JPH1173913A

JPH1173913A - 紫外線発生装置および同装置を用いた紫外線殺菌装置

Info

Publication number: JPH1173913A
Application number: JP9235235A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Yasui; 祐之安井; Tadashi Imai; 正今井; Hideo Akahori; 秀夫赤堀; Yutaka Uchida; 裕内田; Toshio Ichihashi; 利夫市橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】光強度分布の一様化が容易で、斑のない照射が
行え、耐用寿命の長期化が図れ、少ない消費電力で効率
よく高強度の紫外線発光を得ることができ、構成もコン
パクトで流体の流れの中に配置した場合の流量抵抗の減
少も図れるようにする。【解決手段】紫外線発光体ガスを内部に充填し、一側面
に紫外線透過窓１６を有する偏平な筐体１２と、この筐
体の内部に紫外線透過窓と平行に設けられた薄板状の誘
電体パネル１７と、この誘電体パネルの紫外線透過窓側
に向く一側面に密着して設けられた金属製のメッシュ状
電極１８と、誘電体パネルの他側面に密着して設けられ
た金属製のプレート状電極１９と、各電極１８，１９間
に高速反転パルス電圧を印加して電子放出を行わせるパ
ルス電源装置１４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度の紫外線を
高能率で発生することができる紫外線発生装置と、この
紫外線発生装置を用いて構成され、例えば下水処理施設
での放流水の殺菌、あるいは医療分野の手洗い用水や空
気の殺菌等、大小各種の規模の殺菌処理設備として適用
される紫外線殺菌装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば下水処理における殺菌には
塩素殺菌法が用いられている。しかしながら、有機塩素
化合物などの副生成、水生生物に対する影響、あるいは
維持管理費における安全性等の観点から課題があり、最
近ではこれに変わる新たな殺菌手法が望まれている。新
たな殺菌手法のなかでも、紫外線殺菌法は、副生成物や
残留性がなく、水生生物に対する影響がないことなどか
ら、新しい殺菌手法として注目されている。

【０００３】紫外線（ＵＶ）は、Ｘ線と可視光線とに挟
まれた約１００〜４００ｎｍの波長域の電磁はを総称し
たもので、その物理化学的な作用や生物に与える影響は
波長によって大きく異なる。通常では、生物に与える影
響の度合に応じてＵＶ−Ａ（３１５〜４００ｎｍ）、Ｕ
Ｖ−Ｂ（２８０〜３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（１００〜２
８０）の三つに区分されている。特に、ＵＶ−Ｃは生物
に与える影響が極めて大きく、発癌作用や微生物に対す
る殺菌作用があり、微生物に対しては死に至らしめるこ
とが可能である。

【０００４】波長によって作用が異なるのは、それぞれ
の波長が持つエネルギ量が異なるためであり、そのエネ
ルギは波長が短くなるほど大きく、２４５ｎｍでは１１
２ｋｃａｌ／ｍｏｌ、１８５ｎｍでは１５４ｋｃａｌ／
ｍｏｌである。

【０００５】一方、有機物（生物も含まれる）は、炭素
原子を中心に様々な原子が多数結合した物質からなる。
化学結合の結合エネルギの多くは約７０〜１５０ｋｃａ
ｌ／ｍｏｌのエネルギで、これは紫外線の持つエネルギ
量とほぼ同じレベルである。つまり、炭化水素に紫外線
が吸収されると、その結合が解離し、ラジカル生成を経
由する光化学反応が起こり、有機物は分解していく。

【０００６】紫外線による殺菌作用も、このような光化
学反応の一現象とみなすことができる。つまり、生物細
胞内には紫外線に極めて感受性の高い構造体が存在する
ため、この構造体が紫外線を吸収することによって様々
な化学反応が生じ、それが細胞の死や障害を引き起こ
す。

【０００７】図３４は各波長における殺菌効果を示した
グラフであり、横軸に波長を表し、縦軸に相対殺菌効果
を表している。この図３５から、殺菌効果は２５０〜２
６０ｎｍ付近の波長で特異的に高いことが分かる。

【０００８】また、図３５は核酸（ＤＮＡ）の紫外線吸
収曲線を示したグラフであり、横軸に波長を表し、縦軸
に紫外線の吸収率を表している。この図３６から、核酸
の殺菌効果が著しく高い２５０ｎｍ付近の波長域で、極
めて感受性が高い（吸収率が高い）ことが分かる。

【０００９】つまり、核酸は２６０ｎｍ付近の照射を受
けると、それらを構成する分子内が大きく励起され、化
学反応を起こしてしまう。核酸は、生命の遺伝現象と全
ての重要な生物機能を担っているため、そこに変化が起
こされると、致命的とならざるを得ない。実際、紫外線
により核酸分子内のピリミジン塩基がダイマー（二量
体）に変化する反応が知られており、このダイマーの生
成が紫外線による殺菌の主因と考えられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、殺菌手
法として、副生成物や残留性がなく、水生生物に対する
影響がない紫外線殺菌装置が導入されているが、従来そ
の紫外線装置は低圧水銀ランプが主流である。

【００１１】この低圧水銀ランプは例えば図３６に示す
ように、両端に金属電極１を有するＵ字状のガラス製封
入管２、あるいは図３７に示すように、両端に金属電極
３を有する直管状のガラス製封入管４を備えている。そ
して、これらの封入管２，４の内部に、放電ガスとして
の例えばＡｒガスと、紫外線発光体であるＨｇ蒸気とを
数Ｔｏｒｒ以下のガス圧で封入し、各電極１，３間に電
圧を印加することによって放電を点弧するようになって
いる。

【００１２】この放電点弧によって生成された電子が、
紫外線発光体であるＨｇ蒸気に衝突し、Ｈｇを電子励起
させ、紫外線が発生する。つまり、熱陰極から放出され
た熱電子が放電管の両端に印加した電界により加速さ
れ、内部に封入されている発光種と衝突して励起され、
その結果発光種から紫外線が放射される。

【００１３】しかしながら、このような従来の低圧水銀
ランプでは、紫外線出力がたかだか数十Ｗであり、紫外
線の持つ高いエネルギをより効率よく使用するには多く
の制約があった。例えば低圧水銀ランプの高出力化に伴
い、ランプに入力される電力の紫外線への変換効率（紫
外線効率）が大幅に低下し、結果的に、紫外線出力が増
加しなくなる。

【００１４】このように、高入力化に伴い、紫外線効率
が低下する要因は、大きく分けて以下の二つが考えられ
る。

【００１５】１．水銀をプラズマ中で励起させる力であ
る電子温度が低下するため。２．大電流を流すことにより、プラズマ中の水銀の多く
がイオン化し、励起に寄与できる中性水銀が減少するた
め。

【００１６】また、ランプの定格寿命は、５千〜１万時
間であり、維持管理に課題があった。寿命を決定づける
要因としては、下記の２点が挙げられる。

【００１７】１．大電流のため、電極の消耗が大きい。

【００１８】２．蛍光ランプでも生ずる減少であるが、
寿命が進むにつれて封入物質である水銀が酸化し、黒化
物がプラズマからの紫外線を吸収するため、ランプから
放射される紫外線が減少する。

【００１９】さらに、上述した従来技術の円筒型光源で
は、紫外光線の発光が円筒の中心から円筒の外周部に向
かう方向で放射されおり、殺菌処理装置等に適用した場
合には、円筒の半径方向に向けての照度の減衰が大き
く、また複数の光源を用いる場合には被照射物の体積内
での照射強度の均一化が難しかった。また、熱陰極を蒸
気加熱するため電極の劣化が避けられず、その寿命が短
いという欠点もあった。また、加熱陰極からの電極材料
の若干の蒸発もあり、それが電極劣化の原因となるとと
もに、ガラス面に蒸着し、光の透過率も低下してゆくこ
とも避けられなかった。

【００２０】さらにまた、陰極型の照明ランプの場合、
動作電圧が比較的高いため、装置を大型化した場合に大
掛りな電源装置が必要になり、また大型化により放電が
不均一になり、局所集中しやすくなって均一な発光を得
ることが困難であった。

