説明

紫外線照射装置

【課題】ランプ温度に影響を受ける紫外線ランプと処理ユニットとの距離に制限を加えることで、高入力電力の場合での早期の失透や黒化等を抑制する。
【解決手段】紫外線透過性の石英ガラスで気密性を有する放電空間13を備えた発光管14内の軸方向に一対の放電用の電極15a,15bを対向して配置する。放電空間13内にアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物を封入することで紫外線ランプ100を構成し、点灯時に紫外光を発光させる。紫外線ランプ100は、内管21と外管22との間に紫外線ランプ100を冷却させる冷却液24を循環させ、紫外線を透過させる二重構造の処理ユニット200の内管21内に収容する。紫外線ランプ100と処理ユニット200の内管21との距離D[mm]と紫外線ランプ100の入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35の関係を満足させるとともに、外管22の内面に紫外線反射膜25を形成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、紫外線ランプから照射される紫外線で光化学処理、光殺菌、光洗浄等に用いられる紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の紫外線照射装置は、紫外線を照射させる紫外線照射用ランプの表面が高温となる。そのため破損を防止する冷却機構が必要となり、一般的には空冷による冷却方式が使用されている。空冷方式にはランプに直接気体を当て冷却する直接的手法とランプ外周方向に設置した透過容器を液体により冷却することで透過容器周囲の気体を冷却し、ランプを冷却する間接的手法がある。特に、被照射物の温度上昇の抑制またはランプ外周方向に被照射物である液体がある場合には後者の手法が用いられる。(例えば、特許文献1)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−226806号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した特許文献1の技術は、ランプ入力電力を上昇させることで、被照射物に対する処理能力を向上させることができるものの、ランプ周囲の気体を冷却させることでランプを冷却する間接的手法では、冷却能力に限界があることから120W/cm以下の入力電力に制限される。一般にランプ表面温度が850℃以上で点灯させ続けた場合、早期に失透、黒化等の不具合が生じる、という問題があった。
【0005】
この発明の目的は、ランプ温度に影響のある紫外線ランプと処理ユニットとの距離に制限を加えることで、高入力電力による点灯でも長寿命化を図ることのできる紫外線照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記した課題を解決するために、この発明の紫外線照射装置は、紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた発光管と、前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させるとともに、前記紫外線ランプから紫外線を透過させ被処理液の水処理を行う処理ユニットと、を具備し、前記紫外線ランプと前記処理ユニットの内管との距離D[mm]と前記紫外線ランプの入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35(ただし、120≦P≦170)の関係を満足させるとともに、前記処理ユニットの外管の内面に紫外線反射膜を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
この発明によれば、120W/cm以上の高入力電力状態であってもランプの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するためのシステム構造図である。
【図2】図1で用いる紫外線ランプについて説明するための構成図である。
【図3】図1のI−I’線断面図である。
【図4】紫外線ランプと処理ユニットとの距離の関係について説明するための説明図である。
【図5】入力電力と紫外線ランプおよび処理ユニット間距離との関係について説明するための説明図である。
【図6】この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための、図3に相当する要部の断面図である。
【図7】この発明の紫外線照射装置に関するもう一つの他の実施形態について説明するための、図3に相当する要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0010】
図1〜図3は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するための、図1は基本的なシステム構造図、図2は図1に用いる紫外線ランプについて説明するための構成図、図3は図2のI−I’線断面図である。
【0011】
紫外線照射装置は、紫外線ランプ100と処理ユニット200から構成される。紫外線ランプ100と処理ユニット200は、紫外線ランプ100のソケット11a,11bに取り付けられたスペーサ12a,12bにより所定の間隔に位置決めされる。
【0012】
