JP2003024774A

JP2003024774A - 光化学反応処理装置および光化学反応処理方法

Info

Publication number: JP2003024774A
Application number: JP2001210993A
Authority: JP
Inventors: Yuuko Sumiya; 祐公角谷; Koji Nakano; 浩二中野
Original assignee: Photoscience Japan Corp
Current assignee: Photoscience Japan Corp
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-01-28
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: TW565464B; JP4959072B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光照射量を所定の水準に制御することで、光
量過多による意図しない光反応を制御すると共に、併せ
て省エネルギー・省メンテナンスの光反応処理装置及び
方法を提供する。【解決手段】複数の光源を具備し、該光源からの光の
照射によって被照射体の光化学反応処理を行う光化学反
応処理装置において、複数の光源のうち一部の光源を点
灯もしくは調光点灯し、点灯もしくは調光点灯する光源
の組み合わせを順次切り替えること、並びに、光源の経
時的照度低下特性を基に、使用時間経過に伴い、点灯も
しくは調光点灯する光源数と消灯する光源数の比率を変
更させることで、被照射体に対する光照射量を所定の水
準に制御し、光量多過による意図しない光反応を抑制す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光エネルギーを利用
して光化学反応処理を行う光化学反応処理装置と、その
処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】光エネルギーを利用して光化学反応処理を
行わせる分野がある。図１０は、従来知られた光化学反
応処理装置として、閉鎖型の液体処理用紫外線照射装置
の一例を示す。図１０には、便宜上放電灯２０を１灯だ
け搭載した装置を図示するが、実用的には多灯式の大容
量装置が使用される場合が多い。放電灯３０を外管（保
護管）２０内に収納したものが、ステンレス製のシリン
ダー１０内に収納され、被処理液体が該シリンダー１０
内に導入されて放電灯３０から発光した紫外線が照射さ
れる。放電灯３０としては、例えば１８５ｎｍの波長域
の紫外線を放射する低圧水銀蒸気放電灯が使用される。
放電灯３０の発光管バルブ４０は紫外線透過性に優れた
石英ガラスからできている。放電灯３０は紫外線透過性
の外管（保護管）２０の内部に収納され、該放電灯３０
が被処理液体から液密に隔離される。かかる外管２０も
紫外線透過性に優れた石英ガラスでできている。シリン
ダー１０の両端はフランジ１０ａ，１０ｂで閉じられて
おり、入水口１０ｃから取り入れられた被処理液体が、
シリンダー１０内を通過する過程で紫外線が照射され、
出水口１０ｄから排出される。被処理液体は、入水口１
０ｃから出水口１０ｄに向かってシリンダー１０内を流
れることになるが、被処理液体がショートパスしないよ
うに、途中に複数枚（図では５枚）の還流板１０ｅ〜１
０ｉを配置した構造になっている。放電灯３０から発せ
られた紫外線は、外管２０を透過し、被処理液体に照射
される。照射された紫外線は、例えば水中に存在する有
機物を次式のように無害なＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏに分解す
る作用を果たすことになる。Ｈ₂Ｏ＋ｈν（１８５ｎｍ） → Ｈ＋ＯＨラ
ジカルＣ_nＨ_mＯＫ＋ＯＨラジカル → ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂
Ｏ（ｎ，ｍ，ｋは１，２，３，．．．）ところが、この光反応処理において、光量過多によって
新たな問題が生じることを見出した。例えば、半導体の
チップを洗浄するための超純水プラントに利用した場
合、過剰のＯＨラジカルが、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の
種々の過酸化物を生じ、処理水が流れる後段のイオン交
換樹脂を通った時、酸素が抜けてＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖ
ｅｄＯｘｙｇｅｎ：溶存酸素）値を高める。イオン交
換樹脂は有機酸（有機物の中間体）等を除去するための
ものであるが、高濃度の過酸化水素、過酸化物はイオン
交換樹脂の寿命を縮めると共に、ＤＯ値の高い超純水で
洗浄された半導体はダメージを受けることが知られてい
る。例えば、４０灯の光源を搭載した従来装置における
ＴＯＣ（ＴｏｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ：
全有機体炭素）分解処理能力の推移についてにて例示す
ると、１年後の処理能力は、装置の使用初期もしくは光
源一斉交換直後に対してほぼ半減することが確認されて
いる。これは光源の劣化によるものであるが、装置は１
年後の処理能力が要求レベルを確保するように設計され
ているため、点灯時間の若い時期（つまり使用初期もし
くは光源交換後の或る程度の時期）は、光量過多に陥り
易い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、光照射量を所定の水準に制御する
ことで、光量過多による意図しない光反応を制御すると
共に、併せて省エネルギー・省メンテナンスの光反応処
理装置及び方法を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光化学反応
装置は、複数の光源を具備し、該光源からの光の照射に
よって被照射体の光化学反応処理を行う光化学反応処理
装置において、点灯する光源を使用時間経過に応じて制
御することにより、前記被照射体に対する光照射量を所
定の水準に制御することを特徴とする。この発明によれ
ば、前記複数の光源のうち一部の光源を点灯し、点灯す
る光源の組み合わせを順次切り替えること、並びに、光
源の経時的照度低下特性を基に、使用時間経過に伴い、
点灯する光源数と消灯する光源数の比率を変更させるこ
とで、光照射量を所定の水準に制御し、光量多過による
意図しない光反応を抑制することができる。なお、点灯
とは、所定の定格電圧若しくは電流で点灯する場合に限
らず、調光点灯する場合も含むものとする。

