TWI621152B - 低壓水銀燈以及使用低壓水銀燈的裝置 - Google Patents

Abstract

一種低壓水銀燈，係不使啟動特性及點亮特性降低，而藉由簡單的機構就能使水銀量比在習知的低壓水銀燈中所用的水銀量更少。

低壓水銀燈，係具有：管狀之發光管；一對燈絲，其設置於該發光管之內部；以及水銀及稀有氣體，其封入前述發光管之內部；且在前述發光管之外側以包圍前述燈絲的方式設置有電熱線加熱器。流水殺菌裝置，係具有：低壓水銀燈；以及圓筒狀之透明水冷套，用以包圍該低壓水銀燈。

Description

低壓水銀燈以及使用低壓水銀燈的裝置

本發明係關於一種利用於流水殺菌裝置、紫外線氧化水處理裝置等較佳的低壓水銀燈以及裝置。

低壓水銀燈係利用點亮中之水銀蒸氣壓為100Pa以下之電弧放電的燈管(lamp)，且利用於流水殺菌裝置、紫外線氧化水處理裝置等。在習知的低壓水銀燈中，係為了維持放電而在發光管內封入必要量以上的水銀。其理由在於：在水銀燈中，塗布於燈絲(filament)的電子放射物質(emitter：放射源)會在啟動時或點亮時藉由電子之撞擊而飛散，且附著於燈絲附近的發光管內壁。當如此附著後的放射源與水銀合金化時，有助於放電的水銀就會枯竭。因此，為了防止該枯竭，而要將必要量以上的水銀封入發光管內。

近年來，已知水銀是一種會對環境帶來不良影響的物質。為此，期望能極力減低水銀的使用量。然而，因市場要求更進一步的燈管長壽命化，故而很難削減過剩的水 銀。

〔先前技術文獻〕

〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開2004-31080號公報。

專利文獻2：日本特開2012-109264號公報。

如上述般，當減少水銀量時，有助於放電的水銀就有枯竭的可能性。於是，被要求一種即便減少水銀量仍不會使啟動特性及點亮特性降低的低壓水銀燈。

本發明之目的係在於提供一種不使啟動特性及點亮特性降低，而藉由簡單的機構就能使水銀量比在習知的低壓水銀燈中所用的水銀量更少的低壓水銀燈。

依據本發明，一種低壓水銀燈，具有：管狀之發光管；一對燈絲，其設置於該發光管之內部；以及水銀及稀有氣體，其封入前述發光管之內部；可在前述發光管之外側以包圍前述燈絲的方式設置有電熱線加熱器。

依據本發明，如前述低壓水銀燈，其中前述加熱器係 可在前述發光管之外周面捲繞成螺旋狀，且前述加熱器之軸線方向的中心位置係可以與前述燈絲之軸線方向的中心位置一致的方式所配置。

依據本發明，如前述低壓水銀燈，其中在將前述燈絲之軸線方向的尺寸設為L，將前述加熱器之軸線方向的尺寸設為X時，可滿足以下的關係式。

5L≦X≦10L。

依據本發明，如前述低壓水銀燈，其中更可設置有控制供給至前述加熱器之電流的加熱器控制單元，該加熱器控制單元係可在前述發光管之點亮時間的累積時間每次超過預定之限制時間時就僅以預定之加熱時間對前述加熱器供給電流。

依據本發明，如前述低壓水銀燈，其中前述水銀的量係額定功率相同且發光管之形狀及尺寸相同之既有的低壓水銀燈之水銀量的一半以下。

依據本發明，一種流水殺菌裝置，係具有：前述低壓水銀燈；以及圓筒狀之透明水冷套，用以包圍該低壓水銀燈；且前述加熱器係可在前述水冷套之內周面配置成螺旋狀，且前述加熱器之軸線方向的中心位置係可以與前述燈絲之軸線方向的中心位置一致的方式所配置。

