短波長紫外線放電燈和紫外線照射處理裝置的制作方法

專利名稱：短波長紫外線放電燈和紫外線照射處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及至少在220nm以下的波長區域中發光的放電燈和搭載有該放電燈并 利用從放電燈所放射的紫外線的紫外線照射處理裝置。
背景技術：
短波長區域的紫外線被用于有害物和有機物的分解、殺菌等多個方面。例如，圖7 示出了現有技術的水中的有機物分解裝置的一例。 符號1為不銹鋼制的筒體，其兩端由法蘭盤la、lb封閉。符號lc為入水口的法蘭 盤，Id為出水口的法蘭盤。被處理水5從法蘭盤lc側向法蘭盤Id側流動，但為了防止被處 理水短時間通過(short pass)，形成為在途中配置有多片回流板le li的結構。符號3 為放射包含220nm以下波長的紫外線的光的放電燈，通常使用由從220nm以下的波長區域 到長波長區域具有透射性的石英玻璃管構成的低壓水銀蒸氣放電燈。符號2為將放電燈和 被處理水隔離的透光管，同樣由從220nm以下的波長區域到長波長區域具有透射性的石英 玻璃構成(透光管2和放電燈3通常平行配置多根，但圖7中只示出了 l根)。紫外線透過 透光管2而照射到被處理水5上。水分子H20的H-OH的鍵能為499kJ/mol，因此，220nm以 下的波長的紫外線具有能分解水分子H20的能力，生成OH自由基。所生成的OH自由基發 揮例如如下式那樣將水中存在的有機物分解成C0、 C02、 H20的作用。
H20+hv(185nm) — H+0H自由基
CnHm0K+0H自由基一C0、 C02、 H20
(n、m、k為1、2、3、.....) 接下來，對放電燈3進行說明。管體31由石英玻璃構成，兩端具有一對電極32a、 32b，并封入水銀作為發光金屬。并且，一側的電極32b通過引線38被電導出到另一側，與 連接于另一側的電極的引線一起被收納在燈頭37中。順便提一下，由于引線38沿著外壁 延伸，因此必須能耐受放電燈3發出的放電中的發熱，而通常使用ETFE(乙烯-四氟乙烯共 聚物、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PFA(全氟烷基乙烯基醚共聚物)、PTFE(四氟乙 烯樹脂)等氟系絕緣包覆導線。若向該放電燈供給預定的電源，并將放電燈點亮，則放射出 包含185nm的紫外線在內的水銀特有的紫外線和可見光，從而有助于上述有機物的分解反 應處理。 但是，由于放電燈隨著紫外線輸出功率的降低，需要大概在半年至1年間進行定 期更換，但對上述那樣構成的以往的放電燈進行更換操作時，有時會受到令人不快且強烈 的剌激氣味和對皮膚的剌激疼痛。 剌激氣味和剌激疼痛被認為是，引線的絕緣包覆材料暴露于短波長紫外線和由該 紫外線產生的臭氧中，原材料的氟成分析出，其與周圍的濕氣反應，而生成了氟化氫或氫氟 酸，在處理這種放電燈、紫外線處理裝置方面，在安全和環保上成為極其嚴重的障礙。因此， 日本特開2002-282851公報中提出了如下結構的紫外線照射處理裝置放電燈的導線使用 沒有包覆的非絕緣電線，只要對該放電燈供給的電源未被切斷，則不能從透光管拔出放電
3燈。 然而，上述發明即使能夠應用于新穎地制造并設置的裝置，但在已設置的裝置中 進行改造所需要的費用和時間很龐大，未必能被接受。并且，處理非絕緣電線的放電燈時也 不能否認存在精神上的排斥反應。 另一方面，近年來出現了日本專利第3563373號公報中記載的那樣高效率和高輸 出功率型的放電燈，為了提高處理能力，對原有裝置的替換要求很強烈。在使用高輸出功率 型放電燈的情況下，由于更加擔心與氟化氫等的產生相關的問題，因此強烈需求安全且可 靠性高的放電燈。 專利文獻1 :日本特開2002-282851公報
