JPH06254547A - 浄水器、及びこれに用いられる電気回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 浄水器に関し、浄水器に水が流れていないと
き、その殺菌機能を保ちながら内部の滞留水の温度上昇
を防止することを目的とする。 【構成】 浄水器内に水が流れていないときに紫外線発
光管１６への電流を減少させるために制御回路２０が設
けられる。この制御回路には発光管と選択的に並列接続
されるＲＣ切換回路２２が設けられ、これにより発光管
の負のインピーダンスと並列に正のインピーダンスが加
えられる。また他形態の制御回路では、発光管用安定化
回路１４に直列接続されるインピーダンスが設けられ
る。いずれの形態においてもインピーダンス回路が水流
検知スイッチ２８に応答して駆動される。これにより浄
水器に水が流れているときにはインピーダンスが除かれ
て発光管に最大電流が供給され、紫外線輝度が上昇され
る。一方、水が流れていないときには、発光管への電流
を減少させるようにインピーダンスが加えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水処理装置に関するも
のであり、より詳細には家庭用の紫外線式水処理装置の
ための発光管輝度制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】家庭用の浄水器が人気を得ており、特
に、理想的な飲料水が得られない地域に人気を得てい
る。家庭用浄水器は、蛇口に取り付けられ、蛇口を通し
て流れる水を選択的に浄水する。この浄水処理には濾過
機能や照射機能，またはこれら両方の機能が含まれ得
る。

【０００３】最も効果的な水処理装置は、水を殺菌する
ための紫外線照射機能を備えている。よく知られている
ように、紫外線による浄水処理は、バクテリアやウイル
スを極めて高い信頼度で殺菌する。処理される水は、容
器を通って特定の方向に送られ、その後、容器内又は容
器に隣接して設けられた紫外線光源が、この水流に向け
て光を照射する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】紫外線光の輝度につい
て２つの考慮すべき事柄がある。第１に望ましいこと
は、水が流れているか否かに係わらず光を最適条件で扱
って最大の「殺菌度」を達成することである。第２に望
ましいことは、水流が止まるときに紫外線光の過剰輝度
を防止して、当該処理装置容器内の「滞留水」が過度に
温まることを防止することである。このような水の滞留
は、蛇口が長時間使用されないとき、例えば夜中にみら
れる。従来の装置は、発光管における「殺菌度」と温度
上昇とのバランスをとる発光管の１つの最適輝度を選ぶ
ことにより上記事項を適応させている。これにより紫外
線発光管が常に最適輝度となるので、蛇口から出る最初
の水は旨く浄水されている。また、水流が止まっている
とき発光管は、当該浄水処理容器内でバクテリアが再発
生することを防止している。ところがここで望ましくな
いことは、滞留する水の温度が上昇することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、上述の
問題を克服するためのものであり、紫外線発光管の輝度
を選択的に制御するために発光管回路、及び安定器を含
めてインピーダンスを選択的に考慮することにより、紫
外線発光管の輝度を制御するものである。水流が検出さ
れるときには、上記回路から付加的なインピーダンスが
除かれ、これにより殺菌度を最適化する最適輝度で発光
管が動作する。また、水流が止まっているときには、上
記回路に付加的なインピーダンスが加えられ、これによ
り減少された輝度で発光管が動作して、滞留水において
都合の悪い温度上昇を防止する。

【０００６】本発明に係る第１の形態において、この付
加的なインピーダンスは、発光管のフィラメントの両端
と並列なＲＣ回路である。このＲＣ回路は、このＲＣ回
路と直列なスイッチにより、上記回路との接続／遮断が
切換えられ得る。このスイッチが駆動されると、抵抗成
分が電流を消費するので発光管の輝度を小さくする。こ
の電流は、発光管のフィラメントを通して流れ続けてフ
ィラメントを動作温度近傍に保つので、フィラメントの
寿命を延長させる。キャパシタンス成分は、安定器によ
って引き起こされる電流位相のズレを相殺して当該装置
の力率を最大にする。これにより、電圧及び電流は共に
かなり厳密にピークとなり、発光管に大きな電力を供給
する。

【０００７】また、本発明に係る第２の形態において、
付加的なインピーダンスは、発光管用の安定器と直列な
インピーダンスである。このインピーダンスは、スイッ
チによって選択的に導入される。このスイッチが所定の
１つの位置にある場合には、このインピーダンスが当該
回路に加えられ、このスイッチが他の所定位置にある場
合には、このインピーダンスが当該回路から除かれる。
この実施例は、簡単且つ低コストである。

