JP4459022B2 - 清浄装置 - Google Patents

Description

本発明は光触媒用蛍光ランプおよびその蛍光ランプを用いた清浄装置に関する。

近年、環境問題への対応は目覚ましく、たとえば周囲環境の防臭対策として、光触媒体の応用・開発が進められている。すなわち、（ａ）光触媒体に殺菌ランプから紫外線を照射し、アセトアルデヒドなどの有機成分を分解すること、あるいは（ｂ）放電によって紫外線を放射する水銀などを封有する放電ランプ（殺菌ランプ）の外面に、光触媒作用を有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの物質から成る光触媒層を一体的に設けた放電ランプが知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。

この種の放電ランプは、放電ランプ内部から放出される３００〜４００ｎｍの近紫外線を受けると、バルブの外面に設けた光触媒層の表面が活性化して酸化力を呈するようになり、付着もしくは接触した有機物を酸化・分解し、脱臭などの作用を呈する。つまり、前記放電ランプを設置した雰囲気では、その周囲の脱臭もしくは消臭、雰囲気中の有機成分の分解などが行われる。

その他、光触媒作用を有する物質は、建築材，化学処理用光源，照明器具などへの応用も試みられている（たとえば特許文献３〜５参照）。
特公平６−４４９７６号公報 特開平１−１６９８６６号公報 特開平６−３０４４８０号公報 特開平６−２７８２４１号公報 特開平７−１１１１０４号公報

しかしながら、光触媒作用（光触媒機能）を得るために、従来、紫外線放射源として使用されている殺菌ランプなどは、いわゆる熱陰極型で、ランプの寸法もしくは形状が比較的大きい。したがって、この種の紫外線照射源を装着した場合、たとえば空気清浄器などの清浄装置は、装置内の装着スペースが多く必要であり、装置の小形化が阻害されるという問題がある。

また、前記殺菌ランプは、電極が熱陰極であるため、ランプ寿命も数１０００時間程度と比較的短く、メンテナンスの点でも問題がある。

本発明は、上記問題点を解消するものであり、小形・長寿命で、かつ耐久性のすぐれた光触媒用蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを用いた清浄装置を提供することを目的とする。

第１の態様の発明は、内径１〜１０ｍｍの透光性バルブと；バルブ内に封入された希ガスおよび水銀を含む放電媒体と；バルブ内の両端部に封装され、バルブ内に放電を発生させる一対の冷陰極と；バルブ内面に形成され、ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩、鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩、セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を蛍光体成分として成る蛍光体層と；を具備し、前記バルブ外周面から３５ｍｍ離隔した位置の３００〜４００ｎｍの紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２ 以上であることを特徴とする光触媒用蛍光ランプである。

上記の光触媒用蛍光ランプにおいて、バルブは、たとえばソーダライム系やホウケイ酸系のガラス製、石英ガラス製もしくはセラミック製などの透光性バルブである。そして、そのバルブは、内径１〜１０ｍｍ（一般的に外径１．５〜１２ｍｍ程度）の範囲、好ましくは内径１〜４ｍｍに選ばれ、その形状は、直管状，環状，Ｕ字形，Ｗ字形，Ｈ字形，鞍形などが挙げられる。すなわち、蛍光ランプの形状は、特に限定されないが、小形化や耐久性（長寿命性）の高い光源という観点からすると、内径１〜１０ｍｍ（好ましくは内径１〜４ｍｍ）に選ぶ必要がある。

また、バルブ管内径が１０ｍｍ以下であると線状光源に近付くため、放射された紫外線の光学的設計の自由度が増すとともに、利用効率も向上する。

さらに、バルブ内に封入された放電媒体のうち、希ガスとしては、たとえばアルゴン，クリプトン，キセノン，ネオンなどが挙げられ、これらは他のガスと混合系であってもよい。一方、水銀はアマルガムから放出される形態を採ってもよく、たとえば冷陰極に担持させた形態で封入した構成を採ることもできる。ここで、冷陰極は、周知の冷陰極放電灯で使用されている構造でよい。たとえばニッケルスリーブにエミッタを塗布したスリーブ構造、またはＴｉ−Ｈｇなどの水銀放出構体および Ｚｒ−Ａｌゲッターを金属板に被着させたペレット状などの構造が挙げられる。なお、少なくとも一方が冷陰極であれば、他方は外部電極であってもよい。さらに、蛍光体層は、ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩，鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩，セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を主成分としている。ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩としては、３６５ｎｍにピーク波長をもつＳｒＢ_４Ｏ_７：Ｅｕ^２＋などがが好適であり、鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩としては、３７０ｎｍにピーク波長を持つ（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）_３Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｐｂ^２＋や３５０ｎｍにピーク波長をもつＢａＳｉ_２Ｏ_５：Ｐｂ^２+がなどが好適である。また、セリウム付活希土類リン酸塩としては、３５７ｎｍにピーク波長をもつＹＰＯ_４：Ｃｅ^３＋などが好適である。さらに、たとえば ＳｒＯ・ＳｒＦ・Ｂ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋などのように、ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩蛍光体にハロゲンが添加されたものは、光出力増加の効果が期待できる。

