JPH073781B2 - 二重管形大出力殺菌ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、各種気体や液体の浄化，その他各種の殺菌に
使用される大出力殺菌ランプに関する。

（従来の技術） 殺菌ランプは，バルブの両端に一対の電極を内装すると
ともに，このバルブ内に希ガスと水銀を封入して構成さ
れており，その点灯原理は公知のけい光ランプと全く同
様であり，けい光ランプと異なる点は，けい光体被膜を
用いないこと，およびバルブを構成するガラスチューブ
として遠紫外線透過率に優れたガラスまたは石英ガラス
を使用した点である。このような殺菌ランプは，水銀蒸
気の発光による遠紫外線を放射するので，上下水の浄水
場で水の殺菌に使用されたり，また各種ガスの殺菌ある
いは物の生産，加工，処理等の広い分野で使用される。

しかしながら，従来の殺菌ランプは，電極間距離cm当り
の入力が1W（ワット）以下で，ランプ１灯当りの全入力
もせいぜい100W程度であつて，比較的低出力であつた。

低出力の殺菌ランプは当然ながら殺菌能力も低く，従つ
て浄水施設などの大形装置に使用しようとすると，多数
本使用しなければならず，付属部品も多くなる。

このようなことから，最近，大出力殺菌ランプの開発が
要請されている。

大出力殺菌ランプとして，特開昭56−160755号公報に記
載されたものが知られている。この公報には，オゾンレ
ス石英ガラスからなる発光管を使用し，この発光管内
に，陰極および陽極とで１組となす電極を両端に１組づ
つ合計２組内装するとともに，上記発光管内に希ガスと
水銀を封入し，アーク長さ300mmでランプ電波４アンペ
ア，消費電力約200Wのランプが記載されている。

しかしながら，最近では，上記公報に記載された殺菌ラ
ンプよりもさらに大出力のランプが要請されており，ア
ーク長さ1,000mm以上，ランプ入力密度３〜10W/cmで点
灯し得る大出力殺菌ランプの開発が余儀なくされてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） このような大出力殺菌ランプでは，水銀の発光によつて
放出される254nmの遠紫外線，すなわち殺菌線を効率よ
く得るために，水銀の蒸気圧をいかに良好に制御するか
と言うことが問題となる。

すなわち，アーク長さ1,000mm以上でランプ入力密度３
〜10W/cmで点灯し得る大出力殺菌ランプでは，点灯中の
入力密度（単位長さ当りの入力＝W/cm）が，従来の100W
級殺菌ランプに比べて略10倍にも達することになり，自
然放冷（空冷）状態で点灯すると発光管の管壁温度が15
0〜250℃にも達してしまい，発光管内に通常のけい光ラ
ンプと同様に，水銀をそのままの形態で投入した場合に
は最適な水銀蒸気圧は到底得られない。

このため，たとえば特開昭60−143554号公報には発光管
を容器内に収容し，この容器内に水を流すことにより強
制冷却して発光管の管壁の温度を最適な水銀蒸気圧が得
られる程度に保つ手段が考えられているが，このもの
は，水の流量や温度を厳しく管理しなければならず，し
かも容器の水密構造，通電部の絶縁構造等が複雑にな
り，かつ大形化するので実用的ではない。

また，特開昭54−71887号公報にはＵ字形発光管の湾曲
部に過剰の液状水銀を溜めるための虫垂状の管部を設
け，この管部の温度を調節することによつて，水銀蒸気
圧を調節する手段が示されている。

しかしながらこの方法も，虫垂状管の端部近傍のガスの
温度や流れの状態によつて水銀蒸気圧が一定せず，した
がつてランプ特性が変動しやすいという欠点があつた。

本発明は上記欠点を解消するもので，水銀の蒸気圧を適
正に制御して殺菌線が高密度で，しかも効率良く得られ
る二重管形大出力殺菌ランプを提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は，水銀蒸気供給源としてアマルガムを使用する
と共に，外管内に収容するＵ字形発光管の湾曲部に突出
長ｌのアマルガム溜め用の突出部を設け，この突出部の
先端とこれに対向する外管との距離Ｌを8mm以上とする
と共に，上記突出長ｌをランプ入力密度が3W/cm以上で5
W/cm以下のときは， 10mm≦ｌ≦15mm ランプ入力密度が5W/cmを越え10W/cm以下のときは， 15mm≦ｌ≦20mm となるように構成される。

