KR100854564B1

KR100854564B1 - 방전등, 자외선 조사 장치 및 그 운용 방법

Info

Publication number: KR100854564B1
Application number: KR1020037002059A
Authority: KR
Inventors: 나카노고지
Original assignee: 가부시키가이샤 니혼포토사이언스
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2008-08-26
Also published as: EP1403906B1; EP1403906A4; ATE502392T1; TWI223829B; EP1403906A1; KR20030036690A; CN100474497C; US20020190227A1; JP2002373625A; JP3563373B2; EP1403906B2; US6683411B2; DE60239461D1; WO2002103749A1; CN1463465A

Abstract

본 발명은 내직경 8㎜ 이상의 합성 석영 유리로 이루어지는 유리관(11)과, 이 유리관의 양단에 L(㎝)의 간격으로 한쌍의 필라멘트(21a, 21b)를 구비하고, 내부에 희가스와 적어도 수은을 포함하는 금속을 봉입하여 이루어지는 방전등에 있어서,

점등시의 램프 전압(V(V))과, 램프 전류(I(A)), 필라멘트간 거리(L(㎝)), 방전로의 내직경(D(㎜))에 대해 다음 관계식을 가진다.

(V-Vf)/L= X/(

)

또한, 2.6 ≤ X ≤ 4.2

단, Vf는 점등 전원에 의존하는 정수 요인으로, 1kHZ 이상의 고주파 전원으로 점등한 경우는 Vf= 10으로 하고, 1kHZ 미만인 전원으로 점등한 경우는 Vf= 50으로 한다.

Description

방전등, 자외선 조사 장치 및 그 운용 방법{DISCHARGE LAMP AND ULTRAVIOLET IRRADIATION SYSTEM AND OPERATION METHOD THEREFOR}

본 발명은 단파장 대역의 자외선 에너지를 방사하는 방전등에 관한 것이고, 또한, 이를 사용한 자외선 조사 장치에 관한 것으로, 유기물의 분해 처리·살균·소독 등의 분야에 이용되는 것이다.

220nm 이하의 단파장 대역의 자외선은 강한 에너지를 가지므로, 유해물이나 유기물의 분해 등 다방면에 걸쳐 이용되고 있다. 도 6은 종래부터 알려진 폐쇄형의 액체 처리용 자외선 조사 장치의 일례를 도시한다. 방전등(30)을 외관(보호관)(20)내에 수납한 것이 스테인레스로 된 실린더(1)내에 수용되고, 피처리 액체가 이 실린더(1)내에 도입되어 방전등(30)으로부터 발광된 자외선이 조사된다. 방전등(30)은 예를 들면 185nm의 파장 대역의 자외선을 방사하는 저압 수은 증기 방전등이 사용된다. 방전등(30)의 발광관 벌브(10)는 자외선 투과성이 우수한 석영 유리로 되어 있다. 방전등(30)은 자외선 투과성의 외관(보호관)(20)의 내부에 수납되고, 이 방전등(30)이 피처리 액체로부터 액체가 통하지 않도록 격리된다. 이러한 외관(20)도 자외선 투과성이 우수한 석영 유리로 되어 있다. 실린더(1)의 양단은 플랜지(1a, 1b)로 닫혀 있고, 입수구(入水口)(1c)로부터 받은 피처리 액체가 실린더(1)내를 통과하는 과정에서 자외선이 조사되어, 출수구(出水口)(1d)로부터 배출된다. 피처리 액체는 입수구(1c)에서 출수구(1d)로 향해 실린더(1)내를 흐르게 되는데, 피처리 액체가 숏 패스하지 않도록, 도중에 다수매(도면에서는 5매)의 환류판(1e∼1i)을 배치한 구조로 되어 있다. 또한, 편의상, 도 6에는 방전등(30)을 하나만 탑재한 장치를 도시했는데, 실용적으로는 복수 등 형식의 대용량 장치가 사용되는 경우가 많다. 방전등(30)으로부터 발생된 자외선은 외관(20)을 투과하여, 피처리 액체에 조사된다. 조사된 자외선은 예를 들면 수중에 존재하는 유기물을 다음 식과 같이 무해한 CO, CO₂, H₂O로 분해하는 작용을 하게 된다.

