JP7155481B2 - 放電ランプおよびオゾン生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、エキシマランプなどの放電ランプに関し、特に、人に対して安全に低濃度オゾンを生成可能なランプ構成に関する。

エキシマランプでは、放電容器の外表面などに電極対を配置し、放電容器内に希ガスなどを封入する、電極間に電圧を印加させることで誘電体バリア放電が生じ、放電容器からランプ外に向けて紫外線を放射する。紫外線照射によって生じるオゾンは、殺菌能力（酸化力）があるため、脱臭装置、除菌／殺菌装置などの光源としてエキシマランプを使用することができる。

例えば、２つのエキシマランプを容器内に配置し、第１のエキシマランプから紫外線を照射してオゾンを生成させるとともに、第２のエキシマランプから異なる波長の紫外線を照射することで、活性酸素を生成する（特許文献１参照）。

特開２００２－３１６０４１号公報

殺菌、脱臭などを行う場合、その対象物に対して効果のある範囲でオゾンを生成すればよい。したがって、対象物のサイズや構成によっては、エキシマランプを小型化するのが望ましい。しかしながら、従来のエキシマランプでは、必要以上に高濃度（多量）のオゾンが生成されるので、低濃度（少量）のオゾンを生成するためには複雑なランプ点滅制御回路を必要としている。そのため、装置故障により連続点灯状態や過電力点灯状態となったときには、高濃度のオゾンが流出するおそれがある。また、高濃度オゾンの流出を防ぐために、オゾンセンサを用いる等の安全対策が必要となり、装置が大型化して大きな消費電力を伴う。

したがって、余剰なオゾンを生成させないように紫外線を照射することが可能なエキシマランプなどの放電ランプが求められる。

本発明の一態様であるエキシマランプは、紫外線を放射するエキシマランプであって、放電ガスが封入された筒状の放電容器と、それぞれ放電容器の外周面に沿って軸方向に延び、放電容器の中央部を挟んで軸方向に沿って対向配置される一対の電極とを備え、一対の電極に対して高周波電圧が印加されると、放電容器内の中央部で、径方向に相対的に細い空間領域での放電となり、放電容器内の一対の電極が放電容器の外周面と接触する部分で、径方向に相対的に太い空間領域での放電となる、誘電体バリア放電が生じる。本発明の一態様である紫外線照射装置は、上記エキシマランプを備える。本発明の一態様であるオゾン発生装置は、上記エキシマランプを備える。

例えば、放電容器が、保持部材によって保持されている。例えば、一対の電極が、保持部材によって保持されている。例えば、一対の電極に対し、１ｋＨｚ～５００ｋＨｚの範囲の周波数で５ｋＶ～１０ｋＶの範囲の電圧が印加される。

本発明の一態様であるエキシマランプは、紫外線を放射するエキシマランプであって、放電ガスが封入された筒状の放電容器と、それぞれ放電容器の放電容器の中央部を挟んで軸方向に沿って対向配置される一対の電極であって、放電容器の両端部付近において放電容器の外周面に沿って配置される一対の電極とを備え、一対の電極が、それぞれ、放電容器の外周面と面接触する筒状電極で構成され、一対の電極に対して高周波電圧が印加されることによって、放電容器の軸方向に関して放電容器内の両端部側に放電が偏っている誘電体バリア放電が生じる。本発明の一態様である紫外線照射装置は、上記エキシマランプを備える。本発明の一態様であるオゾン発生装置は、上記エキシマランプを備える。

例えば、放電容器が、保持部材によって保持されている。例えば、一対の電極が、保持部材によって保持されている。例えば、一対の電極に対し、１ｋＨｚ～５００ｋＨｚの範囲の周波数で５ｋＶ～１０ｋＶの範囲の電圧が印加される。

本発明の一態様である放電ランプは、放電ガスが封入された筒状の放電容器と、放電容器の外周面に沿って、それぞれ軸方向に延びる一対の電極とを備える。例えば、放電容器の外径は、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲であり、放電容器の軸方向長さが、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲であり、放電ガスが、０．１ｋＰａ～３０ｋＰａの範囲内に定められた希ガスで構成することが可能である。本発明の放電ランプでは、放電容器内において局所的に生じた放電から放射された紫外線が、少なくとも一方の電極により遮られる。ここで、「局所的に生じた放電」とは、電極軸に関して、両端部側などに偏った放電を示す。本発明では、偏った放電による紫外線が電極によって遮光されるため、余剰のオゾン生成を抑えることができる。例えば、少なくとも一方の電極が、放電容器の軸方向もしくは径方向に関して偏って強い放電が生じる空間領域に対向する位置に配置されている例えば一対の電極が、放電容器の軸方向に沿って対向配置され、それぞれ、放電容器と面接触する筒状電極で構成され、筒状電極の電極軸方向長さが２ｍｍ～１５ｍｍの範囲に定めることが可能である。

