CN101877301A

CN101877301A - 紫外线照射装置

Info

Publication number: CN101877301A
Application number: CN2010101556488A
Authority: CN
Inventors: 藤田义贵
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: FR2944913A1; CN101877301B; KR101640608B1; KR20100118507A

Abstract

本发明提供一种紫外线照射装置。在设有由紫外线透过性的石英玻璃构成的具有气密性的放电空间(13)的发光管(14)内，在该发光管(14)的轴向相对设置有一对放电用电极(15a、15b)。在放电空间(13)内，封入有含有用于维持电弧放电状态的足够量的稀有气体、水银、发光金属和卤素的封入物，从而构成该紫外线灯(100)，在点亮时使其发出紫外光。紫外线灯(100)收容在使紫外线透过的双层构造的冷却单元(200)的内管(21)内，冷却所述紫外线灯(100)的冷却液(24)在所述内管(21)和所述外管(22)之间循环。紫外线灯(100)和冷却单元(200)的内管(21)之间的距离D[mm]与紫外线灯(100)的输入电力P[W/cm]，满足D≤-0.2P+35(其中，120≤P≤170)的关系。

Description

紫外线照射装置

相关申请的交互引用

本发明基于2009年4月28日申请的日本申请、即特愿2009-109280和2009年11月26日申请的日本申请、即特愿2009-268727的优先权的利益。由此主张这些优先权的利益。前述日本申请的所有内容作为参照文献合并于此。

技术领域

本发明涉及一种通过紫外线灯照射的紫外线进行的光化学处理、光杀菌、光清洗等所使用的紫外线照射装置，更加具体的，涉及一种通过限制对灯温度有影响的紫外线灯和冷却单元之间的距离，使得高输入电力点亮也能够谋求长寿命化的紫外线照射装置。

背景技术

日本特开2008-226806公报(现有技术1)所公开的技术中，照射紫外线的紫外线照射用灯的表面为高温。因此需要防止破损的冷却机构，一般采用空气冷却的冷却方式。空气冷却方式中具有，直接将气体施加到灯上的直接方法，和通过以液体对设置在灯外周的透过容器进行冷却来冷却透过容器周围的气体，从而对灯进行冷却的间接方法。特别的，在抑制被照射物的温度上升的时候和灯外周有作为被照射物的液体的时候，采用后一种方法。

发明内容

上述现有技术1的技术，通过提高灯的输入电力，可提高对被照射物的处理能力。但是，采用通过冷却灯周围的气体来冷却灯的间接方法，冷却能力有限，因此输入电力限制为120W/cm以下。一般的，以灯表面温度为85℃以上的状态持续点亮的情况下，会发生早期失透、黑化等不好的问题。

本发明的目的在于提供一种紫外线照射装置，其通过限制对灯温度有影响的紫外线灯和冷却单元之间的距离，即使以高输入电力点亮也能够谋求长寿命化。

附图说明

图1是对本发明的紫外线照射装置的第一实施例进行说明的系统构造图。

图2是对图1所示的紫外线照射装置所采用的紫外线灯进行说明的构造图。

图3是图1的I-I’线的截面图。

图4是对紫外线灯和冷却单元之间距离的关系进行说明的示意图。

图5是对输入电力与紫外线灯和冷却单元间的距离之间的关系进行说明的示意图。

图6是对本发明的紫外线照射装置的第二实施例进行说明的系统构造图。

图7是对图6所示的紫外线照射装置所采用的紫外线灯进行说明的构造图。

图8是图6的II-II’线的截面图。

图9是对本发明的紫外线照射装置的第三实施例进行说明的系统构成图。

图10是图9的III-III’线的截面图。

图11是对本发明的紫外线照射装置的第四实施例的变形例进行说明的相当于图10的截面图。

图12是对本发明的紫外线照射装置的第五实施例进行说明的相当于图10的截面图。

具体实施方式

下面参考附图对实施本发明的最佳实施方式进行详细说明。

图1～图3是对本发明的紫外线照射装置的第一实施例进行说明的图。图1为基本的系统构造图，图2是对图1所示的紫外线照射装置所采用的紫外线灯进行说明的构成图，图3是图1的I-I’线的截面图。