H₂O+ hν(185㎚) → H+ OH 라디칼

CnHmOk+ OH 라디칼 → CO, CO₂, H₂O(n, m, k는 1, 2, 3, …)

그런데, 단파장 대역의 자외광원으로서 저압 수은 증기 방전등이 알려져 있는데, 지금까지의 저압 수은 방전등은 주로 형광 램프나 살균 램프의 응용에 중점을 두었다. 형광 램프는 발광하는 254㎚의 자외선을 형광체에 의해 가시광으로 변환하는 방전등이다. 마찬가지로 살균 램프는 254㎚의 자외선을 이용하는 방전등이다. 어느 것이나 254㎚의 자외선의 방사에 관해서는 많은 검토가 이루어지고 있지만, 본 발명에 관여하는 185㎚의 방사에 관해서는 충분한 관심이 있다고 말할 수는 없다.

<발명의 개시>

본 발명은 상술의 점에 비추어 이루어진 것으로, 저압 수은 증기 방전등에 있어서의 185㎚의 자외선 방사 효율의 향상을 도모함과 동시에, 해당 자외선의 유지율을 높이고, 에너지 절약, 보수 유지 비용의 절약을 도모한 방전등 및 이를 이용한 자외선 조사 장치 및 그 운용 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 관한 방전등은 내직경 8㎜ 이상의 합성 석영 유리로 이루어지는 유리관과, 이 유리관의 양단에 L(cm)의 간격으로 한쌍의 필라멘트를 구비하고, 내부에 희가스와 적어도 수은을 포함하는 금속을 봉입하여 이루어지는 방전등에 있어서, 점등시의 램프 전압(V(V))과, 램프 전류(I(A)), 필라멘트간 거리(L(㎝)), 방전로의 내직경(D(㎜))에 대해 다음 관계식을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

(V-Vf)/L= X/(

)

또한, 2.6 ≤ X ≤ 4.2

상세한 것은 후술하지만, 상기 관계식과 같이 조건을 설정함으로써, 본 발명에 의하면, 저압 수은 증기 방전등에 있어서 185㎚의 자외선을 효율적으로 방사시키고, 장수명을 확보시킬 수 있다.

본 발명에 관한 자외선 조사 장치는 상기와 같은 구성으로 이루어지는 방전등과, 이 방전등으로부터 방사되는 자외선을 처리 대상에 대해 조사하는 처리 장치 를 구비한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 185㎚ 자외선에 대해 고효율·장수명을 확보한 방전등을 탑재하고 있으므로, 에너지 절약형의 런닝 비용이 낮은 자외선 조사 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 자외선 조사 장치의 운용 방법은 상기와 같은 구성으로 이루어지는 상기 자외선 조사 장치를 운용하는 방법으로서, 상기 처리 장치에 있어서 상기 방전등을 복수로 설치하고, 설치된 다수 등 중 소정수의 등을 소등하고 나머지를 점등하여, 이 소등 및 점등하는 방전등의 조합을 시간적 경과에 따라 변경하도록 한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 설치한 방전등의 총 수보다 적은 수의 방전등을 솎아냄 점등하여 사용하고, 이 솎아냄 점등의 조합을 시간적 경과에 따라 변경하여, 사용하게 함으로써, 방전등의 일제 교환 기간을 연장시킬 수 있고, 교환 보수 유지의 번거로움을 생략하여, 장기간에 걸치는 가동을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 방전등의 일실시예를 도시하는 개략적인 측단면도,

