(57)【要約】【課題】紫外線の放出が遮断されず発光及び透過効率を向上させるとともに、エネルギーロスが少なく簡単な構造で低コストの紫外線照射装置を提供する。【解決手段】中心に設けられた内部電極１０と、この内部電極１０を囲んで二重管構造に形成されて二重管内で放電して紫外線を発する放電体１４ａを封入した放電空間を備えるランプ体１４と、このランプ体１４を更に囲む外壁を備えて内部に被処理液１を流すとともに外壁を電極として形成する外部電極１２とを備え、内部電極１０と外部電極１２との電極間に高周波電圧またはパルス電圧を印加することで電極間に内在するランプ体１４の放電体１４ａが放電して外側に流れる被処理液１に紫外線を直接照射できる無電極ランプを形成する。【選択図】　　　図１
2004146077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に設けられた内部電極と、
前記内部電極を囲んで封止する外周内に放電して紫外線を発する放電体を収納した放電空間を備えるランプ体と、
前記ランプ体を更に囲む外壁を備えて内部に被処理液を流すとともに前記外壁を電極として形成する外部電極とを備え、
前記内部電極と外部電極との電極間に高周波電圧またはパルス電圧を印加することで前記電極間に内在する前記ランプ体の放電体が放電して外側に流れる前記被処理液に紫外線を直接照射できる無電極ランプを形成したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外線照射装置において、
前記ランプ体は、前記内部電極を囲む二重管構造に形成し、この二重管内に少なくとも希ガス及び水銀を封入したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の紫外線照射装置において、
前記ランプ体は、前記内部電極を囲む直管型の紫外線ランプを複数配置して外側を封止したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の紫外線照射装置において、前記内部電極と外部電極との電極間には、前記高周波電圧またはパルス電圧いずれかを印加する点灯手段を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項５】
請求項２に記載の紫外線照射装置において、
前記外部電極には、前記被処理液を流入する流入口及び排出する排出口を備え、前記ランプ体の外周に前記被処理液が直接流れるように形成することで前記ランプ体の冷却効果を得ることを特徴とする紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は紫外線照射装置に係り、より詳細には、静電結合放電により発光する無電極放電ランプにより紫外線を照射して液体（被処理液）の殺菌、脱色、漂白などの処理を行う紫外線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１０−２７５７８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５５４５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０３５２１号公報
【０００３】
従来、紫外線照射装置は、例えば、上下水道の殺菌、消毒及び脱色、工業用水の脱臭及び脱色、パルプの漂白、医療機器の殺菌などに用いられており、ランプにより紫外線を被処理液に照射することで殺菌、脱色、漂白などの処理を実行する技術がよく知られている。この紫外線照射装置は、ランプ内に電極を持たない無電極ランプと、ランプ内に電極を持つ有電極ランプとを用いた二種類があり、電極に流せる電流の制約がある有電極ランプに比べて高周波電流を流せる無電極ランプがよく用いられている。この無電極ランプは、ランプ内部に電極を備えないため、電極の劣化による不点灯がなくランプ自体の構造も簡易化することができる。そして、無電極ランプは、更に、ランプの外周に巻いたコイルから発生する電磁エネルギーにより放電を起こす電磁結合方式と、ランプを二枚の電極で挟み込み電極／ランプ／電極でコンデンサーを形成し静電エネルギーにより放電を起こす静電結合方式とに大別される。図７は、このような電磁結合方式による従来の紫外線照射装置の一実施形態を示す図である。また、図８は、静電結合方式による従来の紫外線照射装置の他の実施形態を示す図である。
【０００４】
