CN103229273B - 受激准分子灯 - Google Patents
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Abstract
提供一种有效利用照射的紫外线，不仅能够提高光触媒的处理效率，而且即使在作为放电气体使用氙气的情况下，点亮性能也良好的受激准分子灯。将在气密密封放电气体的放电管（2）中形成放电空间（3）的至少一部分形成为圆筒空间的同时，具备配置在该中心一侧上的中心电极（4A）和配置在外表面上的外表面电极（4B），外表面电极（4B）卷绕在形成有沿着一个方向连续的起伏的导电性网（14）上承载成为光触媒的锐钛矿型氧化钛（16）的多孔质光触媒片（111），以该起伏与放电管（2）的外表面接触的方式设置。
Description
技术领域
本发明涉及通过电介质势垒放电照射紫外线的受激准分子灯，特别涉及通过光触媒作用进行净化处理的在空气净化器和净水器中使用的理想的受激准分子灯。
背景技术
作为光触媒具有优异功能的锐钛矿型氧化钛希望应用于空气净化器和净水器等中，通过照射紫外线呈现光触媒活性，特别在波长小于等于320nm的UVB（280～315nm）区域上具有光触媒活性的峰值。
因此，虽然进行用紫外线灯照射紫外线的方法，但因为一般的紫外线等使用水银，所以环境负荷大。
另外，近年，还开发了紫外线LED，但不仅价格高，而且还存在不能得到足够的光强的问题。
因此，关注不使用水银可以进行紫外线发光的受激准分子灯，还提出了在设置于受激准分子灯的放电管的外侧上的透明电极的表面上叠层形成光触媒层的除臭、杀菌用的紫外线灯（参照专利文献1）。
如果采用该方案，因为所照射的紫外线透过透明电极照射在光触媒层上，所以光触媒被激活，能够对与之接触的空气进行除臭、杀菌。
但是，透明电极一般对紫外光的透过率低，作为有代表性的透明电极的掺锡氧化铟膜（ITO）即使对可见光透明，因为对激活光触媒的UVB（280～315nm）区域的紫外光不透明，所以即使在透明电极的表面上形成光触媒，也绝不可能得到如专利文献1所述那样的效果。
因此，紫外线照射用的受激准分子灯如专利文献2所示那样，不得不在放电管的两侧相对位置上设置一对电极，从电极间隙照射紫外线（专利文献2：图2），或者使用将金属线等制成网状的网状电极，从金属线间隙照射紫外线（专利文献2：图3），因为紫外线都在电极的不透明部分上受到遮挡，所以存在光的利用效率低的问题。
专利文献1：特开2002-150997号公报
专利文献2：特开2010-163295号公报
发明内容
因而，本发明的技术课题在于提供一种有效地利用所照射的紫外线，不仅能够提高光触媒的处理效率，而且即使在使用氙气的情况下，点亮性能也优异的受激准分子灯。
为了解决上述课题，以隔着在气密密封放电气体的放电管中形成的放电空间的方式将一对电极配置在其外侧，通过在该电极间施加高频电压，在上述放电空间内产生电介质势垒放电而照射紫外线，上述受激准分子灯的其特征在于：在将上述放电空间的至少一部分形成为圆筒空间的同时，上述一对电极由配置在圆筒空间的中心一侧的中心电极和配置在外周一侧的外表面电极组成，该外表面电极通过卷绕形成了多个微细透孔的导电性网上承载有光触媒的多孔质光触媒片，而设置在上述放电管的外表面。
如果采用本发明，则在中心电极和外表面电极之间施加高频电压，在放电空间上产生电介质势垒放电，在设置于放电管的外表面上的外表面电极上照射紫外线。
外表面电极因为由让导电性网承载成为光触媒的锐钛矿型氧化钛的多孔制光触媒片组成，所以其内侧承载的光触媒在受到从放电管照射的紫外线被激发的同时，承载在网的微细透孔的周边上的光触媒被透过该透孔的紫外线激发，因为透过微细流路的紫外线在其外侧开口部上发生衍射现象，所以被多孔质光触媒片的外侧承载的光触媒也受到激发。
因而，从放电管照射的紫外线被外表面电极遮挡的光，透过微细流路的光因为其几乎全部都激发由外表面电极承载的光触媒，所以光的另一效率极高，而且，在外表面电极上承载的几乎全部的光触媒受到激发。
