärkt werden.
Obwohl ein photokatalytischer Film 13 und eine Zwischenschicht 14 in der oben beschriebenen Ausführungsform nur auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 gebildet sind, können photokatalytische Filme 13a, 13b und Zwischenschichten 14a, 14b auf der Innen- und Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 gebildet sein, wie dies in 7 gezeigt ist.
In diesem Fall liegen die Dicke X1 des photokatalytischen Films 13a auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9 und die Dicke X2 des photokatalytischen Films 13b auf der Außenfläche im Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm, wobei die Dicke X1 des photokatalytischen Films 13a auf der Innenfläche kleiner ist als die Dicke X2, d. h. X1 < X2. Die Zwischenschichten 14a, 14b sind so gebildet, daß sie annähernd die gleiche Dicke haben.
In Fällen, in denen die Intensität von auf die photokatalytischen Filme 13a, 13b gestrahltem Licht konstant ist, gilt: je dicker die Filme, desto aktiver deren photokatalytische Wirkung. Zugleich nimmt jedoch die Beleuchtungseffizienz ab, da die Absorption der sichtbaren Strahlen mit dem Anstieg der Dicke der Filme zunimmt. In Fällen, in denen die Dicken der Filme 13a, 13b konstant sind, gilt: je intensiver das Licht, desto aktiver die photokatalytische Wirkung, wohingegen das weniger intensive Licht die photokatalytische Funktion weniger aktiv werden läßt. Daher stellt die Erfindung, selbst wenn der photokatalytische Film 13a auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9 dünn ist, eine ausreichende photokatalytische Wirkung ebenso sicher wie eine bessere Lichtdurchlässigkeit, wobei die Absorption des von der Hochdruck-Natriumlampe 11 emittierten Lichts minimal gehalten wird. Zudem wird, da der photokatalytische Film 13b auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 ausreichend dick ist, eine ausreichend effiziente photokatalytische Funktion sichergestellt, selbst wenn ein Teil des Lichts von der Hochdruck-Natriumlampe 11 von der transluzenten Abdeckung 9 und dem photokatalytischen Film 13a auf deren Innenfläche absorbiert wird.
Wegen in das Innere der Beleuchtungseinrichtung eindringender Abgase und von einem Kunststoff oder Gummi in der Einrichtung erzeugte Gases oder Zersetzungsprodukte kann auch die Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9 mit oben erwähnten Substanzen verunreinigt werden. Da jedoch der photokatalytische Film 13b auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9 gebildet ist, vermindert die photokatalytische Wirkung des photokatalytischen Films 13b die Verunreinigung auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9.
In Fällen, in denen die Intensität des auf die photokatalytischen Filme 13a, 13b gestrahlten Lichtes konstant ist, gilt: je dicker die Filme, desto aktiver deren photokatalytische Wirkung. Zugleich nimmt jedoch die Beleuchtungseffizienz ab, da mit dem Anstieg der Dicke der Filme mehr sichtbare Strahlen absorbiert werden. In Fällen, in denen die Dicken der Filme 13a, 13b konstant sind, gilt: je intensiver das Licht, desto aktiver die photokatalytische Wirkung, wohingegen das weniger intensive Licht die photokatalytische Funktion weniger aktiv werden läßt. Durch die Verwendung dieser Eigenschaft der photokatalytischen Filme 13a, 13b, verlangt die Struktur dieser Ausführungsform danach, den photokatalytischen Film 13a auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9 dünn zu machen, während der photokatalytische Film 13b auf der Außenfläche dick gemacht werden muß. Daher wird, selbst wenn der photokatalytische Film 13a auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 9 dünn ist, eine ausreichende photokatalytische Wirkung sichergestellt. Die oben genannte Konfiguration stellt zudem eine bessere Lichtdurchlässigkeit sicher, da nur ein kleiner Anteil des von der Hochdruck-Natriumlampe 11 emittierten Lichts absorbiert wird. Zudem wird, da der photokatalytische Film 13b auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 dick ist, eine ausreichend effektive photokatalytische Funktion sichergestellt, selbst wenn ein Teil des Lichts von der Hochdruck-Natriumlampe 11 von der transluzenten Abdeckung 9 und dem photokatalytischen Film 13a auf deren Innenfläche absorbiert wird. So ist die oben erläuterte Konfiguration somit auch in der Lage, die photokatalytische Funktion des photokatalytischen Films 13b auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 9 zu verbessern, welche ansonsten dazu neigt, schmutzig zu werden.
Als nächstes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 8 bis 10 die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Es wird auf 8 und 9 Bezug genommen. Eine Beleuchtungseinrichtung 1b kann an einem Nothaltebereich in einem Tunnel angeordnet werden. Die Beleuchtungseinrichtung 1b enthält einen hohlen Hauptkörper 21, der in einer länglichen, rechteckigen Form gebildet ist und an der Unterseite eine Öffnung 22 aufweist. Adapterplatten 23 in der Form von Zungen sind auf der Rückseite des Hauptkörpers 21 gebildet.
Im Innern des Hauptkörpers 21 sind ein plattenförmiger Reflektor 24, der der Öffnung 22 zugewandt ist, um abgestrahltes Licht zu der Öffnung 22 hin zu reflektieren, und zwei Paar Lampenfassungen 25, von denen jedes Paar aus zwei an dem jeweiligen Längsende des Reflektors 24 einander gegenüberliegend angeordneten, und zu der zugehörigen Fassung des anderen Paares ausgerichteten Fassungen besteht. Zwischen jedem Paar Lam penfassungen ist eine als Lichtquelle dienende Fluoreszenzlampe 26 vom Typ einer geraden Röhre lösbar angeordnet.
Wie in 11 gezeigt, ist jede Fluoreszenzlampe 26 dazu ausgelegt, sichtbare Strahlung und ultraviolette Strahlung im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm abzustrahlen, wobei die Scheitelwellenlänge für sichtbare Strahlung im Bereich von 500 nm bis 600 nm, genauer bei ungefähr 550 nm liegt. Obwohl ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 395 nm hinsichtlich ihrer spezifischen Energie zu niedrig liegen, um in der Darstellung in 11 aufzutreten, werden sie in Fällen, in denen Dreiband-Fluoreszenzlampen verwendet werden, mit 0,05 W pro 1000 lm abgegeben. Einen Lampe mit einer FL von 40 W bspw. hat ein Leistungsvermögen von 3500 lm, so daß 0,11 W ultravioletter Strahlen abgestrahlt werden sollten. Im Falle einer weißen Fluoreszenzlampe, welche Kalziumhalophosphat-Leuchtstoff oder dergleichen verwendet, beträgt deren Leistungsvermögen 0,103 W pro 1000 lm. Somit hat eine Lampe mit einer FL von 40 W eine Leistung von 3000 lm, so daß die Ausgabe an Ultraviolett 0,31 W betragen wird. In Fällen, in denen die photokatalytische Funktion wegen nicht ausreichender Menge an ultravioletten Strahlen nicht aktiv ist, kann eine erwünschte Menge an ultravioletten Strahlen durch Beimengen einer passenden Menge eines Leuchtstoffs erzielt werden, der ultraviolette Strahlen ausstrahlt.
