JP3624999B2 - 無電極放電ランプユニット及び液体処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電極を有しない無電極放電ランプユニットと、この無電極放電ランプユニットから照射される紫外線で水処理を行う液体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無電極放電ランプとして、例えば、図７に示すような特公昭６２−１６３２９７に公開されているものがある。この例において、水銀や希ガスを封入した円筒状放電管１の外周に複数の励起コイル２ａ，２ｂ，２ｃが巻回され、これら励起コイル２ａ，２ｂ，２ｃは並列接続されている。このような無電極放電ランプのコイル２ａ，２ｂ，２ｃに高周波発振機３から高周波電流を供給すると、円筒状放電管１内に３個の発光領域が形成され、紫外線（ＵＶ）が照射される。
【０００３】
ここで、励起コイルを複数に分割して並列接続した理由は、励起コイルを並列化することにより、高周波発振機３（高周波電源）から見た励起コイルのインダクタンスを低下させて、定常的に高い電圧を励起コイルに掛けないようにして、高周波発振機３などの回路設計を有利にするためである。
【０００４】
上記のような無電極放電ランプは汚水などに紫外線を照射して殺菌する液体処理装置に使用されている。この液体処理装置は流水中に水没した無電極放電ランプにより、流水殺菌を行う装置であるが、このままでは流水が放電管の管壁に直接触れるため、放電管の管壁の温度がほぼ水温近くに低下してしまう。
【０００５】
ここで、図８は放電管の最冷部と放電管から照射される紫外線の強度の関係を示した特性図である。この特性図から、放電管の最冷部が水温により、３０℃から１０℃付近に低下すると、照射される紫外線の強度が、放電管の最冷部が４０℃付近の最も紫外線の強度が大きい場合に比べて、１／２〜１／３になることが分かる。従って、従来の無電極放電ランプを流水中に水没させると、放電管内に封入されている水銀又は希ガスから照射される紫外線の照射効率が低下するという不具合が生じたり、或いは始動性が悪化するという不具合がある。このため、従来の液体処理装置で、この種の無電極放電ランプを使用したものでは、流水中に水没させた無電極放電ランプから照射される紫外線の量が不足して、期待したとおりの十分な殺菌処理を行えないという不具合がある。
【０００６】
そこで、上記不具合を回避するため、無電極放電ランプを密閉された容器（外囲器）に収容し、この容器毎水没させることにより、放電管の管璧に直接水が触れないようにすると共に、放電管を前記容器で保温することにより、放電管の管璧の温度を低下させないようにして、放電管からの紫外線の照射効率を低下させないようにする公知例がある。このような公知例では、前記容器中に放電管を機械的安定な形で収容しないと、前記容器中の放電管が動いて、放電管が容器の壁面などに衝突することにより破損する恐れがある。このため、前記容器中に放電管を固定する支持構造が必要であるが、この支持構造が複雑であったり、特殊な部材を用いると、無電極放電ランプの製造コストが高くなるという不具合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、放電管の外周部に巻回された励起コイルに高周波電流を流して点灯する従来の無電極放電ランプを容器に収容し、この容器毎流水中に水没させて流水殺菌を行う液体処理装置では、容器内の放電管の破損を防止するために前記容器中に放電管を固定する支持構造が必要で、この支持構造が複雑であったり、特殊な部材を用いると、無電極放電ランプの製造コストが高くなるという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、水中で用いても、紫外線照射効率が落ちず、且つ放電管を容器に簡単な構造で支持して安価で機械的安定性が高い無電極放電ランプユニットと、この無電極放電ランプユニットを用いた信頼性の高い液体処理装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、断面がリング状の空間部分を有する外管とこの外管の中空部を形成し且つ前記外管よりも長い内管とにより構成され、前記外管に水銀又は希ガスを封入した放電管と；この放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルと；前記放電管と励起コイルを収容する少なくとも一部が紫外線透過部材で形成され、且つ前記放電管の内管の両先端を内壁面で支持する水密構造の容器と；前記励起コイルに高周波電流を供給する一対のリード線と；これら一対のリード線を前記容器内に導入する水密構造の１個又は２個の導入孔と；を具備している。
【００１０】
このような構成により、前記容器の内壁面は前記放電管の内管の両先端を支持するため、この放電管を容器内に固定し、放電管は容器内を動けなくなる。前記導入孔を通して前記容器内に挿入されているリード線から容器内の励起コイルに高周波電流が供給されると、放電管が点灯し、封入された水銀などから紫外線が放射される。この時、容器を水中などに水没させていても、放電管の管壁に水が直接触れることがないのと、放電管の発熱と容器の保温効果により、放電管の温度が水温より低下することがなく、４０℃付近を維持する。これにより、放電管内の水銀の温度が低下することなく、良好な放射効率で紫外線が照射される。
【００１１】
請求項２の発明の前記容器は、紫外線透過部材で形成された円筒状の管と；この管の開放部分を密閉する一対のフランジとにより構成され；且つ、これら一対のフランジにより前記放電管の内管の両先端が支持されている。
【００１２】
このような構成により、前記容器を構成する一対のフランジの内側により前記放電管の内管の両先端が挟まれて支持され、前記放電管を容器内に固定する。
【００１３】
請求項３の発明の前記容器は、紫外線透過部材で形成された円筒状の管と；この管の開放部分を密閉する一対のフランジとにより構成され；且つ、前記放電管の内管の両先端は前記一対のフランジに挿入されている。
【００１４】
このような構成により、前記容器を構成する一対のフランジに前記放電管の内管の両先端が挿入されて支持され、前記放電管を容器内に固定する。
【００１５】
請求項４の発明は、断面がリング状の空間部分を有する外管とこの外管の中空部を形成し且つ前記外管よりも長い内管により構成され、前記外管に水銀又は希ガスを封入した放電管と；この放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルと；前記放電管と励起コイルを収容する少なくとも一部が紫外線透過部材で形成され、且つ前記放電管の内管の一先端の開口部を嵌合する貫通孔及び前記内管の他端を貫通させて内管の延長部を外部に出す貫通孔を壁面に設けた水密構造の容器と；前記励起コイルに高周波電流を供給する一対のリード線と；これら一対のリード線を前記容器内に導入する水密構造の１個又は２個の導入孔と；を具備している。
【００１６】
このような構成により、前記容器の壁面に設けられた貫通孔は前記放電管の内管の一先端を嵌合し、前記壁面に対抗する壁面に設けられた貫通孔は前記内管の他端の延長部を貫通させて内管を支持するため、前記放電管は前記容器内に固定される。前記導入孔を通して前記容器内に挿入されているリード線から容器内の励起コイルに高周波電流が供給されると、放電管が点灯し、外管に封入された水銀などから紫外線が放射される。この時、容器を水中などに水没させていても、放電管の外管の管壁に水が直接触れることがないのと、放電管の発熱と容器の保温効果により、放電管の温度が水温より低下することがなく、４０℃付近を維持する。これにより、放電管内の水銀の温度が低下することなく、良好な放射効率で紫外線が照射される。同時に、容器の貫通孔から外部に出ている前記放電管の内管の延長部分の開口部より図示されないコンプレッサで前記内管に空気を送り込むと、内管内の空気が前記放電管の外管から照射される紫外線を浴びてオゾンを発生し、このオゾンが前記容器の他方の貫通孔から水中内に噴射され、このオゾンによる流水の殺菌が行われる。
【００１７】
請求項５の発明は、前記放電管の内管の一先端の開口部を嵌合する前記容器の壁面に穿かれた貫通孔の開口部に、液体の侵入を防止すると共に通気性を有する多孔質部材のフィルタを設けている。
【００１８】
このような構成により、前記放電管の内管で発生したオゾンが空気と共に、前記容器の壁面に穿かれた貫通孔の開口部を塞ぐ多孔質のフィルタを通して、水中に無数の気泡となって噴射されることにより、オゾンが広範囲の水に触れて、この水の殺菌を行う。
【００１９】
請求項６の発明の前記放電管の外周部に巻回された励起コイルは、複数に分割されたそれぞれが独立したコイルであり、且つこれら複数の励起コイルは前記一対のリード線に並列に前記容器内で接続されている。
【００２０】
