(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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する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；
この放電管の内管に通気するための通気路を形成する前記内管の一方の端部に接続される延長管と；
前記放電管と励起コイル及び前記内管に接続される延長管の一部を収容する水密構造の容器と；
前記内管の開放口を前記容器の外側に出すために前記容器の壁面に設けられた水密構造の第１の貫通孔と；
前記延長管を前記容器から外部に取り出すために前記容器の壁面に設けられた水密構造の第２の貫通孔と；
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。
【請求項２】
前記内管は１８５ｎｍ近傍の紫外線を透過する石英あるいはセラミック合成石英で形成することを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプユニット。
【請求項３】
前記容器の外側の近接した位置に光半導体部材を配置することを特徴とする請求項１または２に記載の無電極放電ランプユニット。
【請求項４】
前記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ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無電極放電ランプユニット。
【請求項５】
前記内管の前記延長管が接続されていない側の開口部に、通気性を有し、且つ、液体の侵入を防止するフィルターを装着することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無電極放電ランプユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無電極放電ランプユニットと；
内部に被処理水を流すと共に前記無電極放電ランプユニットを内部に配置した流水管と；
前記放電管に巻回された励起コイルに高周波電流を供給する高周波電源と；
前記放電管の内管の延長管から酸素を含んだ気体を送り込む送風装置と；
を具備することを特徴とする液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
従来から図５に示すように円柱状の放電管１の外周部に励起コイル２を巻回した無電極放電ランプを、保護管３の中に収容し、更にこの保護管３を流水管４内に配置して構成される液体処理装置がある。励起コイル２に図示されない高周波電源から高周波電流が供給されて、放電管１を点灯させると、この放電管１から紫外線が照射される。これと同時に、保護管３の開放口からこの保護管３内に空気を吹き込まれると、吹き込まれた空気に紫外線が照射されてオゾンが発生し、このオゾンを含んだ空気が保護管３の開放口から流水１００中に噴出して、流水を殺菌する。また、保護管３内を通過した紫外線は流水１００中に照射され、流水１００を殺菌する。従って、流水管４内の流水１００は紫外線とオゾンにより複合殺菌処理される。
【０００３】
しかしながら、上記した放電管１から照射された紫外線は殺菌とオゾン生成の両方に使用されるため、保護管３内でオゾンを多量に生成すると、保護管３の外側を流れる流水１００を直接紫外線で殺菌するための紫外線が弱くなってしまい、それ程、殺菌にオゾンと紫外線を使用する割には、殺菌効率がよくないという不具合があった。
【０００４】
ところで、近年、上記した円柱状の放電管１に比較して、効率の高い円筒状放電を行う図６に示すような誘導結合型無電極放電ランプを開発した。この無電極放電ランプの放電管１１は外管１１ａと内管１１ｂより構成される２重管構造を有している。この外管１１ａの外周部には励起コイル１２が巻回されていて、この励起コイル１２に高周波電流が供給されると、外管１１ａの半径方向、即ち外管方向と内管方向とに紫外線が照射される。このような２重管構造の無電極放電ランプを流水管４内の流水中１００に水没させて、流水中１００の殺菌を行うと、流水１００は内管１１ｂ内と外管１１ａの外側を流れる。しかしながら内管１１ｂの口径は外管１１ａの口径に比較して小さいため、コンダクタンスが大きく、紫外線照射が強い割には内管１１ｂ内の流水量を大きくとれないため、内管方向に照射された紫外線が殺菌に余り寄与できず、有効に用いられないという不具合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、無電極放電ランプの円柱状放電管から照射され紫外線を流水１００の殺菌と保護管３内のオゾン生成の両方に使用すると、オゾンを生成した後の残りの紫外線を流水１００の殺菌に用いるため、オゾンを多量に生成したような場合、直接紫外線で殺菌するための紫外線が弱くなり、それ程、殺菌効率がよくないという課題があった。また、２重管構造の放電管１１を流水１００中に水没させて流水１００の殺菌を行うと、内管１１ｂ内の通水量を大きくとれないため、内管方向に照射された紫外線が殺菌に余り寄与できず、発生した紫外線が有効に用いられないという課題があった。
【０００６】
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、紫外線とオゾンの複合殺菌を極めて効率よく行うことができる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処理効率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する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；この放電管の内管に通気するための通気路を形成する前記内管の一方の端部に接続される延長管と；前記放電管と励起コイル及び前記内管に接続される延長管の一部を収容する水密構造の容器と；前記内管の開放口を前記容器の外側に出すために前記容器の壁面に設けられた水密構造の第１の貫通孔と；前記延長管を前記容器から外部に取り出すために前記容器の壁面に設けられた水密構造の第２の貫通孔と；を具備している。
