(57)【要約】【課題】  処理すべき流体の汚染度あるいは流量に応じた駆動電力の供給により、流路全体に対して殺菌効果を発揮し得る無電極放電ランプ装置を提供すること。【解決手段】  水銀又は希ガスを封入した放電管２と、この放電管２の外周部に巻回され、それぞれ異なる点灯領域を構成する複数の独立した励磁コイル３、４と、これらの励磁コイルに高周波電流を供給する高周波電源１１、１３と、この高周波電源の出力電流を前記複数の独立した励磁コイル３、４に選択的に供給する切替回路１２とを備えたことを特徴とする無電極放電ランプ装置。【選択図】  図１
2006164556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀又は希ガスを封入した放電管と、この放電管の外周部に巻回され、それぞれ異なる点灯領域を構成する複数の独立した励磁コイルと、これらの励磁コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、この高周波電源の出力電流を前記複数の独立した励磁コイルに選択的に供給する切替回路とを備えたことを特徴とする無電極放電ランプ装置。
【請求項２】
前記複数の独立した励磁コイルに互いに異なる共振周波数を有する共振回路を形成するように接続されたコンデンサと、前記切替回路は前記高周波電源の周波数を切替える回路により構成されていることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項３】
前記互いに異なる共振周波数を有する共振回路は、前記複数の独立した励磁コイルのそれぞれに接続されるコンデンサの容量を互いに異ならせるか、あるいは、前記複数の独立した励磁コイルの巻線数を互いに異ならせるようにしたことを特徴とする請求項２記載の無電極放電ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば、汚水などに紫外線を照射して殺菌を行う水処理装置に適する無電極放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＵＶ殺菌装置としては、例えば、特開２００３−２０８８７４号に開示されているような装置が知られている。すなわちこの装置は、流水管内に配置された水銀又は希ガスを封入した放電管と、この放電管の外周部に巻回された複数の独立した励磁コイルとを備え、これらの励磁コイルに高周波電流を並列に供給することにより、前記放電管内に複数個の発光領域が形成され、紫外線（ＵＶ）が照射される。ここで、励磁コイルを複数個に分割して高周波電流を並列に供給するようにした理由は、高周波電源に対して励磁コイルのインダクタンスを低下させ、定常的に低い高周波電圧をコイルに掛けるようにするためである。
【特許文献１】特開２００２−２０８８７４号公報    第２頁、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の無電極放電ランプ装置においては、処理すべき流体の汚染度あるいは流量に応じて放電ランプの照射出力を増減することは可能である。しかし、ＵＶ殺菌で使用するλ＝２５４ｎｍの紫外線は水中での減衰があることから、ランプの照度をある値以下に低下すると、流路全体に対してＵＶ殺菌効果を達成できないという問題があった。すなわち、流路が例えば断面が円形の流水管である場合、その管軸部分に配置された放電ランプの照度が低いと、この放電ランプから流水管の半径方向に放射される紫外線は、流水内で減衰し、流水管の内周部近傍にまで到達できないため、流路全体にＵＶ殺菌効果を及ぼすことができなくなるからである。なお、流水管内に、その管軸に沿って複数本の放電ランプを配列した大規模な処理装置においては、複数本の放電ランプを選択的に動作させることにより、高周波電源の出力を調整することは可能であるが、放電ランプが１本あるいはその本数が少ない、小規模な処理装置においては、高周波電源の出力調整が十分に行われないため、電力を無駄に消費していた。
【０００４】
したがって本発明の目的は、上記のように処理すべき流体の汚染度あるいは流量に応じて放電ランプの駆動電力を調整する場合にも、必要最小限の駆動電力により、流路全体に対して殺菌効果を発揮し得る無電極放電ランプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の無電極放電ランプ装置は、水銀又は希ガスを封入した放電管と、この放電管の外周部に巻回された複数の独立した励磁コイルと、これらの励磁コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、この高周波電源の出力電流を前記複数の独立した励磁コイルに選択的に供給する切替回路とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の無電極放電ランプ装置においては、前記複数の独立した励磁コイルに互いに異なる共振周波数を有する共振回路を形成するように接続されコンデンサと、前記切替回路は前記高周波電源の周波数を切替える回路により構成されていることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明の無電極放電ランプ装置においては、前記互いに異なる共振周波数を有する共振回路は、前記複数の独立した励磁コイルのそれぞれに接続されるコンデンサの容量を互いに異ならせるか、あるいは