図７に示すように、電磁結合方式（例えば、特許文献１参照）による従来の紫外線照射装置の一実施形態は、放電により紫外線を発する放電体を封入して内部に電極を持たない無電極のランプ体３４と、このランプ体３４の外周で螺旋状に巻いたコイル３０と、ランプ体３４及びコイル３０を封入する透明な石英ガラス管またはフッ素樹脂などからなる保護管３１と、この保護管３１を囲んで内部に被処理液１を流す外周器３２とを備えている。また、コイル３０には、両端の電極から高周波交流を流す点灯手段３６を備えている。
【０００５】
このような電磁結合方式による従来の紫外線照射装置の一実施形態は、外周器３２内に被処理液１を流す流入口３２ａ及び排出口３２ｂを備え、保護管３１の外側に被処理液１が直接流れるように形成している。そして、点灯手段３６は、商用電源３６ａに基づいて高周波電源３６ｂが高周波電流を発生させて整合回路３６ｃにより整合を行いコイル３０に印加（一般的に２ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚの高周波電圧を印加）する。これによりランプ体３４は、高周波電圧を印加したコイル３０の磁束により内部の放電体（図示せず）が励起して放電が起き、紫外線を放出する。従って、外周器３２内では、流入口３２ａから注入した被処理液１に紫外線が照射されて殺菌、脱色、漂白などの処理が実行される。
【０００６】
しかし、この電磁結合方式による従来の紫外線照射装置の一実施形態では、被処理液１が導電性を有する液体の場合、コイル３０から発生される磁束は必ずランプ体３４周囲の被処理液１内に広がってしまい、被処理液１内で誘導電流が流れ電磁エネルギーのロスが発生してしまう。この磁束の広がりを抑える従来技術（例えば、特許文献２参照）も開発されているが、構造が複雑でかつ被処理液内の誘導電流を完全に無くすことは不可能であった。
【０００７】
ところで、前述した電磁結合方式による紫外線照射装置とは異なり、ランプ体を二つの電極で挟み込んで電極／ランプ／電極の簡単なコンデンサー構造を形成し、静電エネルギーにより放電体の放電を起こす静電結合方式（例えば、特許文献３参照）による従来の紫外線照射装置の他の実施形態がある。この従来の紫外線照射装置の他の実施形態は、図８に示すように、放電により紫外線を発する放電体を封入して内部に電極を持たない無電極のランプ体４４と、このランプ体４４を挟むように設置した１対の電極板４０と、ランプ体４４及び電極板４０を封入する透明な石英ガラス管またはフッ素樹脂などからなる保護管４１と、この保護管４１を囲んで内部に被処理液１を流す外周器４２とを備えている。この際、外周器４２は、被処理液１を流す流入口４２ａ及び排出口４２ｂを備え、保護管４１の外側に被処理液１が直接流れるように形成している。また、電極板４０は、ランプ体４４に配置した１対の外側に高周波電圧を各々印加する点灯手段４６を備えている。この点灯手段４６は、商用電源４６ａに基づいて高周波電源４６ｂが高周波電流を発生させて整合回路４６ｃにより整合を行い電極板４０に印加（一般的に２ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚの高周波電圧を印加）する。ここで、ランプ体４４、保護管４１、外周器４２、及び点灯手段４６は、図７に示した紫外線照射装置と同様の構成要素であり、重複する説明は省略する。
【０００８】
このような静電結合方式による従来の紫外線照射装置の他の実施形態は、保護管４１の外側に被処理液１を直接流し、点灯手段４６の商用電源４６ａ、高周波電源４６ｂ、及び整合回路４６ｃにより高周波電圧を発生させて電極板４０に印加する。ここで、電極板４０に印加する電圧は、高周波電圧に限定されず、例えば、パルス電圧を加えることも可能である。そして、ランプ体４４は、電極板４０の静電エネルギーにより内部の放電体（図示せず）が励起して放電を起こし、紫外線を放出する。従って、外周器４２内では、流入口４２ａから注入した被処理液１に紫外線を照射して殺菌、脱色、漂白などの処理が実行される。このように静電結合方式の場合は、ランプ体４４の周囲を電極板４０により覆うことにより、図７に示した電磁結合方式のような磁束の漏洩によるエネルギーロスを低減している。
【０００９】
しかしながら、この静電結合方式による従来の紫外線照射装置の他の実施形態では、電極板４０がランプ体４４自体を覆うことで、逆にランプ体４４内で発生する紫外線を遮蔽して外部に放射できる量を低減してしまうとともに、結果的には発生した紫外線を有効に利用することができない不具合があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の紫外線照射装置では、図７に示した電磁結合方式の場合、被処理液１が導電性を有する液体の時、コイル３０から発生される磁束は必ずランプ体３４周囲の被処理液１内に広がってしまうため、被処理液１内に誘導電流が流れ電磁エネルギーのロスが発生するという不具合があった。