【００２１】そして、例えば下水道ダクトに上述した円
筒型の紫外線ランプを配置して、殺菌処理を行うことを
考えた場合、図３８に示すように、多数の紫外線ランプ
５を下水道ダクト６内に林立状態で設置しなければなら
ない。このため構成が複雑で大型化する一方、林立する
紫外線ランプ５によって下水の流動抵抗が増大する等の
問題が生じる。

【００２２】なお近年では、誘電体パネルバリア放電を
用いた光源が提案されている（例えば特開平６−３１０
１０６号公報）。この光源では、誘電体パネルを挟んで
その両側に１組の金属電極を配置し、これらの電極に交
流電圧を印加することによって誘電体パネル内面に微小
な放電を発生させ、上述した低圧放電と同様に、発光種
を励起して、発光させるようになっている。

【００２３】また、液晶ディスプレイ等の照明用光源と
して、冷陰極面発光ランプも提案されている（例えば特
開平６−１５０８８２号公報）。この光源では、発光種
を含む空間に一組の電極を対向設置し、この電極間に高
電圧を印加することにより放電を発生させ、発光種を励
起して発光させるようになっている。

【００２４】しかし、このような誘電体パネルバリア放
電等を用いた技術では、放電体積を大きくすることが難
しく、大型光源としては実用上困難であった。

【００２５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、第１の目的は光強度分布の一様化が容易で、斑
のない照射が行えるとともに、従来の紫外線ランプに比
して大幅に耐用寿命の長期化が図れ、かつ少ない消費電
力で効率よく高強度の紫外線発光を得ることができ、し
かも構成もコンパクトで流体の流れの中に配置した場合
の流量抵抗の減少も図れる紫外線発生装置を提供するこ
とにある。

【００２６】また、本発明の第２の目的は、前記の紫外
線発生装置を使用して、高密度の光源設置により省スペ
ース化が図れるとともに、長寿命でメンテナンスが容易
であり、しかも下水その他の被処理物の殺菌処理が高能
力で大量に行え、大規模設備から手洗い水あるいは換気
設備等の比較的小規模の施設に対しても広く適用するこ
とができ、環境設備等への適用上で大きい効果が期待で
きる紫外線殺菌装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明では、紫外線発光体ガスを内部に充
填し、一側面に紫外線透過窓を有する偏平な筐体と、こ
の筐体の内部に前記紫外線透過窓と平行に設けられた薄
板状の誘電体パネルと、この誘電体パネルの前記紫外線
透過窓側に向く一側面に密着して設けられた金属製のメ
ッシュ状電極と、前記誘電体パネルの他側面に密着して
設けられた金属製のプレート状電極と、これらの電極間
に高速反転パルス電圧を印加して電子放出を行わせるパ
ルス電源装置とを備え、前記各電極間への電圧印加によ
って放出した電子を前記筐体内で紫外線発光体ガスに衝
突させることにより紫外線を発生させるとともに、発生
した紫外線を前記紫外線透過窓を介して前記筐体の外方
に放射させるようにしたことを特徴とする紫外線発生装
置を提供する。

【００２８】請求項２の発明では、紫外線発光体ガスを
内部に充填し、対向する両側面に紫外線透過窓を有する
偏平な筐体と、この筐体の内部に前記各紫外線透過窓と
平行に設けられた薄板状の誘電体パネルと、この誘電体
パネルの前記紫外線透過窓側に向く各外側面にそれぞれ
密着して設けられた１対の金属製のメッシュ状電極と、
前記誘電体パネルの内側に密着して設けられた金属製の
プレート状電極と、これら各電極間に高速反転パルス電
圧を印加して電子放出を行わせるパルス電源装置とを備
え、前記各電極間への電圧印加によって放出した電子を
前記筐体内で紫外線発光体ガスに衝突させることにより
紫外線を発生させるとともに、発生した紫外線を前記各
紫外線透過窓を介して前記筐体の両側外方に放射させる
ようにしたことを特徴とする紫外線発生装置を提供す
る。

【００２９】請求項３の発明では、請求項１または２記
載の紫外線発生装置において、薄板状の誘電体パネルを
強誘電体材料によって構成したことを特徴とする紫外線
発生装置を提供する。

【００３０】請求項４の発明では、請求項１から３まで
のいずれかに記載の紫外線発生装置において、筐体内の
紫外線発光体ガス量を調整するガス量調整器を備えたこ
とを特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００３１】請求項５の発明では、請求項１から４まで
のいずれかに記載の紫外線発生装置において、メッシュ
状電極は１枚以上の短冊状のものであることを特徴とす
る紫外線発生装置を提供する。

【００３２】請求項６の発明では、請求項１から５まで
のいずれかに記載の紫外線発生装置において、メッシュ
状電極とプレート状電極とは誘電体パネルを挟んで互い
に分離した構成としたことを特徴とする紫外線発生装置
を提供する。

【００３３】請求項７の発明では、請求項１から５まで
のいずれかに記載の紫外線発生装置において、メッシュ
状電極は、相互に接続された一群の電極要素と、この群
とは分離した状態で相互に接続された他の群の電極要素
とを備え、そのいずれかの群の電極要素をプレート状電
極に接続した構成としたことを特徴とする紫外線発生装
置を提供する。

【００３４】請求項８の発明では、請求項１から７まで
のいずれかに記載の紫外線発生装置において、電極の表
面に金属被覆層を設けたことを特徴とする紫外線発生装
置を提供する。

【００３５】請求項９の発明では、請求項１から８まで
のいずれかに記載の紫外線発生装置において、電極を高
融点金属粒子の結合体によって構成し、この電極の構成
粒子の間隙に仕事関数の低い金属を含浸させたことを特
徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００３６】請求項１０の発明では、請求項１から９ま
でのいずれかに記載の紫外線発生装置において、プレー
ト状電極は１枚構造の誘電体パネルの内部に埋設状態
で、または重合構造の複数枚の誘電体パネルの重合面間
に設けたことを特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００３７】請求項１１の発明では、請求項１から１０
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、誘電
体パネルおよび電極の表面に誘電体パネル被覆層を設け
たことを特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００３８】請求項１２の発明では、請求項１から１１
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、筐体
の内部に紫外線透過窓を支持するための支柱を設たこと
を特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００３９】請求項１３の発明では、請求項１から１２
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、筐体
の紫外線透過窓となる壁部とその支持壁部とを熱膨張係
数が同一または近似した材料で構成し、これら紫外線透
過窓となる壁部とその支持壁部との接合面を、前記両壁
の熱膨張係数の中間的値を有する材料を用いて接合した
ことを特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００４０】請求項１４の発明では、請求項１から１２
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、筐体
の紫外線透過窓となる壁部とその支持壁部とを熱膨張係
数に隔たりがある材料で構成し、これら両壁部の接合面
間に熱膨張差を吸収できるリング状金属を介在させ、こ
のリング状金属を前記紫外線透過窓となる壁部とその支
持壁部とに接合したことを特徴とする紫外線発生装置を
提供する。

【００４１】請求項１５の発明では、請求項１から１２
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、筐体
の紫外線透過窓となる壁部とその支持壁部との接合面
を、表面粗さ１／１０μｍ以下の微細面として形成し、
この両面をオプティカルコンタクトにより接合したこと
を特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００４２】請求項１６の発明では、請求項１から１５
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、筐体
の紫外線透過窓と対向する壁部に開口部を設け、この開
口部の周囲に位置する壁部とこの壁部の内側に位置する
プレート状電極とをメタライズ部を介して密着接合させ
るとともに、前記開口部に面する位置で前記プレート状
電極にパルス電圧印加用配線を接続したことを特徴とす
る紫外線発生装置を提供する。

【００４３】請求項１７の発明では、請求項１６記載の
紫外線発生装置において、筐体の紫外線透過窓と対向す
る壁部の開口部に導電性材料で構成したスタッドを嵌合
し、このスタッドにプレート状電極にメタライズ部を介
して密着接合させるとともにパルス電圧印加用配線を接
続したことを特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００４４】請求項１８の発明では、請求項１から１７
までのいずれかに記載の紫外線発生装置において、パル
ス電源装置は、急峻なパルス励起電流を供給する励起電
源回路を備えたことを特徴とする紫外線発生装置を提供
する。

