JPH09265952A - 放電ランプ、ランプ点灯装置、紫外線放射装置および流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電ランプが多量の紫外線を高効率に放射で
きるようにする。 【解決手段】 放電ランプ１の気密容器２の内径と放電
媒体３の封入圧とを適正に設定し、ランプ電力を増強し
ても紫外線の放射効率が低下しないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電ランプ、ラン
プ点灯装置、紫外線放射装置および流体殺菌装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、下水等の流体の殺菌に流体殺菌装
置が利用されている。このような流体殺菌装置は、紫外
線を放射する放電ランプを具備しており、流体を紫外線
の放射により殺菌する。このような放電ランプは、石英
ガラス等により形成された透光性を有する気密容器を有
しており、この気密容器の内部に放電媒体として水銀と
希ガスとが封入され、気密容器の両端に一対の電極が封
止されている。

【０００３】これらの電極にランプ電力を供給すると、
電極の間隙で放電媒体が絶縁破壊を発生して発光する。
このとき、発光する放電媒体に水銀が含まれるので、そ
の発光は中心波長が２５４(nm)の紫外線となり、このよ
うな紫外線は殺菌処理を良好に実現することができる。

【０００４】このような放電ランプとしても各種製品が
存在するが、例えば、ランプ電力が１０００Ｗ級の製品
は、気密容器の内径が２５(mm)、放電媒体の封入圧が６
６．５(Pa)、一対の電極に対するランプ電力の入力密度
が４(Ｗ／cm)で、３０(％)の効率で２５４(nm)の紫外線
を放射する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような放電ラン
プは、放電媒体に水銀が含まれるので、殺菌に最適な２
５４(nm)の波長の紫外線を放射することができる。

【０００６】現在、多量の下水の殺菌が必要となり、放
電ランプの大容量化も要望されているが、単純に放電ラ
ンプを大型化すると２５４(nm)の波長の放射効率が低下
する。また、上述のようにランプ電力が大きな放電ラン
プは、電極に塗布してある電子放射性物質の分解が著し
いため、ここに多量の酸素が発生する。この酸素との反
応により水銀が迅速に消耗するので、ランプ電力が大き
な放電ランプは寿命が短い。

【０００７】そこで、本発明は、紫外線を高効率に放射
する長寿命な放電ランプ、この放電ランプを利用したラ
ンプ点灯装置、紫外線放射装置および流体殺菌装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の放電ラ
ンプは、透光性を有する管状の気密容器と；水銀と希ガ
スとを含み気密容器に封入された放電媒体と；気密容器
の両端に個々に封止されてランプ電力が供給される一対
の電極と；を具備し、気密容器の内径をＤ(mm)、放電媒
体の封入圧をＰ(Pa)とすると、 ２４≦Ｄ≦２９ １３．０≦Ｐ≦４０．０ を満足している。従って、一対の電極にランプ電力が供
給されると、これら一対の電極間でアーク放電が発生
し、その間隙で放電媒体が絶縁破壊を発生して発光す
る。このように発光する放電媒体に水銀が含まれるの
で、その発光は中心波長が２５４(nm)の紫外線となる。
このとき、気密容器の内径と放電媒体の封入圧と入力密
度とが適正な関係を満足するので、紫外線の放射効率が
高い。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の放電ラ
ンプであって、一対の電極に対するランプ電力の入力密
度が８(Ｗ／cm)以上１２(Ｗ／cm)以下である。従って、
高い入力密度のランプ電力により放電ランプが多量の紫
外線を高効率に放射する。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１記載の放電ラ
ンプであって、水銀の容量が５０(mg)以上２００(mg)以
下である。従って、水銀の容量が５０(mg)以上なので、
ランプ電流が大きいために気密容器の内部に多量の酸素
が発生し、この酸素が水銀と反応しても、水銀が不足し
ない。また、水銀の容量が２００(mg)以下なので、気密
容器の内部に水銀が無用に散在することもなく、水銀の
蒸気圧も適正に制御される。

【００１１】請求項４の発明のランプ点灯装置は、請求
項１記載の放電ランプと；放電ランプの電極に接続され
た駆動電源と；を具備している。従って、駆動電源が所
定のランプ電力を放電ランプの電極に供給すると、放電
ランプは一対の電極の間隙で放電媒体に絶縁破壊を発生
させて紫外線を高効率に放射する。