このような構成により、前記一対のリード線から見た励起コイルのインダクタンスが低下するため、前記励起コイルに常時印加する高周波電圧は低くても、前記放電管は点灯するため、前記一対のリード線の他方側には、図示されない高周波電源から低い高周波電圧が印加される。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１乃至３いずれか１に記載の無電極放電ランプユニットと；この無電極放電ランプユニットを内部に配置し、且つこの内部に被処理水を流す流水管と；前記無電極放電ランプユニットから出る一対のリード線を前記流水管の外部に引き出す水密構造の引き出し孔と；この引き出し孔から引き出された一対のリード線に高周波電流を供給する高周波電源と；を具備している。
【００２２】
このような構成により、高周波電源から出力された高周波電流は、前記流水管の引き出し孔から引き出された一対のリード線を通して、前記流水管内部の無電極放電ランプユニットに供給されて、この無電極放電ランプユニットを流水中で点灯させる。前記無電極放電ランプユニットは水没して使用しても、紫外線照射効率が落ちずに点灯し、十分な量の紫外線を流水中に照射して、殺菌を行う。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項４乃至６いずれか１記載の無電極放電ランプユニットと；この無電極放電ランプユニットを内部に配置し、且つこの内部に被処理水を流す流水管と；前記無電極放電ランプユニットから出る一対のリード線を前記流水管の外部に引き出す水密構造の引き出し孔と；前記無電極放電ランプユニットの容器から外部に出ている内管の延長部を前記流水管の外部に取り出すために前記流水管の管壁に設けられる水密構造の貫通孔と；前記引き出し孔から引き出された一対のリード線に高周波電流を供給する高周波電源と；前記流水管の管壁に設けられた貫通孔から外部に出ている前記内管の延長部の先端開口部から酸素を含んだ気体を送り込むコンプレッサと；を具備している。
【００２４】
このような構成により、高周波電源から出力された高周波電流は、前記流水管の引き出し孔から引き出された一対のリード線を通して、前記流水管内部の無電極放電ランプユニットに供給されて、この無電極放電ランプユニットを流水中で点灯させる。前記無電極放電ランプユニットは水没して使用しても、紫外線照射効率が落ちずに点灯し、十分な量の紫外線を流水中に照射して、殺菌を行う。前記コンプレッサは前記流水管の管壁に設けられる水密構造の貫通孔から出ている前記無電極放電ランプユニットの内管の延長部から例えば空気を送り込む。これにより、前記無電極放電ランプユニットの内管に送り込まれた空気はオゾンを発生し、前記流水管内に噴出して、流水を殺菌したり、流水中の有機物を分解する。
【００２５】
請求項９の発明は、前記無電極放電ランプユニットに近接した前記流水管の内壁面に光半導体部材を塗布している。
【００２６】
このような構成により、無電極放電ランプユニットから照射された紫外線が流水中を通って、前記流水管の内壁に至ると、この内壁に塗布されている光半導体部材に当たり、この光半導体部材から活性電子が発生し、この活性電子により流水が殺菌されたり、含まれている有機物が分解され、前記紫外線による水の殺菌や前記オゾンによる水の殺菌と有機物の分解に相乗される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の無電極放電ランプユニットの第１の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図である。１１は断面がリング状の２重管構造の放電空間を形成する例えば石英などにより形成された放電管で、外管１１ａと内管１１ｂから構成されている。１２は放電管１１の外管１１ａの外周部に巻回された励起コイルで、それぞれのコイルは独立している。１３は円筒状の例えば石英、アルミナ、セラミックスなどの紫外線透過部材で形成された外管１３ａと、この外管１３ａの開放端を密閉して水などの被処理水が外管１３ａの内部に侵入しないようにする円形のプラスチック又は金属等で形成されたフランジ１３ｂ１、１３ｂ２により構成される外囲器（容器）で、放電管１１を収容するに十分な直径を有している。１４は一対のリード線１５を外囲器１３内部に導入するための導入孔で、水などの被処理水が外囲器１３の内部に侵入しないような水密構造になっている。１５は高周波電流を励起コイル１２に供給するセラミックス等の絶縁体で覆われたリード線である。尚、このリード線１５は外囲器１３内部で、励起コイル１２に接続されている。１６は被処理水（流水１００）が流れる鉄管等で出来た流水管で、その内部に外囲器１３を収容するに十分な径を有している。１７はリード線１５を流水管１６の外部に引き出す水密構造の引き出し孔で、内部の流水（被処理水）１００が外部に漏れないような水密構造になっている。
【００２８】
次に本実施の形態の構成と動作について説明する。放電管１１と、この放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２より構成されている無電極放電ランプは、外囲器１３の内部に収容されている。放電管１１の外管１１ａ内には希ガスと水銀が封入されている。放電管１１の外周部に巻回された励起コイル１２は、フランジ１３ｂ１に設けられている一対の導入孔１４から挿入されている一対のリード線１５に並列に接続されている。これら一対のリード線１５は流水管１６に設けられた引き出し孔を通って、流水管１６の外部に引き出されている。
【００２９】
ここで、放電管１１を構成する内管１１ｂは放電管１１を構成する外管１１ａよりも長く、その両端部は両側のフランジ１３ｂ１、１３ｂ２内に挿入されている。これにより、フランジ１３ｂ１、１３ｂ２により内管１１ｂが支持され、放電管１１が外囲器１３内で動かないように固定される。
【００３０】
流水管１６の外部に引き出されたリード線１５には、図示されない高周波電源から高周波電流が供給されるため、この高周波電流は放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２に供給される。これにより、放電管１１の内部に放電が生じ、この内部に封入されている水銀原子が放電で励起され、殺菌に有効な２５４ｎｍ、１８５ｎｍなどの紫外線を照射する。照射された紫外線は外囲器１３の外管１３ａの壁面を透過して流水管１６の内部に照射される。流水管１６の内部を流れる流水１００は上記した紫外線により殺菌処理されて下流に流れて行く。
【００３１】
ところで、放電管１１は外囲器１３内にあるため、放電管１１の管璧には直接被処理水が触れることがない。このため、一度点灯してしまえば、放電管１１から発生する熱と外囲器１３による保温効果により、放電管１１の管璧が被処理水の温度に低下してしまうことがなく、水銀原子からの紫外線照射効率がよい４０℃付近を保持する。
【００３２】
本実施の形態によれば、放電管１１の支持機構として特別な部材などを設けることなく、２重管を構成する放電管１１の内管１１ｂの両先端を外囲器１３を構成するフランジ１３ｂ１、１３ｂ２で支持する簡単な構成で、放電管１１を外囲器１３内に固定することができる。このため、放電管１１が外囲器１３内を動くことがなくなり、放電管１１が外囲器１３の壁面などに衝突して放電管１１が破損するなどの事故を無くすことができるだけでなく、放電管１１の支持機構が放電管１１から照射される紫外線を遮ることがなくなり、紫外線の照射効率を良好に保つことができる。また、放電管１１の支持機構が簡単なため、製造が容易となり、無電極放電ランプユニットの製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、放電管１１と励起コイル１２より構成される無電極放電ランプは外囲器１３内に収容されているため、被処理水である流水１００が直接放電管１１の管璧に触れることがないことと、外囲器１３の保温効果により、点灯中の放電管１１の管璧を４０℃付近に保持することができる。このため、無電極放電ランプから照射される紫外線照射効率は設計通りとなり、流水１００に対して期待通りの殺菌効果を得ることができる。
【００３４】
更に、放電管１１の外管１１ａの外壁と外囲器１３の外管１３ａの内壁との間隔は、励起コイル１２の直径位から、この直径の１／１０になるように構成されている。このため、外囲器１３の外側を流れる水の誘電率が励起コイル１２のインダクタンスに影響を与えることがなくなり、励起コイル１２から放電管１１の内部に効率良く電磁エネルギーを供給することができる。
【００３５】
尚、放電管１１を構成する内管１１ｂの両先端を両側のフランジ１３ｂ１、１３ｂ２により挟んで、押圧力を掛けることにより、内管１１ｂを両側のフランジ１３ｂ１、１３ｂ２により支持する構成としても、同様の効果がある。即ち、放電管１１の内管１１ｂはフランジ１３ｂ１、１３ｂ２との何らかの関係により支持されればよい。また、本例の放電管１１から照射される紫外線の殺菌対象は流水のみならず、水を含んだ液体又は、流動状の化学物質でも良く、同様の効果がある。
【００３６】
