(57)【要約】  本発明は、殺菌目的に適している高圧水銀蒸気ランプに関する。本発明による高圧水銀蒸気ランプは、少量のゲルマニウム及び酸素が、水銀及び／又はハロゲン化水銀に添加されるという点で注目に値する。更に、驚くべきことに、一酸化ゲルマニウムの添加により、一酸化ゲルマニウムが２５０〜２８０ｎｍの範囲で強い分子バンドシステムを放出するので、高圧水銀蒸気ランプのＧＡＣ効率（ＧＡＣはGermicidal Action Curve（殺菌作用曲線）の省略形である）が高められる。従って、本発明による高圧水銀蒸気ランプの殺菌作用は、通常の高圧水銀蒸気ランプの殺菌作用に対して強められる。このことは、本発明による高圧水銀蒸気ランプにおいて、ＧＡＣ加重値を与えられた放射束が、以前よりも大きいという事実から明らかである。
2007518236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少量のゲルマニウム及び酸素が、放電容器内の水銀及び／又は水銀ハロゲン化物に添加されることを特徴とする高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項２】
１〜１００μｍｏｌ／ｃｍ３の水銀と、更に、０．１〜１０μｍｏｌ／ｃｍ３の一酸化ゲルマニウムとが使用されることを特徴とする、請求項１に記載の高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項３】
酸素に対するゲルマニウムのモル比が１を上回るように、更に、ゲルマニウムが充填物に添加されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧水銀蒸気ランプ。  
【請求項４】
更に、少量のハロゲン、例えば、ヨウ素、臭素、塩素又はこれらの元素の混合物が添加されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項５】
純粋なヨウ素が、水銀のモル量の１〜１００％の量で添加されることを特徴とする、請求項４に記載の高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項６】
純粋な臭素が、水銀のモル量の０．１〜１０％の量で添加されることを特徴とする、請求項４に記載の高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項７】
純粋な塩素が、水銀のモル量の０．０１〜１％の量で添加されることを特徴とする、請求項４に記載の高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項８】
１０乃至１０，０００ワットの電力で動作されるバーナを備えることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の高圧水銀蒸気ランプ。
【請求項９】
前記放電容器が、石英ガラスから、又は高密度に焼結された酸化アルミニウム、イットリウム酸化物、イットリウム−アルミニウムガーネット若しくは類似材料のようなセラミック材料から構成されることを特徴とする、請求項１乃至８の何れか一項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
電力の供給が、タングステン電極によって行なわれることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
電力の供給が、１００キロヘルツ〜１００ギガヘルツの波長域の高周波放射の使用によって行なわれることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一項に記載の高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殺菌目的に適している高圧水銀蒸気ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧水銀蒸気ランプは、一般に、放電ランプの原理によって動作する。放電ランプは、一般に、自由電子が衝突によってガス又は金属蒸気原子を励起し、次いで、この原子が、紫外線領域（ＵＶレンジ）の放射を直接放出するか、又はそのエネルギーを放電ランプの放電容器の内壁の蛍光体に伝達し、その後、このエネルギーを紫外線放射に変換するという事情を利用する。このガス放電は、低圧で、即ち、１バールを下回る圧力で行なわれ、低圧放電と呼ばれる場合か、又は、高圧で、即ち、１バールを上回る圧力で行なわれ、この場合、高圧放電と呼ばれる場合の両方がある。以下に説明される本発明は、高圧放電ランプに関する。
【０００３】
放電ランプは、紫外線放射によって、特に、２００〜２８０ｎｍ（ナノメータ）の波長域のＵＶ−Ｃ（短波長紫外線）放射によって、殺菌のために使用される光源の一つである。とりわけ、２４０〜２９０ｎｍまでの波長域の放射線が、殺菌のために効果的である。光源の発光スペクトルの殺菌効果は、以下で略してＧＡＣ効率と呼ばれる、いわゆる「殺菌作用曲線効率（Germicidal Action Curve Efficiency）」に基づいて評価される。
【０００４】