図2に示すように、紫外線ランプ100は、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間13を形成する発光管14の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極15a,15bが配置される。発光管14は、例えば外径φが27.5mm、肉厚mが1.5mm、発光長Lが100mm程度の一重管で構成される。
【0013】
電極15a,15bは、それぞれインナーリード16a,16bを介してモリブデン箔17a,17bの一端に溶接される。モリブデン箔17a,17bの他端には、図示しないアウターリードの一端を溶接する。モリブデン箔17a,17bの部分は発光管14のインナーリード16a,16bからアウターリードの一端までの発光管14を加熱して封止する。
【0014】
モリブデン箔17a,17bは、発光管14を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔17a,17bに一端がそれぞれ接続されたアウターリードには、例えばセラミック製のソケット18a,18bの内部で電気的に接続された給電用のリード線19a,19bを絶縁封止するとともに図示しない電源回路に接続される。
【0015】
発光管14内には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが1.3kPaで、水銀それに紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうちの少なくとも1種とハロゲンが封入されている。
【0016】
処理ユニット200は、円筒状の石英ガラス等の紫外線透過性の透明な材料よりなり、内管21とその外側に設けられた外管22を備え、二重管構造となっている。紫外線ランプ100は、内管21に内包されている。
【0017】
図3に示すように、処理ユニット200の内管21は、例えば内径d1を32mm、外径d2を36mmとし、外管22は、例えば内径d3を66mm、外径d4を70mmとする。
【0018】
処理ユニット200は、外周端部に設けられた接続管23a,23bを通して外部から光化学処理対象の水などの処理液24を流通させる。処理液24は、図1に示すように、接続管23aから60度以下の温度の低いものを入水し、接続管23bから紫外線ランプ100の冷却を行い、暖められたものを出水する。必要により暖められた出水は、冷却され再び接続管23aから入力するようにしてもよい。従って、処理液24は、紫外線ランプ100の冷却水としての役目も果たすことになる。
【0019】
外管22の内表面には、紫外線反射膜25が被着して形成されている。この紫外線反射膜25としては、酸化タンタル、酸化はハフニウム、酸化ジルコニウム等の金属酸化物の少なくとも1種により構成される。紫外線反射膜25は、紫外線ランプ100から放射される光のうち、紫外線は反射させ、赤外線は透過させるように成分調整がなされている。
【0020】
そして、ランプ長が100cmのときにランプ電力を16kW(160W/cm)が供給され、紫外線ランプ100から紫外線を放射されると、処理ユニット200内を通過させる処理液24の光化学処理が行われる。
【0021】
外管22の内面に被着した紫外線反射膜25は、紫外線ランプ100から放射された光を400nm以下の波長成分を反射させて処理水に再び照射させ、光反応を促している。
【0022】
このとき、処理ユニット200には処理液24を流通させ、紫外線ランプ100の発光管14の温度が850℃を超えないように冷却水としても用いている。発光管14の表面温度は、850℃以上になると封入ガスと発光管14の材料である石英ガラスとの反応により黒化現象が生じることが知られている。
【0023】
ここで、上記した構成の紫外線ランプ100の発光管14と上記した構成の処理ユニット200の内管21との距離をD[mm]とランプ入力電力P[W/cm]の関係について、図4、図5を参照しながら説明する。
【0024】
図4では、80,120,140,160,170W/cmの5種類の入力電力が紫外線ランプ100に供給された場合の850℃以下における良好な発光管14と処理ユニット200の内管21との距離Dを示している。図4では、紫外線ランプ100と処理ユニット200との接触の弊害を考え、1mmを最小値とした例をデータとしている。
【0025】
80W/cmでは、図4に示した15mmまでのいずれにおいても発光管14の表面温度が850℃を超えることはなく、ランプ寿命の点では良好である。しかし、この場合は入力電力が小さいことから所望の照度が得られないという問題がある。
【0026】
また、120W/cmでは約11mm以下の距離に、140W/cmでは約6.5mm以下の距離に、160W/cmでは約3mm以下の距離に、170W/cmでは約1.3mm以下の距離にそれぞれ設定した場合には、850℃以下で良好な照度を得つつ、封入物と発光管14との反応による黒化現象を防止できることからランプの長寿化を図ることができる。
【0027】
図5では、このときの入力電力[W/cm]と良好な発光管14と内管21との距離をD[mm]のプロットを取り、直線で結んだ特性を示している。この図5からもわかるように、ランプ表面温度が850℃となる入力に対する距離Dの関係から、D=−0.2P+35となる近似式が求めらる。このことから、D≦−0.2P+35の条件の場合、ランプ温度を850℃以下に制御することが可能となった。ただし、入力電力P(W/cm)は、120≦P≦170の条件下とする。
