JPH073782B2 - 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254nmの遠紫外線すなわち殺菌線を放射
するので，上下水の浄化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（ワツト）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は
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内径10mmの発光管を使用し，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組内装すると共に，上記発光管内に希
ガスと水銀を封入し，アーク長300mmでランプ電流4A
（アンペア），消費電力約200Wのランプが記載されてい
る。

さらに同公報は，「電流値が数＋Ａ程度で使用できる小
型，長寿命の低圧水銀電灯装置も容易に得られる。」と
の記載もあるが，このような大電流のランプ構成につい
ては，これ以上の具体的記載はなされていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者等の実験によれば，ランプ電流を増せばランプ
への電気入力を多くとれ，その分遠紫外線の放射強度も
高いものが得られるが，その反面，相対放射効率が低下
し，特に5A以上でこの傾向が著るしくなることを見い出
した。

本発明は上記欠点を解消するもので，ランプ電流を増し
て遠紫外線の放射出力の増大を計つても，相対放射効率
の著るしい減少を防止できる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） 本発明は両端部に電極を対設し，内部に希ガスおよび水
銀蒸気供給源を封入した発光管の内径をD,ランプ電流を
Ｉ（Ａ）としたとき， Ｄ≦40mm Ｄ−Ｉ≧10 5A≦Ｉ≦30A をそれぞれ満足するように構成される。

〔作用〕

このような構成によると，ランプ電流の増加によつてラ
ンプへの電気入力を多くとることができ，その分遠紫外
線の出力も増大でき，また発光管の内径Ｄを大きくする
と共に，このＤとランプ電流の大きさとの関係を規制す
ることによつて，ランプ電流の増加に基づく水銀蒸気圧
（管壁温度）の高か過ぎによる遠紫外線の相対放射効率
の着るしい低下を防止することができる。

（発明の実施例） 以下本発明について，図面に示す一実施例にもとづき説
明する。

第１図において（１）はオゾンレス石英からなる発光管
であり，内径D25mm,管長2300mmに形成されている。発光
管（１）の両端は硬質ガラスなどよりなるステム
（２），（２）にて封止されており，これらステム
（２），（２）に電極が支持されている。なお，発光管
（１）のオゾンレス石英と，ステム（２），（２）の硬
質ガラスの間には，これらの熱膨張率の間の熱膨脹率を
有する中間ガラス（図示しない）を介在させることが望
ましい。

電極は，上記発光管（１）の各端部にそれぞれ陰極
（３）と陽極（４）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（３）は，コイルフイラメントからなり，両端が内
部導入線（５）および（６）にそれぞれ接続されてい
る。このフイラメント陰極（３）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（４）はコイルまたは固体物よりなり，上記フイラ
メント陰極（３）よりも放電空間側に突出して配置さ
れ，他の内部導入線（７）に接続されている。

そして互いに対向する組の陽極（４），（４）間の距
離，つまり電極間距離は2000mmに設定されている。

上記各内部導入線（５），（６）および（７）はそれぞ
れ前記ステム（２）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
（３）に接続された内部導入線（５），（６）は，ラン
プ外部でトランス（８）の２次巻線（９），（９）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
（４）に接続された他の内部導入線（７）は，ランプ外
部で安定器（10）を介して上記トランス（８）の他の２
次巻線（11）に接続されている。

また，内部導入線（６）と（７）は，ランプ外部で相互
に接続され，これにより陰極（３）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（８）の１次巻線（12）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（１）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（1
5）を収容してある。

水銀蒸気供給源（15）は，第２図に示すように，金属カ
プセル（16）内にアマルガス（17）を収容して構成され
ている。

本実施例では，アマルガム（17）としてBi−In−Hg（Hg
4重量％）を,240mg用いてあり，また金属カプセル（1
6）は，内径3mmのニツケル（Ni）パイプを両端を閉塞し
て使用している。

金属カプセル（16）には，上記アマルガム（17）が溶融
状態となつても流出することがないような大きさの小孔
（18）を開設してあり，また固定用の脚部（19）を設け
てある。

このような金属カプセル（16）は，上記固定用脚部（1
9）を内部導入線（５），（６）または，（７）のいづ
れかに接合して発光管（１）内に収容してあり，この場
合，金属カプセル（16）に収容したアマルガム（17）
が、陰極（３）および陽極（４）よりも発光管（１）の
端部側に寄つた位置となるように，具体的には発光管
（１）の端部側の管内温度が100〜130℃程度の領域とな
る位置に設置されている。

なお，（20）はインジウムをメツキしたモリブデン箔で
あり，表面のインジウムが点灯中に水銀と１部合金を作
り，水銀蒸気圧を制限する役割を果たす。

また，（21）は放電灯によく用いられる，水素を吸着す
るためのゲツタである。

上記構成のランプでは，トランス（８）の１次巻線（1
2）に商用電源，例えば交流100Vまたは200Vの電源に接
続し，このトランス（８）の２次巻線（11）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Ｉを7Aで点灯した場合，自然
放冷状態でランプ電力1000Wが得られる。

このような構成のランプは，点灯時のランプ電流Ｉが7A
と大きな値であつても，発光管の内径Ｄを25mmと大きく
したので，遠紫外線の相対放射効率の低下を十分緩和さ
せることができる。

