살균램프의 구조와 점등원리 1

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살균램프의 구조와 점등원리

▶ 구조 살균램프는 유리관에 자외선(253.7㎚)를 효율적으로 투과시키는 특수한 재질을 사용하여 램프양 끝에는 텅스텐필라멘트코일이 있으며 코일에는 에미터(산화발륨, 산화스트론티움, 산화칼슘 등의 열전자를 방사하기 쉬운 물질)이 塗布되어 있다. 管內는 한 번 眞空으로 한 다음 적당량의 수은과 적당한 압력의 알곤가스 또는 알곤가스와 다른 불활성가스와의 혼합가스가 封入되어 있다.

▶ 자외선의 발생과 살균램프 2개의 전극에 전류를 흘려 예열하고 에미터에서 열전자를 방출시키면 알곤가스를 매개로 하여 방전(점등)이 일어난다. 방전에 의해 관내에 흐르는 전자는 포화상태의 수은열기와 급격히 충돌하여 수은공명선인(253.7㎚)을 발생한다. 살균램프는 이 253.7㎚의 자외선이 갖는 살균작용을 이용하는 것으로 관내에서 발생한 자외선을 자외선투과율이 높은 특수유리 또는 투명석영초자를 사용함에 따라 이것을 효율적으로 관내에 放射시키는 것이다.

▶ 살균램프와 형광 램프의 차이 살균램프나 형광램프나 모두 관내에서 자외선이 발생하기까지의 과정은 같지만 형광램프의 경우는 석영초자의 내벽에 형광물질이 도포되어 있으며 자외선이 형광물질을 자극하여 파장이 긴 눈에 보이는 빛, 즉 可視光線을 발생시킨다. 이 가시광선을 밝기로 이용하는 것이 형광램프이다. 살균램프가 점등되어 있는 부분을 보면 파랗게 보여 살균선의 색과 혼동되지만 이것은 살균램프에서 나오는 보라, 남, 청, 녹, 황색의 각각의 색이 합성되어서 파랗게 보이는 것이며, 살균선 자체는 결코 눈에 보이는 것은 아니다.

▶ 기본점등회로 살균램프(형광램프)의 점등에는 반드시 안정기와 시동장치가 필요하다. 안정기는 램프의 시동에 필요한 전압을 줌과 동시에 점등중 램프에 흐르는 전류를 안정시키는 작용을 한다. 또 시동장치는 램프를 시동시키기 위한 보조장치로서의 작용을 하는 것으로 그로스타타(점등관) 및 보턴스위치가 사용되어있다. ※ 점등원리 전원을 접속하면 램프의 양전극간에 전압이 증가하지만 이 전압에서는 램프를 점등할 수 없다. 전압은 램프의 양전극간과 동시에 점등관의 양전극간에도 증가한다. 점등관은 이 전압에서 방전을 개시하면 바이메탈전극이 가열되어 동작하여 양전극이 접속한다. 이 사이 램프의 양전극에 전류가 흘러서 예열되어 에미타에서 열전자가 방출된다. 열전자가 방출되면 램프는 점등하기 쉬운 상태가 된다. 또 이 동안은 점등관내의 방전은 休止되어 있으므로 바이메탈전극이 식어서 접점을 일으킨다.  이 순간 전류가 갑자기 끊어져 안정기에 고전압이 발생하여 이 전압으로 램프가 점등한다. 점등 후는 안정기의 작용으로  일정한 전류가 흘러 점등이 유지된다. 램프의 점등 중은 점등관에  증가하는 전압이 램프전압까지 내려가지만, 이 전압에서는 점등관은 작동하지 않도록 설계되어 있다. 전자점등식은 점등관이나 수동스위치 대신 반도체소자를 이용한 것으로 램프는 약 1초간 점등한다. 보턴스위치는 점등관 대신에 손으로 보턴을 조작하여 전극을 예열하고 그 후 보턴을 떼고 램프를 점등시키는 것이다.

