JPH1021880A

JPH1021880A - 放電ランプ、照射装置、殺菌装置および水処理装置

Info

Publication number: JPH1021880A
Application number: JP8178229A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yoshikawa; 和彦吉川; Akihiro Inoue; 昭浩井上; Akihiro Yonezawa; 昭弘米沢; Keisuke Kuga; 圭介空閑; Tsutomu Kakiya; 勉垣谷; Ichiro Yokozeki; 一郎横関; Kozo Kamimura; 幸三上村
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光透過率の低下を抑制し、ランプ寿命の長い
放電ランプ１を提供する。【解決手段】発光管２内に、希ガスおよび水銀を封入
する。発光管２の内壁面に、酸化セラミックス膜５を形
成する。酸化セラミックス膜５により、発光管２に対す
る水素イオンの影響を防止し、発光管２の光透過率の低
下を抑制し、ランプ寿命を長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長寿命の放電ラン
プ、照射装置、殺菌装置および水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、下水処理などにおいて、紫外線殺
菌を行なうようにした水処理装置として、例えば、特開
平８−７１５４６号公報、または特開平２−３７６６０
号公報に記載されている構成が知られている。

【０００３】特開平８−７１５４６号公報に記載の構成
では、有電極タイプの紫外線ランプを用い、この紫外線
ランプから放射される紫外線を処理する水に照射し、そ
の水に含まれる細菌を殺菌し、浄化するようにしてい
る。

【０００４】また、特開平２−３７６６０号公報に記載
の構成では、無電極放電ランプを用い、ガラス製の発光
管に水銀と数百Ｐａの希ガスを封入し、発光管の外部の
励起コイルによって数十ＫＨｚの高周波を与えることに
より、放電によって水銀から紫外線を放射し、その放射
した紫外線を発光管の内側の水に照射し、その水に含ま
れる細菌を殺菌し、浄化するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
有電極タイプの紫外線ランプでは、蛍光ランプなどとほ
ぼ同じ有電極構造であるため、電極に塗布された電子放
射性物質の消費によってランプ寿命が決まり、そのラン
プ寿命は長寿命タイプでも約１３０００時間程度が限度
であり、ランプ交換を頻繁に行なわなければならない問
題がある。

【０００６】なお、ここでいうランプ寿命とは、完全な
不点灯または点灯状態であっても発光管の紫外線透過率
が５０％以下になったことをいう。

【０００７】また、従来の無電極放電ランプでは、有電
極タイプの紫外線ランプのように電極に塗布された電子
放射性物質の消費によってランプ寿命が決まることがな
く、紫外線ランプに比べてランプ寿命が長いが、発光管
内の水銀イオンが発光管の内面に付着し、石英ガラスか
ら放出される酸素と結合すると、黒色の酸化水銀（Ｈｇ
Ｏ）が発生して発光管が黒化するため、経年変化に伴っ
て紫外線透過率が低下してしまう。そして、紫外線透過
率が５０％以上に保たれるのは、約２００００時間程度
が限度であり、無電極放電ランプにおいても長寿命化が
難しい問題がある。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、光透過率の低下を抑制し、ランプ寿命の長い放電
ランプ、照射装置、殺菌装置および水処理装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の放電ラン
プは、発光管と；発光管内に封入された希ガスおよび水
銀と；発光管の内壁面に形成された酸化セラミックス膜
と；を具備しているものである。そして、酸化セラミッ
クス膜により、発光管に対する水素イオンの影響が防止
されて、発光管の光透過率の低下が抑制され、ランプ寿
命が長くされる。酸化セラミックス膜としては、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などが含まれる。

【００１０】請求項２記載の放電ランプは、発光管と；
発光管内に封入された希ガスおよび水銀と；発光管の内
壁面に形成された窒化セラミックス膜と；を具備してい
るものである。そして、窒化セラミックス膜により、発
光管に対する水素イオンの影響が防止されて、発光管の
光透過率の低下が抑制され、ランプ寿命が長くなる。窒
化セラミックス膜としては、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）などが含まれる。

【００１１】請求項３記載の放電ランプは、請求項１ま
たは２記載の放電ランプにおいて、発光管は合成石英ガ
ラスで形成されたものである。これにより、特に１８５
ｎｍの紫外線の透過率が高くなり、ソーラリゼーション
現象などによってガラス素材が劣化するのが防止され
て、発光管の光透過率の低下が抑制され、ランプ寿命を
長くなる。

