【発明の詳細な説明】
低圧水銀放電ランプ
本発明は、請求項１の前提部による低圧水銀放電ランプに関する。
一般的に、低圧水銀放電ランプは、水または空気の殺菌に用いられる。これに
加えて、低圧水銀放電ランプは、表面の紫外線照射にも用いられる。低圧水銀放
電ランプは紫外線照射を発生する。その線スペクトルの強い輝線の波長は253.7n
mであり、実質的に弱い輝線の波長は200nmより短く、最長で、約185nmおよび194
nmである。
塗料および接着剤を固めるため、あるいは酸素からオゾンを発生させるための
約185nmのエミッション等の多様な光化学処理を行うためには、200nmより短い波
長範囲の紫外線照射の短波比率(proportion)が必要である。半導体の製造および
生産を行う電子産業等で必要とされるような超純水の調整においても、この短波
照射によって汚染物質の光酸化分解が可能となる。
しかし、公知の低圧水銀放電ランプにおいては、200nmより短い短波照射の比
率のパーセンテージは、254nmからの範囲の照射の比率よりも比較的低い。従来
の低圧水銀放電ランプにおいては、185nmからの短波紫外線照射のこの比率は、2
54nm照射の比率の最高10パーセント程度である。
低圧水銀放電ランプは、254nmの照射出力に関連する、特定の水銀蒸気圧にお
いて最良の効率を発揮する。最良の蒸気圧はランプ管の断面積と、通常、約0.1
アンペア〜１アンペアの範囲の動作電流との関数として得られる。
より高い照射量を得るために、アマルガムを形成する金属充填物が低圧水銀放
電ランプのランプ管の内側に設けられている場合に動作電流が増加
するという原理が、既に知られている。公知のように、アマルガムは例えば水銀
およびインジウムから成る水銀合金である。低圧水銀放電ランプのランプ管の内
側の、放電帯領域内の電極または白熱コイルの間にこのような金属充填物が設け
られている場合、低圧水銀放電ランプは約２〜３アンペアのより大きな動作電流
で動作可能となる。
実際には、上記の金属充填物を用いても、254nmの紫外線照射と比較して、200
nmより短い範囲においては短波紫外線照射の増加は得られないことが分かってい
る。金属充填物の使用は動作電流をさらに増加させるものと考えられているが、
この方法では照射強度の増加は得られないことが明らかにされている。
本発明の目的は、クレーム１の前提部に記載されているタイプの低圧水銀放電
ランプを向上させて、上述した状況においても、254nmからの紫外線照射と比較
して、170〜200nmの範囲の、特に185nmからの輝線の短波紫外線照射の実質的な
増加を得ることである。
この目的は、クレーム１の特徴部の特徴によって、本発明に基づいて達成され
る。
固有に知られている金属充填物を形成するアマルガムの使用は前提条件であり
、本発明が新規に提供するのは、ランプ管内壁上の金属充填物が配される位置で
冷却器と接するランプ管外壁である。
この方法により、当該位置で冷却効果が得られ、この効果によって、低圧水銀
放電ランプは実質的により大きな動作電流で動作可能となる。このより大きな動
作電流の結果、254nmからの紫外線照射と比較して、170〜200nmの範囲の、特に
、185nmからの短波紫外線照射の非常に顕著な増加が、意図した通りに得られる
。
本発明は、低圧水銀放電ランプの動作蒸気圧が、ランプ管の壁温度、および電
気的な動作パラメータに依存しているという認識に基づいている。結局、公知の
低圧水銀放電ランプでは、上述した動作電流増加の可能性は照射量の増加にはつ
ながらない。なぜなら、この場合、低圧水銀放電ランプのランプ管が過度に熱く
なり水銀の最良の動作蒸気圧が得られないからである。対照的に、本発明の冷却
効果によって、低圧水銀放電ランプは大きな動作電流でも非常に簡易に作動可能
となり、結果的に170〜200nmの範囲の短波紫外線照射が顕著に増加する。これは
、冷却器効果はランプ内の動作蒸気圧が増加して飽和点を超えるのを防ぐからで
ある。
本発明による低圧水銀放電ランプの実験計測において、約185nmからの短波紫
外線照射の比率のパーセンテージは、254nmからの照射の比率の90パーセントの
値まで上昇し得ることが確認できた。これは、以前の低圧水銀放電ランプの数倍
である。これは、例えば、新しい低圧水銀放電ランプによって、明らかにこれま
でより大きな光分解または光酸化効果が得られるということである。これは、例
えば、超純水処理において特に有効である。
この目的を達成する本発明のある実施態様においては、ランプ管上の１つ以上
の半径方向外向きバルジ部内に、金属充填物が配される。このバルジ部は少なく
とも冷却器と接している。
別の実施態様においては、金属充填物がこれまでのようにランプ管の平坦な内
壁上に配されるのではなく、ランプ管に、外向きのバルジ部を設けている。窪ん
だ形状のバルジ部は、物を溜める性質を持つ凹部を形成する。金属充填物はこれ
らのバルジ部内に配される。この場合、バルジ部が冷却器に少なくとも部分的に
接することにより冷却効果が得られる。これにより動作電流の実質的な増加が得
られ、その結果、170〜200nmの範囲の短波紫外線照射が顕著に増加する。
本発明における重要な手段である冷却効果を得るために、また別の目的を持っ
た実施態様においては、金属充填物が前記バルジ部のすぐ近傍に配される。この
場合の決定的な要因は、金属充填物がバルジ部の近傍に配され、冷却帯の効果領
域内にあり、さらに顕著な冷却効果を得ることである。
本発明の他の有効な実施態様においては、ランプ管のバルジ部が少なくとも部
分的に外側外囲管に接するように、低圧水銀放電ランプが、紫外線照射を透過す
る外囲管内に配される。この場合、外囲管が冷却器となる。
この実施態様は、例えば、低圧水銀放電ランプに、挿入放射管としての外側外
囲管が設けられる場合に有効である。この場合、外囲管は流体媒体に囲まれる。
この流体媒体は、冷却効果を有効に支援する。
本発明の範囲内でさらに別の目的を持った本発明の実施態様においては、上記
外囲管の金属充填物の位置に、金属充填物の位置で接する半径方向内向きの複数
のバルジ部を設けることが可能である。この場合は外囲管が冷却器となる。この
時の決定的な要因は、金属充填物がどのような場合にも冷却効果に寄与する外側
外囲管に接していることである。
利点を得るためには、低圧水銀放電ランプのランプ管の断面積は、少なくとも
0.5cm2かつ最大12cm2であり、好ましくは約３cm2である。
本発明のまた別の実施態様において、ランプ管の放電路領域内の断面積は、電
極領域内の２つの外側端部よりも少なくとも30パーセント小さくなっている。従
って、ランプ管は２つの外側端部において、中央部内つまり実際の放電領域内よ
りも大きな断面積の部分を有する。
本発明のまた別の実施態様においては、金属充填物、およびランプ管の
外向きバルジ部、あるいは、さらにランプ管の内向きバルジ部も、上述のように
、電極領域内、即ち、大きな断面積の端部領域内に位置する。
他の変形例において、金属充填物は、ランプ管の放電路領域内、即ちより小さ
な断面積の領域内に位置する。この場合、好ましくは１つの金属充填物がそれぞ
れより大きな断面積の領域に隣接する側に配される。
円形を逸脱して、ランプ管が２つの長辺(放射辺)および２つの短辺を持った平
坦な長手方向断面を備え、固有に知られているフラット放射管として設計されて
いる場合にも本発明は有効に適用できる。バルジ部および金属充填物はそれぞれ
フラット放射管の少なくとも１つの短辺に配される。
本発明のその他の目的を持った実施態様はサブクレームに記載される。
