TWI604181B - 紫外線燈之劣化檢測裝置及方法 - Google Patents

Description

紫外線燈之劣化檢測裝置及方法

本發明係關於一種檢測放射對有機物分解或殺菌等有效之波長之紫外線的紫外線燈之劣化的劣化檢測裝置及方法。尤其是關於一種偵測伴隨著紫外線燈內之有效水銀量之減少之紫外線放射量之下降，並基於此提示紫外線燈之更換之技術。

自先前以來，為了進行有機物分解或殺菌等而使用有紫外線燈。紫外線燈為主要放射包含對有機物分解有效之185nm波長或對殺菌有效之254nm波長之紫外線之例如低壓水銀燈(所謂之UV-C紫外線燈)等。於紫外線燈中，除封入有水銀(更具體而言為水銀粒或汞齊(mercury amalgam)等)以外，亦封入有作為惰性氣體之氬等稀有氣體。

於紫外線燈(以下，亦簡稱為「燈」)中，如公知般隨著紫外線之放射而消耗封入至燈內之水銀。因此，燈內之有效水銀量隨著燈之點亮時間增加而逐漸減少。隨著燈內之有效水銀量減少，變為例如氧化汞(mercury oxide)等之無效水銀附著於燈管內壁，與此相應地包含對有機物分解或殺菌等有效之波長185nm或254nm之紫外線之放射量(以下，亦稱為「發光強度」)逐漸下降。而且，若包含對有機物分解或殺菌等有效之波長之紫外線放射量顯著下降，則無法進行有機物分解或殺菌等。因此，必需在燈內之有效水銀耗盡之前將燈本身更換為 新的燈。

因此，先前係於使用可測定紫外線放射量之紫外線感測器等紫外光區域用之光檢測器檢測出包含對有機物分解或殺菌等有效之波長之紫外線放射量已下降至特定之規定值時，提示燈之更換。

例如，於以下所示之專利文獻1中揭示有一種裝置，該裝置係對可測定200nm~400nm波長頻帶之紫外線放射量之碳化矽(SiC)光電二極體組合遮斷超過300nm之波長之紫外線的光學濾光片，從而測定包含對殺菌有效之254nm波長之200nm~300nm波長頻帶之紫外線放射量。即，預先利用紫外光區域用之光檢測器直接監控包含對殺菌有效之254nm波長之紫外線之放射量本身，於該紫外線放射量低於特定之閾值之情形時可提示燈之更換。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2004-317512號公報

然而，如上所述之可檢測包含對殺菌有效之波長之紫外線放射量本身的紫外光區域用之光檢測器與僅接收可見光線而能夠檢測可見光線之發光強度之可見光區域用之一般者相比，價格高且花費成本。又，於不使用選擇殺菌性之波長之複雜且高價之光學濾光片時，亦存在於紫外線光譜較低一端之區域內不具有充分之感度之問題。

本發明係鑒於上述方面而完成者，其欲提供一種可不直接偵測包含對有機物分解或殺菌等有效之波長之紫外線之放射量(發光強度)本身，而根據伴隨著燈內之有效水銀量之減少之上述紫外線放射量之下降進行更換燈之提示的紫外線燈之劣化檢測裝置及方法。

本發明之紫外線燈之劣化檢測裝置之特徵在於：包括檢測可見光線之光強度之可見光區域用之光檢測器，且利用上述光檢測器接收自封入水銀及稀有氣體而成之紫外線燈與紫外線一併放射之可見光線，並基於由該光檢測器接收到之可見光線之光強度而檢測上述紫外線燈之劣化。較佳為更包括控制部，該控制部基於上述光檢測器之輸出判定是否要更換上述紫外線燈，於應更換時通知該意旨。

根據本發明，使用可見光區域用之光檢測器基於自紫外線燈放射之可見光線之光強度檢測上述紫外線燈之劣化。自封入水銀及稀有氣體而成之紫外線燈與紫外線一併放射可見光線，但由於可見光區域用之光檢測器僅能檢測可見光線，故而僅接收自紫外線燈放射之可見光線，並檢測該所接收之可見光線之發光強度。