【００１２】請求項４記載の放電ランプは、請求項１な
いし３いずれか一記載の放電ランプにおいて、発光管に
含有されるＯＨ基が１０ｐｐｍ以下である。これによ
り、水素イオンの影響が防止されて、発光管の光透過率
の低下が抑制され、ランプ寿命が長くなる。

【００１３】請求項５記載の放電ランプは、請求項１な
いし４いずれか一記載の放電ランプにおいて、発光管の
内部に封入されたゲッターを具備しているものである。
これにより、不純ガスが吸着されて除去され、不純ガス
による不点灯が防止される。

【００１４】請求項６記載の照射装置は、請求項１ない
し５いずれか一記載の放電ランプと；放電ランプにマイ
クロ波を出力するマイクロ波発生手段と；を具備してい
るものである。これにより、ランプ寿命の長い照射装置
が提供される。

【００１５】請求項７記載の照射装置は、請求項１ない
し５いずれか一記載の放電ランプと；放電ランプを励起
させる励起コイルと；を具備しているものである。これ
により、ランプ寿命の長い照射装置が提供される。

【００１６】請求項８記載の殺菌装置は、殺菌処理槽
と；殺菌処理槽に設けられる請求項６または７記載の照
射装置と；を具備しているものである。これにより、ラ
ンプ寿命の長さに対応して長期的に殺菌処理を行なえ
る。

【００１７】請求項９記載の水処理装置は、水が流れる
流通路と；流通路の水に光を照射配置される請求項６ま
たは７記載の照射装置と；を具備しているものである。
これにより、ランプ寿命の長さに対応して長期的に流通
路を流れる水の水処理を行なえる。

【００１８】請求項１０記載の水処理装置は、請求項９
記載の水処理装置において、流通路中に複数の照射装置
が配置されたものである。これにより、殺菌、浄化効果
の向上、あるいは水処理速度の高速化に対応可能とな
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００２０】図１および図２に第１の実施の形態を示
し、図１は放電ランプの一部の断面図、図２は水処理装
置の断面図である。

【００２１】図において、１は放電ランプとしての無電
極放電ランプで、この無電極放電ランプ１は発光管２を
有している。発光管２は、合成石英ガラス、または石英
ガラスにより、管軸方向に細長くかつ中空に形成され、
その中空の内部に放電空間３が形成されている。また、
発光管２の材料に含有されるＯＨ基は１０ｐｐｍ以下と
される。

【００２２】放電空間３には、例えば、アルゴン（Ａ
ｒ）が３〜６００Ｐａ範囲で封入されているとともに、
水銀蒸気圧が０．１３３〜１３．３Ｐａの範囲で封入さ
れている。なお、放電空間３には、よう素（Ｉ）や、元
素周期表のＶ１１ｂのハロゲン族の例えばふっ素
（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）または臭素（Ｂｒ）の少なくとも
いずれかを封入しても良い。すなわち、無電極であるの
で、電子放射物質であるバリウム（Ｂａ）、カルシウム
（Ｃａ）あるいはストロンチウム（Ｓｒ）系の酸化物が
放電空間2a内に存在しないため、ハロゲン族を任意に封
入できる。

【００２３】また、放電空間３には、不純ガスを吸着す
るゲッターが封入されている。このゲッターとしては、
スカンジウム（Ｓｃ）、ジルコニウムアルミ（ＺｎＡ
ｌ）、バリウム（Ｂａ）の少なくともいずれかでもよ
い。

【００２４】発光管２の内壁面には、保護膜５がコーテ
ィング形成されている。この保護膜５としては、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などの酸化セラミックス膜、
または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの窒化セラミッ
クス膜が採用される。そして、保護膜５を形成するに
は、例えば酸化アルミニウムをバインダーに溶いて溶剤
を形成し、この溶剤を発光管２の内面に塗布し、乾燥さ
せる。また、保護膜５のコーティング量は、２〜３ｍｇ
／ｃｍ²が好ましい。

【００２５】また、11は水処理装置で、この水処理装置
11は、石英ガラスまたは透光性セラミックスなどで透光
性を有する円筒状に形成された水処理管12を有し、この
水処理管12の一端に水処理を行なう水が流入する流入口
13が形成され、他端に水処理後の水が流出する流出口14
が形成され、流入口13から流出口14までの水処理管12内
に水が流れる流通路15が形成されている。