「殺菌作用」の概念に基づいて、例えば、水処理産業は、飲料水の消毒用に特別な紫外線ランプを使用しており、そのようなランプは、強力な殺菌作用をもつ２５３．７ｎｍの波長で強い光を発することに留意されたい。最適な殺菌効果は、約２６０ｎｍの波長域の紫外光で達成される。微生物の遺伝物質の核酸による光吸収の最大値も、この波長の近くにある。紫外線放射は、微生物のＤＮＡ又はＲＮＡの遺伝物質における変更につながる。これは、微生物の増殖する能力の低減につながる。紫外線放射による消毒は、長い照射期間を必要としない。なぜならば、そのプロセスが１秒の何分の１かで行なわれるからである。このように、バクテリア、ウイルス、藻類（algae，アルジー）及び他の微生物がもはや再生することができないように、この殺菌波長の紫外光は、細胞の遺伝物質を変更する。
【０００５】
紫外線放射による殺菌の分野では、放電ランプの次のタイプ：ＵＶ−Ｃ域において直接発光する低圧ガス放電ランプと、ＵＶ−Ｃ放射を発する蛍光体層でコーティングされ、いわゆる「コロナ放電」に基づく放電ランプと、高圧水銀蒸気ランプのような高圧ガス放電ランプとが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１及び第２のタイプのランプに伴う問題は、これらのランプが、確かに、電流からのＵＶ−Ｃ放射の生成に非常に高い効率（efficacy，効力）をもつが、これらの放射輝度（radiance，ラジアンス）は、多くの用途にとって不十分であることである。但し、最後に記載されたランプタイプ、高圧水銀蒸気ランプの問題は、放射輝度は十分であるのに対して、これらのランプが、ＵＶ−Ｃ放射域について低い変換効率をもつことである。
【０００７】
ランプ寿命を延ばすように、金属酸化物、例えば、酸化ゲルマニウムで内側を部分的にコーティングされているガス放電ランプが、米国特許第４，２７４，０２９号明細書から知られている。水銀及びハロゲン化金属（metal halide，メタルハライド）、中でもハロゲン化ゲルマニウムを含有するガス放電ランプが、米国特許第４，９１８，３５２号明細書及び米国特許第５，２１２，４２４号明細書から知られている。ここでも、高い輝度／放射輝度と共に、それによって、長いランプ寿命が達成されている。しかし、例えば、米国特許第６，５３８，３７８号明細書に記載されているように、水銀蒸気も低圧放電ランプのために使用される。これまで知られているガス放電ランプ全てについて、これらのランプは、高い放射輝度との組み合わせで、ＧＡＣ効率に基づいて評価される強力な殺菌作用に関して所望の度合いまでの必要条件を満たすことが不可能であることで共通している。
【０００８】
本発明の目的は、高い放射輝度及び高いＧＡＣ効率をもつ放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は、高圧水銀蒸気ランプであって、このランプの放電容器、例えば、石英ガラス製のバルブにおいて、少量のゲルマニウム及び酸素が、水銀、ハロゲン化水銀、又はこれらの構成成分両方に添加される高圧水銀蒸気ランプによって達成される。驚くべきことに、ゲルマニウム及び酸素の添加により、高圧水銀蒸気ランプのＧＡＣ効率が明らかに強まる。
【００１０】
ゲルマニウム及び酸素の種々の異なるモル混合比による熱化学計算及び実験は、ランプ壁が構成材料として石英をもち、ゲルマニウムの注入されるモル総量が、注入される酸素の総モル量を下回る場合、ケイ酸塩（silicate，シリケート）を生成する、特に、GeSi9O20を生成する腐食反応が起こることを示す。酸素に関して余分なゲルマニウムが注入される場合、ケイ酸塩を生成するための酸素が欠如する。酸化シリコン（SiO2）と比較すると、ケイ酸塩（GeSi9O20）において相当多数の酸素原子がここでは重要である。従って、少量のゲルマニウム及び酸素の添加は、上記の腐食反応が起こらないように、酸素に対して過剰なゲルマニウムの供与量を要件とすべきである。
【００１１】
高圧水銀蒸気ランプのある特別な実施形態において、１〜１００μｍｏｌ（ミクロモル）／ｃｍ３（立方センチメートル）の水銀に加えて、０．１〜１０μｍｏｌ／ｃｍ３の一酸化ゲルマニウムが使用される。水銀及び一酸化ゲルマニウムの注入されるモル量は、この範囲内で別個に選択されてもよい。ここで、一酸化ゲルマニウムが、２５０ｎｍ乃至２８０ｎｍの範囲で強いモル分子バンドシステム（band system，帯系）を放出するという利点が生じる。他の実施形態では、前の実施形態の充填物と比較してそれ以上のゲルマニウムが注入されるので、酸素に対するゲルマニウムのモル比は、１を上回る。
【００１２】
更に、いわゆる、再生化学的なタングステンサイクルによって電極から蒸発されたタングステンによるランプ壁の黒化を減少させるように、水銀、ゲルマニウム及び酸素から成る上述された成分に、少量のハロゲン、例えば、ヨウ素、臭素、塩素又はこれらの元素の混合物を更に加えることも有利である。加えられるハロゲン量は、ハロゲン又はハロゲン混合物の反応性及び水銀の量に依存して可変する。純粋なヨウ素が使用される場合、０〜１００％のモル量の水銀が添加され、純粋な臭素が使用される場合、０．１〜１０％のモル量の水銀が添加され、純粋な塩素が使用される場合、０．０１〜１％のモル量の水銀が添加される。
