专利名称：短波长紫外线放电灯和紫外线照射处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及至少在220nm以下的波长区域中发光的放电灯和搭载有该放电灯并 利用从放电灯所放射的紫外线的紫外线照射处理装置。
背景技术：
短波长区域的紫外线被用于有害物和有机物的分解、杀菌等多个方面。例如，图7 示出了现有技术的水中的有机物分解装置的一例。 符号1为不锈钢制的筒体，其两端由法兰盘la、lb封闭。符号lc为入水口的法兰 盘，Id为出水口的法兰盘。被处理水5从法兰盘lc侧向法兰盘Id侧流动，但为了防止被处 理水短时间通过(short pass)，形成为在途中配置有多片回流板le li的结构。符号3 为放射包含220nm以下波长的紫外线的光的放电灯，通常使用由从220nm以下的波长区域 到长波长区域具有透射性的石英玻璃管构成的低压水银蒸气放电灯。符号2为将放电灯和 被处理水隔离的透光管，同样由从220nm以下的波长区域到长波长区域具有透射性的石英 玻璃构成(透光管2和放电灯3通常平行配置多根，但图7中只示出了 l根)。紫外线透过 透光管2而照射到被处理水5上。水分子H20的H-OH的键能为499kJ/mol，因此，220nm以 下的波长的紫外线具有能分解水分子H20的能力，生成OH自由基。所生成的OH自由基发 挥例如如下式那样将水中存在的有机物分解成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为1、2、3、.....) 接下来，对放电灯3进行说明。管体31由石英玻璃构成，两端具有一对电极32a、 32b，并封入水银作为发光金属。并且，一侧的电极32b通过引线38被电导出到另一侧，与 连接于另一侧的电极的引线一起被收纳在灯头37中。顺便提一下，由于引线38沿着外壁 延伸，因此必须能耐受放电灯3发出的放电中的发热，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 烯树脂)等氟系绝缘包覆导线。若向该放电灯供给预定的电源，并将放电灯点亮，则放射出 包含185nm的紫外线在内的水银特有的紫外线和可见光，从而有助于上述有机物的分解反 应处理。 但是，由于放电灯随着紫外线输出功率的降低，需要大概在半年至1年间进行定 期更换，但对上述那样构成的以往的放电灯进行更换操作时，有时会受到令人不快且强烈 的剌激气味和对皮肤的剌激疼痛。 剌激气味和剌激疼痛被认为是，引线的绝缘包覆材料暴露于短波长紫外线和由该 紫外线产生的臭氧中，原材料的氟成分析出，其与周围的湿气反应，而生成了氟化氢或氢氟 酸，在处理这种放电灯、紫外线处理装置方面，在安全和环保上成为极其严重的障碍。因此， 日本特开2002-282851公报中提出了如下结构的紫外线照射处理装置放电灯的导线使用 没有包覆的非绝缘电线，只要对该放电灯供给的电源未被切断，则不能从透光管拔出放电
3灯。 然而，上述发明即使能够应用于新颖地制造并设置的装置，但在已设置的装置中 进行改造所需要的费用和时间很庞大，未必能被接受。并且，处理非绝缘电线的放电灯时也 不能否认存在精神上的排斥反应。 另一方面，近年来出现了日本专利第3563373号公报中记载的那样高效率和高输 出功率型的放电灯，为了提高处理能力，对原有装置的替换要求很强烈。在使用高输出功率 型放电灯的情况下，由于更加担心与氟化氢等的产生相关的问题，因此强烈需求安全且可 靠性高的放电灯。 专利文献1 :日本特开2002-282851公报
