CN113327838A - 阻挡放电灯、阻挡放电灯单元以及液体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可提高发光效率的阻挡放电灯、阻挡放电灯单元以及液体处理装置。实施方式的阻挡放电灯包括:发光管,呈筒状,且在内部空间封入有气体;内部电极,设于所述内部空间;以及外部电极,设于所述发光管的外部。所述发光管的外径为10mm以上且25mm以下。输入密度为0.3W/cm以上且1.4W/cm以下。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及一种阻挡放电灯、阻挡放电灯单元以及液体处理装置。
背景技术
例如,作为将处于水中的杂质除去的方法,已知有过滤法、活性炭吸附法、离子交换法、蒸馏法、逆渗透膜脱盐法等。而且近年来,正进行利用紫外线的杂质除去。例如,若对水照射紫外线,则生成氧化力强的羟基自由基。羟基自由基将处于水中的总有机碳(TotalOrganic Carbon,TOC)经过有机酸而分解为二氧化碳,因而与过滤法等相比,可制造纯度更高的纯水。作为照射紫外线的光源,可使用低压水银灯。
此处,水的吸收系数在500nm附近达到最小,随着从500nm向长波长侧或短波长侧偏移而增加。低压水银灯照射峰值波长为254nm、185nm的紫外线,但具有这种波长的紫外线的水的吸收系数小。因此,为了获得充分纯度的纯水,需要延长照射时间,或增大施加于低压水银灯的电力。但是,若延长照射时间,则生产效率降低。若增大所施加的电力,则低压水银灯内的水银蒸气压上升,发光效率降低。
因此,提出了采用阻挡放电灯(氙准分子灯),此阻挡放电灯(氙准分子灯)照射具有水的吸收系数更大的172nm的峰值波长的紫外线。但是,阻挡放电灯的发光效率的温度依存特性大,因而在将阻挡放电灯用于液体处理的情况下,在提高发光效率的方面有改善的余地。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2014-182916号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明所要解决的问题在于提供一种可提高发光效率的阻挡放电灯、阻挡放电灯单元以及液体处理装置。
[解决问题的技术手段]
实施方式的阻挡放电灯包括:发光管,呈筒状,且在内部空间封入有气体;内部电极,设于所述内部空间;以及外部电极,设于所述发光管的外部。所述发光管的外径为10mm以上且25mm以下。输入密度为0.3W/cm以上且1.4W/cm以下。
[发明的效果]
根据本发明的实施方式,可提供一种可提高发光效率的阻挡放电灯、阻挡放电灯单元以及液体处理装置。
附图说明
图1的(a)为用于例示本实施方式的阻挡放电灯的示意图。图1的(b)为图1的(a)的阻挡放电灯的A部的示意放大图。
图2为图1的(a)的阻挡放电灯的B-B线方向的示意截面图。
图3为用于例示输入密度与相对照度(紫外线照度)的关系的曲线图。
图4为用于例示OH基的含量、照度维持率及点灯时间的关系的曲线图。
图5为用于例示OH基的含量与相对紫外线照度的关系的曲线图。
图6的(a)~图6的(d)为用于例示其他实施方式的阻挡放电灯的示意图。
图7为用于例示阻挡放电灯单元及液体处理装置的示意图。
图8为用于例示间隙尺寸与紫外线的相对照度的关系的曲线图。
符号的说明
1:阻挡放电灯
2:发光管
2a:密封部
2b:突起部
3:导电部
4:内部电极
4a、14a:线圈
4b:线脚
5:锚具
6:支座
7:外部电极
8、9:导线
9a:镍套筒
14:内部电极
17:外部电极
100:阻挡放电灯单元