図２は本発明の無電極放電ランプユニットの第２の実施の形態を示した一部破砕斜視図である。外囲器１３内に収容された無電極放電ランプの放電管１１の外周部には、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃが巻回されていると共に、放電管１１の長手方向に沿って一対のワイヤー１９が配置されている。一対のワイヤー１９は放電管１１の外周部に極めて近接して配置され、また、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃはこれら一対のワイヤー１９に電気的に並列に接続されている。更に、一対のワイヤー１９の一端は外囲器１３のフランジ１３ｂ１に設けられた導入孔１４から外囲器１３内部に挿入された一対のリード線１５に接続されている。放電管１１は外管１１ａと内管１１ｂで構成される２重管構成で、外管１１ａより長い内管１１ｂの先端イがフランジ１３ｂ１の中央に穿かれた貫通孔２０に挿入され、他方の端部は反対側のフランジ１３ｂ２の中央に穿かれた貫通孔２０を貫通して、外囲器１３の外側に出ている。外囲器１３の外側に出た内管の延長部ハは途中でほぼ直角に折れ曲がり、流水管１６の壁面に穿かれた水密構造の貫通孔２３を通して、流水管１６の外部に引き出されている。また、フランジ１３ｂ１に穿かれた貫通孔２０の開口部には多孔質のフィルタ（多孔質部材）２２が装着されている。
【００３７】
尚、放電管１１は内管１１ｂの先端イの部分がフランジ１３ｂ１の貫通孔２０に挿入され、反対側の端部ロの部分がフランジ１３ｂ２の貫通孔を貫通しているため、放電管１１はフランジ１３ｂ１、１３ｂ２で支持されて、固定されている。他の構成は図１に示した第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
次に本実施の形態の動作について説明する。流水管１６の引き出し孔１７から外部に引き出されたリード線１５には、図示されない高周波電源から高周波電流が供給されるため、この高周波電流は放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃに供給される。これにより、放電管１１の外管１１ａの内部に放電が生じ、殺菌に有効な２５４ｎｍ、１８５ｎｍなどの紫外線が照射される。照射された紫外線は外囲器１３を透過して流水管１６の内部を流れる流水１００に照射され、流水１００を殺菌する。これと同時に、流水管１６の外部に貫通孔２３から引き出された内管１１ｂの延長部分ハには図示されないコンプレッサが接続され、このコンプレッサから空気が内管１１ｂの延長部ハから送り込まれる。これにより、内管１１ｂ内の空気は外管１１ａ内の放電空間から照射される紫外線を浴びて、オゾンを発生し、このオゾンを含んだ空気が、多孔質のフィルタ２２から無数の気泡になって、流水中に噴出し、オゾンに触れた流水１００を殺菌する。ここで、外管１１ａは普通石英、即ち水銀放射の２５３ｎｍを良く透過する石英で作られており、内管１１ｂはオゾン生成効率を高めるために、１８５ｎｍの紫外線通過率の高い所謂合成石英で作られている。また、フィルタ２２は多孔性のセラミックス等でできており、内管１１ｂ内部に被処理水を侵入させないと共に、内管内の空気を流水中に噴出する通気性を有している。
【００３９】
本実施の形態によれば、放電管１１の支持機構として特別な部材などを設けることなく、２重管を構成する放電管１１の内管１１ｂの両先端を外囲器１３を構成するフランジ１３ｂ１、１３ｂ２で支持する簡単な構成で、放電管１１を外囲器１３内に固定することができると共に、一方の内管１１ｂの先端をフランジ１３ｂ２を貫通させて外囲器１３の外側に引き出して、この内管１１ｂの延長部ハを内管１１ｂに空気を送り込む通路としているため、内管１１ｂにオゾン発生のための空気を送る構成を著しく簡単にでき、無電極放電ランプの製造を容易且つ低価格とすることができる。
【００４０】
また、内管１１ｂに空気を送る延長部ハは放電管１１の軸中心部から外側に引き出されているため、放電管１１の外管１１ａ内の放電空間から照射される紫外線を遮ることがなく、効率良く紫外線を流水１００中に照射することができる。
【００４１】
更に、放電管１１の内管１１ｂ側に照射された紫外線は、内管１１ｂ内に送り込まれる空気をオゾン化し、このオゾンは水中に噴射されて、流水１００の殺菌に使用されるため、放電管１１により照射される紫外線を有効利用することができると共に、流水１００に対して紫外線による殺菌のみならず、オゾンによる殺菌も行うことができ、効率のよい殺菌を行うことができる。
【００４２】
また、放電管１１に巻回された励起コイルは複数に分割されて、リード線１５に並列接続されているため、リード線１５側から見た励起コイルのインダクタンスが低くなって、流水１００の誘電率による悪影響を少なくすることができると共に、励起コイルに高電圧を定常的に印加する必要がなくなるため、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃに高周波電流を供給する図示されない高周波電源の回路設計などを容易にすることができる。
【００４３】
更に、外囲器１３の内部に導入されたリード線１５から複数の励起コイルに電流経路を分割するので、外囲器１３のフランジ１３ｂ１に設けられる導入孔１４の個数は多くとも２個とすることが出来、外囲器１３の製造コストを低減するのみならず、導入孔１４の水密構造からの水漏れの危険性を減少させて、外囲器１３の信頼性を向上させることができる。その他に、図１に示した第１の実施の形態と同様の効果がある。尚、内管１１ｂの先端がフランジ１３ｂ１に穿かれた貫通孔２０を通って、フランジ１３ｂ１の外部に突出しており、この突出した内管１１ｂの開口部に前記多孔性の蓋が装着される構成を採っても、同様の効果がある。
【００４４】
図３は本発明の無電極放電ランプユニットの第３の実施の形態を示した一部破砕斜視図である。本例では、外囲器１３内に収容された無電極放電ランプに近接した流水管１６の内壁に、酸化チタン等の光半導体部材２４を塗布してある。このように無電極放電ランプの近くに配された光半導体部材２４は、無電極放電ランプから照射される紫外線を受けると、活性電子を発生する。光半導体部材２４から発生した活性電子は流水１００を殺菌したり、或いは流水１００中の有機物の分解を行う。他の構成は図２に示した第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
本実施の形態によれば、流水１００を通過してきたこのままでは無駄になる紫外線を光半導体部材２４に当てて活性電子を発生させ、前記紫外線及びオゾンによる流水１００の殺菌や有機物の分解効果に相乗して、前記光半導体部材２４から発生した活性電子により流水１００の殺菌や流水１００中の有機物の分解を行うため、更に効率的な水処理を行うことができる。他の効果は図２に示した第２の実施の形態の効果と同様である。尚、本例の無電極放電ランプユニットは図１に示したものを用いてもよく、この場合は紫外線と活性電子によって流水１００の殺菌が行われる。
【００４６】
図４は本発明の無電極放電ランプユニットの第４の実施の形態を示した図である。本例も、２重管を構成する放電管１１の外管１１ａより長い内管１１ｂの先端に、外囲器１３を構成するフランジ１３ｂ１，１３ｂ２により若干の押圧力をかけて、この内管１１ｂを支持することにより、放電管１１を外囲器１３内に固定している。また、内管１１ｂの外管１１ａから突出した部分に、外管１１ａの外周に巻回した３本の励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの端部を巻くと共に、これら端部を内管１１ｂに近接したところで、ワイヤー１９に電気的に並列接続している。尚、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれが外管１１ａの外周部の全面に亙って斑なく巻回されている。
【００４７】
本実施の形態によれば、内管１１ｂの外管１１ａから突出した部分に、３本の励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの端部を巻回して固定し、この部分でワイヤー１９に電気的に並列接続しているため、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃへの並列接続配線を簡単な構成で放電管１１の軸中心でしかも、外管１１ａの外側に固定配置することができ、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃへの並列接続配線を機械的に極めて安定な状態にすることができる、しかも、前記並列接続配線が外囲器１３の内部に突出しないため、外囲器１３の内部のスペース性を良好に保持することができると共に、前記並列接続配線が放電管１１から照射される紫外線を遮ることがなく、紫外線を流水１００中に効率良く照射することができる。
【００４８】
図５は本発明の液体処理装置の第１の実施の形態の構成を示したブロック図である。例えば図１に示したのと同一構成を有する無電極放電ランプユニット５０が流水管１６内に配置されている。この無電極放電ランプユニット５０に接続されているリード１５線は、流水管１６の管壁に設けられた引き出し孔１７から外部に引き出されて、高周波電源４０に接続され、この高周波電源４０から高周波電流が前記無電極放電ランプユニット５０に供給される。流水管１６は水道管４２と接続部４１により接続され、図中左側の水道管４２から水が流水管１６に流れ込む。流水管１６に流れ込んだ水は無電極放電ランプユニット５０から発生する紫外線の照射を受けて殺菌され、殺菌済みの水が流水管１６から図中右側の水道管４２に流れ出る。