【０００８】

【作用】これらいずれの形態においても、スイッチの駆
動は、本水処理装置内の水流検知スイッチに応答するも
のである。水流が検知されると、上記付加的なインピー
ダンスは、発光管が最大輝度で動作するように構成され
る。また、水流が止まると、所定の遅れ時間の後、発光
管の輝度を減少させるために上記スイッチが駆動され
る。

【０００９】このように本発明は、紫外線式水処理装置
における発光管の輝度を制限するための回路において、
極めて効率的且つ容易で、しかも対コスト効果のある回
路を提供するものである。

【００１０】本発明に係るこれら並びに他の目的，利点
及び特徴は、以下詳細な実施例の記載及び各図面から一
層良く理解され得るであろう。

【００１１】

【実施例】本発明は、公知であるがあまり研究されてい
ない所謂「公称値に対する初期の輝度低下 (INITIAL IN
TENSITY DECAY TO NOMINAL) 」と呼ばれる現象を利用す
るものである。この現象は、発光管両端で最初にプラズ
マアークが始まるとき、あるいは初めてプラズマアーク
が高く活性化された状態に至るときに起こる。この過渡
期の直後、その温度は、温度遅れにより、未だ低い平衡
状態に相当される。この温度が一旦上昇して動作状態、
又は高い平衡状態になると、物理的法則が適合するよう
になり、自己吸収，気体圧の増加，及び飽和レベルが引
き起こされる。これにより、図４に示されるような立上
がり時、又は過渡期と比べて緩やかな遅れが引き起こさ
れて、約７０％の輝度に落ちつく。

【００１２】本発明は、水流を検知することにより、水
流に応じてプラズマアークの変化を低いエネルギ状態か
ら高いエネルギ状態へ同期させる。水が流れ始めると
き、紫外線発光管は、発光管がその最大輝度で放射され
る高い状態に切替えられる。このとき水はヒートシンク
又は冷却剤としての機能するので、これは熱による作用
を遅らせ、高い輝度及び高い殺菌作用を維持するように
作用する。結果的には水温度が上昇するが、その後水流
は停止するであろう。しかし消費者がこれを使用する場
合、水流はその温度が上昇する前に止まるであろう。こ
れによる利点は、露光時間の減少と、同じ殺菌度でも低
電力の発光管が使用できることである。

【００１３】ＲＣ回路の切替えに関する実施例 図２には、本発明に係る第１の実施例における紫外線電
源装置が示されており、概略的に参照番号１０で表され
ている。本電源装置は、電源接続器１２，誘導性の安定
器１４，紫外線発光管１６，始動回路１８等、通常の構
成を備えている。更に、本電源装置１０は、発光管１６
と並列に接続されたＲＣ回路２２と、駆動スイッチ２４
と、本制御器２８によって制御されるリレー２６とを有
する輝度制御回路２０を備えている。簡単に説明する
と、制御器２８は、スイッチ２４を開閉するためにリレ
ー２６を制御する。スイッチ２４が開いているとき（例
えば水が流れているとき）、電源回路１０は通常の機能
を行い、紫外線発光管１６にフル電力を供給する。ま
た、スイッチ２４が閉じているとき（例えば水流が停止
した後の所定時間）、ＲＣ回路２２を通して発光管の輝
度を減少させるために電流が切替えられる。

【００１４】図１に戻ると、図１に示した水処理装置に
は図２の電源装置が含まれており、概略的に参照番号３
０で表されている。図１の各ブロック間に表された結合
関係は、本水処理装置内での水流を可能にする流体系で
ある。概略的にいうと、本水処理装置は、飲料水供給源
３２に結合されており、その後に水を選択的に流す弁３
４が設けられ、水を直接蛇口３６に送るか、あるいは濾
過器３８及び殺菌装置４０に送るようにしている。この
弁は、1992年11月16日に「給水分岐弁 (FAUCETDIVERTER
VALVE)」という名称で出願された同時係属中の米国特
許出願第 07/977,161 号に図示されている形態とするこ
とができる。