101:保护管
101a:凸缘
102:盖
103:密封构件
200:液体处理装置
201:点灯电路
202:控制器
300:液体
D:外径
P、Pa:节距尺寸
S:间隙尺寸
具体实施方式
以下,一方面参照图式一方面对实施方式进行例示。此外,各图式中,对同样的结构元件标注相同符号而适当省略详细说明。
(阻挡放电灯1)
图1的(a)为用于例示本实施方式的阻挡放电灯1的示意图。
图1的(b)为图1的(a)的阻挡放电灯1的A部的示意放大图。
图2为图1的(a)的阻挡放电灯1的B-B线方向的示意截面图。
如图1的(a)、图1的(b)及图2所示,在阻挡放电灯1,可设置发光管2、导电部3、内部电极4、锚具(anchor)5、支座(holder)6、外部电极7、导线8及导线9。
发光管2呈筒状,具有全长(管轴方向的长度)较管径更长的形态。发光管2例如可设为圆筒管。发光管2的外径例如可设为10mm以上且25mm以下。
在发光管2的管轴方向的两侧的端部,分别设有密封部2a。通过设置密封部2a,从而可将发光管2的内部空间气密地密封。密封部2a例如可使用压紧密封(pinch seal)法或收缩密封(shrink seal)法而形成。
在发光管2的外表面,可设置突起部2b。突起部2b可为了在制造阻挡放电灯1时将发光管2的内部空间排气,或在发光管2的内部空间导入后述的气体而设置。突起部2b可通过在排气及气体的导入后,将由合成石英玻璃所形成的管烧断而形成。
在发光管2的内部空间封入有气体。阻挡放电灯1中,在内部电极4与外部电极7之间进行介质阻挡放电,对所封入的气体赋予高的能量电子而生成准分子激发分子。在准分子激发分子还原时,根据气体的种类而产生具有特定的峰值波长的光。因此,封入至发光管2的内部空间的气体可根据阻挡放电灯1的用途而适当变更。封入至发光管2的内部空间的气体例如可设为氪、氙、氩、氖等稀有气体或使多种稀有气体混合而成的混合气体。气体中,视需要也可还含有卤素气体等。
发光管2的内部空间的25℃时的气体的压力(封入压力)例如可设为1.3kPa~200kPa左右。发光管2的内部空间的25℃时的气体的压力(封入压力)可通过气体的标准状态(标准的环境温度和压力(Standard Ambient Temperature and Pressure,SATP):温度25℃、1bar)而求出。
例如,在将水等液体所含的杂质分解的情况下,优选将封入的气体设为氙气。氙气的封入压力例如可设为47kPa左右。若将封入的气体设为氙气,则可产生峰值波长为172nm的紫外线,因而可有效地进行杂质的分解。
导电部3设于密封部2a的内部。导电部3可针对一个密封部2a而设置一个。导电部3的平面形状可设为四边形。导电部3呈薄膜状。导电部3例如可由钼箔所形成。
内部电极4可具有线圈(coil)4a及线脚(leg)4b。线圈4a及线脚4b可一体地形成。线圈4a及线脚4b可通过对线材进行塑性加工而形成。线材的线径(直径)例如可设为0.2mm~1.0mm左右。
线圈4a及线脚4b例如可含有钨作为主成分。钨的含量例如可设为50wt%以上。此时,若使用在钨中添加有钾等的掺杂钨,则可提高线圈4a的尺寸稳定性。
线圈4a呈螺旋状,设于发光管2的内部空间。线圈4a在发光管2的内部空间的中央区域,沿着发光管2的管轴而延伸。若将发光管2的管轴方向的邻接的线材的间隔设为线圈4a的节距尺寸P,则线圈4a的节距尺寸P例如可设为0.5mm~3.0mm左右。而且,与发光管2的管轴方向正交的方向的线圈4a的外径D例如可设为1mm~5mm左右。
线脚4b分别设于线圈4a的两侧的端部。线脚4b呈线状,从线圈4a的端部沿着发光管2的管轴而延伸。线脚4b的端部在密封部2a的内部与导电部3电连接。线脚4b的端部的附近可与导电部3进行激光焊接或电阻焊接。