なお、第１の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいては、外に放射された紫外線強度が、そのバルブ外面から３５ｍｍ離隔した位置での測定で、少なくとも１００μＷ／ｃｍ^２であることが必要である。すなわち、バルブ外面から３５ｍｍ離隔した位置での測定で、紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２以上でないと、通常の使用状態において、光触媒体や光触媒層に十分な光触媒作用を与えることができないからである。

また、光触媒用蛍光ランプが空気清浄器のような通風路を有する装置に装着される場合、バルブ内径が１０ｍｍ以下であると外表面積が小さいので、放熱または熱交換され難く温度低下を抑制できる。

第１の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいては、バルブ外周面に光触媒層が形成されていることが好ましい。この場合、光触媒層は３００〜４００ｎｍの波長域内の最大透過率が７５％以上であることが好ましい。

上記光触媒層は、光触媒作用を有する金属酸化物を主体としたもの、特に、光触媒作用を有するアナターゼ形ＴｉＯ_２を主体（たとえば重量比５０％以上をアナターゼ形が占めている）としたものが好ましい。ここで、光触媒作用を有する金属酸化物としては、前記ＴｉＯ_２の外、たとえばＷＯ_３，ＬａＲｈＯ_３，ＦｅＴｉＯ_３，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＣｄＦｅ_２Ｏ_４，ＳｒＴｉＯ_３，ＣｄＳｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＲｕＯ_２などの微粒子、もしくは２種以上の微粒子混合系が挙げられる。

そして、光触媒層の厚さは、一般的に、０．０１〜０．３μｍ程度が好ましく、また、次のようにして容易に形成できる。たとえば、テトライソプロピルチタネートモノマーもしくはテトライソプロピルチタネートポリマーなどのアルコキシチタネート系化合物の溶液を発光容器外周面に塗布焼付けることによって、所要の光触媒体を形成できる。また、たとえばチタンのアルコキシド溶液に平均粒径５〜１０ｎｍ程度のアナターゼ型結晶のＴｉＯ_２微粒子を懸濁・分散液を基体面に塗布し、焼成によってチタンアルコキシド成分から平均粒径 ５ｎｍ未満のＴｉＯ_２を結晶化させることなどによっても形成できる。この場合、チタンアルコキシド成分で形成される光学系膜と同程度の硬度、強度と、平均粒径 ５〜７０ｎｍのＴｉＯ_２微粒子のみで形成される光触媒層と同程度の光触媒作用を備えた光触媒体を形成できる。

さらに、アナターゼ形ＴｉＯ_２を主体とする光触媒層を形成する場合は、たとえばテトライソプロピルチタネートモノマーを、グリセリンおよびアセチルアセトンでキレート化した後、酢酸エチル−エタノール系混合溶媒に加えて調整したアルコキジ系溶液を保護膜上に塗布し、７００℃程度の温度で数時間焼成処理することにより、アナターゼ形結晶のＴｉＯ_２微粒子を主体とした光触媒膜を形成できる。なお、前記結晶性ＴｉＯ_２などを分散させる金属酸化物相は、一部もしくはすべてが非晶質性あるいは多孔質性であってもよい。ここで金属酸化物は、アナターゼ型結晶を主成分としたものが望ましく、また、ＴｉＯ_２などの超微粒子（平均粒径５ｎｍ未満程度）、および結晶性ＴｉＯ_２微粒子（平均粒径５〜７０ｎｍ程度）の混合組成比は、特に限定されないが、一般的に質量比で１：４〜 ４：１程度がよい。請求項１記載の光触媒用蛍光ランプにおいては、透光性バルブがブラックライトブルーガラスで形成されていることが好ましい。

この発明において、ブラックライトブルー（Ｂｌａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｂｌｕｅ）ガラスとは、波長 ４００〜７８０μｍ程度の可視光をほぼ完全にカットし、波長 ４００μｍ 以下の紫外線を透過するガラスをベースとし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）や酸化コバルト （ＣｏＯ）を含有するもので、一般的に、ＢＬＢガラスとして市販されており、その作用が等価的なものであれば、組成などは特に限定されない。

第２の態様の発明は、内径１〜１０ｍｍの透光性バルブと；バルブ内に封入された希ガスおよび水銀を含む放電媒体と；バルブ内の両端部に封装され、バルブ内に放電を発生させる一対の冷陰極と；バルブ内面に形成され、ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩、鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩、セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を蛍光体成分として成る蛍光体層と；前記バルブ外周面に設けられ、少なくとも３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光を少なくとも９０％透過する保護ガラス管と；を具備し、前記保護ガラス管外周面から３５ｍｍ離隔した位置の３００〜４００ｎｍの紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする光触媒用蛍光ランプである。

第２の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいては、保護ガラス管外周面に光触媒層が形成されていることが好ましい。

第２の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいて、保護ガラス管は石英ガラス製であることが好ましい。

第２の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいて、保護ガラス管はブラックライトブルー（ＢＬＢ）ガラスで形成されていることが好ましい。

なお、ブラックライトブルー（ＢＬＢ）ガラスは、上記で説明したものと同様で、いわゆる可視光をほぼ完全にカットし、紫外線を透過するガラスである。

第２の態様の発明は、バルブ外周面に保護ガラス管を嵌合的に配置した他は、第１の態様の発明の場合と基本的に同様の構造を成している。ここで、保護ガラス管は、たとえばホウケイ酸系のガラス製、石英ガラス製、ＢＬＢガラスなどが挙げられるが、紫外線の透過性、強度という点で石英ガラス製が、また、可視光の遮断という点でＢＬＢガラス製が、さらに、比較的安価なためコスト面で有利という点でホウケイ酸系ガラス製が望ましい。

