KR101492649B1 - 단파장 자외선 방전등과 자외선 조사 처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단파장 자외선 방전등과 자외선 조사 처리 장치에 관한 것으로서, 그 목적은 불소 수지로 피복된 절연 도체를 구비하고, 파장이 220nm 이하인 자외선을 조사하는 방전등에 있어서, 인체에 유해한 또 방사 광량의 감소의 원인이 되는 불화수소 및 불화수소산의 발생을 억제하는 것이다. 본 발명의 방전등은 석영 유리관(31)과, 그 양단에 배치된 한쌍의 전극(32a, 32b)과, 상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 연장되는 리드선(60)을 구비한다. 상기 리드선은 불소 수지로 이루어진 절연체로 피복된 절연 도체를 금속제의 외층 부재로 피복한 것이다. 상기 리드선에는 자외선이 조사되지만, 불소 수지에 자외선이 닿지 않으므로 불화수소 및 불화수소산이 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 적어도 220nm 이하의 파장 영역으로 발광하는 단파장 자외선 방전등과 이 방전등을 탑재하여 방전등으로부터 방사되는 자외선을 이용한 자외선 조사 처리 장치에 관한 것이다.
단파장영역의 자외선은 유해물이나 유기물의 분해나 살균 등에 이용되고 있다. 특히 220nm 이하의 파장영역의 자외선은 H-OH를 해리하는 에너지를 갖기 때문에 수중에 포함되는 유기물을 분해하기 위한 자외선 처리 장치에 이용되고 있다.
도 7에 종래의 자외선 조사 처리 장치의 예를 도시한다. 도 7은 종래의 자외선 조사 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 7에서 도면부호 "1"은 스테인레스제의 실린더를 도시하고, 그 양단은 플랜지(7a, 7b)로 닫혀져 있다. 피처리수(5)는 입수구의 플랜지(7c)측으로부터 출수구의 플랜지(7d)측을 향해 흐르지만, 피처리수(5)의 쇼트 패스를 방지하기 위해 실린더(1) 내에 구멍이 뚫린 복수의 원반형상 환류판(6a, 6b, 6c, 6d, 6e)이 동축상에 소정의 간격을 두고 배치되어 있다.
도면부호 "4"는 단파장 자외선 방전등(이하, 방전등)이며, 220nm 이하의 파 장의 자외선을 포함하는 광을 방사한다. 이 방전등으로서는 일반적으로 220nm 이하의 파장영역으로부터 장파장영역에 투과성을 갖는 석영 유리관으로 구성된 저압 수은 증기 방전등이 사용된다.
도면부호 "2"는 환류판(6a, 6b, 6c, 6d, 6e)의 구멍을 관통하여 배치된 투광관이다. 투광관(2)은 양 단 외부 둘레가 플랜지(7a, 7b)로 수밀(水密)하게 유지되어 있다. 상기 방전등(4)은 투광관(2) 내에 장착되어 있고, 방전등(4)이 배치되는 공간은 피처리수(5)로부터 격리되어 있다.
또한, 투광관(2)은 방전등(4)과 마찬가지로 220nm 이하의 파장영역에서 장파장영역에 투과성을 갖는 석영 유리로 구성되어 있다(투광관(2)과 방전등(4)은 통상 복수개를 평행하여 설치되지만, 도 7에서는 1개만을 나타냄).
방전등(4)으로부터 조사되는 자외선은 투광관(2)을 투과하여 피처리수(5)에 조사된다.
물분자 H2O의 H-OH의 결합 에너지는 499kJ/mol이므로 220nm 이하의 파장의 자외선은 물분자 H2O를 해리하여 OH 래디컬을 생성한다. 생성된 OH 래디컬은 예를 들면 다음 식에 나타내는 바와 같이 수중의 유기물을 CO, CO2, H2O로 분해한다.
H2O+hυ(185nm) → H+OH 래디컬
CnHmOk+OH 래디컬 → CO, CO2, H2O
(n, m, k는 양의 정수)
계속해서, 도 7중의 방전등(4)에 대해 자세히 설명한다.
방전등(4)은 석영 유리로 구성된 관체(31)와 그 양단에 한쌍의 전극(32a, 32b)을 구비한다.
관체(31) 내에는 발광 금속으로서 수은이 봉입되어 있다. 그리고, 일측의 전극(32b)은 리드선(3)에 의해 방전등(4)의 외벽을 따라서 타단측으로 도출되고, 다른측의 전극(32a)에 연결되는 리드선(3)과 함께 구금(37)에 수납되고, 소정의 도전체로 이루어진 단자에 소켓(38)을 통해 전기적으로 전원으로 접속 가능하게 되어 있다.