如图2所示,锚具5可设于发光管2的内部空间。锚具5的材料例如可设为与内部电极4的材料相同。锚具5可通过对线材进行塑性加工而形成。例如,锚具5的其中一个端部侧可设于线圈4a的外表面。例如,可将锚具5的其中一个端部侧卷绕于线圈4a的外表面。例如,锚具5的其中一个端部侧可呈螺旋状。例如,锚具5的另一个端部侧可与发光管2的内壁接触。例如,锚具5的另一个端部侧可具有沿着发光管2的内壁弯曲的形状。此外,例示了将锚具5安装于线圈4a的情况,但也可增大线圈4a的一部分的直径而设为锚具5。
通过锚具5的其中一个端部侧设于线圈4a的外表面,且锚具5的另一个端部侧与发光管2的内壁接触,从而利用锚具5在发光管2的内部空间支撑线圈4a。而且,通过锚具5电连接于线圈4a,从而锚具5作为内部电极4发挥功能。即,锚具5作为支撑线圈4a的支撑构件、及内部电极4的一部分发挥功能。
若锚具5作为内部电极4的一部分发挥功能,则内部电极4(锚具5)与外部电极7之间的距离变小,因而即便启动电压低也可启动。而且,即便维持电压低也可维持发光。即,可使瞬间点灯性能提高,且点灯状态也稳定。而且,若内部电极4(锚具5)与外部电极7之间的距离变小,则灯刚启动后的稳定性也提高。因此,可抑制灯刚启动后的发光不均,因而可直接利用灯刚启动后的光。
锚具5例如可考虑灯的发光特性或启动特性、及线圈4a的支撑性能等而设置多个。此时,若将发光管2的管轴方向的邻接的锚具5的间隔设为锚具5的节距尺寸,则锚具5的节距尺寸例如可设为10mm~40mm左右。
支座6呈筒状,其中一个端部侧设于密封部2a的内部,另一个端部侧从密封部2a露出。支座6可针对一个密封部2a而设置一个。支座6例如可由树脂或陶瓷等无机材料形成。支座6例如可包含块滑石(steatite)、氧化铝等。
外部电极7可设于发光管2的外部。外部电极7例如可使用不锈钢、铝、镍、银、金、铂等金属而形成。外部电极7在与内部电极4之间产生介质阻挡放电。如上文所述,若产生介质阻挡放电,则在发光管2的内部空间中生成准分子激发分子,在准分子激发分子还原时,根据气体的种类而产生具有特定的峰值波长的光。例如,在封入有氙气的情况下,产生峰值波长为172nm的紫外线。
在阻挡放电灯1例如用于将水等液体所含的杂质分解的用途的情况下,优选发光管2的内部空间中产生的光照射于发光管2周围的全方位。因此,外部电极7可使发光管2的内部空间中产生的光透过。例如,对于外部电极7可设有将厚度方向贯穿的孔或狭缝等。此时,外部电极7的遮光率优选设为10%以下。
例如,如图1的(a)所示,外部电极7可设为呈网眼状。例如,可设为具有平织结构的外部电极7。用于平织结构的线材例如可设为线径为0.1mm左右的不锈钢线或铝线等。网眼间隔例如可设为纵2.8mm左右、横3mm左右。
若设为网眼状的外部电极7,则容易将遮光率设为10%以下。而且,若设为网眼状的外部电极7,则可覆盖发光管2的外表面,因而可增大与内部电极4的相向面积。因此,容易大面积地稳定产生介质阻挡放电。
例如,可通过将网眼状的金属成形为筒状,并在筒状的金属体的内部插入发光管2,从而设置外部电极7。
导线8可设于至少一个支座6。导线8的其中一个端部穿过支座6的内部,在密封部2a的内部电连接于导电部3。导线8的其中一个端部的附近可与导电部3进行激光焊接或电阻焊接。而且,导线8与支座6之间的间隙由密封材料密封。导线8的另一个端部可从支座6露出。在导线8的另一个端部,可连接压接端子或连接器等。
导线9的其中一个端部经由镍套筒9a而电连接于外部电极7。在导线9的另一个端部,可连接压接端子或连接器等。