도 2는 본 발명에 관한 방전등의 일실시예에 의한 실험 결과에 의거하는 「전위 경도」와 「185㎚ 자외선 방사 효율」의 관계를 예시하는 그래프,

도 3은 본 발명에 관한 방전등의 일실시예에 의한 실험 결과에 의거하는 「램프 전류」와 최적 「전위 경도」의 관계를 예시하는 그래프,

도 4는 본 발명에 관한 방전등의 일실시예에 의한 실험 결과에 의거하는 유리관의 내직경과 최적 「전위 경도」의 관계를 「램프 전류」의 각 값에 대응하여 예시하는 그래프,

도 5는 본 발명에 관한 방전등을 사용한 자외선 조사 장치에 있어서의 시간 경과에 따르는 처리 능력의 변화의 실험 결과를 종래 장치와 비교하여 예시하는 그래프,

도 6은 종래의 방전등을 사용한 자외선 조사장치의 일례를 도시하는 측면 단면 약도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명한다.

도 1에 본 발명에 관한 방전등의 일실시예를 도시한다. 우선, 이 방전등(31)의 기본적 구조에 대해 설명하면, 방전등(31)은 합성 석영 유리로 이루어지는 유리관(11)과, 이 유리관(11)내에서 그 양단에 배치된 한쌍의 필라멘트(21a, 21b)와, 이 유리관(11)의 양단에 형성된 시일부(2a, 2b) 및 꼭지쇠부(3a, 3b)를 포함한다. 필라멘트(21a, 21b)는 예를 들면 산화 바륨계의 에미터를 도포하여 이루어진다. 이 필라멘트(21a, 21b)는 시일부(2a, 2b)로부터 나와 있는 인너 리드(22a∼22d)에 의해 각각 유지되어 있다. 꼭지쇠부(3a, 3b)는 세라믹제이고, 한쪽 꼭지쇠부(3a)에 한쌍의 전기 단자(31a, 31b)가 구비되어 있다. 시일부(2a, 2b)는 몰리브덴박(24a∼24d)에 의해 기밀성을 유지하고, 또한 인너 리드(22a∼22d), 몰리브덴박(24a∼24d), 아우터 리드(25a, 25b 및 26)를 통해 필라멘트(21a, 21b)와 전기 단자(31a, 31d)를 전기적으로 접속하는 역할을 담당하고 있다. 유리관(11)내에는 20mg 정도의 수은과 약 400Pa의 희가스를 봉입해 놓는다. 또한, 도면의 예에서 일례로서, 방전등(31)은 2단자 타입의 방전등으로 구성되어 있다. 즉, 한쪽 필라멘트(21a)의 일단이 인너 리드(22b), 몰리브덴박(24b), 아우터 리드(25a)를 통해 한쪽 전기 단자(31a)에 접속되고, 다른 쪽 필라멘트(21b)의 일단이 인너 리드(22c), 몰리브덴박(24c), 아우터 리드(25b, 26)를 통해 다른 쪽 전기 단자(31b)에 접속되어 있다.

본 실시예에 관한 방전등(31)은 유리관(11)을 합성 석영 유리로 구성한 것, 및 파장 185㎚의 자외선을 효율적으로 발광할 수 있도록 소정의 조건으로 이 방전등(31)의 디멘션(벌브 내직경이나 필라멘트간 거리 등)을 결정한 것을 특징으로 하고 있다. 이 점에 관해 설명하면, 본 실시예에 관한 방전등(31)에 있어서는 합성 석영 유리로 이루어지는 유리관(11)의 내직경 D(단위는 ㎜)의 사이즈는 8㎜ 이상으로 하고, 필라멘트(21a, 21b)의 간격을 L(단위는 ㎝), 점등시의 램프 전압을 V(단위는 V(볼트)), 램프 전류를 I(단위는 A(암페어))로 할 때, 각 값의 관계가 다음 관계식을 가지도록 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.

(V-Vf)/L= X/(

) 단, 2.6≤ X≤ 4.2

여기서, Vf는 양극 강하 전압이고, 점등 전원에 의해 일의적으로 결정되는 요인(정수 요인)이며, 1kHz 이상의 고주파 전원으로 점등한 경우는 Vf= 10이고, 1kHz 미만의 전원으로 점등한 경우는 Vf= 50으로 한다.