Jede Fluoreszenzlampe 26 enthält darin dichtend eingeschlossen Quecksilber und ein inertes Edelgas, wie bspw. Argon, und enthält eine im Innern der Lampe gebildete Fluoreszenzschicht (nicht gezeigt). Die Fluoreszenzschicht besteht aus einem Dreiband-Leuchtstoff, der durch von dem Quecksilber emittierte, ultraviolette Strahlen angeregt werden soll, um so die ultraviolette Strahlung in sichtbare Strahlung umzuwandeln.
Der oben erwähnte Dreiband-Leuchtstoff kann Y₂O₃:Eu³⁺ als einen roten Leuchtstoff mit einer Scheitelwellenlänge um 610 nm, (La, Ce, Tb)PO₄ als einen grünen Leuchtstoff mit einer Scheitelwellenlänge um etwa 540 nm und BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu²⁺ als einen blauen Leuchtstoff mit einer Scheitelwellenlänge um 450 nm enthalten.
Die Fluoreszenzschicht kann aus einer Mischung von Leuchtstoffen im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 410 nm gebildet sein. Der ultraviolett abstrahlende Leuchtstoff enthält wenigstens einen aus der Gruppe bestehend aus einem europiumaktivierten Erdalkalimetallborat, einem bleiaktivierten Erdalkalimetallsilikat, einem europiumaktivierten Erdalkalimetallphosphat, einem ceraktivierten seltene Erden-Phosphat und einem durch Hinzufügen eines Halogens zu einem europiumaktivierten Erdalkalimetallborat mit einem Mischungsverhältnis nach Gewicht von 1 bis 10% erhaltenen Leuchtstoff ausgewählten Leuchtstoff. Geeignete Beispiele für die oben genannten Verbindungen enthalten SrB₂O₄:Eu²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge bei 368 nm als ein europiumaktiviertes Erdalkalimetallborat, (Ba, Sr, Mg)₃Si₂O₇:Pb²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge bei 370 nm oder BaSi₂O₅:Pb²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge bei 350 nm als bleiaktiviertes Erdalkalimetallsilikat, (Sr Mg)₂P₂O₇:Eu²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge im Bereich von 380 nm bis 395 nm als ein europiumaktiviertes Erdalkalimetallphosphat und YPO₄:Ce³⁺ mit einer Scheitelwellenlänge um 357 nm als ein ceraktiviertes seltene Erden-Phosphat.
Die Fluoreszenzlampen 26 sind nicht auf Dreiband-Lampen beschränkt; derselbe Effekt kann durch Verwenden eines Calciumhalophosphat-Leuchtstoffs oder anderer Leuchtstoffe erzielt werden, und derselbe Effekt kann auch erreicht werden, indem anstelle einer Lampe in Form einer geraden Röhre eine Lampe eines anderen Typs, wie bspw. eine kreisförmiger Lampe oder eine Lampe des kompakten Typs verwendet wird.
Eine transluzente Abdeckung 27 aus einem plattenförmigen, gehärteten Glas, welches als Grundelement dient und dazu ausge legt ist, sichtbare Strahlung und wenigstens 80% der gesamten oder eines Teiles der ultravioletten Strahlung in dem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm durchzulassen, ist von einem Rahmen 28 getragen und an der Öffnung 22 in einer solchen Weise festgelegt, daß sie über Scharniere 29, die an einer Seite der Öffnung 22 angeordnet sind, geöffnet und geschlossen werden kann. An der anderen Seite der Öffnung 22 angeordnete Laschen 30 sichern den Rahmen 28 in dem Hauptkörper in einer solchen Stellung, daß die transluzente Abdeckung 27 und der Rahmen 28 die Öffnung 22 verschließen.
Auf dieselbe Weise wie bei der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform sind auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 27 eine Zwischenschicht und eine photokatalytische Schicht gebildet. Da die photokatalytische Schicht so gebildet ist, daß sie eine Scheitelwellenlänge für den Durchlaß sichtbarer Strahlung nahezu identisch der Scheitelwellenlänge für von den Fluoreszenzlampen 26 abgestrahlten sichtbaren Strahlung hat, tritt die Scheitelwellenlänge für von den Fluoreszenzlampen 26 emittierte sichtbare Strahlung effektiv durch den photokatalytischen Film durch und stellt so eine ausreichende Ausleuchtung sicher. Wie bei der ersten Ausführungsform können Zwischenschichten und photokatalytische Schichten sowohl auf der Außenfläche als auch auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung 27 gebildet sein, wie dies in 7 gezeigt ist.
Die oben erläuterte zweite Ausführungsform führt durch die Verwendung von Sonnenlicht oder Erleuchten der Fluoreszenzlampen 26 dieselben Funktion aus und erreicht dieselben Effekte wie diejenigen der ersten Ausführungsform. Zudem kann, da in der zweiten Ausführungsform die Fluoreszenzlampen 26 zum Abstrahlen sichtbarer Strahlung und ultravioletter Strahlung in drei Bändern verwendet werden, ein besserer Farbwiedergabeeffekt erzielt werden.
Des weiteren kann derselbe Effekt erzielt werden, indem eine kreisförmige Lampe oder eine Lampe eines kompakten Typs anstelle einer geraden Röhrenlampe verwendet wird. Um die Wartung der Beleuchtungseinrichtung zu vereinfachen, kann in derselben Weise eine photokatalytische Schicht um den Hauptkörper 21 herum gebildet sein, wie diese in der obigen Erläuterung der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 12 bis 16 die dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Es wird nun auf 12 bis 16 Bezug genommen. Pfähle 41 mit an deren Enden angebrachten Beleuchtungseinrichtungen 1c können entlang einer Autobahn oder einer Straße angeordnet oder an einem Ruhebereich oder einem Parkplatz installiert sein. Jede Beleuchtungseinrichtung 1c enthält einen Hauptkörper 42 mit einer – von oben gesehen – elliptischen Form. Ein Pfahlstützabschnitt 43 zum Anbringen der Beleuchtungseinrichtung 1c an einem Pfahl 41 ist an dem Basisende des Hauptkörpers 42 gebildet. Eine nach unten geöffnete Öffnung 44 ist an der Vorderseite des Hauptkörpers 42 gebildet. Mehrere Reflektoren 45, 46 sind an der Innenfläche des Hauptkörpers 42 in der Öffnung 44 gegenüberliegenden Positionen befestigt, um abgestrahltes Licht in Richtung der Öffnung 44 zu reflektieren. Eine Lampenfassung 47 ist an den Basisenden der Reflektoren 45, 46 befestigt, wobei zwischen diesen eine Lampenfassungsbefestigungsplatte 48 liegt, und ein weiterer Reflektor 49 ist an der Lampenfassungsbefestigungsplatte 48 befestigt, um in Richtung des Basisendes abgestrahltes Licht zu reflektieren.