【００４５】請求項１９の発明では、請求項１８記載の
紫外線発生装置において、励起電源回路は、励起パルス
波形の立上りおよび終了を急峻に行わせるインピーダン
ス変換用のパルスフォーミングネットワークにより構成
したことを特徴とする紫外線発生装置を提供する。

【００４６】請求項２０の発明では、請求項６記載のメ
ッシュ状電極とプレート状電極とが互いに分離した構成
の紫外線発生装置において、パルス電源装置は、誘電体
パネルの表面に帯電した電荷を解消するための手段とし
て電極間にサイリスタ等を用いたショート回路を備え、
単一極性パルスで動作させるようにしたことを特徴とす
る紫外線発生装置を提供する。

【００４７】請求項２１の発明では、請求項１から２０
までに記載の紫外線発生装置を、殺菌対象となる被処理
物に紫外線放射する配置で設けたことを特徴とする紫外
線殺菌装置を提供する。

【００４８】請求項２２の発明では、請求項２１記載の
紫外線殺菌装置において、被処理物は連続的または断続
的に流動する液体または気体であり、紫外線発生装置の
筐体の紫外線透過窓が属する側面を、前記液体または気
体が流動する流路内の当該流動方向と直交する方向に向
けて配置したことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供す
る。

【００４９】請求項２３の発明では、請求項２２記載の
紫外線殺菌装置において、被処理物としての液体が上，
下水道水であり、紫外線発生装置は下水道または上水道
の流路に設けたことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供
する。

【００５０】請求項２４の発明では、請求項２２記載の
紫外線殺菌装置において、被処理物としての気体は、室
内の換気または空気調和の対象となる空気であり、紫外
線発生装置は空気流路に設けたことを特徴とする紫外線
殺菌装置を提供する。

【００５１】請求項２５の発明では、請求項２２から２
４までのいずれかに記載の紫外線殺菌装置において、紫
外線発生装置は被処理物の流れ方向に沿って複数連続的
に、かつ流れと直交する方向に紫外線透過窓が対向する
配置で設置したことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供
する。

【００５２】請求項２６の発明では、請求項２５記載の
紫外線殺菌装置において、紫外線発生装置の発光タイミ
ングを、被処理物の流れ方向上流側から下流側に向かっ
て、流れ速度よりも十分短い間隔で順次にずれる設定と
したことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供する。

【００５３】請求項２７の発明では、請求項２５記載の
紫外線殺菌装置において、紫外線発生装置を、被処理物
の流れに直交する方向に２列以上、並列に配置したこと
を特徴とする紫外線殺菌装置を提供する。

【００５４】請求項２８の発明では、請求項２７記載の
紫外線殺菌装置において、紫外線発生装置の配列位置
を、被処理物の流れの上流側と下流側とで異ならせたこ
とを特徴とする紫外線殺菌装置を提供する。

【００５５】請求項２９の発明では、請求項２１から２
８までに記載の紫外線殺菌装置を放流用下水の殺菌処理
に適用する場合、紫外線発生装置を下水道の処理水ダク
ト内に配設したことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供
する。

【００５６】請求項３０の発明では、請求項２１から２
８までに記載の紫外線殺菌装置を換気空気の殺菌処理に
適用する場合、紫外線発生装置を排気ダクトの換気ポー
トに配設したことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供す
る。

【００５７】請求項３１の発明では、請求項２１から２
８までに記載の紫外線殺菌装置を上水の殺菌処理に適用
する場合、紫外線発生装置を上水道の放水管出口に配設
したことを特徴とする紫外線殺菌装置を提供する。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る紫外線発生装
置およびこの紫外線発生装置を用いた紫外線殺菌装置の
実施形態について、図面を参照して説明する。

【００５９】第１実施形態（紫外線発生装置）図１〜図
２５図１は本実施形態による紫外線発生装置の基本的な構成
を示す図である。

【００６０】この図１に示すように、本実施形態の紫外
線発生装置１１は、気密容器としての偏平な筐体１２の
内部に平板状の放電用電極体１３を固定配置し、筐体１
２内に紫外線発光種であるＨｇ蒸気等の紫外線発光体ガ
スを封入した状態で、放電用電極体１３にパルス電源装
置１４から高速反転パルス電圧を印加する構成となって
いる。

【００６１】筐体１２は全体として薄い直方体状をなし
ており、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミック
スで構成された一側面が開口する箱型の枠体１５と、こ
の枠体１５の開口位置に密着状態で接合され、特定波長
の紫外線透過率が高い材料からなる紫外線透過窓１６と
によって構成されている。紫外線透過窓１６の材料とし
ては、石英、シリカガラス（例えばショット社製のパイ
レックスガラス）、あるいは透明アルミナ等が適用でき
る。筐体１２内に充填されるＨｇ蒸気等の紫外線発光体
ガスは、例えば充填圧が１０³Ｔｏｒｒ以下とされてい
る。なお、紫外線透過窓１６と、その支持壁である枠体
１５の周壁部との接合構造については、後に詳しく説明
する。

【００６２】放電用電極体１３は、セラミックス等で構
成された誘電体パネル１７と、この誘電体パネル１７の
紫外線透過窓１６側に向く一側面（表面）に密着して設
けられた金属製のメッシュ状電極１８と、誘電体パネル
１７の他側面（裏面）に密着して設けられた金属製のプ
レート状電極１９とによって構成されており、筐体１２
の底板内面部位に固着されている。

【００６３】誘電体パネル１７は、肉厚が１００〜５０
０μｍ程度の薄板状のものであり、例えばアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化硅素
（ＳｉＯ₂）、窒化硅素（ＳｉＮ）等のアルカリ土類金
属の化合物からなるセラミックス、あるいはガラス等に
よって構成されている。この誘電体パネル１７の各側面
に形成される電極１８，１９は、タングステン（Ｗ）、
モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）等の高融点金属
によって構成されている。各電極１８，１９の形成方法
としては、例えば金属微粒子をバインダとともに誘電体
パネル１７の表面に塗布した後に焼結する方法、あるい
は真空雰囲気中で誘電体パネル１７に電極材料金属をマ
スク等を用いてスパッタ処理により所定形状に蒸着する
方法等が採用される。

【００６４】メッシュ状電極１８は、例えば一定の間隔
で平行に配列された複数の短冊状の電極要素２０を有
し、その各電極要素２０が長手方向一端側で帯状のコー
ド要素２１で一体に接続された構成となっている。すな
わち、誘電体パネル１７の表面には電極となる金属部分
と、電極が存在せず誘電体パネル１７の表面が露出する
部分とが交互に配置した状態となっている。一方、プレ
ート状電極１９は誘電体パネル１７の裏面のほぼ全体に
沿って形成されている。そして、メッシュ状電極１８と
プレート状電極１９とは誘電体パネル１７を挟んで互い
に分離した構成となっている。

【００６５】パルス電源装置１４は、メッシュ状電極１
８とプレート状電極１９との間に高速反転パルス電圧を
印加して電子放出を行わせるものであり、印加される高
速反転パルス電圧として例えば反転時間をナノ秒以下、
電界値を２０ｋＶ／ｃｍ以下に設定してある。

【００６６】以上の構成において、各電極１８，１９間
にパルス電源装置１４によって高速反転パルス電圧を印
加した場合、各電極１８，１９で挟まれている誘電体パ
ネル１７の表面から高エネルギの電子（図１に模式的に
示した白丸）ａが放出され、この放出した電子ａは筐体
１２内で紫外線発光体ガス（図１に模式的に示した黒
丸）ｂに衝突する。この衝突によって紫外線（図１に模
式的に示した矢印）ｃが発生し、この発生した紫外線ｃ
が紫外線透過窓１６を介して筐体１２の外方に放射され
る。

【００６７】この場合、本実施形態電では放電用電極体
１３が広い面積を有すること、また電極構造としてメッ
シュ状電極１８を採用したこと、さらに高速反転パルス
電圧の印加により放電を行わせるようにしたこと等によ
り、両電極１８，１９で挟まれている誘電体パネル１７
の表面から１０ｅＶ以上の高エネルギの電子放出を高効
率で行うことができ、それに基づく紫外線発光体励起作
用によって紫外線を効率よく、しかも広範囲に亘って発
生させることができる。