다음에, 파장 185㎚의 자외선을 효율적으로 발광할 수 있도록 하는 조건으로서 상기와 같은 관계식을 도출한 근거에 관해서 설명한다.

본 발명자 등은 기본 구조가 도 1에 도시하는 것과 같은 구조로 이루어지는 저압 수은 증기 방전등(31)을 각종 사이즈로 다수 준비하고, 이들을 대상으로 하여 여러 가지 실험을 행하여, 방전등의 전기 특성과 185㎚ 자외선 강도의 관계를 평가했다. 구체적으로 이 실험에서 이용한 각 방전등의 사이즈는 내직경 8㎜, 13㎜, 18㎜, 23㎜의 각각의 관직경으로 두께 1㎜, 관 길이 100∼160㎝의 합성 석영 유리관을 이용하여, 필라멘트간 거리 L(㎝)를 95∼153㎝로 설정하여 이루어지는 것이다. 실험에 있어서는 중앙부에 185㎚ 자외선 강도 측정용의 가지관을 붙여 T자형으로 구성한 유리관내에 실험 대상인 방전등을 삽입하고, 이 유리관내를 질소 분위기로 채우는 동시에 외측에는 냉각수를 흐르게 했다. 또한, 점등 전원에는 약 40kHz의 전자 밸러스트(안정기)와 상용 주파수의 전자 밸러스트(안정기)의 2종을 준비하고, 점등시의 램프 전류를 0.4A, 0.6A, 0.8A, 1.0A, 1.4A(암페어)의 5단계로 했다. 또한, 185㎚ 자외선 강도의 측정에는 주식회사 오크 제작소의 자외선 조도계 UV-185(상품명)을 사용했다.

상술의 조건하에서 전류를 거의 일정하게 유지하고, 냉각수의 온도를 변화시키면서 각종 전기 특성, 즉 램프 전압(V), 램프 전류(I), 램프 전력과, 185㎚ 자외선 강도를 측정했다. 냉각수의 온도를 변화시키는 이유는 수은 증기압을 변화시키는 것에 있다. 즉, 185㎚ 자외선 방사 효율이나 전기 특성은 수은 증기압에 의존하는 것으로 생각되므로 그 관계를 명확히 하기 위해서이다. 냉각수의 온도를 변화시킴으로써 잉여의 수은이 체류하는 최냉부의 온도를 변화시키고, 수은의 증기압을 변화시키게 된다. 즉, 램프 전압(V)은 램프내의 수은 증기압, 즉 증발량에 의존하므로, 최냉부의 온도를 변화시킴으로써, 램프 전압(V)이 가변 설정되게 된다. 어느 물리적 사이즈로 이루어지는 방전등에 있어서는, 램프 전류(I)도 밸러스트에 의해 결정되는 정수 요인이므로, 185㎚ 자외선 강도를 좌우할 수 있는 요인은 주로 램프 전압(V)이다. 여기서, 냉각수의 온도를 변화시킴으로써 결과적으로 램프 전압(V)의 값을 다양하게 변화시키고, 이 램프 전압(V)의 값을 측정하는 동시에 그 경우의 185㎚ 자외선 강도를 측정함으로써, 해당 물리적 사이즈 또한 소정의 램프 전류(I)로 이루어지는 조건하의 185㎚ 자외선 강도와 램프 전압(V)의 상관성이 판명된다. 따라서, 이와 같이 하여 측정을 행한다.