一方、この保護ガラス管は、所要の保護機能を確保するため、少なくとも肉厚が０．１ｍｍ、好ましくは０．３〜１．０ｍｍ程度で、また、バルブ外径に対しては、内径が少なくとも０．１ｍｍ大きい保護ガラス管を組み合わせることが望ましい。なお、この保護ガラス管の組み合わせは、バルブを筒状の保護ガラス管に嵌合または挿入して端部をスペーサーなど介して固定する形、あるいはバルブ外周面に保護ガラス管の端部を気密に溶着した形などが採られる。特に、バルブ外周面に端部を気密に溶着して保護ガラス管内壁面との間で形成した領域の真空度を大きくした場合、断熱作用を呈するので、蛍光ランプの立上がり特性を向上させることができる。

第３の態様の発明は、内径１〜１０ｍｍの透光性バルブと；バルブ内に封入された希ガスおよび水銀を含む放電媒体と；バルブ内の両端部に封装され、バルブ内に放電を発生させる一対の冷陰極と；バルブ内面に形成され、ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩、鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩、セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を蛍光体成分として成る蛍光体層と；前記バルブ外周面に設けられ、少なくとも３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光を透過する保護チューブと；を具備し、前記保護チューブ外周面から３５ｍｍ離隔した位置の３００〜４００ｎｍの紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする光触媒用蛍光ランプである。

第３の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいて、保護チューブはシリコーン樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート樹脂の少なくともいずれか１種を主成分とする樹脂製であることが好ましい。

第３の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいて、保護チューブは少なくとも表面に酸化チタンが被着または酸化チタンが含有されていることが好ましい。

第３の態様の発明に係る光触媒用蛍光ランプにおいて、保護チューブは３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光透過率が８０％以上であることが好ましい。

上記保護チューブは、バルブの機械的な補強などを目的に、バルブ外周面に装着・配置したもので、その肉厚は少なくとも０．１ｍｍで、また、３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光透過率が８０％以上であることが望ましい。そして、この保護チューブは、冷陰極蛍光ランプに十分対応した耐寿命性や、紫外線透過性などの点から、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂など耐熱性および紫外線透過性の樹脂を主成分した樹脂類で形成したものが好ましい。ここで、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂，ポリカーボネート樹脂は、特性の調整もしくは改善などのために、他の樹脂との混合系を採ることができる。

また、保護チューブは、前記光触媒作用を有する金属酸化物粒子の一部が表面に露出するように含有させるか、あるいは保護チューブ表面を光触媒膜で被覆する状態に被着させておくことにより、有機物の酸化分解・除去・清浄化作用などを助長できる。なお、バルブ外周面に対する保護チューブの設置は、保護チューブにバルブを貫挿・配置する形態など採られるが、両者は密着せず遊嵌的に配置されていてもよい。

第１ないし第３の態様の発明のいずれかに係る光触媒用蛍光ランプにおいて、バルブ内径は１〜４ｍｍであることが好ましい。

第１ないし第３の態様の発明のいずれかに係る光触媒用蛍光ランプにおいて、蛍光体層は、ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩を主体とするものであることが好ましい。

長寿命の冷陰極とユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩（ＳｒＢ_４Ｏ_７：Ｅｕ^２＋）との組み合わせで、より長寿命な光触媒用蛍光ランプを提供できる。すなわち、ガスバルブ内壁面の蛍光体層を ＳｒＢ_４Ｏ_７：Ｅｕ^２＋系で形成した光触媒用蛍光ランプ（ランプＡ）と、ＢａＳｉ_２Ｏ_５：Ｐｂ^２＋系で形成した光触媒用蛍光ランプ（ランプＢ）とについて、点灯時間と紫外線放射（出力）維持率を試験・評価したところ、図１に示すような傾向が認められた。図１において曲線ＡはランプＡ（初期の紫外線出力が約８４４μＷ／ｃｍ^２）の場合を、曲線ＢはランプＢ（初期の紫外線出力が約７８３μＷ／ｃｍ^２）の場合をそれぞれ示す。

第４の態様の発明は、流体が強制的に流通される流通路を有する本体と；流通路に配設された光触媒体と；光触媒体に対して紫外線を放射可能に、本体に配設された請求項１ないし請求項３いずれか一記載の光触媒用蛍光ランプと；を具備していることを特徴とする清浄装置である。

ここで、対象と成る装置は、たとえば空気清浄器や冷蔵庫などであり、また、流体とは、一般的に気体である。さらに詳しくは、流体とは有機系の成分を臭気もしくは塵埃などとして含む空気やその他の気体であるが、汚染の程度などによっては汚水も対象になる。そして、光触媒体の配設は、流体路内壁面に平行させた形態が望ましく、たとえば薄型のハネカム状構体，メッシュ状支持体に光触媒作用を有する金属酸化物を担持させて、流体路内に配設することが望ましい。なお、光触媒用蛍光ランプ自体が、その外周面に光触媒層を有し、かつその蛍光ランプを流体路に配置する場合は、紫外線放射源および光触媒作用を兼ねる形となるので、光触媒体を別に設置することを省略してもよい。

