專(zhuān)利名稱(chēng)：紫外線照射裝置及其運(yùn)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)連續(xù)流動(dòng)的被處理液體照射240nm以下的短波段的紫外線能量的紫外線照射裝置及其運(yùn)用方法，應(yīng)用在存在于被處理液體中的有機(jī)物等的分解處理領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
由于短波段的紫外線具有較強(qiáng)的能量，所以廣泛應(yīng)用于有害物或有機(jī)物的分解等。特別是240nm以下的波段的紫外線，由于其分解水(H2O)生成OH基，所以對(duì)混入水中的有機(jī)物的光反應(yīng)分解有利。以下表示反應(yīng)式的一例。
(n、m、K為1、2、3、......)在上述的反應(yīng)式中，由于分解水而生成的OH基氧化力強(qiáng)，所以起到將存在于水中的有機(jī)物分解成CO、CO2、H2O等的作用。即，240nm以下的短波長(zhǎng)紫外線(式中的hv)是用于生成OH基的能量。
作為放射240nm以下的紫外線的紫外線光源，已知低壓水銀蒸汽放電燈。低壓水銀蒸汽放電燈一般是用石英玻璃制成紫外線發(fā)光用的發(fā)光管、在該發(fā)光管內(nèi)的兩端設(shè)一對(duì)燈絲、在該發(fā)光管內(nèi)封入氬氣(Ar)等稀有氣體和適量的水銀的放電燈。在該低壓水銀蒸汽放電燈中，通過(guò)向一對(duì)的燈絲供給放電電流，使其從發(fā)光管發(fā)出185nm的水銀特有的短波長(zhǎng)紫外線，因此，該短波長(zhǎng)紫外線有效地促進(jìn)混入水中的有機(jī)物的光反應(yīng)分解。
上述的低壓水銀蒸汽放電燈在例如半導(dǎo)體制造工序中作為半成品或完成品等的洗凈水而大量使用的超純水的制造設(shè)備用的紫外線照射裝置中使用。在這種場(chǎng)合，由于被處理物為液體，因此，很難像固體物質(zhì)一樣明確地區(qū)分已處理物和未處理物，而且還是連續(xù)地流動(dòng)的物質(zhì)，所以，對(duì)于為被處理物的被處理液體，處于必須不斷照射紫外線的環(huán)境下。對(duì)于在這樣的環(huán)境下使用的紫外線照射裝置，在降低成本的同時(shí)提高生產(chǎn)效率(提高被處理液體的處理效果)及保護(hù)環(huán)境的追求極其嚴(yán)峻，因此，對(duì)節(jié)省能量、節(jié)省維護(hù)及節(jié)省資源的要求變得非常高。作為用于達(dá)成這些要求的有效手段，可以舉出放電燈的長(zhǎng)壽命化。
但是，對(duì)于上述紫外線照射裝置，由于不斷向連續(xù)流動(dòng)的被處理液照射紫外線，所以，由放電燈產(chǎn)生的185nm的短波長(zhǎng)紫外線的輸出在一年后幾乎減少一半，必須每年進(jìn)行統(tǒng)一交換放電燈的定期維護(hù)和對(duì)使用過(guò)的放電燈進(jìn)行廢棄處理的作業(yè)。
因此，本發(fā)明人對(duì)在放電燈中185nm短波長(zhǎng)紫外線的輸出降低的事項(xiàng)加以關(guān)注，進(jìn)行了種種試驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)妨礙放電燈長(zhǎng)壽命化的主要原因在于制成發(fā)光管的石英玻璃的材質(zhì)。在上述裝置中使用的現(xiàn)有的放電燈中，發(fā)光管的材質(zhì)是由以天然水晶為原料制作的熔融石英玻璃制成的石英玻璃。在該石英玻璃中，混入有數(shù)ppm的鈉(Na)、鉀(K)、鈦(Ti)、鐵(Fe)等、特別作為用于吸收紫外線的元素的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)發(fā)揮吸收短波長(zhǎng)的紫外線的作用，吸收的紫外線的能量使石英玻璃自身變質(zhì)，使該石英玻璃中產(chǎn)生渾濁，進(jìn)一步其渾濁使紫外線的穿透率降低。這樣的穿透率降低和變質(zhì)的循環(huán)在紫外線的放射中反復(fù)進(jìn)行，由此，可以認(rèn)為在185nm的紫外線輸出急劇降低的同時(shí)，快速地促進(jìn)其紫外線輸出的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紫外線照射裝置及其運(yùn)用方法，該紫外線照射裝置能通過(guò)提高放射240nm以下波段的紫外線的放電燈的紫外線輸出的維持率，來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，能實(shí)現(xiàn)節(jié)省維護(hù)、節(jié)省資源。