【００４９】
本実施の形態によれば、無電極放電ランプユニット５０は放電管が外囲器内に収容されて流水に直接触れないため、放電管の管璧の温度を４０℃付近に保持して、紫外線照射効率を落とすことがないため、設計通りの紫外線を流水管１６内の流水中に照射することができる。また、放電管が外囲器内に固定されているため、放電管が外囲器内で動いて破損することがないため、本例の装置は流水管１６を流れる流水に対しては期待通りの殺菌効果を安定に発揮することができる。尚、無電極放電ランプユニット５０は図４に示したものを使用しても、同様の効果がある。
【００５０】
図６は本発明の液体処理装置の第２の実施の形態の構成を示したブロック図である。例えば図２に示したのと同一構成を有する無電極放電ランプユニット５０が流水管１６内に配置されている。この無電極放電ランプユニット５０に接続されているリード１５線は、流水管１６の管壁に設けられた引き出し孔１７から外部に引き出されて、高周波電源４０に接続され、この高周波電源４０から高周波電流が前記無電極放電ランプユニット５０に供給される。
【００５１】
また、無電極放電ランプユニット５０から流水管１６の外部に引き出された内管の延長部ハはコンプレッサ６０に接続され、このコンプレッサ６０から空気が前記無電極放電ランプユニット５０の放電管の内管に送り込まれる。前記内管に送り込まれた空気は紫外線を浴びて、オゾンを発生する。一方、流水管１６は水道管４２と接続部４１により接続され、図中左側の水道管４２から水が流水管１６に流れ込む。流水管１６に流れ込んだ水は無電極水ランプユニット５０から発生する紫外線の照射を受けて殺菌されると共に、同無電極放電ランプユニット５０から発生するオゾンによって殺菌され、殺菌済みの水が流水管１６から図中右側の水道管４２に流れ出る。
【００５２】
本実施の形態によれば、無電極放電ランプユニット５０から照射される紫外線や同ユニット５０から噴射されるオゾンの両方により、流水が殺菌されるため、流水を極めて効率的に殺菌することができる。他の効果は図５に示した第１の実施の形態と同様である。尚、無電極放電ランプユニット５０として、図３に示したものを使用すれば、流水に対する殺菌を、紫外線とオゾンに加えて、活性電子でも行うため、更に流水の殺菌効率を向上させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上記述した如く請求項１の発明によれば、放電管を密閉された容器内に収納する際に、前記容器の内壁面で、放電管の内管の両先端を支持することにより、放電管を容器に簡単な構造で支持することができ、これにより放電管を固定して、放電管が容器内部で動くことによる放電管の破損などを防止することができる。また、放電管を密閉された容器内に収容した構造となっているため、流水中に水没させても、放電管の表面温度が低下しないため、照射する紫外線の照射効率を良好に保持することができる。
【００５４】
請求項２の発明によれば、一対のフランジの内面により前記放電管の内管の両先端を挟んで支持することにより、放電管を固定することができる。
【００５５】
請求項３の発明によれば、一対のフランジに前記放電管の内管の両先端をフランジに挿入して支持することにより、放電管を確実に固定することができる。
【００５６】
請求項４の発明によれば、放電管を密閉された容器内に収納する際に、前記容器の内壁面に穿かれた貫通孔に放電管の内管の一方の先端を嵌合し、前記内壁面の反対側に穿かれた貫通孔に前記内管の延長部を貫通させて、容器内に支持することにより、放電管を容器に簡単な構造で支持することができ、これにより放電管を固定して、放電管が容器内部で動くことによる放電管の破損などを防止することができる。また、放電管を密閉された容器内に収容した構造となっているため、流水中に水没させても、放電管の表面温度が低下しないため、紫外線の照射効率を良好に保持することができる。更に、容器を貫通して容器の外側に出てきた前記内管の延長部から空気を内管内に送って、この空気に内管側に照射された紫外線を当ててオゾンを発生することにより、紫外線に加えて、オゾンによる殺菌も行うことができ、流水に対する殺菌効率を著しく向上させることができる。
【００５７】
請求項５の発明によれば、内管内のオゾンを含んだ空気が多孔質部材のフィルタにより無数の気泡となって流水中に噴射されるため、オゾンによる流水の殺菌を効果的に行うことができる。
【００５８】
請求項６の発明によれば、励起コイルのインダクタンスが下がるため、この励起コイルに高周波電流を供給する高周波電源の出力電圧を常時高くする必要がなくなり、高周波電源の設計を容易とすることができる。
【００５９】
請求項７の発明によれば、流水中に水没させても紫外線照射効率が落ちない無電極放電ランプユニットを用いているため、被処理水に対する期待通りの殺菌処理を行うことができる。
【００６０】
請求項８の発明によれば、流水中に水没させても紫外線照射効率が落ちない無電極放電ランプユニットを用いているため、被処理水に対する紫外線の照射効率が落ちないだけでなく、紫外線に加えて、オゾンを流水中に噴射して殺菌を行うため、極めて効率のよい流水殺菌を行うことができる。
【００６１】
請求項９の発明によれば、放電管から照射された紫外線を受けて光半導体部材から活性電子が発生するため、前記紫外線及びオゾンに加えて活性電子も流水等の殺菌又は有機物の分解に寄与することにより、水処理効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無電極放電ランプユニットの第１の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図。
【図２】本発明の無電極放電ランプユニットの第２の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図。
【図３】本発明の無電極放電ランプユニットの第３の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図。
【図４】本発明の無電極放電ランプユニットの第４の実施の形態の構成を示した図。
【図５】本発明の液体処理装置の第１の実施の形態の構成を示した概略図。
【図６】本発明の液体処理装置の第２の実施の形態の構成を示した概略図。
【図７】従来の無電極放電ランプ点灯装置の一例を示した概略図。
【図８】放電管の最冷部と放電管から照射される紫外線の強度の関係を示した特性図。
【符号の説明】
１１ 放電管
１１ａ、１３ａ 外管
１１ｂ 内管
１２、１２ａ〜１２ｃ 励起コイル
１３ 外囲器
１３ｂ１、１３ｂ２ フランジ
１４ 導入孔
１５ リード線
１６ 流水管
１７ 引き出し孔
１９ ワイヤー
２０、２３ 貫通孔
２２ フィルタ
２４ 光半導体部材
４０ 高周波電源
４１ 接続部
４２ 水道管
４３ コンプレッサ
５０ 無電極放電ランプユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は電極を有しない無電極放電ランプユニットと、この無電極放電ランプユニットから照射される紫外線で水処理を行う液体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無電極放電ランプとして、例えば、図７に示すような特公昭６２−１６３２９７に公開されているものがある。この例において、水銀や希ガスを封入した円筒状放電管１の外周に複数の励起コイル２ａ，２ｂ，２ｃが巻回され、これら励起コイル２ａ，２ｂ，２ｃは並列接続されている。このような無電極放電ランプのコイル２ａ，２ｂ，２ｃに高周波発振機３から高周波電流を供給すると、円筒状放電管１内に３個の発光領域が形成され、紫外線（ＵＶ）が照射される。
【０００３】
ここで、励起コイルを複数に分割して並列接続した理由は、励起コイルを並列化することにより、高周波発振機３（高周波電源）から見た励起コイルのインダクタンスを低下させて、定常的に高い電圧を励起コイルに掛けないようにして、高周波発振機３などの回路設計を有利にするためである。
【０００４】
上記のような無電極放電ランプは汚水などに紫外線を照射して殺菌する液体処理装置に使用されている。この液体処理装置は流水中に水没した無電極放電ランプにより、流水殺菌を行う装置であるが、このままでは流水が放電管の管壁に直接触れるため、放電管の管壁の温度がほぼ水温近くに低下してしまう。
【０００５】
ここで、図８は放電管の最冷部と放電管から照射される紫外線の強度の関係を示した特性図である。この特性図から、放電管の最冷部が水温により、３０℃から１０℃付近に低下すると、照射される紫外線の強度が、放電管の最冷部が４０℃付近の最も紫外線の強度が大きい場合に比べて、１／２〜１／３になることが分かる。従って、従来の無電極放電ランプを流水中に水没させると、放電管内に封入されている水銀又は希ガスから照射される紫外線の照射効率が低下するという不具合が生じたり、或いは始動性が悪化するという不具合がある。このため、従来の液体処理装置で、この種の無電極放電ランプを使用したものでは、流水中に水没させた無電極放電ランプから照射される紫外線の量が不足して、期待したとおりの十分な殺菌処理を行えないという不具合がある。
