JP2016184514A - 放電ランプおよび水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプ自体の破裂を抑制する放電ランプおよび水処理装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、放電ランプ１は、紫外線を透過し、放電空間１２および放電空間１２の両端に形成された封止部１４、１４とが形成される気密容器１０と、放電空間１２の内部に封入される希ガスおよび水銀と、封止部１４、１４に一部が埋設して設けられ、放電空間１２の両端部に対向して設けられる一対の放電電極２０、２０と、封止部１４、１４に設けられ、封止部１４、１４の温度を検出する温度検出素子６０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放電ランプおよび水処理装置に関する。

例えば、地下水、水道水、工業用水、下水、海水、養殖用水、または再生水などの流体の殺菌、不活性化、及び有機物分解などの、放電ランプおよび放電ランプを用いた水処理装置が開示されている。

特表２０１２−５０９７６３号公報 特開２０１１−０７８９７９号公報

水処理装置に用いられる放電ランプは処理能力が高い中圧水銀ランプや高圧水銀ランプが用いられる。しかしながら、中圧水銀ランプや高圧水銀ランプは、発熱量が大きく、流体の還流が停止した場合に放電ランプの温度が上昇し、放電ランプ自体が膨張し破裂する可能性がある。

本発明の実施形態は、水処理装置に設けられる放電ランプ自体の破裂を抑制する水処理装置および放電ランプを提供する。

本発明の実施形態によれば、紫外線を透過し、放電空間および放電空間の両端に形成された封止部とを有する気密容器と；放電空間の内部に封入される希ガスおよび水銀と；封止部に一部が埋設して設けられ放電空間の両端部に対向して設けられる一対の放電電極と；封止部に設けられ封止部の温度を検出する温度検出素子と；を有する。

本発明の実施形態によれば、水処理装置に設けられる放電ランプ自体の破裂を抑制する放電ランプおよび水処理装置を提供できる。

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプを例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る放電ランプ１のベース３０および温度検出素子６０の配設様式について例示する模式図である。 図３は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度および封止部１４の外表面の温度の関係を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の封止部１４および温度検出素子６０の配設様式について例示する模式図である。 図５は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の封止部１４および温度検出素子６０の配設様式について例示する模式図である。 図６は、第１の実施形態に係る水処理装置に用いられる放電ランプのリード線４０および温度検出素子６０の配設様式について例示する模式図である。 図７は、第２の実施形態に係る水処理装置を例示する模式図である。

以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１は、紫外線を透過し、放電空間１２および放電空間１２の両端に形成された封止部１４、１４とを有する気密容器１０と；放電空間に封入される希ガスおよび水銀と；封止部１４、１４に一部が埋設して設けられ放電空間１２の両端部に対向して設けられる一対の放電電極２０、２０と；封止部１４の温度を検出する温度検出素子６０と；を有する。

本実施形態によれば、封止部２１の温度を温度検出素子６０により検出することが可能なので、気密容器１０の温度を推定することができる。このために、気密容器１０の異常昇温を放電ランプ１自体が膨張する前に検出することができるため、放電ランプ１自体の膨張を抑制することができ、結果放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、温度検出素子６０は、封止部１４の外表面に設けられる。

本実施形態によれば、温度検出素子６０を封止部１４の外表面に設けることで、より精度よく封止部２１の温度を検出することが可能なので、気密容器１０の温度をより精度よく推定することができる。このために、気密容器１０の異常昇温を放電ランプ１自体が膨張する前に検出することができるため、放電ランプ１自体の膨張を抑制することができ、結果放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。また、放電ランプ１より放出される紫外線が封止部１４には当たりにくいため、紫外線による温度検出素子６０の劣化を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、温度検出素子６０は、少なくとも一方の封止部１４の温度を検知する。

本実施形態によれば、温度検出素子６０は、少なくとも一方の封止部２１の温度を検出することで、特に放電距離が長い、いわゆる長尺の中圧水銀ランプや高圧水銀ランプで有効である。中圧水銀ランプや高圧水銀ランプは長尺になるほど、ランプ軸方向に温度傾斜が発生しやすい。このため、流体の還流方向等でランプの温度を一定に保持できることが望ましい。またランプの長手方向で温度傾斜が発生した場合でも、放電ランプ１の封止部１４に温度検出素子６０を設けることで、一方の封止部１４に温度上昇の傾向が見られても、適切に温度上昇を検出することができる。よって、気密容器１０の異常昇温を放電ランプ１自体が膨張する前に検出することができるため、放電ランプ１自体の膨張を抑制することができ、結果放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、温度検出素子６０は、封止部１４の一部を覆うベース３０を貫通して設けられる。