また、この光触媒体の配設に当って、補助的な処理作用を行う手段を適宜併設することもできる。さらに、紫外線光源として機能する光触媒用蛍光ランプの設置位置は、光触媒体の光触媒作用が行われるように、所要の紫外線が放射される限り特に限定されないが、流体の流動・搬送性が損なわれないように、たとえば流体路内壁面部に沿わせ、もしくは埋込み配設するのが望ましい。

第１ないし第３の態様の発明では、冷陰極を放電電極として長寿命化が図られるだけでなく、バルブの細管化も容易に図られ、コンパクトな紫外線放射源が提供される。特に、発光バルブや保護ガラス管をＢＬＢガラス製とした場合は、効率の高い紫外線放射源として機能する。また、この冷陰極蛍光ランプにおいては、寿命末期における異常発熱がないため、特別に寿命末期検知手段や保護回路を必要としない。

さらに、第２の態様など、発光バルブ外周面に保護ガラス管または保護チューブを設けた構成では、所要の紫外線光源として機能しながら、機械的な補強もなされているため、装置内への装着・交換作業に際して取扱いが容易となる。また、万一発光バルブが破損しても、装置内にバルブの破片が飛散することもない。

特に、保護ガラス管を配置した構成の場合は、樹脂系の保護チューブを配置した構成に比べて、耐熱性や耐候性の良好さに伴って、コンパクト化および耐久性の向上が図られる一方、光触媒作用を励起する紫外線の吸収も少ないため、所要の光触媒作用が容易に行われる。なお、保護ガラス管を内壁面側に気密な領域を形成するように設け、かつこの領域の真空度を大きくした場合は、断熱作用が付与される。

第４の態様の発明では、上記コンパクトで、かつ長寿命性に伴って、紫外線放射源の交換回数など低減でき、動作効率およびメンテナンスの点などでも有効な清浄化作用を容易に達成できる。

第１ないし第３の態様の発明によれば、冷陰極を放電電極としたことに伴って光源の長寿命化が図られる一方、電極部の微小化となるので、バルブの細管化も容易に図られ、結果的に、コンパクトな紫外線放射源が提供される。また、この冷陰極蛍光ランプは、寿命末期における異常発熱などの問題もないため、保護回路なとも不要であり、コンパクト化の助長に寄与する。さらに、請求項２など、耐熱耐紫外線性で、かつ紫外線など透過する保護ガラス管または保護チューブをガラス管の外周面に設けた場合は、光触媒膜（層）に十分な光触媒作用を起こさせる取扱易い紫外線放射源を提供することになる。特に、明るさを要求されない清浄装置などの光触媒用蛍光ランプとしての用途では、発光管バルブや保護ガラス管がＢＬＢガラス製であると、処理効率などがさらに助長される。

第４の態様の発明では、コンパクトで、かつ長寿命性の蛍光ランプを紫外線放射源とするため、交換回数などが煩雑な操作を低減でき、動作効率の高い清浄化作用を達成できる。

以下、図２ないし図１２を参照して実施形態を説明する。図２は、第１の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成例を断面的に示したものである。１はガラス管であり、内壁面に紫外線励起で発光する厚さ２０〜２２μｍ程度の蛍光体層２が設けられ、かつ希ガス（アルゴンガスなど）数Ｔｏｒｒ程度および水銀が封入されている。ガラス管１の寸法は、外径４．０ｍｍ，内径３．０ｍｍ，長さ３０８ｍｍのガラス管である。３，３′はニッケルスリーブから成る冷陰極であり、前記ガラス管１の両端部にそれぞれ封着された一対の導入線４，４′の先端部にそれぞれ装着されている。ここで、蛍光体層２は、３６８ｎｍに主発光ピークを持つユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩（ＳｒＢ_４Ｏ_７：Ｅｕ^２＋）を主体とした蛍光体で形成されている。

また、前記冷陰極３，３′は、図３に一部を拡大して断面的に示すごとく、幅２ｍｍ，長さ１５ｍｍのニッケル製板体３ａを２つに折曲げて形成されており、この２つの板体３ａの向かい合う側に、開口する凹部３ｂがそれぞれ形成されている。そして、この凹部３ｂ内には、約２ｍｇ程度のＨｇ−Ｔｉ合金およびゲッターとしてのＺｒ−Ａｌ合金粉末が充填されている。また、この冷陰極３，３′は、たとえば“ＧＥＭＥＤＩＳ”（商品名，サエス社）から作ることができる。なお、図３において、３ｃは導入線４，４′の封止接続部のプレス線、３ｄは封止部を成すビードガラスである。