【０００６】
そこで、上記不具合を回避するため、無電極放電ランプを密閉された容器（外囲器）に収容し、この容器毎水没させることにより、放電管の管璧に直接水が触れないようにすると共に、放電管を前記容器で保温することにより、放電管の管璧の温度を低下させないようにして、放電管からの紫外線の照射効率を低下させないようにする公知例がある。このような公知例では、前記容器中に放電管を機械的安定な形で収容しないと、前記容器中の放電管が動いて、放電管が容器の壁面などに衝突することにより破損する恐れがある。このため、前記容器中に放電管を固定する支持構造が必要であるが、この支持構造が複雑であったり、特殊な部材を用いると、無電極放電ランプの製造コストが高くなるという不具合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、放電管の外周部に巻回された励起コイルに高周波電流を流して点灯する従来の無電極放電ランプを容器に収容し、この容器毎流水中に水没させて流水殺菌を行う液体処理装置では、容器内の放電管の破損を防止するために前記容器中に放電管を固定する支持構造が必要で、この支持構造が複雑であったり、特殊な部材を用いると、無電極放電ランプの製造コストが高くなるという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、水中で用いても、紫外線照射効率が落ちず、且つ放電管を容器に簡単な構造で支持して安価で機械的安定性が高い無電極放電ランプユニットと、この無電極放電ランプユニットを用いた信頼性の高い液体処理装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、断面がリング状の空間部分を有する外管とこの外管の中空部を形成し且つ前記外管よりも長い内管とにより構成され、前記外管に水銀又は希ガスを封入した放電管と；この放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルと；前記放電管と励起コイルを収容する少なくとも一部が紫外線透過部材で形成され、且つ前記放電管の内管の両先端を内壁面で支持する水密構造の容器と；前記励起コイルに高周波電流を供給する一対のリード線と；これら一対のリード線を前記容器内に導入する水密構造の１個又は２個の導入孔と；を具備している。
【００１０】
このような構成により、前記容器の内壁面は前記放電管の内管の両先端を支持するため、この放電管を容器内に固定し、放電管は容器内を動けなくなる。前記導入孔を通して前記容器内に挿入されているリード線から容器内の励起コイルに高周波電流が供給されると、放電管が点灯し、封入された水銀などから紫外線が放射される。この時、容器を水中などに水没させていても、放電管の管壁に水が直接触れることがないのと、放電管の発熱と容器の保温効果により、放電管の温度が水温より低下することがなく、４０℃付近を維持する。これにより、放電管内の水銀の温度が低下することなく、良好な放射効率で紫外線が照射される。
【００１１】
請求項２の発明の前記容器は、紫外線透過部材で形成された円筒状の管と；この管の開放部分を密閉する一対のフランジとにより構成され；且つ、これら一対のフランジにより前記放電管の内管の両先端が支持されている。
【００１２】
このような構成により、前記容器を構成する一対のフランジの内側により前記放電管の内管の両先端が挟まれて支持され、前記放電管を容器内に固定する。
【００１３】
請求項３の発明の前記容器は、紫外線透過部材で形成された円筒状の管と；この管の開放部分を密閉する一対のフランジとにより構成され；且つ、前記放電管の内管の両先端は前記一対のフランジに挿入されている。
【００１４】
このような構成により、前記容器を構成する一対のフランジに前記放電管の内管の両先端が挿入されて支持され、前記放電管を容器内に固定する。
【００１５】
請求項４の発明は、断面がリング状の空間部分を有する外管とこの外管の中空部を形成し且つ前記外管よりも長い内管により構成され、前記外管に水銀又は希ガスを封入した放電管と；この放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルと；前記放電管と励起コイルを収容する少なくとも一部が紫外線透過部材で形成され、且つ前記放電管の内管の一先端の開口部を嵌合する貫通孔及び前記内管の他端を貫通させて内管の延長部を外部に出す貫通孔を壁面に設けた水密構造の容器と；前記励起コイルに高周波電流を供給する一対のリード線と；これら一対のリード線を前記容器内に導入する水密構造の１個又は２個の導入孔と；を具備している。
【００１６】
このような構成により、前記容器の壁面に設けられた貫通孔は前記放電管の内管の一先端を嵌合し、前記壁面に対抗する壁面に設けられた貫通孔は前記内管の他端の延長部を貫通させて内管を支持するため、前記放電管は前記容器内に固定される。前記導入孔を通して前記容器内に挿入されているリード線から容器内の励起コイルに高周波電流が供給されると、放電管が点灯し、外管に封入された水銀などから紫外線が放射される。この時、容器を水中などに水没させていても、放電管の外管の管壁に水が直接触れることがないのと、放電管の発熱と容器の保温効果により、放電管の温度が水温より低下することがなく、４０℃付近を維持する。これにより、放電管内の水銀の温度が低下することなく、良好な放射効率で紫外線が照射される。同時に、容器の貫通孔から外部に出ている前記放電管の内管の延長部分の開口部より図示されないコンプレッサで前記内管に空気を送り込むと、内管内の空気が前記放電管の外管から照射される紫外線を浴びてオゾンを発生し、このオゾンが前記容器の他方の貫通孔から水中内に噴射され、このオゾンによる流水の殺菌が行われる。
【００１７】
請求項５の発明は、前記放電管の内管の一先端の開口部を嵌合する前記容器の壁面に穿かれた貫通孔の開口部に、液体の侵入を防止すると共に通気性を有する多孔質部材のフィルタを設けている。
【００１８】
このような構成により、前記放電管の内管で発生したオゾンが空気と共に、前記容器の壁面に穿かれた貫通孔の開口部を塞ぐ多孔質のフィルタを通して、水中に無数の気泡となって噴射されることにより、オゾンが広範囲の水に触れて、この水の殺菌を行う。
【００１９】
請求項６の発明の前記放電管の外周部に巻回された励起コイルは、複数に分割されたそれぞれが独立したコイルであり、且つこれら複数の励起コイルは前記一対のリード線に並列に前記容器内で接続されている。
【００２０】
このような構成により、前記一対のリード線から見た励起コイルのインダクタンスが低下するため、前記励起コイルに常時印加する高周波電圧は低くても、前記放電管は点灯するため、前記一対のリード線の他方側には、図示されない高周波電源から低い高周波電圧が印加される。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１乃至３いずれか１に記載の無電極放電ランプユニットと；この無電極放電ランプユニットを内部に配置し、且つこの内部に被処理水を流す流水管と；前記無電極放電ランプユニットから出る一対のリード線を前記流水管の外部に引き出す水密構造の引き出し孔と；この引き出し孔から引き出された一対のリード線に高周波電流を供給する高周波電源と；を具備している。
【００２２】
このような構成により、高周波電源から出力された高周波電流は、前記流水管の引き出し孔から引き出された一対のリード線を通して、前記流水管内部の無電極放電ランプユニットに供給されて、この無電極放電ランプユニットを流水中で点灯させる。前記無電極放電ランプユニットは水没して使用しても、紫外線照射効率が落ちずに点灯し、十分な量の紫外線を流水中に照射して、殺菌を行う。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項４乃至６いずれか１記載の無電極放電ランプユニットと；この無電極放電ランプユニットを内部に配置し、且つこの内部に被処理水を流す流水管と；前記無電極放電ランプユニットから出る一対のリード線を前記流水管の外部に引き出す水密構造の引き出し孔と；前記無電極放電ランプユニットの容器から外部に出ている内管の延長部を前記流水管の外部に取り出すために前記流水管の管壁に設けられる水密構造の貫通孔と；前記引き出し孔から引き出された一対のリード線に高周波電流を供給する高周波電源と；前記流水管の管壁に設けられた貫通孔から外部に出ている前記内管の延長部の先端開口部から酸素を含んだ気体を送り込むコンプレッサと；を具備している。
【００２４】
このような構成により、高周波電源から出力された高周波電流は、前記流水管の引き出し孔から引き出された一対のリード線を通して、前記流水管内部の無電極放電ランプユニットに供給されて、この無電極放電ランプユニットを流水中で点灯させる。前記無電極放電ランプユニットは水没して使用しても、紫外線照射効率が落ちずに点灯し、十分な量の紫外線を流水中に照射して、殺菌を行う。前記コンプレッサは前記流水管の管壁に設けられる水密構造の貫通孔から出ている前記無電極放電ランプユニットの内管の延長部から例えば空気を送り込む。これにより、前記無電極放電ランプユニットの内管に送り込まれた空気はオゾンを発生し、前記流水管内に噴出して、流水を殺菌したり、流水中の有機物を分解する。