리드선(3)은 방전등(4)의 외벽을 따라서 이끌려 배치되기 때문에 그 절연 재료는 방전등(4)으로부터의 발열에 견디지 않으면 안된다. 이 때문에 리드선(3)의 절연 재료로서는 내열성이 우수한 예를 들면 ETFE(에틸렌·테트라플루오로에틸렌 공중합체), FEP(테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체), PFA(퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체), PTFE(테트라플루오로에틸렌 수지) 등의 불소 수지가 사용되고 있다.
그리고, 실린더(1)에 소정의 피처리수를 통수하면서 방전등(4)에 소정의 전원을 공급하여 점등시키면, 185nm의 자외선을 포함하는 수은 특유의 자외선이나 가시광선이 방사되고, 상기 유기물의 분해 반응이 발생하며, 피처리수 중의 유기물은 CO, CO2, H2O 등이 되어 제거된다.
그런데, 방전등(4)은 자외선 출력의 저하에 따라 대략 반년~1년간 정기적으 로 교환할 필요가 있지만, 종래의 리드선(3)에 절연 피복체로서 불소 수지를 사용한 방전등(4)에서는 교환 시에 심한 냄새나 피부의 통증이 있었다. 이는 220nm 이하의 파장영역을 이용하는 장치 특유의 문제이고, 240~280nm의 파장영역을 이용하는 자외선 조사 처리 장치에는 보이지 않는 현상이다.
즉, 불소 수지의 C-F 결합 에너지는 539kJ/mol이므로 240~280nm의 파장영역의 자외선을 받아도 장해가 되지 않지만, 220nm 이하의 파장영역의 자외선에 노출되면, 리드선(3)을 구성하는 불소 수지로부터 불소 성분이 해리된다. 이것이 주위의 습기와 반응하여 유해한 불화 수소 또는 불화 수소산을 생성하는 것이라고 생각된다.
이 불화수소나 불화수소산이 생성되면, 투광관(2)의 구성 재료의 석영 유리와 반응하여 투광관(2)에 백탁을 생기게 하고, 이 백탁에 의해 피처리물로의 조사 광량이 저감되어 처리 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 불화수소나 불화수소산은 인체에 유해하므로 작업 환경을 악화시키는 문제도 있었다.
이 때문에 방전등의 리드선으로서 절연 피복이 없는 비절연 도선을 사용하여 방전등으로의 공급 전원이 절단되지 않는 한 투광관으로부터 방전등을 빼내지 않도록 구성된 자외선 조사 처리 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제2002-282851호 참조).
그러나, 일본 공개특허공보 제2002-282851호에 기재된 구조의 자외선 조사 처리 장치에서는 이 장치를 새롭게 제조할 수 있지만, 이미 설치된 종래의 구조를 구비한 장치의 경우에는 개조에 비용과 시간을 요하는 문제가 있었다. 또한, 비절 연 도선을 리드선으로서 사용한 방전등은 작업자가 취급하기 어려운 문제도 있었다.
불화수소나 불화수소산의 생성을 해소하기 위해서는 리드선을 구성하는 절연체로서, 예를 들면 비할로겐계의 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 고분자 화합물이나 마이카와 같은 무기 절연체를 사용하는 것도 생각할 수 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제 2007-220549호 참조).
그러나, 이와 같은 비할로겐계의 절연체는 불소 수지에 비해 비유전율이 높으므로 누설 전류를 증대하기 쉬운 문제가 있다.
즉, 불소 수지의 비유전률은 2.1 정도이지만, 예를 들면 폴리이미드나 폴리아미드이미드의 비유전률은 3.2 이상이고, 마이카는 7.0 이상이며, 대부분의 비할로겐계의 유전체의 비유전률은 불소 수지보다도 높은 경향이 있다.
유전체의 컨덴서 용량은 비유전률에 비례하므로 비유전률이 높으면, 대지(對地)간이나 대향 전위간의 컨덴서 용량이 커진다.
이 때문에 I=V×ωC(I는 전류, V는 전압, C는 컨덴서 용량, ω는 ω=2πf가 되는 상수)의 관계로부터 컨덴서를 통해 어스나 대향 전위로 흐르는 누설 전류가 증대하기 쉬워진다.
통상, 자외선 조사 처리 장치에는 복수의 방전등과, 이들 방전등을 20~100kHz의 고주파를 구동하여 안정적으로 점등시키기 위한 전자 안정기가 복수개 탑재되어 있다. 전자 안정기에는 점등·소등 및 전체 광 점등·조광 점등 등의 원격 조작이나 방전등이 비점등이 된 경우의 점등 이상 표시, 전원 조작판 내가 과열 된 경우의 온도 이상 표시, 또는 사고의 확대를 미연에 방지하기 위한 보호 회로 등 여러 가지 기능도 부가되어 있다.
이들 기능은 수 mA 오더의 미소한 전류 신호로 조작되어 있으므로 누설 전류의 증대는 매우 미소해도 전자 안정기의 오동작을 유발할 우려가 있기 때문에 폴리이미드나 폴리아미드이미드 또는 마이카 등의 고유전률 재료를 리드선의 절연체로서 이용하는 것은 반드시 가장 좋은 방법이 아니다.