（作用） このような構成によれば，水銀蒸気供給源として使用す
るアマルガムは発光管の最冷部である突出部内に溜ま
り，しかもこの突出部はその突出長ならびに外管との距
離を上記値に規制することによつて，殺菌線を高密度
で，かつ効率よく放射できる水銀蒸気圧を得るのに適当
な温度に保つことができる。

（発明の実施例） 以下，図面に示した一実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。

第１図は500Wの大出力殺菌ランプを示し，（１）は内径
80mmのたとえば石英ガラスからなる外管，（２）は上記
外管（１）内に着脱自在に収容されたオゾンレス石英か
らなるＵ字形状の発光管で，内径20mm,管長1,300mmで，
かつ湾曲部のほぼ中央には突出長ｌが15mmの突出部
（３）が形成され，この突出部（３）の先端（3a）とこ
れに対向する外管（１）との距離Ｌが15mmを保つように
発光管（２）は支持具（４）によつて保持される。支持
具(4)はたとえばステンレスからなり，発光管（２）に
嵌着するドーナツ状の円板部分（4a）と，これに端部を
固着して外管（１）底部に当接する係止片（4b）とから
なる。発光管（２）の両端は中間ガラス（図示しな
い。）を介して硬質ガラス製ステム（５），（５）によ
り封止され，これらステム（５），（５）に電極
（６），（７）が支持されている。

電極は，上記発光管（２）の各端部にそれぞれ陰極
（６）と陽極（７）を１組として設置され，両端部で合
計２組設けられている。

陰極（６）は，コイルフイラメントからなり，両端が内
部導入線（８）および（９）にそれぞれ接続されてい
る。このフイラメント陰極（６）は，大電流に耐え得る
ように，例えば３重コイルからなり，図示しないが電子
放射物質として，バリウム，カルシウム，ストロンチウ
ムの少なくとも一種からなる酸化物を塗布してある。

陽極（７）はコイルまたは固体物よりなり，上記フイラ
メント陰極（６）よりも放電空間側に突出して配置さ
れ，他の内部導入線（10）に接続されている。

そして互いに対向する組の陽極（７），（７）間の距
離，つまり電極間距離は1,000mmに設定されている。

上記各内部導入線（８），（９）および（10）はそれぞ
れ前記ステム（５）を気密に貫通して外部に導かれてい
る。

そして互いに対向する組のそれぞれフイラメント陰極
（６）に接続された内部導入線（８），（９）は，ラン
プ外部でトランス（11）の２次巻線（12），（12）に接
続されており，また，互いに対向する組のそれぞれ陽極
（７）に接続された他の内部導入線（10）は，ランプ外
部で安定器（13）を介して上記トランス（11）の他の２
次巻線（14）に接続されている。

また，内部導入線（８）と（９）は，ランプ外部で相互
に接続され，これにより陰極（６）にもランプ電流が印
加されるようになつている。

トランス（11）の１次巻線（15）は商用電源，例えば交
流100Vまたは200Vの電源に接続されている。

上記発光管（２）内には，始動用希ガスとしてアルゴン
ガスを1Torr封入してあるとともに，水銀蒸気供給源と
してたとえばビスマス−インジウム−水銀（４重量％）
からなるアマルガム（16）が500mg封入され，アマルガ
ム（16）は発光体（２）の最冷部となる上記突出部
（３）内に溜まる。