本發(fā)明的紫外線照射裝置具備放電燈，該放電燈具有合成石英玻璃制的發(fā)光管，放射240nm以下波段的紫外線；對(duì)連續(xù)流動(dòng)的被處理液體照射由上述放電燈放射的紫外線的處理裝置。據(jù)此，如以后詳細(xì)敘述的，由于在放電燈中，通過(guò)合成石英玻璃制的發(fā)光管放射240nm以下波段的紫外線，所以，可以抑制該紫外線的紫外線穿透率降低，因此，可以提高紫外線輸出的維持率。由此，在裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)連續(xù)流動(dòng)的被處理液長(zhǎng)期照射紫外線的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，可以延長(zhǎng)定期維護(hù)的期間，實(shí)現(xiàn)省維護(hù)的同時(shí)，也可以延長(zhǎng)使用過(guò)的放電燈的廢棄期間，實(shí)現(xiàn)省資源。
本發(fā)明的紫外線照射裝置的運(yùn)用方法是用于運(yùn)用如上述構(gòu)成的上述紫外線照射裝置的方法，其中，在上述處理裝置中設(shè)置多個(gè)放電燈，使設(shè)置的多個(gè)燈中的規(guī)定數(shù)目的燈熄燈，其余的燈亮燈，根據(jù)經(jīng)過(guò)的時(shí)間改變?cè)撓艉土翢舻姆烹姛舻慕M合。據(jù)此，通過(guò)間隔一定區(qū)間使比設(shè)置的放電燈的總數(shù)少的數(shù)目的放電燈亮燈，隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)改變?cè)撻g隔一定區(qū)間亮燈的組合，輪流使用，可以延長(zhǎng)放電燈統(tǒng)一交換的期間，節(jié)省交換維護(hù)的工序，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期工作。


圖1表示本發(fā)明的紫外線照射裝置的一個(gè)實(shí)施例，是封閉式液體處理用紫外線照射裝置的側(cè)面剖面略圖。
圖2是表示搭載在圖1所示的紫外線照射裝置上的放電燈的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面剖面略圖。
圖3是通過(guò)與現(xiàn)有裝置比較來(lái)例示搭載了圖2所示的放電燈的紫外線照射裝置的伴隨時(shí)間經(jīng)過(guò)的處理能力的變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的紫外線照射裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖1是表示封閉式的液體處理用紫外線照射裝置的一個(gè)例子的側(cè)面剖面略圖。
在圖1中，將放電燈30收納在外管(保護(hù)管)20內(nèi)的裝置被收容在為處理裝置的不銹鋼制的缸體1內(nèi)，被處理液體被導(dǎo)入該缸體1內(nèi)，從放電燈30放射的紫外線照射在該處理液體上。使用例如放射185nm的波段的紫外線的低壓水銀蒸汽放電燈作為放電燈30。放電燈30被收納在紫外線穿透性的外管(保護(hù)管)20的內(nèi)部，該放電燈30被液密地從被處理液體隔離。外管20是由紫外線穿透性好的石英玻璃制成。在缸體1的兩端被法蘭盤(pán)(flange)1a、1b封閉。外管20的兩端通過(guò)壓緊螺母40a及40b和橡膠制的O形環(huán)50a及50b被水密地保持在缸體1的法蘭盤(pán)1a、1b上。在缸體1中，被從入水口1c導(dǎo)入的被處理液體在通過(guò)缸體1的過(guò)程中被照射紫外線，在缸體1內(nèi)向出水口1d流過(guò)，為了防止被處理液體短路通過(guò)(short pass)，在中途設(shè)置多枚(在圖中為5枚)回流板1e～1i。另外，為了方便，在圖中示出了只搭載1只放電燈30的裝置，但是，在實(shí)際使用中，大多使用多燈式的大容量裝置。從放電燈30放射的紫外線穿透外管20照射在被處理液體上。照射的紫外線發(fā)揮將存在于水中的有機(jī)物分解成例如CO、CO2、H2O等無(wú)害物質(zhì)的作用。
接著，對(duì)搭載在上述裝置中的放電燈進(jìn)行說(shuō)明。將該燈的一個(gè)實(shí)施例表示在圖2中。首先，對(duì)該放電燈30的基本構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明，放電燈30包括發(fā)光部10、氣密密封部2a、2b和燈口部3a、3b。發(fā)光部10具備發(fā)光管電子管(以下將發(fā)光管電子管稱(chēng)為“發(fā)光管”)11，在該發(fā)光管11內(nèi)的兩端配置有一對(duì)燈絲21a、21b。發(fā)光管由將四氯化硅作為初始原料而經(jīng)人工制造的合成石英玻璃制成。燈絲21a、21b涂敷有例如氧化鋇系的輻射源。該燈絲21a、21b分別被從密封部2a、2b伸出的內(nèi)部引線22a～22d保持。燈口部3a、3b為陶瓷制，在一方的燈口部3a具備一對(duì)電氣端子31a、31b。密封部2a、2b通過(guò)鉬箔24a～24d保持氣密的同時(shí)，承擔(dān)通過(guò)內(nèi)部引線22a～22d、鉬箔24a～24d、外引線25a、25b、及26電氣地連接燈絲21a、21b和電氣端子31a、31b的任務(wù)。而且，在圖例中，作為一例，把放電燈30作為兩端子型的放電燈來(lái)構(gòu)成。即，一方的燈絲21a的一端通過(guò)內(nèi)部引線22b、鉬箔24b、外引線25a與一方的電氣端子31a連接，另一方的燈絲21b的一端通過(guò)內(nèi)部引線22c、鉬箔24c、外引線25b、26與另一方的電氣端子31b連接。