若過分消耗封入至燈內之有效水銀，則利用水銀之紫外線之發光中無法耗費大量之能量而使紫外線放射量下降。隨之為了實現可見光線之發光而使用更多利用封入至燈內之稀有氣體之發光能量，從而利用稀有氣體之可見光線之發光強度增強(利用稀有氣體之被可見光線耗費之能量之量增加)。

本發明者等人著眼於此種利用稀有氣體之被可見光線耗費之能量之量根據燈內之水銀量之變化(減少)而變化(增加)之方面，想到即便僅檢測自紫外線燈放射之可見光線之發光強度，亦可偵測伴隨著燈內之有效水銀量之減少之紫外線放射量之下降。因此，可使用可見光區域用之光檢測來檢測可見光線之發光強度，並基於此檢測紫外線燈之劣化，從而判定是否更換該紫外線燈。藉此，不直接偵測包含對有機物分解或殺菌等有效之波長之紫外線之放射量本身，便可容易地且以較低之成本根據伴隨著燈內之有效水銀量之減少之紫外線放射量之下降判定是否更換燈及通知應更換之意旨。

本發明不僅可作為裝置之發明構成並實施，而且可作為方法之 發明構成並實施。

1‧‧‧液體處理裝置

2‧‧‧紫外線燈

3‧‧‧保護外管

4‧‧‧可見光檢測部

5‧‧‧可見光感測器

6‧‧‧帶通濾波器

7‧‧‧(紫外線吸收用)可見光透過玻璃

10‧‧‧控制部

E‧‧‧容器

Ea‧‧‧液體入口

Eb‧‧‧液體出口

F‧‧‧密封部

G‧‧‧端板

Ga‧‧‧安裝孔

H‧‧‧外殼

Ha‧‧‧測定窗

P‧‧‧處理液體

圖1係表示應用本發明之劣化檢測裝置之液體處理裝置之一實施例的概略圖，(a)係側視圖，(b)係前視圖。

圖2係沿A-A'箭頭方向觀察圖1(b)所示之可見光檢測部之剖面圖。

以下，參照隨附圖式對本發明之實施形態進行詳細說明。

圖1係表示應用本發明之劣化檢測裝置之液體處理裝置1之一實施例的概略圖。於該實施形態中，表示如下液體處理裝置1作為應用本發明之劣化檢測裝置之裝置，該液體處理裝置1係將複數根(於本例中為6根)由透過紫外線之石英玻璃形成之保護外管3以圖1(b)所示之方式呈以該容器E之中心軸為起點之同心圓狀配置於例如圓筒形狀之密閉的容器E內而成，處理液體P通過該容器E與保護外管3之間，自收納於該等保護外管3之各者之紫外線燈2發出之紫外線透過保護外管3而照射至穿過該容器E內之處理液體P。再者，容器E係由不會因處理液體P而生銹之材質形成。具體而言，為不鏽鋼等。

於圖1所示之液體處理裝置1中，容器E係一端部(於圖示之例中為左端部)藉由密封部F而液密性地密閉，另一端部(於圖示之例中為右端部)藉由端板G而液密性地密閉，且構成將自設置於該容器側面之一液體入口Ea吸入之處理液體P自設置於相隔之該容器側面之另一液體出口Eb排出的管路。

紫外線燈2係以插入至保護外管3內之狀態配置於容器E內。該紫外線燈2係封入水銀(更具體而言為水銀粒或汞齊)及稀有氣體而成之水銀放電管，且發出例如260nm以下、典型而言為185nm或254 nm之波長之紫外線，藉此發揮通過上述管路之處理液體P之殺菌以及分解處理液體P中之有機物之功能。如先前已知般，若紫外線之波長為254nm左右則顯著地顯現殺菌效果，若紫外線之波長為185nm左右則顯著地顯現有機物分解效果。作為稀有氣體，使用氙、氪、氬、氖等，藉由將該等中之任一種稀有氣體或組合該等複數種稀有氣體而成之混合氣體與水銀一併封入至紫外線燈2內，可謀求燈之發光效率、電弧穩定性、電弧集中化之提高等。