上記構成の直管形光触媒用蛍光ランプは、冷陰極３，３′間に、所要の電圧を印加して点灯すると、発生した初期プラズマのイオンによって、冷陰極３，３′から二次電子が放出され、ガラス管１内で放電が開始する。そして、この放電に伴う電子エネルギーによって励起された水銀原子の共鳴遷移で紫外線を放射し、さらに、この紫外線は、ガラス管１内壁面の蛍光体層２によって可視光などに変換され、３００〜４００ｎｍの近紫外線および可視光線を含む光出力（全放射光束）３７００μＷを発生した。また、近紫外線を含む可視光線を発生した蛍光ランプから３５ｍｍ離れた位置で、紫外線の強度を測定したところ、ほぼ６００μＷ／ｃｍ^２であった。図４は、上記蛍光ランプについて、常温下、ランプ電流５ｍＡに設定し、インバーター回路（ＣＡＸ−ＭＩＯＬ：ＴＤＫ社）で点灯したときの紫外線の出力・強度（μＷ／ｃｍ^２）と蛍光ランプからの距離（ｍｍ）との関係例を示す特性図である。なお、紫外線の出力・強度の測定は、測定機ＵＶＲ−３６５（ＴＯＰＣＯＮ社) で行った。

一方、テトライソプロピルチタネートモノマーをグリセリンおよびアセチルアセトンでキレート化したもの、ガラス質形成剤（Ｐ_２Ｏ_５）を、酢酸エチル−エタノール系混合溶媒に加えて溶液化した混合溶液を用意した。その後、予め用意しておいたソーダライムガラスメッシュ面に塗布し、５００℃×１０時間焼成処理を施して、アナターゼ結晶型のＴｉＯ_２微粒子および ＴｉＯ_２相を主体とする光触媒を担持した光触媒体を作成した。

図５は、前記蛍光ランプを殺菌源などとして応用した洗浄器（第２の実施形態）の要部構成を示す断面図である。図５において、５はポンプ６で圧送される流体（たとえば排水）が流れる流通路７を有する本体、８は前記流通路７の側壁に設けられた紫外線照射用窓、９は前記紫外線照射用窓８に設置された光触媒用蛍光ランプ，１０はガラスメッシュにアナターゼ結晶型のＴｉＯ_２微粒子などを担持させて成る光触媒体である。

上記構成の洗浄器において、流通路７内に排水を流す一方、光触媒用蛍光ランプ９を点灯し、紫外線照射用窓８を介して排水に、光触媒用蛍光ランプ９からの放射紫外線を、光触媒体１０などに照射して殺菌・汚染洗浄化処理を行ったところ、良好な結果が得られた。

また、この洗浄器で、排水処理の代りに空気を流した場合は、紫外線が照射される流通路７領域内に、光触媒層を担持したガラスメッシュを介在させてあるので、効率よく空気の殺菌・脱臭処理を行うことができる。

さらに、上記光触媒用蛍光ランプの構成において、ガラス管１として、市販のＢＬＢガラスから作成した同寸法のガラス管を使用した他は、同様の条件で光触媒用蛍光ランプ（第３の実施形態）を製造した。そして、冷陰極３，３′間に所要の電圧を印加して点灯したところ、ガラス管１内壁面の蛍光体層２によって可視光などに変換され、出力・放射した光（全放射光束）のうち、４００ｎｍ以上の可視光は、ＢＬＢガラス製のガラス管１によりほとんど吸収され、３００〜４００ｎｍの近紫外線が出力・放射した。また、この蛍光ランプから３５ｍｍ離れた位置で、紫外線の強度を測定したところ、ほぼ６００μＷ／ｃｍ^２であり、上記清浄器において、光触媒用蛍光ランプ９とした場合、より効率的に、殺菌・汚染洗浄化処理を行うことができる。

上記では、直管形の光触媒用蛍光ランプの構成を示したが、環状形，Ｕ字形，Ｗ字形に構成した場合にも、同様の結果が認められた。

図６は、第４の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成例を断面的に示したものである。図６において、図２と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

１１は前記ガラス管１の外周面に次のようにして、一体的に形成された光触媒層である。すなわち、テトライソプロピルチタネートモノマーをグリセリンおよびアセチルアセトンでキレート化したもの、ガラス質形成剤（Ｐ_２Ｏ_５）を、酢酸エチル−エタノール系混合溶媒に加えて溶液化した混合溶液を用意し、この混合溶液をガラス管１外周面に塗布し、５００℃×１０時間焼成処理を施して、アナターゼ結晶型のＴｉＯ_２微粒子および ＴｉＯ_２相を主体とする膜厚０．２〜０．３μｍの光触媒層を作成した。なお、この光触媒層１１は、３００〜４００ｎｍの波長領域での透過率が７５％であった。

次に、図７は第５の実施形態に係る空気調和装置の要部構成を示す断面図である。図７において、１２は空気調和装置本体であり、内部に除塵フィルター１２ａ、吸熱器１２ｂおよび横流しファン１２ｃなどをケース １２ｄに収納している。また、前記ケース １２ｄは、空気取り入れ口１２ｅおよび空気吹き出し口１２ｆを備え、空気吹き出し口１２ｆには風向調節器１２ｇが設けられている。さらに、前記ケース１２ｄ内には、前記横流しファン１２ｃの空気流入部１２ｃ′側に光触媒フィルター１３が、この光触媒フィルター１３に対向し、かつ約３５ｍｍ離隔して小形の蛍光ランプ（光源）１４が装着されている。

