JPH1027577A

JPH1027577A - 照射装置および水処理装置

Info

Publication number: JPH1027577A
Application number: JP17823296A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yonezawa; 昭弘米沢; Keisuke Kuga; 圭介空閑; Kazuhiko Yoshikawa; 和彦吉川
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: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】発光管２が管軸方向に長尺の場合でも、発光
管２の雰囲気温度に影響を受けずに、発光管２内全体で
水銀蒸気圧を均一かつ適正に保ち、発光管２内全体で均
一な放電を得る。【解決手段】管軸方向に長尺に設けられた発光管２
に、封入量が０．４ｍｇ／ｃｍ²以上の通常に比べて大
量の水銀ａを封入する。発光管２を励起させる励起コイ
ル10を設ける。水銀ａを保留する水銀保留部４を、発光
管２の管軸方向に沿ってほぼ等間隔に設ける。水銀保留
部４の水銀ａが放電熱で蒸発するとともに過剰な水銀蒸
気が冷却されて水銀保留部４に戻る循環が常になされ、
発光管２内全体で水銀蒸気圧が均一かつ適正に保たれ
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、無電極放電ランプ
を用いる照射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、特公
平７−３７８１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】特公平７−３７８１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】こ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、そのランプ寿命が短く、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。

【０００５】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、発光
管内で生じる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。

【０００６】こ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利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水処理装置で用いられるランプの発光管は、処理する水
に近接または直接接して配置されるため、水温の影響を
受けて、発光管内の水銀蒸気圧が変化しやすく、発光管
内全体で均一な放電が得られない。特に、発光管が管軸
方向に３０ｃｍ以上の長尺の場合、長尺の発光管の一部
の最冷部付近にのみ水銀蒸気が存在し、発光管内全体で
均一な放電が得られず、紫外線照射を安定させることが
できない。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、発光管が管軸方向に長尺の場合でも、発光管の雰
囲気温度に影響を受けずに、発光管内全体で水銀蒸気圧
を均一かつ適正に保ち、発光管内全体で均一な放電が得
られる照射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記載の照射装置
は、管軸方向に長尺に設けられた発光管と；発光管内に
０．４ｍｇ／ｃｍ²以上の封入量で封入された水銀と；
発光管内に封入された希ガスと；発光管を励起させる励
起コイルと；発光管内に管軸方向に沿ってほぼ等間隔に
設けられ、水銀を保留する複数の水銀保留部と；を具備
しているものである。そして、発光管に０．４ｍｇ／ｃ
ｍ²以上の通常に比べて大量の水銀が封入されるととも
に、その水銀を保留する複数の水銀保留部が発光管の管
軸方向に沿ってほぼ等間隔に設けられたため、水銀保留
部に保留された水銀が放電熱で蒸発するとともに過剰な
水銀蒸気が冷却されて水銀保留部に戻る循環が常になさ
れ、発光管の雰囲気温度に影響を受けずに、発光管内全
体で水銀蒸気圧が均一かつ適正に保たれ、発光管内全体
で均一な放電が得られる。

【００１０】請求項２記載の照射装置は、請求項１記載
の照射装置において、水銀保留部は、発光管の外面に突
出する突出部の内側の凹部に設けられたものである。こ
れにより、突出部が発光管の最冷部となり、水銀保留部
での水銀の保留が安定する。

【００１１】請求項３記載の照射装置は、請求項２記載
の照射装置において、励起コイルは、突出部と係合して
発光管の外側に設けられたものである。これにより、励
起コイルが発光管に対して位置決めされる。

【００１２】請求項４記載の照射装置は、請求項１ない
し３いずれか一記載の照射装置において、水銀保留部に
設けられた金属片を具備しているものである。これによ
り、金属片で水銀蒸気が冷却されて、水銀保留部での水
銀の保留が安定する。なお、金属片としては、例えばア
ルミニウム（Ａｌ）などが含まれる。

【００１３】請求項５記載の照射装置は、請求項１ない
し４いずれか一記載の照射装置において、水銀に代え
て、０．４ｍｇ／ｃｍ²以上の水銀蒸気を放出可能とす
るアマルガムを具備しているものである。これにより、
通常の水銀よりも蒸気圧が抑制されるので、雰囲気温度
が比較的高い場合でも対応可能となる。

【００１４】請求項６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可能に配置される請求
項１ないし５いずれか一記載の照射装置と；を具備して
いるものである。これにより、水の殺菌、浄化が確実か
つ安定する。