本発明の他の態様のおける放電ランプは、放電ガスが封入された放電容器内で放電容器の軸方向もしくは径方向に関して偏って生じた強い放電から放電容器の外部に向けて放射された紫外線の少なくとも一部を遮ることによって局所的にオゾンを生成する。本発明の他の態様におけるオゾン生成方法は、放電ガスが封入された筒状の放電容器の外周面に沿ってそれぞれ軸方向に延びる一対の電極を配置し、局所的にオゾンが生成されるように、一対の電極の間に高周波電圧を印加することによって放電容器内において生じた放電から放射された紫外線を少なくとも一方の電極により遮る。

本発明によれば、不要なオゾンを生成させないように、局所的に紫外線を照射して、局所的にオゾンを生成することで、高濃度のオゾンが生成されて流出することを防ぐことができる。

本発明の実施形態である放電ランプの概略的側面図である。 放電ランプを端部側から見た概略的正面図である。 図２のラインＡ－Ａ’に沿った放電ランプの概略的断面図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態である放電ランプの概略的側面図である。図２は、放電ランプを端部側から見た概略的正面図である。

放電ランプ１０は、内部に放電空間Ｓを形成し、石英ガラスなどで成形される筒状の放電容器２０を備える。放電容器２０の両端部２０Ｔ１、２０Ｔ２側には、互いに極性の異なる一対の電極３０、４０が配置されている。放電ランプ１０は、ここでは小型エキシマランプとして構成されており、放電容器の軸方向長さＷは、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲、放電容器２０の外径Ｄは、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲であり、一対の電極３０、４０の間の軸方向距離（電極間距離Ｌ）は、２ｍｍ～１５ｍｍの範囲にそれぞれ設定することが可能である。

例えば、放電容器の軸方向長さＷを２０ｍｍ、放電容器２０の外径Ｄを５．２ｍｍ、電極間距離Ｌを１０ｍｍに定めることができる。ただし、放電容器２０の軸方向長さＷは、一対の電極３０、４０の外側両端間の距離を表す。また、一対の電極３０、４０は同じ形状であり、例えば各電極の軸方向長さＭを３ｍｍ～１０ｍｍ未満の範囲（例えば５ｍｍ）に定めることができる。

放電容器２０の放電空間Ｓには、キセノンガス１Ｔｏｒｒ～２２５Ｔｏｒｒ（０．１ｋＰａ～３０ｋＰａ、更に好ましくは７ｋＰａ～２０ｋＰａ）が封入されている。一対の電極３０、４０には、直流電源部（図示せず）と接続される一対の導線（図示せず）が接続されており、一対の電極３０、４０間には高周波（１ｋＨｚ～５００ｋＨｚ、更に好ましくは１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの範囲であり、例えば６０ｋＨｚ）の高電圧（５ｋＶ～１０ｋＶ）が印加される。放電容器２０と電極３０、４０は、図示しない保持部材によってそれぞれ保持されている。

図２に示すように、一対の電極３０、４０は、放電容器２０の外周面２０Ｓに沿って周方向全体に渡り密接する筒状電極として構成されており、光を透過するような隙間が設けられていない曲面状の電極部材によって構成されている。一対の電極３０、４０は、放電容器の軸方向Ｘに沿って対向配置されており、軸方向Ｘに対して互いに異なる極性をもつ電極配置となっている。なお、図２では、放電容器２０の肉厚部分を省略しているが、肉厚については、０．２ｍｍ～４ｍｍの範囲（例えば１．５ｍｍ）に定めることができる。

一対の電極３０、４０に対して高周波電圧を印加すると、放電容器２０内において誘電体バリア放電が生じ、紫外線が放電容器２０の外部へ向けて放射される。本実施形態では、一対の電極３０、４０が放電容器２０の中央部を間に挟んで軸方向Ｘに沿って対向配置されていることによって、放電容器２０内において局所的な放電が生じる。以下、これについて説明する。

図３は、図２のラインＡ－Ａ’に沿った放電ランプの概略的断面図である。

図３に示すように、放電容器２０の中央部付近においては、細い領域（放電容器の中心軸付近のみ）で微弱な放電ＣＣが生じる。一方、一対の電極３０、４０で覆われている空間領域では、太い領域（放電容器の径方向全体）で強い放電ＣＣが生じる。放電容器２０内において、放電状態が電極３０、４０付近の空間領域と中央部付近の空間領域との間で相違して、放電が放電容器２０の両端部側に偏っていることにより、局所的な放電が放電容器２０内において生じる。