【００１２】請求項５の発明のランプ点灯装置は、請求
項１記載の放電ランプと；放電ランプの電極に８(Ｗ／c
m)以上１２(Ｗ／cm)以下の入力密度でランプ電力を供給
する駆動電源と；を具備している。従って、駆動電源が
高い入力密度でランプ電力を放電ランプの電極に供給す
ると、放電ランプは一対の電極の間隙で放電媒体に絶縁
破壊を発生させて紫外線を高効率に放射する。

【００１３】請求項６の発明の紫外線放射装置は、請求
項４または５記載のランプ点灯装置と；透光性を有して
放電ランプを密閉するランプカバーと；を具備してい
る。従って、放電ランプが放射する紫外線はランプカバ
ーを透過して外部に放射され、外部に存在する気体や液
体はランプカバーにより遮断されて放電ランプに接触し
ない。

【００１４】請求項７の発明の流体殺菌装置は、請求項
６記載の紫外線放射装置と；紫外線放射装置から紫外線
が放射される位置に流体を供給する流体供給装置と；を
具備している。従って、紫外線放射装置が放射する紫外
線が流体供給装置により供給される流体に放射されるの
で、この流体は殺菌される。

【００１５】以上の各発明において、気密容器は、その
材料として石英ガラスや透光性セラミックを許容し、そ
の形状として直管やＵ字管等を許容する。希ガスは、絶
縁破壊の始動性を確保できる気体であれば良く、アルゴ
ン、クリプトン、クセノン、ネオン、等を許容する。電
極としては、タングステンの表面に電子放射性物質を塗
布したものを許容する。ランプカバーとしては、例え
ば、石英ガラスや透光性セラミックや樹脂により形成さ
れた密閉容器を許容する。流体としては、気体と液体の
他、ゲルや粉体も許容し、例えば、下水である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
を参照して説明する。図１は放電ランプを示す正面図で
あり、図１（ａ）は気密容器が直管型、図１（ｂ）は気
密容器がＵ字管型である。図において、本実施形態の放
電ランプ１は、気密容器２と、気密容器２に封入された
放電媒体３と、気密容器２の両端に個々に封止された一
対の電極４とを具備している。

【００１７】気密容器２は、石英ガラスにより形成され
ており、全体に無色透明で管状に形成されている。放電
媒体３は、例えば、アルゴンの希ガスに発光金属として
水銀を混入したものであり、この水銀の容量は５０(mg)
以上２００(mg)以下である。一対の電極４は、タングス
テンの表面に電子放射性物質を塗布したものであり、２
５０(cm)強の間隔で対向している。このような電極４に
約２０００Ｗのランプ電力が供給されるので、このラン
プ電力の入力密度は８(Ｗ／cm)である。

【００１８】本実施形態の放電ランプ１は、上述のよう
な構造において、気密容器２の内径をＤ(mm)、放電媒体
３の封入圧をＰ(Pa)とすると、 ２４≦Ｄ≦２９ １３．０≦Ｐ≦４０．０ を満足するよう形成されている。

【００１９】上述の実施形態の作用について説明する。
本実施形態の放電ランプ１は、ランプ電力の入力密度が
８(Ｗ／cm)と高いが、気密容器２の内径と放電媒体３の
封入圧とが適正なので、ランプ電力の入力密度が４(Ｗ
／cm)の製品と同等の効率で２５４(nm)の紫外線を放射
することができる。

【００２０】つまり、気密容器２の内径が２４(mm)以上
なので、電流密度が過剰に上昇することがなく、気密容
器２の内径が２９(mm)以下なので、発生した紫外線が水
銀に再吸収される度合も低い。しかも、希ガスの封入圧
が１３．０(Pa)以上なので、始動電圧が過剰に上昇して
点灯が困難になることもなく、希ガスの封入圧が４０．
０(Pa)以下なので、変換効率も良好である。

【００２１】このため、本実施形態の放電ランプ１は、
入力密度が８(Ｗ／cm)のランプ電力に対し、２５(％)以
上の効率で２５４(nm)の紫外線を放射することができ、
これは１２(Ｗ／cm)の入力密度まで保証されることも確
認された。

【００２２】次に実験データを説明する。なお、この実
験では上述した“Ｄ，Ｐ”を相違させた複数の放電ラン
プ１を用意し、紫外線を放射する効率を評価した。この
場合、上述のように電極４の間隔は２５(cm)に固定し、
ここに２０００(Ｗ)のランプ電力を供給することで、そ
の入力密度を８(Ｗ／cm)とした。効率が２５(％)以上を
合格とし、下記の表１では枠線で包囲した。