なお．アマルガム（16）は，ビスマス，インジウム，
鉛，錫，亜鉛．銀およびカドミウムから選ばれた少なく
とも一種の金属と水銀とで構成されることが好ましい。

上記構成のランプでは，第２図に示すようにトランス
（11）の１次巻線（15）に商用電源，たとえば交流100V
または200Vの電源に接続し，このトランス（11）の２次
巻線（12）の両端間に電位差を発生させ，この電位差を
電極間に与えてランプを点灯させる。ランプ電流6Aで点
灯した場合，自然放冷状態でランプ電力500Wが得られ
る。

このような構成の殺菌ランプについて，その特徴を説明
する。

本発明に係わる殺菌ランプは，点灯中のランプ電流が３
〜15Aとなり，従来の低出力殺菌ランプに比べて約10倍
にも達することから，電極は低蒸気圧で大量の熱電子を
放出する機能を果たすとともに，低蒸気圧であるがため
に極めて高速で飛び込んでくる大量の電子を受入れる役
割を果たす必要がある。

このため，電子放射性物質を塗布して常時外部電源によ
り加熱されているフイラメント陰極（６）と，このフイ
ラメント陰極（６）よりも放電空間側に突出して配置さ
れた陽極（７）とに分離し，それぞれ大量の熱電子を放
出する役割と，高速で飛び込んでくる大量の電子を受入
れる役割とを分担させるようにしてある。このため，各
フイラメント陰極（６）および陽極（７）は，それぞれ
の機能を満足するように独立して設計することができる
とともに，長い寿命の電極を構成することができる。

そして，上記のように互いに独立して構成されたフイラ
メント陰極（６）および陽極（７）は，それぞれ独立し
た合計３本の内部導入線（７），（８）および（９）に
接続してフイラメント電流およびランプ電流を流すよう
にしてあるから，大電流を通じても負担が少なくなり，
かつ電極の機械的支持を確実になすことができる。

ところで，上記構成のランプは電力入力密度が5W/cmに
も達するものであるから，管壁温度は低圧水銀ランプと
しては異例の高温度となる。

このような条件の下で，仮に従来のように水銀を単体の
形態で封入した場合には，水銀の蒸気圧は２×10^-1Torr
にも達し，低圧水銀放電の領域から逸脱したものとなつ
てしまう。

そこで，本発明は，水銀蒸気圧を制御する手段としてア
マルガムを使用するものであり，アマルガムはその位置
する温度によつて水銀蒸気圧を抑制し，しかも水銀単体
よりも高い温度範囲で所望の水銀蒸気圧が得られ，か
つ，その組成により同一温度であつても制御できる蒸気
圧が異なる。したがって，水銀単体よりも水銀蒸気圧を
制御しやすい特徴がある。

また，上記したようにアマルガムは，それが位置する温
度によつて水銀蒸気圧が異なるので，一定の蒸気圧を維
持する再現性のためには点灯中に所定の温度となる位置
に設置する必要がある。

しかるに，上記実施例ではアマルガム（16）を，外管内
に収容したＵ字形発光管（２）の湾曲部に設けた突出部
（３）内に溜めるようにし，かつ，突出部先端（3a）温
度に影響を与える突出部（３）の突出長ｌならびに突出
部先端（3a）とこれに対向する外管（１）との距離Ｌを
それぞれ15mm,と15mmとなるように設定したので，ラン
プ点灯中におけるアマルガム（16）の温度は100〜140℃
程度の範囲内に保つことができ，アマルガム（16）から
放出される所定量の水銀は上記突出部（３）から発光管
（２）内へ入り，管内の水銀蒸気圧を殺菌線，すなわち
254nmの遠紫外線を効率良く放射するのに適した低圧水
銀状態に保つことができる。

次に発光管（２）内の水銀蒸気圧を左右する突出部先端
（3a）の温度に影響を与える突出部（３）の突出長l,な
らびに突出部先端（3a）とこれに対向する外管（１）の
距離Ｌとの関係について，それぞれ試験した結果を下記
の表および第３図に示す。

