(57)【要約】【課題】殺菌力を維持しつつ処理水の温度を低下できる紫外線照射装置及び水殺菌装置を提供する。【解決手段】紫外線照射装置は、冷陰極紫外線ランプ１と、冷陰極紫外線ランプ１を放電するための高周波電圧を発生する高周波インバータ回路３と、高周波インバータ回路３に直流電圧を印加する直流電源２とを備え、直流電源２と高周波インバータ回路３との間にスイッチ４を設けると共に、スイッチ４をオンオフ制御する制御ユニット５を設ける。【選択図】  図１
2018181476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷陰極紫外線ランプ光源と、
前記冷陰極紫外線ランプを放電するための高周波電圧を発生するための高周波インバータ回路と、
前記高周波インバータ回路に直流電圧を印加するための直流電源と、
前記直流電源と前記高周波インバータ回路との間に設けられたスイッチと、
前記スイッチをオンオフ制御するための制御ユニットと
を具備する紫外線照射装置。
【請求項２】
前記冷陰極紫外線ランプは、
ガラス管と、
前記ガラス管の軸方向に互いに対向して設けられた１対の電極と、
１対の外部リード線と、
前記ガラス管内で一端が前記各電極に結合され、前記ガラス管外で他端が前記外部リード線に結合された１対の封着ピンと、
前記各封着ピンを前記ガラス管の両端開放部の内周面に溶着するための１対の溶着ガラスと
を具備し、
前記各溶着ガラスの前記ガラス管の軸方向長さが１．５〜３．５ｍｍであり、
前記各溶着ガラスの前記ガラス管の軸方向に垂直な幅が２．７５〜３．８５ｍｍであり、
前記各封着ピンの直径が０．６５〜０．９５ｍｍである請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記各溶着ガラスの前記ガラス管の軸方向長さが２．５〜３．５ｍｍであり、
前記各封着ピンの直径が０．７５〜０．８５ｍｍである請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記ガラス管は硬質ガラスよりなり、
前記外部リード線はジュメット線であり、
前記各封着ピンはコバールよりなり、
前記溶着ガラスは硬質ガラスよりなる
請求項２又は３に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線照射装置と、
処理水の流路としての第１の中空及び前記紫外線照射装置を収容するための第２の中空を有するケーシングと
を具備する水殺菌装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線照射装置と、
処理水の流路として作用すると共に前記紫外線照射装置を収容するための中空を有するケーシングと
を具備する水殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外線照射装置及びこれを用いた水殺菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水の消毒、殺菌、減菌等に用いられる紫外線照射装置における紫外線ランプとして冷陰極紫外線ランプ及び熱陰極紫外線ランプがあるが、長寿命及び小型化の点から冷陰極紫外線ランプの方が優れている。
【０００３】
図５は冷陰極紫外線ランプを用いた従来の紫外線照射装置を示す図である。
【０００４】
図５において、紫外線照射装置は、冷陰極紫外線ランプ１、直流電源２及び高周波インバータ回路３よりなる。
【０００５】
冷陰極紫外線ランプ１は、たとえば硬質ガラスよりなるガラス管１１と、ガラス管１１の軸方向に互いに対向して設けられた1対の電極１２ａ、１２ｂと、ガラス管１１内で一端が電極１２ａ、１２ｂに結合され、たとえば熱膨張率が低く硬質ガラスの熱膨張率に近いコバールよりなる1対の封着ピン１３ａ、１３ｂと、ガラス管１１の外部で封着ピン１３ａ、１３ｂの他端に結合され、たとえばジュメット線よりなる1対の外部リード線１４ａ、１４ｂと、ガラス管１１の両端の開放端の内周面と封着ピン１３ａ、１３ｂとを溶着する溶着ガラス１５ａ、１５ｂ（図２参照）とによって構成される（参照：特許文献１、２、３、４）。この場合、ガラス管１１の一方の開放端の内周面を溶着ガラス１５ａ、１５ｂの一方で溶着後、Ｈｇ並びに希ガスたとえばＡｒガス及びＨｅガスをガラス管１に封入し、その後、封着ガラス管１１の他方の開放端の内周面をガラス１５ａ、１５ｂの他方で溶着する。
【０００６】
直流電源２はたとえば交流電源（図示せず）に接続された整流平滑回路よりなりその直流電圧により高周波インバータ回路３を駆動する。この場合、高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄは直流電源２の直流電圧と一致する。高周波インバータ回路３は３０〜５０ｋＨｚ程度の交流電圧を発生する（参照：特許文献５の図２）。この結果、ガラス管11内で電子→希ガス→水銀の衝突により水銀が電離して放電し紫外線が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９２０２０号公報（特許第４９０２７０６号公報）