본 발명의 목적은 220nm 이하의 파장영역을 포함하는 자외선이 방사되는 단파장 자외선 방전등에 있어서, 피처리물의 처리 효율의 저하를 방지하고, 인체에 안전하고 운전 조작의 신뢰성이 우수한 단파장 자외선 방전등 및 이를 사용한 자외선 조사 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 단파장 자외선 방전등은 석영 유리관의 양단에 서로 대향하는 한쌍의 전극을 구비하고, 상기 석영 유리관 내에 적어도 220nm 이하의 파장영역으로 발광하는 물질을 봉입하고, 일측의 상기 전극에 전기적으로 접속된 리드선은 상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른측으로 인도되고, 또한 상기 다른측의 상기 전극에 전기적으로 접속된 도선과 동일측에서 공급 전원에 접속되어 이루어진 단파장 자외선 방전등에 있어서, 상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른쪽 전극 근방으로 인도된 리드선이 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체 상에 금속제의 외장 부재를 피복하여 이루어지고, 상기 금속제의 외장 부재는 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
즉, 이 단파장 자외선 방전등은 220nm 이하의 파장영역을 포함하는 자외선을 방사하는 편구금형 방전등이고, 석영 유리관의 외벽을 따라서 이끌려 설치되는 리드선을 구비하고 있다. 이 리드선은 불소 수지 절연체로 도선이 피복된 절연 도체 상에 금속제의 외장 부재를 피복하여 이루어진 것이다.
이 금속제의 외장 부재에 의해 도선을 피복하는 절연체가 불소 수지 절연체로 구성되어 있어도 상기 절연체 상에는 금속제의 외장 부재가 피복되어 설치되어 있으므로 방전등으로부터 220nm 이하의 자외선을 조사한 경우에 불소 수지가 바로 자외선에 노출되지 않는다.
이와 같이 본 발명의 단파장 자외선 방전등은 리드선의 절연체의 불소 수지가 바로 자외선에 노출되지 않으므로 불화수소나 불화수소산의 발생이 방지된다.
따라서, 본 발명의 단파장 자외선 방전등은 인체에 대해 안전하고, 또는 투광관을 구성하는 석영 유리와 이들 불화수소나 불화수소산이 반응하여 투광관에 백탁을 생기게 하지도 않고, 피처리물로의 조사광량의 저감을 방지할 수 있다.
또한, 리드선의 절연체로서 비유전률이 낮은 불소 수지를 사용하고 있으므로 누설 전류의 발생이 억제되어 방전등을 점등시키기 위한 전자 안정기의 오작동이 방지되고, 운전 조작의 신뢰성이 향상된다.
본 발명에 따른 단파장 자외선 방전등의 상기 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체로서는, 예를 들면 도체 상에 불소 수지의 압출 성형, 관 형상 피복 또는 테이프 감기에 의해 피복된 것이 예시된다.
이들 절연 도체에서는 도체 상에 불소 수지 절연체를 저비용으로 용이하게 피복할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단파장 자외선 방전등의 상기 금속제의 외장 부재로서는 예를 들면 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금 등이 예시된다.
이들 금속은 내열성, 내자외선성이 우수하고, 내산화성이 우수하며, 이들 금속으로 제작된 외장 부재는 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 단파장 자외선 방전등의 외장 부재는 이들 금속에 의한 증착, 관 형상 피복, 테이프 감기, 섬유의 편조(編組) 또는 이들의 조합에 의해 상기 절연 도체 상에 피복된다.
이들 외장 부재는 절연 도체 상에 저비용으로 용이하게 피복할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단파장 자외선 방전등은 일측에 상기 전극에 전기적으로 접속된 리드선을 상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른 측으로 인도되고, 상기 리드선의 인도된 단말과 상기 다른측의 전극에 전기적으로 접속되는 도선의 단말을 일체가 되는 구금(口金)에 수납한 것을 특징으로 한다.
이 단파장 자외선 방전등은 공급 전원으로의 착탈이 용이하고, 취급이 편리하다.
본 발명에 따른 자외선 조사 처리 장치는 이들 단파장 자외선 방전등을 적어도 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 투광관에 내삽(內揷)함으로써 구성된다.