이 측정 결과에 의거해 185㎚ 자외선 강도에 관해서는 「소비 전력당 자외선 강도」라는 관점에서, 측정한 185㎚ 자외선 강도의 값을 측정한 램프 전력으로 나누어, 그 몫을 「방사 효율」의 지표(즉「185㎚ 자외선 방사 효율」)로 했다. 또한, 램프 전압에 관해서는, 「단위 길이당 전압」이라는 관점에서, 측정한 램프 전압의 값(V(V))에서 양극 강하 전압(Vf)이라는 고정적인 값(Vf(V))을 빼고, 그 답 「V-Vf」을 필라멘트간 거리(L)로 나누고, 그 몫을 「전위 경도」(즉, 필라멘트간 거리의 단위 길이당의 램프 전압)로 했다. 즉, 측정한 「185㎚ 자외선 강도」와 「램프 전압(V)」을, 각각 「185㎚ 자외선 방사 효율」과 「전위 경도」(필라멘트간 거리의 단위 길이 당의 램프 전압)로 환산함으로써, 「전위 경도」의 각 값에 대한 「185㎚ 자외선 방사 효율」의 값을 대비할 수 있어, 방사 효율이 좋은 조건이 어느 근처에 있는지 파악할 수 있다. 또한, 양극 강하 전압(Vf)은 전술과 같이 1kHz 이상의 고주파 전원으로 점등한 경우는 Vf= 10으로 하고, 1kHz 미만의 전원으로 점등한 경우는 Vf= 50으로 했다.

도 2는 일례로서 두께 1㎜의 합성 석영 유리관을 사용한 방전등의 사이즈가 내직경 13㎜, 관 길이 154㎝, 필라멘트간 거리 147㎝의 물리적 조건하에서 전기적 조건으로는 램프 전류(I)가 1A(암페어)이고, 약 40kHz의 전자 밸러스트를 사용하는(요컨대 Vf= 10) 경우에 있어서의, 「전위 경도」와 「185㎚ 자외선 방사 효율」의 측정 결과를 도시하는 것으로, 「전위 경도」의 값을 가로축으로 하고, 그에 대응하는 「185㎚ 자외선 방사 효율」의 값을 세로축으로 하여, 측정 결과를 작성한 것이다. 램프 전압(V)은 전술한 대로 냉각수의 온도를 변화시킴으로써 변화시켰다. 도 2에 의하면, 「전위 경도」가 약 0.88(V/㎝)일 때, 「185㎚ 자외선 방사 효율」이 가장 높은 값(약「6」)을 나타내는 것을 알았다. 여기에서 알 수 있는 것은, 「185㎚ 자외선 방사 효율」이 그 최고값, 즉 피크치(도 2의 예에서는 약 「6」)를 포함하는 적절한 허용 범위내에 들어가도록 물리적 및 전기적 모든 조건을 설정하기만 하면, 185㎚ 자외선을 효율적으로 방사할 수 있는 방전등 및 자외선 조사장치를 제공할 수 있다는 것이다. 이 허용 범위로는 실제의 자외선 조사 상태를 관찰함으로써, 피크치의 「185㎚ 자외선 방사 효율」의 약 6∼7할 정도까지는 허용 범위에 포함시키는 것이 적당하다고 판명되었다. 예를 들면, 도 2의 예에서 「185㎚ 자외선 방사 효율」의 값이 최저라도 약 3.6 이상이면, 효율좋은 방사가 얻어지는 것으로 간주할 수 있다. 이 경우, 「전위 경도」가 약 0.72∼1.16 정도의 범위내에 들어가도록 모든 조건이 설정되면 되는 것을 도면에서 알 수 있다.

또한, 다른 실측 결과에 관해서 설명한다. 도 2와 동일한 관 직경 13㎜, 관 길이 154㎝, 필라멘트간 거리 147㎝ 사이즈의 방전등에 있어서, 램프 전류(I)를 다 양하게 다르게 하고, 각 램프 전류값에 있어서의 「185㎚ 자외선 방사 효율」이 피크치가 되는 최적의 전위 경도를 탐색했다. 그 결과 얻어진 각 램프 전류치(세로축)에 있어서의 최적 「전위 경도」(가로축)를 작성한 도면이 도 3이다. 이 도 3에서 최적 「전위 경도」는 거의 램프 전류치(I)의 평방근(√I)에 반비례하는 것을 알았다.