專利文獻2 :日本專利第3563373號公報

發明內容
本發明的目的在于提供一種放電燈和紫外線照射處理裝置，其中在放射包含 220nm以下波長區域的紫外線的放電燈中，消除了由將一端與一側的電極電連接、另一端向 另一側的電極的方向延伸的絕緣導體的絕緣體所產生的問題，有利于對人體的安全性和環 保。 本發明的短波長紫外線放電燈是在石英玻璃管的兩端具有互相對置的一對電極、 并封入至少在220nm以下的波長區域中發光的物質而成的放電燈，其特征在于，構成為將 由非鹵系的絕緣體包覆而成的絕緣導體的一端與一側的電極連接，將該絕緣導體沿著所述 石英玻璃管的外壁引導到另一側的電極側，在與電連接于該另一側的電極的導線相同的一 側能夠與供給電源連接。 本發明的短波長紫外線放電燈構成為將被引導到另一電極側的絕緣導體與電連 接于所述另一側的電極的導線收納在成為一體的燈頭中，能夠與供給電源進行裝卸，由此 使得易于裝卸，操作很方便。 本發明中，絕緣導體中使用的非鹵系絕緣體優選含有在主鏈中具有芳香環和/或 雜環的高分子化合物。主鏈中的芳香環和/或雜環，對于因紫外線所致的劣化具有很高的 耐受性。 進而，上述絕緣導體中使用的非鹵系絕緣體不限于在主鏈中僅具有芳香環或雜環 的物質，具有芳香環或雜環、并具有選自酰胺鍵、酯鍵和尿烷鍵中的至少一種化學鍵的物質 顯示出特別高的耐受性。 作為這種高分子化合物，可以列舉出聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚酯酰亞胺、芳香 族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、聚酯等。另外，若只是為了不放出鹵系 氣體，也可以使用由尼龍、聚烯烴、聚砜、乙烯-丙烯共聚物(EPR或EPDM)或聚氨酯那樣的 脂肪族高分子化合物形成的絕緣體。 此外，作為非鹵系的絕緣體，也能夠使用由硅、鋁、鋅或鋯的氧化物或氮化物以及 玻璃纖維中的至少1種形成的無機絕緣體。 這些絕緣體通過清漆的涂布和烘烤涂膜、擠出包覆、管狀包覆、帶巻繞、纖維編織
或這些方法的組合來包覆到由單線、股線、集線或編織線構成的導體上。 本發明的紫外線照射處理裝置將以上說明的短波長紫外線燈內插于至少在220nm
4以下的波長區域中具有透光性的管中，從所述短波長紫外線放電燈所放射的紫外線經由該 透光管的壁能夠照射到被處理物上。另外，優選將短波長紫外線放電燈與所述至少在220nm 以下的波長區域中具有透光性的管之間密封，并在所述短波長紫外線放電燈與所述具有 透光性的管之間封入不活潑性氣體或使不活潑性氣體流通，更進一步防護所述絕緣體的劣 化。 通過本發明的短波長紫外線放電燈，能夠完全防止在以往的放電燈和紫外線照射 處理裝置中成問題的有害的鹵化氫和氫鹵酸那樣的鹵系氣體的產生。而且，本發明的放電 燈通過將被引導到另一電極附近的絕緣導體與電連接于所述另一側的電極的導線收納在 成為一體的燈頭中，從而容易對供給電源進行裝卸。 作為非鹵系的高分子化合物，在使用在主鏈中具有芳香族和/或雜環的高分子化 合物時，由于這些高分子化合物特別地對于紫外線和臭氧的耐久性優異，因此能夠獲得優 異的效果。


圖1是表示本發明的實施方式中在紫外線放電燈的外周集束的絕緣導線試樣的













圖2是示意性地表示本發明的一實施例的紫外線放電燈的截面圖。 圖3是示意性地表示本發明的另一實施例的紫外線放電燈的截面圖。 圖4是示意性地表示本發明的又一實施例的紫外線放電燈的截面圖。 圖5是從燈座39b側觀察圖4的實施例的紫外線放電燈的端面圖。 圖6是示意性地表示本發明的其它實施例的紫外線處理裝置的截面圖, 圖7是示意性地表示以往的紫外線處理裝置的截面圖。 附圖標記