이 자외선 조사 처리 장치에 의하면 단파장 자외선 방전등으로부터 방사되는 자외선을 투광관의 벽을 통해 피처리물에 조사하여 예를 들면 수중의 유기물의 분해 반응 처리에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 조사 처리 장치는 석영 유리관의 양단에 서로 대향하는 한쌍의 전극을 구비하고, 상기 석영 유리관 내에 적어도 220nm 이하의 파장영역으로 발광하는 물질을 봉입하여 이루어진 양 구금형 단파장 자외선 방전등을 적어도 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 투광관에 내삽하여 이루어진 자외선 조사 처리 장치에 있어서, 상기 단파장 자외선 방전등의 일측의 구금에 끼워 맞추는 소켓을 통해 전기적으로 접속된 리드선을 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체상에 금속제 외장 부재를 피복하여 구성하고, 상기 리드선을 상기 단파장 자외선 방전등의 외벽을 따라서 다른측으로 인도하고, 상기 다른측의 구금에 끼워 맞추는 소켓과 동일측에서 상기 단파장 자외선 방전등을 점등하기 위한 공급 전원에 접속하고, 상기 금속제의 외장 부재는 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 자외선 조사 처리 장치는 220nm 이하의 파장영역을 포함하는 자외선을 방사하는 양 구금형 단파장 자외선 방전등을 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 투광관에 내삽한 것으로서 관리를 용이하게 하기 위해 상기 방전등을 일측에서 공급 전원에 접속 가능하게 하고, 이 때문에 투광관 내에서 이끌려 설치되는 리드선이 구비되어 있다. 이 리드선은 도선이 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체상에 금속제의 외장 부재가 피복되어 있다. 이에 의해 도선을 피복하는 절연체가 불소 수지로 구성되어 있어도 불소 수지가 바로 자외선에 노출되지 않는다. 따라서, 불화수소나 불화수소산의 발생이 방지되므로 인체에 대해 안전하고, 투광성을 구성하는 석영 유리에 백탁을 생기게 하지도 않으므로 피처리물로의 조사광량의 저감을 방지할 수 있다. 또는 절연체로서 비유전률이 낮은 불소 수지를 사용하여 누설 전류의 발생이 억제되므로 방전등을 점등시키기 위한 전자 안정기의 오동작을 방지하고, 운전 조작의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 조사 처리 장치의 상기 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체로서는, 예를 들면 도체상에 불소 수지의 압출 성형, 관 형상 피복 또는 테이프 감기에 의해 피복된 것이 예시된다.
이에 의하면 도체상에 불소 수지 절연체를 저비용으로 용이하게 피복할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 조사 처리 장치의 상기 금속제의 외장 부재로서는 예를 들면 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금 등이 예시된다.
이들 금속은 내열성, 내자외선성이 우수하고, 내산화성이 우수하며, 이들 금속으로 제작된 외장 부재는 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 조사 처리 장치의 리드선의 외장 부재는 이들 금속에 의한 증착, 관 형상 피복, 테이프 감기, 섬유의 편조 또는 이들 조합에 의해 상기 절연 도선상에 피복된다.
이들 외장 부재는 절연 도선상에 저비용으로 용이하게 피복할 수 있다.
본 발명에 의하면 피처리물의 처리 효율의 저하를 방지하고, 인체에 안전하며, 운전 조작의 신뢰성이 우수한 단파장 자외선 방전등 및 이를 사용한 자외선 조사 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단파장 자외선 방전등의 구성을 모식적으로 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 도시한 방전등에 이용한 리드선의 구성을 모식적으로 도시한 단면도,
도 3은 도 1에 도시한 방전등의 변형예를 모식적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자외선 조사 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 이용한 시험용 자외선 조사 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도,
도 6은 비교예에 이용한 시험용 리드선의 구성을 모식적으로 도시한 단면도, 및
도 7은 종래의 자외선 조사 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더 2 : 투광관
3, 60 : 리드선 4, 100, 100A : 방전등
5 : 피처리수 6a, 6b, 6c, 6d : 환류판
7a, 7b, 7c, 7d : 플랜지 10a, 10b : 급전핀
21 : 도체 22 : 불소 수지 절연체
23a, 23b : 외장 부재 31 : 관체
32a, 32b : 필라멘트 33a, 33b, 33c, 33d : 이너 리드
34a, 34b, 34c, 34d : 몰리브덴박 35a, 35b, 35c, 35d : 아우터 리드
36 : 캡 37, 37a, 37b : 구금
38, 50a, 50b : 소켓 70 : 고무캡
200 : 자외선 조사 처리장치
(발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단파장 자외선 방전등의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 또한, 상기 도 7에 도시한 방전등과 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략 또는 생략한다.
방전등(100)은 220nm 이하의 파장영역에서 장파장영역에 걸쳐 투과성을 갖는 외부 직경 15mm, 전체 길이 1.6m의 석영 유리로 구성된 관체(31)를 구비한다. 관 내부 직경과 방전 전류와 전위 경도의 관계를 적정하게 한 방전등(100)은 고효율로 고출력형이다. 관체(31)의 양단에는 한쌍의 필라멘트(전극)(32a, 32b)가 약 1.5m의 간격으로 대향하여 배치되어 있다. 한쌍의 필라멘트(32a, 32b)는 각각 이너 리드(33a, 33b, 33c, 33d)에 연결되고, 몰리브덴박(34a, 34b, 34c, 34d)이 아우터 리드(35a, 35b, 35c, 35d)를 통해 관체(31) 내에 유지되며, 또한 관체(31)의 외부에 전기적으로 도출된다. 또한, 관체(31) 내에는 수은과 희가스가 적량 봉입되어 있다. 또한, 방전등(100)은 한쪽에 관 단부를 보호하기 위한 세라믹제 캡(36)을 구비하고, 다른쪽에 도전부로서의 급전핀(10a, 10b)을 갖는 세라믹제의 구금(37)을 구비하고 있다.