Eine Hochdruck-Quecksilberlampe 50, welche eine als Lichtquelle dienende HID-Lampe ist, ist lösbar in der Lampenfassung 47 eingesetzt. Wie in 16 gezeigt, ist die Hochdruck-Quecksilberlampe 50 dazu ausgelegt, Licht abzustrahlen, welches sichtbare Strahlen und ultraviolette Strahlen mit Scheitelwellenlängen im Bereich von 300 nm bis 400 nm, z. B. bei 330 nm und 345 nm, abzustrahlen, wobei die Scheitelwellenlänge für die sichtbaren Strahlen im Bereich von 500 nm bis 600 nm, insbesondere bei etwa 560 nm liegt. Die Hochdruck-Quecksilberlampe 50 ist dazu ausgelegt, Licht im Bereich von 300 nm bis 410 nm mit einer Intensität von 0,05 W pro 1000 lm sichtbarer Strahlung abzustrahlen.
Eine transluzente Abdeckung 51, welche eine halbkugelige Glaskugel ist und als Basiselement dient, ist von einem Rahmen 52 gehalten und an der Öffnung 44 in einer solchen Weise befestigt, daß sie mittels an dem Vorderende der Öffnung 44 an dem Hauptkörper 42 vorhandener Scharniere 53 geöffnet und geschlossen werden kann. An dem Basisende der Öffnung 44 des Hauptkörpers 42 vorgesehene Zungen 54 sichern den Rahmen 52 in einem solchen Zustand in dem Hauptkörper 42, daß die transluzente Abdeckung 51 und der Rahmen 52 die Öffnung 44 verschließen. Der Hauptkörper 42 ist auch mit einer Dichtung 55 versehen zum Abdichten des Hauptkörpers gegen den den Hauptkörper 42 verschließenden Rahmen 52 in einer fluiddichten Weise.
Auf dieselbe Weise wie bei der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform sind auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung 51 übereinander angeordnet eine Zwischenschicht und eine photokatalytische Schicht gebildet. Da die photokatalytische Schicht so gebildet ist, daß sie eine Scheitelwellenlänge für die Durchlässigkeit sichtbarer Strahlen hat, die nahezu identisch der Scheitelwellenlänge der von der Hochdruck-Quecksilberlampe 50 abgestrahlten sichtbaren Strahlen ist, tritt die von der Hochdruck-Quecksilberlampe 50 abgestrahlte Scheitelwellenlänge für sichtbare Strahlen effektiv durch den photokatalytischen Film durch und stellt so eine ausreichende Leuchtkraft sicher. Wie bei der ersten Ausführungsform können die Zwischenschicht und die photokatalytische Schicht sowohl auf der Außenfläche als auch auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung gebildet sein, wie dies in 7 gezeigt ist.
Die oben beschriebene dritte Ausführungsform führt ebenfalls dieselbe Funktion aus und erreicht dieselben Effekte wie die der ersten Ausführungsform, indem sie Sonnenlicht verwendet oder die Hochdruck-Quecksilberlampe 50 erleuchtet.
Des weiteren kann eine photokatalytische Schicht auch auf einer angestrichenen Oberfläche und/oder einer Metalloberfläche des Pfahles 41 und des Hauptkörpers 42 gebildet sein, um den Selbstreinigungseffekt zu erhalten. Wenn eine Beleuchtungseinrichtung im Freien verwendet wird, hat die Fähigkeit zur Selbstreinigung einen besonderen Vorteil, als daß die durch Zersetzung von Verunreinigung gebildeten Substanzen durch Regen weggespült werden können.
In Fällen, in denen eine in irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen bestimmte Beleuchtungseinrichtung mit photokatalytischen Filmen, wie in 7 gezeigt, sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung versehen und in geschlossenen Räumen oder in einem Tunnel, wo sie dem Sonnenlicht nicht ausgesetzt sein wird, installiert ist, ist es erforderlich, den photokatalytischen Film auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung dünn zu gestalten, während der photokatalytische Film auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung dick gestaltet werden muß, um zu verhindern, daß das von der Fluoreszenzlampe stammende Licht im Innern der Einrichtung absorbiert wird. Andererseits ist es in Fällen, in denen eine Beleuchtungseinrichtung eine solche Struktur aufweist bzw. sich in einer solchen Situation befindet, daß die Beleuchtungseinrichtung aus der Richtung der Außenfläche der transluzenten Abdeckung eingestrahltem Sonnenlicht ausgesetzt ist, erforderlich, den photokatalytischen Film auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung dicker zu gestalten, während der photokatalytische Film auf der Außenfläche dünn ausgebildet werden soll, so daß ein ausreichender photokatalytischer Effekt durch die Verwendung von Sonnenlicht erreicht werden kann, welches eine ausreichend hohe Energie hat, auch wenn der photokatalytische Film auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung dünn ist. Diese Ausgestaltung hat andere Vorteile dahingehend, als daß eine besserer Lichtdurchlässigkeit erreicht werden kann, da an der Außenfläche der transluzenten Abdeckung absorbiertes Sonnenlicht minimal ist, und daß der ausreichend dicke photokatalytische Film auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung einen ausreichenden photokatalytischen Effekt sicherstellt, selbst wenn ein Teil des Sonnenlichtes von der transluzenten Abdeckung und dem photokatalytischen Film auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung absorbiert wird.
In anderen Worten können, indem die Innenfläche und die Außenfläche der transluzenten Abdeckung abhängig von der Struktur bzw. dem Installationsort der Beleuchtungseinrichtung mit photokatalytischen Filmen mit verschiedenen Dicken versehen werden, die optimale photokatalytische Funktion an der Innen- und der Außenfläche der transluzenten Abdeckung ebenso erreicht werden wie die optimale Beleuchtungseffizienz.