【００２３】

【表１】

【００２４】本発明の放電ランプ１は、上述のように
“２４≦Ｄ≦２９，１３．０≦Ｐ≦４０．０”なる関係
を満足する場合に、２５(％)以上の効率を実現できるこ
とが判明した。さらに、このような放電ランプ１のラン
プ電力の入力密度を上昇させたところ、その効率は１２
(Ｗ／cm)の入力密度まで維持された。

【００２５】なお、このように放電ランプ１に高い入力
密度でランプ電力を供給すると、電極４に塗布してある
電子放射性物質の分解が著しいために多量の酸素が発生
し、この酸素との反応により水銀が迅速に消耗する。し
かし、本実施形態の放電ランプ１は、水銀の容量が５０
(mg)以上なので、上述のような減少のために水銀が不足
することがなく長寿命である。しかも、この水銀の容量
は２００(mg)以下なので、気密容器２の内部に水銀が無
用に散在することもなく、水銀の蒸気圧も適正に制御さ
れる。

【００２６】つぎに、本発明の第２の実施の形態を図２
を参照して説明する。図２はランプ点灯装置の模式的な
正面図である。なお、本実施形態において、上述した第
１の実施形態と同一の部分は、同一の名称を利用して同
一の符号を付す。図において、ランプ点灯装置１１は、
放電ランプ１と駆動電源１２とを具備している。この駆
動電源１２は、その出力端子が放電ランプ１の電極４に
接続されており、その入力端子に商用電源１３が接続さ
れている。

【００２７】上述の実施形態の作用について説明する。
ランプ点灯装置１１は、駆動電源１２により２０００Ｗ
級のランプ電力を放電ランプ１の電極４に供給するの
で、この放電ランプ１が多量の紫外線を高効率に放射す
る。

【００２８】つぎに、本発明の第３の実施の形態を図３
を参照して説明する。図３は紫外線放射装置の模式的な
正面図である。なお、本実施形態において、上述した第
２の実施形態と同一の部分は、同一の名称を利用して同
一の符号を付す。図において、紫外線放射装置２１は、
ランプ点灯装置１１とランプカバー２２とを具備してお
り、このランプカバー２２により放電ランプ１が密閉さ
れている。より詳細には、ランプカバー２２は、細長い
ドーム型の透明カバー２３と円盤状のソケットカバー２
４とを有しており、このソケットカバー２４に放電ラン
プ１が装着されている。

【００２９】上述の実施形態の作用について説明する。
紫外線放射装置２１は、放電ランプ１が紫外線を高効率
に多量に放射すると、この紫外線がランプカバー２２を
透過するので、このランプカバー２２の外部に多量の紫
外線を高効率に放射することができる。それでいて、ラ
ンプカバー２２が放電ランプ１を密閉しているので、ラ
ンプカバー２２の外部の気体や液体が放電ランプ１に接
触することがなく、放電ランプ１の漏電や腐蝕が防止さ
れる。

【００３０】さらに、本発明の第４の実施の形態を図４
を参照して説明する。図４は流体殺菌装置の模式的な断
面図である。なお、本実施形態において、上述した第３
の実施形態と同一の部分は、同一の名称を利用して同一
の符号を付す。図において、流体殺菌装置３１は、紫外
線放射装置２１と流体供給装置３２とを具備しており、
この流体供給装置３２が紫外線放射装置２１により紫外
線が放射される位置に流体を供給する。より詳細には、
流体供給装置３２は、円筒形の処理槽３３を有してお
り、この処理槽３３の上部と下部とに流入路３４と流出
路３５とが連通している。放電ランプ１はランプカバー
２２の透明カバー２３に密閉された状態で処理槽３３の
内部に浸漬されており、ソケットカバー２４や駆動電源
１２は処理槽３３の外部に位置している。

【００３１】上述の実施形態の作用について説明する。
流体殺菌装置３１は、放電ランプ１が高効率に多量に放
射する紫外線がランプカバー２２を透過するので、この
紫外線が処理槽３３に蓄積された流体３６に放射され
る。この紫外線は波長が２５４(nm)なので、流体３６を
殺菌することができる。しかも、この処理槽３３には、
流入路３４から流体が順次流入し、この流体は流出路３
５から順次流出するので、多量の流体が順次殺菌され
る。それでいて、放電ランプ１はランプカバー２２によ
り密閉されているので、流体が放電ランプ１に接触する
ことはなく、放電ランプ１の漏電や腐蝕が防止される。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、気密容器の内
径をＤ(mm)、放電媒体の封入圧をＰ(Pa)とすると、“２
４≦Ｄ≦２９，１３．０≦Ｐ≦４０．０”を満足してい
ることにより、気密容器の内径と放電媒体の封入圧と入
力密度とが適正な関係を満足するので、ランプ電力の入
力密度を高めても紫外線を高効率に放射することがで
き、多量の紫外線を高効率に放射する放電ランプを提供
することができる。

