JP6670461B2 - 液体処理用エキシマランプ - Google Patents

Description

本発明は、液体処理用エキシマランプに関し、特に、水中の有機物分解などに用いられる液体処理用エキシマランプに係わるものである。

水中の有機物（ＴＯＣ）の分解に用いられる紫外線照射装置を用いた水処理装置として、特開２００７‐１６０２４１号公報（特許文献１）が知られている。
その構造が図６に示されていて、紫外線照射装置２０は、水銀・アルゴンプラズマ２１により紫外線を発生し石英管２２を介して放射するようにしている。この装置では、電源安定器からフィラメント２３へ電気を供給することでプラズマ２１を生成している。排水の処理槽２４の内壁は、紫外線の透過性に優れる透明の石英ジャケット２５により形成されている。石英管２２と石英ジャケット２５との間には若干の空間が存在する。そして汚水２６は処理槽２４の下方より流入させ、断面ドーナツ状の流路を上昇し、この間に石英管２２から放射される紫外線によって分解処理され、処理水２７は上方より流出させるようにしている。
この装置においては、水銀の発光を利用し、波長が１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの紫外線を照射している。

しかして、水中には、水銀の発光である１８５ｎｍの波長の光でも分解が困難な物質が存在し、これらを分解することができないという問題がある。
これらの物質を分解するためには、さらに短波長である、例えば、Ｘｅエキシマの発光である１７２ｎｍやＫｒエキシマの発光である１４７ｎｍの真空紫外線を照射する必要がある。
ところが、特許文献１における紫外線光源を外部電極構造のエキシマランプに置き換えた場合、例えば、１７２ｎｍの紫外線を利用しようとすると、この１７２ｎｍの紫外線は、周囲の空気によって吸収されてしまうため、エキシマランプの周囲を窒素ガスなどの不活性ガスに置換しなければならないという煩雑な構造となってしまう。

このような不具合をもつ特許文献１とは別異の構造を持つ液体処理技術が提案されていて、特表２００５−５３６８４３号公報（特許文献２）では、被処理液体をエキシマランプの内部空間を通すことによって処理する技術が開示されている。
図７にその断面構造が示されていて、このエキシマランプ３０は、外側管３２と内側管３３とからなる放電容器３１を有し、外側管３２の外側に外側電極３４を配設し、内側管３３の内側に透明内側電極３５を配設することにより、外側管３２と内側管３３との間を放電空間とし、更に、この内側管３３の外側に蛍光体膜３６を形成したものである。そして、被処理液体を内側管３３内に流し、放電容器３１の内側管３３を通して内部に放射される紫外線によって処理するものである。

しかし、内側管３３内に電極３５を形成してあると、被処理液体がこの電極３５に直接接触することになり、電極を構成する物質が被処理液体内に溶出してくることがあり、これは、飲料や純水を処理する場合に、特に問題となる。
また、電極自体が被処理液体によって侵食損耗されてしまい、長期間にわたって性能を維持することが困難である。
更には、内側管３３の外表面上に蛍光体３６が塗布されていると、蛍光体は発光もする一方で、紫外線を吸収してしまうので、この蛍光体３６を通しての内側管３３内への照射では、１７２ｎｍ等の短波長の真空紫外線は有効に照射されない。

特開２００７‐１６０２４１号公報 特表２００５−５３６８４３号公報

上記従来技術の問題点に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、紫外線を用いて液体中の有機物の分解処理などを行う液体処理用のエキシマランプにおいて、長寿命で、紫外線を効率よく被処理液体に照射でき、特に液体中の有機物を分解するのに好適なエキシマランプを提供することである。

上記課題を解決するために本発明では、誘電体からなる外側管と、この外側管の内部に配置され、内部を被処理液体が流れる紫外線透過性の内側管とからなり、前記外側管と前記内側管との間に放電ガスが充填された放電空間が形成されてなる放電容器を有する液体処理用エキシマランプにおいて、前記外側管の外側に外側電極が配設されるともに、前記内側管の外側に内側電極が配設されていることを特徴とする。
また、前記外側管と前記内側管とは、前記外側管の両端部において溶着により取り付けられており、前記内側管は、両取付け端部において、長手方向中央部の外径より拡径されていることを特徴とする。
また、前記外側管は、紫外線透過性の材料からなり、前記外側電極は、紫外線を反射させる材料からなることを特徴とする。
また、前記外側管の内側に紫外線反射膜が設けられていることを特徴とする。
また、前記外側管の内側に蛍光体膜が設けられていることを特徴とする。
また、前記紫外線反射膜の内側に蛍光体膜が設けられていることを特徴とする。
また、前記内側管が複数本設けられ、それぞれの内側管の外側に内側電極が配設されていることを特徴とする。