이하, 마찬가지로 하여, 본 실험에 이용한 상술한 모든 사이즈의 방전등에 관해서, 「185㎚ 자외선 방사 효율」이 피크치로 되는 최적의 「전위 경도」를 탐색한 결과, 어느쪽 관 직경이라도 최적 「전위 경도」는 거의 전류치(I)의 평방근(√I)에 반비례하는 것을 발견했다. 또한, 관 직경(D)을 파라미터로 하여 최적 「전위 경도」를 작성한 결과, 도 4에 도시하는 바와 같이 어느 전류에 있어서도 대략 관 직경(D)의 평방근(√D)에 반비례하는 것이 판명되었다. 즉, 내직경(D)이 8∼23㎜인 방전등에 있어서, 램프 전류 0.4∼1.4A의 범위로 동작시킨 경우, 최대 185㎚의 방사 효율을 얻기 위한 최적 「전위 경도」는 관 직경(D)과 전류(I)의 평방근(√D 및 √I)에 반비례하는 것을 발견했다. 이는 고주파의 전자 밸러스트와 상용 주파수의 전자 밸러스트의 어느 것이라도 점등 전류의 요인을 고려하기만 하면, 포함되는 결과로 되었다.

상기에서 최적의 「전위 경도」에 있어서는 「전위 경도」, 즉 「(V-Vf)/L」은 관 직경(D)의 평방근(√D) 및 램프 전류(I)의 평방근(√I)에 반비례하는 관계에 있고, 그 비례 정수를 X로 하면, 하기와 같은 관계식으로 나타날 수 있게 된다.

(V-Vf)/L= X/ (

)

상기 도 2의 예의 경우, 내직경 D= 13㎜, 램프 전류 I= 1A이므로, (√D·√I)는 약 3.605이고, 「전위 경도」가 상술한 약 0.72∼1.16 정도의 허용 범위내에 들어가기 위해서는, 비례 정수(X)는 대략 「2.6≤ X≤ 4.2」의 범위의 값을 취하면 된다.

이상과 같은 실험 결과를 고려하여, 본원 발명에 의하면, 도 1에 도시하는 것과 같은 합성 석영 유리로 구성된 유리관(11)을 이용한 방전등(31)에 있어서, 합성 석영 유리로 이루어지는 유리관(11)의 내직경(D)(단위는 ㎜)의 사이즈는 8㎜ 이상으로 하고, 필라멘트(21a, 21b)의 간격을 L(단위는 ㎝), 점등시의 램프 전압을 V(단위는 V(볼트)), 램프 전류를 I(단위는 A(암페어))로 할 때, 각 값의 관계가 다음 관계식을 가지도록 설정하는 것이 185㎚ 자외선을 효율적으로 방사하기 위한 조건으로 좋다라는 결론에 달했다. (V-Vf)/L= X/(

) 단, 2.6≤ X≤ 4.2

여기서, 전술과 같이, 점등 전원에 의해 일의적으로 결정되는 요인인 양극 강하 전압(Vf)은 1kHz 이상의 고주파 전원으로 점등한 경우는 Vf= 10이고, 1kHz 미만의 전원으로 점등한 경우는 Vf= 50으로 한다.

그런데, 본 발명은 방전등의 발광관으로서 합성 석영 유리를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 합성 석영 유리는 4염화 규소를 출발 원료로 하여 제조되는 석영 유리로, 불순물이 매우 적고, 단파장 대역의 자외선 투과율에 우수하다. 상술한 「최대 185㎚ 방사 효율을 얻기 위한 전위 경도와 관 직경 및 램프 전류와의 관계」는 합성 석영 유리로 한정되는 것은 아니지만, 통상의 (천연)석영 유리를 이용하여 실시한 경우에는 185㎚의 자외선 유지율이 급속히 저하하므로 실제 사용에 견디지 못한다. 통상의 (천연) 석영 유리를 사용한 경우는 원래 단파장 대역의 자외선 투과율이 낮은 것에서 비롯해, 185㎚의 방사 효율이 높아지면 많은 185㎚ 자외선을 흡수하고, 유리 자체가 변질되고, 탁해져 자외선 투과율이 저하해 버린다. 이 때문에, 더욱 투과율 저하와 변질의 사이클을 되풀이하고, 185㎚ 자외선이 급속히 저하하는 것으로 생각된다. 따라서, 본원 발명에서는 합성 석영 유리를 사용하는 것을 필수 요소로 한다.