ここで、光触媒フィルター１３は、セラミックス製のハネカム構造体の区画壁面にアナターゼ結晶型のＴｉＯ_２粒子などを担持させて成る光触媒体である。また、光源としての小形の蛍光ランプ１４は、内径７ｍｍのガラスバルブ内面に、３００〜４００ｎｍの波長域に主発光ピークを有するユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩蛍光体を主成分とする蛍光体層を形成し、バルブの両端に冷陰極を封着し、バルブの内部に水銀とアルゴンガスとを封入して成るものである。なお、前記吸熱器１２ｂは、冷房サイクルを逆にすることによって、ヒートポンプすなわち放熱器として暖房用として作用するように構成してもよい。

この空気調和装置によれば、空気調和装置本体１２を設置した室内の空気は、空気取り入れ口１２ｅから取り入れられ、除塵フィルター１２ａによって除塵され、吸熱器１２ｂによって冷却・調和されられた後、横流しファン１２ｃおよび風向調節器１２ｇを通って空気吹き出し口１２ｆから室内に放出される。この間、横流しファン１２ｃによって吸引される空気は、光触媒フィルター１３を通過するとき、蛍光ランプ１４から光照射によって、所要の光触媒作用を呈し、空気の脱臭および／または抗菌される。

なお、上記光触媒用蛍光ランプの構成において、ガラス管１として、同寸法の市販の ＢＬＢガラスから作成した同寸法のガラス管を使用した他は、同様の条件で光触媒用蛍光ランプ（第６の実施形態）を製造した。そして、この光触媒用蛍光ランプで、前記空気調和装置の光触媒用蛍光ランプ１４を代替した場合は、空気の脱臭および／または抗菌などが、より効果的に行われる。

図８は、第７の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成例を断面的に示したものである。１は鉛ガラス管であり、内壁面に紫外線励起で発光する蛍光体層２が設けられ、かつ希ガス（アルゴンガスなど）数Ｔｏｒｒ程度および水銀が封入されている。鉛ガラス管１の寸法は、外径４．０ｍｍ，内径３．０ｍｍ，長さ３１０ｍｍである。３，３′はニッケルスリーブから成る冷陰極であり、前記ガラス管１の両端部にそれぞれ封着された一対の導入線４，４′の先端部にそれぞれ装着されている。ここで、蛍光体層２は、３６８ｎｍに主発光ピークを持つユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩（ＳｒＢ_４Ｏ_７：Ｅｕ^２＋）を主体とした蛍光体で形成されている。

なお、前記冷陰極３，３′は、幅２ｍｍ，長さ１５ｍｍのニッケル製板体３ａを２つに折曲げて形成されており、この２つの板体３ａの向かい合う側に、開口する凹部３ｂがそれぞれ形成されている。そして、この凹部３ｂ内には、Ｈｇ−Ｔｉ合金およびゲッターとしてのＺｒ−Ａｌ合金粉末が充填されている。また、１５は、前記鉛ガラス管１の外周面に嵌合的に配置され、かつ両端部が鉛ガラス管１外周面に溶着・一体化した石英ガラス製の保護ガラス管である。

ここで、保護ガラス管１５は、外径８．０ｍｍ，内径７．０ｍｍ，長さ２８０ｍｍで、鉛ガラス管１外周面との間に空間部を有しており、保護ガラス管１５の外周面に光触媒層１１が設けられている。すなわち、テトライソプロピルチタネートモノマーをグリセリンおよびアセチルアセトンでキレート化したもの、およびガラス質形成剤（Ｐ_２Ｏ_５）を、酢酸エチル−エタノール系混合溶媒に加えて溶液化した混合溶液を、保護ガラス管１５外周面に塗布し、５００℃×１０時間焼成処理を施して、アナターゼ結晶型のＴｉＯ_２微粒子およびＴｉＯ_２層を主体とする膜厚０．２〜０．３μｍの光触媒層１１が設けられている。なお、この光触媒層１１は、３００〜４００ｎｍの波長領域での透過率が７５％であった。

上記構成の直管形光触媒用蛍光ランプは、冷陰極３，３′間に、所要の電圧を印加して点灯すると、前記第１の実施形態の場合と同様に、冷陰極３，３′から二次電子が放出され、ガラス管１内で放電が開始する。そして、この放電に伴う電子エネルギーによって励起された水銀原子の共鳴遷移で紫外線を放射し、さらに、この紫外線はガラス管１内壁面の蛍光体層２によって可視光などに変換され、３００〜４００ｎｍの近紫外線および可視光線を含む光出力（全放射光束）３７００μＷを発生した。また、近紫外線を含む可視光線を発生した蛍光ランプから３５ｍｍ離れた位置で、紫外線の強度を測定したところ１００μＷ／ｃｍ^２であった。

さらに、上記光触媒用蛍光ランプの構成において、保護ガラス管１５として、市販の ＢＬＢガラスから作成した同寸法の保護ガラス管を使用した他は、同様の条件で光触媒用蛍光ランプ（第８の実施形態）を製造した。そして、冷陰極３，３′間に所要の電圧を印加して点灯したところ、ガラス管１内壁面の蛍光体層２によって可視光などに変換され、出力・放射した光（全放射光束）のうち、４００ｎｍ以上の可視光は、ＢＬＢガラス製の保護ガラス管１５によりほとんど吸収され、３００〜４００ｎｍの近紫外線が出力・放射した。また、この蛍光ランプから３５ｍｍ離れた位置で、紫外線の強度を測定したところ、ほぼ５４０μＷ／ｃｍ^２であった。