、前記複数の独立した励磁コイルの巻線数を互いに異ならせるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の無電極放電ランプ装置においては、発振回路と、この発振回路からの微小信号をランプ負荷の状態に対応した大出力電流に増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力インピーダンスをランプ負荷とほぼ一致するように整合する整合回路と、この整合回路に接続された複数の独立した励磁コイルと、これらの励磁コイルが管軸方向に沿って巻装された、水銀又は希ガスを封入した放電管と、この放電管に巻装された前記複数の励磁コイルに前記増幅回路の出力を選択的に供給する点灯切替回路からなることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の無電極放電ランプ装置においては、前記複数の点灯領域と共振するように設けた複数のコンデンサと、前記共振現象を利用した任意の点灯切替回路とからなり、各点灯領域のＬ値に差が設けてあることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の無電極放電ランプ装置においては、前記点灯領域において、これらの点灯領域毎に誘導コイルの巻き数を変化させていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、処理流体の汚染度あるいは流量に応じて点灯領域を増減調整することにより、十分な殺菌効果を維持しつつ電力の節減が可能となる無電極放電ランプ装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の無電極放電ランプ装置の一部の構成を示す側面図である。
【００１４】
同図に示すように、無電極放電ランプ１は、内部に水銀又は希ガスを封入した放電管２とこの放電管２の外周部に巻回された複数例えば２個の独立した励磁コイル３、４とから構成されている。放電管２は例えば石英、アルミナ等のセラミックスのような紫外線透過部材で構成されている。２つの励磁コイル３、４は、互いに異なる巻線回数のコイルであり、例えば、図示のように、励磁コイル３の巻線回数が励磁コイル４の巻線回数より大きく構成されている。これらの励磁コイル３、４は、放電管１の管軸方向に沿って異なる２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）を形成するように配置されている。この無電極放電ランプ１は、例えば断面が円形の流水管５内に図示しないが、透光性の容器内に収納されて配置される。この流水管５の内部では、矢印６の方向に処理流体が種々の流速で流れている。
【００１５】
図２は、本発明の無電極放電ランプ装置の電気系統の回路構成を示すブロック図である。発振器１１はランプ駆動用の高周波電流を発信する高周波電源であり、その出力電流の周波数は周波数切り替え回路１２により、予め定められた複数の異なる周波数の１つが選択されて増幅回路１３に供給される。
【００１６】
周波数切り替え回路１２例えば、発振回路の１１の発振周波数を決定するインダクタンスあるいはキャパシタンス（図示せず。）を異なる値の素子に切り替えることにより、出力周波数を変化させるものである。
【００１７】
増幅回路１３は、小信号である発振回路の１１の出力電流を無電極放電ランプ１の駆動に必要なレベルの電流に増幅する。ここで、増幅回路１３の必要な出力レベルは、図示しないが出力調整回路により、負荷の状態に応じて調整可能である。この増幅回路１３の出力は、インピーダンスマッチング回路１４を介して無電極放電ランプ１の励磁コイル３、４に並列的に供給される。すなわち、インピーダンスマッチング回路１４は、増幅回路１３の出力を直列コンデンサ１５−１および並列コンデンサ１６−１を介して励磁コイル３に供給する。ここで、直列コンデンサ１５−１および並列コンデンサ１６−１は、励磁コイル３とで第１のＬＣ共振回路を形成し、その周波数は例えば、第１の周波数ｆ１とする。
【００１８】
また、インピーダンスマッチング回路１４は、増幅回路１３の出力を直列コンデンサ１５−２および並列コンデンサ１６−２を介して励磁コイル４に供給する。ここで、直列コンデンサ１５−２および並列コンデンサ１６−２は、励磁コイル４とで第２のＬＣ共振回路を形成し、その周波数は例えば、第２の周波数ｆ２とする。
【００１９】
さらに、インピーダンスマッチング回路１４は、２つの励磁コイル３、４と、２組の直列コンデンサ１５−１および１５−２、そして２組の並列コンデンサ１６−１および１６−２とにより、第３のＬＣ共振回路を形成し、その周波数は例えば、第２の周波数ｆ３とする。
【００２０】
発振器１１は周波数切り替え回路１２により、これらの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のいずれかを有する高周波信号を選択的に発振するとともに、前記増幅回路１３は、選択された周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に応じた大きさの出力電流をインピーダンスマッチング回路１４を介して励磁コイル３、４に供給する。
【００２１】
次に、このように構成された無電極放電ランプ装置の動作を説明する。
【００２２】