【００１５】本水処理装置３０において、水は、弁３４
が第１の手動選択位置にされると、蛇口３６に直接送ら
れる。また、弁３４が第２の手動選択位置にされると、
水は蛇口３６から放出される前に、継続的に濾過器３８
から殺菌装置４０に送られる。この蛇口は、２つの放出
形態を備えることができ、１つは処理された水が放出さ
れる形態、もう１つは非処理の水が放出される形態であ
る。尚、濾過器３８は活性炭素フィルタがであることが
望ましい。また、この紫外線殺菌装置には、ここを流れ
る水を殺菌するための紫外線光源と結合されたウォータ
ーチャンバー，収容容器，又は水路が設けられている。

【００１６】再び図３の電源回路１０において、プラグ
１２又は他の電源接続器具は通常的なものであり、本電
源装置が接続される電力分電盤と両立するように選択さ
れている。また、電源の接続が通常的なプラグとして表
されているが、本電源装置は電源にハード配線されても
よい。

【００１７】また、安定器５２は通常的なものである。
安定器のインピーダンスは、紫外線発光管を流れる電流
を減少させて、接続される電源電圧にて設計される発光
管の理想電圧にするように選択される。

【００１８】紫外線発光管１６は、一対のフィラメント
１７ａ，１７ｂを備える通常的な放電式発光管である。
これらのフィラメントは、安定器１４と直列に接続され
る。よく知られるように、フィラメントを通して流れる
電流は、フィラメントを加熱すると電子源を供給し、発
光管内のガスを通して初期アークを確立する。一旦始動
されると、発光管両端の電圧は発光管１６の化学的特性
及び構造によって決定される。安定器のインピーダンス
が減少するにつれて、発光管を流れる電流は増大する。
この電流の増加は、ガス内の原子を一層活性化し、発光
管のインピーダンスを減少させるので発光管両端の電圧
を基本的に一定に維持する。

【００１９】また、上記始動回路１８も通常的な構成で
あり、上記フィラメント間１７ａ，１７ｂ間に直列に接
続される。

【００２０】上記制御回路２０は、制御器２８の制御の
下で動作し、発光管の最大輝度での動作、又は減少され
た輝度での動作を選択的に可能にする。ＲＣ回路２２
は、並列状態にある抵抗器２３及びキャパシタ２５を備
えており、発光管１６つまり発光管のフィラメント１７
と電気的に並列接続されている。スイッチ２４は、ＲＣ
回路２２と電気的に直列接続されており、ＲＣ回路２２
を電源回路と結合させるか、あるいは電源回路から遮断
するかを選択する。スイッチ２４は、制御器２８の制御
の下で動作するリレー２６によって駆動される。制御器
２８は、本水処理装置における通常的な水流検出スイッ
チ（図示せず）に相当し、本水処理装置内に水が流れて
いるか否かについての指示を提供するものである。

【００２１】機 能 本電源装置１０は、スイッチ２４が開状態であるか、あ
るいは閉状態であるかに依存しながら２つのモードの内
の１つのモードで動作する。制御器２８で水流が検出さ
れると、リレー２６が駆動されてスイッチ２４が開状態
となる。例えばスイッチが開状態のとき、ＲＣ回路２２
は、電源回路１０から電気的に分離される。これにより
電源回路は、通常の機能で動作し、インダクタ１４，フ
ィラメント１７ａ，１７ｂ，及び安定化回路１８を通る
電流を供給する。このモードの動作時、理想的な電圧及
び電流がフィラメント１７内で生成され、「最大輝度」
として説明される状態でランプを動作させる。

【００２２】制御器２８は、発光管の輝度をいつ減少さ
せるべきかを決定する。上述したように、発光管の強度
は水流が止まった後すぐに減少される。この遅れは、 （１）紫外線殺菌装置内で捕捉される水中のバクテリア
やビールスの完全殺菌 （２）「滞留水」に対する好ましくない加熱の防止 （３）フィラメントを流れる電流を維持してコーティン
グ寿命を増加させることについて望ましいバランスを提
供するように設計される。また、発光管の輝度をいつ減
少させるべきかを決定するために他の基準が用いられて
もよい。

【００２３】発光管の輝度が減少されるべきとき、制御
器２８は、リレー２６がスイッチ２４を閉じるようにす
る。このスイッチが閉じることにより、ＲＣ回路２２は
電源回路１０と電気的に接続される。これにより回路電
流の一部が分岐されてＲＣ回路内で消費され、フィラメ
ント電流を維持すると同時に発光管電流を減少させる。
抵抗器２３の値は、フィラメント電流が「最大輝度」の
ときの電流の約１／２となるように選択されることが望
ましい。キャパシタ２５の値は、安定化回路１４によっ
て引き起こされる位相ズレ誤差を修正するように選択さ
れる。このようにＲＣ回路２２は、発光管の負のインピ
ーダンス成分に並列に付加された正のインピーダンス成
分である。

