JP3032144B2 - 無電極紫外線ランプ装置とその使用法 - Google Patents

無電極紫外線ランプ装置とその使用法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は殺菌や洗浄、物質の表面
処埋のように、紫外線を利用し得る分野のために、特定
の波長の紫外線を出すための無電極式の紫外線ランプ
置とその使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】上述の分野で一般的に使用されているの
はガラス管に水銀を封入し、ガラス管内に置かれた電極
間に放電させる、いわゆる水銀ランプである。ガラス管
内に電極をもたず、マイクロ波を加えて放射光を得る無
電極の水銀ランプは、長寿命が構造の単純なこと、有電
極式に比較して高い出力が得られ、広く使われている。
【0003】水銀の共鳴線は2537オングストローム
と1849オングストロームであるが、水銀ランプから
出る光の波長のスペクトルは水銀ランプ内の水銀の蒸気
圧に依存する。殺菌に有効な紫外線とされる2537オ
ングストローム、酸素をオゾンにするのに有効な紫外線
とされる1849オングストロームの波長を得るには、
ランプ内の水銀の蒸気圧は、0.1toor以下でなけ
ればならないことから、水銀ランプ内を減圧したいわゆ
る低圧水銀ランプが使われている。水銀の蒸気圧は温度
に依存するが、従来の低圧水銀ランプでも冷却は行われ
る場合はあるが、一定の温度範囲になるような操作はさ
れていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】水銀ランプ内の水銀の
蒸気圧が約0.006toorの時、つまり温度が40
°Cの時に2537オングストロームの波長が、この波
長のものとして最も強くなる。同様に蒸気圧が約0.0
13toorの時、つまり温度が約50°Cの時に、1
849オングストロームの波長は、この波長で最も強く
なる。他の波長の紫外線も同様に出ているし、可視光範
囲に入いる5461オングストロームや4037オング
ストロームの波長も出る。蒸気圧が736toor近く
では3650オングストロームの紫外線や、5800オ
ングストローム近い可視光も出る。
【0005】特定の波長の紫外光を、その波長として最
大の強さで得るには、その波長を得るための蒸気圧を、
つまり特定の温度に、水銀ランプを保持しなければなら
ない。マイクロ波を受けることによって生じる水銀ラン
プ自体の必要以上の温度上昇を防止するだけでなく、一
定の範囲に保持しなければならない。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明による無電極紫外線ランプ装置は、基本的
には、水銀を低圧力にて封入したランプ本体と、ランプ
本体を熱交換体で冷却手段と、マイクロ波励起手段を基
本的に含んでいる。水銀を低圧力にて封入した石英ガラ
ス管の外周に、あるいは中空にした中空部と外周に熱交
換用の流体を、ランプが保持されるべき温度に保つこと
の出来る流量と温度で流せるような構造のランプにす
る。すなわち、本発明による無電極紫外線ランプ装置
は、水銀蒸気が封入されている無電極の管をマイクロ波
で励起して紫外線を発生する無電極紫外線ランプ装置で
あって、2537または1849オングストロームの紫
外線を発生するために、外筒と内筒で形成される円筒空
間内に水銀蒸気が封入されているランプ本体と、前記ラ
ンプ本体を収容する容器である紫外線とマイクロ波を透
過させる透明な保護管と、前記ランプ本体の内筒内の経
路および外筒の外側で前記保護管内の経路を通る熱交換
流体と、前記保護管の外部に配置されたマグネトロンア
ンテナと、前記熱交換流体の温度を調節する温度制御装
置とを含み、前記流体の温度を調節して前記ランプ本体
内の水銀蒸気圧を一定の範囲に保持することによって、
ランプ内の蒸気圧を前記特定波長の照射強度を高めるよ
うに構成されている。また本発明によるさらに他の無電