【００１０】
このような構成により、放電管の外管の外周部に巻回された励起コイルに高周波電流が供給されると、外管内に放電が生じ、封入された水銀又は希ガスから紫外線が発生する。この時、放電管を収容した容器を被処理水中に水没させると、外管の外側から出た紫外線は容器を透過して被処理水を照射して、この被処理水を殺菌する。また、前記容器外部に前記第２の貫通孔を通して取り出された延長管から前記内管内に送り込まれた例えば空気は、外管から内管方向に出た紫外線により照射されてオゾンを発生し、このオゾンを含んだ空気が前記容器の第１の貫通孔より容器の外側に出た内管の開口部から被処理水中に噴出して、被処理水を殺菌したり、被処理水中の有機物の分解を行う。
【００１１】
請求項２の発明の前記内管は１８５ｎｍ近傍の紫外線を透過する石英あるいはセラミック合成石英で形成する。
【００１２】
このような構成により、前記内管内には、前記外管からオゾン発生に適した１８５ｎｍ近傍の紫外線が侵入するため、内管内に送り込まれた空気から効率よくオゾンが発生する。
【００１３】
請求項３の発明は、前記容器の外側の近接した位置に光半導体部材を配置する。
【００１４】
このような構成により、前記光半導体を前記放電管、又はこの放電管を収容した容器を水没させる被処理水中に位置させると、前記放電管の外管から出た紫外線は光半導体部材を照射し、活性電子を被処理水中に放出し、紫外線又はオゾンによる被処理水の殺菌や有機物の分解に加えて、前記活性電子による被処理水の殺菌や有機物の分解が行われる。
【００１５】
請求項４の発明の前記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る。
【００１６】
このような構成により、複数に分割されたコイルを並列に接続すれば、これらコイルに高周波電流を供給する図示されない高周波電源側から見た励起コイルのインダクタンスが低くなるため、前記高周波電源は前記励起コイルへ通常時は低い電圧の高周波電流を供給して、放電管を点灯する。
【００１７】
請求項５の発明は、前記内管の前記延長管が接続されていない側の開口部に、通気性を有し、且つ、液体の侵入を防止するフィルターを装着する。
【００１８】
このような構成により、放電管又は放電管を収容した容器を被処理水中に水没させた場合、前記フィルターは被処理水が内管内部に侵入することを阻止すると共に、内管内部の例えばオゾンを含んだ空気などを内管の外側の被処理水中に流出させる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無電極放電ランプユニットと；内部に被処理水を流すと共に前記無電極放電ランプユニットを内部に配置した流水管と；前記放電管に巻回された励起コイルに高周波電流を供給する高周波電源と；前記放電管の内管の延長管から酸素を含んだ気体を送り込む送風装置と；を具備する。
【００２０】
このような構成により、高周波電源から出力された高周液電流は、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。これと同時に、コンプレッサ等の送風装置は前記放電管の内管の延長管から酸素を含んだ気体を内管に送り込む。これにより、無電極放電ランプユニットは被処理水中へ紫外線を放射すると共に、オゾンを含んだ気体を噴出し、被処理水を殺菌すると共に、被処理水中の有機物の分解を行う。尚、請求項１記載の無電極放電ランプユニットを用いれば、容器の保温効果により、無電極放電ランプユニットの放電管が冷えることなくなり、紫外線照射効率が落ちることがなく、十分な量の紫外線が発生され、紫外線とオゾンの複合殺菌が十分に行われる。
【００２１】
請求項８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。
【００２２】
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。
【００２３】
【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と円筒形の内管１１ｂから構成されている。この外管１１ａは普通石英、即ち２５３ｎｍ付近の紫外線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、所謂、合成石英で作られている。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、１３は被処理水（流水１００）が流れる鉄管等で出来た流水管、１４は励起コイル１２に高周波電流を供給するリード線、１１１は内管１１ｂの延長管部分で、空気を外管１１ａの内側にある内管１１ｂに送り込むための通路になっている。１５は内管１１ｂの開口部に装着されているセラミックスなどで出来た多孔質のフィルターで、内管１１ｂ内に水などが侵入するのを防止すると共に、内管１１ｂ内の空気を外側に排出する機能を有している。
【００２４】
次に本実施の形態の動作について説明する。流水管１３の外部に引き出されたリード線１４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。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の外管１１ａ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などの紫外線を発生する。発生された紫外線は外管１３ａの外側方向と内管１１ｂ方向に照射される。外管１３ａの外側方向に照射された紫外線は流水管１３の内側を流れる流水１００を直接殺菌する。
【００２５】