【００２５】
請求項９の発明は、前記無電極放電ランプユニットに近接した前記流水管の内壁面に光半導体部材を塗布している。
【００２６】
このような構成により、無電極放電ランプユニットから照射された紫外線が流水中を通って、前記流水管の内壁に至ると、この内壁に塗布されている光半導体部材に当たり、この光半導体部材から活性電子が発生し、この活性電子により流水が殺菌されたり、含まれている有機物が分解され、前記紫外線による水の殺菌や前記オゾンによる水の殺菌と有機物の分解に相乗される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の無電極放電ランプユニットの第１の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図である。１１は断面がリング状の２重管構造の放電空間を形成する例えば石英などにより形成された放電管で、外管１１ａと内管１１ｂから構成されている。１２は放電管１１の外管１１ａの外周部に巻回された励起コイルで、それぞれのコイルは独立している。１３は円筒状の例えば石英、アルミナ、セラミックスなどの紫外線透過部材で形成された外管１３ａと、この外管１３ａの開放端を密閉して水などの被処理水が外管１３ａの内部に侵入しないようにする円形のプラスチック又は金属等で形成されたフランジ１３ｂ１、１３ｂ２により構成される外囲器（容器）で、放電管１１を収容するに十分な直径を有している。１４は一対のリード線１５を外囲器１３内部に導入するための導入孔で、水などの被処理水が外囲器１３の内部に侵入しないような水密構造になっている。１５は高周波電流を励起コイル１２に供給するセラミックス等の絶縁体で覆われたリード線である。尚、このリード線１５は外囲器１３内部で、励起コイル１２に接続されている。１６は被処理水（流水１００）が流れる鉄管等で出来た流水管で、その内部に外囲器１３を収容するに十分な径を有している。１７はリード線１５を流水管１６の外部に引き出す水密構造の引き出し孔で、内部の流水（被処理水）１００が外部に漏れないような水密構造になっている。
【００２８】
次に本実施の形態の構成と動作について説明する。放電管１１と、この放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２より構成されている無電極放電ランプは、外囲器１３の内部に収容されている。放電管１１の外管１１ａ内には希ガスと水銀が封入されている。放電管１１の外周部に巻回された励起コイル１２は、フランジ１３ｂ１に設けられている一対の導入孔１４から挿入されている一対のリード線１５に並列に接続されている。これら一対のリード線１５は流水管１６に設けられた引き出し孔を通って、流水管１６の外部に引き出されている。
【００２９】
ここで、放電管１１を構成する内管１１ｂは放電管１１を構成する外管１１ａよりも長く、その両端部は両側のフランジ１３ｂ１、１３ｂ２内に挿入されている。これにより、フランジ１３ｂ１、１３ｂ２により内管１１ｂが支持され、放電管１１が外囲器１３内で動かないように固定される。
【００３０】
流水管１６の外部に引き出されたリード線１５には、図示されない高周波電源から高周波電流が供給されるため、この高周波電流は放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２に供給される。これにより、放電管１１の内部に放電が生じ、この内部に封入されている水銀原子が放電で励起され、殺菌に有効な２５４ｎｍ、１８５ｎｍなどの紫外線を照射する。照射された紫外線は外囲器１３の外管１３ａの壁面を透過して流水管１６の内部に照射される。流水管１６の内部を流れる流水１００は上記した紫外線により殺菌処理されて下流に流れて行く。
【００３１】
ところで、放電管１１は外囲器１３内にあるため、放電管１１の管璧には直接被処理水が触れることがない。このため、一度点灯してしまえば、放電管１１から発生する熱と外囲器１３による保温効果により、放電管１１の管璧が被処理水の温度に低下してしまうことがなく、水銀原子からの紫外線照射効率がよい４０℃付近を保持する。
【００３２】
本実施の形態によれば、放電管１１の支持機構として特別な部材などを設けることなく、２重管を構成する放電管１１の内管１１ｂの両先端を外囲器１３を構成するフランジ１３ｂ１、１３ｂ２で支持する簡単な構成で、放電管１１を外囲器１３内に固定することができる。このため、放電管１１が外囲器１３内を動くことがなくなり、放電管１１が外囲器１３の壁面などに衝突して放電管１１が破損するなどの事故を無くすことができるだけでなく、放電管１１の支持機構が放電管１１から照射される紫外線を遮ることがなくなり、紫外線の照射効率を良好に保つことができる。また、放電管１１の支持機構が簡単なため、製造が容易となり、無電極放電ランプユニットの製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、放電管１１と励起コイル１２より構成される無電極放電ランプは外囲器１３内に収容されているため、被処理水である流水１００が直接放電管１１の管璧に触れることがないことと、外囲器１３の保温効果により、点灯中の放電管１１の管璧を４０℃付近に保持することができる。このため、無電極放電ランプから照射される紫外線照射効率は設計通りとなり、流水１００に対して期待通りの殺菌効果を得ることができる。
【００３４】
更に、放電管１１の外管１１ａの外壁と外囲器１３の外管１３ａの内壁との間隔は、励起コイル１２の直径位から、この直径の１／１０になるように構成されている。このため、外囲器１３の外側を流れる水の誘電率が励起コイル１２のインダクタンスに影響を与えることがなくなり、励起コイル１２から放電管１１の内部に効率良く電磁エネルギーを供給することができる。
【００３５】
尚、放電管１１を構成する内管１１ｂの両先端を両側のフランジ１３ｂ１、１３ｂ２により挟んで、押圧力を掛けることにより、内管１１ｂを両側のフランジ１３ｂ１、１３ｂ２により支持する構成としても、同様の効果がある。即ち、放電管１１の内管１１ｂはフランジ１３ｂ１、１３ｂ２との何らかの関係により支持されればよい。また、本例の放電管１１から照射される紫外線の殺菌対象は流水のみならず、水を含んだ液体又は、流動状の化学物質でも良く、同様の効果がある。
【００３６】
図２は本発明の無電極放電ランプユニットの第２の実施の形態を示した一部破砕斜視図である。外囲器１３内に収容された無電極放電ランプの放電管１１の外周部には、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃが巻回されていると共に、放電管１１の長手方向に沿って一対のワイヤー１９が配置されている。一対のワイヤー１９は放電管１１の外周部に極めて近接して配置され、また、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃはこれら一対のワイヤー１９に電気的に並列に接続されている。更に、一対のワイヤー１９の一端は外囲器１３のフランジ１３ｂ１に設けられた導入孔１４から外囲器１３内部に挿入された一対のリード線１５に接続されている。放電管１１は外管１１ａと内管１１ｂで構成される２重管構成で、外管１１ａより長い内管１１ｂの先端イがフランジ１３ｂ１の中央に穿かれた貫通孔２０に挿入され、他方の端部は反対側のフランジ１３ｂ２の中央に穿かれた貫通孔２０を貫通して、外囲器１３の外側に出ている。外囲器１３の外側に出た内管の延長部ハは途中でほぼ直角に折れ曲がり、流水管１６の壁面に穿かれた水密構造の貫通孔２３を通して、流水管１６の外部に引き出されている。また、フランジ１３ｂ１に穿かれた貫通孔２０の開口部には多孔質のフィルタ（多孔質部材）２２が装着されている。
【００３７】
尚、放電管１１は内管１１ｂの先端イの部分がフランジ１３ｂ１の貫通孔２０に挿入され、反対側の端部ロの部分がフランジ１３ｂ２の貫通孔を貫通しているため、放電管１１はフランジ１３ｂ１、１３ｂ２で支持されて、固定されている。他の構成は図１に示した第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