【００３３】請求項２の発明によれば、一対の電極に対
するランプ電力の入力密度が８(Ｗ／cm)以上１２(Ｗ／c
m)以下なので、高い入力密度のランプ電力により多量の
紫外線を高効率に放射することができる。

【００３４】請求項３の発明によれば、水銀の容量が５
０(mg)以上なので、気密容器の内部に発生した酸素が水
銀と反応しても、水銀が不足することがなく、長寿命を
実現することができ、水銀の容量が２００(mg)以下なの
で、気密容器の内部に水銀が無用に散在することもな
く、水銀の蒸気圧も適正に制御することができる。

【００３５】請求項４の発明の発明によれば、請求項１
記載の放電ランプに駆動電源が接続されていることによ
り、駆動電源が高い入力密度でランプ電力を放電ランプ
の電極に供給しても、この放電ランプが多量の紫外線を
高効率に放射することができるので、多量の紫外線を高
効率に放射するランプ点灯装置を提供することができ
る。

【００３６】請求項５の発明によれば、請求項１記載の
放電ランプに駆動電源が８(Ｗ／cm)以上１２(Ｗ／cm)以
下の入力密度でランプ電力を供給することにより、駆動
電源は放電ランプの電極に高い入力密度でランプ電力を
供給するが、放電ランプは多量の紫外線を高効率に放射
することができるので、多量の紫外線を高効率に放射す
るランプ点灯装置を提供することができる。

【００３７】請求項６の発明によれば、請求項４または
５記載のランプ点灯装置と、透光性を有して放電ランプ
を密閉するランプカバーとを具備していることにより、
放電ランプが放射する紫外線はランプカバーを透過して
外部に放射され、外部に存在する気体や液体はランプカ
バーにより遮断されて放電ランプに接触しないので、多
量の紫外線を高効率に放射することができ、放電ランプ
が確実に保護されたランプ点灯装置を提供することがで
きる。

【００３８】請求項７発明によれば、請求項６記載の紫
外線放射装置から紫外線が放射される位置に流体供給装
置が流体を供給することにより、順次供給される流体に
多量の紫外線を高効率に放射できるので、多量の流体を
高効率に殺菌できる流体殺菌装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の正面図

【図２】本発明の第２の実施の形態の模式的な正面図

【図３】本発明の第３の実施の形態の模式的な断面図

【図４】本発明の第４の実施の形態の模式的な断面図

【符号の説明】

１：放電ランプ ２：気密容器 ３：放電媒体 ４：電極 １１：ランプ点灯装置 １２：駆動電源 ２１：紫外線放射装置 ２２：ランプカバー ３１：流体殺菌装置 ３２：流体供給装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性を有する管状の気密容器と；水銀
   と希ガスとを含み気密容器に封入された放電媒体と；気
   密容器の両端に個々に封止されてランプ電力が供給され
   る一対の電極と；を具備し、気密容器の内径をＤ(mm)、
   放電媒体の封入圧をＰ(Pa)とすると、 ２４≦Ｄ≦２９ １３．０≦Ｐ≦４０．０ を満足していることを特徴とする放電ランプ。
2. 【請求項２】 一対の電極に対するランプ電力の入力密
   度が８(Ｗ／cm)以上１２(Ｗ／cm)以下であることを特徴
   とする請求項１記載の放電ランプ。
3. 【請求項３】 水銀の容量が５０(mg)以上２００(mg)以
   下であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の放電ランプと；放電ラン
   プの電極に接続された駆動電源と；を具備していること
   を特徴とするランプ点灯装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の放電ランプと；放電ラン
   プの電極に８(Ｗ／cm)以上１２(Ｗ／cm)以下の入力密度
   でランプ電力を供給する駆動電源と；を具備しているこ
   とを特徴とするランプ点灯装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載のランプ点灯装置
   と；透光性を有して放電ランプを密閉するランプカバー
   と；を具備していることを特徴とする紫外線放射装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の紫外線放射装置と；紫外
   線放射装置から紫外線が放射される位置に流体を供給す
   る流体供給装置と；を具備していることを特徴とする流
   体殺菌装置。