【００２６】水処理管12の中央にはランプ収容空間16が
形成され、このランプ収容空間16に複数本の無電極放電
ランプ１の発光管２が水処理管12の軸方向に沿って平行
に配設され、その発光管２の両端がランプ支持部材17に
よって水処理管12に支持されている。

【００２７】また、水処理管12の外周には、励起コイル
18が螺旋状に巻回されている。励起コイル18には、図示
しない高周波発生装置から高周波電力が供給される。そ
して、無電極放電ランプ１の発光管２と励起コイル18と
で照射装置が構成される。

【００２８】また、水処理管12の内面には、光触媒膜ま
たはテフロン樹脂膜が形成されている。光触媒膜は、光
触媒作用を有する物質であるＴｉＯ₂（酸化チタン、チ
タニア）などが塗布されて形成され、また、ふっ素樹脂
膜は、ポリテトラフルオロエチレン（Ｃ₂Ｆ₄）などが
塗布されて形成されている。

【００２９】そして、高周波発生装置から１ＭＨｚ〜１
００ＭＨｚの高周波電力を励起コイル18に供給すると、
励起コイル18には高周波エネルギーが発生し、この高周
波エネルギーにより発光管２の放電空間３でアークなど
の放電が生じ、殺菌作用および浄化作用の強い波長域２
２０〜３００ｎｍ、特に２５４ｎｍの紫外線を含む光を
放射する。

【００３０】水処理管12には処理を行なう水が流入口13
から流入されており、発光管２から放射された紫外線を
水に照射することによって、水に含まれる細菌のＤＮＡ
を破壊して死滅させ、殺菌し、浄化する。このとき、発
光管２の周囲には水処理管12が位置しているため、発光
管２の周面から放射される光が水処理管12内の水に対し
て有効に照射され、さらに、複数本の発光管２を近接し
て配置することにより、活性の度合いが高まり、殺菌、
浄化効果が向上する。殺菌し、浄化された水は水処理管
12の流出口14から排出される。

【００３１】また、水処理管12の内面に光触媒膜が形成
されている場合には、紫外線を受けると、有機成分の分
解などを行なう。すなわち、半導体のバンドギャップ
（禁制帯域）よりも大きなエネルギーを有する波長域の
光が照射されると、半導体に電子および電子のホール
（正孔）が生じ、電子移動反応を起こす。例えば、Ｔｉ
Ｏ₂は約３．０ｅＶのバンドギャップを有する半導体で
あり、このバンドギャップよりも大きなエネルギーを有
する波長４１０ｎｍ以下のいわゆる紫外線が照射される
と、ＴｉＯ₂に電子および電子のホールが生じ、このホ
ールの移動で表面において電子移動反応を起こす。そし
て、この電子移動反応では、ホールはバンドギャップ分
のエネルギーに相当する電子を引き抜く力、すなわち酸
化力を持っているため、このホールの酸化力によってＴ
ｉＯ₂の表面に付着あるいは接触した物質を変化させて
いる。このように、ＴｉＯ₂は紫外線を受けると強い酸
化力を生じるため、水処理管12のＴｉＯ₂の表面に付着
した物質、例えばアセトアルデヒトあるいはメチルメル
カブタンなどの有機物、その他、硫化水素あるいはアン
モニアなどの物質の酸化、分解を促進する。そのため、
透光性外管６の表面が汚れにくく、透光性を持続させる
ことができ、清掃を容易にできる。

【００３２】さらに、光触媒膜により、水に含まれる酸
素（Ｏ₂）から単原子（Ｏ）あるいは励起された酸素
（Ｏ^*）などの活性酸素またはオゾン（Ｏ₃）が発生
し、活性酸素またはオゾンにより菌または藻類を分解し
て殺菌し、浄化する。

【００３３】また、水処理管12の内面にふっ素樹脂膜が
形成されている場合には、汚れが付着しにくく、透光性
を持続させることができ、清掃を容易にできる。

【００３４】また、無電極放電ランプ１においては、発
光管２の内面に保護膜５をコーティングしているため、
発光管２内の水銀イオンが石英ガラスに到達するのを防
ぎ、水銀イオンと石英ガラスから放出される酸素とが結
合して黒色の酸化水銀（ＨｇＯ）が発生するのを防止で
き、発光管２の黒化すなわち紫外線透過率の低下を抑制
できる。