さらに，ランプ電流を大きくした場合には，従来の低出
力殺菌ランプに較べて電流密度，単位長さ当りのランプ
電力密度が共に著るしく増大し，そのため点灯時の発光
管々壁温度は150〜300℃にも達し，これに伴い管壁温度
にむらを生じ，これが発光管内の水銀蒸気の密度分布の
不均一を招き，しいてはランプ長手方向の発光ムラを生
じ易くなる。特にアーク長が例えば1000mmを越えるよう
な長大なランプ，入力密度（W/cm）が大きな大出力ラン
プほどこの現象が発生し易い。この対策の一つが発光管
内封入希ガス圧を低くすることであるが，この希ガス圧
が低すぎると点灯に必要な電圧が高くなりすぎたり，点
灯中の電極構成物質の飛散が甚々しくなつて短寿命とな
る欠点を生じる。しかしながら，上記実施例ランプのよ
うに発光管内径Ｄを従来より大きくすれば，希ガス圧を
それほど低くすることなしに，発光むらを生じないよう
にすることが可能となる。

第３図は従来ランプのもの（Ｄ＝10mm）と，本実施例ラ
ンプのＤ＝25mmのものとにつき，ランプ電流Ｉの増加に
つれて遠紫外線の相対放射効率がどのように低下するか
を比較して示したものである。なお，上記遠紫外線の相
対放射効率とは,254nm付近の遠紫外線出力の読み値を放
電入力（Ｗ）で割つた値であり，測定器の254nm出力の
センサーとしては東京光学（株）製の紫外線強度計「UV
R−254」を使用した。

また，図の曲線の値は，水銀蒸気圧や希ガス圧等の要因
を種々変化させた時,254nm相対放射効率が最大値となる
値をそのランプ電流における代表値としたものである。

同図から理解される様に，本実施例のランプは，従来ラ
ンプに比して，ランプ電流を増加させても，絶対的な遠
紫外線相対放射効率は極めて高い。

ここで一般的に，アーク長さを変えることなく発光管内
径を径大化した場合同じランプ電力に設定するために
は，ランプ電流を増大させる必要がある。

従つて本実施例のランプは，従来のものに比べて，同程
度のランプ電力とするためには約２倍程度のランプ電流
を要するが，本実施例のランプは，高電流点灯させて
も，充分な相対放射効率が得られる。

因みに，従来のランプでランプ電流を5A,本実施例で10A
とした場合を各々比べてみると，従来のものの相対放射
効率は，約７程度であるのに対し，本実施例のものは，
約11程度となる。

次に発光管内径Ｄを10〜50mmの範囲に，またランプ電流
Ｉを５〜35Aの範囲にとり,DとＩをそれぞれ組合せた各
種ランプについて相対放射効率および発光むらとの関係
を調べた結果を下表に示す。表において，相対放射効率
について○は第３図の水準で7.5以上と満足できるも
の，△は６〜7.5未満と悪くはないものの満足できない
もの，×は不満足なものを示し，発光むらについては○
は満足できるもの，△はやや不満足なるもの，×は不満
足なものを示し，さらに総合判定では相対放射効率およ
び発光むらが共に○のものを○，それ以外は×とした。

表から（Ｄ−Ｉ）≧10であれば相対放射効率および発光
むら共に満足できる結果が得られることが判る。たゞ
し,Iが30A以上となると水銀蒸気の密度の不均一に基づ
く発光むらを生じ，またＤが45mm以上となると原子状態
の水銀蒸気層が厚くなり，これが遠紫外線を吸収するい
わゆる自己吸収を生じて相対放射効率が低下するので不
可である。

したがつて，以上の結果を総合すると， 5A≦Ｉ≦30A Ｄ−Ｉ≧10 Ｄ≦40mm をそれぞれ満足するようにすれば良いことが判る。

なお，上記実施例では発光管の各端部にそれぞれ陰極と
陽極を１組として設置し，両端部で合計２組設けたが，
一対の電極を対設しただけのタイプのものであつても良
いし，また発光管の形状も直管状に限られるものではな
く，たとえばＵ字管型等の曲成変形したものであつても
良いし，さらには水銀蒸気供給源についてもアマルガム
に限らず水銀単体を封入したものであつても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の構成によれば，ランプ電流を
増して遠紫外線（殺菌線）の放射出力の増大を計つて
も，相対放射効率の著るしい低下および発光むらを防止
できる大出力殺菌ランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大出力殺菌ランプおよび点灯装置の概
略的構成説明図，第２図は同ランプに封入した水銀蒸気
供給源の構成説明図，第３図はランプ電流と遠紫外線の
相対放射効率との関係を従来の発光管内径の細いものと
本発明の太いものとについての比較試験結果を示すグラ
フである。 （１）……発光管，（３）……陰極，（４）……陽極，
（15）……水銀蒸気供給源，（Ｄ）……発光管内径。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端部に電極を対設し，内部に希ガスおよ
   び水銀蒸気供給源を封入した発光管の内径をＤ（mm），
   ランプ電流をＩ（Ａ）としたとき， Ｄ≦40mm Ｄ−Ｉ≧10 5A≦Ｉ≦30A をそれぞれ満足することを特徴とする大出力殺菌ラン
   プ。