【００１５】請求項７記載の水処理装置は、請求項６記
載の水処理装置において、照射装置の発光管は、流通路
に水没配置されるものである。これにより、発光管から
放射される光が水に対して有効に照射される。

【００１６】請求項８記載の水処理装置は、請求項６ま
たは７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。

【００１７】

【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。

【００１８】図１ないし図４に第１の実施の形態を示
し、図１は無電極放電ランプの断面図、図２は無電極放
電ランプの断面図、図３は無電極放電ランプの水銀保留
部を拡大した断面図、図４は水処理装置の断面図であ
る。

【００１９】図１ないし図３において、１は無電極放電
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、石英ガラスまたは透光性セラミック
スにより、管軸方向に長くかつ外管部2aおよび内管部2b
を有する円筒状に形成され、その内部に円筒状の放電空
間３が形成されている。発光管２の外径Ｄは約８０ｍ
ｍ、内径ｄは約３０ｍｍ、長さＬは約１５００ｍｍに形
成されている。なお、この発光管２は管軸方向をほぼ上
下方向に向けて使用される。

【００２０】発光管２の外面には、管軸方向に沿ってほ
ぼ等間隔に水銀ａを保留する複数の水銀保留部４が一体
形成されている。この各水銀保留部４は、発光管２の管
壁から外方に突出する連通部５、およびこの連通部５の
先端から下方に屈曲する垂下部６にて構成される突出部
７を有し、この突出部７の垂下部６の内側に放電空間３
に連通する凹部８に形成されている。凹部８の底部には
例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属片９が配置され
ている。なお、隣接する水銀保留部４の間隔は、例えば
２００ｍｍであり、１５０〜６００ｍｍの範囲が望まし
い。

【００２１】発光管２の内管部2bの上下端は発光管２よ
り上下方向に突出され、その下端は閉塞されているとと
もに上端は開口されている。

【００２２】発光管２の放電空間３には水銀ａおよび希
ガスが封入されている。水銀ａは、各水銀保留部４の凹
部８にそれぞれ保留され、その総量は２５ｇで、通常の
場合の０．１ｇに対して大量とし、放電空間３には０．
４ｍｇ／ｃｍ²以上の水銀蒸気圧が得られるようにす
る。なお、水銀ａの封入量の上限については、過剰な水
銀ａは凹部８に保留されるだけなので、その凹部８の容
積が大きければ問題ない。

【００２３】希ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）が３〜
６００Ｐａの範囲で封入されるもので、例えば４０Ｐａ
とされる。

【００２４】また、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。なお、これらふっ素、塩
素、臭素およびよう素は、発光管２の放電空間３の単位
内容積１ｃｃ当たり、５×１０^-4ないし４×１０^-2ｍｇ
となるように設定している。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３内に存在しないため、ハロゲン族を任意に封
入できる。

【００２５】発光管２の内管部2bの内側には励起コイル
10が放電空間３の内側に位置して配置されている。この
励起コイル10は、例えば２０ｍｍ間隔で螺旋状に巻回さ
れており、両端は内管部2bの上端開口から外部に導出さ
れる。

【００２６】また、発光管２の表面には、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。

【００２７】また、図４において、11は水処理装置で、
この水処理装置11は、水Ｗの殺菌処理を行なう処理槽12
を有し、処理槽12の上部には処理を行なう水Ｗが流入す
る流入口13が形成され、処理槽12の下部には処理後の水
Ｗが流出する流出口14が形成され、流入口13から流出口
14までの処理槽12内に水が流れる流通路15が形成されて
いる。流入口13には、処理槽12内の水位を検知する水位
センサ16からの検知データを入力して、処理槽12内の水
位が一定の高さを保つように水Ｗの流入量を調整する調
整弁17が配設されている。

【００２８】処理槽12内には無電極放電ランプ１が配置
される。発光管２の下方に突出する内管部2bは処理槽12
の底部に設置された台座18に支持され、発光管２の上方
に突出する内管部2bは処理槽12の上部を閉塞する蓋体19
に支持され、発光管２の放電空間３の部分が水没配置さ
れる。

【００２９】内管部2bの上端にはキャップ20が取り付け
られ、このキャップ20から導出された励起コイル10の両
端に図示しない高周波発生装置が接続されている。

【００３０】また、処理槽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。

【００３１】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10に供給すると、
励起コイル10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。