次に本実施の形態の動作について説明する。流水管１６の引き出し孔１７から外部に引き出されたリード線１５には、図示されない高周波電源から高周波電流が供給されるため、この高周波電流は放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃに供給される。これにより、放電管１１の外管１１ａの内部に放電が生じ、殺菌に有効な２５４ｎｍ、１８５ｎｍなどの紫外線が照射される。照射された紫外線は外囲器１３を透過して流水管１６の内部を流れる流水１００に照射され、流水１００を殺菌する。これと同時に、流水管１６の外部に貫通孔２３から引き出された内管１１ｂの延長部分ハには図示されないコンプレッサが接続され、このコンプレッサから空気が内管１１ｂの延長部ハから送り込まれる。これにより、内管１１ｂ内の空気は外管１１ａ内の放電空間から照射される紫外線を浴びて、オゾンを発生し、このオゾンを含んだ空気が、多孔質のフィルタ２２から無数の気泡になって、流水中に噴出し、オゾンに触れた流水１００を殺菌する。ここで、外管１１ａは普通石英、即ち水銀放射の２５３ｎｍを良く透過する石英で作られており、内管１１ｂはオゾン生成効率を高めるために、１８５ｎｍの紫外線通過率の高い所謂合成石英で作られている。また、フィルタ２２は多孔性のセラミックス等でできており、内管１１ｂ内部に被処理水を侵入させないと共に、内管内の空気を流水中に噴出する通気性を有している。
【００３９】
本実施の形態によれば、放電管１１の支持機構として特別な部材などを設けることなく、２重管を構成する放電管１１の内管１１ｂの両先端を外囲器１３を構成するフランジ１３ｂ１、１３ｂ２で支持する簡単な構成で、放電管１１を外囲器１３内に固定することができると共に、一方の内管１１ｂの先端をフランジ１３ｂ２を貫通させて外囲器１３の外側に引き出して、この内管１１ｂの延長部ハを内管１１ｂに空気を送り込む通路としているため、内管１１ｂにオゾン発生のための空気を送る構成を著しく簡単にでき、無電極放電ランプの製造を容易且つ低価格とすることができる。
【００４０】
また、内管１１ｂに空気を送る延長部ハは放電管１１の軸中心部から外側に引き出されているため、放電管１１の外管１１ａ内の放電空間から照射される紫外線を遮ることがなく、効率良く紫外線を流水１００中に照射することができる。
【００４１】
更に、放電管１１の内管１１ｂ側に照射された紫外線は、内管１１ｂ内に送り込まれる空気をオゾン化し、このオゾンは水中に噴射されて、流水１００の殺菌に使用されるため、放電管１１により照射される紫外線を有効利用することができると共に、流水１００に対して紫外線による殺菌のみならず、オゾンによる殺菌も行うことができ、効率のよい殺菌を行うことができる。
【００４２】
また、放電管１１に巻回された励起コイルは複数に分割されて、リード線１５に並列接続されているため、リード線１５側から見た励起コイルのインダクタンスが低くなって、流水１００の誘電率による悪影響を少なくすることができると共に、励起コイルに高電圧を定常的に印加する必要がなくなるため、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃに高周波電流を供給する図示されない高周波電源の回路設計などを容易にすることができる。
【００４３】
更に、外囲器１３の内部に導入されたリード線１５から複数の励起コイルに電流経路を分割するので、外囲器１３のフランジ１３ｂ１に設けられる導入孔１４の個数は多くとも２個とすることが出来、外囲器１３の製造コストを低減するのみならず、導入孔１４の水密構造からの水漏れの危険性を減少させて、外囲器１３の信頼性を向上させることができる。その他に、図１に示した第１の実施の形態と同様の効果がある。尚、内管１１ｂの先端がフランジ１３ｂ１に穿かれた貫通孔２０を通って、フランジ１３ｂ１の外部に突出しており、この突出した内管１１ｂの開口部に前記多孔性の蓋が装着される構成を採っても、同様の効果がある。
【００４４】
図３は本発明の無電極放電ランプユニットの第３の実施の形態を示した一部破砕斜視図である。本例では、外囲器１３内に収容された無電極放電ランプに近接した流水管１６の内壁に、酸化チタン等の光半導体部材２４を塗布してある。このように無電極放電ランプの近くに配された光半導体部材２４は、無電極放電ランプから照射される紫外線を受けると、活性電子を発生する。光半導体部材２４から発生した活性電子は流水１００を殺菌したり、或いは流水１００中の有機物の分解を行う。他の構成は図２に示した第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
本実施の形態によれば、流水１００を通過してきたこのままでは無駄になる紫外線を光半導体部材２４に当てて活性電子を発生させ、前記紫外線及びオゾンによる流水１００の殺菌や有機物の分解効果に相乗して、前記光半導体部材２４から発生した活性電子により流水１００の殺菌や流水１００中の有機物の分解を行うため、更に効率的な水処理を行うことができる。他の効果は図２に示した第２の実施の形態の効果と同様である。尚、本例の無電極放電ランプユニットは図１に示したものを用いてもよく、この場合は紫外線と活性電子によって流水１００の殺菌が行われる。
【００４６】
図４は本発明の無電極放電ランプユニットの第４の実施の形態を示した図である。本例も、２重管を構成する放電管１１の外管１１ａより長い内管１１ｂの先端に、外囲器１３を構成するフランジ１３ｂ１，１３ｂ２により若干の押圧力をかけて、この内管１１ｂを支持することにより、放電管１１を外囲器１３内に固定している。また、内管１１ｂの外管１１ａから突出した部分に、外管１１ａの外周に巻回した３本の励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの端部を巻くと共に、これら端部を内管１１ｂに近接したところで、ワイヤー１９に電気的に並列接続している。尚、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれが外管１１ａの外周部の全面に亙って斑なく巻回されている。
【００４７】
本実施の形態によれば、内管１１ｂの外管１１ａから突出した部分に、３本の励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの端部を巻回して固定し、この部分でワイヤー１９に電気的に並列接続しているため、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃへの並列接続配線を簡単な構成で放電管１１の軸中心でしかも、外管１１ａの外側に固定配置することができ、励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃへの並列接続配線を機械的に極めて安定な状態にすることができる、しかも、前記並列接続配線が外囲器１３の内部に突出しないため、外囲器１３の内部のスペース性を良好に保持することができると共に、前記並列接続配線が放電管１１から照射される紫外線を遮ることがなく、紫外線を流水１００中に効率良く照射することができる。
【００４８】
図５は本発明の液体処理装置の第１の実施の形態の構成を示したブロック図である。例えば図１に示したのと同一構成を有する無電極放電ランプユニット５０が流水管１６内に配置されている。この無電極放電ランプユニット５０に接続されているリード１５線は、流水管１６の管壁に設けられた引き出し孔１７から外部に引き出されて、高周波電源４０に接続され、この高周波電源４０から高周波電流が前記無電極放電ランプユニット５０に供給される。流水管１６は水道管４２と接続部４１により接続され、図中左側の水道管４２から水が流水管１６に流れ込む。流水管１６に流れ込んだ水は無電極放電ランプユニット５０から発生する紫外線の照射を受けて殺菌され、殺菌済みの水が流水管１６から図中右側の水道管４２に流れ出る。
【００４９】
本実施の形態によれば、無電極放電ランプユニット５０は放電管が外囲器内に収容されて流水に直接触れないため、放電管の管璧の温度を４０℃付近に保持して、紫外線照射効率を落とすことがないため、設計通りの紫外線を流水管１６内の流水中に照射することができる。また、放電管が外囲器内に固定されているため、放電管が外囲器内で動いて破損することがないため、本例の装置は流水管１６を流れる流水に対しては期待通りの殺菌効果を安定に発揮することができる。尚、無電極放電ランプユニット５０は図４に示したものを使用しても、同様の効果がある。
【００５０】
図６は本発明の液体処理装置の第２の実施の形態の構成を示したブロック図である。例えば図２に示したのと同一構成を有する無電極放電ランプユニット５０が流水管１６内に配置されている。この無電極放電ランプユニット５０に接続されているリード１５線は、流水管１６の管壁に設けられた引き出し孔１７から外部に引き出されて、高周波電源４０に接続され、この高周波電源４０から高周波電流が前記無電極放電ランプユニット５０に供給される。
【００５１】
また、無電極放電ランプユニット５０から流水管１６の外部に引き出された内管の延長部ハはコンプレッサ６０に接続され、このコンプレッサ６０から空気が前記無電極放電ランプユニット５０の放電管の内管に送り込まれる。前記内管に送り込まれた空気は紫外線を浴びて、オゾンを発生する。一方、流水管１６は水道管４２と接続部４１により接続され、図中左側の水道管４２から水が流水管１６に流れ込む。流水管１６に流れ込んだ水は無電極水ランプユニット５０から発生する紫外線の照射を受けて殺菌されると共に、同無電極放電ランプユニット５０から発生するオゾンによって殺菌され、殺菌済みの水が流水管１６から図中右側の水道管４２に流れ出る。
【００５２】