【特許文献２】特開２０１０−１８２４５６号公報（特許第４９３４１５６号公報）
【特許文献３】特開２０１１−５４５５７号公報（特許第５６２９１４８号公報）
【特許文献４】特開２０１１−２３８６１９号公報（特許第５４５１６８８号公報）
【特許文献５】特開平５−２９０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図５に示す従来の紫外線照射装置においては、直流電源２がオンとされると、常時点灯状態となるので、水殺菌装置に適用した場合、処理水の温度が上昇するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明に係る紫外線照射装置は、冷陰極紫外線ランプ光源と、冷陰極紫外線ランプを放電するための高周波電圧を発生するための高周波インバータ回路と、高周波インバータ回路に直流電圧を印加するための直流電源と、直流電源と高周波インバータ回路との間に設けられたスイッチと、スイッチをオンオフ制御するための制御ユニットとを具備するものである。
【００１０】
また、本発明に係る水殺菌装置は、上述の紫外線照射装置と、処理水の流路としての第１の中空及び紫外線照射装置を収容するための第２の中空を有するケーシングとを具備する。又は、上述の紫外線照射装置と、処理水の流路として作用すると共に紫外線照射装置を収容するための中空を有するケーシングとを具備するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水殺菌装置に適用した場合、スイッチのオン期間内に冷陰極紫外線ランプの高周波電圧を維持しているので、処理水の殺菌力を維持でき、他方、スイッチのオフ期間に冷陰極紫外線ランプをオフにするので処理水の温度の上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る紫外線照射装置の実施の形態を示す図である。
【図２】図１の溶着部の拡大図である。
【図３】図１の溶着部の時定数の例を示す表である。
【図４】図１の紫外線照射装置を用いた水殺菌装置を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。
【図５】従来の紫外線照射装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の係る紫外線照射装置の実施の形態を示す図である。
【００１４】
図１においては、図５の直流電源２と高周波インバータ回路３との間にスイッチ４を設けると共に、スイッチ４をオンオフ制御するための制御ユニット（たとえばマイクロコンピュータ）５を設ける。たとえば、制御ユニット５はオン期間ＴＯＮ及びオフ期間ＴＯＦＦの繰り返し周期でスイッチ４をオンオフ制御する。この結果、オン期間ＴＯＮにおいて、冷陰極紫外線ランプ１が紫外線を発生して水の殺菌力を発揮し、オフ期間ＴＯＦＦにおいて殺菌水の温度が低下する。この場合、オン期間ＴＯＮが増大する程、水の殺菌力は増大し、他方、オフ期間ＴＯＦＦが増大する程、水の温度が低下する。たとえば、ＴＯＮを０．５ｓとし、他方、ＴＯＦＦを０．５ｓとするが、適宜変更できる。
【００１５】
また、図１においては、高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄは制御ユニット５によってスイッチ４を介してオンオフ制御される。このオンオフ制御された駆動電圧Ｖｄの立上がり立下りは冷陰極紫外線ランプ１の内部構造に依存する。つまり、オフ期間ＴＯＦＦでは、冷陰極紫外線ランプは冷却状態となっているので、オン期間ＴＯＮにおける高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄの立上が時間が大きい程、紫外線発光開始が遅くなり、処理水の殺菌力が低下する。他方、オン期間ＴＯＮの終期における高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄの立下り時間が大きい程、処理水の温度低下が遅くなる。従って、上述の高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄの立上がり時間及び立下り時間を共に小さくする必要がある。この立上がり時間及び立下り時間は冷陰極紫外線ランプ１の溶着部の時定数τに依存する。
【００１６】
図２は図１の冷陰極紫外線ランプ１の溶着部の拡大図である。図２に示すように、溶着部は封着ピン１３ａ（１３ｂ）とガラス管１１（図２に図示せず）の内面とを溶着する溶着ガラス（硬質ガラス）１５ａ（１５ｂ）によって構成され、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）の外側には、図２には図示していないが、ガラス１１の端部の内面が存在する。つまり、溶着部はガラス管１１に封止ピン１３ａ（１３ｂ）を溶着する。この場合の溶着部の時定数τは、
τ＝（封着ピン１３ａ（１３ｂ）の抵抗値Ｒ）
×（ガラス管１１及び溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）よりなる誘電体の浮遊容量Ｃ）
によって決定される。
【００１７】
