JP2009536091A - 無電極ガス放電ランプを有する流体処理、特に水殺菌のための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、非連続的な運転における、より効率的なエネルギー利用及びより高められた寿命を伴う、流体処理装置、特に水殺菌装置に関し、該装置は単純な量産品として製造可能であり、取扱いが容易であり、かつ特に家庭で使用可能である。同軸管を有するＤＢＤランプのような複雑な、又は運転に危険が伴うＵＶ照射器、費用のかかるバラストデバイス及び危険な電気的構成は回避される。本発明によれば、処理すべき流体を照射器と接触させて、流体に照射器からＵＶ線を照射し、流体が直接照射器の温度の影響を受け、特に照射器の運転温度を０℃〜３０℃に調節することにより、流体原料はＵＶ線を用いて質的により高価値又は新規の製品に変換される。このために、エキシマー充填物がＵＶ透過性放電容器、特に石英ガラス中で電極なしで励起されている単純なＵＶ照射器が使用される。

Description

本発明は、流体をＵＶ線を用いて処理、特に殺菌する、流体、特に水を処理するための装置、流体の処理法、このために好適な無電極ガス放電ランプの装置及び空気後処理装置におけるＵＶ光源の使用に関する。

これに関して、水を水銀放電ランプで照射する水殺菌装置は既に存在する。水銀放電ランプは高い効率を有するため、特に長期間の運転で使用され得る大工業的装置に好適である。水銀放電ランプは単にＵＶ透過管、特に石英ガラス、電極及び放電充填体から量産可能である。各家庭の水の後処理に関して、長時間の運転は割に合わない。水銀ランプは、完全な出力をもたらすまでに完全に五分間の開始フェーズを経過するため、非連続的な運転は各家庭用としてもそれほど魅力的でない。これに、水銀による恒常的な困難が加わる。

ＥＰ１３４５６３１Ｂ１には、長時間の運転に好適な水銀ＵＶランプの装置が開示されており、該装置は、マグネトロンからのマイクロ波により励起され、そのランプ体は一方の面で液体と接触している。ランプ体のもう一方の面は、マグネトロンのマイクロ波をランプ体から供給するファンネルが存在している。

しかしながら、３５％までの効率を達成する低圧水銀ランプはこのために３０℃〜５０℃の運転温度を必要とする。特に水供給又は空気後処理装置における低温流体流の場合、水銀放電ランプは流体により冷却され過ぎてしまい、完全なＵＶ出力を発揮することはできない。従って、冷却流体流のために、付加的な被覆管を有する水銀ランプが使用される。

本発明の課題は、非連続的な運転のために、エネルギー利用をより効率的に構成し、かつ系の寿命を高めることである。本発明のもう１つの課題は、取扱いが容易であり、かつ特に家庭で使用可能である、容易に製造可能な量産品を提供することである。Ｈｇ充填ランプ又は同軸管を有する誘電体バリア放電（ＤＢＤ）ランプのような、複雑な、又は運転に危険が伴うＵＶ照射器、費用のかかるバラストデバイス及び危険な電気的構成を有するランプは回避されるはずである。

前記課題は、独立請求項の特徴により解決される。従属請求項には有利な態様が記載されている。

本発明によれば、エキシマー充填物を有する水銀不含ガス放電ランプが提供され、該ランプは水銀低圧放電ランプとは対照的に、０℃〜３０℃の温度で効率的に運転可能であり、従ってランプ体の寿命を延長させる。最適な冷却は、ランプ体が、該ランプ体を冷却する照射された流体中に十分に突出していることにより達成される。

このようにして、流体にランプ体からＵＶ線が照射され、かつ流体がランプ体の温度に直接影響を受け、特にランプ体−被覆管の運転温度が０℃〜３０℃に調節されるように、処理すべき流体をランプ体と接触させることによって、流体原料はＵＶ線を用いて質的により高価値又は新規の製品に変換される。このために、エキシマー充填物がＵＶ透過性放電容器、特に石英ガラス中で電極なしで励起される単純なＵＶ照射器が使用される。