【００３２】処理槽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
Ｗに照射することによって、水Ｗに含まれる細菌のＤＮ
Ａを破壊して死滅させ、殺菌し、浄化する。このとき、
発光管２は放電空間３の全体が水没配置されているた
め、発光管２の周面から全ての方向に放射される光が水
Ｗに対して有効に照射される。殺菌し、浄化された水Ｗ
は処理槽12の流出口14から排出される。

【００３３】また、発光管２の外面および処理槽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、ＴｉＯ₂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ＴｉＯ₂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、発光管２または処
理槽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、発光管２の外面および
処理槽12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。

【００３４】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。

【００３５】また、発光管２の外面および処理槽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。

【００３６】また、発光管２の放電空間３に０．４ｍｇ
／ｃｍ²以上の通常に比べて大量の水銀ａを封入すると
ともに、その水銀ａを保留する複数の水銀保留部４を発
光管２の管軸方向に沿ってほぼ等間隔に設けたため、水
銀保留部４に保留された水銀ａが放電熱で蒸発するとと
もに過剰な水銀蒸気が冷却されて水銀保留部４に戻る循
環が常になされ、適正な水銀蒸気圧を得られる。そのた
め、水Ｗの水温に影響を受けずに、発光管２内全体で水
銀蒸気圧を均一かつ適正に保ち、発光管２内全体で均一
な放電が得られ、紫外線照射を安定させることができ
る。

【００３７】また、水銀保留部４を発光管２の外面に突
出する突出部７の内側の凹部８に設けたため、その突出
部７が発光管２の最冷部となり、水銀保留部４での水銀
ａの保留を安定させることができる。

【００３８】また、水銀保留部４に金属片９を設けたた
め、金属片９で水銀蒸気を冷却して、水銀保留部４での
水銀ａの保留を安定させることができる。

【００３９】そして、図４に示す水処理装置11のように
発光管２を水Ｗに直接接して、水温１４℃で、かつ８２
０Ｗの入力電力で点灯させたところ、発光管２内全体で
均一な放電が生じたことが確認された。また、殺菌能力
では、従来の１ｋＷの低圧水銀灯と同等の処理能力があ
ることも確認された。さらに、冬場のときの水温が５℃
の場合、および夏場のときの水温が２７℃の場合でも、
同様の結果が確認された。つまり、従来に比べて、２０
％程度効率の高い水処理装置11を得ることができた。

【００４０】なお、水銀ａに代えて、０．４ｍｇ／ｃｍ
²以上の水銀蒸気を放出可能とするアマルガムを用いて
もよい。この場合、通常の水銀ａよりも蒸気圧が抑制さ
れるため、雰囲気温度が比較的高い場合でも対応でき
る。

【００４１】次に、図５は第２の実施の形態を示す無電
極放電ランプ１の断面図である。

【００４２】発光管２の外周に励起コイル10を螺旋状に
巻回形成するもので、その際、励起コイル10を発光管２
から突出する突出部７に係合させることにより、発光管
２に対して励起コイル10を位置決めできる。

【００４３】次に、図６は第３の実施の形態を示す水処
理装置11の断面図である。

【００４４】セラミックス製の外管21の内側に、複数本
の無電極放電ランプ１の発光管２が外管21の軸方向に沿
って平行に配設されている。発光管２は、外管部2aおよ
び内管部2bを有する二重管構造に形成されている。外管
21の外周には励起コイル10が螺旋状に巻回して配設され
ている。外管21と発光管２の間、および発光管２の内管
部2bの内側に、処理する水Ｗが流通する流通路15が形成
されている。

【００４５】発光管２には管軸方向に沿ってほぼ等間隔
に水銀保留部４（図示せず）が形成される。この水銀保
留部４としては、発光管２の下面側に凹部を設けて水銀
ａの保留が安定するようにする。

【００４６】そして、励起コイル10に高周波電力を供給
すると、励起コイル10に発生した高周波エネルギーによ
り各発光管２の放電空間３でアークなどの放電が生じ、
紫外線が外管21と発光管２の間および発光管２の内管部
2bの内側を流れる水Ｗに照射され、殺菌、浄化される。
このとき、複数本の発光管２が水没配置されているた
め、発光管２の周面から全ての方向に放射される光が水
Ｗに対して有効に照射される。また、複数の発光管２を
水没配置したため、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。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。