以下に、図面に示される実施態様に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１〜図９は、低圧水銀放電ランプの様々な実施態様を示すものである。
図10は、波長並びにそれぞれ約185nmおよび約254nmの紫外線照射における輝線の
比率を図示するものである。
図１は、ランプ管12を有する低圧水銀放電ランプ10を示すものである。ランプ
管12は、内壁14および外壁28を有する。ランプ管内部の両端にはそれぞれ電極20
(白熱コイル)と接続された電気接続ピン24を有するソケット22が設けられる。
金属充填物32は、電極20の間の、ランプ管12の外壁28が冷却器46に接している
反対側の位置で、ランプ管12の内壁14に強固に固定されている。冷却器は、例え
ば冷却板から形成し得る。冷却器46は金属充填物32の領域内
で冷却効果を発揮し、その結果、低圧水銀放電ランプ10は、2.5アンペアより大
きな、比較的大きい動作電流で作動可能となる。この結果、約254nmの紫外線照
射と比較して、170〜200nmの範囲の短波紫外線照射の明らかな増加が得られる。
図２に図示される低圧水銀放電ランプ10には、２つの金属充填物32が設けられ
る。この場合、ランプ管12は、その中に金属充填物32が配される２つの対応する
半径方向外向きのバルジ部30を有する。ランプ管12の外壁上では、これらのバル
ジ部30が冷却器46と接している。
同様に、図３は、バルジ部30を有するランプ管の変形例を示す。この場合、バ
ルジ部30の外側は冷却器46と接しているが、金属充填物32はバルジ部30自体の中
にはなく、そのすぐ近傍に配されている。この場合、金属充填物32は、依然、冷
却器46の効果領域内にあり、その結果、この場合でも冷却効果が得られる。
図４に示される実施態様においては、低圧水銀放電ランプ10は、挿入放射管と
して設計される。なぜなら、ランプ管12は、紫外線を透過する外囲管26の内部に
配されているからである。その中に金属充填物32が配されるバルジ部30は、外囲
管26と接しており、これにより、冷却器を形成する。従来、挿入放射管は、外囲
管26を囲む流体の照射に用いられ、この結果、外囲管26は、冷却器としての機能
を担うのに、特に適したものとなる。
図５もまた、外部外囲管26を有する低圧水銀放電ランプ10を図示する。この外
囲管26は、特に内壁上の金属充填物32が配される位置で内部ランプ管12の外壁28
に接している内向きバルジ部44を有する。この場合、図４とは異なり、金属充填
物はランプ管12の内壁14上に直接配され、外向きバルジ部は設けられない。つま
り、実際には、外向きバルジ部を内側バルジ部44で代用したものとなる。
図６は、別の実施態様を部分的に図示するものであり、紙面の都合上、低圧水
銀放電ランプ10の片側のみが図示されている。この場合、ランプ管12の両端の電
極20の領域内の断面積は、実際の放電路18の領域、即ち中央部よりも大きくなっ
ている。放電路18の中央部の断面積は、大きな断面積を有する端部16よりも少な
くとも30パーセント小さくなっている。
金属充填物32の最小量は、大きな断面積を有する端部16の一方の領域内の、ラ
ンプ管12の内壁14上に配され、冷却器46と接している。この場合、冷却器46は、
金属充填物32の領域において、半径方向に内側に向けられた内向きバルジ部を有
する。従って冷却器46は、図５に示す外囲管26によっても形成し得る。
図７もまた、ランプ管12の端部が放電路18よりも大きな断面積16を有する低圧
水銀放電ランプ10を示す。図６との違いは、金属充填物32が、外向きバルジ部30
内に配され、冷却器46は平面上にあることである。
図８の実施態様もまた、端部16が大きな断面積を有するランプ管12を示す。し
かし、金属充填物32は大きな断面積16の領域内ではなく、放電路18領域内にあり
、冷却器46と接している外向きバルジ部30内に配されている。
最後に、図９は、また別の実施態様を部分的に示すものであり、ランプ管が２
つの長辺36および２つの短辺38を持つフラット放射管34を示している。この場合
、金属充填物を格納するための外向きバルジ部30は、フラット放射管34の短辺38
上に位置している。図９では、詳細には示されていないものの、この外向きバル
ジ部もまた、冷却器、または外囲管と接している。
図10は、本発明による低圧水銀放電ランプ10によって生じた紫外線照射
の波長または輝線をそれぞれ図示するものである。特筆すべきは、波長約185nm
の短波紫外線照射40の輝線、および波長約254nmのエミッション照射42である。
見て分かるように、185nmの照射の短波比率40は、254nmの照射42の場合の比率
のほぼ90パーセントとなっている。254nmの照射42と比較して、185nmの短波照射
40がこのように高いパーセンテージの比率であることは、驚くべきことであり、
これまでは達成され得なかったことである。Description: The invention relates to a low-pressure mercury discharge lamp according to the preamble of claim 1. Generally, low-pressure mercury discharge lamps are used for sterilization of water or air. In addition, low-pressure mercury discharge lamps are also used for irradiating the surface with ultraviolet rays. Low-pressure mercury discharge lamps generate ultraviolet radiation. The wavelength of the strong emission line in the line spectrum is 253.7 nm, and the wavelength of the substantially weak emission line is shorter than 200 nm and the longest is about 185 nm and 194 nm. For various photochemical treatments, such as about 185 nm emission to harden paints and adhesives or to generate ozone from oxygen, a short wave proportion of ultraviolet radiation in a wavelength range shorter than 200 nm is required. is there. Even in the preparation of ultrapure water, which is required in the electronic industry for manufacturing and producing semiconductors, the short-wave irradiation enables photo-oxidative decomposition of pollutants. However, in known low-pressure mercury discharge lamps, the percentage of short-wave irradiation shorter than 200 nm is relatively lower than the