因而，通过将涉及本发明的受激准分子灯配置在水和空气等的被处理流体的流路中，在被处理流体接触外表面电极的表面时，与受到紫外线激发的光触媒接触进行净化处理。
另外，如果外表面电极形成沿着一个方向连续的波浪形的起伏，则因为以该起伏与放电管的外表面线接触的方式被设置，所以在与放电管接触的部分和没有形成不接触的部分的部分之间形成间隙。
在这种情况下，因为被处理流体通过流过该间隙而受到净化处理，所以净化处理效率提高。
进而，如果让外表面电极与放电管的外表面线接触，则因为形成在外表面电极和中心电极之间的电场集中在与放电管线接触的部分上，所以容易引起绝缘破坏，因而，在使用作为放电气体难以点亮的氙气的情况下，不施加大的电能也能够点亮。
附图说明
图1是表示涉及本发明的受激准分子灯的管轴方向剖面图。
图2是其外观图。
图3是该管轴正交剖面图。
图4是多孔质光触媒片的外观图。
图5是表示多孔质光触媒片的制造方法的说明图。
图6是表示使用状态的说明图。
图7是表示其他的实施方式的管轴正交剖面图。
图8是进一步表示其他实施方式的管轴方向剖面图。
图9是其外观图。
图10是进一步表示其他实施方式的管轴方向剖面图。
符号说明
1：受激准分子灯；2：放电管；3：放电空间；4A、4B：电极；11：多孔质光触媒片；12：钛片；14：钛网（导电性网）；16：锐钛矿型氧化钛；20：光触媒层。
具体实施方式
本发明为了实现有效利用照射的紫外线，不仅能够提高光触媒的处理效率，而且即使在使用氙气的情况下也提高点亮性能的目的，在以隔着在气密密封放电气体气的放电管上形成的放电空间的方式将一对电极配置在其外侧上，通过在该电极间施加高频电压在上述放电空间内产生电介质势垒放电照射紫外线的受激准分子灯中，在将上述放电空间的至少一部分形成为圆筒空间的同时，上述一对电极由配置在圆筒空间的中心一侧上的中心电极和配置在外周一侧上的外表面电极组成，该外表面电极卷绕使形成有多个微细透孔的导电性网承载光触媒的多孔质光触媒片，设置在放电管的外表面上。
实施例1
图1～图3所示的本例子的受激准分子灯1在以隔着形成在由将放电气体气密密封的石英玻璃组成的放电管2中的放电空间3的方式将一对电极4A以及4B配置在其外侧上，通过在该电极4A以及4B之间从电源5施加高频电压，在上述放电空间3内产生电介质势垒放电。
放电空间3在至少将一部分形成为圆筒空间的同时，上述一对电极4A以及4B由配置在圆筒空间的中心一侧上的中心电极4A和配置在外面一侧上的外表面电极4B组成。
中心电极4A将其两端边缘6a、6b形成为如刀口那样尖锐的带板形，用作为电介质的石英玻璃7覆盖并配置在放电管2的中心。
另外，外表面电极4B用在一个方向上连续形成波浪的起伏的多孔质光触媒片11形成，以其起伏与放电管2的外表面线接触的方式卷绕设置，在放电管2的表面上在和外表面电极4B之间形成沿着其管轴方向延伸的沟道形的间隙8……。
多孔质光触媒片11如图4～图5所示那样，在从钛片12的单面或者双面采用非周期性的图案实施蚀刻处理形成贯通正反面的多个微细流路13的具有非周期性海绵结构的钛网（导电性网）14的表面上，由阳极氧化膜形成氧化钛基础15，在该氧化钛基础15上烧结形成成为光触媒的锐钛矿型氧化钛16。
图5是表示这种多孔质光触媒片11的制造方法的说明图。
首先，进行在钛片12上形成微细流路13的蚀刻处理。
蚀刻处理包含以下步骤：在压延纯钛形成的钛片12的正反两面上涂抹光敏抗蚀剂17的涂抹步骤（图5（a））；在光敏抗蚀剂17之上重叠形成有非周期性图案的屏蔽膜18、18进行曝光的曝光步骤（图5（b））；曝光后，洗净抗蚀剂的未感光部分，使经过感光的部分残存在钛片12的表面上的洗净步骤（图5（c））；将用抗蚀剂17罩上非周期性网状图案的钛片12浸泡在蚀刻液中，通过从正反两面侵蚀到钛片12的厚度一半，形成贯通正反的多个微细流路13…浸泡步骤（图5（d））。
这样，从钛片12的两面实施蚀刻处理，因为在其屏蔽膜18的图案上没有周期性，所以从钛片12的正面和背面形成不同图案的孔。
其结果，如图4所示，在钛片12的厚度方向上形成复杂的迷宫式的微细流路，与单纯的网结构相比，比表面积显著增大。