▶ 래피드 스타트형의 기본회로 ※ 점등원리 *외면스트라이프방식(기호는/M)유리관외면에 도전성스트라이프를 설치하여 전극의 한쪽과 접속한 것 *외면스트라이프방식(기호/MN)유리관내면에 도전성스트라이프를 설치한 것 *외면도전피막방식(기호/MX)유리관내면에 도전피막을 설치한 것 램프에 모든 시동보조장치를 설치한 구조이므로 기구에도 접속도체를 할 필요가 없으며, 시동을 위한 접지공사도 불필요하다. *외면실리콘방식(기호는/A)유리관외면에 발수처리로 실리콘을 도포한 것   기구에 접속도체(램프의 전장에 걸쳐 유리관에 근접한  것)를 설치할 필요가 있다. 래피드스타트 형 램프는 일반적으로 램프와 안정기를 합쳐서 스타타없이 사용하는 타입으로 순간 점등하는 특징이 있다. 전원을 접속하면 램프의 양전극에 안정기의 2차전압이 인가됨과 동시에 안정기의 전극예열권선에 생긴 전압으로 전극이 예열된다. 약 1초 전후로 전극이 충분히 예열되면 에미타에서 열전자가 방출되어 램프는 점등하기 쉬워진다. 동시에 시동보조장치는 비교적 낮은 전압에서도 확실히 시동시키는 작용과 그것에 따른 전극수명의 보호작용을 갖는다. 램프가 점등중에도 전극은 언제나 예열되는 회로구성이므로 라핏드스타트형 램프에는 언제나예열되어 있어도 충분하며, 긴 수명을 확보할 수 있는 3중코일 전극이 이용되어 있다. 래피드스타트형의 램프는 전극구조와 시동보조장치로 연구된 램프로 시동보조장치의 구조에 따라  분류된다. 외면스트라이프방식, 내면스트라이프방식 및 내면도전피막방식은 램프에 시동보조장치의 모든 것을 갖추고 있으므로 외면실리콘방식용에 설계된 근접도체부의 기구에도 사용할 수 있다. 반대로 외면실리콘방식의 램프는 근접도체가 없는 기구에는 사용할 수 없다. 라핏드스타트형의 램프는 스위치스타트형의 안정기에도 문제없이 사용할 수 있지만 반대로 스위치스타트형의 램프는 라핏드스타트형의 기구에는 사용할 수 없다.

살균램프의 종류와 각종특성

▶ 종류 살균램프의 기본구조는 일반적으로 사용되고 있는 형광램프와 같은 구조로 모양에 따라 직관, 2중관, U자관, 원형 등이 제작되고 있다. 방전방식은 열음극방전방식과 냉음극방전방식이 있으며 현재 전자방식의 램프가 일반적으로 널리 사용되고 있다. 사용안정기, 그로스타타는 형광램프용을 사용할 수 있는 것이 있다. 단 살균램프독자의 품종이 있으므로 사용시 충분히 확인하여 지정된 안정기를 사용해야 한다. ※ 제품정보를 원하시면 클릭하세요.

▶ 온도특성 살균램프에 封入되어 있는 수은의 증기압이 주위 온도, 램프전류 등에 따라 변화하기 때문에 램프에서의 자외선 방사강도가 변한다. 일반적으로 그림 6에 나타내듯이 주위 온도가 20∼22°C, 램프관벽온도 40°C전후가 자외선방사가 가장 높다. 보통 살균램프는 이 점을 충분히 고려하여 설계되었지만, 특수램프는 사용환경조건에 맞도록 설계되어 있으므로 그 조건 이외에는 최고출력에 달하지 않는 경우가 있다. 주위의 공기의 움직임도 영향을 주어 풍속이 큰 경우에는 램프벽이 냉각되어 출력이 저하된다. 덕트(duct)살균, 물살균 등에 사용되는 램프는 일반 램프보다 전류밀도(A/㎠)가 높은 램프을 사용한다.

▶ 점멸사이클와 수명에 대하여 살균램프는 시동할 때 점등 중에 비해 예열, 전자나 이온 충격을 강하게 받기 때문에 에미타의 소모가 많은 전극수명은 점멸빈도에 따라 영향을 받는다.