irradiation ratio in the range from 254 nm. In conventional low-pressure mercury discharge lamps, this ratio of short-wave ultraviolet radiation from 185 nm is up to about 10 percent of the ratio of 254 nm radiation. Low-pressure mercury discharge lamps perform best at a specific mercury vapor pressure, associated with an irradiation power of 254 nm. The best vapor pressure is obtained as a function of the cross-sectional area of the lamp tube and the operating current, usually in the range of about 0.1 to 1 amp. It is already known the principle that the operating current is increased when a metal filling forming amalgam is provided inside the lamp tube of a low-pressure mercury discharge lamp in order to obtain a higher dose. As is known, amalgam is, for example, a mercury alloy consisting of mercury and indium. If such a metal filling is provided between the electrodes or incandescent coils in the discharge zone, inside the lamp tube of the low-pressure mercury discharge lamp, the low-pressure mercury discharge lamp will have a greater operating power of about 2-3 amps. It becomes operable with current. In fact, it has been found that even when the above metal filler is used, an increase in short-wave ultraviolet irradiation cannot be obtained in a range shorter than 200 nm as compared with ultraviolet irradiation at 254 nm. It is believed that the use of a metal fill further increases the operating current, but it has been shown that this method does not provide an increase in irradiation intensity. The object of the present invention is to improve a low-pressure mercury discharge lamp of the type described in the preamble of claim 1 so that, even in the above-mentioned situation, compared to ultraviolet irradiation from 254 nm, In particular, it is to obtain a substantial increase in short-wave ultraviolet irradiation of the emission line from 185 nm. This object is achieved according to the invention by the features of the features of claim 1. The use of amalgam to form an inherently known metal filling is a prerequisite, and the invention newly provides a lamp in contact with a cooler at the location where the metal filling on the lamp tube inner wall is located. The outer wall of the tube. In this way, a cooling effect is obtained at the location, which allows the low-pressure mercury discharge lamp to operate at a substantially higher operating current. As a result of this higher operating current, a very significant increase in short-wave UV radiation in the range of 170-200 nm, in particular from 185 nm, is obtained as intended, compared to UV radiation from 254 nm. The invention is based on the recognition that the operating vapor pressure of a low-pressure mercury discharge lamp depends on the lamp tube wall temperature and on the electrical operating parameters. After all, in the known low-pressure mercury discharge lamps, the possibility of increasing the operating current mentioned above does not lead to an increase in the irradiation dose. This is because, in this case, the lamp tube of the low-pressure mercury discharge lamp becomes too hot and the best operating vapor pressure of mercury cannot be obtained. In contrast, the cooling effect of the present invention allows low-pressure mercury discharge lamps to operate very easily even at high operating currents, resulting