2透光管 31管體
33a、33b、33c、33d內部引線 35a、35b、35c、35d外部引線 37燈頭
38用聚酰亞胺管絕緣的引線 39a、39b燈座 41a、41b筒體罩
3放電燈 32a、32b燈絲 34a、34b、34c、34d鉬箔 36罩
37a、37b供電管腳 38a、38b燈頭 40a、40b橡膠罩 42電源
具體實施例方式
接下來，對本發明的實施方式進行說明。為了確認本發明的效果，如圖l所示，在
放電燈的外周集束如下的絕緣導線試樣來進行加速試驗。 (a) FEP和ETFE的氟樹脂擠出成形包覆導線 (b)氯乙烯樹脂擠出成形包覆導線 (c)芳香族聚酰亞胺管狀包覆導線 (d)芳香族聚酰亞胺帶巻繞包覆導線[OO46] (e)PEEK管狀包覆導線
(f)聚乙烯管狀包覆導線
(g)尼龍帶巻繞包覆導線
(h)云母帶巻繞包覆導線
(i)氧化鋁纖維編織包覆導線 [OO51] (j)硅橡膠包覆導線 圖1中，符號333是管徑15mm、發光長約1. 5m的放射包含185nm波長的紫外線的 雙燈頭型的高輸出功率型低壓水銀蒸氣放電燈。遍及該放電燈的管體的大致全長，在其周 圍分別集束了 10根以上相同的絕緣導線試樣333a、333b、333c、333d、…、…，并以鎳裸線 334a、334b綁緊之后，滴加用于加速反應的約10cc的水，將其插入石英玻璃制的透光管中， 將透光管的兩端用橡膠罩密封并點亮。 連續點亮1個月的晝夜后，從透光管中拔出放電燈，確認剌激氣味的有無并用石 蕊試紙擦拭放電燈的外表面以確認pH(酸堿度)水平。 其結果是，從(a)FEP及ETFE的氟樹脂包覆導線和(b)氯乙烯樹脂包覆導線的試 樣中，明顯地確認到剌激氣味以及酸性產物的附著。相對于此，從除此以外的(c) (j)的 試樣中均沒有確認到剌激氣味，石蕊試紙的結果也顯示為中性。 由上述實驗結果可以確認，(c)芳香族聚酰亞胺管狀包覆導線、(d)芳香族聚酰亞 胺帶巻繞包覆導線、(e)PEEK清漆涂膜導線、(g)尼龍帶巻繞包覆導線、(h)云母帶巻繞包覆 導線、(i)氧化鋁纖維編織包覆導線對克服課題是有效的。順便提一下，關于(f)聚乙烯管 狀包覆導線和(J)硅橡膠包覆導線，沒有確認到剌激氣味和酸性物質的生成，但是包覆上 產生微細的裂紋，確認作為絕緣物的耐久性存在問題。接下來，將(a)FEP及ETFE的氟系樹 脂絕緣導線和(b)氯乙烯樹脂絕緣導線的各試樣分別io根以上同樣地綁緊于所述高輸出 功率型低壓水銀蒸氣放電燈的外周，不對它們滴加水，內插于透光管中后，將透光管內用氮 氣置換，兩端用橡膠罩密封并點亮。連續點亮l個月后，與所述同樣地從透光管中拔出放電 燈，確認剌激氣味的有無和放電燈外表面的pH(酸堿度)水平。其結果是，沒有確認到剌激 氣味，石蕊試紙也顯示為中性。 由該結果確認，若將透光管內用氮氣置換且不存在水，則能夠抑制絕緣體的劣化 和鹵化氫的生成。
實施例 圖2示出了本發明的放電燈3的一實施例。符號31是由從220nm以下的波長區 域到長波長區域具有透射性的外徑15mm、全長1. 6m的石英玻璃構成的放電燈的管體。管 體31使用合成石英玻璃，且使管內徑、放電電流和電位傾斜度的關系匹配的放電燈可獲得 高效率且高輸出功率型的放電燈。管體31的兩端以大約1. 5m的間隔對置地配備一對燈 絲(電極)32a、32b，一對燈絲32a、32b分別卡止在內部引線33a、33b、33c、33d上，經由鉬 箔34a、34b、34c、34d和外部引線35a、35b、35c、35d而被密封在管體內、并且被電導出至管 體的外部，管體內封入適量的水銀和稀有氣體。此外，36是保護管端部的陶瓷制的罩，37是 具有供電管腳37a、37b的陶瓷制的燈頭。