依據本發明，可以提供一種不使啟動特性及點亮特性降低，而藉由簡單的機構就能使水銀量比在習知的低壓水銀燈中所用的水銀量更少的低壓水銀燈。

1‧‧‧低壓水銀燈

2‧‧‧流水殺菌裝置

3‧‧‧燈管及加熱器控制電路

4‧‧‧加熱器控制電路

11‧‧‧發光管

13‧‧‧基座

15‧‧‧燈絲

17‧‧‧加熱器

19、152、172‧‧‧連接端子

20‧‧‧水冷套

151‧‧‧燈絲電流供給導線

153‧‧‧燈管點亮用安定器

171‧‧‧加熱器電流供給導線

173‧‧‧加熱器加熱用電源

174‧‧‧加熱器控制單元

A-A‧‧‧中心面

L‧‧‧燈絲15之軸線方向的尺寸

X‧‧‧加熱器17之軸線方向的尺寸

圖1A係說明本發明的低壓水銀燈之構造例的示意圖。

圖1B係說明具備本發明之低壓水銀燈的流水殺菌裝置之構造例的示意圖。

圖1C係說明本發明的低壓水銀燈之燈絲與加熱器之位置關係的示意圖。

圖2A係說明本發明的低壓水銀燈之電源電路例的示意圖。

圖2B係說明具備本發明之低壓水銀燈的流水殺菌裝置之電源電路例的示意圖。

圖3A係說明本發明的低壓水銀燈之加熱器之動作例的示意圖。

圖3B係說明本發明的低壓水銀燈之加熱器之動作例的示意圖。

參照圖1A說明本發明的低壓水銀燈之構造例。在此， 在低壓水銀燈之燈管軸線的中心位置設定垂直於燈管軸線的中心面A-A。本例的低壓水銀燈係具有左右對稱於中心面A-A的形狀。因此，以下說明低壓水銀燈之一半的構造。

本例之低壓水銀燈1係具有：細長管狀的一根發光管11；基座(base)13，其設置於該發光管11之兩端；兩側共用的連接端子19；以及一對加熱器17。在發光管11內係封入有水銀及稀有氣體。一般在低壓水銀燈中，點亮中的水銀蒸氣壓係100Pa以下。雖然本發明的低壓水銀燈之水銀量，係比習知的低壓水銀燈之水銀量還十分地少，但是有關於此將於後面做詳細說明。在發光管之內部係插入有電極，亦即一對燈絲15。在各燈絲15之兩端係連接有燈絲電流供給導線151。燈絲電流供給導線151係貫通發光管11之端部，且貫通基座13並延伸至連接端子19。

本發明的低壓水銀燈1之構造與習知的低壓水銀燈之構造相較，差異點是在於設置有一對加熱器17，除此以外的構造可與習知的低壓水銀燈之構造相同。在本實施形態中，各加熱器17係沿著發光管11之外周面捲繞成螺旋狀。在本實施形態中，加熱器17可為電熱線加熱器。電熱線加熱器係藉由鐵鉻系或鎳鉻系之線材所構成，且廣為市售。

在各加熱器17之兩端係連接有加熱器電流供給導線171。加熱器電流供給導線171係沿著發光管11之外周面 延伸於軸線方向，且貫通基座13並延伸至共用的連接端子19。在本實施形態中，雖然燈絲電流供給導線151和加熱器電流供給導線171係連接於共用的連接端子19，但是亦可分別連接於各別的連接端子。

參照圖1B說明本發明的流水殺菌裝置2之構造例。在此，在流水殺菌裝置2之中心軸線的中心位置設定垂直於中心軸線的中心面A-A。本例的流水殺菌裝置2係具有左右對稱於中心面A-A的形狀。於是，以下說明流水殺菌裝置2之一半的構造。本例的流水殺菌裝置2係具有：低壓水銀燈1；透明之水冷套20，用以包圍該低壓水銀燈1；以及加熱器17，其沿著水冷套20之內面所設置。在水冷套20之外側係可供殺菌對象的水(未圖示)流動。

本例的低壓水銀燈1係與圖1A之例同樣具有：細長管狀的發光管11；基座13，其設置於該發光管11之兩端；以及兩側之燈管點亮用的連接端子152。在發光管11之內部係插入有電極，亦即一對燈絲15(參照圖1A)。在各燈絲15之兩端係連接有燈絲電流供給導線151。燈絲電流供給導線151係貫通發光管11之端部，且貫通基座13並延伸至連接端子152。

本發明的流水殺菌裝置2與習知的流水殺菌裝置之構造相較，差異點是在於設置有一對加熱器17，除此以外的 構造可與習知的流水殺菌裝置之構造相同。在本實施形態中，各加熱器17係沿著冷水套20之內面捲繞成螺旋狀。在本實施形態中，係與圖1A所示之例同樣，加熱器17可為電熱線加熱器。

在各加熱器17之兩端係連接有加熱器電流供給導線171。加熱器電流供給導線171係沿著水冷套20之內周面延伸於軸線方向，且延伸至燈絲用的連接端子172。在本實施形態中，雖然燈絲電流供給導線151和加熱器電流供給導線171係連接於各別的連接端子，但是亦可如圖1A之例般地連接於共同的連接端子。