본 발명에 관한 방전등을 이용한 유기물의 분해 처리 장치, 즉 자외선 조사 장치는 예를 들면 반도체 제조 공정에서 사용되는 초순수물의 정제에 이용되는 것으로, 그 경우, 1년∼3년의 장기 연속 운전에 견딜수 있는 것이어야 한다. 합성 석영 유리는 초기의 자외선 투과율이 우수하고, 또한 변질의 핵이 되는 불순물의 함유량이 적기 때문에, 185㎚ 자외선의 방사 효율이 높은 영역에서 동작시켜도 자외선 유지율을 높은 레벨로 확보할 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 방전등을 이용한 자외선 조사 장치는 반도체 제조 공정에 한정되지 않고, 음료 제조, 식품 제조, 의료, 수처리 등, 유기물의 분해 처리·살균·소독 등의 처리를 요하는 넓은 분야에서 이용 가능하다.

도 5는 종래 기술에 의한 방전등을 탑재한 자외선 조사 장치(B)와 본 발명의 실시예에 기술한 방전등을 탑재한 자외선 조사 장치(A)에 대해, TOC 농도 10ppb의 원수(原水)를 1ppb 이하로 할 수 있는 처리 능력을 단위 소비 전력량당 유량으로 비교한 실측 데이터를 나타내는 도면이다. 도면은 종래 장치(B)의 초기값을 100%로 하여 표시한 것이다. 종래 장치(B)와 본 발명 장치(A)에서는 우선 초기에 큰 성능차가 있고, 사용 시간이 진행됨에 따라 차이가 더욱 커지는 것을 알 수 있다. 즉, 종래 기술의 방전등을 탑재한 자외선 조사 장치의 1년간의 사용 기준이 되는 8500시간후의 능력을 1로 하면, 본 발명의 방전등을 탑재한 자외선 조사 장치(A)는 약 2.5배 이상이 되는 것이 확인되었다. 상술한 바와 같이, 본 분야에서의 자외선 처리 장치는 1년∼3년의 장기 연속 운전을 고려하고 있다. 또한, 이 사이의 보수 유지 프리라는 필요성도 이용자에게 높아지고 있다. 따라서, 본 발명 장치에 의한 상술의 고성능은 필요에 따라 솎아냄 점등하면서 가동하는 것도 가능하고, 그렇게 하면, 단순히 에너지 절약뿐만 아니라, 보수 유지 비용 절약에도 연결된다는 뛰어난 효과를 기대할 수 있다.