in a significant increase in short-wave ultraviolet radiation in the range of 170-200 nm. This is because the cooler effect prevents the operating vapor pressure in the lamp from increasing above the saturation point. In experimental measurements of the low-pressure mercury discharge lamp according to the invention, it has been confirmed that the percentage of short-wave UV radiation from about 185 nm can increase to a value of 90% of the rate of radiation from 254 nm. This is several times higher than previous low pressure mercury discharge lamps. This means, for example, that the new low-pressure mercury discharge lamps offer a clearly greater photolysis or photooxidation effect. This is particularly effective, for example, in ultrapure water treatment. In one embodiment of the present invention to achieve this end, a metal fill is disposed in one or more radially outward bulges on the lamp tube. This bulge portion is in contact with at least the cooler. In another embodiment, instead of the metal filling being placed on the flat inner wall of the lamp tube as before, the lamp tube is provided with an outward bulge. The depressed bulge portion forms a concave portion having a property of storing an object. The metal filling is disposed in these bulges. In this case, a cooling effect is obtained by at least partially contacting the bulge with the cooler. This results in a substantial increase in operating current, resulting in a significant increase in short-wave ultraviolet irradiation in the range of 170-200 nm. In order to obtain the cooling effect, which is an important measure in the present invention, and in another embodiment, a metal filling is disposed in the immediate vicinity of the bulge. The decisive factor in this case is that the metal filling is arranged in the vicinity of the bulge and is within the effect zone of the cooling zone, so that a more pronounced cooling effect is obtained. In another advantageous embodiment of the invention, the low-pressure mercury discharge lamp is arranged in an envelope transparent to UV radiation, such that the bulge of the lamp tube at least partially contacts the outer envelope. In this case, the surrounding pipe becomes a cooler. This embodiment is effective, for example, when a low-pressure mercury discharge lamp is provided with an outer envelope as an insertion radiation tube. In this case, the envelope is surrounded by a fluid medium. This fluid medium effectively supports the cooling effect. In an embodiment of the present invention having still another object within the scope of the present invention, a plurality of radially inwardly facing bulge portions which are in contact with the position of the metal filling are provided at the position of the metal filling of the outer tube. It is possible to provide. In this case, the surrounding pipe becomes a cooler. The decisive factor at this time is that the metal filling is in any case in contact with the outer envelope, which contributes to the cooling effect. To obtain the advantage, the cross-sectional area of the lamp tube of the low-pressure mercury discharge lamp is at least 0.5 cm 2 and at most 12 cm 2 , preferably about 3 cm 2 . In yet another embodiment of the invention, the cross-sectional area in the discharge path region of the lamp tube is at least 30 percent smaller