리드선(60)은 그 한단이 한쪽의 필라멘트(32b)에 전기적으로 접속된 아우터 리드(35c)에 압착 접속되고, 관체(31)의 외벽을 따라서 다른쪽 필라멘트(32a) 근방으로 도출되며, 그 타단이 구금(37)중에서 급전 핀(10b)에 납땜되어 있다. 필라멘트(32a)의 아우터 리드(35b)도 구금(37) 내에서 급전 핀(10a)에 납땜되어 있고, 이른바 편구금형 방전등의 형태를 이루고 있다. 리드선(60)은 도 2에 도시한 바와 같이 단면적이 약 0.6㎟인 구리제의 연선(撚線) 도선으로 이루어진 도체(21)를 FEP(테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체)의 압출 성형으로 만들어진 불소 수지 절연체(22)로 절연한 절연 도체상에 외장 부재(23a)로서 두께 150㎛, 폭 8mm의 알루미늄제의 테이프를 나선 형상으로 감고, 또한 이 테이프상에 외장 부재(23b)로서 외부 직경 500㎛의 알루미늄 섬유를 편조한 것이다. 여기서는 FEP의 압출 성형에 의해 연선 도선으로 이루어진 도체(21)상에 불소 수지 절연체(22)를 피복하여 절연했지만, 이 이외에 예를 들면 관 형상 피복, 테이프 감기에 의해 피복할 수도 있다. 또한, 불소 수지 절연체(22)로서는 상기 FEP 이외에 예를 들면 ETFE, PFA, PTFE 등의 널리 알려진 불소 수지를 이용할 수도 있다. 또한 외장 부재(23a, 23b)의 재질로서 알루미늄을 사용했지만, 그 이외에 내열성, 내자외선 특성이 우수하고, 산화되기 어려운 금속이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금이 바람직하다.
이 방전등(100)을 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 주지된 석영 유리제의 투광관(도시하지 않음)에 내삽하여 자외선 조사 처리 장치를 구성하고, 소정의 전자 안정기(도시하지 않음)를 통해 예를 들면 방전 전류(1A)로 점등시키면, 방전등(100) 전력의 약 5%에 상당하는 7.5W가 185nm의 자외선 에너지로서 방사되며, 그 자외선의 일부는 관체(31)의 외벽을 따라서 이끌려 설치된 리드선(60)에도 조사된다. 이때, FEP로 이루어진 불소 수지 절연체(22)상에는 외장 부재(23a, 23b)로서 알루미늄제 테이프가 나선 형상으로 감기고, 또한 테이프상이 알루미늄 섬유로 편조되어 있으므로 불소 수지 절연체(22)에는 바로 자외선이 닿지 않는다. 따라서, 리드선(60)으로부터 유해한 불화수소나 불화수소산의 발생이 방지되므로 투광관을 구성하는 석영 유리와 이들 불화 수소나 불화 수소산이 반응하여 투광관에 백탁을 발생시키지도 않고 피처리물로의 조사광량의 저감을 방지할 수 있다. 또한, 리드선(60)에서 구리제의 연선 도선으로 이루어진 도체(21)를 피복하는 불소 수지 절연체(22)로서 비유전률이 낮은, 예를 들면 FEP 등의 불소 수지를 사용하여 누설 전류가 발생하기 어렵고, 전자 안정기의 오작동을 방지할 수 있다.
여기서, 방전등(100)을 수 백개 준비하고, 이들 방전등(100)을 주지된 투광관에 내삽하여 자외선 조사 처리 장치를 운전한 결과, 특단의 문제점도 없고 만족스러운 성능을 발휘했다. 또한, 이 자외선 조사 처리 장치를 1년간 사용한 후, 방전등(100)을 교환할 때에는 안전, 환경, 건강상은 물론 교환, 취급, 폐기 작업 시에도 전혀 장해가 없는 것이 확인되었다.