38是用內徑lmmX外徑1. 5mm的聚酰亞胺管對截 面積約為0. 6平方毫米的導線進行絕緣而成的引線，被壓接在與燈絲32b電連接的外部引線35c上，沿著管體31的外壁被引導到另一側的燈絲32a側，在燈頭37中通過軟釬焊焊接 在供電管腳37b上。燈絲32a的外部引線35b也在燈頭37中通過軟釬焊焊接在供電管腳 37a上，構成所謂的單燈頭型放電燈的形態。順便提一下，由于絕緣體原材料的聚酰亞胺具 有幾千V以上的絕緣耐壓，因此滿足了作為至多施加幾百V的電壓的該放電燈的導線絕緣 體的必要充分條件。 當將這樣構成的放電燈經由預定的電子鎮流器(未圖示)以放電電流IA點亮時， 則相當于放電燈的電力的大約5%的7. 5W作為185nm的紫外線能量被放射，其一部分也能 夠照射到沿著管體延伸的絕緣導線上，但不會產生有害的鹵化氫和氫鹵酸。上述實施例中 示出了與對置的電極連接的供電管腳被收納在一體的燈頭內的單燈頭型放電燈，但也可以 是如圖3所示的將絕緣導線38直接引出到放電燈的前方并通過連接器50與供給電源連接 的放電燈。另外，圖3 圖6中，對與圖7、圖1、圖2相同的部分標上相同符號而省略重復 說明。 圖4和圖5示出了使用雙燈頭型的放電燈3而發揮同樣效果的紫外線照射處理裝 置的實施例。圖4中符號3是放射包含220nm以下的波長區域的紫外線的雙燈頭型放電 燈，其內插于透光管2中，與兩端的電極電連接的燈頭38a、38b的外周部分與透光管2之間 的間隙、和絕緣導線40與透光管2之間的間隙通過嵌入透光管2端部的橡膠罩40a、40b密 封。形成為如下結構橡膠罩40a、40b上形成有氣密地貫穿燈頭38a、38b的外周部分與絕 緣導線40的貫穿孔，燈頭38a、38b的外周部分從該貫穿孔突出到外部，這些燈頭38a、38b 分別與燈座39a、39b連接，并從省略了圖示的電源經由連接器50對放電燈3供電。
圖6是將放電燈3內插于透光管2中、并將透光管內用氮氣氣氛置換了的紫外線 照射處理裝置。實際的裝置一般是在幾根透光管中分別插入放電燈而使用的裝置，但為了 方便起見，只圖示了 1根。符號3是放射包含220nm以下的波長區域的紫外線的單燈頭型放 電燈，與一側的電極連通的引線38的絕緣導線不拘泥于非鹵化物質。開始運轉本裝置時， 將放電燈3插入透光管2后，將透光管內用氮氣置換，并將兩側用橡膠罩40a、40b密封。橡 膠罩40a與燈座密合并開有貫穿的孔，橡膠罩40b為沒有孔的閉塞體。將兩個橡膠罩完全嵌 入之前，若將筒體1整體用大塑料袋等包覆，并讓其中充滿氮氣，則能容易地進行置換。其 后安裝筒體罩41a、41b，如果簡體罩41a、41b內也充滿氮氣，則效果更佳。這樣構成的紫外 線照射處理裝置，由于沿著放電燈的管體被引導的絕緣線38處于氮氣氣氛內，因此即使是 鹵化物的絕緣導線也不會劣化，不會產生有害的鹵化氫和氫鹵酸。符號42是電源。
另外，本發明的實施例中示出了一對燈絲的各自單側與導線連接、并且具有2個 管腳的燈頭的即時啟動型的低壓水銀蒸氣放電燈、即在管體的外壁延伸的絕緣導線為1 根的放電燈，但燈絲的各自兩側與導線連接、使燈絲預熱之后再放電的預熱型的低壓水銀 蒸氣放電燈、即在管體的外壁延伸的絕緣導線為多根也沒有任何問題，燈頭的形狀等也沒 有任何限制。此外，不是僅以水銀蒸氣放電燈為對象，例如若應用于準分子燈或氙燈等在 220nm以下的波長區域中具有發光的光源，也能發揮同樣的作用效果。進而，對象裝置不只 限于臥式，也可以是立式，插入放電燈的透光管不限于兩端具有開口部的形狀，也可以是一 端被密封的形狀。 順便提一下，將實施例1所示的放電燈以數百支的單位搭載到進行有機物分解處 理的已有的紫外線照射處理裝置中并進行運轉，結果可以確認沒有特別的不良情況而發揮