參照圖1C，說明本實施形態中的加熱器17之位置及尺寸。在本實施形態中，加熱器17係盤繞於發光管11之外周圍的線圈狀，或沿著水冷套20之內周面所設的線圈狀。燈絲15係以正交於燈管軸線的方式所配置。加熱器17之軸線方向的中心位置，較佳是一致於燈絲15之軸線方向的中心位置。從而，加熱器17係以至少包圍燈絲15的方式所設置。加熱器17之軸線方向的尺寸X係至少比燈絲15之軸線方向的尺寸L還十分地長。依據本實施形態，加熱器17之軸線方向的尺寸X係燈絲15之軸線方向的尺寸L之5倍以上10倍以下。亦即，5L≦X≦10L。

在此說明加熱器17之作用。如上述，在低壓水銀燈1 中，塗布於燈絲15的電子放射物質(放射源)會在啟動時或點亮時藉由電子之撞擊而飛散，且附著於燈絲附近的發光管內壁。當如此附著後的放射源與水銀合金化時，有助於放電的水銀就會枯竭。藉此將使照明度降低，或造成無法點亮。亦即，發生燈管壽命的縮短化。因此，依據本發明，在燈管15之周圍設置加熱器17以局部加熱發光管11。再者，只要藉由加熱器17將發光管11局部加熱至300℃左右就足夠。藉此，能阻止放射源與水銀之合金化，或是能使附著於發光管11之合金化後的水銀還原成原來的單體水銀。如此可以確保有助於放電的水銀量。依據本發明，可以藉由設置加熱器17，來迴避燈管壽命的縮短化。

更且，依據本發明，封入發光管11的水銀量，係考慮對環境所帶來的影響，而設定成比習知的低壓水銀燈之水銀量還十分地少的值。為此，有助於放電的水銀係比習知的低壓水銀燈還更為少。然而，依據本發明，在燈絲15之周圍設置加熱器17以局部加熱發光管11。藉此，能阻止放射源與水銀之合金化，或是能使合金化後的水銀還原成原來的單體水銀。為此，即便封入發光管11內的水銀量比通常的量還少，仍不會白白浪費而可以有效地利用水銀。為此，可以迴避燈管壽命的縮短化。亦即，依據本發明，可以迴避燈管壽命的縮短化，同時能夠減少屬於環境負荷物質的水銀量。

參照圖2A，說明連接於低壓水銀燈1的電路之構造例。在此，說明適於圖1A所示的低壓水銀燈1之電路例。低壓水銀燈1係具有發光管11及加熱器17。發光管11之燈絲和加熱器17係透過共用的連接端子19而連接於燈管及加熱器控制電路3。燈管及加熱器控制電路3係具有燈管點亮用安定器153、加熱器加熱用電源173及加熱器控制單元174。藉由加熱器控制單元174就能控制加熱器17之動作。加熱器控制單元174之動作將於後面做說明。

參照圖2B，說明連接於低壓水銀燈1的電路之構造例。在此，說明適於設置於圖1B所示的流水殺菌裝置2之低壓水銀燈的電路例。設置於流水殺菌裝置2之低壓水銀燈1係具有發光管11及加熱器17。發光管11之燈絲和加熱器17係透過燈絲用的連接端子152而連接於燈管點亮用安定器153。加熱器17係透過加熱器用的連接端子172而連接於加熱器控制電路4。加熱器控制電路4係具有加熱器加熱用電源173及加熱器控制單元174。藉由加熱器控制單元174就能控制加熱器17之動作。加熱器控制單元174之動作將於後面做說明。

參照圖3A及圖3B，說明加熱器17之動作模式，亦即加熱器控制單元174之作用。依據本案發明人所獲得的知識見解，在點亮時間已超過約1000小時的時間點，可使加熱器17接通(on)。藉由使加熱器17接通，燈絲附近的發光 管11就會局部過熱，成為約300℃。藉此，點亮中合金化後的水銀就會還原成原來的單體水銀。使加熱器17接通的時間係可比較短，例如可為150秒至250秒左右。在本案發明人所進行的實驗中，使加熱器17接通的時間為180秒。

在圖3A之例中，低壓水銀燈係設為連續運轉。例如，在燈管之點亮時間每次經過預定之時間T1時，就使加熱器17接通。在圖3B之例中，低壓水銀燈係設為間歇運轉。亦即，以預定之間隔重複接通和斷開(off)。例如，燈管成為接通係在白天的T2時間(例如8小時)，燈管成為斷開係在晚上(例如16小時)。在此情況下，加熱器17係在低壓水銀燈1之點亮時間的累積值每次經過預定之時間T1時，就使加熱器17接通。

在圖3A之例中，雖然是在點亮中使加熱器17接通，但是在圖3B之例中，是在點亮中或熄滅中使加熱器17接通。點亮時間T1，例如可為1000小時，使加熱器17接通的時間可為180秒。藉此，點亮中合金化後的水銀就會還原成原來的單體水銀。