図３は封着ピン（コバール）１３ａ、１３ｂの直径Ｄ及び溶着ガラス１５ａ、１５ｂのガラス管１１の軸方向長さＬと溶着部の時定数τとの関係を示す表である。
【００１８】
図３に示すように、封着ガラス１３ａ（１３ｂ）の長さＬが１．５ｍｍ未満ではリークが発生する。また、ガラス１３ａ（１３ｂ）の長さＬが１．５ｍｍ以上でも、封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径Ｄが０．６５ｍｍ未満では、溶着ガラス１３ａ（１３ｂ）の歪みが大きく、封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径Ｄが０．９５ｍｍ以上では、溶着部の構造が不成立である。さらに、溶着ガラス１３ａ（１３ｂ）の長さＬが３．５ｍｍを超え、かつ封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径Ｄが０．６５〜０．９５ｍｍでは、時定数τが１μｓより大きい。従って、時定数τが１μｓ以下で、リークも発生せず、封着ガラス１３ａ（１３ｂ）の歪みもなく、構造成立するのは、一重丸及び二重丸で示した領域である。この領域では、ガラス１３ａ（１３ｂ）の長さＬはＬ＝１．５〜３．５ｍｍであり、封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径ＤはＤ＝０．６５〜０．９５ｍｍであり、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）のガラス等の軸方向に垂直な幅Ｗは２．７５〜３．８５ｍｍである。さらに、一重丸の領域より時定数τが小さくなる二重丸で示す領域では、Ｌ＝２．５〜３．５ｍｍ、Ｄ＝０．７５〜０．８５ｍｍである。これにより、冷陰極紫外線ランプ１のオンオフ特性が向上する。
【００１９】
図４は図１の冷陰極紫外線照射装置を用いた流水タイプ外照式の水殺菌装置を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線横断面図である。
【００２０】
図４において、アルミニウムあるいはアルミニウム合金、又は樹脂の内面にアルミニウム又はアルミニウム合金を貼る、蒸着するあるいはメッキしたものよりなる円筒上のケーシング（リアクタ）６には、処理水の流路としての中空６１及び冷陰極紫外線ランプ１を収容する中空６２が設けられる。処理水は中空６１の流入口６１ａから流出口６１ｂへ流れるが、処理水は冷陰極紫外線ランプ１が存在する中空６２に侵入することはない。
【００２１】
本発明は、上述の流水タイプ外照式の外に、留め水タイプ外照式の水殺菌装置、流水タイプ内照式の水殺菌装置、留め水タイプ内照式の水殺菌装置にも適用できる。尚、内照式の場合、ケーシングには、処理水の流路として作用すると共に紫外線照射装置を収容する１つの中空が設けられる。
【００２２】
尚、上述の実施の形態においては、冷陰極紫外線ランプ１は直管タイプであるが、Ｕ型タイプにもなし得る。
【００２３】
また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲でいかなる変更にも適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、浄水器、ウォータクーラ、ウォータサーバ、加湿器、食器洗い洗浄機、洗濯機、デンタルチュア等における水殺菌装置に利用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１：冷陰極紫外線ランプ
１１：ガラス管
１２ａ、１２ｂ：電極
１３ａ、１３ｂ：封着ピン
１４ａ、１４ｂ：外部リード線
１５ａ、１５ｂ：溶着ガラス
２：直流電源
３：高周波インバータ回路
４：スイッチ
５：制御ユニット
６：ケーシング（リアクタ）
６１、６２：中空
【図１】
2018181476.tif 000003
【図２】
2018181476.tif 000004
【図３】
2018181476.tif 000005
【図４】
2018181476.tif 000006
【図５】
2018181476.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月12日(2018.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
冷陰極紫外線ランプ１は、たとえば硬質ガラスよりなるガラス管１１と、ガラス管１１の軸方向に互いに対向して設けられた1対の電極１２ａ、１２ｂと、ガラス管１１内で一端が電極１２ａ、１２ｂに結合され、たとえば熱膨張率が低く硬質ガラスの熱膨張率に近いコバールよりなる1対の封着ピン１３ａ、１３ｂと、ガラス管１１の外部で封着ピン１３ａ、１３ｂの他端に結合され、たとえばジュメット線よりなる1対の外部リード線１４ａ、１４ｂと、ガラス管１１の両端の開放端の内周面と封着ピン１３ａ、１３ｂとを溶着する溶着ガラス１５ａ、１５ｂ（図２参照）とによって構成される（参照：特許文献１、２、３、４）。