따라서, 본 실시형태에 의하면 방전등(100)의 관체(31) 외벽을 따라서 이끌려 설치되는 리드선(60)을 FEP로 이루어진 불소 수지 절연체(22)상에 외장 부재(23a, 23b)로서 알루미늄제의 테이프를 나선 형상으로 감고, 또한 이 테이프상에 알루미늄 섬유를 편성하여 구성하여 220nm 이하의 자외선을 방전등(100)으로부터 방사해도 유해한 불화수소나 불화수소산의 발생이 방지되어 인체에 안전하다. 또한, 투광관을 구성하는 석영 유리와 이들 불화수소나 불화수소산이 반응하여 투광관에 백탁을 발생하지도 않고, 피처리물로의 조사 광량의 저감을 방지할 수 있다. 또한, 연선 도선으로 이루어진 도체(21)를 피복하는 불소 수지 절연체(22)로서 비유전률이 낮은 불소 수지를 사용하여 전자 안정기의 오작동을 방지하고, 운전 조작의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 대향하는 전극(32a, 32b)으로 접속되는 급전 핀(10a, 10b)이 구금(37) 내에 수납된 형태의 편구금형 방전등을 이용하여 방전등(100) 및 자외선 조사 처리 장치에 대해 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 3에 도시한 리드선(60)을 관체(31)의 전방으로 인출하여 공급 전원에 커넥터 접속하는 형태의 방전등(100A)이라도 좋다.
계속해서 본 발명의 일 실시형태에 따른 자외선 조사 처리장치에 대해 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 양 구금형 방전등을 적용한 자외선 조사 처리 장치의 구성의 방전등과 투광관의 부분만을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 1, 도 3에 도시한 방전등과는 그 형태가 양 구금형 방전등인 점이 다르다. 또한, 도 1 및 도 3에 도시한 방전등과 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 간략 또는 생략한다.
자외선 조사 처리 장치(200)는 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 투광관(2)에 방전등(100B)을 내삽하여 이루어진다. 방전등(100B)은 220nm 이하의 파장영역을 포함하는 자외선을 방사하는 양 구금형 방전등이다. 방전등(100B)의 양단의 전극(32a, 32b)과 각각 전기적으로 접속된 구금(37a, 37b)에는 소켓(50a, 50b)이 끼워 맞춰지고, 소켓(50b)에 접속된 리드선(60)이 투광관(2) 내에서 소켓(50a)측까지 이끌려 설치되고, 소켓(50a)측에서 상기 방전등(100B)을 점등하기 위한 공급 전원으로의 접속을 착탈하는 구조이다. 또한, 리드선(60)은 상술한 바와 같고, 도 1, 도 2, 도 3에 도시한 것과 동일하다.
이와 같은 양 구금형 방전등(100B)을 적용한 자외선 조사 처리 장치(200)에서도 리드선(60)(도 2 참조)을 불소 수지 절연체(22)로 도체(21)가 피복된 절연 도체상에 외장 부재(23a, 23b)로서 알루미늄제의 테이프를 나선 형상으로 감고, 또한 알루미늄 섬유로 편조하여 구성하여 220nm 이하의 자외선을 방전등(100B)으로부터 방사해도 불소 수지 절연체(22)에는 바로 자외선이 닿지 않는다. 따라서, 리드선(60)으로부터 유해한 불화수소나 불화수소산의 발생이 방지되므로 인체에 대해 안전하고, 또는 투광관을 구성하는 석영 유리와 이들 불화 수소나 불화 수소산이 반응하여 투광관에 백탁을 발생시키지도 않고, 피처리물로의 조사 광량의 저감을 방지할 수 있다. 또한 누설 전류도 발생하기 어렵고, 전자 안정기의 오작동을 방지할 수 있다.
(그외의 실시형태)
또한, 본 발명은 상기 실시형태의 기재 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
예를 들면, 본 실시형태에서는 리드선(60)에서 불소 수지 절연체(22)로 피복된 도체(21)는 연선 도선으로 이루어지지만, 도체(21)의 형태는 임의이고, 예를 들면, 단선, 집합선 또는 편조선을 이용할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는 한쌍의 필라멘트(32a, 32b)의 각각 편측에 리드선(60)을 접속하고, 급전 핀(10a, 10b)을 구비한 구금(37)을 갖는 인스턴트 스타트형 저압 수은 증기 방전등, 즉 관체(31) 외로 이끌려 설치된 리드선(60)이 1개인 경우에 대해 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 한쌍의 필라멘트(32a, 32b)에 리드선(60)을 각각 접속하고, 필라멘트(32a, 32b)를 미리 가열시키고 나서 방전시키는 플레이히트형 저압 수은 증기 방전등, 즉 관체(31)외로 이끌려 설치된 리드선(60)이 복수라도 좋다. 방전등(100)의 구금(37)의 형상도 임의이다.
또한, 방전등(100, 100A, 100B)은 상기 수은 증기 방전등 이외에 예를 들면 엑시머 램프, 크세논 램프 등의 220nm 이하의 파장영역으로 발광하는 광원에도 적용할 수 있다. 이 경우에도 본 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 자외선 조사 처리 장치에 있어서, 방전등(100, 100A, 100B)을 삽입하는 투광관(2)은 그 양단에 개구부를 갖는 형상에 한정되지 않고, 그 일단은 봉입된 것이라도 좋다. 또한, 상기 장치는 가로형에 한정되지 않고 세로형이라도 좋다.