【００４７】なお、この場合にも、発光管２および外管
21の水Ｗに接する箇所に光触媒膜またはテフロン樹脂膜
を形成しても、前述と同様の作用効果を奏する。

【００４８】なお、発光管２の内側の放電空間３に励起
コイル10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。

【００４９】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。

【００５０】

【発明の効果】請求項１記載の照射装置によれば、発光
管に０．４ｍｇ／ｃｍ²以上の通常に比べて大量の水銀
を封入するとともに、その水銀を保留する複数の水銀保
留部を発光管の管軸方向に沿ってほぼ等間隔に設けたた
め、水銀保留部に保留された水銀が放電熱で蒸発すると
ともに過剰な水銀蒸気が冷却されて水銀保留部に戻る循
環が常になされ、発光管の雰囲気温度に影響を受けず
に、発光管内全体で水銀蒸気圧が均一かつ適正に保た
れ、発光管内全体で均一な放電が得られる。

【００５１】請求項２記載の照射装置によれば、請求項
１記載の照射装置の効果に加えて、水銀保留部を発光管
の外面に突出する突出部の内側の凹部に設けたため、そ
の突出部が発光管の最冷部となり、水銀保留部での水銀
の保留を安定させることができる。

【００５２】請求項３記載の照射装置によれば、請求項
２記載の照射装置の効果に加えて、励起コイルを突出部
と係合させて発光管の外側に設けたため、発光管に対し
て励起コイルを位置決めできる。

【００５３】請求項４記載の照射装置によれば、請求項
１ないし３いずれか一記載の照射装置の効果に加えて、
水銀保留部に金属片を設けたため、金属片で水銀蒸気を
冷却して、水銀保留部での水銀の保留を安定させること
ができる。

【００５４】請求項５記載の照射装置によれば、請求項
１ないし４いずれか一記載の照射装置の効果に加えて、
水銀に代えて、０．４ｍｇ／ｃｍ²以上の水銀蒸気を放
出可能とするアマルガムを用いたため、通常の水銀より
も蒸気圧が抑制されることにより、雰囲気温度が比較的
高い場合でも対応できる。

【００５５】請求項６記載の水処理装置によれば、請求
項１ないし５いずれか一記載の照射装置により流通路の
水に光を照射するため、水の殺菌、浄化を確実かつ安定
させることできる。

【００５６】請求項７記載の水処理装置によれば、請求
項６記載の水処理装置の効果に加えて、照射装置の発光
管を流通路に水没配置したため、発光管から放射される
光を水に対して有効に照射できる。

【００５７】請求項８記載の水処理装置によれば、請求
項６または７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無電極放電ラ
ンプの断面図である。

【図２】同上実施の形態の無電極放電ランプの断面図で
ある。

【図３】同上実施の形態の無電極放電ランプの水銀保留
部を拡大した断面図である。

【図４】同上実施の形態の水処理装置の断面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す無電極放電ラ
ンプの断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す水処理装置の
断面図である。

【符号の説明】

１無電極放電ランプ２発光管４水銀保留部７突出部８凹部９金属片 10 励起コイル 15 流通路ａ水銀

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管軸方向に長尺に設けられた発光管と；
発光管内に０．４ｍｇ／ｃｍ²以上の封入量で封入され
た水銀と；発光管内に封入された希ガスと；発光管を励
起させる励起コイルと；発光管内に管軸方向に沿ってほ
ぼ等間隔に設けられ、水銀を保留する複数の水銀保留部
と；を具備していることを特徴とする照射装置。
【請求項２】水銀保留部は、発光管の外面に突出する
突出部の内側の凹部に設けられたことを特徴とする請求
項１記載の照射装置。
【請求項３】励起コイルは、突出部と係合して発光管
の外側に設けられたことを特徴とする請求項２記載の照
射装置。
【請求項４】水銀保留部に設けられた金属片を具備し
ていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記
載の照射装置。
【請求項５】水銀に代えて、０．４ｍｇ／ｃｍ²以上
の水銀蒸気を放出可能とするアマルガムを具備している
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の照
射装置。
【請求項６】水が流れる流通路と；流通路の水に光を
照射可能に配置される請求項１ないし５いずれか一記載
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７】照射装置の発光管は、流通路に水没配置
されることを特徴とする請求項６記載の水処理装置。
【請求項８】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６または７記載の水処理装置。