ランプから照射されかつランプ体、特にその被覆管の温度に直接影響を受ける流体中の無電極ガス放電ランプの装置のための前記課題の解決は、ランプ体が流体中に十分に、特にその表面の少なくとも８０％が、有利にその表面の９０％が突出していることである。このために、ランプ体は有利に管として構成されており、該管の縦軸はマイクロ波の伝播方向に配置されている。

前記課題の１つの解決法は、ランプから照射されかつランプ体、特にその被覆管の温度に直接影響を受ける流体中に十分に突出している、エキシマー充填物を有する無電極ガス放電ランプの装置である。これによって、ランプ体の冷却が可能となり、ひいてはその寿命が延長される。その表面をこのために可能な限り十分に流体を用いて冷却するために、ランプ体が表側でマイクロ波発生器上に固定されている場合、ランプ管はその表面の８０％を上回って、特に９０％を上回って、流体中に突出している。ランプ体の縦軸はマイクロ波の伝播に対して並行に配置されている。

エキシマー充填物は希ガスとハロゲン化物との水銀不含混合物であり、従って水銀含有充填物よりも危険性が低い。第二に、エキシマー充填物は、水銀含有ランプよりも低温で、特に０℃〜３０℃で運転が可能である。第三に、より低温でのエキシマーランプの運転の場合、その寿命を延長させることができる。このために、有利に、ランプ体の表面の少なくとも８０％が流体により冷却される。このために、ランプ管を十分に流体媒体中に突出させることが有効であることが実証される。

前記課題のもう１つの解決法は、ＵＶ線を適用する、流体を流体処理装置、特に水殺菌装置中で処理、特に殺菌するための非連続的な方法であり、その際、装置中で流体を無電極水銀不含ガス放電照射器と接触させて、照射器から流体にＵＶ線を照射し、流体は照射器、特にその被覆管の温度に直接影響を受ける。この場合、ランプ体が流体中に十分に突出している場合、該ランプ体はその寿命の延長のために、照射される流体により効率的に冷却される。非連続的な方法は、秒から分範囲内の典型的な運転時間を有する。

上記課題の１つの課題は、ＵＶ線を適用する、流体を処理するための、特にその殺菌のための、流体処理装置、特に水殺菌装置であり、その際、装置は、無電極ガス放電ランプをランプから照射される流体中に有し、ここで該流体は照射器、特にその被覆管の温度に直接影響を受ける。この場合、ランプ体はその冷却のために、ひいては延長された寿命のために、十分に流体中に突出している。

有利な実施態様において、充填物は単純な石英ガラス管中に存在する。この場合、本発明により、特にキセノン−臭素−充填物又はクリプトン−塩素−充填物又はキセノン−ヨウ素−充填物又はクリプトン−ヨウ素−充填物をベースとする水銀不含の照射器の実現が可能となる。

本発明によれば、ＵＶ照射器は無電極で運転される。このために、マイクロ波を用いたエキシマーガス放電ランプの励起が有効であることが実証される。マイクロ波はマグネトロン中で発生され、励起ランプの被覆導体を介して供給される。驚異的にも、従来の、マグネトロンを用いて運転されるＵＶランプに対して、www.muegge.deによれば、付加的な被覆管並びにランプ内の金属棒も、Simon-Hartley反応器によるＵＶランプの周囲の付加的に遮断する籠状物も省略することができる。

本発明による発展態様において、もはやランプは別個の冷却剤を用いて運転されるのではなく、処理すべき流体により直接冷却される。従って、ランプは２つではなく１つのみの流体により包囲される。流体の伝導率は、ＵＳ２００２／０８９２７５とは異なり、重要ではない。本発明により使用されるＵＶランプは絶対的に非伝導性の流体を用いた場合にも機能する。

水殺菌のために、マグネトロンを用いて運転されるＵＶ照射器が使用される。この場合、マグネトロンはマイクロ波の発生のための発生器として使用される。マグネトロン中で発生されたマイクロ波を用いて、放電ガスが放電容器、特に石英ガラス管中で励起される。このようなＵＶ照射器のために、エキシマー充填物を有する、特にキセノン−臭素−充填物又はクリプトン−塩素−充填物又はキセノン−ヨウ素−充填物又はクリプトン−フッ素−充填物を有する無電極放電容器が使用される。前記照射器は確かに水銀ランプよりも効率が低いが、始動時間が実質的に存在しない点が優れており、従って各家庭用の小型の水後処理装置における非連続的な運転に好適である。