於本實施形態中，在配設於容器E之任一端部之端板G之中央部設置安裝孔Ga，可經由該端板G之安裝孔Ga以能夠對容器E裝卸之方式安裝可見光檢測部4。圖2係沿A-A'箭頭方向觀察圖1(b)所示之可見光檢測部4之剖面圖。圖2所示之可見光檢測部4係於由例如不鏽鋼等材質構成之圓筒形狀之外殼H內之光程上配設有可見光感測器5、帶通濾波器6及(紫外線吸收用)可見光透過玻璃7等。

可見光感測器5(光檢測器)係按照與水銀之主要明線(波長為200nm~400nm左右之紫外線光譜)不同之稀有氣體之發光光譜檢測可見光線(作為一例係波長為580nm~700nm左右之可見光線)之發光強度者(相當於檢測機構)。該可見光感測器5亦可為包含例如矽、鎵．砷．磷(GaAsP)、氧化鋅(ZnO₂)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁．鎵(AlGaN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁．銦．鎵(AlInGaN)及氮化銦．鎵(InGaN)、進而碳化矽(SiC)等中之任一種材料之光電二極體。然而，本實施形態中所使用之可見光感測器5並非先前所使用之可接收紫外線並測定紫外線之發光強度之紫外光區域用之感測器(所謂紫外線感測器)，而與先前不同為可僅接收可見光線並檢測可見光線之發光強度之可見光區域用之感測器。再者，可見光感測器5並不限於光電二極體，亦可為光電倍增管或分光器。

於與可見光感測器5之配設側為相反側之外殼H之前端部形成有 包含石英之測定窗Ha，自紫外線燈2發出之紫外線及可見光線經由該測定窗Ha入射至外殼H內。即，自測定窗Ha既入射藉由水銀而產生之紫外線，亦入射藉由稀有氣體而產生之可見光線。再者，較佳為將外殼H之內面形成為鏡面狀或者利用反射材料覆蓋外殼H之內面等，以使自測定窗Ha入射之可見光線易於反射。又，測定窗Ha並不限於由石英形成，只要為不因處理液體P或紫外線等而劣化之材質則可由任意材質形成。

於測定窗Ha與可見光感測器5之間，自測定窗Ha側起依序配置(紫外線吸收用)可見光透過玻璃7、帶通濾波器6。可見光透過玻璃7(相當於遮斷機構)係不使自測定窗Ha入射之紫外線通過至可見光感測器5及帶通濾波器6側者(參照圖中以二點斜線標記之箭頭)。可見光透過玻璃7亦可保護可見光感測器5及帶通濾波器6不因紫外線而劣化。

帶通濾波器6(相當於限制機構)係可選擇性地僅擷取藉由稀有氣體而產生之可見光線中之一部分波長頻帶之具有窄帶寬特性者。利用帶通濾波器6僅使自測定窗Ha入射之可見光線中之包含於特定波長頻帶之波長之可見光線通過至可見光感測器5側(參照圖中以實線及單點斜線標記之箭頭)，藉此可使可見光感測器5僅應答藉由稀有氣體而產生之可見光線中之任意頻帶。此種選擇性帶通濾波器係根據封入至紫外線燈2內之稀有氣體之種類而預先決定波長頻帶。例如，於如含有氖作為稀有氣體之情形時，較佳為決定為於波長640nm左右具有中心之包含580nm~700nm波長之波長頻帶。640nm之光譜線為自氖發出之較強之光譜線。再者，帶通濾波器6可組合截斷可見光線之長波長側之濾光片與截斷可見光線之短波長側之濾光片而構成。於此情形時，亦可根據可見光感測器5之感度而決定是否使用截斷長波長側之濾光片。

