低圧水銀ランプは、空気や水処理用のUV殺菌システムで何十年も使用されている。低圧水銀ランプは、産業界や 研究機関において、信頼性が高くコスト効率の高い手段として実証されてきた。近年のエネルギー価格の高騰により、総所有コストの計算に新たな重点が置かれるようになり、今後ますますその傾向は強まると思われる。費用対効果の高いシステムの鍵は、運転コストを削減できる高効率のUVランプにある。
高効率・長寿命の殺菌ランプ用にドープ合成石英を使用するわけとは
背景 ： 紫外線による殺菌
アイディア
1. アイデア：溶融（天然）石英から合成石英へのアップグレード
ランプ寿命末期(EOLL)のUV出力と、それに対応するランプ効率を向上させるために、石英ガラスの品質をドープ天然石英ガラスからドープ合成石英ガラスにアップグレードすることを検討した。主な利点は、原材料に含まれる構造不純物の影響を受ける天然石英と比較して、ドープ合成石英の254nmにおける透過率が高いことである。
また、天然石英では、欠陥形成のメカニズムがより強く（例えば、215 nmにおけるE'欠陥の色中心の形成とその影響波長幅の広さ）、一方、合成石英では影響が少なく、初期の小さなE'欠陥（215 nm）や非架橋酸素正孔中心形成（265 nmにおけるNBOH）から回復することさえある。このことは、合成石英の寿命にわたる劣化がより少ないことを示唆している。これらの改善には、高品質の長寿命コーティングが全体的な結果を後押ししている。
この結果、各ランプのUV量子収率が高くなり、石英ガラスでの放射損失が少なくなる。
このソリューションは、1,500 Wまでの低圧UVランプの全出力範囲で有効である。
利点
2. 利点：高効率とランプ寿命
両ランプタイプのUV出力を直接比較した最新の寿命データでは、次のことが示唆されている。
- 100時間での効率は、最大+5%アップ
- ランプ寿命末期（EOLL）におけるUVCは最大+8%アップ
どのランプも同じ入力電力の同じ電源で駆動している。
総所有コスト
3. 総所有コスト
寿命が長くなるに従い、使用可能な紫外線出力は約5%増加する。同時に、寿命初期の過剰照射は削減できる。つまり、ランプ1本当たりの使用可能な紫外線量の合計は増加することになる（図はその例）：
より純粋な合成石英ガラスの高い材料費は、エネルギーの節約によって補うことができます。これは、エネルギー節約による総所有コストの削減、リアクターにおけるランプ本数の削減、長寿命によるサービスコストの削減につながります。
まとめ
4. まとめ
低圧水銀ランプを用いた、長年の信頼性とコスト面での優れた紫外線殺菌システムをさらに改善するため、ドープ天然石英からドープ合成石英への変更を提案する。
費用対効果の高いシステムの鍵は、運転コストの削減が可能な高効率UVランプである。合成石英の使用は、標準的な天然石英と比較して、より高いUV量子収率を実現する。双方の石英ガラスにおける欠陥形成のメカニズムが異なるため、合成石英の寿命が延びるにつれて、その効果はさらに高まる。従って、高い材料コストは高いUVC量によって補うことができる。
これは、エネルギー節約による総所有コストの削減、リアクターにおけるランプ数の削減、および1,500 Wまでの低圧UVランプの全出力範囲における長寿命によるサービスコストの削減につながる。
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