(실험예)
계속해서 본 발명의 자외선 조사 처리 장치를 모의한 실험예를 도 5와 도 6 을 참조하면서 설명한다. 이 실험예에서는 도 1~도 4에 도시한 일 실시형태의 리드선(60)에서 불소 수지 절연체를 금속제의 외장 부재로 덮는 것이 적합한 것을 실험에 의해 확인했다. 도 5의 (a)는 본 실험에서 사용한 시험용 자외선 조사 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 A-Aa로 절단한 단면도이다. 도 6은 비교예에서 사용한 시험용 리드선의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
(실험예 1)
도 5의 (a), (b)에 도시한 시험용 자외선 조사 처리 장치를 이용하여 시험용 리드선(300)의 자외선 내구성 시험을 소정 기간 실시하여 그 결과를 표 1에 나타냈다. 이 시험용 자외선 조사 처리 장치는 185nm의 파장을 포함하는 자외선을 방사하고, 외부 직경 15mm, 전체 길이 1.6m의 양 구금형 저압 수은 증기 방전등(100B)의 관체의 거의 전체 길이에 걸쳐 그 주위에 동일한 시험용 리드선(300)을 12개 묶어 니켈 나선(도시하지 않음)으로 긴박(緊縛)한 후, 이를 석영 유리제의 투광관(2)에 삽입하며, 투광관(2)의 양단을 고무 캡(70)으로 봉입하여 구성했다. 또한, 방전등(100B) 1개에 대해 시험용 리드선(300)을 12개로 한 것은 관체의 외부를 이끌려 설치되는 시험용 리드선(300)으로부터의 불화수소나 불화수소산의 발생과 석영 유리로 구성된 투광관(2)의 내측 표면이 백탁하는 현상을 가속시키기 때문이다.
본 실험예에서 사용한 시험용 리드선(300)은 도 2에 도시한 리드선(60)에서 도체(21)로서 단면적이 0.6㎟의 주석 도금 구리를 사용하고, 불소 수지 절연체(22)(두께 0.15mm)로서 FTFE를 사용하고, 외장 부재(23a, 23b)로서 두께 20㎛의 알루미늄제의 테이프를 감고, 그 테이프상에 주석 도금된 구리 섬유를 편조하여 구성한 것이다.
(비교예 1)
시험용 리드선(300)으로서 도 6에 도시한 두께 0.15mm의 FEP로 이루어진 불소 수지 절연체(22)가 벗겨진 리드선을 사용한 것 이외는 실험예 1과 동일하게 실시하여 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
(비교예 2)
시험용 리드선(300)으로서 도 6에 도시한 두께 0.15mm의 ETFE로 이루어진 불소 수지 절연체(22)가 벗겨진 리드선을 사용한 것 이외는 실험예 1과 동일하게 실시하여 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
(비교예 3)
시험용 리드선(300)으로서 도 6에 도시한 불소 수지 절연체(22) 대신에 두께 0.25mm의 PVC(폴리염화비닐 수지)로 이루어진 절연체를 적용하고, 이 절연체가 벗겨진 리드선을 사용한 것 이외는 실험예 1과 동일하게 실시하여 결과를 표 1에 나타냈다.
상기 표 1로부터 명확해진 바와 같이, 시험용 리드선(300)으로서 금속제 외장 부재를 사용한 실시예 1에서는 리드선(300)의 외측 표면이 흑색으로 변색되었지만 투광관(2)의 외관에 변화는 보이지 않고, 백탁을 생기게 하지 않았다. 리드선(300)의 외측 표면의 흑색은 최외부의 편조된 주석 도금 구리 섬유중의 주석이 185nm의 자외선과 산소에 의해 생성되는 오존에 의해 주석 산화물을 생성했다고 생각된다. 이 주석 산화물은 피처리물에 대해 자외선 조사하는 경우에 전혀 장해가 되지 않는다. 따라서, 시험예 1에서 사용한 금속제의 외장 부재를 이용한 리드선(300)은 도 1에 도시한 편구금형 방전등의 리드선으로서도 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 비교예 1의 FEP로 이루어진 불소 수지 절연체(22)가 벗겨진 리드선(300)(도 6 참조)에서는 투광관(2)의 내측 표면에 백탁이 생겼다. 상술한 바와 같이 이 백탁은 피처리물로 자외선 조사하는 경우에 자외선 조도의 감쇠를 초래한다. 또한, 백탁의 요인이 되는 불화수소나 불화수소산의 발생은 인체에 유해하다. 따라서 비교예 1에서 사용한 불소 수지 절연체(22)가 벗겨진 리드선(300)은 도 1에 도시한 편구금형 방전등의 리드선으로서 적합하지 않다.
또한, 비교예 2의 내자외선 특성이 우수한 ETFE로 이루어진 불소 수지 절연체(22)가 벗겨진 리드선(300)에서는 불소 수지가 열화되어 절연성을 잃었다. 또한 투광관(2)의 내측 표면은 비교예 1에 나타낸 FEP를 이용한 리드선을 사용한 경우보다도 백탁의 정도가 현저하다. 따라서, 비교예 2에서 사용한 불소 수지 절연체(22)가 벗겨진 리드선(300)은 도 1에 도시한 편구금형 방전등의 리드선으로서 적합하지 않다.