この発明にかかる液体処理用エキシマランプによれば、二重管構造の放電容器の内側管の外側、即ち、放電空間側の外表面に内側電極を配設する構造としたので、内側管の内部を流れる被処理液体に内側電極が曝されることがなく、電極構成物質が被処理液体内に溶出してしまうことがなく、かつ、電極自体が侵食されるようなこともなく、長時間の安定的な作動が確保される。
また、短波長紫外線の液体中での到達距離（飛程）が短いことを考慮すれば、内側管は本来的に細径とならざるを得ず、バーナーによる溶着作業時に、加熱により更に内径が縮小してしまい、管が閉塞してしまう恐れがあるが、本発明においては、内側管と外側管との溶着部位である、内側管の両取付け端部において中央部よりも拡径することにより、内側管が閉塞してしまうという心配もない。

本発明の液体処理用エキシマランプの第１の実施例の断面図。 第２の実施例の断面図。 第３の実施例の断面図。 第４の実施例の断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）。 第５の実施例の断面図。 従来の紫外線水処理装置。 従来の水処理用エキシマランプ。

図１に本発明の液体処理用エキシマランプ１が示されていて、この液体処理用エキシマランプ１は、誘電体からなる外側管３と、この外側管３の内部に同心状に配置された紫外線透過性の内側管４とからなる放電容器２を備えている。
前記内側管４は、外側管３を貫通する形で配置され、外側管３の両端部で内側管４と溶着されている。これにより、前記外側管３と前記内側管４との間には密閉された放電空間Ｓが形成され、この放電空間Ｓ内にキセノンガスなどの放電ガスが充填されている。
前記外側管３は誘電体材料からなり、例えばガラスが用いられるが、必ずしも紫外線透過性である必要はない。そして、この外側管３の外側（外表面）には外側電極５が設けられている。この外側電極５は、コイル状または網状の金属線、導電性材料を網目状に印刷したもの、または、板状の金属板などが用いられる。
上記において、外側管３として紫外線透過性材料、例えば、合成石英ガラスを用いた場合には、外部電極５として紫外線を反射させる材料、例えばアルミ板などの金属板を採用することで、外側電極として働くと共に、紫外線を反射して放電空間Ｓ内に戻す紫外線反射部材としても機能させることができる。

一方、内側管４は、紫外線を透過する材料、特に真空紫外線の領域を透過する材料で構成される。例えば、合成石英ガラスやサファイアなどである。
内側管４の外側（外表面）、つまり、放電空間Ｓ側には、内側電極６が設けられている。この内側電極６は、紫外線透過性であって、コイル状または網状の金属線や導電性材料を網目状に印刷したものなどが用いられる。そして、この内側電極６は放電容器２外に導出されて、外側電極５とともに、点灯電源に接続される。その極性は、絶縁の構成上、外側電極５が低圧側、内側電極４が高圧側とすることが望ましい。
内側電極４と外側電極５間での放電により放電空間Ｓで発生した紫外線は、内側電極６および内側管４を透過してその内部に放射される。

内側管４の内部には、水などの被処理液体が流され、放電空間Ｓからの真空紫外線が内側管４の全周面から照射されて、液体中の有機物が分解される。
かかる構成において、内側管４の内部、即ち、液体流路中には内側電極などの介在物が存在しないので、被処理液体中に異物が混入することがない。
短波長の真空紫外線は液中（水中）での到達距離（飛程）が短いので、この内側管４は、細径であることが望ましく、例えば、内径φ２ｍｍ程度である。このように細い内側管４の内側（内面）に内側電極を備えるという複雑な作業がなく、その外側での作業ですみ、作業性が向上する。

図１の実施例では、外側管３の放電空間Ｓ側の内側には紫外線反射膜７が形成されている。この場合には、外側管３は紫外線透過性である必要はなく、例えば、溶融石英ガラスが使用できる。
そして、放電空間Ｓ内で発生した紫外線を紫外線反射膜７によって反射して、内側管４内に効率的に出射できる。
前述した外側電極５および内側電極６をコイル状または網状の金属線で構成する場合は、ニッケル、タングステン、ステンレスなどが好適である。
また、この第１の実施例では、内側管４には放電空間Ｓ内の不純ガスを吸着するゲッター１０が配置されている。
なお、外側管３および内側管４は円筒状であることに限定されず、角筒状であってもよい。

被処理液体としては、純水などの水、製紙や合成繊維の製造工程で発生する排水、香料・コーヒーゼリー・ミルクなどの飲食物に添加される香料を含んだ液体、機器の冷却に用いる冷却水などの工場循環水、あるいは、ギ酸・アスコルビン酸を含んだ放射性物質を有する排水などが挙げられる。