図９は、第９の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成例を断面的に示したもので、１６はガラス管１の外周面に設けた保護チューブである。ここで、保護チューブ１６は、少なくとも３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光が透過可能な肉厚０．１〜１ｍｍ程度のシリコーンゴム系、ポリカーボネート樹脂系もしくはフッ素樹脂系のチューブで、前記図２に図示した構成において、ガラス管１を挿入する形で一体的に配置してある。また、この保護チューブ１６は、たとえばアナターゼ結晶形の酸化チタン微粒子を分散含有した構成としてもよいし、あるいは保護チューブ表面に光触媒層を形成した構成を採ることもできる。なお、図９において、図２と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この光触媒用蛍光ランプは、入力電力３Ｗで点灯したところ、３５ｍｍ離れた位置での紫外線強度が１０００μＷ／ｃｍ^２、全放射束が３７００μＷであった。そして、光触媒体に近接配置し、アセトアルデヒドを含む空気を接触させたところ、アセトアルデヒドの濃度低減が認められた。また、この光触媒用蛍光ランプは、寿命も数万時間程度で、メンテナンスの点でも有利であった。

図１０（ａ），（ｂ）は、第１０の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成例を横断面的、縦断面的にそれぞれ示したもので、１６はガラス管１の外周面に離隔して設けた保護チューブである。ここで、保護チューブ１６は、少なくとも３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光が透過可能な肉厚０．１〜１ｍｍ程度のシリコーンゴム系またはポリカーボネート樹脂系のチューブであり、このチューブ１６がガラス管１を封有・内装する形に一体的に配置されている。すなわち、ガラス管１の両端部にそれぞれ導出された導入線４，４′を封止・導出する形で、かつガラス管１の外周面にシリコーンゴム製のスペーサー１７を介在させて、ガラス管１を封有・内装して構成を採っている。

また、この保護チューブ１６は、たとえばアナターゼ結晶形の酸化チタン微粒子を分散含有した構成としてもよいし、あるいは保護チューブ表面に光触媒層を形成した構成を採ることもできる。なお、図１０（ａ），（ｂ）において、図２と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１１は、前記第７（もしくは第８）、または第９の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプを応用し、組み立てた紫外線用光源の構成を側面的に示したものである。図１１において、１８はガラス管１の外周面に、保護ガラス管１５または保護チューブ１６を設けた直管形の光触媒用蛍光ランプ、１９はシリコーン樹脂またはシリコーンゴム製のキャップ、２０はリード配線、２１はコネクタである。ここで、保護ガラス管１５は石英ガラス製で、かつ外周面にアナターゼ結晶形の酸化チタン微粒子を含む光触媒１１を設けたものであり、また、保護チューブ１６は、アナターゼ結晶形の酸化チタン微粒子を分散含有した ３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光を透過するシリコーンゴム系製チューブで、前記ガラス管１を挿入する形で一体的に配置してある。この紫外線用光源を、前記図４に示した構成の空気清浄器において、光触媒用蛍光ランプ９と代替して、空気清浄を行ったところ、近接配置されている触媒体１０が良好な光触媒作用行って、空気中に含まれているアセトアルデヒドなどの濃度が低減し、清浄効果が認められた。

図１２は第１１の実施形態に係る空気清浄器の要部構成を示す断面図である。図１２において、２２は流体が送風手段２３で強制的に搬送（供給・排出）される流通路２４を有する本体、２５は前記流通路２４に配設された光触媒用蛍光ランプである。この構成例では、光触媒用蛍光ランプ２５が、その外周面に光触媒層を有し、かつその光触媒層に対し、自らが放射する紫外線を放射して所要の光触媒作用を持たせることになる。ここで、光触媒用蛍光ランプ２５は、上記図２，図６，図８，図９または図10にそれぞれ図示したいずれの構成を採ったものでもよい。なお、図１２において、２６は粗の塵埃を除去する第１のフイルター（たとえばネット製）、２７は微小な塵埃を除去する第２のフイルター（たとえば高電圧の電流電極板）である。この第１１の実施形態においては、ＴｉＯ_２微粒子の塗布，焼き付けで形成した焼結型の光触媒層を設けてもよく、また、ディップ方式など簡単な成膜手段により、短時間で所要の膜厚に形成することができる。さらに、上記光触媒層１１の形成に当たって、テトライソプロピルチタネートモノマーをグリセリンおよびアセチルアセトンでキレート化したもの、ガラス質形成剤（Ｐ_２Ｏ_５）を、酢酸エチル−エタノール系混合溶媒に加えて溶液化した後、この混合溶液中に、平均粒径７ｎｍ，比表面積３００ｍ^２／ｇのアナターゼ結晶型のＴｉＯ_２超微粒子を分散・懸濁させて調製した懸濁液を用いることもできる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、いろいろの変形を採ることができる。たとえばバルブの内径は許容される範囲で、また、冷陰極を構成する円筒状カップの材質、さらには、蛍光体層を形成する蛍光体の種類や光触媒層を形成する光触媒作用を有する金属酸化物なども、蛍光ランプの用途や規格に対応して、前記実施形態以外の寸法，材質など適宜変更した形態で実施できる。