【００６８】また、本実施形態によれば従来の紫外線発
生装置と異なり、紫外線発光体ガス中で放電点弧を行わ
ないため、電極消耗等の問題もなく、長寿命化が可能に
なる。さらに、薄板状の誘電体パネル１７を強誘電体パ
ネル材にすることも可能であり、この場合、誘電体パネ
ル１７の大きな自発分極の効果によって放出電子のエネ
ルギをより高エネルギ化にすることが可能である。

【００６９】図２は、ガス量調整器を設けた紫外線発生
装置１１の具体的な構成例を示している。

【００７０】すなわち、この図２に示した構成例では、
筐体１２の内部にに紫外線発光体ガスを供給するための
ガス供給管２２と、供給したガスを排出するガス排気管
２３とを備え、これらガス供給管２２およびガス排気管
２３に、ガス量を可変とするためのバルブ等のガス量調
整器２４が設けられている。

【００７１】このような構成によれば、ガス量調整器２
４で筐体１２内の紫外線発光体ガス量を調整することに
より、筐体１２内での紫外線発生量を適用対象の変動に
応じて制御することができ、必要量の紫外線を任意に発
生することができる。

【００７２】図３は、両面発光型の紫外線発生装置１１
の構成例を示している。

【００７３】すなわち、この図３に示す紫外線発生装置
１１では、筐体１２の両側面に紫外線透過窓１６が設け
られ、筐体１２の内部には各紫外線透過窓１６と平行に
設けられた２重構造の薄板状の誘電体パネル１７が設け
られている。そして、この誘電体パネル１７の紫外線透
過窓１６側に対向する各外表面にそれぞれ密着して１対
の金属製のメッシュ状電極１８が設けられるとともに、
誘電体パネル１７の重合面間に挟持状態で密着して１枚
の金属製のプレート状電極１９が設けられている。

【００７４】そして、パルス電源装置１４によって両面
のメッシュ状電極１８とこれらに挟まれた形のプレート
状電極１９との間に、高速反転パルス電圧を印加して電
子を誘電体パネル１７の両面側で放出させ、放出した電
子を筐体１２内で紫外線発光体ガスに衝突させることに
より紫外線を発生させ、発生した紫外線を筐体１２の両
面の各紫外線透過窓１６から外方に放射させるようにな
っている。

【００７５】このような構成によると、高エネルギ電子
を誘電体パネル１７の両面で効率よく生成させ、紫外線
を両面方向に放出できるとともに、紫外線発生面積の拡
大が図れる。

【００７６】この図３に示した構成例においても、薄板
状の誘電体パネル１７を強誘電体材料によって構成し、
誘電体パネル１７の自発分極の効果により、放出電子の
エネルギを、より高エネルギにすることが可能である。
また、この構成例でも前記同様に紫外線発光体ガス量を
可変とするガス量調整器を装備し、ガス量の調整によっ
て紫外線発生量を適用対象の変動に応じて制御すること
ができる。

【００７７】次に、図４〜図１９によって、放電用電極
体１３あるいは筐体１２等についての各種構成例を説明
する。

【００７８】図４〜図６は、メッシュ状電極１８の短冊
状の電極要素２０を幅広い形状とし、その電極要素２０
間の間隔を大きく設定した構成例（第１の変形例）を示
している。図４は全体構成を示す図であり、図５は放電
用電極体１３の表面構成を示す図であり、図６は放電用
電極体１３の裏面構成を示す図である。

【００７９】この構成例では図４〜図６に示すように、
誘電体パネル１７の表面にメッシュ状電極１８として例
えば３本の幅広い短冊状の電極要素２０（２０ａ，２０
ａ，２０ｂ）が、その誘電体パネル１７の両端縁部とそ
の中間位置とに一定の間隔で互いに平行な配置で形成さ
れている。これらの電極要素２０のうち、誘電体パネル
１７の両端縁部に位置する１対の電極要素２０ａが、誘
電体パネル１７の裏面側のプレート状電極１９にその誘
電体パネル１７の端縁部を介して接合された構成となっ
ている。また、中間に位置する電極要素２０ｂはプレー
ト状電極１９から分離した構成となっている。なお、裏
面のプレート状電極１９は図６に示すように、誘電体パ
ネル１７の板周辺を除くほぼ全面に沿って面状に形成さ
れている。

【００８０】このような構成の放電用電極体１３の場合
には、パルス電源装置１４から高速パルス電圧をメッシ
ュ状電極１８の中間位置の電極要素２０ｂと、プレート
状電極１９との間に印加する。これにより、図１に示し
た構成の放電用電極体１３の場合と同様の電子放出が行
われるほか、メッシュ状電極１８の中間部位置の電極要
素２０ｂとその両側の電極要素２０ａとの間でも電子
（図５に模式的に示した矢印）ｄの放出が行われる。こ
の誘電体パネル１７の表面に沿う放電作用、すなわち沿
面放電が行われることにより、さらに高効率で紫外線を
発生させることができる。なお、電極要素２０の数は３
本以上としてもよいことは勿論である。

【００８１】図７および図８は、放電用電極体１３のメ
ッシュ状電極１８が多数の幅狭な短冊状電極要素２０を
密集した構成（第２の変形例）を示している。図７はこ
の放電用電極体１３の表面構成を示す図であり、図６は
その裏面構成を示す図である。

【００８２】この構成例では、図７に示すように、誘電
体パネル１７の表面にメッシュ状電極１８として多数の
幅狭な短冊状の電極要素２０が一定の小間隔で互いに平
行な配置で形成されている。これらの電極要素２０が各
中間位置でコード要素２１によって一体に接続された構
成となっている。なお、裏面のプレート状電極１９は図
８に示すように、誘電体パネル１７の板周辺を除くほぼ
全面に沿って面状に形成されており、これらメッシュ状
電極１８とプレート状電極１９とは互いに分離した構成
となっている。

【００８３】このような構成例の場合は、図１に示した
構成例とほぼ同様の放電作用が行われるが、メッシュ状
電極１８が幅狭な短冊状の電極要素２０を小さい間隔で
密集していることから、放電作用がより緻密で、均一的
に行われる。

【００８４】図９および図１０は、前記の第１変形例と
第２変形例との複合的構成（第３の変形例）を示してい
る。図９はこの放電用電極体１３の表面構成を示す図で
あり、図１０はその裏面構成を示す図である。

【００８５】この構成例では図９に示すように、メッシ
ュ状電極１８として、幅狭で相互に接続された一群の短
冊状の電極要素２０ｃと、この群とは分離した状態で相
互に接続された他の群の短冊状の電極要素２０ｄとを備
えている。これらの電極要素２０ｃ，２０ｄの群は、例
えば櫛歯を相互に噛合わせたような近接配置とされてい
る。裏面のプレート状電極１９は図１０に示すように、
誘電体パネル１７のほぼ全面に沿って面状に形成されて
おり、このプレート状電極１９と、メッシュ状電極１８
の一方の電極要素２０ｃの群とが互いに誘電体パネル１
７の一端縁側を介して接続されている。

【００８６】このような構成によると、メッシュ状電極
１８となる各群の電極要素２０ｃ，２０ｄ間で沿面放電
による高効率の紫外線発生と、緻密な放電作用との両機
能が得られる。

【００８７】図１１は、メッシュ状電極１８の表面に金
属被覆層を設けた構成例を示す拡大図である。

【００８８】この構成例ではメッシュ状電極１８の表面
に、高融点金属による被覆層２５、例えばニッケル（Ｎ
ｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブ
デン（Ｍｏ）等のメッキ層が形成されている。

【００８９】このような構成によると、高融点金属の被
覆層２５によってメッシュ状電極１８の表面が保護さ
れ、例えば放電作用等におけるスパッタ等に対する強度
の向上が図れるとともに、放電用電極としての特性を向
上することができる。

【００９０】図１２は、電極１８，１９を構成する材料
形態を模式的に示している。

【００９１】前述したように、メッシュ状電極１８およ
びプレート状電極１９は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の高融点金
属の微粒子を誘電体パネル１７上に塗布および焼結、あ
るいはスパッタリングによる蒸着等によって形成され、
微視的には金属粒子２６の結合体として存在する。

【００９２】このような電極１８，１９は加工の際に金
属粒子２６間に空隙を有するポーラス状となる可能性が
あり、その状態では紫外線発生時の電流密度が低くな
り、高い電流密度の動作を行うと、電極表面の劣化が著
しい。