▶ 전류전압 특성살균램프는 전원전압의 변동에 따라 그림 8에 나타내듯이 모든 특성이 변한다. 전압이 너무 높거나 너무 낮아도 악영향을 미치기 때문에 사용하는 안정기의 정격전압의 ±6%이내에서 사용할 필요가 있다. 동시에 안정기도 전압변동의 영향을 받으므로 램프지정의 안정기를 사용할 필요가 있다.

▶ 램프의 거리와 살균선강도 거리와 강도의 관계는 광학법칙이 해당하지만 거리가 램프방전장의 절반이하의 근거리가 되도록 대략 (1/거리)의 관계가 된다. 살균램프를 사용할 경우 어느 정도 거리에서 사용하는지 실측과 계산에 따라 그 점의 강도를 구할 필요가 있다.

▶ 살균선 조도계 현재 살균선 조도계의 제조, 판매회사는 일본에 4∼5개사 있지만, 근거리에서 강한 살균선을 측정할 수 있는 조도계로서는 미츠이전기 U사, T사 등이 있다. 각 회사의 수광기의 형상, 소자의 차이에 따라 다소 감도 등에 차이가 있다.

수명

▶ 형광램프의 수명의 정의 살균램프에 대해서는 현행 JIS(살균용저압수은방전관 C7605-77)에는 수명에 관한 측정은 없지만 일반조명 형광램프에 대해서는 현행 JIS(형광램프 C7601-82)에는 아래와 같이 규정되어있다. 수명이란 무풍상태에서 주파수 50Hz의 정현파에 가까운 교류전원 및 JIS C 8108(형광램프안정기)에 규정된 적합안정기를 사용하여 1회의 점등시간을 약 3시간으로 하고 또 그 사이에 소등시간을 10분 이상으로 반복점등한 경우 램프가 점등하지 않을때까지의 합계 점등시간, 또는 전광속이 피광속의 70%로 내려갈 때까지의 합계점등시간 중 어느쪽이 짧은지를 말한다. 이 측정에서 말하는 정격수명이란 제조업자로부터 발매된 장시간에 걸친 제품의 수명의 평균치를 말한다. 순간 기동열 음극형광방전관(슬림라인)에 대해서는 JIS C7602-62에 수명의 정의 및 정격치가 규정되어 있다. 그것에 따르면 관의 수명이란 연속점 또는 1회의 점등시간을 6시간 이상 또는 그 사이의 소등시간을 20분 이상으로 반복점등한 경우 방전이 없어질 때까지의 점등시간을 말한다. 수명시험은 상대온도 60% 이하의 무풍상태에 있어서 주파수 50Hz 또는 60Hz의 정현파에 가까운 교류전원 및 JIS C8108(형광 램프안정기)에 규정된 시험용안정기를 사용한다.

▶ 살균램프수명의 정의 현행의 JIS에는 살균램프의 수명에 관한 규정은 없다. 이하 JIS C7601(일반조명용형광램프에 대하여)를 참고. <정의> 규정된 조건하에서 점등했을 때 램프가 점등하지 않을 때까지의 합계점등시간 또는 전살균선출력이 정격살균선출력에 대해 품종별로 정해진 값 이하로 저하하기까지의 합계점등시간을 말한다. (단 정격살균선 출력이란 살균램프를 100시간 점등한 시점에서의 출력을 말한다.)

살균램프의 수명이라 판정하기 위한 살균선강도의 유지율

살균램프의 종류 살균선강도의 유지율 GL4∼ 8W 65% GL10∼30W 70% GL3∼5S 50% GL35SH,GL80SH 70% 2중관 50%

▶ 자외선의 살균작용 좀이 슬지 않도록 햇볕에 쬐고 통풍시키는 것이나, 일광소독 등과 같은 것에서 자외선에 살균작용이 있다는 것을 알 수 있다. 자외선 살균기구에 대해서는 아직 완전히 밝혀지지는 않았지만 현재의 생각으로는 조사에 의해 세포내의 핵산(DAN)이 변하여 신진대사에 장해를 초래하여 증식능력을 잃고 사멸하는 것이라 생각되어지고 있다.