可見光感測器5根據接收自測定窗Ha入射至外殼H內且由帶通濾波器6限制波長後之可見光線，而測定該接收到之可見光線之發光強度。可見光感測器5若測定可見光線之發光強度，則將其測定結果發送至電腦等控制部10。將控制部10中預先設定之閾值與自可見光感測器5發送之可見光線之發光強度進行比較，基於該比較，當可見光線之發光強度超過特定之閾值之情形時，判定為應更換紫外線燈2，按照該判定，對使用者提示更換紫外線燈2之意旨或紫外線燈2之更換時間等。再者，作為用以提示是否更換紫外線燈2之機構，於可見光感測器5之輸出信號表示之可見光強度超過特定之閾值時，既可使用藉由警告發光鼓勵紫外線燈之更換之發光體，或者，亦可使用藉由顯示數值或字符鼓勵紫外線燈之更換之顯示器。或者，亦可為可見光感測器5其本身發光，且根據閾值以上之接收強度產生發光變化者。或者，亦可藉由聲音或印刷輸出而進行應更換之意旨或更換時間到來之通知。

如上所述，根據本發明，於自封入水銀及稀有氣體而成之紫外線燈2放射之紫外線及可見光線中，利用帶通濾波器6等按照特定之波長頻帶僅擷取藉由稀有氣體而發光之可見光線，並利用可見光區域用之可見光感測器5檢測該擷取到之可見光線之發光強度。而且，基於該檢測出之可見光線之發光強度，提示是否應更換紫外線燈2之資訊。以此方式，使用可見光區域用之可見光感測器5檢測可見光線之發光強度，基於此而提示是否更換紫外線燈2，據此，無需直接偵測包含對有機物分解或殺菌等有效之波長之紫外線之放射量本身，便可容易地且以低成本根據伴隨著燈內之水銀量之減少之紫外線放射量之下降而進行更換燈之提示。

本發明係基於可見光線之發光強度根據紫外線燈2內之有效水銀量產生變化之情況。即，於紫外線燈2內之有效水銀量充分之 情形時，大部分能量被利用水銀之紫外線之發光耗費，故而紫外線之發光強度(放射量)較利用稀有氣體之可見光線之發光強度強(由利用稀有氣體之可見光線之發光耗費之能量之量相對較少)。另一方面，若隨著長時間點亮而過度消耗封入紫外線燈2內之水銀，則利用水銀之紫外線之發光中不再耗費大量能量，從而紫外線放射量下降。與此同時，利用稀有氣體之可見光線之發光強度強過利用水銀之紫外線之發光強度(由利用稀有氣體之可見光線耗費之能量之量相對變大)。即，由於由利用稀有氣體之可見光線耗費之能量之量根據此種紫外線燈2內之有效水銀量之變化而相對地產生變化，故而即便僅檢測自紫外線燈2放射之可見光線之發光強度，亦可偵測伴隨著紫外線燈2內之有效水銀量之減少之紫外線放射量之下降。

又，尤其是185nm波長之紫外線於在空氣中或液體中傳播時，其發光強度根據紫外線燈2至測定位置為止之距離呈指數衰減，故而利用與紫外線燈2相隔之先前所配置之紫外線感測器難以準確地偵測185nm波長之發光強度。相對於此，關於可見光線，由於其強度不會根據紫外線燈2至測定位置為止之距離呈指數衰減，故而使用與紫外線燈2相隔地配置之可見光感測器5可準確地測定可見光線之發光強度。因此，於本發明中並非直接測定包含波長185nm之紫外線之放射量，而是藉由利用可見光感測器5測定可見光線之發光強度而偵測紫外線燈2內之有效水銀量之減少，因此有如下優點：即便將可見光感測器5與紫外線燈2相隔地配置，亦可偵測伴隨著紫外線燈2內之有效水銀量之減少之紫外線照射量之下降。

以上，基於圖式對實施形態之一例進行了說明，但本發明並不限定於此，當然可實施各種實施形態。例如，於上述實施例中，表示了將複數個紫外線燈2呈同心圓狀配置於容器E內之例，但並不限於此，配置於容器E內之紫外線燈2可為1個或複數個，又，其配 置可任意。