一対の電極３０、４０に覆われていない放電容器２０の中央部付近では、細い領域で微弱な放電が生じて、放射される紫外線の照度が低い。一方、放電容器２０の両端部側では、太い領域で強い放電ＣＣが生じて、放射される紫外線の照度は高いが、一対の電極３０、４０が放電容器の外周面２０Ｓを覆う位置に対向配置されて、放電から放射される紫外線を遮る遮光部となるため、強い放電ＣＣから放射された紫外線の一部が一対の電極３０、４０によって遮光される。電極以外の非導電性部材により紫外線を遮る遮光部として、放電容器の外周面を覆っても良い。

その結果、放電容器２０の中央部付近から、局所的に紫外線が放電容器２０外へ放射される。これにより、中央部付近においてのみオゾンが生成し、不要なオゾンが生成されず、局所的にオゾンが生成される。

このように本実施形態によれば、筒状の放電容器２０を備えた放電ランプ１０に対して、互いに極性の異なる一対の電極３０、４０が放電容器２０の両端部２０Ｔ１、２０Ｔ２の外周面に沿って配置され、電圧を印加することにより、放電容器２０内において局所的な放電が生じ、局所的にオゾンが生成される。その結果、放電ランプを最大電力で点灯させ続けたとしても、生成できるオゾンの最大濃度は制限されているので、高濃度のオゾンが生成されて流出することを防ぐことができる。よって、安全で信頼性の高い放電ランプを提供することができる。

１０ 放電ランプ
２０ 放電容器
３０ 電極
４０ 電極

Claims (13)

1. 紫外線を放射するエキシマランプであって、
   放電ガスが封入された筒状の放電容器と、
   それぞれ前記放電容器の外周面に沿って軸方向に延び、前記放電容器の中央部を挟んで軸方向に沿って対向配置される一対の電極とを備え、
   前記放電容器内において、前記一対の電極間に導電体が配置されておらず、
   前記一対の電極に対して高周波電圧が印加されると、前記放電容器内で、前記一対の電極の間を跨って一方の電極から他方の電極にまで渡って放電が生じる誘電体バリア放電であって、前記放電容器内の中央部で、径方向に相対的に細い空間領域での放電となり、前記放電容器内の前記一対の電極が前記放電容器の外周面と接触する部分で、径方向に相対的に太い空間領域での放電となる、誘電体バリア放電が生じることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記放電容器が、保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
3. 前記一対の電極が、保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
4. 前記一対の電極に対し、１ｋＨｚ～５００ｋＨｚの範囲の周波数で５ｋＶ～１０ｋＶの範囲の電圧が印加されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエキシマランプ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のエキシマランプを備えたことを特徴とする紫外線照射装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載のエキシマランプを備えたことを特徴とするオゾン発生装置。
7. 紫外線を放射するエキシマランプであって、
   放電ガスが封入された筒状の放電容器と、
   それぞれ前記放電容器の中央部を挟んで軸方向に沿って対向配置される一対の電極であって、前記放電容器の両端部付近において前記放電容器の外周面に沿って配置される一対の電極とを備え、
   前記一対の電極が、それぞれ、前記放電容器の外周面と面接触する筒状電極で構成され、
   前記一対の電極に対して高周波電圧が印加されることによって、前記放電容器内において、一方の放電容器端部付近から他方の放電容器端部付近にまで渡って放電が生じる誘電体バリア放電であって、前記放電容器の軸方向に関して前記放電容器内の両端部側に放電が偏っている誘電体バリア放電が生じることを特徴とするエキシマランプ。
8. 前記放電容器の外周面が、前記放電容器から局所的に紫外線が放射されるように、紫外線を遮る遮光部材によって覆われていることを特徴とする請求項７に記載のエキシマランプ。
9. 前記放電容器が、保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項７に記載のエキシマランプ。
10. 前記一対の電極が、保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項７に記載のエキシマランプ。
11. 前記一対の電極に対し、１ｋＨｚ～５００ｋＨｚの範囲の周波数で５ｋＶ～１０ｋＶの範囲の電圧が印加されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のエキシマランプ。
12. 請求項７乃至１１のいずれかに記載のエキシマランプを備えたことを特徴とする紫外線照射装置。
13. 請求項７乃至１１のいずれかに記載のエキシマランプを備えたことを特徴とするオゾン発生装置。

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