导线8及导线9例如可电连接于设于液体处理装置200的点灯电路201(参照图7)。
此处,如上文所述,若将封入至发光管2的内部空间的气体设为氙气,则可产生峰值波长为172nm的紫外线。峰值波长为172nm的紫外线与从低压水银灯照射的峰值波长为254nm、185nm的紫外线相比,水的吸收系数更大。因此,若将阻挡放电灯1用于水等液体所含的杂质的分解,则可有效地进行杂质的除去。
此外,阻挡放电灯1的发光效率的温度依存特性大,因而若温度变高,则阻挡放电灯1的发光效率降低。在将阻挡放电灯1用于液体的处理的情况下,无法将阻挡放电灯1直接设于液体中。因此,阻挡放电灯1设于保护管101的内部(参照图7)。此外,在阻挡放电灯1与保护管101的内壁之间的空间中填充有气体,因而因阻挡放电灯1的点灯而产生的热难以散放至液体中。若自阻挡放电灯1的散热受到抑制,则可能导致阻挡放电灯1的温度上升,发光效率降低。
图3为用于例示输入密度与相对照度(紫外线照度)的关系的曲线图。
相对照度是使用牛尾(Ushio)电机制造的紫外线照度计UIT-250进行测定。头部(head)使用VUV-S172,测定距离设为3mm。
输入密度为施加电力相对于发光长之比。发光长可设为发光管2的管轴方向的外部电极7的长度。
如由图3所得知,若将输入密度设为0.3W/cm以上且1.4W/cm以下,则可使相对照度成为90%以上。这意味着,即便在向周围的散热受到抑制那样的环境下使阻挡放电灯1点灯的情况下,若将输入密度设为0.3W/cm以上且1.4W/cm以下,则也可提高发光效率。
而且,如上文所述,在发光管2的内部空间中产生的紫外线经由发光管2而照射至外部。因此,发光管2是由紫外线的透过率高的材料形成。紫外线的透过率高的材料例如可设为合成石英玻璃等含有SiO2的材料。但是,若峰值波长为172nm的紫外线入射至含有SiO2的材料,则有时材料的化学结构经时变化。例如,若紫外线入射至SiO2,则有时Si与O的键被切断。因此,若使阻挡放电灯1长时间点灯,则发光管2的材料的化学结构产生缺陷,可能导致紫外线的透过率急剧降低,进而照度维持率降低。
根据本发明人所得的见解,若增多含有SiO2的材料所含的OH基的量,则即便因紫外线的入射而使得Si与O的键被切断,也可修复化学结构的缺陷。
图4为用于例示OH基的含量、照度维持率及点灯时间的关系的曲线图。
如由图4所得知,若将OH基的含量设为100ppm以上,则即便为产生峰值波长为172nm的紫外线的阻挡放电灯1,也可长时间保持高的照度维持率。这意味着,可实现阻挡放电灯1的长寿命化。
但是已判明,若过于增多OH基的含量,则紫外线的透过率降低。
图5为用于例示OH基的含量与相对紫外线照度的关系的曲线图。
如由图5所得知,若OH基的含量超过1500ppm,则紫外线的透过率降低,因而相对紫外线照度降低。
因此,如由图4及图5所得知,优选发光管2由合成石英玻璃等含有SiO2的材料形成,且使OH基的含量成为100ppm以上且1500ppm以下。若这样设定,则即便于发光管2的内部空间中产生峰值波长为172nm的紫外线,也可长时间保持高的照度维持率。而且,可抑制紫外线的透过率降低。
图6的(a)~图6的(d)为用于例示其他实施方式的阻挡放电灯的示意图。此外,为了避免变得烦杂,将与上文所述的阻挡放电灯1的结构元件相同的结构元件适当省略。
如图6的(a)所示,内部电极14可具有线圈14a及线脚4b。线圈14a呈螺旋状,设于发光管2的内部空间。若将发光管2的管轴方向的邻接的线材的间隔设为线圈14a的节距尺寸Pa,则线圈14a的节距尺寸Pa例如可设为15mm~90mm左右。线圈14a在发光管2的内部空间,沿着发光管2的管轴而延伸。图1的(a)及图1的(b)所例示的线圈4a由锚具5支撑,但线圈14a的外侧端与发光管2的内壁接触。此外,也可在线圈14a的外侧端与发光管2的内壁之间设置稍许的间隙。此时,也可省略锚具5。
