JP5981834B2 - 紫外線ランプの劣化検出装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機物分解や殺菌等に有効な波長の紫外線を放射する紫外線ランプの劣化を検出する劣化検出装置及び方法に関する。特に、紫外線ランプ内の有効水銀量の減少に伴う紫外線放射量の低下を検知し、これに基づいて紫外線ランプの交換を提示する技術に関する。
従来から、有機物分解や殺菌等を行うために紫外線ランプが用いられている。紫外線ランプは、主に有機物分解に有効な185nm波長や殺菌に有効な254nm波長を含む紫外線を放射する例えば低圧水銀灯（所謂UV-C紫外線ランプ）などである。紫外線ランプには、水銀（より具体的には水銀粒や水銀アマルガムなど）の他に不活性ガスとしてアルゴンなどの希ガスが封入されている。
紫外線ランプ（以下、単に「ランプ」とも記す）では、公知のように紫外線の放射に伴いランプ内に封入されている水銀が消費される。そのため、ランプ内の有効水銀量はランプの点灯時間が増えるにつれて漸次に減少する。ランプ内の有効水銀量が減るにつれて、例えば酸化水銀などに変化した無効水銀はランプ管内壁に付着し、これに応じて有機物分解や殺菌等に有効な波長185nmや254nmを含む紫外線の放射量（以下、「発光強度」とも記す）は徐々に低下する。そして、有機物分解や殺菌等に有効な波長を含む紫外線放射量が著しく低下してしまうと、有機物分解や殺菌等が有効に行われなくなる。そのため、ランプ内の有効水銀が枯渇してしまう前に、ランプ自体を新しいものに交換する必要がある。
そこで、従来では紫外線放射量を測定可能な紫外線センサ等の紫外領域用の光検出器を用いて、有機物分解や殺菌等に有効な波長を含む紫外線放射量が所定の規定値まで低下したことを検出したときに、ランプの交換を提示するようにしている。
例えば下記に示す特許文献１には、200nm〜400nm波長帯域の紫外線放射量を測定可能な炭素ケイ素（ＳｉＣ）フォトダイオードに、300nmを超える波長の紫外線を遮断する光学フィルタを組み合わせて、殺菌に有効な254nm波長を含む200nm〜300nm波長帯域の紫外線放射量を測定するようにした装置が示されている。すなわち、殺菌に有効な254nm波長を含む紫外線の放射量そのものを紫外領域用の光検出器により直接に監視しておき、当該紫外線放射量が所定の閾値を下回った場合にランプの交換を提示することのできるようにしている。
しかしながら、上述したような殺菌に有効な波長を含む紫外線放射量そのものを検出可能な紫外領域用の光検出器は、可視光線のみを受光して可視光線の発光強度を検出可能な可視領域用の一般的なものに比べると高価でありコストがかかる。また、殺菌性の波長を選択する複雑で高価な光学フィルタを用いることなしには、紫外線スペクトルの低い方の端の領域において十分な感度を有しない、という問題もあった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、有機物分解や殺菌等に有効な波長を含む紫外線の放射量（発光強度）そのものを直接的に検知することなしに、ランプ内の有効水銀量の減少に伴う前記紫外線放射量の低下に応じてランプ交換の提示を行うことのできるようにした、紫外線ランプの劣化検出装置及び方法を提供しようとするものである。
本発明に係る紫外線ランプの劣化検出装置は、可視光線のみを受光して該受光した可視光線の発光強度を検出する可視領域用の検出手段であって、該検出手段は、水銀及び希ガスを封入してなる紫外線ランプから紫外線と共に放射される前記希ガスによって発生される可視光線の受光に応じて、該受光した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度を検出するものと、前記検出手段により検出した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度が所定の閾値を上回ることに基づいて、前記紫外線ランプの交換を提示する制御手段とを備える。
本発明によれば、可視領域用の検出手段を用いて紫外線ランプの交換を提示するようにした。水銀及び希ガスを封入してなる紫外線ランプからは紫外線と共に前記希ガスによって発生される可視光線が放射されるが、可視領域用の検出手段は前記希ガスによって発生される可視光線のみを受光可能であることから、紫外線ランプから放射される紫外線を受光することなく前記希ガスによって発生される可視光線のみを受光して、該受光した可視光線の発光強度を検出する。そして、前記検出手段により検出した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度が所定の閾値を上回ることに基づいて、前記紫外線ランプの交換を提示する。