而且，钛网14的空隙率（蚀刻处理后的重量/蚀刻处理前的重量）是20%左右。
另外，如果放大其表面观察，则在此时，如图5（e）所示，大致变成平面状态。
接着，进行在其表面上形成氧化钛基础15的阳极氧化处理。
阳极氧化处理是在磷酸浴（例如磷酸3%水溶液）中在成为阳极的钛片12和阴极之间施加规定电压进行，其结果，如图5（f）所示，对钛片12的表面进行氧化形成阳极氧化膜。
此时，氧化膜不仅形成在钛片12的正反两面，而且形成在微细流路13的内壁面等的暴露在磷酸浴中的整个表面。
其后，对该钛片12在大气中实施在550℃下加热3小时的加热处理，形成加热了阳极氧化膜的氧化钛基础15。
如果放大观察其表面，则在进行蚀刻处理的时刻是平面的表面上，出现由阳极氧化处理以及加热处理形成的多个龟裂19。
而且，当对钛进行阳极氧化处理的情况下，与该阳极氧化膜的厚度相应地因光的干涉发出不同颜色的光，已知在厚度70nm左右下呈现紫色，在厚度150nm左右呈现绿色，在厚度200nm左右呈现粉红色。
在本例子中，形成厚度70～150nm的膜。
另外，在本例子中，因为将光触媒片11形成为波浪形，所以在实施阳极氧化处理后，在实施加热处理之前，实施用冲压加工形成波纹板形的成型处理，弯曲形成沿着钛网14的长方向连续的起伏。
该成型加工只要在蚀刻处理后，在氧化钛基础上烧结锐钛矿型氧化钛粒子的烧结处理之前即可，例如，也可以在蚀刻处理后，在阳极氧化处理之前进行冲压加工。
而最后，进行承载锐钛矿型氧化钛16的烧结处理。
烧结处理是在分散有锐钛矿型氧化钛16的糊膏中浸泡在表面形成有氧化钛基础15的钛片12后，通过在550℃下烧结它进行，其结果，如图5（g）所示，在钛片12的正反两面以及微细流路13的内壁面上形成光触媒层20。
而且，氧化钛基础15和光触媒层20因为氧化钛之间结合，所以其结合性变得极强，其结果，光触媒层20难以剥落。
进而，由于通过蚀刻处理形成微细流路13，因而表面形成复杂的凹凸形状，以阳极氧化膜形成的氧化钛基础15因为产生精密级的微细的龟裂19，所以在其上不仅光触媒层20牢固结合，而且表面积增加，处理效率大大提高。
另外，在照射UV光时在光触媒层20的表面以及氧化钛基础15的界面上引起乱反射/光散射，能够高效率地利用UV光。
进而另外，因为通过使用钛箔能够将光触媒片自身形成的轻量化，所以设计的自由度增大，因为耐热性、耐药性也优异，所以即使在严酷的使用条件下也耐使用。
而后，通过将这样形成的多孔质光触媒片11沿着其起伏的形状方向卷绕装在放电管2外部，因而形成其起伏沿着放电管2的管轴方向与其外表面线接触的外表面电极4B。
外表面电极4B如图3所示，相对放电管2以规定的间隔（在本例子中，中心角22.5°）形成起伏，在0°至22.5°间隔之下线接触。
此时，在直径方向的相对位置即在0°至180°的位置上与放电管2线接触时，中心电极4A的两端边缘6a、6b位于其直径方向上。
由此，成为外表面电极4B的多孔质光触媒片11与放电管线接触的部分11a、11b和中心电极4A的两端边缘6a、6b在直径方向上相对设置，而且，因为电极4A、4B的最接近的部分形成为线性，所以在点亮时容易引起绝缘破坏。
以上是涉及本发明的受激准分子灯1的一个例子的结构，以下说明其作用。
图3（b）是表示在受激准分子灯1上在从电源5向电极4A、4B之间施加例如20kHz的高频电压时形成的电场E以及e的说明图，在电极4A、4B之间最接近的部分，即，中心电极4A两端边缘6a、6b，和在与之相对的外表面电极4B的放电管2线接触的部分11a、11b之间形成电场E。
而且，因为双方的电极4A、4B的相对部分都形成为线形，所以电场E相对于双方的电极4A、4B局部集中形成。
为了照射光触媒激发用的紫外线（发光波长：308nm），以往是在放电管2中作为放电气体封入氙气（氯化氙：XeCl），但因为使用氙气的受激准分子灯一般难以点亮，在点亮起动时必须投入大的电能，所以必须在电源装置中装入起动用的电路，电路变得复杂，存在在起动时产生不需要的发热的问题。