【０００５】また、この発明によると、前記点灯もしく
は調光点灯する光源の組み合わせ及び切り替え時期並び
に前記使用時間経過に伴う点灯もしくは調光点灯光源数
と消灯光源数の前記比率の変更態様を装置の運転開始前
に予め設定し、この設定に従って点灯もしくは調光点灯
する光源を時間経過に応じて制御することで、メンテナ
ンスフリーで装置の運転を行うことができる。更に、前
記設定の内容を運転開始後に修正を加えることで、より
効果的な点灯制御を行うことができる。

【０００６】また、本発明に係る光化学反応装置の光源
は、紫外線を放射する光源であることを特徴としてい
る。紫外線のフォトンはエネルギーが高いので、難分解
の処理にも応用できる。

【０００７】本発明に係る光化学反応処理方法は、上記
のような装置を用いて、光源から光を照射し、被照射体
に対して光化学反応処理を行うことを特徴とする。ま
た、点灯もしくは調光点灯させる光源と消灯させる光源
の比率の変更や、点灯もしくは調光点灯させる光源のロ
ーテーションによって、光源の一斉交換期間を延長させ
ることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施形態】図１は、本発明に係る光化学反応処
理装置の一実施例である多灯式の液体処理用紫外線照射
装置を示す断面略図である。紫外線ランプからなる光源
３は保護用の石英ガラス管２内に液密に挿入されてな
り、本実施例に係る処理装置の本体を構成する筒状のシ
リンダー１内に複数本（この例では４０本）並設されて
いる。なお、本実施例に係る処理装置は、図１０と同様
の閉鎖型液体処理装置であって、シリンダー１は図１０
のシリンダー１０と同様に入水口１ｃと出水口（図示せ
ず）を備える。

【０００９】前述の通り、従来装置においては、光源の
経年劣化を考慮して、所定期間（例えば１年）経年した
時点での処理能力を基準に設計されているため、例え
ば、装置の開始使用から一年後において、或る処理能力
を確保すために４０本の光源を搭載する必要のある従来
装置は、装置使用初期に光量過多となり、意図しない光
反応が生じていた。これに対して、本発明に係る紫外線
照射装置においては、設置された複数の光源３のうち１
乃至複数の所定数を点灯もしくは調光点灯し、かつ、点
灯もしくは調光点灯される光源の組み合わせ並びに点灯
本数を時間経過に伴い適宜変更する運用を行うことを特
徴としている。すなわち、点灯もしくは調光点灯する光
源の組み合わせとその切り替え時期と点灯本数とを、光
源の経年劣化による照度低下特性に応じて、使用期間経
過に伴い変更することで、通年の光照射量が所定の水準
（範囲）に維持されるよう運用することを特徴としてい
る。

【００１０】この運用方法の一例を示すと、まず使用開
始時において、光源３の総数Ｍに対して、特定のＮ₁個
（ただしＮ₁＜Ｍ）の光源のみを点灯し、所定期間経過
したら、前記点灯するＮ₁個の特定の光源の組み合わせ
を別の特定のＮ₁個の光源の組み合わせに切り替えて、
使い回しする（ローテーションする）。Ｎ₁個の数の適
切な設定により、使用初期時における光量過多現象を適
切に防止することができる。ローテーションを適宜繰り
返し、更に別の所定期間経過したら、特定の光源点灯数
をＮ₂個（ただし少なくともＮ₁＜Ｎ₂）とし、上述と同
様に、点灯する光源の組み合わせを順次切り替えて、使
い回しする。このように点灯する光源数を増すことによ
り、光源の経年劣化を補償し、全体的な光量を所定の水
準に保つことができる。以後必要に応じて、更に所定期
間経過するに従い、光源点灯数をＮ₃ 、Ｎ₄…Ｎ_n個（た
だしＮ₁＜Ｎ₂＜Ｎ₃＜Ｎ₄＜…＜Ｎ_n≦Ｍ）という具合に
順次適宜増加するようローテーションを変更して、使い
回してよい。光源３の点灯・消灯のローテーションを設
定するにあたっては、シリンダー１内を流れる被処理液
体がむらなく処理されるように、点灯される光源がバラ
ンスよく配置されるように設定するものとする。例え
ば、図１において、シリンダー１の横断面において中心
で交わる線Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’で４等分された４つのゾ
ーンを想定し、同時点灯光源数をＮとするとき、各ゾー
ン内でＮ／４個の光源をバランスよい配置で点灯するよ
うに設定する。なお、本実施例において、点灯とは、所
定の定格電圧若しくは電流で点灯する場合に限らず、そ
れ以下の電圧若しくは電流で光量調節して点灯する（調
光点灯）場合も含む。調光点灯する場合は光量及び寿命
が定格で点灯する場合とは異なってくるので、点灯・消
灯ローテーションの設定内容もそれに応じたものとされ
る。点灯・消灯ローテーションにおいて、同時に点灯す
る光源を、全て定格で点灯してもよいし、あるいは全て
調光点灯してもよいし、あるいは定格での点灯と調光点
灯とを混在させてもよい。