この場合、ガラス管１１の一方の開放端の内周面を溶着ガラス１５ａ、１５ｂの一方で溶着後、Ｈｇ並びに希ガスたとえばＡｒガス及びＨｅガスをガラス管１１に封入し、その後、ガラス管１１の他方の開放端の内周面を溶着ガラス１５ａ、１５ｂの他方で溶着する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、図１においては、高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄは制御ユニット５によってスイッチ４を介してオンオフ制御される。このオンオフ制御された駆動電圧Ｖｄの立上がり立下りは冷陰極紫外線ランプ１の内部構造に依存する。つまり、オフ期間ＴＯＦＦでは、冷陰極紫外線ランプ１は冷却状態となっているので、オン期間ＴＯＮにおける高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄの立上がり時間が大きい程、紫外線発光開始が遅くなり、処理水の殺菌力が低下する。他方、オン期間ＴＯＮの終期における高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄの立下り時間が大きい程、処理水の温度低下が遅くなる。従って、上述の高周波インバータ回路３の駆動電圧Ｖｄの立上がり時間及び立下り時間を共に小さくする必要がある。この立上がり時間及び立下り時間は冷陰極紫外線ランプ１の溶着部の時定数τに依存する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図２は図１の冷陰極紫外線ランプ１の溶着部の拡大図である。図２に示すように、溶着部は封着ピン１３ａ（１３ｂ）とガラス管１１（図２に図示せず）の内面とを溶着する溶着ガラス（硬質ガラス）１５ａ（１５ｂ）によって構成され、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）の外側には、図２には図示していないが、ガラス管１１の端部の内面が存在する。つまり、溶着ガラス部はガラス管１１に封止ピン１３ａ（１３ｂ）を溶着する。この場合の溶着ガラス部の時定数τは、
τ＝（封着ピン１３ａ（１３ｂ）の抵抗値Ｒ）
×（ガラス管１１及び溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）よりなる誘電体の浮遊容量Ｃ）
によって決定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図３に示すように、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）の長さＬが１．５ｍｍ未満ではリークが発生する。また、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）の長さＬが１．５ｍｍ以上でも、封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径Ｄが０．６５ｍｍ未満では、溶着ガラス部の歪みが大きく、封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径Ｄが０．９５ｍｍ以上では、溶着部の構造が不成立である。さらに、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）の長さＬが３．５ｍｍを超え、かつ封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径Ｄが０．６５〜０．９５ｍｍでは、時定数τが１μｓより大きい。従って、時定数τが１μｓ以下で、リークも発生せず、溶着ガラス部の歪みもなく、構造成立するのは、一重丸及び二重丸で示した領域である。この領域では、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）の長さＬはＬ＝１．５〜３．５ｍｍであり、封着ピン１３ａ（１３ｂ）の直径ＤはＤ＝０．６５〜０．９５ｍｍであり、溶着ガラス１５ａ（１５ｂ）のガラス管１１の軸方向に垂直な幅Ｗは２．７５〜３．８５ｍｍである。さらに、一重丸の領域より時定数τが小さくなる二重丸で示す領域では、Ｌ＝２．５〜３．５ｍｍ、Ｄ＝０．７５〜０．８５ｍｍである。これにより、冷陰極紫外線ランプ１のオンオフ特性が向上する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図４は図１の紫外線照射装置を用いた流水タイプ外照式の水殺菌装置を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線横断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月28日(2018.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2018181476.tif 000008
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2018181476.tif 000009
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2018181476.tif 000010