如本例子所示，由于将外表面电极4B形成为波浪形，所以即使在点亮时不施加大的电能也具有容易引起绝缘破坏，点亮性能提高的优点。
另外，因为即使在中心电极4A的两端边缘6a、6b和与外表面电极4B的放电管2线接触的其他部分11c之间也形成电场e，所以如果由电场E的作用绝缘破坏开始点亮，则在放电管2内全体上产生电介质势垒放电，从放电管2向其外部照射紫外线。
该紫外线透过放电管2的管壁首先照射到外表面电极4B的内周面上，透过形成外表面电极4B的多孔质光触媒片11的微细流路13。
因而，形成在多孔质光触媒片11的内周面上的光触媒层20、形成在微细流路13的内侧的光触媒层20，进而形成在在多孔质光触媒片11的外侧上透过紫外线的微细流路13的外侧开口部附近的光触媒层20直接被紫外线照射而受到激发。
另外，透过了微细流路13的紫外线因为在其外侧开口部上引起衍射现象，所以形成在多孔质光触媒片11的外侧上的光触媒层20也有不少受到激发。
这样，由于点亮受激准分子灯1，因而从放电管2照射的紫外线被外表面电极4B遮挡的光，透过外表面电极4B的微细流路13的光，因为几乎也都激发形成在外表面电极4B上的光触媒层20，所以光的利用效率极高，而且，承载在外表面电极4B上的几乎所有的光触媒可以受到激发。
而后，如果将该受激准分子灯1如图6所示那样设置在作为被处理流体例如流过污染空气的流路F中并点亮，则污染空气形成沿着外表面电极4B的外表面的气流f1、形成在外表面电极4B和放电管2之间的沟道形的间隙8…内的气流f2、f3、通过形成在外表面电极4B上的微细流路13的气流f4、f5等，通过这些气流f1～f5污染空气与光触媒层20接触而得到净化。
此时，照射在受激准分子灯1的放电管2的直径方向上的全部的紫外线因为有助于光触媒的激发，所以光的利用效率极高，在低输出紫外线下能够得到充分净化的作用。
另外，因为在形成于外表面电极4B上的光触媒层20上承载的几乎所有光触媒受到紫外线激发，所以如果被处理流体与外表面电极4B接触，则受到该光触媒作用而得到净化，具有净化效率极高的优点。
实施例2
图7表示涉及本发明的受激准分子灯的另外的实施例。而且，在和图1～图3相同的部分上标注相同的符号并省略详细说明。
图7所示的受激准分子灯21将中心电极4A形成为棒状，在其表面上形成多个突条22…，外表面电极4B使用和实施例1一样的电极。
在本例子中，如中心电极4A的剖面变成星型那样，以中心角22.5°的间隔将16个突条22…沿着其长方向设置。
另外，在卷绕在放电管2上的外表面电极4B上也一样以在圆周方向上形成16个波的方式以规定的间隔（在本例子中是中心角22.5°）形成起伏，与放电管2线接触的部分23、形成在中心电极4A上的各突条22以在直径方向上相对的方式设置。
由此，因为电极4A、4B最接近的部分形成为线形并相对，所以在点亮时绝缘容易破坏。
即，在该受激准分子灯21上如果在电极4A、4B上从电源5例如施加20kHz的高频电压，则如图7（b）所示，电极4A、4B之间最接近的部分，即，在中心电极4A的各突条22…、和在与之相对的外表面电极4B的放电管2上线接触的部分23…之间形成电场E。
而且，因为双方的电极4A、4B的相对部分都形成为线形，所以电场E相对于双方的电极4A、4B局部集中形成，因而，即使在点亮时不施加大的电能，绝缘也容易破坏，点亮性能提高。
进而，这种集中电场E因为从中心电极4A放射状地向着16个方位形成，所以点亮性能极其优异。
而且，在从受激准分子灯21照射的紫外线的利用效率方面优异这一点，和由形成在外表面电极4B上的光触媒层20进行的净化处理效率高这一点和实施方式1一样。
另外，并不限于在中心电极4A的表面上形成突条的情况，形成多个突条也一样。
实施例3
图8以及图9进一步表示其他的实施例。
在本例子的受激准分子灯25上使用的外表面电极4B在曲面加工多孔质光触媒片11形成起伏的同时，形成卷绕在和该起伏的形成方向正交的方向上的波纹形，沿着放电管2的外周方向线接触。
本例子的中心电极4A使用一般的棒状电极，但即使是形成如图1以及图3所示那样的刀口的带板形的电极，也可以如图7所示那样在表面上形成突条22…，进而也可以形成突起。