【００１１】なお、詳しくは後述するように、本装置に
おいては紫外線放射効率の良い放電灯を用いるので、点
灯数が少なくても、必要十分な処理能力を確保できる。
光源３として使用する放電灯３１の一例を図２に示す。
この放電灯３１は、以下詳しく述べるとおり、１８５ｎ
ｍ紫外線を極めて効率よく放射させ、性能維持率の高い
低圧水銀蒸気放電灯として構成されたものである。この
種の高能率の放電灯３１を光源３として使用する場合に
おいては、同時に点灯する光源数が従来に比べて少なく
て済むので、本発明に従って点灯・消灯のローテーショ
ンを適切に設定して運用することが、光量過多の防止と
ランプ寿命の飛躍的増大化の点で極めて有意義である。

【００１２】まず、放電灯３１の基本的構造について説
明すると、放電灯３１は、合成石英ガラスからなるガラ
ス管１１と、該ガラス管１１内でその両端に配置された
一対のフィラメント２１ａ，２１ｂと、該ガラス管１１
の両端に設けられたシール部４ａ，４ｂおよび口金部５
ａ，５ｂとを含む。フィラメント２１ａ，２１ｂは例え
ば酸化バリウム系のエミッターを塗布してなる。このフ
ィラメント２１ａ，２１ｂはシール部４ａ，４ｂから出
ているインナーリード２２ａ〜２２ｄによってそれぞれ
保持されている。口金部５ａ，５ｂはセラミック製であ
り、一方の口金部５ａにおいて一対の電気端子３１ａ，
３１ｂが備えられている。シール部４ａ，４ｂは、モリ
ブデン箔２４ａ〜２４ｄによって気密性を保持しつつ、
且つインナーリード２２ａ〜２２ｄ、モリブデン箔２４
ａ〜２４ｄ、アウターリード２５ａ，２５ｂおよび２６
を介して、フィラメント２１ａ，２１ｂと電気端子３１
ａ，３１ｄを電気的に接続する役割を担っている。ガラ
ス管１１内には２０ｍｇ程度の水銀と約４００Ｐａの希
ガスを封入してある。なお、図の例では、一例として、
放電灯３１は２端子タイプの放電灯として構成されてい
る。すなわち、一方のフィラメント２１ａの一端がイン
ナーリード２２ｂ、モリブデン箔２４ｂ、アウターリー
ド２５ａを介して一方の電気端子３１ａに接続され、他
方のフィラメント２１ｂの一端がインナーリード２２
ｃ、モリブデン箔２４ｃ、アウターリード２５ｂ、２６
を介して他方の電気端子３１ｂに接続されている。

【００１３】放電灯３１は、ガラス管１１を合成石英ガ
ラスで構成したこと、及び、波長１８５ｎｍの紫外線を
効率よく発光しうるよう所定の条件で該放電灯３１のデ
ィメンション（バルブ内径やフィラメント間距離などの
諸サイズ）を決定したこと、を特徴としている。この点
について説明すると、この放電灯３１においては、合成
石英ガラスからなるガラス管１１の内径Ｄ（単位はｍ
ｍ）のサイズは８ｍｍ以上とし、フィラメント２１ａ，
２１ｂの間隔をＬ（単位はｃｍ）、点灯時のランプ電圧
をＶ（単位はＶ（ボルト））、ランプ電流をＩ（単位は
Ａ（アンペア））とするとき、各値の関係が次の関係式
を有するように、設定することを特徴としている。（Ｖ−Ｖｆ）／Ｌ＝Ｘ／（√Ｄ・√Ｉ）ただし、２.
６≦Ｘ≦４.２ここで、Ｖｆは陽極降下電圧であり、点灯電源によって
一義的に決まるファクター（定数要因）であり、１ｋＨ
ｚ以上の高周波電源で点灯した場合はＶｆ＝１０であ
り、１ｋＨｚ未満の電源で点灯した場合はＶｆ＝５０で
あるとする。