如图1所示，该紫外线照射装置，由紫外线灯100和冷却单元200构成。紫外线灯100和冷却单元200，通过安装在紫外线灯100的插座11a、11b上的间隔件12a、12b，间隔规定的距离地被定位。

如图2所示，紫外线灯100是具有紫外线透过性的石英玻璃制成的，在形成有放电空间13的放光管14的长度方向两端的内部，配置有例如钨材的电极15a、15b。放光管14，例如是由外径φ为27.5mm、壁厚m为1.5mm、发光长L为100cm左右的一层管构成。

电极15a、15b分别通过内导线16a、16b焊接于金属箔17a、17b的一端。在金属箔17a、17b的另一端焊接有图未示的外导线的一端。金属箔17a、17b的部分通过对从发光管14中的内导线16a、16b到外导线的一端为止的部分进行加热来进行封固。

形成金属箔17a、17b的材料只要是与形成发光管14的石英玻璃的热膨胀率接近的材料，任何材料都可以，在此可以采用符合该条件的钼。一端分别与金属箔17a、17b连接的外导线，例如与被电连接于陶瓷制的插座11a、11b内部的给电用引导线19a、19b一同被绝缘密封，并与图未示的电源电路连接。

在发光管14内，作为封入物，封入有1.3kPa的充分多的作为用于维持电弧放电的稀有气体的氩气、水银、作为用于发射紫外光的金属的铁、锡、铟、铋、铊和锰中的至少一种，和至少一种的卤素。

冷却单元200是由圆筒状的石英玻璃等的具有紫外线透过性的透明材料构成的，具有包括内管21和设置在其外侧的外管22的双层管结构。紫外线灯100内包在内管21中。

如图3所示，冷却单元200的内管21，例如其内径d1为32mm，外径d2为36mm，外管22，例如其内径d3为66mm，外径d4为70mm。

在冷却单元200中，循环有通过设置在其外周端部的连接管23a、23b而从外部供给的水等冷却液24。如图1所示，从连接管23a导入温度低的冷却液24，从连接管23b导出由于冷却紫外线灯100而被加热了的冷却液24。被加热了的冷却液24冷却后再次从连接管23a导入。

此时，冷却单元200使得冷却液24循环，控制紫外线灯100的发光管14的温度使其不超过850℃。已知发光管14的表面温度到850℃以上时，由于封入物和发光管14的材料即石英玻璃反应而产生黑化现象。

这里，参照图4、图5对前述构成的紫外线灯100的发光管14和上述构成的冷却单元200的内管21之间的距离D[mm]，与灯输入电力P[W/cm]的关系进行说明。

在图4中，显示出向紫外线灯100提供80、120、140、160和170[W/cm]五种输入电力的情况下，850℃以下的发光管14和冷却单元200的内管21的良好距离D。图4中，显示出考虑到紫外线灯100和冷却单元200接触时的弊端而将距离D的最小值设为1mm的数据。

输入电力为80[W/cm]时，在图4所示的1mm到15mm任何一处的发光管14的表面温度都没有超过850℃，灯的寿命良好。但是，此时由于输入电力小，存在着无法得到所希望的亮度这样的问题。

又，当分别设定为输入电力为120[W/cm]时大致11mm以下的距离，同样140[W/cm]时大约6.5mm以下的距离，同样160[W/cm]时大约3mm以下的距离，同样170[W/cm]时大约1.3mm以下的距离的情况下，能够在850℃以下得到良好的照度，能够防止封入物和发光管14的反应所导致的黑化现象，因此可实现灯的长寿命化。

在图5中显示了，绘制此时的输入电力[W/cm]、发光管14和内管21的良好距离D[mm]且以直线将它们连接而得到的特性图。由图5可知，从灯表面温度为850℃时的输入电力[W/cm]和距离D的关系，求得D＝-0.2P+35的近似式。由此可知，在满足D≤-0.2P+35的条件时，可将灯的温度控制在850℃以下。但是，输入电力P(W/cm)要满足120≤P≤170的条件。

在此实施例中，输入电力P在120[W/cm]～170[W/cm]之间，如果发光管14和内管21的距离D[mm]，满足近似式D≤-0.2P+35，则可得到所希望的照度，抑制黑化现象，实现长寿命化。