【００２４】電流を減少させ、且つ安定化回路１４によ
って引き起こされる位相ズレを修正することにより、発
光管の温度が減少される。更に、発光管両端の電流及び
電圧が同時にピークとなり、これにより発光管への最大
電力を一定の電流で供給することができる。このように
補償される電力作用故に、結果的に使用者に節電を提供
することとなり、つまり発光管に効率的な電流を供給す
ることとなる。

【００２５】図４は、空気中における発光管の「時間−
輝度」の変化態様を示したものである。始めに時刻Ｔ＝
０では、発光管は電力が供給されて「最大輝度」モード
となる。最大輝度は、例えば始めの約５分乃至１０分間
である。その後の輝度の低下は熱によるものである。
「１／２輝度」モードのときに発光管を流れる電流を減
少させて発光管輝度を減少させることにより、発光管が
初めて高いモードになるときにピーク輝度が実現され
る。この技術手段は、殺菌装置内の水に多くの紫外線光
を照射するが、一方で「滞留状態」にある水温を減少さ
せるものであり、これにより高定格電力の発光管を用い
ることなく多くのバクテリアやビールスを殺傷すること
となる。

【００２６】上記説明から分かるように、本発明は、発
光管輝度を減少させるための効率的且つ容易で低コスト
な回路を発光管寿命を犠牲にすることなく提供する。

【００２７】直列インピーダンスによる実施例 図３には、本発明に係る第２の実施例による紫外線発光
管用の電源装置が示されており、概略的に参照番号１１
０で表されている。本装置は、一対のフィラメントすな
わち一対の素子１２２を有する紫外線発光管１２０，安
定化装置１３０，及び始動回路１４０を備えている。更
に装置１５０は、インダクタ１５２と、スイッチ１５４
と、リレー１５６と、水流検知スイッチ（図示せず）に
応答する制御器１５８とを備えている。本水処理装置内
に水が流れているときに水流が制御器１５８によって検
出されると、リレー１５６が駆動され、スイッチ１５４
が位置１５４ａになる。この場合、電流はインダクタ１
５２を迂回する。つまり、回路１１０は通常動作を実行
して、紫外線光源１２０を最適輝度にドライブする。水
の流れが止まり、これが制御器１５８で検出されると、
リレー１５６が駆動され、電流がインダクタ１５２を流
れる位置１５４ｂにスイッチ１５４が切り換えられる。
回路インピーダンスの全体量が増加することにより、フ
ィラメント電流が減少され、これによりフィラメント温
度を減少させ且つ発光管輝度を減少させるので、発光管
は低い状態となる。尚、本設計において電圧は、電流と
ともに位相が大きく外れることになる。このことは、発
光管に対して低減された電力を作り出す。更に、低減さ
れたフィラメント温度は、フィラメントから放出される
原子が発光管内の水銀と結合して発光管のインピーダン
スを増加させるが故に、発光管の寿命を減少させる。好
ましい実施例において、減少される電流は、例えば最大
電流の約１／２である。この割合は、有効な実験を行っ
た後、石英の寿命よりも長いフィラメント寿命を維持す
るように決定されている。

【００２８】上記説明は、本発明の好ましい実施例の幾
つかの例である。尚、特許請求の範囲に示される本発明
の精神及び技術思想から逸脱することなく、種々の変形
例及び変更例が想到され得るであろうが、これらは同等
物の原則を含む特許法の原理にしたがって解釈されるで
あろう。

【００２９】

【発明の効果】このように本発明によれば上述の問題が
解決され、紫外線発光管の輝度を簡単且つ低コストで効
率よく監視することができ、使用者に対して有益な水処
理装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る紫外線電源装置が用いられる水処
理装置のブロック図である。

【図２】本発明に係るＲＣ切換式輝度制御回路の実施例
を示す概略的な回路図である。

【図３】本発明に係る直列インピーダンス形輝度制御回
路の実施例を示す概略的な回路図である。

【図４】本発明に係る輝度制御回路が減少された輝度か
ら最大輝度へスイッチした後の空気中における発光管の
時間−輝度の関係を示した図である。

【符号の説明】

１０…紫外線発光管用電源回路 １２…電源接続器（電源プラグ） １４…誘導形安定器 １６…紫外線発光管 １８…始動回路 ２０…輝度制御回路 ２２…ＲＣ回路 ２３…抵抗 ２４…スイッチ ２５…キャパシタ ２６…リレー ２８…制御器