【００３５】また、発光管２の材質に合成石英ガラスを
用いているため、通常の石英ガラスに比べて特に１８５
ｎｍの紫外線の透過率が高まり、その１８５ｎｍの紫外
線により生じるソーラリゼーション現象などによってガ
ラスが劣化するのを防止でき、発光管２の紫外線透過率
の低下を抑制できる。

【００３６】また、発光管２の材料に含有されるＯＨ基
を１０ｐｐｍ以下にしたため、水銀イオンとＯＨ基との
結合によって酸化水銀が発生するのを減少でき、発光管
２の黒化すなわち紫外線透過率の低下を抑制できる。

【００３７】また、発光管２の放電空間３にゲッターを
封入しているため、放電空間３の不純ガスを吸着して除
去し、不純ガスによる不点灯を防止できる。

【００３８】そして、無電極放電ランプ１の点灯時間の
試験を行なった結果を表１に示す。なお、発光管２の管
外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、全長５００ｍｍ、ラン
プ入力１０００Ｗ、点灯周波数１３．３ＭＨｚとする。

【００３９】

【表１】この試験結果から、保護膜５が無く、通常の石英ガラス
で、ＯＨ含有量が１００ｐｐｍの試験No.１に対して、
保護膜５が有る試験No.２、合成石英ガラスの試験No.
３、保護膜５が有りかつ合成石英ガラスの試験No.４は
それぞれ１００００時間以上寿命が長くなり、さらに、
保護膜５が有り、合成石英ガラスでかつＯＨ含有量が２
ｐｐｍの試験No.５は２００００時間以上寿命が長くな
った。

【００４０】したがって、発光管２の内面に保護膜５を
コーティングし、合成石英ガラスを採用し、ＯＨ含有量
を１０ｐｐｍ以下に規制し、ゲッターを封入することに
より、ランプ寿命を５００００時間以上に長くできる。

【００４１】なお、発光管２の内側の放電空間３に励起
コイルを設けてもよく、この場合には、発光管２を効率
良く励起できる。

【００４２】また、このような水処理装置は、風呂水処
理、下水処理などに適用できる。また、水のみに限ら
ず、他の液体の処理に殺菌装置を適用しても同様の作用
効果を得られる。

【００４３】次に、図３は第２の実施の形態を示す殺菌
装置21の断面図である。

【００４４】殺菌装置21は、殺菌処理槽22を有し、この
殺菌処理槽22内の処理空間23に１本または複数本の無電
極放電ランプ１の発光管２がほぼ水平に配置され、その
発光管２の両端がランプ支持部材24により殺菌処理槽22
に支持されている。

【００４５】殺菌処理槽22の上方には、マイクロ波を発
生するマイクロ波発生手段としてのマイクロ波発生器25
が配設されているとともに、このマイクロ波発生器25で
発生したマイクロ波を殺菌処理槽22の発光管２に対して
導く導波管26が設けられている。

【００４６】殺菌処理槽22の底部には、被殺菌物27を収
容するトレイ28が引出可能に設けられている。

【００４７】そして、被殺菌物27をトレイ28によって殺
菌処理槽22の処理空間23にセットする。マイクロ波発生
器25で発生したマイクロ波を導波管26を通じて殺菌処理
槽22の発光管２に導く。マイクロ波により発光管２の放
電空間３でアークなどの放電が生じ、殺菌作用および浄
化作用の強い波長域２２０〜３００ｎｍ、特に２５４ｎ
ｍの紫外線を含む光を放射する。この光が被殺菌物27に
照射され、殺菌する。

【００４８】また、前記実施の形態では、無電極放電ラ
ンプ１について説明したが、有電極ランプに本発明を適
用しても、同様の作用効果を奏する。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の放電ランプによれば、発
光管の内壁面に酸化セラミックス膜を形成したため、水
素イオンの影響を防止して、発光管の光透過率の低下を
抑制でき、ランプ寿命を長くできる。

【００５０】請求項２記載の放電ランプによれば、発光
管の内壁面に窒化セラミックス膜を形成したため、水素
イオンの影響を防止して、発光管の光透過率の低下を抑
制でき、ランプ寿命を長くできる。