また、従来の紫外線照射装置では、図８に示した静電結合方式の場合、前述した電磁結合方式のような磁束の漏洩によるエネルギーロスは無くなるが、ランプ体４４自体を電極板４０が覆うことで、ランプ体４４内で発生する紫外線を遮蔽して外部に放射できる量を低減してしまうとともに、結果的には発生した紫外線を有効に利用することができないという不具合があった。
本発明はこのような課題を解決し、紫外線の放出が遮断されず発光及び透過効率を向上させるとともに、エネルギーロスが少なく簡単な構造で低コストの紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、中心に設けられた内部電極と、この内部電極を囲んで封止する外周内に放電して紫外線を発する放電体を収納した放電空間を備えるランプ体と、ランプ体を更に囲む外壁を備えて内部に被処理液を流すとともに外壁を電極として形成する外部電極とを備え、内部電極と外部電極との電極間に高周波電圧またはパルス電圧を印加することで電極間に内在するランプ体の放電体が放電して外側に流れる被処理液に紫外線を直接照射できる無電極ランプを形成する。
ここで、ランプ体は、内部電極を囲む二重管構造に形成し、この二重管内に少なくとも希ガス及び水銀を封入することが好ましい。また、ランプ体の他の実施例は、内部電極を囲む直管型の紫外線ランプを複数配置して外側を封止することが好ましい。また、内部電極と外部電極との電極間には、高周波電圧またはパルス電圧いずれかを印加する点灯手段を具備することが好ましい。また、外部電極には、被処理液を流入する流入口及び排出する排出口を備え、ランプ体の外周に被処理液が直接流れるように形成することでランプ体の冷却効果を得ることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による紫外線照射装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による紫外線照射装置の一実施形態を示す構成図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線の断面を示す図である。また、図３は、図１に示したランプ体１４の内部構造を示す図である。また、図４は、図３に示したＢ−Ｂ線の断面を示す図である。また、図５は、本発明による紫外線照射装置の他の実施形態を示す構成図である。また、図６は、図５に示したＣ−Ｃ線の断面を示す図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本発明による紫外線照射装置の一実施形態は、図７及び図８に示した従来技術とは異なり、中心に棒状に設けられた内部電極１０と、この内部電極１０を囲んで二重管構造に形成されて二重管内で放電して紫外線を発する放電体１４ａを封入した放電空間を備えるランプ体１４と、このランプ体１４を更に囲む外壁を備えて内部に被処理液１を流すとともに外壁を電極として形成した外部電極１２とを備えている。また、内部電極１０と外部電極１２とには、点灯手段１６を具備（接続）しており、高周波電圧またはパルス電圧いずれかを発生させて印加できるように形成している。この際、点灯手段１６は、例えば、高周波電圧を加える場合、図７及び８に示した従来技術のように、商用電源に基づいて高周波電源が高周波電流を発生させて整合回路により整合を行った後、内部電極１０と外部電極１２とに各々印加（一般的に２ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚの高周波電圧を印加）する。
【００１４】
従って、本発明による紫外線照射装置の一実施形態は、ランプ体１４中心の空洞部に内部電極１０を設け、外部電極１２をランプ体１４に設けることなく被処理液１を介した外側の外壁に設けることで、内部電極１０と外部電極１２との電極間にランプ体１４及び被処理液１を内在した同軸ケーブルと同様の配置（図２参照）に形成している。これにより本実施の形態では、内部電極１０と外部電極１２との間に電圧を加えることで、被処理液１に隣接したランプ体１４の放電体１４ａが放電を起して紫外線を放出する。従って、電極間から発生する電気的エネルギーを全て放電体１４ａの放電発光に寄与することができ、従来技術のコイルを用いた電磁結合方式のように被処理液１内に消費する電磁誘導のロスを防止することができる。
【００１５】