先ず、流水管５内を流れる流体の汚染度、あるいは、流速度が大、中、小の３段階に分けたとき、中程度の場合、周波数切り替え回路１２により、発振器１１の出力周波数をｆ１に設定する。これによって、発振器１１からは周波数ｆ１の出力電流が出力され、増幅器１３に供給される。ここで、増幅器１３は、その出力レベルを例えば、大、中、小の３段階のレベルの中から、中レベルに増幅して出力する。増幅器１３で中レベルに増幅された周波数ｆ１の高周波出力電流は、インピーダンスマッチング回路１４を介して、励磁コイル４に供給される。すなわち、励磁コイル３は、インピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−１および並列コンデンサ１６−１とで共振周波数ｆ１の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ１の高周波出力電流は、この共振回路を介して励磁コイル３に供給される。
【００２３】
他方、励磁コイル４もインピーダンスマッチング回路１４に接続されているが、励磁コイル４は、インピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−２および並列コンデンサ１６−２とで異なる共振周波数ｆ２の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ１の高周波出力電流は、励磁コイル４には供給されない。
【００２４】
さらに、励磁コイル３および励磁コイル４は、インピーダンスマッチング回路１４に並列に接続されているが、これらのコイルはインピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−１、１５−２および並列コンデンサ１６−１、１６−２とで異なる共振周波数ｆ３の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ１の高周波出力電流は、励磁コイル３および４により構成される共振回路には供給されない。
【００２５】
このように、増幅器１３の出力である周波数ｆ１の高周波出力電流は、励磁コイル３のみに供給され、これを駆動する。従って、無電極放電ランプ１は、放電管１の管軸方向に沿って形成される異なる２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）の内の一方の点灯領域（Ａ）のみを点灯する。ここで、点灯領域（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ励磁コイル３、４の放電管１の管軸方向の長さに対応し、点灯領域（Ａ）が点灯領域（Ｂ）より大きい。放電管１の点灯領域（Ａ）から、放出される紫外線は流水路５内の汚染された流体中を半径方向に進行する。ところで、この場合に励磁コイル３に供給される増幅器１３の中レベルの出力は、点灯領域（Ａ）において励磁コイル３を駆動することにより放出される紫外線が、流体中で減衰消滅することなく、流水路５の管壁に到達するような強度となるような最小限のレベルに設定されている。この増幅器１３に対する出力レベルの設定は、前述したレベル調整回路により、手動あるいは自動的に行われる。
【００２６】
次に、流水管５内を流れる流体の汚染度、あるいは、流速度が小さい場合、周波数切り替え回路１２により、発振器１１の出力周波数をｆ２に設定する。これによって、発振器１１からは周波数ｆ２の出力電流が出力され、増幅器１３に供給される。ここで、増幅器１３は、その３段階の出力レベルの中から、小レベルに増幅して出力する。増幅器１３で小レベルに増幅された周波数ｆ２の高周波出力電流は、インピーダンスマッチング回路１４を介して、巻線回数がより少ない励磁コイル４に供給される。すなわち、励磁コイル４は、インピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−２および並列コンデンサ１６−２とで共振周波数ｆ２の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ２の高周波出力電流は、この共振回路を介して励磁コイル４に供給される。
【００２７】
他方、励磁コイル３は、インピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−１および並列コンデンサ１６−１とで共振周波数ｆ１の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ２の高周波出力電流は、励磁コイル３には供給されない。
【００２８】
同様に、励磁コイル３および励磁コイル４は、インピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−１、１５−２および並列コンデンサ１６−１、１６−２とで異なる共振周波数ｆ３の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ２の高周波出力電流は、励磁コイル３および４により構成される共振回路には供給されない。
【００２９】