专利文献2 :日本专利第3563373号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种放电灯和紫外线照射处理装置，其中在放射包含 220nm以下波长区域的紫外线的放电灯中，消除了由将一端与一侧的电极电连接、另一端向 另一侧的电极的方向延伸的绝缘导体的绝缘体所产生的问题，有利于对人体的安全性和环 保。 本发明的短波长紫外线放电灯是在石英玻璃管的两端具有互相对置的一对电极、 并封入至少在220nm以下的波长区域中发光的物质而成的放电灯，其特征在于，构成为将 由非卤系的绝缘体包覆而成的绝缘导体的一端与一侧的电极连接，将该绝缘导体沿着所述 石英玻璃管的外壁引导到另一侧的电极侧，在与电连接于该另一侧的电极的导线相同的一 侧能够与供给电源连接。 本发明的短波长紫外线放电灯构成为将被引导到另一电极侧的绝缘导体与电连 接于所述另一侧的电极的导线收纳在成为一体的灯头中，能够与供给电源进行装卸，由此 使得易于装卸，操作很方便。 本发明中，绝缘导体中使用的非卤系绝缘体优选含有在主链中具有芳香环和/或 杂环的高分子化合物。主链中的芳香环和/或杂环，对于因紫外线所致的劣化具有很高的 耐受性。 进而，上述绝缘导体中使用的非卤系绝缘体不限于在主链中仅具有芳香环或杂环 的物质，具有芳香环或杂环、并具有选自酰胺键、酯键和尿烷键中的至少一种化学键的物质 显示出特别高的耐受性。 作为这种高分子化合物，可以列举出聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺、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，若只是为了不放出卤系 气体，也可以使用由尼龙、聚烯烃、聚砜、乙烯-丙烯共聚物(EPR或EPDM)或聚氨酯那样的 脂肪族高分子化合物形成的绝缘体。 此外，作为非卤系的绝缘体，也能够使用由硅、铝、锌或锆的氧化物或氮化物以及 玻璃纤维中的至少1种形成的无机绝缘体。 这些绝缘体通过清漆的涂布和烘烤涂膜、挤出包覆、管状包覆、带巻绕、纤维编织
或这些方法的组合来包覆到由单线、股线、集线或编织线构成的导体上。 本发明的紫外线照射处理装置将以上说明的短波长紫外线灯内插于至少在220nm
4以下的波长区域中具有透光性的管中，从所述短波长紫外线放电灯所放射的紫外线经由该 透光管的壁能够照射到被处理物上。另外，优选将短波长紫外线放电灯与所述至少在220nm 以下的波长区域中具有透光性的管之间密封，并在所述短波长紫外线放电灯与所述具有 透光性的管之间封入不活泼性气体或使不活泼性气体流通，更进一步防护所述绝缘体的劣 化。 通过本发明的短波长紫外线放电灯，能够完全防止在以往的放电灯和紫外线照射 处理装置中成问题的有害的卤化氢和氢卤酸那样的卤系气体的产生。而且，本发明的放电 灯通过将被引导到另一电极附近的绝缘导体与电连接于所述另一侧的电极的导线收纳在 成为一体的灯头中，从而容易对供给电源进行装卸。 作为非卤系的高分子化合物，在使用在主链中具有芳香族和/或杂环的高分子化 合物时，由于这些高分子化合物特别地对于紫外线和臭氧的耐久性优异，因此能够获得优 异的效果。
图1是表示本发明的实施方式中在紫外线放电灯的外周集束的绝缘导线试样的
图2是示意性地表示本发明的一实施例的紫外线放电灯的截面图。 图3是示意性地表示本发明的另一实施例的紫外线放电灯的截面图。 图4是示意性地表示本发明的又一实施例的紫外线放电灯的截面图。 图5是从灯座39b侧观察图4的实施例的紫外线放电灯的端面图。 图6是示意性地表示本发明的其它实施例的紫外线处理装置的截面图, 图7是示意性地表示以往的紫外线处理装置的截面图。 附图标记
2透光管 31管体
33a、33b、33c、33d内部引线 35a、35b、35c、35d外部引线 37灯头