若这样设定,则可减小线圈14a与外部电极7之间的距离,因而即便启动电压更低也可启动。而且,即便维持电压更低也可维持发光。即,可使瞬间点灯性能进一步提高,且使点灯状态也更稳定。
如图6的(b)所示,外部电极17可呈螺旋状,且卷绕于发光管2的外表面。
若这样设定,则可抑制下述情况:在发光管2的内部空间中产生的紫外线向外部照射时,被外部电极17遮挡。
如图6的(c)所示,外部电极17可呈螺旋状,且卷绕于发光管2的外表面。而且,可省略锚具5。
若这样设定,则可抑制下述情况:在发光管2的内部空间中产生的紫外线向外部照射时,被外部电极17遮挡。而且,可通过省略锚具5而降低制造成本。
如图6的(d)所示,外部电极7可设为网眼状,且内部电极4具有线圈4a及线脚4b。另外,可省略锚具5。
若这样设定,则可降低制造成本。
(阻挡放电灯单元100以及液体处理装置200)
接下来,对阻挡放电灯单元100及液体处理装置200进行例示。
此外,以下作为一例,对设有图1的(a)所例示的阻挡放电灯1的情况进行说明,但例如也可设有图6的(a)~图6的(d)所例示的阻挡放电灯。
图7为用于例示阻挡放电灯单元100及液体处理装置200的示意图。
如图7所示,在液体处理装置200,可设置阻挡放电灯单元100、点灯电路201及控制器202。
阻挡放电灯单元100可具有阻挡放电灯1、保护管101、盖102及密封构件103。
保护管101呈筒状,具有全长(管轴方向的长度)较管径更长的形态。保护管101例如可设为圆筒管。保护管101的其中一个端部被堵塞,另一个端部开口。在保护管101的开口侧的端部设有凸缘101a。在保护管101的内部空间,可收容阻挡放电灯1。
如图7所示,保护管101可设于作为处理对象的液体300(例如水)中。此时,以收容于保护管101的阻挡放电灯1位于液体300的内部的方式设定。盖102及密封构件103优选以位于液体300的外部的方式设定。保护管101例如可设于在水槽等中不流动的液体300中,也可设于在槽或配管等流路中流动的液体300中。
从阻挡放电灯1照射的紫外线经由保护管101而照射于液体300。因此,保护管101是由紫外线的透过率高的材料形成。保护管101例如由合成石英玻璃等含有SiO2的材料形成。此时,与上文所述的发光管2的情况同样地,保护管101优选由合成石英玻璃等含有SiO2的材料形成,且使OH基的含量成为100ppm以上且1500ppm以下。若这样设定,则即便从阻挡放电灯1照射峰值波长为172nm的紫外线,也可长时间保持高的照度维持率。这意味着,可实现阻挡放电灯单元100的长寿命化。而且,可抑制紫外线的透过率降低。
盖102呈板状,堵塞保护管101的开口。在盖102设有将厚度方向贯穿的孔。导线8及导线9经由设于盖102的孔而伸出至外部。导线8与孔的间隙、导线9与孔的间隙由密封材料密封。
密封构件103设于盖102与保护管101的凸缘101a之间。密封构件103例如可设为O环等。通过将盖102及密封构件103安装于保护管101的凸缘101a,从而以保护管101的内部空间变得气密的方式密封。
此处,若在保护管101的内部空间中存在氧,则可能导致从阻挡放电灯1照射的紫外线衰减。因此,优选在保护管101的内部空间中封入氮气或惰性气体。此时,若将封入的气体设为氮气,则可降低制造成本。