图6～图8是对本发明紫外线照射装置的第二实施例进行说明的示意图，图6为基本的系统构造图，图7为对图6所示的紫外线照射装置所使用的紫外线灯进行说明的构成图，图8为图6的II-II’线截面图。又，和上述实施例相同的构成部份赋予相同的标号，省略对其说明。以后的实施例也同样。

该实施例是在紫外线灯100的发光管14的长度方向的中间部的外表面一体形成顶端部分的形状为尖头或球形的突起61。又，突起61形成为在发光管14侧的基部较粗，顶端部较细。因此，即使突起61和冷却单元200的外管22的内表面接触时，其接触面积也能减小。

突起61与用于将稀有气体等封入物封入发光管14内的被称为“尖端”的排气管痕区别开来，所设置的突起61的从发光管14的外围面开始的高度H比排气管痕要高。又，排气管痕可利用密封发光管14的部分，因此不是一定需要的，也可以没有。

突起61的高度H设定为，比输入电力为120[W/cm]～170[W/cm]之间，发光管14和内管21的距离D[mm]满足近似式D≤-0.2P+35的值低的关系(H＜D)。在此条件下，突起61的高度为何值，根据与输入电力值的关系、或与同样输入电力下需要获取的亮度的协调来适当地确定。

在此实施例中，发光管长度方向的中间附近，一体形成有高度H比紫外线灯的发光管和冷却单元的内管之间的距离D要低的突起。这样，通过将高度H设定在距离D以内，可确保长寿命。除此之外，还有助于防止以下情况：发光管由于自重或热压力等造成的历时变化而发生弯曲，由此长条形的发光管的长度方向的中间部分与冷却单元直接接触，灯内的水银聚集在该接触部分从而导致蒸气压下降，从而灯电压降低。

又，该实施例的突起61在发光管14的外周面具有至少一个，但是也可以如图8所示在周面方向上形成有多处。此时，不需要和图8一样在同一圆周上，也可在偏离同一圆周的位置上。进一步的，当形成有多处突起61时，在轴方向也可以不必在同一线上。

图9、图10是对本发明紫外线照射装置的第三实施例进行说明的示意图，图9是基本的系统构造图，图10是图9的III-III’线截面图。

如图9所示，该紫外线照射装置，由紫外线灯100和处理单元300构成。紫外线灯100具有和第一实施例和第二实施例的紫外线灯100共通的结构。

处理单元300也具有和第一和第二实施例的冷却单元200共通的结构。但是，相对于在冷却单元200中使得冷却液24循环，其不同点在于，在处理单元300中，使得作为光化学处理对象的处理液241的循环。

即，在处理单元300中，循环有作为光化学处理对象的处理液241，该处理液241通过设置在处理单元300外周端部的连接管23a、23b从外部供给。如图9所示，从连接管23a导入温度低的处理液241(例如60度以下)，从连接管23b导出由于对紫外线灯100进行冷却而被加热了的处理液241。可以构造成，使得被加热了的处理液241再次从连接管23a导入。因此，处理液241起到紫外线灯100的冷却水的作用。

在本实施例中，在外管22的与处理液241接触的内表面上形成有紫外线反射膜25。该紫外线反射膜25含有氧化钽、氧化铪和氧化锆等金属氧化物中的至少一种。进行紫外线反射膜25的成分调整以使得从紫外线灯100发射的光中的紫外线反射，使紫外线以外的特别是红外线透过。

而且，灯长100cm时提供16kW(160W/cm)的灯电力，紫外线从紫外线灯100发射时，进行对通过处理单元300内的处理液241的光化学处理。

附着在外管22的内表面的紫外线反射膜25，使得从紫外线灯100发射的光中的紫外区域例如400nm以下的波长成分反射，使其再次照射处理水，促进光反应。

此时，使处理液241在处理单元300中流通，将其作为冷却水使用，以使得紫外线灯100的发光管14的温度不超过850℃。这是因为如前所述，发光管14的表面温度为850℃以上时，由于封入物和作为发光管14的材料的石英玻璃之间的反应而产生黑化现象。

在此，上述构成的紫外线灯100的发光管14和上述构成的处理单元300的内管21之间的距离D[mm]与灯输入电力P[W/cm]的关系，与图4、图5所说明的紫外线灯100的发光管14和上述构成的冷却单元300的内管21之间的距离D[mm]与灯输入电力P[W/cm]的的关系相同。