本実施の形態によれば、無電極放電ランプユニット５０から照射される紫外線や同ユニット５０から噴射されるオゾンの両方により、流水が殺菌されるため、流水を極めて効率的に殺菌することができる。他の効果は図５に示した第１の実施の形態と同様である。尚、無電極放電ランプユニット５０として、図３に示したものを使用すれば、流水に対する殺菌を、紫外線とオゾンに加えて、活性電子でも行うため、更に流水の殺菌効率を向上させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上記述した如く請求項１の発明によれば、放電管を密閉された容器内に収納する際に、前記容器の内壁面で、放電管の内管の両先端を支持することにより、放電管を容器に簡単な構造で支持することができ、これにより放電管を固定して、放電管が容器内部で動くことによる放電管の破損などを防止することができる。また、放電管を密閉された容器内に収容した構造となっているため、流水中に水没させても、放電管の表面温度が低下しないため、照射する紫外線の照射効率を良好に保持することができる。
【００５４】
請求項２の発明によれば、一対のフランジの内面により前記放電管の内管の両先端を挟んで支持することにより、放電管を固定することができる。
【００５５】
請求項３の発明によれば、一対のフランジに前記放電管の内管の両先端をフランジに挿入して支持することにより、放電管を確実に固定することができる。
【００５６】
請求項４の発明によれば、放電管を密閉された容器内に収納する際に、前記容器の内壁面に穿かれた貫通孔に放電管の内管の一方の先端を嵌合し、前記内壁面の反対側に穿かれた貫通孔に前記内管の延長部を貫通させて、容器内に支持することにより、放電管を容器に簡単な構造で支持することができ、これにより放電管を固定して、放電管が容器内部で動くことによる放電管の破損などを防止することができる。また、放電管を密閉された容器内に収容した構造となっているため、流水中に水没させても、放電管の表面温度が低下しないため、紫外線の照射効率を良好に保持することができる。更に、容器を貫通して容器の外側に出てきた前記内管の延長部から空気を内管内に送って、この空気に内管側に照射された紫外線を当ててオゾンを発生することにより、紫外線に加えて、オゾンによる殺菌も行うことができ、流水に対する殺菌効率を著しく向上させることができる。
【００５７】
請求項５の発明によれば、内管内のオゾンを含んだ空気が多孔質部材のフィルタにより無数の気泡となって流水中に噴射されるため、オゾンによる流水の殺菌を効果的に行うことができる。
【００５８】
請求項６の発明によれば、励起コイルのインダクタンスが下がるため、この励起コイルに高周波電流を供給する高周波電源の出力電圧を常時高くする必要がなくなり、高周波電源の設計を容易とすることができる。
【００５９】
請求項７の発明によれば、流水中に水没させても紫外線照射効率が落ちない無電極放電ランプユニットを用いているため、被処理水に対する期待通りの殺菌処理を行うことができる。
【００６０】
請求項８の発明によれば、流水中に水没させても紫外線照射効率が落ちない無電極放電ランプユニットを用いているため、被処理水に対する紫外線の照射効率が落ちないだけでなく、紫外線に加えて、オゾンを流水中に噴射して殺菌を行うため、極めて効率のよい流水殺菌を行うことができる。
【００６１】
請求項９の発明によれば、放電管から照射された紫外線を受けて光半導体部材から活性電子が発生するため、前記紫外線及びオゾンに加えて活性電子も流水等の殺菌又は有機物の分解に寄与することにより、水処理効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無電極放電ランプユニットの第１の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図。
【図２】本発明の無電極放電ランプユニットの第２の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図。
【図３】本発明の無電極放電ランプユニットの第３の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図。
【図４】本発明の無電極放電ランプユニットの第４の実施の形態の構成を示した図。
【図５】本発明の液体処理装置の第１の実施の形態の構成を示した概略図。
【図６】本発明の液体処理装置の第２の実施の形態の構成を示した概略図。
【図７】従来の無電極放電ランプ点灯装置の一例を示した概略図。
【図８】放電管の最冷部と放電管から照射される紫外線の強度の関係を示した特性図。
【符号の説明】
１１ 放電管
１１ａ、１３ａ 外管
１１ｂ 内管
１２、１２ａ〜１２ｃ 励起コイル
１３ 外囲器
１３ｂ１、１３ｂ２ フランジ
１４ 導入孔
１５ リード線
１６ 流水管
１７ 引き出し孔
１９ ワイヤー
２０、２３ 貫通孔
２２ フィルタ
２４ 光半導体部材
４０ 高周波電源
４１ 接続部
４２ 水道管
４３ コンプレッサ
５０ 無電極放電ランプユニット
Claims (9)
- 断面がリング状の空間部分を有する外管とこの外管の中空部を形成し且つ前記外管よりも長い内管とにより構成され、前記外管に水銀又は希ガスを封入した放電管と；
この放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルと；
前記放電管と励起コイルを収容する少なくとも一部が紫外線透過部材で形成され、且つ前記放電管の内管の両先端を内壁面で支持する水密構造の容器と；
前記励起コイルに高周波電流を供給する一対のリード線と；
これら一対のリード線を前記容器内に導入する水密構造の１個又は２個の導入孔と；
を具備することを特徴とする無電極放電ランプユニット。 - 前記容器は、紫外線透過部材で形成された円筒状の管と；
この管の開放部分を密閉する一対のフランジとにより構成され；
且つ、これら一対のフランジにより前記放電管の内管の両先端が支持されることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプユニット。 - 前記容器は、紫外線透過部材で形成された円筒状の管と；
この管の開放部分を密閉する一対のフランジとにより構成され；
且つ、前記放電管の内管の両先端は前記一対のフランジに挿入されることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプユニット。 - 断面がリング状の空間部分を有する外管とこの外管の中空部を形成し且つ前記外管よりも長い内管により構成され、前記外管に水銀又は希ガスを封入した放電管と；
この放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルと；
前記放電管と励起コイルを収容する少なくとも一部が紫外線透過部材で形成され、且つ前記放電管の内管の一先端の開口部を嵌合する貫通孔及び前記内管の他端を貫通させて内管の延長部を外部に出す貫通孔を壁面に設けた水密構造の容器と；
前記励起コイルに高周波電流を供給する一対のリード線と；
これら一対のリード線を前記容器内に導入する水密構造の１個又は２個の導入孔と；
を具備することを特徴とする無電極放電ランプユニット。 - 前記放電管の内管の一先端の開口部を嵌合する前記容器の壁面に穿かれた貫通孔の開口部に、液体の侵入を防止すると共に通気性を有する多孔質部材のフィルタを設けたことを特徴とする請求項５記載の無電極放電ランプユニット。
- 前記放電管の外周部に巻回された励起コイルは、複数に分割されたそれぞれが独立したコイルであり、且つこれら複数の励起コイルは前記一対のリード線に並列に前記容器内で接続されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１記載の無電極放電ランプユニット。
- 請求項１乃至３いずれか１に記載の無電極放電ランプユニットと；
この無電極放電ランプユニットを内部に配置し、且つこの内部に被処理水を流す流水管と；
前記無電極放電ランプユニットから出る一対のリード線を前記流水管の外部に引き出す水密構造の引き出し孔と；
この引き出し孔から引き出された一対のリード線に高周波電流を供給する高周波電源と；
を具備することを特徴とする液体処理装置。 - 請求項４乃至６いずれか１記載の無電極放電ランプユニットと；
この無電極放電ランプユニットを内部に配置し、且つこの内部に被処理水を流す流水管と；
前記無電極放電ランプユニットから出る一対のリード線を前記流水管の外部に引き出す水密構造の引き出し孔と；
前記無電極放電ランプユニットの容器から外部に出ている内管の延長部を前記流水管の外部に取り出すために前記流水管の管壁に設けられる水密構造の貫通孔と；
前記引き出し孔から引き出された一対のリード線に高周波電流を供給する高周波電源と；
前記流水管の管壁に設けられた貫通孔から外部に出ている前記内管の延長部の先端開口部から酸素を含んだ気体を送り込むコンプレッサと；
を具備することを特徴とする液体処理装置。 - 前記無電極放電ランプユニットに近接した前記流水管の内壁面に光半導体部材を塗布したことを特徴とする請求項７又は８記載の液体処理装置。
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