極紫外線ランプ装置は、水銀蒸気が封入されている無電
極の管をマイクロ波で励起して紫外線を発生する無電極
紫外線ランプであって、2537または1849オング
ストロームの紫外線を発生するために、円柱内に水銀蒸
気が封入されているランプ本体と、前記ランプ本体を収
容する容器である紫外線とマイクロ波を透過させる透明
な保護管と、入口から前記ランプ保護管内部の管に接続
され内部空間を経て出口に達するかまたはその逆の経路
を通る熱交換流体と、 前記保護管の外部に配置されたマ
グネトロンアンテナと、前記熱交換流体の温度を調節す
る温度制御装置とを含み、前記流体の温度を調節して前
記ランプ本体内の水銀蒸気圧を一定の範囲に保持するこ
とによって、ランプ内の蒸気圧を前記特定波長の照射強
度を高めるように構成されている。前記無電極紫外線ラ
ンプ装置において前記ランプ保護管内部の管は複数本と
することができる。前記無電極紫外線ランプ装置におい
て、前記流体の温度の調節の他、流体の種類および流量
を変えることにより、必要とする波長の紫外線の強度を
最大にし、または目的の波長を変更することができる。
前記無電極紫外線ランプ装置の使用方法において、紫外
線照射対象物がマイクロ波を透過させるビン、ボトル、
管等である場合は前記対象物と前記保護管を介してラン
プ本体をマイクロ波で照射するように構成することがで
きる。また前記無電極紫外線ランプ装置の使用方法にお
いて、空気の出入口を有する容器内に無電極紫外線ラン
プ装置を配置して、容器内に導入した空気を殺菌して取
り出すように構成することができる。また前記無電極紫
外線ランプ装置の使用方法において、前記熱交換用の流
体そのものを紫外線照射対象とすることができる。
【0007】
【作用】上記の手段によって紫外線ランプは熱交換用流
体の種類、温度、流量を変えることによって、必要とす
る波長の紫外線の強度を最大にできる。また目的の波長
を変えることも可能となる。
【0008】
【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
1は本発明の無電極紫外線ランプを使う場合の全体の構
成を示す。図1において1は紫外線照射のための容器
で、2450MHzのマイクロ波を発信するためのマグネ
トロン2に接続されたアンテナ3が突起している。アン
テナ3に対向して無電極紫外線ランプ4が置かれて、さ
らに照射対象物5が置かれている。アンテナ3、無電極
紫外線ランプ4、照射対象物5の位置関係は図1に示す
ように、無電極紫外線ランプ4がアンテナ3と照射対象
物5の間に置かれる関係に限定されない。図2に示すよ
うにビンなどの内部を照射する場合には無電極紫外線ラ
ンプ4は照射対象物5の中に置かれる。この場合には、
照射対象物はマイクロ波を通す材料に限定される。
【0009】図1において示すように、無電極紫外線ラ
ンプ4は、マイクロ波照射による不必要な温度上昇をお
さえ、なおかつ目的の波長を出すことのできる温度を維
持するための温度を残すための熱交換用の流体を、無電
極紫外線ランプ4の表面に流すための流体系をもつ。流
体系は流体の出入口6、温度制御装置7、配管8および
9からなる。
【0010】図3は本発明による無電極紫外線ランプの
実施例の一つで、10はランプの中心をなすもので、内
筒11と外筒12をもち、内筒11と外筒12は両端で
接続されているが内筒の中央部は貫通された穴になって
いる。内筒11と外筒12の間は減圧され、適量の水銀
が封入されている。ランプ10は熱交換用流体を出し入
れするブロック13、固定具14を介して保護管15に
固定されている。保護管15は、マイクロ波を透過さ
せ、なおかつ自的の波長の紫外線を透過させることがで
きるものでなければならず、たとえばランプと同材料の
グラスでもよい。また透明な合成樹脂でもよい。
【0011】ブロツク13には熱交換用の流体を導入す
る口16と出口17をもつ。口16は外筒12と保護管
15の間に流体を流すポートをもち、口17は内筒11