than the two outer ends in the electrode region. The lamp tube therefore has a larger cross-sectional area at its two outer ends than in the center, ie in the actual discharge area. In a further embodiment of the invention, the metal filling and the outwardly facing bulge of the lamp tube or even the inwardly facing bulge of the lamp tube are, as described above, also in the electrode area, i.e. with a large cross-sectional area. Is located in the end region. In another variant, the metal filling is located in the discharge path region of the lamp tube, i.e. in the region of smaller cross-sectional area. In this case, preferably one metal filling is arranged on the side adjacent to the region of the respective larger cross-sectional area. Deviating from the circular shape, the lamp tube also has a flat longitudinal section with two long sides (radiating sides) and two short sides, and is designed as a uniquely known flat radiating tube. The present invention can be applied effectively. The bulge portion and the metal filling are each disposed on at least one short side of the flat radiant tube. Other aiming embodiments of the invention are described in the subclaims. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. 1 to 9 show various embodiments of a low-pressure mercury discharge lamp. FIG. 10 illustrates the wavelengths and the ratios of the bright lines in UV irradiation at about 185 nm and about 254 nm, respectively. FIG. 1 shows a low-pressure mercury discharge lamp 10 having a lamp tube 12. The lamp tube 12 has an inner wall 14 and an outer wall 28. At both ends inside the lamp tube, sockets 22 each having an electric connection pin 24 connected to the electrode 20 (incandescent coil) are provided. The metal filling 32 is firmly fixed to the inner wall 14 of the lamp tube 12 at a position between the electrodes 20 on the opposite side where the outer wall 28 of the lamp tube 12 contacts the cooler 46. The cooler may be formed, for example, from a cold plate. The cooler 46 exerts a cooling effect in the region of the metal filling 32, so that the low-pressure mercury discharge lamp 10 can be operated with a relatively large operating current, greater than 2.5 amps. This results in a distinct increase in short-wave ultraviolet radiation in the range of 170-200 nm compared to approximately 254 nm ultraviolet radiation. The low-pressure mercury discharge lamp 10 illustrated in FIG. 2 is provided with two metal fills 32. In this case, the lamp tube 12 has two corresponding radially outwardly facing bulges 30 in which the metal filling 32 is arranged. On the outer wall of the lamp tube 12, these bulge portions 30 are in contact with the cooler 46. Similarly, FIG. 3 shows a modification of the lamp tube having the bulge portion 30. In this case, the outside of the bulge portion 30 is in contact with the cooler 46, but the metal filler 32 is not in the bulge portion 30 itself, but is disposed immediately adjacent thereto. In this case, the metal filling 32 is still within the effect area of the cooler 46, so that a cooling effect is still obtained in this case. In the embodiment shown in FIG. 4, the low-pressure mercury discharge lamp 10 is designed as an insertion radiation tube. This is because the lamp tube 12 is disposed inside the envelope 26 that transmits ultraviolet light. The