再者，於上述實施例中，表示了可經由配設於容器E之端部之端板G之安裝孔Ga將可見光檢測部4以可裝卸之方式安裝於容器E，但並不限於此，端板G與可見光檢測部4亦可一體地形成。又，並不限於可將可見光檢測部4安裝於端板G之情況，亦可將可見光檢測部4安裝於配設在容器E之側面之測定用支管等。

再者，容器E或可見光檢測部4之剖面並不限定於如圖所示之圓形狀，亦可為橢圓形狀或多邊形狀等任何形狀。

再者，於上述實施例中表示了僅設置有1個可見光檢測部4之例，但並不限於此，可見光檢測部4亦可設置複數個。於此情形時，亦可例如將1個可見光檢測部4與1根保護外管3(或紫外線燈2)建立關聯地安裝，從而能夠個別地檢測出來自與各個可見光檢測部4建立有關聯之各燈之可見光量。或者，亦可將1個可見光檢測部4與2個以上之複數個保護外管3(或紫外線燈2)建立關聯地安裝。

再者，帶通濾波器6較佳為設為可相對於外殼H自外部進行更換。如此一來，僅藉由更換為與封入至紫外線燈2之稀有氣體之種類相對應之任意頻帶之帶通濾波器6，便可適當地進行更換燈之提示，故而有利。

再者，應用本發明之劣化檢測裝置之裝置並不限於液體處理裝置1，只要為例如紫外線照射裝置等使用封入有水銀及稀有氣體(其中，發出可見光線者)之紫外線燈2之裝置，則可為任何裝置。

4‧‧‧可見光檢測部

5‧‧‧可見光感測器

6‧‧‧帶通濾波器

7‧‧‧(紫外線吸收用)可見光透過玻璃

10‧‧‧控制部

G‧‧‧端板

H‧‧‧外殼

Ha‧‧‧測定窗

Claims (7)

1. 一種紫外線燈之劣化檢測裝置，其特徵在於：包括檢測可見光線之光強度之可見光區域用之光檢測器；利用上述光檢測器接收自封入水銀及稀有氣體而成之紫外線燈與紫外線一併放射之由上述稀有氣體產生之可見光線，且基於由該光檢測器接收到之由上述稀有氣體產生之可見光線之光強度超過特定之閾值而檢測上述紫外線燈之劣化。
2. 如請求項1之紫外線燈之劣化檢測裝置，其更包括控制部，該控制部基於上述光檢測器之輸出判定是否要更換上述紫外線燈，於應更換時通知該意旨。
3. 如請求項1或2之紫外線燈之劣化檢測裝置，其更包括從自上述紫外線燈放射之可見光線中選取特定波長頻帶之可見光線之限制機構，該限制機構按照根據封入於上述紫外線燈之稀有氣體之種類而預先決定之波長頻帶而選取符合之可見光線。
4. 如請求項3之紫外線燈之劣化檢測裝置，其包括收容上述光檢測器與上述限制機構之收納容器，該收納容器將上述限制機構至少可進行更換地收容。
5. 如請求項1或2之紫外線燈之劣化檢測裝置，其更包括遮斷機構，該遮斷機構遮斷自上述紫外線燈放射之紫外線及可見光線中之上述紫外線。
6. 一種紫外線燈之劣化檢測方法，其特徵在於包括如下步驟：使用僅接收自封入水銀及稀有氣體而成之紫外線燈放射之紫外線及由上述稀有氣體產生之可見光線中之可見光線的光檢測器，檢測該接收到之可見光線之發光強度；且基於檢測出之由上述稀有氣體產生之可見光線之光強度超過 特定之閾值而檢測上述紫外線燈之劣化。
7. 如請求項6之紫外線燈之劣化檢測方法，其更包括如下步驟：基於上述檢測出之可見光線之發光強度判定是否要更換上述紫外線燈，於應更換時通知該意旨。