これと同時に、流水管１３の外部に引き出された内管１１ｂの延長管１１１には図示されないコンプレッサから空気が送り込まれ、この空気は内管１１ｂを通って、セラミックフィルター（以下）多孔質フィルターという１５から流水中に噴射される。この空気は内管１１ｂを通過する時、外管１１ａから内管１１ｂ側に照射された紫外線を浴びて、オゾンを発生する。この内管１１ｂは１８５ｎｍの透過率の高い合成石英で構成されており、従って、１８５ｎｍの紫外線が内管１１ｂ内へ強く放射され、内管１１ｂを通る空気中の酸素は１８５ｎｍ紫外放射によって、活性酸素となり、オゾンが生成される。
【００２６】
このため、多孔質フィルター１５からはオゾンを含んだ無数の気泡が流水１００中に噴射され、前記オゾンにより流水１００が殺菌される。外管１１ａから放射された２５３ｎｍ紫外線は被処理水中の大腸菌などの微生物ＤＮＡを破壊して殺菌すると共に、処理水中にとけ込んだオゾンによって、細菌の細胞膜などの酸化分解破壊が行われて、更に殺菌の追い打ちがかけられ、強い殺菌効果を発揮すると共に、被処理水中の有機物を酸化分解する。こうして、被処理水中の殺菌と有機物分解が効率よく実行される。尚、内管１１ｂに通気する気体は酸素を含む気体であれば、空気でなくともよい。
【００２７】
本実施の形態によれば、放電管１１の外管１１ａで発生した紫外線で、外管１１ａの外側方向へ照射された紫外線は、流水管１１内へそのまま放射され、流水１００の殺菌等に使用され、本来の紫外線としての機能を果すが、外管１１ａから内管１１ｂ方向に照射された紫外線は内管１１ｂ内を通気する空気に照射されてオゾンを発生し、このオゾンが流水１００中に噴射されることにより、流水１００の殺菌を行うため、外管１１ａから内管１１ｂ方向に照射された紫外線を有効に利用することができる。しかも、オゾンを発生するために使用される紫外線は外管１１ａから内管１１ｂ方向に照射された紫外線で、従来の２重管構成の放電管１１では、余り有効利用されなかった紫外線であるため、オゾンによる殺菌を行っても、外管１１ａから直接流水１００中に照射される紫外線を弱めるようなことがなく、紫外線とオゾンによる複合殺菌を極めて効率よく行うことができる。
【００２８】
ここで、図５に記載した従来の無電極放電ランプの紫外線放射量は効率的には３０％前後であり、本例の無電極放電ランプの外管１１ａの外側へ放射される紫外線量も効率的には３０％前後であり、同等の効率である。２重管の内管１１ｂ方向へ放射される紫外線はそれとは別に外管１１ａと内管１１ｂとの面積比に相応した程度の紫外線放射量を有しており、オゾン生成のために放射される紫外線は余剰のものであるため、本例の無電極放電ランプを用いた水処理効率は極めて高いものとなる。
【００２９】
図２は本発明の無電極放電ランプユニットの第２の実施の形態の構成を示した一部破砕斜視図である。１７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１７ａと、この外管１７ａの開放端を密閉して水などの被処理水が外管１７ａ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１７ｂ１、１７ｂ２により構成される外囲器（容器）で、放電管１１を包含するに十分な直径を有している。１８は一対のリード線１４を外囲器１７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１７の内部に侵入しないような水密構造になっている。尚、このリード線１４は外囲器１７内部で、放電管１１の外周部に巻回されている励起コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを一対のワイヤー１９を介して並列接続しており、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ている。
【００３０】
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１７ｂ１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１７ｂ２の中央に穿かれた貫通孔２０を貫通して、外囲器１７の外側に出ている。外囲器１７の外側に出た内管１１ｂの延長管１１１は途中でほぼ直角に折れ曲がり、流水管１３の壁面に穿かれた水密構造の貫通孔２１を通して、流水管１３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セラミック等でできた多孔質フィルター１５が外側から装着されている。２２は流水管１３の完璧に設けられた引き出し孔で、この孔を通して、リード線１４が流水管の外側に引き出されている。
【００３１】
次に本実施の形態の動作について説明する。流水管１３の外部に引き出されたリード線１４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。この高周波電流はワイヤー１９を介して放電管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、紫外線が外管１１ａの外側と、内管１１ｂ側に照射され、外管１１ａの外側に照射された紫外線は外管１７ａを透過して流水１００中に照射されることにより、流水１００を殺菌する。
【００３２】
放電管１１は外囲器１７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１７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。この時、内管１１ｂの延長管１１１から空気が内管１１ｂに送り込まれ、内管１１ｂで紫外線を浴びてオゾンを発生し、このオゾンを含んだ気泡が多孔質フィルター１５から流水中に噴射され、流水１００の殺菌や流水１００中の有機物の分解を行う。
【００３３】
本実施の形態によれば、放電管１１が外囲器１７内に収容されているため、放電管１１の完璧が流水１００で冷やされず、４０℃付近を保持するため、効率よく紫外線を照射することができる。しかも、図１に示した実施の形態と同様の理由で、紫外線とオゾンによる複合殺菌を極めて効率よく行うことができるが、上記したように放電管１１からの紫外線照射効率が落ちないため、期待した通りの十分な複合殺菌を行うことができる。