bulge portion 30 in which the metal filling 32 is disposed is in contact with the surrounding tube 26, thereby forming a cooler. Conventionally, the insertion radiant tube is used to irradiate the fluid surrounding the surrounding tube 26, which makes the surrounding tube 26 particularly suitable for serving as a cooler. FIG. 5 also illustrates a low pressure mercury discharge lamp 10 having an outer envelope 26. The outer tube 26 has an inward bulge portion 44 that contacts the outer wall 28 of the inner lamp tube 12, particularly at the location where the metal fill 32 on the inner wall is located. In this case, unlike FIG. 4, the metal filling is arranged directly on the inner wall 14 of the lamp tube 12, and no outward bulge is provided. That is, actually, the outward bulge is replaced with the inner bulge 44. FIG. 6 partially illustrates another embodiment, in which only one side of the low-pressure mercury discharge lamp 10 is illustrated due to space limitations. In this case, the cross-sectional area in the region of the electrodes 20 at both ends of the lamp tube 12 is larger than the region of the actual discharge path 18, that is, the center. The cross-sectional area at the center of the discharge path 18 is at least 30 percent smaller than the end 16 having the larger cross-sectional area. A minimum amount of metal fill 32 is located on the inner wall 14 of the lamp tube 12 in one region of the end 16 having a large cross-sectional area and is in contact with the cooler 46. In this case, the cooler 46 has, in the region of the metal filling 32, an inward bulge directed radially inward. Accordingly, the cooler 46 can also be formed by the envelope 26 shown in FIG. FIG. 7 also shows a low-pressure mercury discharge lamp 10 in which the end of the lamp tube 12 has a larger cross-sectional area 16 than the discharge path 18. The difference from FIG. 6 is that the metal filling 32 is arranged in the outward bulge 30 and the cooler 46 is in a plane. The embodiment of FIG. 8 also shows the lamp tube 12 with the end 16 having a large cross-sectional area. However, the metal filling 32 is not in the area of the large cross-sectional area 16 but in the area of the discharge path 18 and is arranged in the outward bulge 30 in contact with the cooler 46. Finally, FIG. 9 partially illustrates yet another embodiment, in which the lamp tube shows a flat radiant tube 34 having two long sides 36 and two short sides 38. In this case, the outward bulge portion 30 for storing the metal filling is located on the short side 38 of the flat radiation tube 34. Although not shown in detail in FIG. 9, the outward bulge portion also contacts the cooler or the surrounding pipe. FIG. 10 illustrates the wavelength or emission line of the UV radiation generated by the low-pressure mercury discharge lamp 10 according to the present invention, respectively. Of note are the emission lines of short-wave ultraviolet radiation 40 at a wavelength of about 185 nm and the emission radiation 42 of a wavelength of about 254 nm. As can be seen, the shortwave ratio 40 for 185 nm illumination is approximately 90% of that for 254 nm illumination 42. It is surprising that the 185 nm short-wave irradiation 40 has such a high percentage ratio as compared to the 254 nm irradiation 42, which could not be achieved heretofore.