【００１３】
好ましくは、１０乃至１０，０００ワット（Ｗ）の電力定格をもつバーナが、放電容器内のイオン化ガス又は金属蒸気を励起させるために動作される。
【００１４】
好ましい実施形態では、高圧水銀蒸気ランプの放電容器が、石英ガラスから、又は高密度に焼結された酸化アルミニウム、イットリウム酸化物、イットリウム−アルミニウムガーネット若しくは類似の材料のようなセラミック材料から作製される。
【００１５】
電力の供給は、タングステン電極によって行なわれるか、又は１００キロヘルツ（kHz）〜１００ギガヘルツ(GHz)の波長域の高周波放射の使用によって無電極のやり方で行なわれてもよい。
【００１６】
本発明は、図面を参照して以下に例証によって説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、２つのランプ、即ち、ＨＯＫ−Ｒｅｆと示される通常の高圧水銀蒸気ランプと、ＨＯＫ＋ＧｅＯと示される本発明による高圧水銀蒸気ランプとを、それらの充填物、それぞれの構成要素（element，エレメント、元素）の充填圧力、及びＧＡＣ効率に関して比較した表である。
【００１８】
ランプのＧＡＣ効率は、各々の波長に対してワット／ナノメータで放出されたスペクトル放射電力に、殺菌作用曲線（ＧＡＣ）によるこの波長に対する対応値を乗じることによって計算される。このような殺菌作用曲線は、図２に示される。結果として得られる積は、波長全てにわたって積分される。２つのこのような積分は、例えば、図３の曲線によって規定される２つのエリア積分である。最後に、算出された積分値が、ランプの電気的な入力パワーに関して入れられる。充填物の量は表にミリグラムで示され、本発明による高圧水銀蒸気ランプが、水銀（Hg）、臭化第二水銀（HgBr2）及びゲルマニウム（Ge）だけでなく、一酸化ゲルマニウム（GeO）も含有することは明らかである。各構成要素の合計圧力はバール（bar）で示される。１３．６％のパーセントで示される本発明による高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ＋ＧｅＯのＧＡＣ効率は、通常の高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ−Ｒｅｆの１２．４％のＧＡＣ効率より約１０分の１だけ（１０％分）高い。
【００１９】
図２は、横軸にナノメータでプロットされる紫外線の波長をもち、縦軸に最大殺菌作用が値１．００００により規定される対応する殺菌作用をもつ殺菌作用曲線（ＧＡＣ）を示す。この殺菌作用曲線は、２６５ｎｍの波長でその最大値に達する。この波長での殺菌作用が最も強い。
【００２０】
図３は、図１の２つのランプの殺菌作用の比較を示し、これらのランプのそれぞれのＧＡＣ強度をワット（Ｗ）／ナノメータ（ｎｍ）で示している。ＧＡＣ強度は、各波長についてワット／ナノメータで放出されたスペクトル放射電力に、図２の殺菌作用曲線からこの波長について対応する値を乗じることによって計算される。通常の高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ−Ｒｅｆは破線で示され、本発明による高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ＋ＧｅＯは実線で示される。２１０〜３００ｎｍまでの波長域にわたる積分は、通常の高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ−Ｒｅｆに対する積分がもたらす値よりも、本発明による高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ＋ＧｅＯに対してより高い値をもたらすことが明らかである。これにより、ゲルマニウム及び一酸化ゲルマニウムを含む本発明による高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ＋ＧｅＯの殺菌作用は、通常の高圧水銀蒸気ランプＨＯＫ−Ｒｅｆの殺菌作用よりも強いことが実証される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】２つのランプ、即ち、ＨＯＫ−Ｒｅｆと示される通常の高圧水銀蒸気ランプと、ＨＯＫ＋ＧｅＯと示される本発明による高圧水銀蒸気ランプとを、それらの充填物、それぞれの構成要素の充填圧力、及びＧＡＣ効率に関して比較した表である。
【図２】横軸にナノメータでプロットされる紫外線の波長をもち、縦軸に最大殺菌作用が値１．００００により規定される対応する殺菌作用をもつ殺菌作用曲線（ＧＡＣ）を示す図である。
【図３】図１の２つのランプの殺菌作用の比較を示し、これらのランプのそれぞれのＧＡＣ強度をワット（Ｗ）／ナノメータ（ｎｍ）で示す図である。
【図１】
2007518236.tif 000003
【図２】
2007518236.tif 000004
【図３】
2007518236.tif 000005
【国際調査報告】
2007518236.tif 000006
2007518236.tif 000007