図２には他の第２の実施例が示されていて、外側管３の放電空間Ｓ側の内側に蛍光体８を塗布したものである。
放電空間２でのエキシマ放電により発生した真空紫外線をこの蛍光体８で他の波長、例えば、２３０ｎｍ、２２０ｎｍ、１９０ｎｍ付近に主波長をもつ紫外線に変換し、被処理液体に照射することができる。これらの波長は被処理液体に含有される物質に応じて適宜選択され、場合によっては、エキシマ放電による１７２ｎｍの真空紫外線と、蛍光体８による、例えば、２２０ｎｍの紫外線の両者を照射するようにすることもできる。

図３に更に他の第３の実施例が示されていて、外側管３の内側に紫外線反射膜７が形成され、更にその内側に蛍光体８が積層形成されている。この例では、蛍光体８で変換されて外部に出射されようとする紫外線が、紫外線反射膜７で反射されて放電空間Ｓに戻されて、内側管４内に照射されるものである。
なお、図２の第２の実施例、図３の第３の実施例においても、外側管３は紫外線透過性である必要はなく、ここにも、溶融石英ガラスが使用できる。

図４（Ａ）（Ｂ）に更に他の第４の実施例が示されていて、この例では、内側管４を複数本備えている。
つまり、１本の外側管３に対して、複数本、この例では２本、の内側管４、４が貫通するように設けられている。そして、これらの内側管４、４のそれぞれに内側電極６、６が設けられているものである。勿論、内側管４は２本に限られず、それ以上の３本、４本であってもよい。
このような配置とすることにより、多量の被処理液体を処理することができる。

図５に更の他の第５の実施例が示されていて、外側管３を貫通する内側管４は、その両端部、即ち、外側管３との両取付け端部４ａ、４ａにおいて、長手方向中央部の外径よりも拡径されている。
内側管４に照射されてその内部に侵入する真空紫外線は、内部を流れる水などの被処理液体によって吸収されるため、その到達距離が短い。そのため、被処理液体に十分な紫外線を照射するためには、内側管４をあまり大径にすることができず、例えば、その内径はφ２ｍｍ程度である。
このため、放電容器の成型工程において外側管と内側管の端部を加熱溶融すると、内側管の内径が縮小して、管が閉塞してしまうことがある。
この実施例では、内側管４の両取付け端部４ａ、４ａが拡径されているため、溶着時に内側管４が若干縮小するようなことがあっても、閉塞してしまうことがない。
また、溶着作業においても、小径な内側管４ではその取扱いが難しいが、溶着取付け部を拡径することでその作業性が向上する。

以上説明したように、本発明に係る液体処理用エキシマランプによれば、二重管構造の放電容器の内側管の外側に内側電極を配設する構造としたので、被処理液体に内側電極が曝されることがなく、電極構成物質が被処理液体内に溶出してしまうことがなく、かつ、電極自体が侵食されるようなこともなく、長時間の安定的な作動が確保される。
また、内側管と外側管との溶着部位である、内側管の両取付け端部において中央部よりも拡径することにより、内側管が縮小して閉塞してしまうという恐れもない。

１ 液体処理用エキシマランプ
２ 放電容器
３ 外側管
４ 内側管
４ａ （拡径）取付け端部
５ 外側電極
６ 内側電極
７ 紫外線反射膜
８ 蛍光体
１０ ゲッター
Ｓ 放電空間

Claims (3)

1. 誘電体からなる外側管と、該外側管の内部に配置され、内部を被処理液体が流れる紫外線透過性の内側管とからなり、
   前記外側管と前記内側管との間に放電ガスが充填された放電空間が形成されてなる放電容器を有する液体処理用エキシマランプにおいて、
   前記外側管の外側に外側電極が配設されるともに、前記内側管の外側に内側電極が配設され、
   前記放電ガスがエキシマ放電により真空紫外線を放射するガスであり、
   前記外側管の内側に、前記放電空間より発生した真空紫外線を、当該真空紫外線より長波長の紫外線に変換する蛍光体層が設けられ、
   前記内側管には蛍光体層が設けられていないことを特徴とする液体処理用エキシマランプ。
2. 前記放電ガスがキセノンガスであり、
   前記蛍光体層は、真空紫外線を190〜230nmに主波長をもつ紫外線に変換する蛍光体層であることを特徴とする請求項１に記載の液体処理用エキシマランプ。
3. 前記内側管が複数本設けられ、それぞれの内側管の外側に内側電極が配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体処理用エキシマランプ。
   

Images