즉, 상기 실시예에 관한 방전등을 사용한 자외선 조사 장치에 있어서의 운용 방법예에 대해 설명하면, 이 방전등을 설치하여 소정의 처리 대상(액체 또는 고체 등)에 대해 유기물 분해·살균·소독 등의 처리를 실시하는 처리 장치에 있어서, 이 방전등을 다수 설치한다. 그리고, 설치된 다수의 등 중 소정수의 등을 소등하고 나머지를 점등하는 소위 「솎아냄 점등」을 행하고, 또한, 이 소등 및 점등하는 방전등의 조합(예를 들면 「솎아냄 점등」의 조합)을 시간적 경과에 따라서 적절히 변경하도록 한다. 이에 따라, 설치한 방전등의 총 수보다 적은 수의 방전등을 솎아냄 점등 사용하여, 이 솎아냄 점등의 조합을 시간적 경과에 따라 변경하고 사용함으로써, 방전등의 일제 교환 기간을 연장시킬 수 있고, 교환 보수 유지의 수고를 생략하여, 장기간에 걸치는 가동을 가능하게 할 수 있다. 이러한 운용 방법의 운용예로는 예를 들면 방사 효율이 나쁜 종래형의 방전등을 n개 설치하여 전체를 점등한 자외선 조사 장치에 있어서, 본 발명에 관한 방사 효율이 좋은 방전등을 이용하면 n보다 소수의 m개의 방전등을 점등하는 것만으로 필요충분한 처리 효과를 올릴 수 있는 것을 감안하여, 본 발명에 관한 방사 효율이 좋은 방전등을 동시에 점등, 필요한 m개보다 많은 n개(종래대로) 설치하여 자외선 조사 장치를 구성하고, 이를 상기한 바와 같이 솎아냄 점등하는 운용예가 있을 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명은 저압 수은 방전등의 185㎚ 자외선의 방사 효율을 높이고, 또한 그 유지율을 높은 레벨로 확보하는 것을 목적으로 하며, 발광 관체를 이루는 석영 유리를 합성 석영 유리로 구성하고, 관체의 내직경(D) 및 필라멘트간 거리(L)라는 디멘션과 , 램프 전류(I) 및 램프 전압(V)이라는 전기 특성과의 관계에 적정한 법칙이 존재하는 것을 발견함으로써 이루어진 발명이다. 따라서, 이와 같은 본 발명의 특징을 충족하는 것이면, 방전등의 구조 그 자체는 도 1에 도시한 타입에 한정되지 않고, 어떤 구조라도 된다. 예를 들면, 실시예에서는 금속 수은을 봉입한 방전등에 대해 기술했는데, 수은과 다른 금속의 아말감을 봉입한 방전등이라도 동일한 효과를 발휘한다. 또한, 필라멘트를 상시 가열하는 연속 히팅(continuous heating) 타입의 방전등이나 필라멘트와 애노드를 병설한 타입의 방전등 혹은 양측에 충전 핀을 낸 양 꼭지쇠 타입이라도 저압 수은 증기 방전등이면, 동일한 작용·효과를 발휘한다. 물론, 방전등의 단자 구성도 도 1과 같은 2단 자(31a, 31b)로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 4단자 구성 등이어도 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 저압 수은 증기 방전등에 있어서 185㎚의 자외선 방사 효율 향상을 도모할 수 있다. 또한, 해당 자외선의 유지율을 높여, 에너지 절약·보수 유지 비용 절약의 효과를 도모할 수 있다.

Claims

내직경 8∼23mm의 합성 석영 유리로 이루어지는 유리관과, 이 유리관의 양단에 L(cm)의 간격으로 한쌍의 필라멘트를 구비하고, 내부에 희가스와 적어도 수은을 포함하는 금속을 봉입하여 이루어지는 방전등에 있어서,

점등시의 램프 전압(V(V))과, 램프 전류(I(A)), 필라멘트간 거리(L(cm)), 방전로의 내직경(D(mm))에 대하여,

(V-Vf)/L= X/(
)

또한, 2.6 ≤ X ≤ 4.2

의 관계식을 가지고,

단, Vf는 점등 전원에 의존하는 정수 요인으로, 1kHZ 이상의 고주파 전원으로 점등한 경우는 Vf= 10으로 하고, 1kHZ 미만인 전원으로 점등한 경우는 Vf= 50으로 하며, 램프 전류(I)는 0.4∼1.4A로 하는 것을 특징으로 하는 방전등.
제 1 항 기재의 방전등을 사용하는 자외선 조사 장치에 있어서,

상기 방전등; 및

상기 방전등으로부터 방사되는 자외선을 처리 대상에 대해 조사하는 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
제 2 항 기재의 자외선 조사 장치를 운용하는 방법에 있어서,

상기 처리 장치에 있어서 상기 방전등을 다수등 설치하고, 설치된 다수의 등 중 소정수의 등을 소등하고 나머지를 점등하고, 이 소등 및 점등하는 방전등의 조합을 시간적 경과에 따라 변경하도록 한 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치의 운용 방법.