ここで、ランプ体１４は、石英ガラス等の透明な材質からなり二重管構造を備えており、図３及び図４に示すように、二重管の中心空洞部に内部電極１０が配置（封止）され、外周の二重管内に水銀やアルゴン（希ガス）などの放電体１４ａを封入し、いわゆる無電極ランプと同等の誘電体容器に形成している。即ち、ランプ体１４は、二重管構造を備えて内部電極１０を封止するため、図７及び図８に示した従来技術での保護管（３１、４１）が不要になる。この保護管は、石英ガラス管またはフッ素樹脂からなり、紫外線透過率が一般的には約８０％程度であるため、約２０％の紫外線が低減してしまう。従って、本実施の形態では、保護管を用いることなくランプ体１４と被処理液１とが直接接触するため、紫外線が減衰されずに被処理液１に照射することができる。
【００１６】
再び、図１及び図２を参照してランプ体１４の外側には、円筒状で有低の外壁を備えて囲むように配置した外部電極１２を備えている。この外部電極１２の外壁には、被処理液１を流入する流入口１２ａ及び排出する排出口１２ｂを各々設け、ランプ体１４と外部電極１２との間に直接被処理液１を流すように形成することでランプ体１４の冷却効果を得ている。そして、この外部電極１２とランプ体１４との間には、コイルまたは電極板等の紫外線を遮断する物がなく、紫外線を透過減衰する保護管も無いため、ランプ体１４から照射した紫外線を効率よく被処理液１に照射することができる。従って、ランプ体１４は、被処理液１に紫外線を直接照射でき透過効率の低下がなく、且つ、熱を被処理液１に効率よく伝達して冷却することで周囲温度に依存して紫外線発光効率が低下することを抑えることができる。
【００１７】
また、外部電極１２は、ランプ体１４周囲の外壁に点灯手段１６を接続しており、この外壁全体を高周波電流を流す電極として形成している。従って、外部電極１２は、高周波電流を流すために中空で金属製のパイプにより形成することが望ましく、例えば、ランプ体１４から放出された紫外線を反射できる鏡面加工されたステンレスにより形成することが最も好ましい。ここで、外部電極１２と内部電極１０とは、静電結合するために必ずしも非磁性体の材質である必要は無い。また、外部電極１２と内部電極１０とは、例えば、メッシュ構造を備えるように母材表面に金属の焼付けや印刷で電極を構成しても良い。
【００１８】
このように形成された本発明による紫外線照射装置の一実施形態は、図１に示したように、ランプ体１４を囲む外部電極１２内に流入口１２ａから被処理液１を流して排出口１２ｂから排出させた状態で、点灯手段１６により高周波電圧またはパルス電圧を発生させて内部電極１０及び外部電極１２に印加する。これによりランプ体１４は、内部電極１０及び外部電極１２間に発生する静電エネルギーにより、放電体１４ａを励起させて放電し、紫外線を放出する。従って、外部電極１２内では、流入口１２ａから注入した被処理液１に紫外線が効率よく照射されて殺菌、脱色、漂白などの処理が実行される。
【００１９】
このように、本発明による紫外線照射装置の一実施形態によると、内部電極１０と外部電極１２との電極間にランプ体１４及び被処理液１を介在させて同軸ケーブルと同様の配置（図２参照）に形成するため、全ての電気的エネルギーを放電体１４ａの放電発光に寄与させることができ、且つ、電極間から発生する電気的エネルギーがランプ体の放電空間以外に広がって消費する電磁誘導ロスを防止することができる。
また、本発明による紫外線照射装置の一実施形態によると、内部電極１０と外部電極１２との電極間に被処理液１を流す構造を備えており、電極により紫外線が遮断されることが無いため、紫外線を被処理液１に直接照射でき、発生した紫外線を有効に利用することができる。
また、本発明による紫外線照射装置の一実施形態によると、被処理液１内にランプ体１４を配置する際、紫外線を透過減衰させる保護管を用いないため、部品コストを低減できるとともに、被処理液１にランプ体１４の紫外線を減衰させることなく照射することができる。
さらに、本発明による紫外線照射装置の一実施形態によると、前述した保護管を用いることなく、被処理液１内に直接、ランプ体１４を配置して冷却効果を得ているため、低圧紫外線のランプ体１４が周囲温度に依存して紫外線発光効率が低下することを抑えることができる。
【００２０】
次に、図５及び図６を参照して、本発明による紫外線照射装置の他の実施形態を詳細に説明する。図５及び図６に示すように、本発明による紫外線照射装置の他の実施形態は、前述したランプ体内に水銀やアルゴン（希ガス）などの放電体を封入する構造とは異なり、市販された直管型の有電極ランプ２８（紫外線ランプ）を放電体として複数本封入した構造に形成している。尚、この有電極ランプ２８を複数本封入したランプ体２４以外は、全て図１に示した紫外線照射装置と同様の構成要素であり、重複する説明は省略する。