【００１４】次に、波長１８５ｎｍの紫外線を効率よく
発光しうるようにする条件として上記のような関係式を
導き出した根拠について説明する。本発明者らは、基本
構造が図２に示すような構造からなる低圧水銀蒸気放電
灯３１を各種のサイズで複数用意し、これらを対象にし
て種々の実験を行い、放電灯の電気特性と１８５ｎｍ紫
外線強度の関係を評価した。具体的には、この実験にお
いて用いた各放電灯のサイズは、内径８ｍｍ、１３ｍ
ｍ、１８ｍｍ、２３ｍｍのそれぞれの管径で、肉厚１ｍ
ｍ、管長１００〜１６０ｃｍの合成石英ガラス管を用
い、フィラメント間距離Ｌ（ｃｍ）を９５〜１５３ｃｍ
に設定してなるものである。実験にあたっては、中央部
に１８５ｎｍ紫外線強度測定用の枝管を付けてＴ字形に
構成したガラス管内に、実験対象たる放電灯を挿入し、
該ガラス管内を窒素雰囲気で満たすと共に外側には冷却
水を流した。また、点灯電源には、約４０ｋＨｚの電子
バラスト（安定器）と商用周波数の電磁バラスト（安定
器）の２種を用意し、点灯時のランプ電流を、０.４
Ａ、０.６Ａ、０.８Ａ、１.０Ａ、１.４Ａ（アンペ
ア）の５段階とした。なお、１８５ｎｍ紫外線強度の測
定には株式会社オーク製作所の紫外線照度計ＵＶ−１８
５（商品名）を使用した。

【００１５】上述の条件下で、電流をほぼ一定に保持し
つつ、冷却水の温度を変化させながら各種電気特性即ち
ランプ電圧Ｖ、ランプ電流Ｉ、ランプ電力と、１８５ｎ
ｍ紫外線強度とを測定した。冷却水の温度を変化させる
理由は水銀蒸気圧を変化させることにある。つまり、１
８５ｎｍ紫外線放射効率や電気特性は水銀蒸気圧に依存
すると考えられることからその関係を明確にするためで
ある。冷却水の温度を変化させることで余剰の水銀が滞
留する最冷部の温度を変化させ、水銀の蒸気圧を変化さ
せたことになる。ちなみに、ランプ電圧Ｖはランプ内の
水銀蒸気圧すなわち蒸発量に依存するため、最冷部の温
度を変化させることで、ランプ電圧Ｖが可変設定される
ことになる。或る物理的サイズからなる放電灯において
は、ランプ電流Ｉもバラストによって決まる定数要因な
ので、１８５ｎｍ紫外線強度を左右できる要因は主とし
てランプ電圧Ｖである。そこで、冷却水の温度を変化さ
せることで結果的にランプ電圧Ｖの値を種々に変化さ
せ、該ランプ電圧Ｖの値を測定すると共にその都度の１
８５ｎｍ紫外線強度を測定することにより、当該物理的
サイズかつ所定のランプ電流Ｉからなる条件下におけ
る、１８５ｎｍ紫外線強度とランプ電圧Ｖとの相関性が
判明する。よって、そのようにして測定を行う。

【００１６】この測定結果に基づいて、１８５ｎｍ紫外
線強度については、「消費電力当たりの紫外線強度」と
いう観点から、測定した１８５ｎｍ紫外線強度の値を測
定したランプ電力で除算して、その商を「放射効率」の
指標（すなわち「１８５ｎｍ紫外線放射効率」）とし
た。また、ランプ電圧については、「単位長さ当たりの
電圧」という観点から、測定したランプ電圧の値Ｖ
（Ｖ）から陽極降下電圧（Ｖｆ）という固定的な値Ｖｆ
（Ｖ）を差し引き、その解「Ｖ−Ｖｆ」をフィラメント
間距離Ｌで除し、その商を「電位傾度」（つまり、フィ
ラメント間距離の単位長さ当たりのランプ電圧）とし
た。すなわち、測定した「１８５ｎｍ紫外線強度」と
「ランプ電圧Ｖ」とを、それぞれ「１８５ｎｍ紫外線放
射効率」と「電位傾度」（フィラメント間距離の単位長
さ当たりのランプ電圧）に換算することにより、「電位
傾度」の各値に対する「１８５ｎｍ紫外線放射効率」の
値を対比することができ、放射効率のよい条件がどのあ
たりにあるかを把握することができる。なお、陽極降下
電圧Ｖｆは、前述の通り、１ｋＨｚ以上の高周波電源で
点灯した場合はＶｆ＝１０とし、１ｋＨｚ未満の電源で
点灯した場合はＶｆ＝５０であるとした。