38用聚酰亚胺管绝缘的引线 39a、39b灯座 41a、41b筒体罩
3放电灯 32a、32b灯丝 34a、34b、34c、34d钼箔 36罩
37a、37b供电管脚 38a、38b灯头 40a、40b橡胶罩 42电源
具体实施例方式
接下来，对本发明的实施方式进行说明。为了确认本发明的效果，如图l所示，在
放电灯的外周集束如下的绝缘导线试样来进行加速试验。 (a) FEP和ETFE的氟树脂挤出成形包覆导线 (b)氯乙烯树脂挤出成形包覆导线 (c)芳香族聚酰亚胺管状包覆导线 (d)芳香族聚酰亚胺带巻绕包覆导线[OO46] (e)PEEK管状包覆导线
(f)聚乙烯管状包覆导线
(g)尼龙带巻绕包覆导线
(h)云母带巻绕包覆导线
(i)氧化铝纤维编织包覆导线 [OO51] (j)硅橡胶包覆导线 图1中，符号333是管径15mm、发光长约1. 5m的放射包含185nm波长的紫外线的 双灯头型的高输出功率型低压水银蒸气放电灯。遍及该放电灯的管体的大致全长，在其周 围分别集束了 10根以上相同的绝缘导线试样333a、333b、333c、333d、…、…，并以镍裸线 334a、334b绑紧之后，滴加用于加速反应的约10cc的水，将其插入石英玻璃制的透光管中， 将透光管的两端用橡胶罩密封并点亮。 连续点亮1个月的昼夜后，从透光管中拔出放电灯，确认剌激气味的有无并用石 蕊试纸擦拭放电灯的外表面以确认pH(酸碱度)水平。 其结果是，从(a)FEP及ETFE的氟树脂包覆导线和(b)氯乙烯树脂包覆导线的试 样中，明显地确认到剌激气味以及酸性产物的附着。相对于此，从除此以外的(c) (j)的 试样中均没有确认到剌激气味，石蕊试纸的结果也显示为中性。 由上述实验结果可以确认，(c)芳香族聚酰亚胺管状包覆导线、(d)芳香族聚酰亚 胺带巻绕包覆导线、(e)PEEK清漆涂膜导线、(g)尼龙带巻绕包覆导线、(h)云母带巻绕包覆 导线、(i)氧化铝纤维编织包覆导线对克服课题是有效的。顺便提一下，关于(f)聚乙烯管 状包覆导线和(J)硅橡胶包覆导线，没有确认到剌激气味和酸性物质的生成，但是包覆上 产生微细的裂纹，确认作为绝缘物的耐久性存在问题。接下来，将(a)FEP及ETFE的氟系树 脂绝缘导线和(b)氯乙烯树脂绝缘导线的各试样分别io根以上同样地绑紧于所述高输出 功率型低压水银蒸气放电灯的外周，不对它们滴加水，内插于透光管中后，将透光管内用氮 气置换，两端用橡胶罩密封并点亮。连续点亮l个月后，与所述同样地从透光管中拔出放电 灯，确认剌激气味的有无和放电灯外表面的pH(酸碱度)水平。其结果是，没有确认到剌激 气味，石蕊试纸也显示为中性。 由该结果确认，若将透光管内用氮气置换且不存在水，则能够抑制绝缘体的劣化 和卤化氢的生成。
实施例 图2示出了本发明的放电灯3的一实施例。符号31是由从220nm以下的波长区 域到长波长区域具有透射性的外径15mm、全长1. 6m的石英玻璃构成的放电灯的管体。管 体31使用合成石英玻璃，且使管内径、放电电流和电位倾斜度的关系匹配的放电灯可获得 高效率且高输出功率型的放电灯。管体31的两端以大约1. 5m的间隔对置地配备一对灯 丝(电极)32a、32b，一对灯丝32a、32b分别卡止在内部引线33a、33b、33c、33d上，经由钼 箔34a、34b、34c、34d和外部引线35a、35b、35c、35d而被密封在管体内、并且被电导出至管 体的外部，管体内封入适量的水银和稀有气体。此外，36是保护管端部的陶瓷制的罩，37是 具有供电管脚37a、37b的陶瓷制的灯头。38是用内径lmmX外径1. 5mm的聚酰亚胺管对截 面积约为0. 