【００２１】
ここで、ランプ体２４は、内部電極２０を中心に配置して周囲に直管型の有電極ランプ２８（紫外線ランプ）を複数本（図６では８本）配列するとともに、この有電極ランプ２８の周囲を更に石英ガラス等の紫外線を透過する材質により囲んで封入している。そして、このランプ体２４の周囲は、更に円筒状で有低の外壁を備えて囲んだ外部電極２２を備え、この外部電極２２の外周に流入口２２ａと排出口２２ｂとを各々設けることでランプ体２４と外部電極２２との間に被処理液１を流すように形成している。
【００２２】
このように形成された本発明による紫外線照射装置の他の実施形態は、内部電極２０と外部電極２２との両電極に高周波電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、ランプ体２４に収納した有電極ランプ２８内で無電極放電が起きてランプ表面から紫外線が放出される。従って、外部電極２２内では、流入口２２ａから注入した被処理液１に紫外線が効果的に照射されて殺菌、脱色、漂白などの処理が実行される。
【００２３】
このように、本発明による紫外線照射装置の他の実施形態によると、図１に示した紫外線照射装置と同様に、内部電極２０と外部電極２２との電極間にランプ体２４及び被処理液１を介在させて同軸ケーブルと同様の配置（図６参照）に形成するため、全ての電気的エネルギーを有電極ランプ２８の放電発光に寄与させることができ、且つ、電極間から発生する電気的エネルギーがランプ体の放電空間以外に広がって消費する電磁誘導ロスを防止することができる。
また、本発明による紫外線照射装置の他の実施形態によると、図１に示した紫外線照射装置と同様に、内部電極２０と外部電極２２との電極間に被処理液１を流す構造を備えており、電極により紫外線が遮断されることが無いため、紫外線を被処理液１に直接照射でき、発生した紫外線を有効に利用することができる。
さらに、本発明による紫外線照射装置の他の実施形態によると、放電体を新たに設けることなく市販された有電極ランプ２８を流用し、手軽に無電極紫外線照射装置を形成することができる。
【００２４】
以上、本発明による紫外線照射装置の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、被処理液を外部端子下部の流入口から流入して上部の排出口から排出する実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、排出口及び流入口を上下逆に設けても良い。
また、外部電極を円筒状で有低に形成して外周に流入口を設けた実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、流入口を外部電極の外周ではなく有低部に設けることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
このように本発明による紫外線照射装置によれば、ランプ体による紫外線の放出が遮断されず発光及び透過効率を向上させることができ、エネルギーロスが少なく簡単な構造で低コストに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による紫外線照射装置の一実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線の断面を示す図。
【図３】図１に示したランプ体の内部構造を示す図。
【図４】図３に示したＢ−Ｂ線の断面を示す図。
【図５】本発明による紫外線照射装置の他の実施形態を示す構成図。
【図６】図６は、図５に示したＣ−Ｃ線の断面を示す図である。。
【図７】電磁結合方式による従来の紫外線照射装置の一実施形態を示す図。
【図８】静電結合方式による従来の紫外線照射装置の他の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１　　被処理液
１０　　内部電極
１２　　外部電極
１２ａ　流入口
１２ｂ　排出口
１４　　ランプ体
１４ａ　放電体
１６　　点灯手段
【図１】
2004146077.tif 000003
【図２】
2004146077.tif 000004
【図３】
2004146077.tif 000005
【図４】
2004146077.tif 000006
【図５】
2004146077.tif 000007
【図６】
2004146077.tif 000008
【図７】
2004146077.tif 000009
【図８】
2004146077.tif 000010