在本例子中也因为外表面电极4B与放电管2线接触，所以在和中心电极4A之间形成的电场E至少在外表面电极4B一侧集中，因而容易发生绝缘破坏，能够提高点亮性能。
另外，在从受激准分子灯25照射的紫外线的利用效率方面优异这一点，和由形成在外表面电极4B上的光触媒层20进行的净化处理效率高这一点和实施方式1以及2一样。
实施例4
进而，涉及本发明的受激准分子灯26如图10所示那样，作为外表面电极4B，将平面形的多孔质光触媒片11卷绕成大致椭圆，让其短轴方向部分与放电管2的管轴方向线接触，也可以在长轴方向上形成二个沟道形的间隙8。
在这种情况下，因为在中心电极4A的两端边缘6a、6b，和在与之相对的外表面电极4B的放电管2线接触的部分11a、11b之间形成集中电场E，所以具有和实施例1一样的点亮性能。
紫外线的利用效率、光触媒层20的净化处理效率高也和实施例1一样。
而且，无论在哪个实施例中，中心电极4A并不限于形成刀口的带板上的电极，也可以设置成两端边缘不尖的单纯的板形，或形成为圆柱形、圆筒形。
另外，形成在外表面电极4B上的波浪形的起伏其间隔并不限于一定值，也可以根据被处理流体的状态改变起伏的大小和长度，改变沟道形的间隙8的大小。
另外，在替换氙气使用更容易点亮的放电气体等不需要局部电场集中的情况下，将外表面电极4B设置成沿着放电管2的外周面的圆筒形，与放电管2的外表面面接触，去掉沟道形的间隙也可以。
这种情况下，通过设置多个微细透孔的外表面电极4B的非周期性海绵结构，发生电场集中，绝缘破坏容易发生。
本发明的受激准分子灯因为在外表面电极上承载光触媒，所以可以直接将带激发光源的光触媒单元装入空气净化器或净水器中使用。
Claims (11)
1.一种受激准分子灯，以隔着在气密密封放电气体的放电管中形成的放电空间的方式配置一对电极，通过在该电极间施加高频电压，在上述放电空间内产生电介质势垒放电而照射紫外线，上述受激准分子灯的特征在于：
在将上述放电空间的至少一部分形成为圆筒空间的同时，上述一对电极由配置在圆筒空间的中心侧的中心电极和配置在上述放电管的外周侧的外表面电极组成，
将在形成了多个微细透孔的导电性网上承载有光触媒的多孔质光触媒片卷绕设置在上述放电管的外表面，从而形成该外表面电极。
2.根据权利要求1所述的受激准分子灯，其特征在于：上述外表面电极通过以线接触上述放电管的外表面的方式弯曲或者折弯上述多孔质光触媒片而形成。
3.根据权利要求2所述的受激准分子灯，其特征在于：上述多孔质光触媒片弯曲或者折弯成沿着一个方向连续的波浪形的起伏。
4.根据权利要求1或2所述的受激准分子灯，其特征在于：上述导电性网由钛网组成，上述钛网具有从钛片的单面或者双面实施通过非周期性图案进行的蚀刻处理而形成贯通正反面的多个微细流路的非周期性海绵结构。
5.根据权利要求4所述的受激准分子灯，其特征在于：上述多孔质光触媒片通过在上述钛网的表面形成由阳极氧化膜产生的氧化钛基础，在该氧化钛基础上烧结锐钛矿型氧化钛粒子而成。
6.根据权利要求1至3的任意一项所述的受激准分子灯，其特征在于：上述中心电极用电介质覆盖并配置在上述放电管内。
7.根据权利要求6所述的受激准分子灯，其特征在于：上述中心电极形成为带板形。
8.根据权利要求6所述的受激准分子灯，其特征在于：将上述中心电极形成为在表面形成了多个突条或者突起的棒状。
9.根据权利要求3所述的受激准分子灯，其特征在于：上述外表面电极将多孔质光触媒片沿着上述起伏的形成方向卷绕，沿着放电管的管轴方向线接触。
10.根据权利要求3所述的受激准分子灯，其特征在于：上述导电性网由钛网组成，上述钛网具有从钛片的单面或者双面实施通过非周期性图案进行的蚀刻处理而形成贯通正反面的多个微细流路的非周期性海绵结构。
11.根据权利要求10所述的受激准分子灯，其特征在于：上述多孔质光触媒片卷绕在和上述起伏的形成方向正交的方向上，沿着放电管的外周面线接触。
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