Obwohl es erforderlich ist, daß Licht in dem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 410 nm den photokatalytischen Film auf der Außenfläche der transluzenten Abdeckung erreicht, kann dieses Erfordernis durch Einstellen der Bestrahlungsstärke der Beleuchtungseinrichtung in einer solchen Weise erfüllt werden, daß ein Hauptanteil des Lichts in dem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 410 nm durchgelassen werden kann, ohne von dem auf der Innenfläche der transluzenten Abdeckung gebildeten photokatalytischen Film absorbiert zu werden. Die Bestrahlungsstärke kann durch verschiedene Mittel eingestellt werden, wie z. B. durch Auswählen der Lichtquelle oder Einstellen des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der transluzenten Abdeckung.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 17 die vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie in 17 gezeigt, ist eine als Lichtquelle dienende Fluoreszenzlampe 61 eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einer Nennleistung von 37 W, welche die Bezeichnung FL40SS nach JIS-Norm trägt, und hat einen aus einem transluzenten, luftdichten Material gefertigten hermetischen Behälter, dies ist ein aus Natron-Kalk-Glas gefertigter Glaskolben 62. Der Glaskolben 62 hat einen Außendurchmesser von 28 mm und eine axiale Länge von etwa 1198 mm und ist dazu ausgelegt, ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen von nicht weniger als 300 nm durchzulassen. Beide Enden des Glaskolbens 61 sind mit Stopfen 63, 63 dichtend verschlossen. Leitungsdrähte 64 sind durch jeden der Stopfen 63 hermetisch in den Glaskolben 61 hineingeführt. Eine durch Wickeln eines Wolframdrahtes oder dergleichen zu einer Doppel- oder Dreifachspule gebildete Fadenelektrode 65 ist an den Innenenden der jedem der Stopfen zugehörigen Leitungsdrähte 64 befestigt. Ein Emitter (nicht gezeigt) ist an jeder Fadenelektrode 65 befestigt.
Die Innenfläche des Glaskolbens 62 ist mit einer Fluoreszenzschicht 66 beschichtet, welche in der Hauptsache aus einem Dreiband-Leuchtstoff bestehen kann und, falls erforderlich, einen Leuchtstoff enthalten kann, der dazu ausgelegt ist, Licht mit einer Scheitelwellenlänge von 300 nm bis 410 nm zu emittieren. Eine aus Aluminiumoxid oder einem anderen geeigneten Material hergestellte Schutzbeschichtung kann auf der Innenfläche des Glaskolbens 62 so gebildet sein, daß die Fluoreszenzschicht 66 über der Schutzschicht gebildet ist.
An jedem Ende des Glaskolbens 62 ist eine Kappe 68 befestigt, welche elektrisch mit den zugehörigen Leitungsdrähten 64 verbundene Kappenstifte 69 aufweist.
Auch im Falle dieser Ausführungsform kann der Dreiband-Leuchtstoff die oben erwähnten Materialien enthalten z. B. Y₂O₃:Eu³⁺ als roten Leuchtstoff mit einer Scheitelwellenlänge um 610 nm, (La, Ce, Tb)PO₄ als grünen Leuchtstoff mit einer Schei telwellenlänge um 540 nm, BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu²⁺ als blauen Leuchtstoff mit einer Scheitelwellenlänge um 450 nm und als ultraviolett emittierenden Leuchtstoff zumindest einen aus der folgenden Gruppe ausgewählten: ein europiumaktiviertes Alkalimetallborat, ein bleiaktiviertes Alkalimetallsilikat, ein europiumaktiviertes Erdalkalimetallphosphat und ein durch Zugabe eines Halogens zu einem europiumaktivierten Erdalkalimetallborat hergestellter Leuchtstoff. Geeignete Beispiele für die oben genannten Verbindungen enthalten SrB₄O₇:Eu²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge bei 368 nm als ein europiumaktiviertes Erdalkalimetallborat, (Ba, Sr, Mg)₃Si₂O₇:Pb²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge bei 370 nm oder BaSi₂O₅:Pb²⁺ mit einer Scheitelwellenlänge bei 350 nm als bleiaktiviertes Erdalkalimetallsilikat und solche mit Scheitelwellenlängen im Bereich von 358 nm bis 360 nm als europiumaktiviertes Erdalkalimetallaluminat. SrB₄O₇:Eu²⁺ wird als der ultraviolett emittierende Leuchtstoff mit einem Mischungsverhältnis von 1 bis 10% der Masse der Fluoreszenzschicht 66 verwendet.
Der Glaskolben 62 ist mit vorgegebenen Mengen an Quecksilber und Inertgas, wie bspw. Argon, gefüllt.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der photokatalytische Film aus jedem beliebigen Material gebildet sein, solange dieses sichtbare Strahlen durchlassen kann. Titandioxid (TiO₂) ist jedoch als Hauptkomponente des Films wünschenswert. Es gibt verschiedene zum Bilden des photokatalytischen Films anwendbare Verfahren, wie z. B. das Sol-Gel-Verfahren, das CVD-Verfahren und das Auf dampf-Verfahren. In den Fällen der oben beschriebenen Ausführungsformen verlangt das Verfahren zum Bilden eines photokatalytischen Films jedoch nach dem Beschichten einer für die Bildung eines Films vorgesehenen Oberfläche mit Titandioxid-Alkoxid, indem das Tauchbeschichtungsverfahren verwendet wird, das Material getrocknet und anschließend bei einer Temperatur im Bereich von etwa 650°C bis 800°C für etwa 30 Sekunden bis 5 Minuten gebacken wird, um so zu bewirken, daß der Film eine Dicke im Bereich von etwa 0,01 μm bis 0,1 μm hat. Wenn auf beiden Seiten des Grundelementes photokatalytische Filme gebildet werden, können die Filmdicken auf beiden Seiten auf einfache Weise gleichförmig erhalten werden, wenn das Tauchbeschichtungsverfahren verwendet wird. Des weiteren kann ein gewünschtes Titanoxid durch Hydrolyse von durch eine Reaktion in Gegenwart eines oder ohne ein Edelmetalls) erzeugtes Titanalkoxid hergestellt werden. Durch die Verwendung eines wie oben beschrieben hergestellten Titanoxids ist es möglich, eine Film zu bilden, der sowohl in hohem Maße transluzent ist als auch dünn und kompakt.
Im Hinblick auf die Kristalleigenschaften des Titanalkoxids eines photokatalytischen Films tritt Kristallisation vom Typ Anatas deutlich hervor, wenn die Backtemperatur im Bereich von 650°C bis 800°C liegt, wohingegen der Film als eine Mischung aus amorphen Substanzen und Kristallen vom Typ Anatas gebildet ist, wenn er bei etwa 400°C gebacken wird. In Fällen, in denen ein photokatalytischer Film bei einer Temperatur von etwa 900°C gebacken wird, wachsen kugelförmige Kristallteilchen, wodurch das Titanoxid des Filmes zu einer Mischung aus dem Typ Rutil und dem Typ Anatas wird. Die Verfahren zum Bilden eines photokatalytischen Films sind nicht auf diese Verfahren beschränkt; er kann durch jedes beliebige andere, geeignete Verfahren gebildet werden.