本実施形態において、温度検出素子６０は、ベース３０を貫通して設けられることで、ベース３０の周縁を温度検出素子６０が回り込んで配設される必要が無いため、放電ランプ１を水処理装置に配設するときに温度検出素子６０の破損を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る水処理装置ＷＴは、放電ランプ１と；放電ランプ１を収容する保護管Ｓと；放電ランプ１および保護管Ｓを収容する処理容器Ｒと；を有する。

本実施形態において、水処理装置ＷＴは、放電ランプ１の少なくとも一方の封止部２１の温度を検出することができるので、気密容器１０の異常昇温を放電ランプ１自体が膨張する前に検出することができるため、放電ランプ１自体の膨張を抑制することができ、結果放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る放電ランプ１について、図１を用いて説明する。図１は、放電ランプ１を例示している。

図１に示したように、本実施形態に係る放電ランプ１は、気密容器１０と、一対の放電電極２０，２０と、温度検出素子６０とを有する。

本実施形態では、放電ランプ１として、中圧殺菌ランプ、または高圧水銀ランプを用いた実施形態を例示している。

気密容器１０は、直管状に形成され、内部に放電空間１２が形成される。また、放電空間１２の両端には封止部１４，１４が形成されることで、放電空間１２を気密に保つ。放電容器１０は、紫外線を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成される。気密容器は、外径が２３ｍｍ、発光長（放電電極２０−２０間の距離）が３７５ｍｍである。

放電空間１２は、一対の放電電極２０，２０より電力が印加されることで、放電空間１２に封入された水銀や希ガス（図示しない）が発光する。放電空間１２は、例えば内径が
２０ｍｍ、発光長が３７５ｍｍで構成される。

水銀は、放電空間１２に封入され、放電ランプ１の外部より電力が印加されることで、例えば２５４ｎｍ、３６５ｎｍの紫外線を放出する。水銀の封入量は、例えば１〜５ｍｇ／ｃｍ^２である。なお、水銀の組成は上記に限定されず、例えば水銀に金属を混合したアマルガムで構成されても良い。

希ガスは、放電ランプ１の始動時に放電を促進させ、放電開始後に放電維持に寄与する。希ガスの圧力は、例えば、１００ｋＰａ〜１０００ｋＰａである。また、希ガスは、キセノン、アルゴン、ネオンのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。

封止部１４，１４は、放電空間１２の両端に形成される。封止部１４、１４は、気密容器１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１４、１４は、電極２０、２０を所望の位置に設けた後に、減圧下で図示しないガスバーナーなどの溶融手段により溶融して封止する、いわゆるシュリンクシールにより形成される。なお、封止部１４，１４には、気密容器１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部１４、１４は、図示しないピンチャーなどの成形手段による、いわゆるピンチシールにより形成されてもよい。封止部１４、１４の長さは、２５ｍｍである。

一対の放電電極２０，２０は、放電ランプ１の外部より印加された電力を放電空間１２に導入し、放電空間１２にてアーク放電を生起する。一対の放電電極２０，２０は、一部が封止部１４，１４に埋設して設けられ、放電空間１２の両端部に対向して設けられる。一対の放電電極２０，２０は、電極棒２２，２２、コイル２４，２４、箔２６，２６、アウターリード２８，２８を有する。

電極棒２２，２２は、放電空間１２に電力を印加する。電極棒２２，２２は、一端が放電空間１２に突出して構成されていて、他端が封止部１４，１４に埋設される。また、電極棒２２の放電空間１２側に突出した一端にはコイル２４が設けられる。また、電極棒２２は、他端で箔２６と溶接により接続される。電極棒２２，２２は、例えばタングステンにより構成される。

コイル２４，２４は、電極棒２２，２２の一端側に設けられ、放電中の電極棒２２，２２の先端から温度を放射することで、電極棒２２，２２の温度上昇を抑制する。コイル２４，２４は、一端が電極棒２２，２２の一端側、すなわち、放電空間１２側に設けられ、他端が電極棒２２，２２の他端側に設けられる。コイル２２，２２は、例えばタングステンにより構成される。

箔２６，２６は、封止部１４、１４に埋設され、封止されることにより、気密容器１０を気密に保つ。箔２６、２６は、一端が電極２２、２２の他端と溶接され、他端がアウターリード２８，２８の一端と溶接され、封止部１４、１４に埋設して設けられる。箔２６，２６は、例えばモリブデンにより構成される。