表の試験に供したランプの発光管は，内径20mm,アーク
長さ1,000mm,使用アマルガムはビスマス−インジウム−
水銀（４重量％）で封入量は500mg,突出部先端（3a）と
これに対向する外管（１）との距離Ｌ＝15mmで一定と
し，ランプ電力をパラメータとして突出部（３）の突出
長ｌを種々変化させた場合の突出部先端（3a）の温度変
化を示す。

表中の印は○が所望の100〜140℃が得られたもの，△は
若干高過ぎるもの，▲は高過ぎるもの，▽は若干低過ぎ
るもの，▼は低過ぎるものを示す。

表から突出部突出長ｌを10〜15mmの範囲にすれば300W
（ランプ入力密度3W/cm）以上500W（5W/cm）の高出力ラ
ンプにおいて，またｌを15mmを越え20mm以下の範囲とす
れば500W（5W/cm）を越え1,000W（10W/cm）以下の高出
力ランプにおいて，それぞれ突出部先端の温度を遠紫外
線を効率よく放射できる水銀蒸気圧が得られる100〜140
℃に保つことが可能であることが判る。

次に突出長ｌを上記試験の結表得られた最適範囲の限界
値である10mmと20mmにとり,Lを種々変化させた場合の突
出部先端（3a）の温度変化の状態を第３図に曲線で示
す。図から明らかなように,Lが大きくなる程，突出部先
端（3a）温度に対する外管の影響つまり外管外面の温度
の影響が小さく,Lが約20mm以上となれば殆んど外管の影
響は受けなくなる。但しＬが8mm未満となると,l＝20mm
と突出長の長いものは外管の影響を受けて突出部先端
（3a）温度は100℃未満にまで低下するので,Lは8mm以上
とすることが必要である。

以上の各試験結果から，ランプ入力密度に応じてｌ＝10
〜20mm,L＝8mm以上とすれば，突出部先端の温度は100〜
140℃に保つことができ、管内の水銀蒸気圧を殺菌線，
つまり254nmの遠紫外線を効率良く放射するのに適した
低圧水銀状態に保つことができる。

なお，本発明は上記実施例に限られるものではなく，た
とえばアマルガムはその組成を種々変更可能であるし，
また，電極は，各端部ごとに陰極と陽極とで組をなすも
のには制約されない。

そして，本発明は，アーク長さ1,000mm以上でランプ入
力密度３〜10w/cmで点灯される大出力殺菌ランプに適用
して効果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の構成によれば，水銀蒸気供給
源としてアマルガムを使用し，このアマルガムを溜める
ための突出部の突出長および突出部先端と外管との距離
をそれぞれ規制するようにしたので，点灯中にアマルガ
ムは最適な温度範囲に加熱されて，発光管内を,254nmの
遠紫外線を放出するのに都合の良い低圧水銀蒸気の状態
に容易に維持することができる大出力殺菌ランプが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大出力殺菌ランプの一実施例の概略的
構成説明図，第２図は同じく点灯回路図，第３図は発光
管の突出部先端と外管の距離Ｌと突出部先端温度との関
係を示す曲線図である。 （１）……外管，（２）……発光管，（３）……突出
部，（3a）……突出部先端，（６）……陰極，（７）…
…陽極，（16）……アマルガム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端部に電極を対設し，内部に希ガスと水
   銀蒸気供給源を封入した発光管を外管内に収納して，ア
   ーク長さ1,000mm以上，かつランプ入力密度３〜10W/cm
   で点灯される大出力殺菌ランプにおいて，上記発光管は
   湾曲してＵ字形とし，その湾曲部に突出長ｌの突出部を
   設け，この突出部に水銀蒸気供給源であるアマルガムを
   収納し，突出部先端とこれに対向する外管との距離Ｌを
   8mm以上とすると共に，上記突出長ｌをランプ入力密度
   が3W/cm以上で5W/cm以下のときは， 10mm≦ｌ≦15mm ランプ入力密度が5W/cmを越え10W/cm以下のときは， 15mm≦ｌ≦20mm となるようにしたことを特徴とする二重管形大出力殺菌
   ランプ。