6平方毫米的导线进行绝缘而成的引线，被压接在与灯丝32b电连接的外部引线35c上，沿着管体31的外壁被引导到另一侧的灯丝32a侧，在灯头37中通过软钎焊焊接 在供电管脚37b上。灯丝32a的外部引线35b也在灯头37中通过软钎焊焊接在供电管脚 37a上，构成所谓的单灯头型放电灯的形态。顺便提一下，由于绝缘体原材料的聚酰亚胺具 有几千V以上的绝缘耐压，因此满足了作为至多施加几百V的电压的该放电灯的导线绝缘 体的必要充分条件。 当将这样构成的放电灯经由预定的电子镇流器(未图示)以放电电流IA点亮时， 则相当于放电灯的电力的大约5%的7. 5W作为185nm的紫外线能量被放射，其一部分也能 够照射到沿着管体延伸的绝缘导线上，但不会产生有害的卤化氢和氢卤酸。上述实施例中 示出了与对置的电极连接的供电管脚被收纳在一体的灯头内的单灯头型放电灯，但也可以 是如图3所示的将绝缘导线38直接引出到放电灯的前方并通过连接器50与供给电源连接 的放电灯。另外，图3 图6中，对与图7、图1、图2相同的部分标上相同符号而省略重复 说明。 图4和图5示出了使用双灯头型的放电灯3而发挥同样效果的紫外线照射处理装 置的实施例。图4中符号3是放射包含220nm以下的波长区域的紫外线的双灯头型放电 灯，其内插于透光管2中，与两端的电极电连接的灯头38a、38b的外周部分与透光管2之间 的间隙、和绝缘导线40与透光管2之间的间隙通过嵌入透光管2端部的橡胶罩40a、40b密 封。形成为如下结构橡胶罩40a、40b上形成有气密地贯穿灯头38a、38b的外周部分与绝 缘导线40的贯穿孔，灯头38a、38b的外周部分从该贯穿孔突出到外部，这些灯头38a、38b 分别与灯座39a、39b连接，并从省略了图示的电源经由连接器50对放电灯3供电。
图6是将放电灯3内插于透光管2中、并将透光管内用氮气气氛置换了的紫外线 照射处理装置。实际的装置一般是在几根透光管中分别插入放电灯而使用的装置，但为了 方便起见，只图示了 1根。符号3是放射包含220nm以下的波长区域的紫外线的单灯头型放 电灯，与一侧的电极连通的引线38的绝缘导线不拘泥于非卤化物质。开始运转本装置时， 将放电灯3插入透光管2后，将透光管内用氮气置换，并将两侧用橡胶罩40a、40b密封。橡 胶罩40a与灯座密合并开有贯穿的孔，橡胶罩40b为没有孔的闭塞体。将两个橡胶罩完全嵌 入之前，若将筒体1整体用大塑料袋等包覆，并让其中充满氮气，则能容易地进行置换。其 后安装筒体罩41a、41b，如果简体罩41a、41b内也充满氮气，则效果更佳。这样构成的紫外 线照射处理装置，由于沿着放电灯的管体被引导的绝缘线38处于氮气气氛内，因此即使是 卤化物的绝缘导线也不会劣化，不会产生有害的卤化氢和氢卤酸。符号42是电源。
另外，本发明的实施例中示出了一对灯丝的各自单侧与导线连接、并且具有2个 管脚的灯头的即时启动型的低压水银蒸气放电灯、即在管体的外壁延伸的绝缘导线为1 根的放电灯，但灯丝的各自两侧与导线连接、使灯丝预热之后再放电的预热型的低压水银 蒸气放电灯、即在管体的外壁延伸的绝缘导线为多根也没有任何问题，灯头的形状等也没 有任何限制。此外，不是仅以水银蒸气放电灯为对象，例如若应用于准分子灯或氙灯等在 220nm以下的波长区域中具有发光的光源，也能发挥同样的作用效果。进而，对象装置不只 限于卧式，也可以是立式，插入放电灯的透光管不限于两端具有开口部的形状，也可以是一 端被密封的形状。 顺便提一下，将实施例1所示的放电灯以数百支的单位搭载到进行有机物分解处 理的已有的紫外线照射处理装置中并进行运转，结果可以确认没有特别的不良情况而发挥
7出完满的性能，且使用1年后在更换这些放电灯时，在安全、环境、健康方面当然不用说，而 且在更换、处理、废弃作业上都没有任何障碍。