アウターリード２８，２８は、一部が封止部１４，１４に埋設され、気密容器１０の内部とリード線４０とを電気的に接続する。アウターリード２８、２８は、一端が箔と溶接され、他端がリード線４０と接続される。アウターリード２８、２８は、例えば、モリブデンにより構成される。

ベース３０、３０は気密容器１０の封止部１４、１４、アウターリード２８、２８およびリード線４０、４０の外周に設けられ、アウターリード２８、２８およびリード線４０、４０の接続箇所が露出することを防ぐ。ベース３０、３０は、例えば、セラミックスで構成される。また、ベース３０、３０内には、気密容器１０、との嵌合をより強固とするため、例えばセメントで封止部１４、１４と固着されてもよい。

リード線４０は、気密容器１０の内部に、図示しない電源回路と電気的に接続する。リード線４０、４０は、一端がアウターリード２８、２８の他端と接続され、他端が電源回路などと接続される。リード線４０，４０は、例えば軟銅線により構成される。なお、リード線４０の他端には、電源回路との接続を容易にするため、端子５０、５０が設けられてもよい。

温度検出素子６０は、封止部１４の温度を検出する。温度検出素子６０は、例えば熱電対やサーモスタットで構成される。温度検出素子６０は、温度検出素子６０で検出した温度信号を、一端が温度検出素子６０に接続され、他端が図示しない制御手段に接続される温度検出素子リード線６５が設けられる。また、温度検出素子６０は、封止部１４の外側に設けられる。このような構成とすることで、封止部１４の外表面の温度を精度よく検出することができる。温度検出素子６０は、図２に示すように、ベース３０を貫通して設けられた温度検出素子取付孔３２を、温度検出素子リード線６５が貫通して設けられる。

ここで、放電ランプ１における気密容器１０の長手方向略中央部の外表面温度と封止部１４の温度の関係について、図３を用いて説明する。図３の横軸は、気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度を、縦軸は封止部１４の外表面の温度を示す。なお、気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度は、８５０℃以下であることが望ましい。気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度が８５０℃を超えると、放電ランプ１自体の膨張が顕著となり、放電ランプ１が破裂するため、放電ランプ１の信頼性を損なうため、好ましくない。つまり、気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度は、８５０℃以下であることが望ましい。

図３から明らかである通り、本条件では封止部１４の外表面の温度が２５８℃以下であると、気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度が８５０℃以下となり、好ましい条件であることが判明した。このことから、放電ランプ１は、封止部１４の外表面の温度が２５８℃以下となるように設定することで、長期間放電ランプ１を点灯したとしても、気密容器１０の膨張を抑制することができ、ひいては放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。なお、放電ランプ１の温度、すなわち、気密容器１０の長手方向略中央部の外表面の温度が９００℃を超えると、放電ランプ１の信頼性に著しく影響するため、封止部１４の温度が２８８℃を超えたときには制御手段がアラームを鳴らしたり、電源回路を自動停止したりするような制御を行ってもよい。

ここで、温度検出素子６０の配設様式について、図４、図５を用いて更に詳しく説明する。図４は、封止部１４の拡大模式図、図５は封止部１４の一点鎖線Ａ−Ａの断面図である。

図４に示すように、温度検出素子６０は、箔２６の矩形形状の略中央にあることが望ましい。一般に封止部１４の温度は電極棒２２側でもアウターリード２８側でも極端に変化することはないが、他の放電ランプ１との比較を容易にするため、温度検出素子６０は、箔２６の矩形形状の略中央に位置、すなわち、温度検出素子６０が箔２６の略中央の外側の温度を検出することが望ましい。

また、図５（ａ）に示すように、温度検出素子６０は、電極棒２２と箔２６とが溶接された側において、箔２６の延びる方向に対して垂直な位置にあることが望ましい。また、図５（ｂ）のように、温度検出素子６０は、電極棒２２と箔２６とが溶接された反対側において、箔２６の延びる方向に対して垂直な位置にあることが望ましい。一般に封止部１４の温度は封止部１４の円周方向で極端に変化することはないが、他の放電ランプ１との比較を容易にするため、電極棒２２と箔２６とが溶接された側において、箔２６の延びる方向に対して垂直な位置、または電極棒２２と箔２６とが溶接された反対側において、箔２６の延びる方向に対して垂直な位置にあることが望ましい。

本実施形態によれば、温度検出素子６０を封止部１４の外表面に設けることで、より精度よく封止部２１の温度を検出することが可能なので、気密容器１０の温度をより精度よく推定することができる。このために、気密容器１０の異常昇温を放電ランプ１自体が膨張する前に検出することができるため、放電ランプ１自体の膨張を抑制することができ、結果放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。また、放電ランプ１より放出される紫外線が封止部１４には当たりにくいため、紫外線による温度検出素子６０の劣化を抑制することができる。