このように、増幅器１３の出力である周波数ｆ２の高周波出力電流は、励磁コイル４のみに供給され、これを駆動する。従って、無電極放電ランプ１は、放電管１の管軸方向に沿って形成される異なる２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）の内の一方の点灯領域（Ｂ）のみを点灯する。この結果、放電管１の点灯領域（Ｂ）から、紫外線が流水路５の半径方向に放出される。ところで、この場合に励磁コイル４に供給される増幅器１３の小レベルの出力は、点灯領域（Ｂ）において励磁コイル４を励磁することによって放出される紫外線が、流体中で減衰消滅することなく、流水路５の管壁に到達するような強度となるのに必要な最小限のレベルに設定されている。この増幅器１３に対する出力レベルの設定は、前述したレベル調整回路により、手動あるいは自動的に行われる。
【００３０】
さらに、流水管５内を流れる流体の汚染度、あるいは、流速度が大きい場合、周波数切り替え回路１２により、発振器１１の出力周波数をｆ３に設定する。これによって、発振器１１からは周波数ｆ３の出力電流が出力され、増幅器１３に供給される。ここで、増幅器１３は、その３段階の出力レベルの中から、大レベルに増幅して出力する。増幅器１３で大レベルに増幅された周波数ｆ３の高周波出力電流は、インピーダンスマッチング回路１４を介して、励磁コイル３および励磁コイル４の両方に供給される。すなわち、これらの励磁コイル３および４は、インピーダンスマッチング回路１４内の直列コンデンサ１５−１、１５−２および並列コンデンサ１６−１、１６−２とで異なる共振周波数ｆ３の共振回路を構成しているため、増幅器１３の出力である周波数ｆ３の高周波出力電流は、励磁コイル３および４により構成される共振回路に供給される。この結果、無電極放電ランプ１は、放電管１の管軸方向に沿って形成される異なる２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）において点灯する。従って、２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）から、紫外線が流水路５の半径方向に放出される。ところで、この場合に励磁コイル３、４に同時に供給される増幅器１３の大レベルの出力は、励磁コイル３、４を励磁することによって放出される紫外線が、流体中で減衰消滅することなく、流水路５の管壁に到達するような強度となるのに必要な最小限のレベルに設定されている。この増幅器１３に対する出力レベルの設定は、前述したレベル調整回路により、手動あるいは自動的に行われる。
【００３１】
以上説明した本発明の実施形態によれば、流水管５内を流れる流体の汚染度、あるいは、流速度に応じて、無電極放電ランプ１の独立した複数個の励磁コイルを選択的に駆動し、放電管１の管軸方向に沿って形成される異なる２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）を選択的に切替え点灯することができるため、必要最小限の電力により、流体の処理が可能となる。
【００３２】
また、本発明の実施形態によれば、発振器１１および増幅器１３からなる高周波電源は、周波数切り替え回路１２により発振周波数を選択することにより、無電極放電ランプ１の２つの点灯領域（Ａ）（Ｂ）を選択的に切替え点灯することができるため、放電管１の励磁コイル３、４毎に高周波電源を設ける必要はなく、高周波電源装置の構成が簡素化できる。
【００３３】
さらに、本発明の実施形態によれば、周波数切り替え回路１２は、増幅器１３の入力側の小信号レベルの回路において行うことができるため、大電力の高周波スイッチング素子を必要とせず、簡単で安価な回路構成により実現することができる。
【００３４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、放電管１の励磁コイル３、４は、それぞれ巻線数の異なるコイルにより構成したが、図３に示すように、同じ巻線回数、例えば、６〜７ターンの単位コイル７を必要な個数、例えば、５個あるいは６個を直列に接続して、励磁コイル３、４を構成してもよい。
【００３５】
また、上記の実施形態においては、周波数切り替え回路１２を増幅器１３の入力側の小信号レベルの回路において用いたが、周波数切り替え回路１２として高周波スイッチング素子を用い、増幅器１３の出力側で周波数を切替えてもよい。
【００３６】
さらに、上記の実施形態においては、高周波電源として、単一の発振回路１１と周波数切り替え回路１２を用いたが、複数の励磁コイル３、４毎に異なる周波数の高周波電流を発生するインバータ回路を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１実施形態である無電極放電ランプ装置に用いられる放電ランプの概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の無電極放電ランプ装置の電気系統の回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態である無電極放電ランプ装置に用いられる放電ランプの概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…無電極放電ランプ、２…放電管、３…励磁コイル、４…励磁コイル、５…流水管、７…単位コイル、１１…発振器、１２…周波数切り替え回路、１３…増幅回路、１４…インピーダンスマッチング回路、１５−１…直列コンデンサ、１５−２…直列コンデンサ、１６−１…並列コンデンサ１６−１、１６−２…並列コンデンサ１６−１
【図１】
2006164556.tif 000003
【図２】
2006164556.tif 000004
【図３】
2006164556.tif 000005