【００９３】そこで、本実施形態では図１２に示すよう
に、電極の構成粒子である金属粒子２６の間隙に仕事関
数の低い金属２７、例えばバリウム（Ｂａ）等を含浸さ
せ、空隙を極力低減させる構成としてある。

【００９４】このような構成によると、電極材料が仕事
関数の低い金属２７が電極に含まれることによって放電
プラズマ中の紫外光により多量の電子が生じるため、電
流密度を高めることが可能となる。

【００９５】図１３は、誘電体パネル１７にプレート状
電極１９を埋設した構成例を示している。

【００９６】すなわち、誘電体パネル１７のコンデンサ
容量は厚さの逆数（１／厚さ）に比例するので、誘電体
パネル１７は厚さの小さいことが望ましい。しかしなが
ら、誘電体パネル１７の厚さを単に小さくしただけで
は、機械的強度が低下して実用上で支障が生じる。

【００９７】そこで図１３に示した構成例では、薄い誘
電体パネル１７の裏面にプレート状電極１９を形成した
後、さらにその裏面側に誘電体１７ａを貼付け、これに
より誘電体表裏面のメッシュ状電極１８とプレート状電
極１９とに挟まれる誘電体厚さを小さくする一方、さら
にその裏面側に貼付けた誘電体１７ａによって機械的強
度を高める構成となっている。

【００９８】このような構成によれば、全体として誘電
体プレート１７の厚さが大きいことによって必要な機械
的強度を確保すしたうえで、コンデンサ容量を大きくす
ることができる。

【００９９】図１４は、誘電体パネル１７の表面および
メッシュ状電極１８の表面をオーバコート層で被覆した
構成例を示している。

【０１００】この構成例ではオーバコート層２８として
例えばＳｉＯ2 等のが適用され、層厚さは数μｍ〜数百
μｍと小さく設定されている。

【０１０１】このような構成によると、誘電体パネル１
７の表面をＳｉＯ2 等のオーバコート層２８で被覆する
ことにより、耐スパッタ性を向上させることができ、か
つ放電特性は被覆なしの場合と同等のものが得られる。
なお、オーバーコート層２８を設けた場合にはＤＣ逆バ
イアス動作を行うことから、印加するパルス電圧として
両極性パルスが必要となる。その場合、反転パルスは必
ずしも急峻でなくともよい。

【０１０２】図１５は、複数の放電用電極体１３を一つ
の筐体１２に収納して、発光面積が広い紫外線発生装置
１１とする場合に好適な筐体１２の構成例を示してい
る。

【０１０３】この例では、４枚の放電用電極体１３を縦
横方向に２枚ずつ配列して一つの筐体１２内に収納する
構成となっている。この場合、紫外線透過窓が広い面積
を有するものとなるため、耐圧性を考慮すると強度確保
の面から肉厚の大きい紫外線透過窓が必要になるが、こ
れは材料コストあるいは紫外線透過性等から不利とな
る。

【０１０４】そこで、図１５に示すように、筐体１２の
内部に紫外線透過窓を支持する支柱２９を立設し、これ
により肉厚の小さい紫外線透過窓の適用を可能とするも
のである。なお、一つの筐体１２に収納する放電用電極
体１３の数および支柱２９の本数は図示のものに限られ
ない。複数の支柱を設ける場合には、所定の間隔で設置
すればよい。

【０１０５】このような構成によれば、発光面積が広い
紫外線発生装置１１とする場合に過度に肉厚の大きい紫
外線透過窓を必要とすることがなく、材料コストの低廉
化、および良好な紫外線透過性の確保等が図れる。

【０１０６】ここで、筐体１２の枠体１５と紫外線透過
窓１６とを封着する接合構成例について説明する。

【０１０７】例えば枠体１５の材料を硬質ガラスとし、
また紫外線透過窓１６の材料を紫外光透過ガラスとした
場合のように、両者の熱膨張係数が近似している場合に
は、熱膨張係数が両者の中間の値を持つ接合媒体、例え
ばガラスハンダ等を用いて封着することができる。

【０１０８】また、枠体１５の構成材料と紫外線透過窓
１６の構成材料との熱膨張係数間に隔たりがある場合に
は、図１６または図１７に示すように、他の接合構成を
採用することができる。

【０１０９】図１６は、枠体１５と紫外線透過窓１６と
の間に熱膨脹を吸収できる金属製リングを挟み込む接合
構成例を示したものである。

【０１１０】この構成例では、紫外線透過窓１６の周囲
表面に例えば金蒸着による封着部３０を形成するととも
に、枠体１５の窓取付け部にメタライズ部３１を形成
し、これら両者の間に熱膨脹差を吸収できる金属製リン
グ３２を挟み込み、この金属製リング３２を枠体１５お
よび紫外線透過窓１６にそれぞれロー付け等により封着
した構成となっている。

【０１１１】このような構成によれば、放電使用時に枠
体１５および紫外線透過窓１６の間で熱膨張に差が生じ
ても、その熱膨張差を金属リング３２の介在によって確
実に吸収し、安定した封着状態を保持することができ
る。

【０１１２】図１７は他の封着構成例を示している。こ
の例では、枠体１５および紫外線透過窓１６の接合部
を、精密研磨により例えば１／１０μｍ以下の表面荒さ
の微細面（オプティカルフラット部）３３，３４として
に仕上げた後、両者を圧接してオプティカルコンタクト
により封着した構成となっている。

【０１１３】このような構成によると、枠体１５と紫外
線透過窓１６とを強固に接合して高度の封着状態を得る
ことができる。

【０１１４】次に、筐体１２に対する放電用電極体１３
の接合構成、およびパルス電源装置１４からのパルス電
圧供給用配線の接続構成等について説明する。

【０１１５】本実施形態の紫外線発生装置１１において
は基本的に、放電用電極体１３のプレート状電極１９部
分を筐体１２の内壁面に接合するとともに、筐体１２の
壁の一部に配線挿通用の孔を形成し、その孔に配線を貫
通してプレート状電極１９およびメッシュ状電極１８へ
の接続を行う構成となっている。この場合、プレート状
電極１９の筐体１２に対する接合、およびパルス電圧供
給用配線の接続は同一部において効率よく構成すること
ができる。

【０１１６】図１８は、その一構成例を示している。

【０１１７】この構成例では、筐体１２の底壁部１２ａ
に開口部３５が設けられ、この開口部３５の周囲に位置
する底壁部１２ａの内面側にメタライズ部３６が形成さ
れている。誘電体パネル１７は、その裏面に形成したプ
レート状電極１９を筐体１２の底壁部１２ａの内面に載
置した状態で配置されており、そのプレート状電極１９
の一部とメタライズ部３６とがロー付け等によって一体
的に接合されている。そして、筐体１２の底壁部１２ａ
の開口部３５を介して表出しているプレート状電極１９
に電流導入端子部３７が設けられ、この電流導入端子部
３７にパルス電圧供給用配線３８が接続されている。な
お、メッシュ状電極１８に接続されるパルス電圧供給用
配線３８は、例えば筐体１２の他の壁部に設けた孔（図
示せず）に気密状態で貫通されている。

【０１１８】このような構成によると、筐体１２の底壁
部１２ａの開口部３５を介し、筐体１２へのプレート状
電極１９の封着接合を直接的に行えるとともに、プレー
ト状電極１９への配線接続等を容易かつ確実に行うこと
ができる。

【０１１９】図１９は、図１８の構成の応用例を示して
いる。

【０１２０】この例では、筐体１２にプレート状電極１
９を直接接合するのではなく、筐体１２の底壁部に設け
た開口部３５に、その開口部３５とほぼ同一径の胴部３
９ａと、これよりも大径な鍔部３９ｂとを有する金属製
の電流導入用スタッド３９が嵌合され、このスタッド３
９を介してプレート状電極１９の接合が行われている。

【０１２１】すなわち、筐体１２の底壁部１２ａの開口
部３５に面する筒状面１２ｂと、底壁部１２ａの内面の
平坦な部分１２ｃとにメタライズ部４０が形成され、こ
のメタライズ部４０を介して、筐体１２の底壁部１２ａ
とスタッド３９の嵌合部分である胴部３９ａの外周面と
の封着が、ロー付け等によって行われている。