【００５１】請求項３記載の放電ランプによれば、請求
項１または２記載の放電ランプの効果に加えて、発光管
を合成石英ガラスで形成したため、特に１８５ｎｍの紫
外線の透過率を高くすることができ、ソーラリゼーショ
ン現象などによってガラス素材が劣化するのを防止で
き、発光管の光透過率の低下を抑制し、ランプ寿命を長
くできる。

【００５２】請求項４記載の放電ランプによれば、請求
項１ないし３いずれか一記載の放電ランプの効果に加え
て、発光管に含有されるＯＨ基を１０ｐｐｍ以下とした
ため、水素イオンの影響を防止して、発光管の光透過率
の低下を抑制し、ランプ寿命を長くできる。

【００５３】請求項５記載の放電ランプによれば、請求
項１ないし４いずれか一記載の放電ランプの効果に加え
て、発光管の内部にゲッターを封入したため、不純ガス
を吸着して除去し、不純ガスによる不点灯を防止でき
る。

【００５４】請求項６記載の照射装置によれば、マイク
ロ波発生手段により請求項１ないし５いずれか一記載の
放電ランプを点灯させるため、ランプ寿命の長い照射装
置を提供できる。

【００５５】請求項７記載の照射装置によれば、励起コ
イルにより請求項１ないし５いずれか一記載の放電ラン
プを点灯させるため、ランプ寿命の長い照射装置を提供
できる。

【００５６】請求項８記載の殺菌装置によれば、殺菌処
理槽に請求項６または７記載の照射装置を設けたため、
ランプ寿命の長さに対応して長期的に殺菌処理を行なえ
る。

【００５７】請求項９記載の水処理装置によれば、請求
項６または７記載の照射装置により流通路の水に光を照
射するため、ランプ寿命の長さに対応して長期的に流通
路を流れる水の水処理を行なえる。

【００５８】請求項１０記載の水処理装置によれば、請
求項９記載の水処理装置の効果に加えて、流通路中に複
数の照射装置を配置したため、殺菌、浄化効果の向上、
あるいは水処理速度の高速化に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す放電ランプの
一部の断面図である。

【図２】同上実施の形態の水処理装置の断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す殺菌装置の断
面図である。

【符号の説明】

１放電ランプとしての無電極放電ランプ２発光管５酸化セラミックス膜、窒化セラミックス膜として
の保護膜 15 流通路 18 励起コイル 21 殺菌装置 22 殺菌処理槽 25 マイクロ波発生手段としてのマイクロ波発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 65/04 Ｈ０１Ｊ 65/04 Ｂ (72)発明者空閑圭介東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者垣谷勉東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者横関一郎東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者上村幸三東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管と；発光管内に封入された希ガス
および水銀と；発光管の内壁面に形成された酸化セラミ
ックス膜と；を具備していることを特徴とする放電ラン
プ。
【請求項２】発光管と；発光管内に封入された希ガス
および水銀と；発光管の内壁面に形成された窒化セラミ
ックス膜と；を具備していることを特徴とする放電ラン
プ。
【請求項３】発光管は合成石英ガラスで形成されたこ
とを特徴とする請求項１または２記載の放電ランプ。
【請求項４】発光管に含有されるＯＨ基が１０ｐｐｍ
以下であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか
一記載の放電ランプ。
【請求項５】発光管の内部に封入されたゲッターを具
備していることを特徴とする請求項１ないし４いずれか
一記載の放電ランプ。
【請求項６】請求項１ないし５いずれか一記載の放電
ランプと；放電ランプにマイクロ波を出力するマイクロ
波発生手段と；を具備していることを特徴とする照射装
置。
【請求項７】請求項１ないし５いずれか一記載の放電
ランプと；放電ランプを励起させる励起コイルと；を具
備していることを特徴とする照射装置。
【請求項８】殺菌処理槽と；殺菌処理槽に設けられる
請求項６または７記載の照射装置と；を具備しているこ
とを特徴とする殺菌装置。
【請求項９】水が流れる流通路と；流通路の水に光を
照射配置される請求項６または７記載の照射装置と；を
具備していることを特徴とする水処理装置。
【請求項１０】流通路中に複数の照射装置が配置され
たことを特徴とする請求項９記載の水処理装置。