权利要求
一种短波长紫外线放电灯，其是在石英玻璃管的两端具有互相对置的一对电极、并封入至少在220nm以下的波长区域中发光的物质而成的，其特征在于，构成为将由非卤系的绝缘体包覆而成的绝缘导体的一端与一侧的电极连接，将该绝缘导体沿着所述石英玻璃管的外壁引导到另一侧的电极侧，在与电连接于该另一侧的电极的导线相同的一侧能够与供给电源连接。
2. 根据权利要求l所述的短波长紫外线放电灯，其特征在于，构成为将被引导到所述 另一电极附近的绝缘导体与电连接于所述另一侧的电极的导线收纳在成为一体的灯头中， 能够与所述供给电源进行装卸。
3. 根据权利要求1或2所述的短波长紫外线放电灯，其特征在于，非卤系的绝缘体包含 在主链中具有芳香环和/或杂环的高分子化合物。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的短波长紫外线放电灯，其特征在于，高分子化合 物在主链中具有选自酰胺键、酯键、醚键、CO键和尿烷键中的至少一种化学键。
5. 根据权利要求1或2所述的短波长紫外线放电灯，其特征在于，高分子化合物由选自 聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮(PEEK)、尼龙、 聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚砜、乙烯-丙烯共聚物(EPR或EPDM)和聚氨酯中的至少l种构 成。
6. 根据权利要求1或2所述的短波长紫外线放电灯，其特征在于，非卤系的绝缘体包含 由硅、铝、锌或锆的氧化物或氮化物以及玻璃纤维中的至少1种形成的无机绝缘体。
7. 根据权利要求1 6中任一项所述的短波长紫外线放电灯，其特征在于，通过清漆的 涂布和烘烤涂膜、挤出包覆、管状包覆、带巻绕、纤维的编织或这些方法的组合，将非卤系的 绝缘体包覆到导体上。
8. —种紫外线照射处理装置，其特征在于，将权利要求1所述的短波长紫外线放电灯 内插于至少在220nm以下的波长区域中具有透光性的管中，从所述短波长紫外线放电灯放 射的紫外线能够经由该透光管的壁而照射到被处理物。
9. 一种紫外线照射处理装置，其特征在于，将至少在220nm以下的波长区域中发光的 短波长紫外线放电灯内插于至少在220nm以下的波长区域中具有透光性的管中，将所述短 波长紫外线放电灯与所述具有透光性的管之间密封，并在两者之间封入不活泼性气体或者 使不活泼性气体流通；其中所述短波长紫外线放电灯被构成为在石英玻璃管的两端具有 互相对置的一对电极，并将绝缘导体的一端与一侧的电极连接，将该绝缘导体沿着所述石 英玻璃管的外壁引导到另一侧的电极侧，在与电连接于该另一侧的电极的导线相同的一侧 能够与供给电源连接。
全文摘要
本发明的目的在于在具有绝缘导体、且放射波长在220nm以下的紫外线的放电灯中，抑制来自所述绝缘导体的绝缘体的卤化物的产生。本发明的放电灯具有石英玻璃管(31)、配置在其两端的一对电极(32a、32b)、和沿着所述石英玻璃管的外壁延伸的绝缘导体(38)，所述绝缘导体由非卤系的绝缘体包覆而成。因此，即使紫外线照射到所述绝缘导体上，也不会产生在安全及环保上成为问题的卤化物。特别地，将在主链中具有芳香环或杂环的高分子化合物作为绝缘体使用时，能够改善对劣化的耐受性。
文档编号A61L2/10GK101772821SQ200780100169
公开日2010年7月7日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者中野浩二, 江村浩司 申请人:株式会社日本光电科技