【００１７】図３は、一例として、肉厚１ｍｍの合成石
英ガラス管を使用した放電灯のサイズが、内径１３ｍ
ｍ、管長１５４ｃｍ、フィラメント間距離１４７ｃｍの
物理的条件下で、電気的条件としてはランプ電流Ｉが１
Ａ（アンペア）で、約４０ｋＨｚの電子バラストを使用
する（つまりＶｆ＝１０）の場合における、「電位傾
度」と「１８５ｎｍ紫外線放射効率」の測定結果を示す
もので、「電位傾度」の値を横軸にとり、それに対応す
る「１８５ｎｍ紫外線放射効率」の値を縦軸にとり、測
定結果をプロットしたものである。ランプ電圧Ｖは、前
述の通り冷却水の温度を変化させることで変化させた。
図３によれば、「電位傾度」が約０．８８（Ｖ／ｃｍ）
のとき、「１８５ｎｍ紫外線放射効率」が最も高い値
（約「６」）を示すことが判る。ここから判ることは、
「１８５ｎｍ紫外線放射効率」がその最高値つまりピー
ク値（図３の例では約「６」）を含む適宜の許容範囲内
に収まるように、物理的及び電気的諸条件を設定しさえ
すれば、１８５ｎｍ紫外線を効率よく放射できる放電灯
および紫外線照射装置を提供することができる、という
ことである。この許容範囲としては、実際の紫外線照射
状態を観察することにより、ピーク値の「１８５ｎｍ紫
外線放射効率」の約６〜７割程度までは、許容範囲に含
めることが適当であることが判明した。例えば、図３の
例では、「１８５ｎｍ紫外線放射効率」の値が最低でも
約３．６以上であれば、効率よい放射が得られていると
みなせる。その場合、「電位傾度」が約０．７２〜１．
１６程度の範囲内に収まるように諸条件が設定されれば
よいことが図から判明する。

【００１８】更に別の実測結果について説明する。図３
と同様の管径１３ｍｍ、管長１５４ｃｍ、フィラメント
間距離１４７ｃｍのサイズの放電灯において、ランプ電
流Ｉを種々に異ならせて、各ランプ電流値における「１
８５ｎｍ紫外線放射効率」がピーク値となる最適な電位
傾度を探索した。その結果得られた各ランプ電流値（た
て軸）における最適「電位傾度」（横軸）をプロットし
た図が、図４である。この図４から、最適「電位傾度」
はほぼランプ電流値（Ｉ）の平方根（√Ｉ）に反比例し
ていることが判る。

【００１９】以下同様にして、本実験に用いた上述した
全てのサイズの放電灯について、「１８５ｎｍ紫外線放
射効率」がピーク値となる最適な「電位傾度」を探索し
た結果、いずれの管径でも最適「電位傾度」はほぼ電流
値（Ｉ）の平方根（√Ｉ）に反比例することを見出し
た。また、管径（Ｄ）をパラメータとして最適「電位傾
度」をプロットした結果、図５に示すようにいずれの電
流においても概ね管径（Ｄ）の平方根（√Ｄ）にも反比
例することが判明した。即ち、内径（Ｄ）が８〜２３ｍ
ｍの放電灯において、ランプ電流０.４〜１.４Ａの範
囲で動作させた場合に、最大の１８５ｎｍの放射効率を
得るための最適「電位傾度」は、管径（Ｄ）と電流
（Ｉ）の平方根（√Ｄ及び√Ｉ）に反比例することを見
出した。これは、高周波の電子バラストと商用周波数の
電磁バラストのいずれであっても点灯電流のファクター
を考慮しさえすれば、包含される結果となった。

【００２０】上記より、最適な「電位傾度」にあって
は、「電位傾度」つまり「（Ｖ−Ｖｆ）／Ｌ」は、管径
Ｄの平方根（√Ｄ）及びランプ電流Ｉの平方根（√Ｉ）
に反比例する関係にあり、その比例定数をＸとすると、
下記のような関係式で表わせることになる。（Ｖ−Ｖｆ）／Ｌ＝Ｘ／（√Ｄ・√Ｉ）前記図３の例の場合、内径Ｄ＝１３ｍｍ、ランプ電流Ｉ
＝１Ａであったから、（√Ｄ・√Ｉ）は約３．６０５で
あり、「電位傾度」が上述した約０．７２〜１．１６程
度の許容範囲内に収まるためには、比例定数Ｘは、ほぼ
「２.６≦Ｘ≦４.２」の範囲の値をとればよいことにな
る。

【００２１】以上のような実験結果を考慮して、図２に
示すような合成石英ガラスで構成したガラス管１１を用
いた放電灯３１において、合成石英ガラスからなるガラ
ス管１１の内径Ｄ（単位はｍｍ）のサイズは８ｍｍ以上
とし、フィラメント２１ａ，２１ｂの間隔をＬ（単位は
ｃｍ）、点灯時のランプ電圧をＶ（単位はＶ（ボル
ト））、ランプ電流をＩ（単位はＡ（アンペア））とす
るとき、各値の関係が次の関係式を有するように設定す
ることが、１８５ｎｍ紫外線を効率良く放射するための
条件とするのがよい、との結論に至った。（Ｖ−Ｖｆ）／Ｌ＝Ｘ／（√Ｄ・√Ｉ）ただし、２.
６≦Ｘ≦４.２ここで、前述の通り、点灯電源によって一義的に決まる
ファクターである陽極降下電圧Ｖｆは、１ｋＨｚ以上の
高周波電源で点灯した場合はＶｆ＝１０であり、１ｋＨ
ｚ未満の電源で点灯した場合はＶｆ＝５０であるとす
る。