ランプ内に封入されている有効水銀が極端に消費されると、水銀による紫外線の発光に多くのエネルギーを費やすことがなくなって紫外線放射量が低下する。これにあわせて、希ガスによる可視光線の発光強度が水銀による紫外線の発光強度よりも勝るようになる（希ガスによる可視光線に費やされるエネルギー量が相対的に大きくなる）。
本出願人は、こうしたランプ内の水銀量の消費に応じて希ガスによる可視光線に費やされるエネルギー量が相対的に大きくなる点に着目し、紫外線ランプから放射される可視光線の発光強度のみを検出することでも、ランプ内の有効水銀量の減少に伴う紫外線放射量の低下を検知することができるという結論に至った。そこで、可視領域用の検出手段を用いて前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度を検出し、その発光強度が所定の閾値を上回ることに基づいて紫外線ランプの交換を提示させるようにした。これにより、有機物分解や殺菌等に有効な波長を含む紫外線の放射量そのものを直接的に検知することなく、ランプ内の有効水銀量の減少に伴う紫外線放射量の低下に応じたランプ交換の提示を行うことが容易且つ安いコストでできるようになる。
本発明は、装置の発明として構成し、実施することができるのみならず、方法の発明として構成し実施することができる。
この発明によれば、可視領域用の検出手段を用いて可視光線の発光強度を検出し、これに基づいて紫外線ランプの交換を提示させるようにしたことから、有機物分解や殺菌等に有効な波長を含む紫外線の放射量そのものを直接的に検知することなく、ランプ内の水銀量の減少に伴う紫外線放射量の低下に応じたランプ交換の提示を行うことが容易且つ安いコストでできるようになる、という効果を奏する。
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る劣化検出装置を適用した液体処理装置１の一実施例を示す概略図である。この実施形態では、本発明に係る劣化検出装置を適用する装置として、例えば円筒形状の密閉容器Ｅ（以下、「円筒容器」と記す）内に、紫外線を透過する石英ガラスで形成された保護外管３を図１（ｂ）に示すようにして該容器Ｅの中心軸を起点とする同心円状に複数配置してなり（この例では６本）、該容器Ｅと保護外管３との間に処理液体Ｐを通し、これらの保護外管３各々に収納された紫外線ランプ２から発せられる紫外線が保護外管３を透過して該容器Ｅ内を通り抜ける処理液体Ｐに照射される液体処理装置１を示した。なお、円筒容器Ｅは処理液体Ｐによって錆びることのない材質で形成されている。具体的には、ステンレスなどである。
図１に示す液体処理装置１において、円筒容器Ｅは一方の端部（図示の例では左端部）がシール部Ｆによって、他方の端部（図示の例では右端部）がエンドプレートＧによって液密に密閉されるようになっており、該容器側面に設けられた一方の液体入口Ｅａから取り入れた処理液体Ｐを離間した該容器側面に設けられた他方の液体出口Ｅｂから排出する管路を構成する。
紫外線ランプ２は、保護外管３内に挿入された状態で円筒容器Ｅ内に配置される。この紫外線ランプ２は水銀（より具体的には水銀粒や水銀アマルガム）及び希ガスを封入してなる水銀放電管であって、例えば260nm以下、典型的には185nmや254nmの波長の紫外線を発することにより、上記した管路を通る処理液体Ｐの殺菌並びに処理液体Ｐ中の有機物を分解する機能を発揮するものである。紫外線の波長が254nm前後であれば殺菌効果が、185nm前後であれば有機物分解効果がそれぞれ顕著に現われることは従来知られている通りである。希ガスとしては、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオンなどが使用され、これらのうちのいずれか１種類の希ガス又はこれら数種類の希ガスを組み合わせてなる混合ガスを紫外線ランプ２内に水銀と共に封入することによって、ランプの発光効率、アーク安定性、アーク集中化の向上などを図ることのできるようになっている。