Wenn ein photokatalytischer Film durch Verwendung von Titanalkoxid gebildet wird, befindet sich bei 400°C ein großer Anteil des Films noch immer in einem glasartigen Zustand, da die Temperatur zu niedrig ist, als daß eine Kristallisation zu einem ausreichenden Grad erfolgt. Wenn die Backtemperatur erhöht wird, schreitet die Kristallisation weiter fort. Wie in 18 gezeigt, erreicht der Anteil an Kristallen des Typs Anatas seinen Höchstwert, wenn die Temperatur im Bereich von 650°C bis 800°C liegt. Wenn die Backtemperatur 800°C übersteigt, wird die Kristallstruktur in die Struktur vom Typ Rutil über führt. Da die Kristall-Korngrenze wächst, neigt Licht zum Streuen, was zu einem Absinken der Durchlässigkeit für sichtbare Strahlen sowie der photokatalytischen Wirkung führt.
Photokatalytische Filme mit annähernd gleichen Dicken werden jeweils auf beiden Seiten des Grundelementes, d. h. der transluzenten Abdeckung, gebildet, indem eine Titanalkoholat-Lösung durch Lösen des photokatalytischen Materials, welches in der Hauptsache aus einer organischen Titanverbindung besteht, in einem Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol, in Lösung gebracht wird, ein Tauchbeschichtungsschritt, welcher das Eintauchen der transluzenten Abdeckung in die Titanalkoholat-Lösung und Herausheben der transluzenten Abdeckung mit gleich bleibender Geschwindigkeit enthält, durchgeführt wird und anschließend die transluzente Abdeckung bei etwa 800°C gebacken wird. Da dem obigen Verfahren folgend hergestellte photokatalytische Filme eine bessere Durchlässigkeit für sichtbares Licht haben, unterliegen sie nicht der Gefahr, die Ausbreitung sichtbarer Strahlen zu reduzieren. In anderen Worten wird, da der Anstieg des Titanoxids vom Typ Anatas den Brechungsindex herabsetzt, der Verlust des für die photokatalytische Wirkung erforderlichen Lichts verringert. So wird einhergehend mit dem Vorteil des Anstiegs der Absorption von ultraviolettem Licht, welche für die photokatalytische Wirkung erforderlich ist, die photokatalytische Funktion effektiver. Die Durchlässigkeit für sichtbare Strahlen bzw. die photokatalytische Wirkung können bei Bedarf erhöht werden, indem der Anteil der Kristalle vom Typ Anatas eingestellt wird und der Backvorgang bei der am besten geeigneten Temperatur durchgeführt wird.
Der Ausdruck „enthält als Hauptbestandteil ein Titanoxid vom Typ Anatas", wie er oben erwähnt ist, meint, daß Titanoxid vom Typ Anatas nicht weniger als 50 Gew.-% aller Bestandteile eines photokatalytischen Films hinsichtlich eines durch rechnerisches Verarbeiten von mittels eines Röntgenanalyseverfahrens gemessenen Werten ermittelten relativen Anteils ausmacht. Ob wohl es andere Bestandteile als Titanoxid gibt, von denen bekannt ist, daß sie die photokatalytische Wirkung besitzen, ist ein Titanoxid vom Typ Anatas wegen seiner photokatalytischen Effektivität und seiner Eigenschaft, die Bildung eines farblosen, transparenten Films sicher zu stellen, zu bevorzugen. Beispiele für die Hilfsbestandteile enthalten verschiedene von Titanoxid vom Typ Anatas verschiedene photokatalytische Materialien, wie bspw. TiO₂, ZnO, WO₃, LaRhO₃, Fe₂O₃, FeTiO₃, SrTiO₃, CeO₂, Tb₂O₃, Er₂O₃, CdFe₂O₄, CdSe, GaAs, CaP und TbO₂, von denen jedes vom Typ Rutil oder in einem amorphen Zustand sein kann, verschiedenen Edelmetalle, welche die photokatalytische Funktion verstärkten können, wie bspw. Pt, Ag, Pd, deren Verbindungen oder Pulver, und Zeolit. Des weiteren kann derselbe Effekt erreicht werden, indem als verbindender Bestandteil feine Teilchen von TiO₂ mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 1 μm, vorzugsweise im Bereich von 0,05 μm bis 0,2 μm, auf beiden Seiten der transluzenten Abdeckung, die als Grundelement dient, dispergiert werden.
Obwohl jede oben beschriebene Ausführungsform Interferenzfilme als deren photokatalytische Filme verwendet, kann bei jeder der Ausführungsformen ein photokatalytischer Film verwendet werden, der so geformt ist, daß er die Entstehung von Interferenz zwischen sichtbaren Strahlen verhindert. Ein Test zum Untersuchen des Spektrums eines photokatalytischen Films eines Beispiels einer solchen Konfiguration, bei der der photokatalytische Film so geformt ist, daß er eine zufrieden stellende Durchlässigkeit erreicht.
Als erstes wurde basierend auf den Brechungsindizes der Bestandteile des photokatalytischen Films ein photokatalytischer Film mit einer Dicke innerhalb einer solchen Spanne gebildet, daß keine Interferenz zwischen sichtbaren Strahlen erzeugt wird. Jede aktuelle photokatalytische Probe für diesen Test wurde durch Backen eines photokatalytischen Films auf einer Seite eines aus einem etwa 4 mm dicken Natron-Kalk-Glas herge stellten, plattenförmigen Grundmaterials bei einer Temperatur zwischen 650°C und 800°C gebildet, wobei der photokatalytische Film eine Dicke zwischen 0,05 μm und 0,07 μm hatte und aus einem aus Titanalkoxid erhaltenen Titanoxid-Film bestand. Wie in 19 gezeigt, hatte das Natron-Kalk-Glas einen Transmissionsgrad von nicht weniger als 80% für wenigstens einen Teil des Lichtes im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 410 nm, insbesondere nicht weniger als 350 nm.
Anschließend wurde das Licht einer Deuterium-Lampe und einer Halogen-Lampe von der anderen Seite der Proben des photokatalytischen Materials her eingestrahlt. Zu dieser Zeit hatte das 365 nm Licht, das durch den photokatalytischen Film hindurch getreten war, eine Intensität von 0,01 mW/cm². Weiterhin wurde aus Ergebnissen anderer Tests bestätigt, daß ein photokatalytischer Film ein Verschmutzen effizient verhindert, vorausgesetzt die Intensität des Lichtes mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 410 nm beträgt nicht weniger als 0,01 mW/cm², wenn sie den photokatalytischen Film von der anderen Seite der Probe her erreicht.