【００３４】
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１７内に収容された無電極放電ランプに近接した流水管１３の内壁に、酸化チタン等の光半導体部材２３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２３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２３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。
【００３５】
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放電管１１から照射された紫外線を光半導体部材２３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に相乗して、前記活性電子による流水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。
【００３６】
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１４に並列接続されているため、リード線１４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１２ａ，１２ｂ，１２ｃ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。
【００３７】
図４は本発明の液体処理装置の一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１３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１４線は、流水管１３の管壁に設けられた引き出し孔２２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。
【００３８】
また、無電極放電ランプユニット５０から流水管１３の貫通孔２１を通して外部に引き出された内管の延長部分１１１はコンプレッサ（送風装置）４３に接続され、このコンプレッサ４３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１３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１３に流れ込む。流水管１３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分解され、殺菌済みの水が流水管１３から図中右側の水道管４２に流れ出る。
【００３９】
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１００が殺菌分解されるため、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２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。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、放電管が容器内に収容されているため、容器毎被処理水中に水没させた場合、容器の保温効果により放電管の管璧の温度が低下しないため、放電管からの紫外線照射効率を良好に保持して、紫外線とオゾンによる被処理水の複合殺菌を期待した通りの高効率で十分に行うことができる。
【００４２】
請求項２の発明によれば、内管内の空気などにオゾン生成に適した紫外線が照射されるため、オゾン生成を効率的に行うことができる。
【００４３】
請求項３の発明によれば、光半導体部材は紫外線が照射されると、活性電子を発生するため、光半導体部材を被処理水中に配置することにより、紫外線やオゾンに加えて活性電子による被処理水の殺菌を行うことができ、被処理水の処理を更に効率的に行うことができる。
【００４４】
請求項４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。
【００４５】
請求項５の発明によれば、内管内に被処理水を侵入させることないため、オゾン生成が侵入水により疎外されることなく、生成したオゾンを被処理水中に効率よく噴出することができる。
【００４６】
請求項６の発明によれば、紫外線を有効利用して生成したオゾンを、前記紫外線に加えて、被処理水の殺菌、分解に用いるため、被処理水を極めて効率よく処理することができる。
【００４７】
請求項８の発明によれば、内管の内壁に到達した紫外線を用いて、光半導体材料から活性電子を放出して、紫外線やオゾンによる被処理水の殺菌、分解に加えて、この活性電子による被処理水の殺菌、分解を行うことができ、被処理水の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の実施の形態を示した一部破砕斜視図。
【図４】本発明の液体処理装置の一実施の形態の構成を示したブロック図。
【図５】従来の無電極放電ランプの構成例を示した図。
【図６】従来の無電極放電ランプの他の構成例を示した図。
【符号の説明】
１１  放電管
１１ａ、１７ａ  外管
１１ｂ  内管
１２  励起コイル
１３  流水管
１４  リード線
１５  セラミックフィルター（多孔質フィルター）
１７  外囲器
１７ｂ１、１７ｂ２  フランジ
１８  導入孔
１９  ワイヤー
２０、２１  貫通孔
２２  引き出し孔
２３  光半導体部材
４０  高周波電源
４１  接続部
４２  水道管
４３  コンプレッサー
５０  無電極放電ランプユニット
１１１  延長管
【図１】
0003716886.tif 000002
【図２】
0003716886.tif 000003
【図３】
0003716886.tif 000004
【図４】
0003716886.tif 000005
【図５】
0003716886.tif 000006
【図６】
0003716886.tif 000007