▶ 자외선살균의 특징 - 모든 균종에 대해서 유효하다. - 약물이나 가열 등에 의한 살균방법과 달리 피조사물에 거의 변화를 주지않는다. - 사용방법이 간단하며 경제적이다. - 공기, 물의 살균에 가장 적당하다. 공기, 물 이외의 대부분의 물질은 조사를 받은 표면의 살균에 한정한다. - 살균효과는 조사중에 한하여 잔존하지 않는다. - 자외선은 눈 및 피부에 대해 유해하기 때문에 안정상의 주의를 필요로 한다.

▶ 자외선살균법과 다른 살균법의 비교 자외선살균법과 다른 살균법을 아래의 표에 나타낸다. 분         류 자외선살균 등에의한 살균 열에 의한 살균 약품에 의한 살균 오존 등에 의한 살균 방사선에 의한 살균 균종의 살균 모든 살균에 대해 유효 모든 살균에 대해 유효 특정 살균에 대해서만 유효 모든 살균에 대해 유효 모든 살균에 대해 유효 살균선 변화 거의 변하지 않는다 변하는 경우도 있다 변하는 경우도 있다 변하는 경우도 있다 거의 변하지 않는다 투   과  성 공기,물 등을 제외하고는 투과성이 없다 물건의 내부에 대해서도 유효 물건의 내부에 대해서도 유효 공기 이외는 물건의 표면만 유효 물건의 내부에 대해서도 유효 살균소요시간 짧다 꽤 길다 꽤 길다 길다 짧다 살균작용의 지속성 조사하는 동안만 유효 가열하는 동안만 유효 일반적으로 꽤 길다 오존잔류 동안만 유효 조사하는 동안만 유효 사 용 방 법 용이 곤란한 경우도 있다 용이 용이 곤란 최적대상물 공기,물,물건의 표면살균 물,식품,기구 물건,식품,기구 공기 물건,식품,기구 설   비   비 싸다 비싸질 경우가 많다 일반적으로 싸다 일반적으로 싸다 비싸다 유   지   비 싸다 조금싸다 일반적으로 비싸다 싸다 일반적으로 비싸다 ▶ 자외선 살균의 파장특성 자외선의 살균효과는 자외선의 파장과 관계가 있으며, 그림 11에 그 파장특성을 나타낸다. 이것은 살균에 따라 거의 동일하며 파장 250∼260㎚부근에서 극대를 나타낸다. 핵산류의 자외선 흡수곡선을 나타낸다.  살균효과의 파장특성과 거의 일치하는 것에서 살균선의 조사에 따라 살균선은 핵산류에 흡수되어 변화하고 신진대사에 장해를 일으키며 증식능력을 잃고 사멸한다고 생각되어진다. ▶ 자외선의 살균효과 자외선의 살균효과는 방사강도 및 조사시간과 관계가 있으며, 균의 생존율은 조사량(방사강도×조사시간)에 대해 거의 지수관계수적으로 감소하고, 다음과 같은  식으로 나타낼 수 있다.     S=P / P0 =e (-Et) / Q}--------(1)     *S : 살균의 생존율     *P  : 조사후의 살균수     *P0 : 조사전의 살균수     *e : 살균선의 방사강도 [㎼/㎠]     *Et : 조사시간 (min)     *Q : 생존율 S을 1 / e(36.8%)로 하는데 필요한 살균선조사량 [㎼·min]   이식에서, 균종,발육단계,환경조건이같을 경우는 살균선조사량과 생존율과는 그림13의 관계가 성립한다. 그러나 Q의 값은 동일균종이라도 그 환경에 따라 다르며, 예를 들면 비교적 건조한 상온공기 중의 대장균에 대한 Q의 값은 약 5 ㎼·min/㎠이며, 습한 공기중에서는 이 2배정도, 배지상에서는 3∼5배, 수중에서는 약 8배의 값이 된다. 아래의 표에 대장균에 있어서 환경별의 유효 자외선 조사량을 나타낸다. 살균율(%) 생존율(%) 상대온도 35%일 경우 (㎼·min/㎠) 광활성을 고려한 경우 (㎼·min/㎠) 수중의 경우 [출처] 자외선 살균 램프|작성자 TopGun