Wellenlängen von durch eine Probe und ein Glaselement, welches aus demselben Typ Glas geformt jedoch nicht mit einem photokatalytischen Film versehen war, hindurch getretenen Strahlen, wurden mittels eines Spektrometers (UV2400PC, hergestellt von Shimazu Seisakusho) gemessen, um den Transmissionsgrad bei jeder Wellenlänge zu bestimmen, wobei das Lichtspektrum, bevor dieses die Probe durchtritt als 100 festgesetzt wurde.
20 ist eine Kurve, die die Spektren für die durch Bilden eines photokatalytischen Films auf einem Glasgrundmaterial gebildete Probe zeigt, und 21 ist eine Kurve, die die Spektren des photokatalytischen Films selbst zeigt, die durch Abziehen der Spektren für das Glasmaterial allein von den Spektren der Probe mit dem photokatalytischen Film errechnet wurden.
Wie in den 20 und 21 gezeigt, wurde, da im Bereich des sichtbaren Lichts gleichermaßen kein Interferenzmaximum festgestellt wurde, bestätigt, daß die durch den photokatalytischen Film hervorgerufene Interferenz auf ein Minimum beschränkt war. Zudem zeigt 21 an, daß der photokatalytische Film selbst einen Transmissionsgrad von 85% für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm und einen Transmissionsgrad von 62% für ultraviolette Strahlen aufwies. In anderen Worten wurde bestätigt, daß eine ausreichende photokatalytische Wirkung und ein hoher Transmissionsgrad für sichtbares Licht sichergestellt sind, wenn die Qualitäten des photokatalytischen Films in der oben genannten Spanne liegen. Um genauer zu sein, sollte es ausreichen, wenn ein photokatalytischer Film allein, d. h. ein Film ohne Grundelement, einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht von nicht weniger als 83% und einen Transmissionsgrad für ultraviolett von nicht mehr als 68% aufweist.
In der obigen Ausführungsform hatte ein auf zumindest einem Teil eines Grundelementes gebildeter photokatalytischer Film eine Dicke im Bereich von 0,01 μm bis 0,3 μm, da ein photokatalytischer Film von weniger als 0,01 μm in der Dicke nicht nur das Lichtabsorptionsvermögen des Films drastisch verringert, sondern auch schwer gleichmäßig auszubilden ist, was zu einer Abnahme der photokatalytischen Aktivität führt, während ein photokatalytischer Film von mehr als 0,3 μm in der Dicke anfälliger für das Problem der durch Interferenz zwischen sichtbarem Licht verursachten Regenbogenfarben ist. Um die Lichtinterferenz weiter einzuschränken, ist es wünschenswert, einen photokatalytischen Film zu bilden, der eine Dicke von nicht mehr als 0,1 μm hat. In Fällen, in denen der Hauptbestandteil eines photokatalytischen Films Titanoxid ist, reicht eine solche Dicke, um Interferenz zwischen sichtbarem Licht zu verhindern, wenn der Brechungsindex 2,0 beträgt von 0,01 μm bis 0,1 μm. Daher ist es wünschenswert, daß ein Backverfahren bei einer Temperatur ausgeführt wird, die am besten geeignet ist, um eine Dicke zu erhalten, die innerhalb des genannten Bereiches liegt und eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht bzw. eine in hohem Maße aktive photokatalytische Wirksamkeit erzielen kann. Interferenz zwischen Licht kann auch verringert werden, indem der Brechungsindex des photokatalytischen Materials eingestellt wird. Z.B. kann, obwohl ein aus Glas gefertigtes Grundelement aufgrund seines Brechungsindexes, der niedriger ist als der eines hauptsächlich aus TiO₂ bestehenden photokatalytischen Films, für Interferenz zwischen sichtbarem Licht anfällig ist, der Brechungsindex des photokatalytischen Films herabgesetzt werden, indem ein Material mit einem niedrigeren Brechungsindex, wie bspw. SiO₂, beigemischt wird, wodurch die Interferenz zwischen Licht unterdrückt wird.
Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, daß ein in 20 und 21 gezeigter photokatalytischer Film, der so gebildet ist, daß er Interferenz zwischen sichtbarem Licht verhindert, sicherstellt, daß Licht, welches durch den photokatalytischen Film, der farblos und transparent ist, hindurch getreten ist, praktisch frei von dem Problem der Regenbogenfarben-Lichtinterferenz ist, selbst wenn das Licht einer Fluoreszenzlampe von der Rückseite her eingestrahlt wird.
Um zu verhindern, daß die Beleuchtungseinrichtung schmutzig wird, ist es wünschenswert, eine Lichtquelle zu verwenden, die Lichtstrahlen emittiert, von denen ein großer Anteil Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm hat. Wenn der Strahlungsfluß des Lichtes allerdings erhöht wird, nimmt der Lichtstrom sichtbarer Strahlen ab, was der Beleuchtungseffizienz zuwiderläuft. Wenn eine Beleuchtungseinrichtung tatsächlich verwendet wird, hängt es von den Umständen der Verunreinigungen ab, wie schnell die Beleuchtungseinrichtung verschmutzt, und die für die Zersetzung der Verunreinigungen erforderliche Strahlungsleistung kann entsprechend variieren.
In der obigen Beschreibung ist der Strahlungsfluß im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 410 nm so eingestellt, daß er nicht weniger als 0,05 W pro 1000 lm sichtbaren Lichts beträgt, da eine Lichtquelle mit einer höheren Fähigkeit zum Zersetzen von Verunreinigungen basierend auf dem Ergebnis eines anhand verschiedenen Lichtquellen durchgeführten Tests zum Bestimmen deren Effektivität bei der Zersetzung von Verunreinigungen aus Abgasen ausgewählt wurde. Der Test wurde durch Austauschen von aus Glas oder Kunststoff gefertigten Hüllen ohne Verringerung der Intensität oder des Strahlungsflusses der Lichtquellen durchgeführt. Des weiteren enthält Licht im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 410 nm das, was normalerweise nahe ultraviolette Strahlen genannt wird, und einen Teil sichtbares Licht, wobei „sichtbares Licht" Strahlen mit Wellenlängen im Bereich von 380 nm bis 780 nm bedeutet.
Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 1 gezeigt. Die in der Tabelle gezeigten Strahlungsflüsse (W) wurden durch Messen der Strahlen mit Wellenlängen zwischen 300 nm und 410 nm pro 1000 lm bestimmt.