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水導管と、該水導管内の水を通して紫外
   線光を照射する紫外線発光管と、該発光管に交番電流を
   供給するための電源回路とを備える浄水器であって、前
   記電源回路が、 水流検出スイッチと、 該水流検出スイッチに応答し、水流が検知されたときに
   前記発光管に第１の電流を供給し、水流が検知されない
   ときは該発光管に減少された第２の電流を供給する制御
   手段とを具備する浄水器。
2. 【請求項２】 前記制御手段が、前記電源回路に対して
   インピーダンスを選択的に付加する手段を備える、請求
   項１に記載の浄水器。
3. 【請求項３】 前記電源回路が安定化回路を備え、更
   に、前記制御手段が、インピーダンスと、 該インピーダンスを前記安定化回路と直列に選択的に接
   続するためのスイッチ手段とを備える請求項２に記載の
   浄水器。
4. 【請求項４】 前記制御手段が、 正のインピーダンス回路と、 該正のインピーダンス回路を前記発光管と並列に選択的
   に接続するためのスイッチ手段とを具備する請求項２に
   記載の浄水器。
5. 【請求項５】 前記インピーダンスが容量性インピーダ
   ンスである、請求項４に記載の浄水器。
6. 【請求項６】 前記切換え回路がＲＣ回路を備える、請
   求項５に記載の浄水器。
7. 【請求項７】 水を収容するための水収容手段と、 該水収容手段を通して水が流れているときにその旨を指
   示するための水流検知スイッチ手段と、 前記水収容手段内の水を通して紫外線光を放射するよう
   配置され、一対のフィラメントを有するガス放電式紫外
   線光源と、 該紫外線光源のフィラメントと並列に接続された正のイ
   ンピーダンスの切換え回路と、 該切換え回路と電気的に直列接続された駆動スイッチ
   と、 前記水流検知スイッチ手段に応答し、低減された電流が
   要求されるときに前記駆動スイッチを制御して該スイッ
   チを閉成すると共に、前記切換え回路を駆動する手段
   と、 を具備する浄水器。
8. 【請求項８】 前記切換え回路が容量性である、請求項
   ７に記載の浄水器。
9. 【請求項９】 前記切換え回路がＲＣ回路を備える、請
   求項８に記載の浄水器。
10. 【請求項１０】 前記紫外線光源と電気的に直列に接続
    された誘導性の安定化回路を更に具備する、請求項７に
    記載の浄水器。
11. 【請求項１１】 前記発光管のフィラメント間に接続さ
    れた始動回路を更に具備する、請求項７に記載の浄水
    器。
12. 【請求項１２】 水が紫外線光に晒される形式の浄水器
    に用いられる電気回路であって、 該電気回路をＡＣ電源に接続するための接続手段と、 ガス放電式紫外線光源と、 水流を指示するための水流検知スイッチ手段と、 前記接続手段及び発光管と電気的に接続され、前記水流
    検知スイッチ手段に応答して、前記発光管に発光管用最
    大電流又は減少された発光管用電流のいずれかを選択的
    に供給するための電流手段と、 を具備する電気回路。
13. 【請求項１３】 前記接続手段及び発光管との間で電気
    的に接続された誘導性の安定化回路を更に具備し、前記
    電流手段が、 電気インピーダンスを提供するインピーダンス手段と、 前記電気回路内で該インピーダンス手段を駆動するため
    の駆動スイッチ手段とを更に備える、請求項１２に記載
    の電気回路。
14. 【請求項１４】 前記インピーダンス手段が、前記発光
    管と並列に接続された切換え回路を備えており、該切換
    え回路が正のインピーダンスを提供する、請求項１３に
    記載の電気回路。
15. 【請求項１５】 前記切換え回路が容量性である、請求
    項１４に記載の電気回路。
16. 【請求項１６】 前記切換え回路がＲＣ回路を備える、
    請求項１５に記載の電気回路。
17. 【請求項１７】 前記発光管と電気的に並列接続された
    始動回路を更に具備する請求項１２に記載の電気回路。
18. 【請求項１８】 前記インピーダンス手段が、前記安定
    化回路と直列に接続されたインピーダンスを備える、請
    求項１３に記載の電気回路。