即，在该实施例中，如果输入电力在120～170[W/cm]之间，发光管14和内管21之间的距离D[mm]满足近似式D≤-0.2P+35，则可得到所希望的亮度，并能够抑制黑化现象，从而能够实现长寿命化。

进一步的，通过将透过红外线反射紫外线的紫外线反射膜25形成在处理单元300的外管22的内表面，能够使得导致处理液241温度上升的红外线透过，且使得紫外线反射并再次照射处理液241来促进光反应，从而能够提高处理能力。

即，通过紫外线反射膜，在使得紫外线灯100所发射的光一度透过处理液并进行光反应处理后仅使紫外线反射，再次用作光反应处理，从而能够提高处理能力。

图11是对本发明紫外线照射装置的第四实施例进行说明的和图10对应的截面图。

第四实施例为第三实施例的变形，其中紫外线反射膜25形成在处理单元300的外管22的外表面。

此时，由于紫外线反射膜25没有暴露在处理液25中，因此能够抑制紫外线反射膜25的功能降低、寿命缩短。又，紫外线反射膜25形成在外管22的外表面的情况，相比形成在外管22的内表面的情况，其制造作业的效率提高，能可靠地进行形成处理。

图12是用于对本发明紫外线照射装置的第五实施例进行说明的与图10对应的截面图。

该实施例中，在处理单元300的外管22的内表面，形成有吸收紫外线、使得通过处理单元300的处理液活性化的光催化剂26。通过照射紫外线，光催化剂26的表面产生强烈的氧化力，从而可除去接触到的有机化合物或细菌等有害物质。作为光催化剂26，可采用例如二氧化钛(TiO₂)。

在本实施例中，能够利用光催化剂使处理液通过一次对处理液进行活性化，以该光催化剂使紫外线反射再次使处理液活性化。这样可通过提高光催化剂表面的氧化力以更好地对处理液进行活性化，能够提高去除有机化合物或细菌等有害物质的能力。

Claims

1.一种紫外线照射装置，其特征在于，包括：

紫外线灯，该紫外线灯包括：由紫外线透过性材料构成的、设有具有气密性的放电空间的发光管；在所述发光管的轴向相对设置的一对放电用电极；封入所述放电空间的、具有用于维持在该放电空间内电弧放电的状态的足够量的稀有气体、水银、发光金属和卤素的封入物；

冷却单元，该冷却单元包括：由紫外线透过性材料构成的外管；由紫外线透过性材料构成的、内插于所述外管的、收容所述紫外线灯的内管，冷却所述紫外线灯的冷却液能够在所述内管和所述外管之间循环；

所述紫外线灯和所述内管之间的距离D[mm]与所述紫外线灯的输入电力P[W/cm]，满足D≤-0.2P+35的关系，其中，120≤P≤170。

2.如权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，在所述发光管的长度方向的中间部外表面一体形成有比所述距离D的高度低的突起。

3.如权利要求2所述的紫外线照射装置，其特征在于，在所述发光管的长度方向的外表面上至少设置有两处所述突起。

4.如权利要求2或3所述的紫外线照射装置，其特征在于，所述突起的所述发光管侧的基部粗，所述突起的顶端部细。

5.一种紫外线照射装置，其特征在于，包括：

紫外线灯，该紫外线灯包括：由紫外线透过性材料构成的、设有具有气密性的放电空间的发光管；在所述发光管的轴向相对设置的一对放电用电极；封入所述放电空间的、具有用于维持在所述放电空间内电弧放电的状态的足够量的稀有气体、水银、发光金属和卤素的封入物；

处理单元，该处理单元包括：外管；由紫外线透过性材料构成的、内插于所述外管的、收容所述紫外线灯的内管，冷却所述紫外线灯并通过所述紫外线灯发射的紫外线被施行光化学处理的被处理液能够在所述内管和所述外管之间循环；

紫外线反射膜，其形成在所述外管的内表面或外表面；

所述紫外线灯和所述内管之间的距离D[mm]与紫外线灯的输入电力P[W/cm]，满足D≤-0.2P+35的关系，其中，120≤P≤170。