【００２２】ところで、放電灯３１は、発光管として合
成石英ガラスを使用することを特徴としている。合成石
英ガラスは、四塩化珪素を出発原料として製造される石
英ガラスで、不純物が極めて少なく、短波長域の紫外線
透過率に優れている。上述した、「最大の１８５ｎｍ放
射効率を得るための電位傾度と管径およびランプ電流と
の関係」は、合成石英ガラスに限ったことではないが、
通常の（天然）石英ガラスを用いて実施した場合には１
８５ｎｍの紫外線維持率が急速に低下するので実使用に
耐えないのである。通常の（天然）石英ガラスを使用し
た場合は、もともと短波長域の紫外線透過率が低いこと
に始まって、１８５ｎｍの放射効率が高まると多くの１
８５ｎｍ紫外線を吸収し、ガラス自身が変質し、濁りの
発生によって紫外線透過率が低下してしまう。そのた
め、更なる透過率低下と変質のサイクルを繰り返し、１
８５ｎｍ紫外線が急速に低下するものと考えられる。よ
って、合成石英ガラスを使用することを必須の要素とす
る。

【００２３】上述した放電灯３１を用いた有機物の分解
処理装置つまり紫外線照射装置は、例えば半導体製造工
程で使用される超純水の精製に利用されるもので、その
場合、１年〜３年の長期連続運転に耐えるものでなけれ
ばならない。合成石英ガラスは初期の紫外線透過率に優
れており、且つ変質の核となる不純物の含有量が少ない
ため、１８５ｎｍ紫外線の放射効率が高い領域で動作さ
せても紫外線維持率を高いレベルを確保できる。もちろ
ん、このような放電灯を用いた紫外線照射装置は、半導
体製造工程に限らず、飲料製造、食品製造、医療、水処
理等、有機物の分解処理・殺菌・消毒等の処理を要する
汎ゆる分野で利用可能である。

【００２４】図６は、本実施例で提案する図２に示すよ
うな高効率型の紫外線放電灯３１を搭載した紫外線照射
装置Ａと、従来技術による紫外線放電灯を搭載した紫外
線照射装置Ｂとについて、ＴＯＣ濃度１０ｐｐｂの原水
を１ｐｐｂ以下にできる処理能力を単位消費電力量当た
りの流量で比較した実測データを示す図である。図は装
置Ｂの初期値を１００％として表示してある。装置Ｂと
装置Ａとでは、まず初期において大きな性能差があり、
使用時間が進むにつれて差異が更に大きくなるのが判
る。ちなみに、従来技術の放電灯を搭載した紫外線照射
装置の１年間の使用目安となる８５００時間後の能力を
１とすると、放電灯３１を搭載した紫外線照射装置Ａは
約２．５倍以上になることが確認された。本実施例で提
案する放電灯３１のような紫外線放射効率の良い放電灯
を用いれば、従来装置と比較して点灯本数を少なくして
も、必要十分な処理能力を確保できる。

【００２５】上述したように、超純水の精製における紫
外線処理装置は１年〜３年の長期連続運転を考慮してお
り、装置の運転をメンテナンスフリーで行いたい、とい
うニーズも利用者に高まりつつある。この点、本発明の
一実施例によると、点灯する光源の組み合わせと、その
切り替え時期と、点灯本数の変更態様を予め設定し、こ
の設定に従って光源の点灯を時間経過に従って制御す
る、点灯・消灯ローテーションのシーケンス制御装置を
備えることで、自動的に点灯制御し、メンテナンスフリ
ーで装置の運転を行うことができるので好都合である。

【００２６】図７は、図１の実施例に関連して設けられ
る上記点灯・消灯ローテーションのシーケンス制御装置
の一例を示すブロック図である。ＣＰＵ、メモリ等を含
んでなる切り換えシーケンサ６に対して、時計回路６ａ
と設定器７が接続されており、運転開始前に予め、設定
器７で各光源（図において３-１〜３-４０）の点灯・消
灯の組み合わせ態様とその切り換え時期（すなわちロー
テーション）を設定し、これを切り換えシーケンサ６の
メモリに記憶する。時計回路６ａは、使用開始時からの
経過時間を計時する。切り換えシーケンサ６は、メモリ
に記憶したシーケンスに従い、現時点での点灯・消灯ロ
ーテーションに対応する各光源（３-１〜３-４０）の点
灯・消灯を設定する制御信号を、点灯・消灯切り換え回
路８に入力する。点灯・消灯切り替え回路８は、入力さ
れた制御信号に従い所定の光源を点灯し、他の光源を消
灯するよう切り換え制御を行う。この点灯・消灯の組み
合わせ態様は切り換えシーケンサ６から与えられる点灯
・消灯設定制御信号に応じて時間経過に従って自動的に
変更制御される。切り換えシーケンサ６のメモリに予め
記憶した前記ローテーションの設定内容は、運転開始後
において随時、処理済み液体における処理結果をモニタ
ーするＴＯＣモニターやＤＯモニターからのフィードバ
ック値に基づき自動的に若しくは手動操作によって修正
可能である。これにより、処理状況に応じた効果的な制
御ができる。勿論、上述のようなシーケンス制御装置を
設けずに、個々の光源に繋がる安定器の電源を適宜ＯＮ
／ＯＦＦさせ、手動で点灯・消灯切り換えを行っても良
い。