【０１２２】また、筐体１２の内部に突出したスタッド
３９の鍔部３９ｂに、プレート状電極１９が載置された
状態でロー付け等によって接合されている。さらに、パ
ルス電圧供給用配線３８も、スタッド３９に対して接続
されている。なお、メッシュ状電極１８に接続されるパ
ルス電圧供給用配線は、例えば筐体１２の他の壁部に設
けた孔（図示せず）に貫通されている。

【０１２３】このような構成によると、筐体１２の底壁
部の開口部３５に設けたスタッド３９を介し、筐体１２
へのプレート状電極１９の封着接合、およびプレート状
電極１９への配線接続等をさらに容易かつ確実に行うこ
とができる。

【０１２４】次に、本実施形態における発光特性とパル
ス電流等の関係、パルス電源回路の構成および作用等に
ついて、図２０〜図２４を参照して説明する。

【０１２５】図２０は、発光特性の一例を示している。
すなわち、図２０の縦軸には供給電流値および電圧値と
放射光強度を表し、横軸には時間を表している。この図
２０に示したように、放射強度が高くなるのは、電圧値
および電流値が急峻に立上がる領域である。したがっ
て、本実施形態では、急峻なパルス励起のために励起電
源としてＰＦＮ（パルスフォーミングネットワーク）を
用いるようにしている。

【０１２６】図２１は、電源と筐体１２内の各電極との
間に設置される励起電流回路を示したものである。この
図２１に示すように、本実施形態の励起電流回路では、
励起用ＰＦＮ（例えばＢｌｍｅｌｅｉｎ回路）４１およ
びインピーダンス変換ＰＦＮ４２を備えた構成となって
いる。このように、ＰＦＮを構成する各段の回路構成に
よってインダクタンスを変化させ、誘電体パネル１７の
各電極１８，１９に急峻なパルス励起電流を供給するよ
うになっている。

【０１２７】すなわち、放電作用においては、励起パル
ス波形の立上がりが早いことも重要であるが、急峻に終
了することが高効率動作には必要である。したがって、
電源と放電部とのインピーダンス整合が重要になる。放
電部における放電時のインピーダンスは数十Ω程度であ
るが、通常の電源の出力インピーダンスは数百Ω程度で
あるため、良好なインピーダンスマッチングを取ること
ができない。そこで、本実施形態では、励起電源回路
は、励起パルス波形の立上りおよび終了を急峻に行わせ
るインピーダンス変換用のパルスフォーミングネットワ
ークにより構成したものである。本実施形態では例え
ば、電源側インピーダンスＺ0 ＝（Ｌb ／Ｃｂ）^1/2＝２
（Ｌc ／Ｃ）^1/2 から放電側インピーダンスＺ1 ＝２（Ｌ³／Ｃ）^1/2 へと変換している。なお、この例とは異なり、Ｌの値は
一定でＣの値を各段で変化させ、あるいは両者を変化さ
せてもよい。

【０１２８】図２２および図２３は他の回路構成および
作用を示している。

【０１２９】すなわち、メッシュ状電極１８とプレート
状電極１９とが互いに接続されていない構成の場合に
は、誘電体パネル１７の表面に帯電した電荷を解消する
ために励起パルスとして両極性パルスが必要となる。し
かし、この場合、反転パルスは誘電体パネル１７の電極
に蓄積された電荷を中和するためのものである。

【０１３０】そこで、図２２に示す構成では、誘電体パ
ネル１７の両電極間にサイリスタを用いたショート回路
４３を設け、単一極性パルスで動作させるようにしてい
る。この回路の場合、励起パルスおよびショート回路４
３の動作パルスのタイミングは、図２３に示すように、
リセットパルスおよび励起パルスを変位させたものとす
る。

【０１３１】図２４は、以上の構成に基づいて発揮され
る本実施形態による紫外線発光強度を従来の装置と比較
して示したものである。

【０１３２】この図２４では縦軸に紫外線の発光強度を
表し、横軸に時間を表している。図２４に実線波形ｐで
示したように、本実施形態によるパルス状に発生する紫
外線の強度は、同図に破線波形ｑで示す従来の連続発生
光に比べて数十倍以上となり、極めて殺菌特性等の優れ
た紫外線発光が行えるようになる。しかも、以上で説明
したように、構成は極めてコンパクトであり、製造およ
び使用の両面で大きい利点を得ることができる。

【０１３３】第２実施形態（下水用紫外線殺菌装置（図
２５〜図３０））本実施形態は、前記第１実施形態で説明した紫外線発生
装置１１を、下水処理システムにおける殺菌装置として
適用したものである。

【０１３４】図２５は、下水用紫外線殺菌装置４９の第
１構成例を示している。

【０１３５】この構成例では、処理水５０としての下水
が流動する処理水ダクト５１内の両側壁の内面に、前述
した一方向に紫外線を発光するタイプの紫外線発生装置
１１を多数、対向状態で連続的に配置してある。そし
て、下水への一様な紫外線の照射により殺菌処理を可能
としている。

【０１３６】図２６は、図２５に示す構成における発光
タイミングを示している。この図２６に示すように、本
構成例では、紫外線発生装置１１でパルス発光が行われ
る点を生かし、複数の紫外線発生装置１１の発光タイミ
ングを処理水５０の流動方向に沿って互いにずらすこと
により、処理水５０に有効に照射することができるよう
にしてある。すなわち、紫外線発生装置１１の発光タイ
ミングが、処理水５０の流れ方向上流側から下流側に向
かって、かつ流れ速度よりも十分短い間隔で順次にずら
して設定されている。

【０１３７】このような第１構成例によると、紫外線発
生装置１１のピークパワーが極めて高いことを生かし、
紫外線発生装置１１の設置間隔を従来の低圧グロー放電
ランプを用いた場合（図３８参照）の２０倍程度広くす
ることができ、殺菌処理率の大幅な向上が図れる。

【０１３８】図２７は下水用紫外線殺菌装置４９の第２
構成例を示している。

【０１３９】この構成例は図２５に示したものとほぼ同
様であるが、各紫外線発生装置１１を上下に２段配置と
して、高さ寸法の大きい処理水ダクトに適用できるよう
にしたものである。なお、図示しないが、上下三段以上
の配置としてもよい。各紫外線発生装置１１による発光
タイミングについては、図２６で示したものに基づき、
上下配置のものを同一タイミングとして実施してもよ
く、また上下配置で異ならせてもよい。

【０１４０】このような構成によれば、大量の処理水を
同時殺菌する場合に有効なものとなる。

【０１４１】図２８は、下水用紫外線殺菌装置４９の第
３構成例を示している。

【０１４２】この構成例では、紫外線発生装置１１を、
処理水５０の流れに直交する方向に３列以上、並列に配
置した多数配列構造としたものである。なお、この例で
は矢印で示すように、発光する紫外線が全て同一方向に
沿って放出されるようにしてある。

【０１４３】図２９は、下水用紫外線殺菌装置４９の第
４構成例を示している。

【０１４４】この構成例では、複数の紫外線発生装置１
１を上流側と下流側とで位相をずらした配置としてあ
る。

【０１４５】このような配置構成によれば、前記の構成
例に比して、被処理水５０に対してさらにむらなく一様
に紫外線を照射することができ、殺菌処理率の向上が図
れる。

【０１４６】図３０は、下水用紫外線殺菌装置４９の第
５構成例を示している。

【０１４７】この構成例では、筐体１２の両面から紫外
線を発生するようにした紫外線発生装置１１を、処理水
ダクト５１内に並列に複数配置してある。図示の例で
は、紫外線発生装置１１を３列に配置しており、各筐体
１２が対向する面では双方向から紫外線が発光され、紫
外線がその間を通る処理水に対して、高密度で斑なく一
様に照射されるようになっている。

【０１４８】したがって、このような構成によれば、処
理水に対する紫外線の照射密度が高まることから殺菌処
理効率を向上でき、片面照射式の構成のものと比べて紫
外線発生装置１１の設置数が減少できる等の利点も得ら
れる。

【０１４９】第３実施形態（空気用紫外線殺菌装置（図
３１、図３２）本実施形態は、前記第１実施形態で説明した紫外線発生
装置１１を、病院施設等の換気システムにおける空気用
殺菌装置６０として適用したものである。