なお、温度検出素子６０の配設様式については、上記に限定されない。図６は、リード線４０と温度検出素子６０との位置関係を説明する模式図である。

図６（ａ）に示すように、温度検出素子６０が、アウターリード７０の被覆内に配設されてもよい。このような構成とすることで、ベース３０の周縁を温度検出素子６０が回り込んで配設される必要が無いため、放電ランプ１を水処理装置に配設するときに温度検出素子６０の破損を抑制することができる。また、図６（ｂ）に示すように、温度検出素子６０が、アウターリード５０の外表面にそって配設されてもよい。このような構成とすることで、ベース３０の周縁を温度検出素子６０が回り込んで配設される必要が無いため、放電ランプ１を水処理装置に配設するときに温度検出素子６０の破損を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図７は、第１の実施形態で示した放電ランプ１を用いた水処理装置を例示する模式図である。

図７に表したように、本実施形態に係る水処理装置ＷＴは、放電ランプ１と、放電ランプを収容する保護管Ｓと、放電ランプ１および保護管Ｓを収容する処理容器Ｒと、を有する。

保護管Ｓは、放電ランプ１の外周を覆い、保護管Ｓの外側を通過する処理水と放電ランプ１とが直接接触することがないように設けられる。保護管Ｓは、円筒形状であり、放電ランプ１から放出された紫外線を透過する。保護管Ｓは、処理容器Ｒに貫通して設けられる。保護管Ｓは、例えば石英ガラスで構成される。

処理容器Ｒは、放電ランプ１および保護管Ｓを収容する。処理容器Ｒは、例えば円筒形状であり、円形状をした底面および底面と対向する上面の略中央に保護管Ｓが貫通して設けられる。処理容器Ｒは、処理水による腐食を抑えるため、例えばＳＵＳなどで構成される。処理容器Ｒの内面は、放電ランプ１から放出された紫外線を有効に水処理に用いるため、例えば鏡面加工されている。また、処理容器Ｒは、被処理水を処理容器Ｒ内に導入させる給水口ＩＭと、給水口ＩＭと離間した位置に、処理容器Ｒ内で紫外線が照射されることで処理された被処理水を排出する排出口ＯＭとを有する。

次に、実施形態に係る水処理装置ＷＴの作用について説明する。

放電ランプ１の外部より、図示しない放電ランプ点灯回路により放電ランプ１の放電空間１２内に放電が生起され、放電ランプ１より紫外線が処理容器Ｒ内に放出される。一方、被処理水は図示しない被処理水導入機構を通じて水処理装置ＷＴの給水口ＩＭより導入される。給水口ＩＭより導入された被処理水は、処理容器Ｒ内の矢印の経路を通って、排出口ＯＭより排出される。

本実施形態によれば、水処理装置ＷＴは、放電ランプ１の少なくとも一方の封止部２１の温度を検出することができるので、気密容器１０の異常昇温を放電ランプ１自体が膨張する前に検出することができるため、放電ランプ１自体の膨張を抑制することができ、結果放電ランプ１自体の破裂を抑制することができる。 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…放電ランプ、
１０…気密容器、
１２…放電空間、
１４…封止部、
２０…電極、
２２…電極棒、
２４…コイル、
２６…箔、
２８…アウターリード
３０…ベース、
４０…リード線、
５０…端子、
６０…温度検出素子
ＷＴ…水処理装置
Ｓ…保護管
Ｒ…処理容器

Claims (5)

1. 紫外線を透過し、放電空間および前記放電空間の両端に形成された封止部とが形成される気密容器と；
   前記放電空間の内部に封入される希ガスおよび水銀と；
   前記封止部に一部が埋設して設けられ前記放電空間の両端部に対向して設けられる一対の放電電極と；
   前記封止部に設けられ前記封止部の温度を検出する温度検出素子と；
   を有する放電ランプ。
2. 前記温度検出素子は、前記封止部の外側に設けられる請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記温度検出素子は、少なくとも一方の前記封止部の温度を検出する請求項１または２記載の放電ランプ。
4. 前記温度検出素子は、前記封止部の一部を覆うベースを貫通して設けられる請求項１〜３のいずれか一に記載の放電ランプ。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の放電ランプと；
   前記放電ランプを収容する保護管と；
   前記放電ランプおよび前記保護管を収容する処理容器と；
   を有する水処理装置。
   

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