前記課題のもう１つの解決法は、ＵＶ光源の温度に直接影響を受ける空気の照射のためのＵＶ光源、例えば放電ランプの使用である。

流体の処理とは、本発明の範囲内では単なる冷却を意味するものではなく、原料を処理して価値の高い製品にすること、例えば、特に廃水又は新鮮水後処理装置における、並びに排ガス又は新鮮空気後処理装置における水又は空気の後処理を意味する。本発明による装置の容易な取扱い性及び容易な製造は、家庭内での使用、特に家庭での水供給にとって大きな利点である。本発明による流体の処理は、例えば建物又は列車内のエアコン又は空気供給体及びビタミンＤの製造並びに工業的な適用のためにも有利に適用される。

以下で本発明を実施例に基づいて図に関連して詳説する。

実施例
図１は流体流中に配置された照射器を示す；
図２は、低圧照射器のスペクトル及び大腸菌のＤＮＳ吸収曲線を示す；
殺菌すべき水により包囲されている図１に示す低温で運転可能なエキシマー照射器の場合、後処理すべき水は殺菌ランプを直接冷却する。殺菌ランプとして、低温運転のためのエキシマーガス充填物を有するランプ、例えば希ガス−ハロゲン−混合物、例えばキセノン−臭素−充填物又はクリプトン−塩素−充填物又はキセノン−ヨウ素−充填物又はクリプトン−フッ素−充填物をベースとする水銀不含ランプが好適である。最後に記載したランプは、０℃〜５０℃、特に５℃〜３０℃の範囲内で最適な運転温度を有する。

図１において、無電極ＵＶランプは流体６中で流体のために予定された通路中に浸されている。無電極放電ランプはエキシマー放電のために励起され得るキセノン−臭素−ガス充填物を含有している。励起を、マグネトロン１から中空導管２を介して伝播されるマイクロ波により行う。中空導管２中では定常波が発生される。このために、中空導管は仕切り弁４で調整される。中空導管中のマグネトロンからのエネルギーと、照射器中の中空導管からのエネルギーとの結合は、結合ピン３を介して行われる。

マグネトロン１として、原則的にマイクロ波の発生のための全ての発生器が使用可能である。

中空導管２は、定常波を発生することのできるマイクロ波技術で通常の中空導管である。定常波の調整のために、調整用仕切り弁４を用いる。結合ピン３によって、中空導管中のマグネトロンからのエネルギーと、照射器中の中空導管からのエネルギーとの結合が可能となる。このようにして、マイクロ波により励起された照射器を、直接水中で運転することができる。キセノン−臭素−充填物を有する低圧照射器のスペクトルは、図２において、大腸菌のＤＮＳ吸収曲線の隣に示されている。類似のスペクトル推移により、殺菌ないし消毒にキセノン−臭素−充填物を有する低圧照射器が好適であることが明らかである。

前記装置において、２．４５ＧＨｚないし波長１２．２ｃｍのマイクロ波は、水が貫流する通路中で、キセノン−臭素−充填物を有するエキシマー照射器を１０００時間非連続的に運転することができ、これは、５人世帯においてほぼ３年の耐用時間に相当する。それに対して、連続運転型の水銀低圧ランプの耐用時間は５０００時間の運転時間で６ヶ月の耐用時間であり、それというのも、連続運転において耐用時間は運転時間に相当するためである。極めて同様に、連続運転において、最終的に消費されるエネルギーは、水銀ハロゲン照射器のより良好な効率にもかかわらず、連続運転における何倍も高い運転時間に基づいて、より高い。

水銀低圧ランプと比較したエネルギー収支
５０Ｗ水銀ランプは連続運転で１日に１２００Ｗｈ消費する。効率が３０％の場合、５０Ｗランプは１５Ｗの照射出力を有する。この照射出力を、臭素−キセノン−充填物を有する２００Ｗ無電極エキシマーランプを用いて発生させる。１日１時間の非連続運転の運転時間の場合、前記ランプは１日にたった２００Ｗｈを消費するに過ぎない。