この実施形態においては、円筒容器Ｅのいずれか一方の端部に配設されるエンドプレートＧの中央部に取付孔Ｇａが設けられ、このエンドプレートＧの取付孔Ｇａを介して可視光検出部４を円筒容器Ｅに対して着脱可能に取り付けできるようになっている。図２は、図１（ｂ）に示した可視光検出部４をＡ‐Ａ´矢視した断面図である。図２に示す可視光検出部４は、例えばステンレスなどの材質からなる円筒形状のケーシングＨ内における光路上に、可視光センサ５、バンドパスフィルタ６及び（紫外線吸収用）可視光透過ガラス７等が配設されている。
可視光センサ５（光検出器）は、水銀の主な輝線（波長が200nm〜400nm程度の紫外線スペクトル）と異なる希ガスの発光スペクトルに従って、可視光線（一例として波長が580nm〜700nm程度の可視光線）の発光強度を検出するものである（検出手段に相当）。この可視光センサ５は、例えばシリコン、ガリウム・砒素・燐（ＧａＡｓＰ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム・インジウム・ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）及び窒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＮ）、さらには炭素ケイ素（ＳｉＣ）などのいずれの材料からなるフォトダイオードであってもよい。ただし、この実施形態で用いる可視光センサ５は、従来において用いられている紫外線を受光して紫外線の発光強度を測定可能な紫外領域用のセンサ（所謂紫外線センサ）ではなく、従来とは異なって可視光線のみを受光して可視光線の発光強度を検出可能な可視領域用のセンサである。なお、可視光センサ５はフォトダイオードに限らず、光電子増倍管であってもよいし分光器であってもよい。
可視光センサ５の配設側と反対側のケーシングＨの先端部には石英からなる測定窓Ｈａが形成されており、該測定窓Ｈａを介し紫外線ランプ２から発せられた紫外線及び可視光線がケーシングＨ内へと入射されるようになっている。すなわち、測定窓Ｈａからは水銀により発生した紫外線も入射するし、希ガスにより発生した可視光線も入射する。なお、測定窓Ｈａから入射された可視光線が反射し易いように、ケーシングＨの内面を鏡面状に形成するあるいは反射材で覆うなどしてあるとよい。また、測定窓Ｈａは石英で形成されることに限らず、処理液体Ｐや紫外線等によって劣化しない材質であればどのようなもので形成されていてもよい。
測定窓Ｈａと可視光センサ５との間には、測定窓Ｈａ側から順に（紫外線吸収用）可視光透過ガラス７、バンドパスフィルタ６が配置される。可視光透過ガラス７（遮断手段に相当）は、測定窓Ｈａから入射された紫外線を可視光センサ５及びバンドパスフィルタ６側に通過させないものである（図中において二点斜線で記した矢印参照）。可視光センサ５及びバンドパスフィルタ６を紫外線による劣化から保護することもできる。
バンドパスフィルタ６（制限手段に相当）は、希ガスにより発生した可視光線のうち一部の波長帯域のみを選択的に取り出すことが可能な狭帯域幅特性を有するものである。バンドパスフィルタ６によって測定窓Ｈａから入射された可視光線のうち特定の波長帯域に含まれる波長の可視光線のみを可視光センサ５側に通過させることによって（図中において実線及び一点斜線で記した矢印参照）、可視光センサ５を希ガスにより発生した可視光線のうち任意の帯域のみに応答させることが可能となる。このような選択的帯域通過フィルタは、紫外線ランプ２内に封入されている希ガスの種類にあわせて予め波長帯域が決められる。例えば、希ガスとしてネオンを含むような場合には、波長640nm前後に中心を持つ580nm〜700nm波長を含む波長帯域に決めるのが好ましい。640nmのスペクトル線は、ネオンから発せられる強いスペクトル線である。なお、バンドパスフィルタ６は、可視光線の長波長側をカットするフィルタと可視光線の短波長側をカットするフィルタとを組み合わせて構成してよい。その場合、可視光センサ５の感度によって長波長側をカットするフィルタを使用するか否かを決めてもよい。
可視光センサ５は測定窓ＨａからケーシングＨ内に入射され、バンドパスフィルタ６によって波長が制限された可視光線を受光することに応じて、該受光した可視光線の発光強度の測定を行う。可視光センサ５は可視光線の発光強度を測定すると、その測定結果をコンピュータなどの制御部（図示せず）に送信する。制御部（制御手段に相当）では予め設定された閾値と可視光センサ５から送信される可視光線の発光強度とを比較し、該比較に基づき可視光線の発光強度が閾値を上回ったような場合に、紫外線ランプ２を交換する旨あるいは紫外線ランプ２の交換時期などをユーザに対して提示する。