【0028】
この実施形態では、入力電力が120〜170W/cmの間において、発光管14と内管21との距離D[mm]が、D≦−0.2P+35の近似式を満足する条件であれば、所望の照度が得られつつ、黒化現象を抑えることが可能となり長寿命化を図ることができる。
【0029】
さらに、赤外線を通過させ紫外線を反射させる紫外線反射膜25を、処理ユニット200の外管22の内面に形成したことにより、処理液24の温度を上昇させる要因の赤外線は通過させ、紫外線は反射させて再び処理液24を照射して光反応を促進させることが可能となり、処理能力の向上を図ることができる。
【0030】
この実施形態では、紫外線反射膜により処理液を一度通過させて光反応による処理を行わせた後に紫外線のみを反射させ、再び光反応処理として用いたことで処理能力の向上を図ることができる。
【0031】
図6は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態の変形例について説明するための図3に相当する断面図であり、上記実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【0032】
この変形例は、紫外線反射膜25を処理ユニット200の外管22の外面に形成したものである。
【0033】
この場合、紫外線反射膜25が処理液25に晒されることがないことから、紫外線反射膜25の機能が低下し寿命が短くなることを抑えることができる。また、紫外線反射膜25を外管22の外面に形成した場合は、外管22の内面に形成した場合に比べて作業の効率化とともに、確実な形成が可能となる。
【0034】
図7は、この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための図3に相当する断面図であり、上記実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【0035】
この実施形態は、処理ユニット200の外管22の外面に紫外線を吸収し、処理ユニット200を通過する処理液を活性化させる光触媒26を形成されるものである。光触媒26は、紫外線を照射させることで、その表面で強力な酸化力が生まれ、接触してくる有機化合物や細菌などの有害物質を除去させることができる。光触媒26としては、例えばニ酸化チタン(Tio)が用いられる。
【0036】
この実施形態では、光触媒により処理液を一度通過させて処理液を活性化し、光触媒で紫外線を反射させて再び処理液を活性化させることができる。このため、光触媒の表面の酸化力が向上し、処理液をより活性化させることができ、有機化合物や細菌などの有害物質を除去させる能力を向上させることができる。
【符号の説明】
【0037】
100 紫外線ランプ
13 放電空間
14 発光管
15a,15b 電極
300 処理ユニット
21 内管
22 外管
23a,23b 接続管
24 処理液
25 紫外線反射膜
26 光触媒

【特許請求の範囲】
【請求項1】
紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた発光管と、
前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、
前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させるとともに、前記紫外線ランプから紫外線を透過させ被処理液の光化学処理を行う処理ユニットと、を具備し、
前記紫外線ランプと前記処理ユニットの内管との距離D[mm]と前記紫外線ランプの入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35(ただし、120≦P≦170)の関係を満足させるとともに、前記処理ユニットの外管の内面に紫外線反射膜を形成したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項2】
前記紫外線反射膜は、前記処理ユニットの外管の外面に形成したことを特徴とする請求項1記載の紫外線照射装置。
【請求項3】
紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた発光管と、
前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、
前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させる冷却液を循環させるとともに、紫外線を透過させる構造の処理ユニットと、を具備し、
前記紫外線ランプと前記処理ユニットの内管との距離D[mm]と前記紫外線ランプの入力電力P[W/cm]は、D≦−0.2P+35(ただし、120≦P≦170)の関係を満足させるとともに、前記処理ユニットの外管の内面に光触媒を形成したことを特徴とする紫外線照射装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−110492(P2011−110492A)
【公開日】平成23年6月9日(2011.6.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−268727(P2009−268727)
【出願日】平成21年11月26日(2009.11.26)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】