の穴につながるポートをもつ。口16と口17は入れ換
ってもよい。固定具14には内筒11の穴と外筒12の
外周部の間に流体が流れるためのポート18をもつ。
【0012】図5は本発明による無電極紫外線のもう一
つの実施例で19は内部を低圧力にして水銀を適量封入
したガラス製の、無電極紫外線ランプの本体である。ブ
ロック20と保護管21によって構成される空間22内
に置かれている。23は両端が開放された細い管で、一
端はブロック20に接着、溶着あるいは機械的に固定さ
れ、他端はランプの本体19の先端近くまで伸ばされて
いる。管23の太さは図6に断面を示すように、多数の
管が、ランプの本体19を保持できる程度に定めてあ
る。管23は必ずしもランプの本体19と平行に置かれ
る必要はなく、ランプの本体19に巻き付けられている
方法でもよい。保護管21と管23は、マイクロ波を透
過させ、なおかつ目的の波長の紫外線を透過させること
ができるものでなければならず、たとえばランプ本体と
同材料のガラスでもよい。また透明な合成樹脂でもよ
い。ブロック20を、保護管21のフランジ部24との
間に挟んでネジ25で固定するブロック26を設けてい
る。プロック26にはブロック20側に空間部27をも
ち、空間部27には熱交換用流体の入口28が設けてあ
る。ブロック26には熱交換用流体の出口29が設けて
ある。出口29は空間部27とは接続されておらず、貫
通管30を介して空間22に接続されている。入口28
と出口29は単に熱交換流体の流れの方法を決めるもの
であり、入れ換ってもよい。
【0013】図3および図5の実施例においてランプ本
体の形状は管状に限定されるものではなく、球形に近い
ものであっても、本発明の思想の範囲に入いる。
【0014】図7は空気を殺菌するための装置で、容器
31は空気の入口32、出口33(使い方は逆でもよ
い)をもち、両側は蓋34と35で閉じられている。蓋
34と蓋35には、図3または図5に示したような無電
極紫外線ランプ36が、流す空気量や容器31の大き
さ、無電極紫外線ランプ36の出力などから決められた
数だけ設けてある。37は容器31内に設けた整流用板
で、入ってくる全ての空気が無電極紫外線ランプ36か
らの放射を受けるように、流れ方向を整えるためのもの
である。38は、容器31内にアンテナをもつように容
器31に取り付けたマグネトロンで、無電極紫外線ラン
プ36の数と位置に合せて個数が決められ、配置され
る。
【0015】図8は図7において示した実施例の、空気
を殺菌するための装置を、部屋全体あるいは、局部的に
囲まれた場所内の空気を無菌にするために、無菌空気の
供給系の一部として組み入れたものである。空気取り入
れ口にはHEPAフイルターあるいは電気的な集塵器3
9を置いて前段の処理をして、送風機40によって空気
を、空気殺菌装置41に入れ、調湿塔42を通して部屋
あるいは局所に入れる。
【0016】前段の処理部であるHEPAフイルターあ
るいは電気的な集塵器などを、部屋あるいは局所と接続
することによって、空気を循環して使用することも可能
である。調湿用の水は、空気殺菌装置41において使っ
た冷却水を、加湿器43を介して使うこともできる。
【0017】44は弁で、装置の蒸気殺菌の時などに使
う。
【0018】
【発明の効果】以上の構成において、図3に示す実施例
では熱交換用の流体は、ランプの内筒11内を通り、外
筒12の周りを通って外に出る。あるいはその逆の流れ
方向をとる。図5の実施例では流体は入口28から入い
り空間部27を経て管23を通り空間22を経て出口2
9に出る。あるいはその逆の流れ方向をとる。流体はマ
イクロ波からの熱を受けるが、ランプ本体からの熱も受
ける。受けた熱は常に流れによって持ち去られる。持ち
去られる熱が、ランプ本体の水銀の蒸気圧を、特定の波
長を得る値に保持する以下にするほど大きなものであっ
てはならず、また少な過ぎても蒸気圧は好ましくない値
となる。適正な値を得ることが出来るように流体の流量
と入口温度が選定される.