水銀ランプ寿命は連続運転において耐用時間と同一であり、約６ヶ月である。非連続運転において、耐用時間は運転時間よりも何倍も高い。単に１．５〜２ヶ月の運転時間の場合、耐用時間は非連続運転の場合１日当たり１時間当たりの平均で３〜４年である。

流体流中に配置された照射器を示す概略図。 低圧照射器のスペクトル及び大腸菌のＤＮＳ吸収曲線を示す図。

符号の説明

１ マグネトロン、 ２ 中空導管、 ３ 結合ピン、 ４ 仕切り弁、 ５ 無電極水銀不含ガス放電ランプ、 ６ 流体

Claims (14)

1. ランプから照射されかつランプ体の温度に直接影響を受ける流体（６）中の無電極水銀不含ガス放電ランプ（５）の装置。
2. ランプ体が該ランプ体の縦軸とともにマイクロ波の伝播方向に配置されている、特に請求項１記載の、ランプから照射されかつランプ体の温度に直接影響を受ける流体（６）中の無電極水銀不含ガス放電ランプ（５）の装置。
3. ランプ体の表面の８０％を上回って、特に９０％を上回って、照射すべき流体中に突出している、特に請求項１又は２記載の、ランプから照射されかつランプ体の温度に直接影響を受ける流体（６）中の無電極水銀不含ガス放電ランプ（５）の装置。
4. ＵＶ線を適用し、その際、装置中で流体（６）を無電極ガス放電ランプ体（５）と接触させて、ランプ体（５）から流体（６）にＵＶ線を照射し、その際、流体（６）はランプ体（５）の温度に直接影響を受ける、流体処理装置、特に水殺菌装置において流体（６）を処理、特に殺菌するための非連続的な方法において、ランプ体の運転温度を０℃〜３０℃に調節することを特徴とする方法。
5. ランプ体を、該ランプ体の縦軸とともにマイクロ波の伝播方向に配置するか、又は、ランプ体の表面の８０％を上回って照射すべき流体中に突出させる、特に請求項４記載の、ＵＶ線を適用し、その際、装置中で流体（６）を無電極ガス放電ランプ体（５）と接触させて、ランプ体（５）から流体（６）にＵＶ線を照射し、その際、流体（６）はランプ体（５）の温度に直接影響を受ける、流体処理装置、特に水殺菌装置において流体（６）を処理、特に殺菌するための非連続的な方法。
6. ＵＶ線を適用し、装置が無電極ガス放電ランプ（５）をランプ（５）から照射される流体（６）中に有する、流体（６）の処理のための、特に流体（６）の殺菌のための流体処理装置、特に水殺菌装置において、ランプ体に水銀不含エキシマーガス混合物を充填し、これは照射器被覆管（５）の温度に影響を受け、ランプ体の表面の８０％を上回って、照射すべき流体中に突出しており、その際、流体（６）はランプ体（５）の温度に直接影響を受けることを特徴とする流体処理装置。
7. ＵＶランプ体（５）がキセノン−臭素−充填物又はクリプトン−塩素−充填物又はキセノン−ヨウ素−充填物又はクリプトン−フッ素−充填物を有する、請求項６記載の装置。
8. 充填物が単一の石英管中に存在している、請求項６又は７記載の装置。
9. ＵＶランプがマイクロ波により励起される、請求項６から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 空気後処理装置におけるＵＶランプの使用において、ＵＶランプから照射された流体（６）がＵＶランプの温度に直接影響を受けることを特徴とする使用。
11. ＵＶランプを、照射される流体により冷却する、請求項１０記載の空気後処理装置におけるＵＶランプの使用。
12. ＵＶランプの表面が８０％を上回って、照射すべき流体中に突出している、請求項１０又は１１記載の空気後処理装置におけるＵＶランプの使用。
13. ＵＶランプが水銀不含である、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の空気後処理装置におけるＵＶランプの使用。
14. ＵＶランプが無電極ガス放電ランプ（５）である、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の空気後処理装置におけるＵＶランプの使用。

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