【０１５０】図３１は本実施形態による空気殺菌用紫外
線殺菌装置６０を適用した建屋および排気ダクト等の全
体構成を示し、図３２はこれに適用される殺菌装置部の
構成を拡大して示している。

【０１５１】図３１に示すように、本実施形態では各病
室６１に配置された換気ポート６２に集塵ユニット６３
が設けられ、この各換気ポート６３が共通な排気ダクト
６４に接続されている。

【０１５２】集塵ユニット６２は図３２に示すように、
集塵器電源６５に接続された集塵器コレクタ６６を備
え、この集塵器コレクタ６６を挟む配置で、一対の紫外
線発生装置１１が、互いに紫外線透過窓を対向させた状
態で設けられている。符号６７は、紫外線発生装置１１
の駆動ユニットである。

【０１５３】このような構成によると、各紫外線発生装
置１１で発生した紫外線が、換気ポート６３の集塵器コ
レクタ６６を照射するので、病室６１内から排気される
空気は集塵器コレクタ６６を通過する際に殺菌作用を受
けるとともに、集塵器コレクタ６６に集められた塵埃も
殺菌作用を受ける。したがって、排気中の殺菌作用が極
めて効率よく行われる。

【０１５４】第４実施形態（手洗い水用紫外線殺菌装置
（図３３））本実施形態は、前記第１実施形態で説明した紫外線発生
装置１１を、病院施設等の手洗い水用紫外線殺菌装置７
０として適用したものである。

【０１５５】図３３は、手洗い水用紫外線殺菌装置７０
を上水道管７１の放水管出口部７２に配設した適用例を
示している。

【０１５６】この図３３に示すように、手洗い水用紫外
線殺菌装置７０はその駆動ユニット７３とともに上水道
管７１の蛇口７４等のある放水管出口部７２に配設され
ている。駆動ユニット７３は、例えば水流を関知して手
洗い水用紫外線殺菌装置７０を起動させるようになって
おり、手洗い時に自動的に水の殺菌を行うようになって
いる。

【０１５７】このような構成によれば、病院施設等の衛
生管理が必要な手洗い用水についても、効率よく殺菌作
用が得られるようになる。

【０１５８】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明に係る紫
外線発生装置によれば、光強度分布の一様化が容易で、
斑のない照射が行えるとともに、従来の紫外線ランプに
比して大幅に耐用寿命の長期化が図れ、かつ少ない消費
電力で効率よく高強度の紫外線発光を得ることができ、
しかも薄型コンパクトで流体の流れの中に配置した場合
の流量抵抗の減少も図れる。

【０１５９】また、本発明に係る紫外線殺菌装置によれ
ば、高密度の光源設置により省スペース化が図れるとと
もに、長寿命でメンテナンスが容易であり、しかも下水
その他の被処理物の殺菌処理が高能力で大量に行え、大
規模設備から手洗い水あるいは換気設備等の比較的小規
模の施設に対して広く適用することができ、環境設備等
への適用上で大きい効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による紫外線発生装置の
基本構成を示す説明図。