Tabelle 1
Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß ein Strahlungsfluß von nicht weniger als 0,05 W pro 1000 lm ausreicht, um von aus Fahrzeugen stammenden Abgasen herrührende Verunreinigungen auf Glas zu zersetzen, während die Beleuchtungseffizienz erhalten bleibt.
In Fällen, in denen durch den photokatalytischen Film durchtretende Strahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm eine Intensität von nicht weniger als 0,01 mW/cm² haben, aktivieren sie den photokatalytischen Film ausreichend, so daß der photokatalytische Film die gewünschte Funktion des Zersetzens von Verunreinigungen erfüllt. Sollten sich Öldunst und andere Fette bzw. Öle, ebenso wie Kohlenstoff (Ruß), Schmutz und andere Verunreinigungen auf dem photokatalytischen Film ansammeln, werden solche organischen Substanzen effektiv daran gehindert, an dem Film anzuhaften. Des weiteren werden, falls Feuchtigkeit, von innen liegenden Teilen abgelöste Substanzen oder einfach zu adsorbierende Substanzen, wie bspw. Nikotin oder Teer, von der Innenfläche adsorbiert werden, diese innerhalb einiger Stunden, nachdem die Fluoreszenzlampe eingeschaltet worden ist, effektiv zersetzt.
Ein über die Zeit genommener Vergleich zwischen einer Beleuchtungseinrichtung A mit einem photokatalytischen Film und einer herkömmlichen Beleuchtungseinrichtung B, welche keinen photokatalytischen Film aufweist, zeigt, daß die Beleuchtungseinrichtung A mit einem photokatalytischen Film ein Durchlaßvermögen von 85% oder mehr nach Ablauf von drei Monaten aufwies, während die herkömmliche Beleuchtungseinrichtung B ohne einen photokatalytischen Film einen Abfall auf nahezu 75% im Transmissionsvermögen zeigte.
„Licht (bzw. Lichtstrahlen) mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 410 nm", auf das in der obigen Beschreibung Bezug genommen wird, kann sichtbares Licht mit Wellenlängen von mehr als 410 nm zusätzlich zu Strahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm enthalten. Das sichtbare Licht und Licht mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm kann Sonnenlicht und/oder künstliches Lichts mit willkürlichen Wellenlängen sein. Wenn künstliche Lichtquellen verwendet werden, kann auch mittels verschiedener Lampen Licht mit jeder beliebigen erwünschten Wellenlänge erhalten werden. Z.B. kann als für Quecksilber charakteristische Spektren aufweisendes Licht Licht mit Wellenlängen von 185 nm oder 254 nm mittels Fluoreszenzlampen, Entkeimungslampen, Hintergrundbeleuchtungslampen oder dergleichen mittels einer Niederdruck-Quecksilberentladung erzeugt werden, und Licht mit Wellenlängen von 365 nm und 410 nm kann durch Hochdruck-Quecksilberlampen mittels einer Hochdruck-Quecksilberentladung erzeugt werden. Licht mit anderen Wellenlängen kann mittels eines Leuchtstoffs andere Arten erzeugt werden. Zudem kann durch Beimischen einer geeigneten Menge eines Leuchtstoffs in einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe Licht mit einer Scheitelwellenlänge auf jedem gewünschten Niveau unterhalb von 410 nm auf geeignete Weise abgestrahlt werden. Daher kann die für die Erfindung zu verwendende Lampe jede beliebige aus verschiedenen Entladungslampen ausgewählte Lampe, inklusive Niederdruck-Quecksilberentladungslampen sein, wie z. B. Fluoreszenzlampen, Hochdruck-Quecksilberlampen, Hochintensitäts-Entladungslampen, wie z. B. Hochdruck-Natriumlampen, sowie Glühlampen, wie bspw. Halogenlampen. In Fällen, in denen eine Entladungslampe als Lichtquelle verwendet wird, besteht das Lichtemissionsmittel hauptsächlich aus einer Kombination aus einem Entladungsmedium und Elektroden oder ähnlichen Mitteln zum Hervorrufen einer Entladung in dem Entladungsmedium, wobei das Entladungsmedium wenigstens ein aus Metallen, Metallhaliden und Edelgasen ausgewähltes Material ist. Im Falle einer Glühlampe dient ein Licht emittierender Faden als der Hauptbestandteil des Lichtemissionsmittels.
Auf die Bedingung hin, daß das Grundelement zumindest Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 410 nm oder weniger durchlassen kann, kann die photokatalytische Funktion mittels eines auf zumindest einem Teil des Grundelementes gebildeten photokatalytischen Film ausgeführt werden, wobei der photokatalytische Film frei von Interferenz zwischen sichtbarem Licht ist und sein Transmissionsgrad für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm zumindest 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht bei 365 nm.
Als Grundelement kann jedes beliebige Material aus Materialien gewählte werden, die die Eigenschaften aufweisen, daß sie Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 410 nm oder weniger selektiv durchlassen, und aus Materialien, die zudem zu dieser Eigenschaft auch noch sichtbares Licht durchlassen können. Beispiele derartiger Materialien enthalten verschiedene Arten von Glas, wie z. B. das für die Beleuchtung weithin genutzte Natron-Kalk-Glas, Borsilikatglas, Quarzglas und Mikrokristallglas, verschiedene anorganische Materialien, wie z. B. transluzente Keramiken und transluzente Einkristalle, sowie transluzente organische Materialien, wie z. B. transparente Kunstharze. Wenn es erforderlich ist, zu verhindern, daß sichtbares Licht aus der Einrichtung austritt, genügt es, ein Material als Grundelement zu verwenden, welches im Prinzip kein sichtbares Licht durchläßt. Des weiteren kann, im Falle einer Konfiguration, welche nach dem Abstrahlen von Licht von der Rückseite des Grundelementes her verlangt, um den Photokatalysator zu aktivieren, das Grundmaterial jede beliebige Form und Größe haben, da es keine Beschränkung hinsichtlich des Grundmaterials gibt, solange das durch das Grundmaterial hindurch gelassene Licht eine ausreichende Energie hat, den Photokatalysator zu aktivieren.
Da Glas ultraviolettes Licht mit Wellenlängen von weniger als 254 nm in beachtlichem Umfang abhält, kann ein für eine Fluoreszenzlampe geeigneter Photokatalysator unter Verwendung von Glas als Grundelement geschaffen werden. Des weiteren hat, da Glas kostengünstig und einfach zu verarbeiten ist, die Verwendung von Glas als Grundelement den zusätzlichen Vorteil, daß der Anwendungsbereich des Photokatalysators ausgeweitet wird.
Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ein photokatalytischer Film über der gesamten Oberfläche der Zielseite des Grundelements gebildet ist, muß ein photokatalytischer Film nicht notwendigerweise auf der gesamten Oberfläche gebildet sein; er kann lediglich an einer Stelle vorgesehen sein, an der er gebraucht wird. Zum Beispiel kann, um einen Kontakt zwischen einem photokatalytischen Film und einer Dichtung, die dazu dient, daß Grundelement an dem Hauptkörper der Einrichtung in fluiddichter Weise zu befestigten, zu verhindern, der photokatalytische Film davon ausgenommen sein, um den Abschnitt des Grundelementes herum gebildet zu sein, der mit der Dichtung zusammenwirkt.
Ein Photokatalysator, auf dem ein photokatalytischer Film gebildet ist, kann als ein für eine Beleuchtungsbefestigung verwendetes Abdeckglas, eine Anzeige (ein Display) eines Büroautomatisierungszubehörs, einen Schaukasten oder dergleichen verwendet werden. Selbst wenn Licht von der Rückseite des Grundelementes des Photokatalysators her eingestrahlt wird, tritt das Licht durch das Grundelement hindurch und aktiviert den photokatalytischen Film. Zudem kann, da der photokatalytische Film nicht viel sichtbares Licht absorbiert und praktisch keine Interferenzfarben erzeugt, der photokatalytische Film im hohen Maße transparent gemacht werden. Daher kann ein Photokatalysator gemäß der Erfindung auf verschiedene Baumaterialien angewandt werden, inklusive Fenstermaterialien und Fliesen/Kacheln, elektrische Anwendungen, wie bspw. Lampen und Beleuchtungsbefestigungen, Möbel, Fahrzeuge, Sanitärprodukte und so weiter, wobei er die photokatalytische Funktion praktisch ohne Gefahr einer Störung der originalen Funktion des mit dem Photokatalysator versehenen Produkts ausübt. Die photokatalytische Funktion der Erfindung ist am besten geeignet zum Verhindern des Verschmutzens durch Zersetzen und Entfernen von Ablagerungen und Verschmutzungen, die in der Hauptsache aus organischen Stoffen bestehen, wie bspw. ein Ölfilm und Nikotin aus Tabak, und sie kann das Grundelement über eine lange Zeitspanne funktional und hübsch anzusehen erhalten. Des weiteren ist ein Photokatalysator gemäß der Erfindung auch effektiv beim Zersetzen von Bakterien und Substanzen, z. B. Acetaldehyd, welche dazu neigen, einen schlechten Geruch zu verursachen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung auf verschiedene Baumaterialien, inklusive Fenstermaterialien und Fliesen/Kacheln, elektrische Anwendungen, wie z. B. Lampen und Beleuchtungsbefestigungen, Möbel, Fahrzeuge, Sanitärprodukte und so weiter anwendbar.

Claims

Photokatalysator mit: einem Grundelement, welches dazu ausgelegt ist, wenigstens Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchzulassen, und einem auf wenigstens einem Teil des Grundelementes (9, 27, 51) gebildeten, photokatalytischen Film (13), wobei der photokatalytische Film so gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht bildet und in der Lage ist, Licht derart durchzulassen, daß der Transmissionsgrad von sichtbarem Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm.
Photokatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photokatalytische Film (13) ohne Grundelement (9, 27, 51) einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht von nicht weniger als 83% und einen Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht von nicht mehr als 68% hat.
Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der photokatalytische Film (13) eine Dicke im Bereich von 0,01 μm bis 0,3 μm hat.
Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der photokatalytische Film (13) als Hauptbestandteil ein Titanoxid vom Typ des Anatas enthält.
Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement (9, 27, 51) aus Glas gebildet ist.
Photokatalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas von der Form einer Platte ist, welche sichtbares Licht durchläßt, wobei ein photokatalytischer Film (13) auf wenigstens einer Seite des Glases gebildet ist.
Lichtquelle mit: einem luftdichten Behälter (2, 21, 42), der aus einem transluzenten Material gebildet ist, welches zumindest Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchläßt; einem photokatalytischen Film (13), der auf zumindest einem Teil der Außenfläche des luftdichten Behälters so gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht erzeugt und in der Lage ist, Licht so durchzulassen, daß der Transmissionsgrad des photokatalytischen Films für sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm; und einem in dem luftdichten Behälter angeordneten Lichtemissionsmittel (11, 26, 50).
Beleuchtungseinrichtung mit: einem Hauptkörper (2, 21, 42), welcher eine Lichtquelle (11, 26, 50) und eine Strahlungsöffnung (7, 22, 44) beinhaltet, wobei die Lichtquelle dazu ausgelegt ist, zumindest Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm zu emittieren, einem Grundelement (9, 27, 51), welches an der Strahlungsöffnung des Hauptkörpers angeordnet und dazu ausgelegt ist, sichtbares Licht ebenso wie Lichtstrahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 410 nm durchzulassen, und einem photokatalytischen Film (13), der so auf entweder einem Teil der oder auf der gesamten Oberfläche wenigstens einer Oberfläche des Grundelementes gebildet ist, daß er keine Interferenz zwischen sichtbarem Licht erzeugt und in der Lage ist, Licht derart durchzulassen, daß der Transmissionsgrad des photokatalytischen Films für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm wenigstens 15% höher ist als der Transmissionsgrad für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement (9, 27, 51) eine transluzente Abdeckung ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Grundelement (9, 27, 51) eine transparente Kugel ist.
Beleuchtungseinrichtung mit: einer transluzenten Abdeckung (9, 27, 51), die eine Lichtquelle (11, 26, 51) abdeckt, welche dazu ausgelegt ist, zumindest sichtbares Licht und Lichtstrahlen im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 400 nm abzustrahlen, und einem auf zumindest einer Seite der transluzenten Abdeckung angeordneten, photokatalytischen Film (13), der als Hauptbestandteil Titandioxid (TiO₂) enthält, dessen Maximalwellenlänge für die Durchlässigkeit von sichtbarem Licht nahezu die gleiche ist wie die Maximalwellenlänge für von der Lichtquelle abgestrahltes sichtbares Licht.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalwellenlänge für die Durchlässigkeit von sichtbarem Licht des photokatalytischen Films (13) im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm liegt.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die transluzente Abdeckung (9, 27, 51) nicht weniger als 80% des Lichts durchläßt, welches sichtbares Licht und ultraviolettes Licht im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm enthält.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente des photokatalytischen Films (13) ein Titandioxid (TiO₂) vom Kristalltyp des Anatas ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der photokatalytische Film (13) mit einer Zwischenschicht gebildet ist, die in der Hauptsache aus Siliziumdioxid (SiO₂) besteht und zwischen dem katalytischen Film und der transluzenten Abdeckung (9, 27, 51) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der photokatalytische Film (13) eine Dicke im Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm hat.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11, 26, 50) eine Hochdruck-Natriumlampe ist.