【００２７】次に、図２〜図６を参照して説明したよう
な紫外線放射効率の良い放電灯３１を、図１に示す処理
装置における光源３として使用した場合の、点灯・消灯
ローテーションの一例を図８に示す。図８において、横
軸は装置使用開始時からの時間的経過を示し、縦軸の数
字１〜４０は４０個の各光源３を個別に特定する数字で
ある。以下、４０個の各光源３を個別に区別する符号と
して、３-1〜３-40を用いる。この例では各光源３-1〜
３-40の点灯・消灯ローテーションは３ヶ月単位で切り
換えられており、各光源３-1〜３-40が点灯する期間を
両方向矢印で示す。更に図において横軸下部に示した数
字は各期間における光源の点灯個数を示す。また、縦軸
右側に示した数字は各光源３-1〜３-40の延べ点灯月数
を示す。

【００２８】例えば、装置使用開始から３ヶ月目までの
第１の期間においては、１８個の光源３-1〜３-18のみ
を点灯し、他の光源を消灯する。次いで、３〜６ヶ月目
までの第２の期間においては、点灯する１８個の光源３
の組み合わせを光源３-7〜３-24に切り換える。次の６
〜９ヶ月目の第３の期間において、光源の点灯数を２０
個とし、かつ点灯する光源の組み合わせを光源３-13〜
３-32に切り換える。このように、紫外線放射効率の良
い放電灯３１を使用しているため、点灯する光源数は使
用初期時において全体の半数以下（４０個のうち１８
個）であっても必要十分な光量を得ることができ、かつ
光源の点灯数を適切に設定することで光量過多現象を適
切に防止している。また、所定期間経過時に点灯する光
源数を増すことにより、光源の経年劣化に伴う光量不足
を補償し、全体的な光量を所定の水準に保つことができ
る。以後、期間経過に従い、光源点灯数を２２、２４…
２８個という具合に順次適宜増加しかつ点灯する光源の
組み合わせを適切に切り換えるように点灯・消灯ローテ
ーションが設定される。このように適切にローテーショ
ンを設定することで、通年の光照射量が所定の水準（範
囲）に維持されるように制御することができる。図８の
縦軸右側に示したように、合計４２ヶ月の運転期間に対
して、各光源３-1〜３-40の延べ点灯時間（月数）は２
１〜２４ヶ月に平準化されている。例えば個々の光源３
の交換寿命を２４ヶ月に設定したとしても、実際はその
２倍の４２ヶ月の期間で運転を持続することができるこ
ととなり、光源３として使用する放電灯３１の一括交換
時期は実質的に４２ヶ月に延長され、交換メンテナンス
の手間及びコストを大幅に削減することができる。

【００２９】図９は、図８の点灯・消灯ローテーション
で運転した本発明装置におけるＴＯＣ分解処理能力の推
移例を実線で示し、これとの比較のために、従来装置に
よるＴＯＣ分解処理能力の推移例を破線で示すグラフで
ある。図において、縦軸はＴＯＣ分解処理能力を示し、
従来装置のＴＯＣ分解処理能力の初期値を１００％と
し、従来装置の１年後の処理能力を５０％としてある。
前述の通り、従来装置においては、光源の経年劣化を考
慮して、所定期間（例えば１年）経年した時点での処理
能力が、所定の要求レベル（図に示す５０％）を確保す
るように設計されているため、従来装置は、点灯時間の
若い時期には光量過多となる。これに対して、本発明に
よれば、使用初期時において光源の点灯数を適切に設定
し、かつ光源の経年劣化による照度低下特性に応じて、
使用期間経過に伴い適宜点灯数を増やしつつ点灯・消灯
ローテーションを切り換えることで、使用開始直後か
ら、前記処理能力の要求レベル（５０％）をやや上回る
処理能力（すなわち所定の水準）を概ね維持しつつ３年
間以上使用できることが判る。

【００３０】更に本発明装置の実験結果について説明す
る。本発明者らは、従来装置と比較しながら１年間に亘
って、本発明装置の水中のＴＯＣ分解実用評価試験を行
った。従来装置は１年間を通して１６０Ｗの光源４０灯
を全灯点灯で使用し、本発明装置は同ワットの光源を、
図８に示した点灯・消灯ローテーションで使用した。そ
の結果、従来装置の処理水では、当初にＤＯ値の上昇が
見られたのに対して、本発明装置を用いた処理水は年間
を通してＤＯ値の上昇がなく、かつ目標とするＴＯＣ分
解性能を得た。また、この間の本発明装置で点灯した光
源の灯数は平均１９灯で、２万８０００ｋＷＨ余りの節
電効果を得た。なお、３年間の稼動を１サイクルとして
試算した場合は、従来装置４０灯×１６０Ｗ×８５００
時間×３年に対して平均２１．５灯の点灯で済むため、
７万５０００ｋＷＨ余りの節電が見込まれる。