또한, 비교예 3의 PVC로 이루어진 절연체를 사용한 리드선에서는 PVC가 열화되어 PVC로 피복되어 있는 도체가 노출되었다. 따라서 비교예 3에서 사용한 PVC 절연체가 벗겨진의 리드선은 도 1에 도시한 편구금형 방전등의 리드선으로서 적합하지 않다.
따라서 불소 수지 절연체로 도체가 절연된 절연 도체상에 금속제의 외장 부재를 설치한 리드선은 220nm 이하의 자외선이 방사되는 방전등의 관체 외부를 이끌려 설치되는 리드선으로서 적합하다.
Claims (13)
- 석영 유리관의 양단에 서로 대향하는 한쌍의 전극을 구비하고, 상기 석영 유리관 내에 적어도 220nm 이하의 파장영역으로 발광하는 물질을 봉입하고, 일측의 상기 전극에 전기적으로 접속된 리드선은 상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른측으로 인도되고, 또한 상기 다른측의 상기 전극에 전기적으로 접속된 도선과 동일측에서 공급 전원에 접속하여 이루어진 단파장 자외선 방전등에 있어서,상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른쪽 전극 근방으로 인도된 리드선이 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체상에 금속제의 외장 부재를 피복하여 이루어지고,상기 금속제의 외장 부재는 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단파장 자외선 방전등.
- 제 1 항에 있어서,상기 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체는 도체상에 불소 수지의 압출 성형, 관 형상 피복 또는 테이프 감기에 의해 피복되어 이루어진 것을 특징으로 하는 단파장 자외선 방전등.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속제의 외장 부재는 증착, 관 형상 피복, 테이프 감기, 섬유의 편조 또는 이들의 조합에 의해 상기 절연 도체상에 피복되는 것을 특징으로 하는 단파장 자외선 방전등.
- 석영 유리관의 양단에 서로 대향하는 한쌍의 전극을 구비하고, 상기 석영 유리관 내에 적어도 220nm 이하의 파장영역으로 발광하는 물질을 봉입하고, 일측의 상기 전극에 전기적으로 접속된 리드선은 상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른측으로 인도되고, 상기 리드선이 인도된 단말과 상기 다른측의 전극에 전기적으로 접속되는 도선의 단말을 일체가 되는 구금에 수납하고, 상기 구금을 공급 전원에 착탈 가능하게 접속하여 이루어진 단파장 자외선 방전등에 있어서,상기 석영 유리관의 외벽을 따라서 다른쪽 전극 근방으로 인도된 리드선이 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체상에 금속제의 외장 부재를 피복하여 이루어지고,상기 금속제의 외장 부재는 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단파장 자외선 방전등.
- 제 4 항에 있어서,상기 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체는 도체상에 불소 수지의 압출 성형, 관 형상 피복 또는 테이프 감기에 의해 피복되어 이루어진 것을 특징으로 하는 단파장 자외선 방전등.
- 제 4 항에 있어서,상기 금속제의 외장 부재는 증착, 관 형상 피복, 테이프 감기, 섬유의 편조 또는 이들의 조합에 의해 상기 절연 도체상에 피복되는 것을 특징으로 하는 단파장 자외선 방전등.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 단파장 자외선 방전등을 적어도 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 투광관에 내삽하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 조사 처리장치.
- 석영 유리관의 양단에 서로 대향하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 적어도 220nm 이하의 파장영역으로 발광하는 물질을 봉입하여 이루어진 양구금형 단파장 자외선 방전등을 적어도 220nm 이하의 파장영역에 투광성을 갖는 투광관에 내삽하여 이루어진 자외선 조사 처리장치에 있어서,상기 단파장 자외선 방전등의 일측의 구금에 끼워 맞추는 소켓을 통해 전기적으로 접속된 리드선을 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체상에 금속제의 외장 부재를 피복하여 구성하고, 상기 리드선을 상기 단파장 자외선 방전등의 외벽을 따라서 상기 단파장 자외선 방전등의 다른측으로 인도하고, 상기 다른측의 구금에 끼워 맞추는 소켓과 동일측에서 상기 단파장 자외선 방전등을 점등하기 위한 공급 전원에 접속하고,상기 금속제의 외장 부재는 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 처리장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 불소 수지 절연체로 피복된 절연 도체는 도체상에 불소 수지의 압출 성형, 관 형상 피복 또는 테이프 감기에 의해 피복되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 조사 처리장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 금속제의 외장 부재는 증착, 관 형상 피복, 테이프 감기, 섬유의 편조 또는 이들의 조합에 의해 상기 절연 도체상에 피복되는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 처리장치.
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