この発明に係る光触媒用蛍光ランプの紫外線の出力維持率例を示す特性図。 第１の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成を示す断面図。 図２に図示した光触媒用蛍光ランプの一部拡大断面図。 第１の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプにおいて、光触媒用蛍光ランプからの距離と紫外線出力との関係を示す特性図。 第２の実施形態に係る洗浄装置の要部構成を示す断面図。 第４の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成を示す断面図。 第５の実施形態に係る洗浄装置の要部構成を示す断面図。 第７，８の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成を示す断面図。 第９の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成を示す断面図。 第１０の実施形態に係る光触媒用蛍光ランプの要部構成を示すもので、 （ａ）は横断面図、 （ｂ）は縦断面図。 図７、図８に図示した光触媒用蛍光ランプを紫外線源に組み立てた要部構成を示す側面図。 第１１の実施形態に係る洗浄装置の要部構成を示す断面図。

符号の説明

１……ガラス管
２……蛍光体層
３，３′……冷陰極
４，４′……導入線
５，１２……洗浄装置本体
６，１３……流体圧送手段
７，２４……流通路
８……紫外線照射窓
９，１４……光触媒用蛍光ランプ
1０……ガラスメッシュを担体とした光触媒体
１１……光触媒層
１５……保護ガラス管
１６……保護チューブ
1８……保護ガラス管またはチューブ付き光触媒用蛍光ランプ

Claims (9)

1. 流体が強制的に流通される流通路を有する本体と；
   前記流体を前記流通路に供給する手段と；
   前記流通路に配設された光触媒体と；
   前記光触媒体に対して紫外線を放射可能に，前記本体に配設された光触媒用蛍光ランプと；を具備し，
   前記光触媒用蛍光ランプが，
   内径１〜１０ｍｍの透光性バルブと；
   バルブ内に封入された希ガスおよび水銀を含む放電媒体と；
   バルブ内の両端部に封装され，バルブ内に放電を発生させる一対の冷陰極と；
   バルブ内面に形成され，ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩，鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩，セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を蛍光体成分として成る蛍光体層と；
   前記バルブの外周面に形成され，３００〜４００ｎｍの波長域内の最大透過率が７５％以上である光触媒層と；を有し，
   前記バルブ外周面から３５ｍｍ離隔した位置の３００〜４００ｎｍの紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２ 以上である
   ことを特徴とする清浄装置。
2. 前記透光性バルブは，ブラックライトブルーガラスで形成されていることを特徴とする請求項１記載の清浄装置。
3. 流体が強制的に流通される流通路を有する本体と；
   前記流体を前記流通路に供給する手段と；
   前記流通路に配設された光触媒体と；
   前記光触媒体に対して紫外線を放射可能に，前記本体に配設された光触媒用蛍光ランプと；を具備し，
   前記光触媒用蛍光ランプが，
   内径１〜１０ｍｍの透光性バルブと；
   バルブ内に封入された希ガスおよび水銀を含む放電媒体と；
   バルブ内の両端部に封装され，バルブ内に放電を発生させる一対の冷陰極と；
   バルブ内面に形成され，ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩，鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩，セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を蛍光体成分として成る蛍光体層と；
   前記バルブ外周面に設けられ，少なくとも３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光を少なくとも９０％透過する保護ガラス管と；
   前記保護ガラス管の外周面に形成され，３００〜４００ｎｍの波長域内の最大透過率が７５％以上の光触媒層と；を有し，
   前記保護ガラス管外周面から３５ｍｍ離隔した位置の３００〜４００ｎｍの紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする清浄装置。
4. 前記保護ガラス管と前記透光性バルブとの間に空間部を有することを特徴とする請求項３記載の清浄装置。
5. 前記保護ガラス管は石英ガラスで形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の清浄装置。
6. 前記保護ガラス管はブラックライトブルーガラスで形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の清浄装置。
7. 流体が強制的に流通される流通路を有する本体と；
   前記流体を前記流通路に供給する手段と；
   前記流通路に配設された光触媒体と；
   前記光触媒体に対して紫外線を放射可能に，前記本体に配設された光触媒用蛍光ランプと；を具備し，
   前記光触媒用蛍光ランプが，
   内径１〜１０ｍｍの透光性バルブと；
   バルブ内に封入された希ガスおよび水銀を含む放電媒体と；
   バルブ内の両端部に封装され，バルブ内に放電を発生させる一対の冷陰極と；
   バルブ内面に形成され，ユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩，鉛付活アルカリ土類金属ケイ酸塩，セリウム付活希土類リン酸塩およびユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩にハロゲンが添加された蛍光体のうちの少なくとも１種を蛍光体成分として成る蛍光体層と；
   前記バルブ外周面に設けられ，少なくとも３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光を透過する保護チューブと；
   前記保護チューブの表面に形成される光触媒層または前記保護チューブに分散・含有される光触媒作用を有する金属酸化物と；を有し，
   前記保護チューブ外周面から３５ｍｍ離隔した位置の３００〜４００ｎｍの紫外線強度が１００μＷ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする清浄装置。
8. 前記保護チューブは，シリコーン樹脂，フッ素系樹脂，ポリカーボネート樹脂の少なくともいずれか１種から成り，３００〜４００ｎｍの波長範囲内の光透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項７記載の清浄装置。
9. 前記保護チューブは，前記バルブの外周面に離隔して設けられ，該バルブを封有・内装するように一体的に配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の清浄装置。

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