【００３１】なお、上述の実施例では図２〜図６で説明
したような高効率の放電灯３１を光源３として搭載した
例を挙げたが、本発明は必ずしもそのような高性能の光
源に限らず、従来公知の通常効率の光源を使用してもよ
い。すなわち、使用時間と共に光量が低下する光源を使
用する、いかなるタイプの光化学処理装置においても、
本発明を採用することで、有効な作用・効果を発揮する
ものである。

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光照射量
を所定の水準に制御し、意図しない光反応を制御すると
共に、省エネルギー・省メンテナンス効果を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多灯式の紫外線照射装置の一実
施例を示す断面略図。

【図２】図１の紫外線照射装置における光源３として
使用する放電灯の一例を示す側面断面略図。

【図３】図２の放電灯の一実施例による実験結果に基
づく「電位傾度」と「１８５ｎｍ紫外線放射効率」の関
係を例示するグラフ。

【図４】図２の放電灯の一実施例による実験結果に基
づく「ランプ電流」と最適「電位傾度」との関係を例示
するグラフ。

【図５】本発明に係る放電灯の一実施例による実験結
果に基づくガラス管の内径と最適「電位傾度」との関係
を、「ランプ電流」の各値に対応して、例示するグラ
フ。

【図６】高効率型の紫外線放電灯を使用した紫外線照
射装置における時間経過に伴う処理能力の変化の実験結
果を、従来技術による紫外線放電灯を搭載した紫外線照
射装置と比較して例示するグラフ。

【図７】点灯・消灯ローテーションのシーケンス制御
装置の一例を示すブロック図。

【図８】図２〜図６を参照して説明したような紫外線
放射効率の良い放電灯３１を、図１に示す処理装置にお
ける光源３として使用した場合の、点灯・消灯ローテー
ションの一例を示す図。

【図９】図８の点灯・消灯ローテーションで運転した
本発明装置におけるＴＯＣ分解処理能力の推移例と、従
来装置によるＴＯＣ分解処理能力の推移例の比較を示す
グラフ。

【図１０】従来の紫外線照射装置の一例を示す側面断
面略図。

【符号の説明】１シリンダー２石英ガラス管３光源３１放電灯１１合成石英ガラスからなるガラス管２１ａ，２１ｂフィラメント４ａ，４ｂシール部５ａ，５ｂ口金部２２ａ〜２２ｄインナーリード３１ａ，３１ｂ電気端子

フロントページの続きＦターム(参考） 3K073 AA21 AA43 AA83 AA86 AA87 AB04 AB07 CF16 CG01 CG06 CG15 CG26 CG42 CJ16 CJ19 4C058 AA20 BB06 KK02 KK21 KK32 4G075 AA13 AA70 BA04 CA32 CA33 EA02 FB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光源を具備し、該光源からの光の
照射によって被照射体の光化学反応処理を行う光化学反
応処理装置において、点灯する光源を使用時間経過に応
じて制御することにより、前記被照射体に対する光照射
量を所定の水準に制御することを特徴とする光化学反応
処理装置。
【請求項２】前記複数の光源のうち一部の光源を点灯
もしくは調光点灯し、点灯もしくは調光点灯する光源の
組み合わせを順次切り替えることで、光照射量を所定の
水準に制御することを特徴とする請求項１に記載の光化
学反応処理装置。
【請求項３】光源の経時的照度低下特性を基に、使用
時間経過に伴い、点灯もしくは調光点灯する光源数と消
灯する光源数の比率を変更させることを特徴とする請求
項１又は２に記載の光化学反応処理装置。
【請求項４】前記点灯もしくは調光点灯する光源の組
み合わせ及び切り替え時期並びに前記使用時間経過に伴
う点灯もしくは調光点灯光源数と消灯光源数の前記比率
の変更態様を装置の運転開始前に予め設定し、この設定
に従って点灯もしくは調光点灯する光源を時間経過に応
じて制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の
光化学反応処理装置。
【請求項５】前記設定内容は運転開始後に修正可能で
あることを特徴とする請求項４に記載の光化学反応処理
装置。
【請求項６】前記光源は紫外線を放射する光源である
請求項１乃至５のいずれかに記載の光化学反応処理装
置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の装置
を用いて、光源から光を照射し、被照射体に対して光化
学反応処理を行うことを特徴とする光化学反応処理方
法。
【請求項８】点灯もしくは調光点灯させる光源と消灯
させる光源の比率の変更や、点灯もしくは調光点灯させ
る光源のローテーションによって、光源の一斉交換期間
を延長させることを特徴とする光化学反応処理方法。