7出完滿的性能，且使用1年后在更換這些放電燈時，在安全、環境、健康方面當然不用說，而 且在更換、處理、廢棄作業上都沒有任何障礙。
權利要求
一種短波長紫外線放電燈，其是在石英玻璃管的兩端具有互相對置的一對電極、并封入至少在220nm以下的波長區域中發光的物質而成的，其特征在于，構成為將由非鹵系的絕緣體包覆而成的絕緣導體的一端與一側的電極連接，將該絕緣導體沿著所述石英玻璃管的外壁引導到另一側的電極側，在與電連接于該另一側的電極的導線相同的一側能夠與供給電源連接。
2. 根據權利要求l所述的短波長紫外線放電燈，其特征在于，構成為將被引導到所述 另一電極附近的絕緣導體與電連接于所述另一側的電極的導線收納在成為一體的燈頭中， 能夠與所述供給電源進行裝卸。
3. 根據權利要求1或2所述的短波長紫外線放電燈，其特征在于，非鹵系的絕緣體包含 在主鏈中具有芳香環和/或雜環的高分子化合物。
4. 根據權利要求1 3中任一項所述的短波長紫外線放電燈，其特征在于，高分子化合 物在主鏈中具有選自酰胺鍵、酯鍵、醚鍵、CO鍵和尿烷鍵中的至少一種化學鍵。
5. 根據權利要求1或2所述的短波長紫外線放電燈，其特征在于，高分子化合物由選自 聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚酯酰亞胺、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮(PEEK)、尼龍、 聚碳酸酯、聚酯、聚烯烴、聚砜、乙烯-丙烯共聚物(EPR或EPDM)和聚氨酯中的至少l種構 成。
6. 根據權利要求1或2所述的短波長紫外線放電燈，其特征在于，非鹵系的絕緣體包含 由硅、鋁、鋅或鋯的氧化物或氮化物以及玻璃纖維中的至少1種形成的無機絕緣體。
7. 根據權利要求1 6中任一項所述的短波長紫外線放電燈，其特征在于，通過清漆的 涂布和烘烤涂膜、擠出包覆、管狀包覆、帶巻繞、纖維的編織或這些方法的組合，將非鹵系的 絕緣體包覆到導體上。
8. —種紫外線照射處理裝置，其特征在于，將權利要求1所述的短波長紫外線放電燈 內插于至少在220nm以下的波長區域中具有透光性的管中，從所述短波長紫外線放電燈放 射的紫外線能夠經由該透光管的壁而照射到被處理物。
9. 一種紫外線照射處理裝置，其特征在于，將至少在220nm以下的波長區域中發光的 短波長紫外線放電燈內插于至少在220nm以下的波長區域中具有透光性的管中，將所述短 波長紫外線放電燈與所述具有透光性的管之間密封，并在兩者之間封入不活潑性氣體或者 使不活潑性氣體流通；其中所述短波長紫外線放電燈被構成為在石英玻璃管的兩端具有 互相對置的一對電極，并將絕緣導體的一端與一側的電極連接，將該絕緣導體沿著所述石 英玻璃管的外壁引導到另一側的電極側，在與電連接于該另一側的電極的導線相同的一側 能夠與供給電源連接。
全文摘要
本發明的目的在于在具有絕緣導體、且放射波長在220nm以下的紫外線的放電燈中，抑制來自所述絕緣導體的絕緣體的鹵化物的產生。本發明的放電燈具有石英玻璃管(31)、配置在其兩端的一對電極(32a、32b)、和沿著所述石英玻璃管的外壁延伸的絕緣導體(38)，所述絕緣導體由非鹵系的絕緣體包覆而成。因此，即使紫外線照射到所述絕緣導體上，也不會產生在安全及環保上成為問題的鹵化物。特別地，將在主鏈中具有芳香環或雜環的高分子化合物作為絕緣體使用時，能夠改善對劣化的耐受性。
文檔編號A61L2/10GK101772821SQ200780100169
公開日2010年7月7日 申請日期2007年8月10日 優先權日2007年8月10日
發明者中野浩二, 江村浩司 申請人:株式會社日本光電科技