加熱器：每1000h接通(180秒)

參照表1及表2，說明本案發明人所進行的實驗。實驗中所使用的低壓水銀燈1之額定功率為240W，弧長(arc length)為1500mm，發光管11之外徑為15mm，水冷套20之內徑為25mm。如表1所示，在習知例及比較例中，並未裝設加熱器15。在實施例1及2中係有裝設加熱器17。加熱器17係依每1000小時接通180秒。藉由使加熱器17接通，燈絲15之周圍的發光管之溫度就能至少維持在300℃。封入發光管11的水銀量當將習知例的水銀量假設為100%時，比較例、實施例1及實施例2的情況，就分別成為50%、50%、20%。

在此實驗中，係針對比較例、實施例1及實施例2，測定出照明度維持率及燈管壽命。照明度維持率係將開始點亮時的照明度作為基準(100%)，並以百分率來表示經過預定時間後的照明度。將照明度維持率成為70%以下的時間點判定為燈管壽命。低壓水銀燈1的燈管壽命，通常為6000小時。在此實驗中，係針對比較例、實施例1及實施例2，就低壓水銀燈1和流水殺菌裝置2之兩者進行判定。然而，在低壓水銀燈1和流水殺菌裝置2方面，照明度維持率為相同。

如表1所示，在點亮時間已經過6000小時的時間點，比較例的低壓水銀燈變成不點亮。又，習知例、實施例1及實施例2的低壓水銀燈之照明度維持率，為70%、72%、 70%。如表2所示，在點亮時間已經過10000小時的時間點，習知例的照明度維持率為70%，實施例1的照明度維持率為72%。

根據以上能獲得以下的知識見解。首先，比較檢討習知例和比較例。兩者都不設置加熱器。在比較例中，係使水銀量減少了50%。結果，燈管壽命變得比6000小時還短。根據此，當不設置加熱器，而單純使水銀量減少時，燈管壽命就會變短，而不佳。其次，比較習知例和實施例1及實施例2。無論哪一個，燈管壽命都超過6000小時。從而，即便使水銀量減少，藉由設置加熱器，燈管壽命仍不會變得比6000小時短，亦即，可以保持額定燈管壽命。比較實施例1和實施例2。如表2所示，兩者的燈管壽命都超過6000小時。雖然在實施例1中燈管壽命超過10000小時，但是在實施例2中無法超過10000小時。因此，在燈管壽命為10000小時以上較佳的情況下，水銀量可設為通常的50%左右。

以上，雖然已針對本實施形態的低壓水銀燈及流水殺菌裝置加以說明，但是此等為例示，並非限制本發明的範圍。該發明所屬技術領域中具有通常知識者對本實施形態所能易於完成的追加、刪除、變更、改良等，係涵蓋在本發明的範圍內。本發明之技術範圍係藉由所附的申請專利範圍之記載所決定。

Claims (5)

1. 一種低壓水銀燈，係具有：管狀之發光管；一對燈絲，其設置於前述發光管之內部；以及水銀及稀有氣體，係封入前述發光管之內部；在前述發光管之外側設置有：電熱線加熱器，以包圍前述燈絲的方式配置；以及加熱器控制單元，用以控制供給至前述電熱線加熱器之電流；前述加熱器控制單元係在前述發光管之點亮時間的累積時間每次超過預定之限制時間時，就僅以預定之加熱時間對前述電熱線加熱器供給電流而局部地加熱前述發光管之前述燈絲附近的部分。
2. 如請求項1所記載之低壓水銀燈，其中前述電熱線加熱器係在前述發光管之外周面捲繞成螺旋狀，且前述電熱線加熱器之軸線方向的中心位置係以與前述燈絲之軸線方向的中心位置一致的方式所配置。
3. 如請求項1所記載之低壓水銀燈，其中在將前述燈絲之軸線方向的尺寸設為L，將前述電熱線加熱器之軸線方向的尺寸設為X時，滿足以下的關係式，5L≦X≦10L。
4. 如請求項1所記載之低壓水銀燈，其中前述水銀的量係額定功率相同且發光管之形狀及尺寸相同之既有的低壓水銀燈之水銀量的一半以下。
5. 一種流水殺菌裝置，係具有：請求項1所記載之低壓水銀燈；以及圓筒狀之透明水冷套，用以包圍前述低壓水銀燈；前述電熱線加熱器係在前述水冷套之內周面配置成螺旋狀，且前述電熱線加熱器之軸線方向的中心位置係以與前述燈絲之軸線方向的中心位置一致的方式所配置。