【図２】前記第１実施形態による紫外線発生装置におい
て、ガス量調整器を設けた構成を示す説明図。

【図３】前記第１実施形態による紫外線発生装置におい
て、放電用電極体の構成を異ならせた場合を示す説明
図。

【図４】前記第１実施形態による紫外線発生装置の構成
を具体化して示す説明図。

【図５】図４に示す紫外線発生装置の放電用電極体の表
面構成を示す説明図。

【図６】図４に示す紫外線発生装置の放電用電極体の裏
面構成を示す説明図。

【図７】前記第１実施形態で適用される放電用電極体の
他の表面構成を示す説明図。

【図８】図７に示す放電用電極体の裏面構成を示す説明
図。

【図９】前記第１実施形態で適用される放電用電極体の
別の表面構成を示す説明図。

【図１０】図９に示す放電用電極体の裏面構成を示す説
明図。

【図１１】前記第１実施形態で適用される放電用電極体
にメッキ層を施した場合の構成を示す拡大断面図。

【図１２】前記第１実施形態で適用される放電用電極体
の粒子構成を示す拡大断面図。

【図１３】前記第１実施形態で適用される埋設型電極構
成を示す断面図。

【図１４】前記第１実施形態で適用される誘電体パネル
および放電用電極体にオーバコートを施した場合の構成
を示す拡大断面図。

【図１５】前記第１実施形態で適用される支柱を有する
筐体の構成を示す斜視図。

【図１６】前記実施形態で適用される筐体の枠部と紫外
線透過窓との接合構成を示す断面図。

【図１７】枠部と紫外線透過窓との他の接合構成を示す
断面図。

【図１８】前記実施形態で適用される筐体と電極部との
接合構成を示す断面図。

【図１９】筐体と電極部との接合構成を示す断面図。

【図２０】前記実施形態で適用される供給電流波形を示
す図。

【図２１】前記実施形態で適用される電気回路構成を示
す図。

【図２２】前記実施形態で適用される他の電気回路構成
を示す図。

【図２３】図２２に示す回路で供給される電流のパルス
発生タイミングを示す図。

【図２４】前記第１実施形態による発光特性を示す図。

【図２５】本発明の第２実施形態による紫外線殺菌装置
の構成を示す説明図で、下水殺菌用として適用した場合
の構成図。

【図２６】前記第２実施形態による紫外線殺菌装置で使
用する紫外線発生装置の発光タイミングの設定例を示す
図。

【図２７】前記第２実施形態による紫外線殺菌装置の他
の構成を示す説明図。

【図２８】前記第２実施形態による紫外線殺菌装置のさ
らに他の構成を示す説明図。

【図２９】前記第２実施形態による紫外線殺菌装置の別
の構成を示す説明図。

【図３０】前記第２実施形態による紫外線殺菌装置のさ
らに別の構成を示す説明図。

【図３１】本発明の第３実施形態による紫外線殺菌装置
の構成を示す図で、空気殺菌用として適用した場合の構
成図。

【図３２】前記第３実施形態による紫外線殺菌装置の要
部構成を示す拡大図。

【図３３】本発明の第４実施形態による紫外線殺菌装置
の構成を示す図で、手洗い水殺菌用として適用した場合
の構成図。

【図３４】紫外線の殺菌効果と波長との関係を示す特性
図。

【図３５】紫外線吸収率と波長との関係を示す特性図。

【図３６】従来の紫外線発生装置の構成を示す図。

【図３７】従来の紫外線発生装置の他の構成を示す図。

【図３８】従来の紫外線発生装置を用いた紫外線殺菌装
置の構成を示す図。

【符号の説明】

１１紫外線発生装置１２筐体１３放電用電極体１４パルス電源装置１５枠体１６紫外線透過窓１７誘電体パネル１８メッシュ状電極１９プレート状電極２０電極要素２１コード要素２２ガス供給管２３ガス排気管２４ガス量調整器２５被覆層２６金属粒子２７仕事関数の低い金属２８オーバコート層２９支柱３０封着部３１メタライズ部３２金属製リング３３，３４オプティカルフラット部３５開口部３６メタライズ部３７電流導入端子部３８パルス電圧供給用配線３９電流導入用スタッド４０メタライズ部４１励起用ＰＦＮ４２インピーダンス変換ＰＦＮ４９下水用紫外線殺菌装置５０処理水５１処理水ダクト６０空気用殺菌装置６１病室６２換気ポート６３集塵ユニット６４排気ダクト６５集塵器電源６６集塵器コレクタ７０手洗い水用紫外線殺菌装置７１上水道管７２放水管出口部７３駆動ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ２１Ｋ 5/00 Ｇ２１Ｋ 5/00 ＺＨ０１Ｊ 61/20 Ｈ０１Ｊ 61/20 Ｌ (72)発明者内田裕神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者市橋利夫神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線発光体ガスを内部に充填し、一側
面に紫外線透過窓を有する偏平な筐体と、この筐体の内
部に前記紫外線透過窓と平行に設けられた薄板状の誘電
体パネルと、この誘電体パネルの前記紫外線透過窓側に
向く一側面に密着して設けられた金属製のメッシュ状電
極と、前記誘電体パネルの他側面に密着して設けられた
金属製のプレート状電極と、これらの電極間に高速反転
パルス電圧を印加して電子放出を行わせるパルス電源装
置とを備え、前記各電極間への電圧印加によって放出し
た電子を前記筐体内で紫外線発光体ガスに衝突させるこ
とにより紫外線を発生させるとともに、発生した紫外線
を前記紫外線透過窓を介して前記筐体の外方に放射させ
るようにしたことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項２】紫外線発光体ガスを内部に充填し、対向
する両側面に紫外線透過窓を有する偏平な筐体と、この
筐体の内部に前記各紫外線透過窓と平行に設けられた薄
板状の誘電体パネルと、この誘電体パネルの前記紫外線
透過窓側に向く各外側面にそれぞれ密着して設けられた
１対の金属製のメッシュ状電極と、前記誘電体パネルの
内側に密着して設けられた金属製のプレート状電極と、
これら各電極間に高速反転パルス電圧を印加して電子放
出を行わせるパルス電源装置とを備え、前記各電極間へ
の電圧印加によって放出した電子を前記筐体内で紫外線
発光体ガスに衝突させることにより紫外線を発生させる
とともに、発生した紫外線を前記各紫外線透過窓を介し
て前記筐体の両側外方に放射させるようにしたことを特
徴とする紫外線発生装置。
【請求項３】請求項１または２記載の紫外線発生装置
において、薄板状の誘電体パネルを強誘電体材料によっ
て構成したことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項４】請求項１から３までのいずれかに記載の
紫外線発生装置において、筐体内の紫外線発光体ガス量
を調整するガス量調整器を備えたことを特徴とする紫外
線発生装置。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかに記載の
紫外線発生装置において、メッシュ状電極は、誘電体パ
ネルの一側面に間隔的に配置した複数の平行な短冊状の
電極要素からなることを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載の
紫外線発生装置において、メッシュ状電極とプレート状
電極とは誘電体パネルを挟んで互いに分離した構成とし
たことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項７】請求項１から５までのいずれかに記載の
紫外線発生装置において、メッシュ状電極は、相互に接
続された一群の電極要素と、この群とは分離した状態で
相互に接続された他の群の電極要素とを備え、そのいず
れかの群の電極要素をプレート状電極に接続した構成と
したことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項８】請求項１から７までのいずれかに記載の
紫外線発生装置において、電極の表面に金属被覆層を設
けたことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項９】請求項１から８までのいずれかに記載の
紫外線発生装置において、電極を高融点金属粒子の結合
体によって構成し、この電極の構成粒子の間隙に仕事関
数の低い金属を含浸させたことを特徴とする紫外線発生
装置。
【請求項１０】請求項１から９までのいずれかに記載
の紫外線発生装置において、プレート状電極は１枚構造
の誘電体パネルの内部に埋設状態で、または重合構造の
複数枚の誘電体パネルの重合面間に設けたことを特徴と
する紫外線発生装置。
【請求項１１】請求項１から１０までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、誘電体パネルおよび電極
の表面に誘電体パネル被覆層を設けたことを特徴とする
紫外線発生装置。
【請求項１２】請求項１から１１までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、筐体の内部に紫外線透過
窓を支持するための支柱を設けたことを特徴とする紫外
線発生装置。
【請求項１３】請求項１から１２までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、筐体の紫外線透過窓とな
る壁部とその支持壁部とを熱膨張係数が同一または近似
した材料で構成し、これら紫外線透過窓となる壁部とそ
の支持壁部との接合面を、前記両壁の熱膨張係数の中間
的値を有する材料を用いて接合したことを特徴とする紫
外線発生装置。
【請求項１４】請求項１から１２までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、筐体の紫外線透過窓とな
る壁部とその支持壁部とを熱膨張係数に隔たりがある材
料で構成し、これら両壁部の接合面間に熱膨張差を吸収
できるリング状金属を介在させ、このリング状金属を前
記紫外線透過窓となる壁部とその支持壁部とに接合した
ことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項１５】請求項１から１２までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、筐体の紫外線透過窓とな
る壁部とその支持壁部との接合面を、表面粗さ１／１０
μｍ以下の微細面として形成し、この両面をオプティカ
ルコンタクトにより接合したことを特徴とする紫外線発
生装置。
【請求項１６】請求項１から１５までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、筐体の紫外線透過窓と対
向する壁部に開口部を設け、この開口部の周囲に位置す
る壁部とこの壁部の内側に位置するプレート状電極とを
メタライズ部を介して密着接合させるとともに、前記開
口部に面する位置で前記プレート状電極にパルス電圧印
加用配線を接続したことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項１７】請求項１６記載の紫外線発生装置にお
いて、筐体の紫外線透過窓と対向する壁部の開口部に導
電性材料で構成したスタッドを嵌合し、このスタッドに
プレート状電極にメタライズ部を介して密着接合させる
とともにパルス電圧印加用配線を接続したことを特徴と
する紫外線発生装置。
【請求項１８】請求項１から１７までのいずれかに記
載の紫外線発生装置において、パルス電源装置は、急峻
なパルス励起電流を供給する励起回路を備えたことを特
徴とする紫外線発生装置。
【請求項１９】請求項１８記載の紫外線発生装置にお
いて、励起電源回路は、励起パルス波形の立上りおよび
終了を急峻に行わせるインピーダンス変換用のパルスフ
ォーミングネットワークにより構成したことを特徴とす
る紫外線発生装置。
【請求項２０】請求項６記載のメッシュ状電極とプレ
ート状電極とが互いに分離した構成の紫外線発生装置に
おいて、パルス電源装置は、誘電体パネルの表面に帯電
した電荷を解消するための手段として電極間にサイリス
タを用いたショート回路を備え、単一極性パルスで動作
させるようにしたことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項２１】請求項１から２０までに記載の紫外線
発生装置を、殺菌対象となる被処理物に紫外線放射する
配置で設けたことを特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項２２】請求項２１記載の紫外線殺菌装置にお
いて、被処理物は連続的または断続的に流動する液体ま
たは気体であり、紫外線発生装置の筐体の紫外線透過窓
が属する側面を、前記液体または気体が流動する流路内
の当該流動方向と直交する方向に向けて配置したことを
特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項２３】請求項２２記載の紫外線殺菌装置にお
いて、被処理物としての液体が上，下水道水であり、紫
外線発生装置は下水道または上水道の流路に設けたこと
を特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項２４】請求項２２記載の紫外線殺菌装置にお
いて、被処理物としての気体は、室内の換気または空気
調和の対象となる空気であり、紫外線発生装置は空気流
路に設けたことを特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項２５】請求項２２から２４までのいずれかに
記載の紫外線殺菌装置において、紫外線発生装置は被処
理物の流れ方向に沿って複数連続的に、かつ流れと直交
する方向に紫外線透過窓が対向する配置で設置したこと
を特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項２６】請求項２５記載の紫外線殺菌装置にお
いて、紫外線発生装置の発光タイミングを、被処理物の
流れ方向上流側から下流側に向かって、流れ速度よりも
十分短い間隔で順次にずれる設定としたことを特徴とす
る紫外線殺菌装置。
【請求項２７】請求項２５記載の紫外線殺菌装置にお
いて、紫外線発生装置を、被処理物の流れに直交する方
向に２列以上、並列に配置したことを特徴とする紫外線
殺菌装置。
【請求項２８】請求項２７記載の紫外線殺菌装置にお
いて、紫外線発生装置の配列位置を、被処理物の流れの
上流側と下流側とで異ならせたことを特徴とする紫外線
殺菌装置。
【請求項２９】請求項２１から２８までに記載の紫外
線殺菌装置を放流用下水の殺菌処理に適用する場合、紫
外線発生装置を下水道の処理水ダクト内に配設したこと
を特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項３０】請求項２１から２８までに記載の紫外
線殺菌装置を換気空気の殺菌処理に適用する場合、紫外
線発生装置を排気ダクトの換気ポートに配設したことを
特徴とする紫外線殺菌装置。
【請求項３１】請求項２１から２８までに記載の紫外
線殺菌装置を上水の殺菌処理に適用する場合、紫外線発
生装置を上水道の放水管出口に配設したことを特徴とす
る紫外線殺菌装置。