以上のように、本発明によると、水銀及び希ガスを封入してなる紫外線ランプ２から放射される紫外線及び可視光線のうち、バンドパスフィルタ６などにより所定の波長帯域に従って希ガスにより発光される可視光線のみを取り出し、該取り出した可視光線の発光強度を可視領域用の可視光センサ５により検出する。そして、該検出した可視光線の発光強度に基づき紫外線ランプ２の交換を提示するようにした。このようにして、可視領域用の可視光センサ５を用いて可視光線の発光強度を検出し、これに基づいて紫外線ランプ２の交換を提示させることによれば、有機物分解や殺菌等に有効な波長を含む紫外線の放射量そのものを直接的に検知することなく、ランプ内の水銀量の減少に伴う紫外線放射量の低下に応じたランプ交換の提示を行うことが容易且つ安いコストでできるようになる。
本発明は、可視光線の発光強度はランプ２内の有効水銀量によって変化することに基づいている。すなわち、ランプ２内の有効水銀量が十分である場合には、エネルギーの多くが水銀による紫外線の発光に費やされるので、紫外線の発光強度（放射量）が希ガスによる可視光線の発光強度に勝る（希ガスによる可視光線の発光に費やされるエネルギー量は相対的に小さい）。一方、長時間の点灯に伴ってランプ２内に封入されている水銀が極端に消費されると、水銀による紫外線の発光に多くのエネルギーを費やすことがなくなって紫外線放射量が低下する。これにあわせて、希ガスによる可視光線の発光強度が水銀による紫外線の発光強度よりも勝るようになる（希ガスによる可視光線に費やされるエネルギー量が相対的に大きくなる）。すなわち、こうしたランプ２内の有効水銀量の変化に応じて希ガスによる可視光線に費やされるエネルギー量が相対的に変化することから、ランプ２から放射される可視光線の発光強度のみを検出することでも、ランプ２内の有効水銀量の減少に伴う紫外線放射量の低下を検知することができるようになる。
また、特に185nm波長の紫外線は空気中や液体中を伝播するときに、ランプ２から測定位置までの距離に応じてその発光強度が指数的に減衰するので、ランプ２から離間して従来において配置されていた紫外線センサによっては、185nm波長の発光強度を正しく検知することが困難であった。これに対し、可視光線についてはランプ２から測定位置までの距離に応じてその強度が指数的に減衰することがないので、ランプ２から離間して配置される可視光センサ５を用いて可視光線の発光強度を正しく測定することができる。そこで、本発明では直接的に波長185nmを含む紫外線の放射量を測定するのではなく、可視光センサ５によって可視光線の発光強度を測定することによってランプ２内の有効水銀量の減少を検知するようにしたことから、可視光センサ５がランプ２から離間して配置されていても、ランプ２内の有効水銀量の減少に伴う紫外線照射量の低下を検知することができるようになる、という利点がある。
以上、図面に基づいて実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施例においては、円筒容器Ｅ内に複数の紫外線ランプ２を同心円状に配置した例を示したがこれに限らず、円筒容器Ｅ内に配置される紫外線ランプ２は１乃至複数であってよくまたその配置は任意であってよい。
なお、上述した実施例においては、円筒容器Ｅの端部に配設されるエンドプレートＧの取付孔Ｇａを介して円筒容器Ｅに着脱可能に可視光検出部４を取り付けできるものを示したがこれに限らず、エンドプレートＧと可視光検出部４とは一体的に形成されていてもよい。また、可視光検出部４をエンドプレートＧに取り付けできることに限らず、円筒容器Ｅの側面に配設された測定用枝管などに取り付けできるようにしてもよい。
なお、円筒容器Ｅや可視光検出部４は断面が図示したような円形状に限定されることはなく、楕円形状や多角形状などいかなる形状であってもよい。
なお、上述した実施例では可視光検出部４を１個のみ設けた例を示したがこれに限らず、可視光検出部４は複数個設けてもよい。その場合、例えば１個の可視光検出部４を１本の保護外管３（あるいは紫外線ランプ２）に対応付けるようにして取り付け、各々の可視光検出部４が対応付けられた各ランプからの可視光量を個別に検出できるようにしてもよい。あるいは、１個の可視光検出部４を２以上の複数の保護外管３（あるいは紫外線ランプ２）に対応付けるようにして取り付けてもよい。