点灯电路201例如可具有高频产生电路。高频产生电路例如可产生频率为100kHz左右且电压为2kVp-p的电力。导线8及导线9可电连接于点灯电路201。而且,点灯电路201具有切换向阻挡放电灯1的电力施加、与电力施加的停止的开关。而且,也可由一个点灯电路201对多个阻挡放电灯1施加电力。
控制器202可具有中央处理器(Central Processing Unit,CPU)等运算元件、半导体存储器等存储元件。控制器202例如可设为计算机。在存储元件中,可保存控制点灯电路201的控制程序。运算元件可基于保存于存储元件的控制程序,控制向阻挡放电灯1的电力施加、电力施加的停止等。在控制器202,可设置供操作者输入数据的输入部、显示阻挡放电灯1的运行状况或异常显示等的监视器(monitor)、电源开关等。而且,也可由一个控制器202控制多个点灯电路201。
此处已判明,若过于延长保护管101的内壁、与外部电极7的外侧端之间的间隙尺寸S(最短距离),则从保护管101照射的紫外线的相对照度降低。
图8为用于例示间隙尺寸S与紫外线的相对照度的关系的曲线图。
图8的相对照度是输入密度为1W/cm的情况下的紫外线的相对照度。而且,将间隙尺寸S为2mm的情况下的紫外线的相对照度设为100%。
如由图8所得知,若将间隙尺寸S设为10mm以下,则可使相对照度成为90%以上。这意味着,可抑制保护管101的内部的紫外线的衰减,可提高紫外线的取出效率。若紫外线的取出效率提高,则可提高液体中的杂质的除去率,或缩短照射时间,或减少施加电力。
以上,例示了本发明的若干实施方式,但这些实施方式是作为示例而提示,并非意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能以其他各种方式实施,能在不偏离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更等。这些实施方式或其变形例包含于发明的范围或主旨,并且也包含于权利要求所记载的发明及其均等范围。而且,所述各实施方式可相互组合而实施。
Claims (6)
1.一种阻挡放电灯,包括:
发光管,呈筒状,且在内部空间封入有气体;
内部电极,设于所述内部空间;以及
外部电极,设于所述发光管的外部,
所述发光管的外径为10mm以上且25mm以下,
输入密度为0.3W/cm以上且1.4W/cm以下。
2.根据权利要求1所述的阻挡放电灯,其中,
所述发光管包含含有SiO2的材料,所述材料的OH基的含量为100ppm以上且1500ppm以下。
3.根据权利要求1或2所述的阻挡放电灯,其中,
所述外部电极呈网眼状。
4.根据权利要求1或2所述的阻挡放电灯,其中,
所述内部电极具有线圈。
5.一种阻挡放电灯单元,包括:
权利要求1至4中任一项所述的阻挡放电灯;以及
保护管,收容所述阻挡放电灯,
在所述保护管的收容所述阻挡放电灯的内部空间中封入有氮气,
所述保护管的内壁、与设于所述阻挡放电灯的外部电极的外侧端之间的间隙尺寸为10mm以下。
6.一种液体处理装置,包括:
权利要求5所述的阻挡放电灯单元;以及
点灯电路,电连接于设于所述阻挡放电灯单元的阻挡放电灯。
Applications Claiming Priority (2)
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JP2020032841A JP2021136186A (ja) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | バリア放電ランプ、バリア放電ランプユニット、および液体処理装置 |
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