【0019】図7の実施例においては、高出力の紫外線
ランプが得られるので全体が小型になる。また図8の実
施例においては、ランプの冷却に水を使った場合には水
もまた殺菌されており、その水を加湿器等に使うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明による無電極紫外線ランプ装置の実施例と
使用態様を示すブロック図である。
【図2】発明による無電極紫外線ランプ装置の他の実施
例と他の使用態様を示すブロック図である。
【図3】本発明による無電極紫外線ランプ装置で使用す
るランプ本体と保護筒の組み合わせの実施例を示す断面
である。
【図4】図3のA−A断面を示す。
【図5】図3に示す実施例とは別のランプ本体と保護筒
の組み合わせの実施例を示す断面図である。
【図6】図5のB一B断面を示す。
【図7】図3または図5で示した無電極紫外線ランプ装
置を空気の殺菌に使う場合の使用方法を実施する装置の
断面である。
【図8】図7で示す実施例の、空気殺菌用の装置を使っ
て構成した、無菌空気供給系の構成を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
1 容器 2 マグネトロン 3 アンテナ 4 無電極紫外線ランプ 5 照射対象物 6 熱交換流体出入ロ 7 温度制御装置 8,9 配管 10 ランプ本体 11 内筒 12 外筒 15 保護管 19 ランプ本体 21 保護管 23 管 26 ブロック 31 容器 36 無電極紫外線ランプ 38 マグネトロン 39 フイルタ 40 送風機 41 空気殺菌装置 42 調温塔 43 加湿器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 65/04 A61L 2/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水銀蒸気が封入されている無電極の管
    をマイクロ波で励起して紫外線を発生する無電極紫外線
    ランプ装置であって、 2537または1849オングストロームの紫外線を発
    生するために、外筒と内筒で形成される円筒空間内に水
    銀蒸気が封入されているランプ本体と、 前記ランプ本体を収容する容器である紫外線とマイクロ
    波を透過させる透明な保護管と、 前記ランプ本体の内筒内の経路および外筒の外側で前記
    保護管内の経路を通る熱交換流体と、 前記保護管の外部に配置されたマグネトロンアンテナ
    と、 前記熱交換流体の温度を調節する温度制御装置とを含
    み、 前記流体の温度を調節して前記ランプ本体内の水銀蒸気
    圧を一定の範囲に保持することによって、ランプ内の蒸
    気圧を前記特定波長の照射強度を高めるように構成した
    ことを特徴とする無電極紫外線ランプ装置。
  2. 【請求項2】 水銀蒸気が封入されている無電極の管を
    マイクロ波で励起して紫外線を発生する無電極紫外線ラ
    ンプであって、 2537または1849オングストロームの紫外線を発
    生するために、円柱内に水銀蒸気が封入されているラン
    プ本体と、 前記ランプ本体を収容する容器である紫外線とマイクロ
    波を透過させる透明な保護管と、 入口から前記ランプ保護管内部の管に接続され内部空間
    を経て出口に達するかまたはその逆の経路を通る熱交換
    流体と、 前記保護管の外部に配置されたマグネトロンアンテナ
    と、 前記熱交換流体の温度を調節する温度制御装置とを含
    み、 前記流体の温度を調節して前記ランプ本体内の水銀蒸気
    圧を一定の範囲に保持することによって、ランプ内の蒸
    気圧を前記特定波長の照射強度を高めるように構成した
    ことを特徴とする無電極紫外線ランプ装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の無電極紫外線ランプ装置
    において前記ランプ保護管内部の管は4本であることを
    特徴とする無電極紫外線ランプ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3記載の無電極紫外
    線ランプ装置において、前記流体の温度の調節の他、流
    体の種類および流量を変えることにより、必要とする波
    長の紫外線の強度を最大にし、または目的の波長を変更
    することを特徴とする無電極紫外線ランプ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1,2,3または4記載の無電極
    紫外線ランプ装置の使用方法において、 紫外線照射対象物がマイクロ波を透過させるビン、ボト
    ル、管等である場合は前記対象物と前記保護管を介して
    ランプ本体をマイクロ波で照射するように構成した無電
    極紫外線ランプ装置の使用方法。
  6. 【請求項6】 請求項1,2,3または4記載の無電極
    紫外線ランプ装置の使用方法において、 空気の出入口を有する容器内に無電極紫外線ランプ装置
    を配置して、容器内に導入した空気を殺菌して取り出す
    無電極紫外線ランプ装置の使用方法。
  7. 【請求項7】 請求項1,2,3または4記載の無電極
    紫外線ランプ装置の使用方法において、 前記熱交換用の流体そのものを紫外線照射対象とした無
    電極紫外線ランプの使用方法。
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