なお、円筒容器Ｅや可視光検出部４は断面が図示したような円形状に限定されることはなく、楕円形状や多角形状などいかなる形状であってもよい。
なお、上述した実施例では可視光検出部４を１個のみ設けた例を示したがこれに限らず、可視光検出部４は複数個設けてもよい。その場合、例えば１個の可視光検出部４を１本の保護外管３（あるいは紫外線ランプ２）に対応付けるようにして取り付け、各々の可視光検出部４が対応付けられた各ランプからの可視光量を個別に検出できるようにしてもよい。あるいは、１個の可視光検出部４を２以上の複数の保護外管３（あるいは紫外線ランプ２）に対応付けるようにして取り付けてもよい。
なお、バンドパスフィルタ６はケーシングＨに対し外部から交換可能とするとよい。こうすると、紫外線ランプ２に封入されている希ガスの種類に対応する任意の帯域のバンドパスフィルタ６に取り替えるだけで、ランプ交換の提示を適切に行うことができるようになるので有利である。
なお、本発明に係る劣化検出装置を適用する装置は液体処理装置１に限らず、例えば紫外線照射装置などの水銀及び希ガス（ただし、可視光線を発するもの）が封入された紫外線ランプ２を用いた装置であればどのような装置であってもよい。
なお、本発明に係る劣化検出装置を適用する装置は液体処理装置１に限らず、例えば紫外線照射装置などの水銀及び希ガス（ただし、可視光線を発するもの）が封入された紫外線ランプ２を用いた装置であればどのような装置であってもよい。
１・・・液体処理装置
２・・・紫外線ランプ
３・・・保護外管
４・・・可視光検出部
５・・・可視光センサ
６・・・バンドパスフィルタ
７・・・（紫外線吸収用）可視光透過ガラス
Ｅ・・・密閉容器（円筒容器）
Ｅａ・・・液体入口
Ｅｂ・・・液体出口
Ｆ・・・シール部
Ｇ・・・エンドプレート
Ｇａ・・・取付孔
Ｈ・・・ケーシング
Ｈａ・・・測定窓
Ｐ・・・被処理液体
２・・・紫外線ランプ
３・・・保護外管
４・・・可視光検出部
５・・・可視光センサ
６・・・バンドパスフィルタ
７・・・（紫外線吸収用）可視光透過ガラス
Ｅ・・・密閉容器（円筒容器）
Ｅａ・・・液体入口
Ｅｂ・・・液体出口
Ｆ・・・シール部
Ｇ・・・エンドプレート
Ｇａ・・・取付孔
Ｈ・・・ケーシング
Ｈａ・・・測定窓
Ｐ・・・被処理液体
Claims (5)
- 可視光線のみを受光して該受光した可視光線の発光強度を検出する可視領域用の検出手段であって、該検出手段は、水銀及び希ガスを封入してなる紫外線ランプから紫外線と共に放射される前記希ガスによって発生される可視光線の受光に応じて、該受光した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度を検出するものと、
前記検出手段により検出した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度が所定の閾値を上回ることに基づいて、前記紫外線ランプの交換を提示する制御手段と
を備える紫外線ランプの劣化検出装置。 - 前記紫外線ランプから放射される前記希ガスによって発生される可視光線から特定波長帯域の可視光線を抜き出す制限手段をさらに備えてなり、該制限手段は、前記紫外線ランプに封入されている希ガスの種類に応じて予め決められている波長帯域に従って該当の可視光線を抜き出すことを特徴とする請求項１に記載の紫外線ランプの劣化検出装置。
- 前記検出手段と前記制限手段とを収容する収納容器を備えてなり、当該収納容器は少なくとも前記制限手段を交換可能に収容することを特徴とする請求項２に記載の紫外線ランプの劣化検出装置。
- 前記紫外線ランプから放射される紫外線及び可視光線のうち、前記紫外線を遮断する遮断手段をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の紫外線ランプの劣化検出装置。
- 水銀及び希ガスを封入してなる紫外線ランプから放射される紫外線及び可視光線のうち前記希ガスによって発生される可視光線のみを受光し、該受光した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度を検出するステップと、
前記検出した前記希ガスによって発生される可視光線の発光強度が所定の閾値を上回ることに基づいて、前記紫外線ランプの交換を提示するステップと
を備える紫外線ランプの劣化検出方法。
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