本實(shí)施例所涉及的放電燈30是放射240nm以下波段的紫外線的放電燈，紫外線發(fā)光用的發(fā)光管11由合成石英玻璃形成。本實(shí)施例所示的放電燈30是例如發(fā)光管11的大小為外徑15mm、壁厚1mm，一對(duì)燈絲21a、21b間的間隔(即，燈絲間距離)為153cm的放電燈。在發(fā)光管11內(nèi)封入適量的水銀(例如，20mg左右的水銀)和約400Pa的稀有氣體。在該放電燈30中流過(guò)1A的放電電流的話，放電燈功率成為140W，可以將其中約5％的能量作為185nm的紫外線輸出向外部導(dǎo)出。該紫外線輸出量相當(dāng)于發(fā)光氣體、燈絲間距離、水銀及稀有氣體的封入量、電氣的各條件與放電燈30同樣的現(xiàn)有技術(shù)的放電燈所放射的紫外線輸出量的大至1.5倍的輸出量。因此，本實(shí)施例所涉及的放電燈30與現(xiàn)有技術(shù)的放電燈相比極大地提高了紫外線的放射效率。
而且，本實(shí)施例所涉及的放電燈30為管外徑15mm、壁厚1mm、放電電流1A，但是，壁厚對(duì)管外徑的比在0.1～0.04的范圍內(nèi)為宜。該范圍是根據(jù)紫外線的吸收和機(jī)械的絕對(duì)強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系確定的范圍。另外，放電電流密度(放電電流對(duì)管內(nèi)的截面面積)在200mA/cm2～800mA/cm2的范圍內(nèi)為宜。這關(guān)系到185nm的紫外線的發(fā)光效率和經(jīng)濟(jì)性。即，在脫離該電流密度范圍后，在放電中向185nm的紫外線轉(zhuǎn)換的效率急劇降低，因此，就失去了使用高價(jià)的合成石英玻璃的意義。
接著，對(duì)放電燈30輸出的紫外線輸出量比現(xiàn)有技術(shù)的放電燈的輸出量高的理由進(jìn)行說(shuō)明。在放電燈30中，發(fā)光管11由以四氯化硅為初始原料而人工制造的合成石英玻璃制成。在合成石英玻璃中，吸收短波段的185nm的紫外線的雜質(zhì)即鈉(Na)、鉀(K)、鈦(Ti)、鐵(Fe)等極少。順便說(shuō)一下，合成石英玻璃所含的上述雜質(zhì)為熔融石英玻璃制成的石英玻璃的1/10以下。這樣，在以合成石英玻璃形成發(fā)光管11的放電燈30中，被該發(fā)光管11的管壁吸收的紫外線的量與現(xiàn)有技術(shù)的放電燈相比極少，具有短波段的紫外線穿透率好的特長(zhǎng)。因此，在開(kāi)始使用的初期的紫外線強(qiáng)度(紫外線放射強(qiáng)度)提高的同時(shí)，可以抑制由于紫外線的吸收、石英玻璃自身的變質(zhì)這樣的循環(huán)而引起的經(jīng)時(shí)劣化。因此，成為使短波段的185nm的紫外線輸出長(zhǎng)期大幅度提高的壽命長(zhǎng)的放電燈。
因此，對(duì)于使用在本發(fā)明的實(shí)施例中敘述的放電燈30的紫外線照射裝置，由于放電燈30的長(zhǎng)壽命化，可以取得如下效果，即，在省去每年交換放電燈30的交換維護(hù)手續(xù)的同時(shí)，由于不需要每年進(jìn)行廢棄放電燈30的廢棄處理，所以可以節(jié)省資源。
圖3是表示對(duì)于搭載在本發(fā)明的實(shí)施例中敘述的放電燈的紫外線照射裝置A和搭載現(xiàn)有技術(shù)的放電燈的紫外線照射裝置B進(jìn)行比較試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖。在該試驗(yàn)中，放電燈的搭載數(shù)目為20個(gè)，被處理水在20ppb的甲醇中含有TOC(Total Organic Carbon總有機(jī)碳)源。在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于裝置A及裝置B，以TOC測(cè)量?jī)x表對(duì)入水口和出水口的TOC濃度進(jìn)行測(cè)定，將其差乘以處理流量得到的數(shù)值作為總TOC分解量，再將其除以放電燈的消耗電力，將單位功率的分解量作為性能指標(biāo)。即，以下式表示TOC分解性能。
TOC分解性能(mg/kWH)＝(入水口TOC濃度-出水口TOC濃度)×處理流量/消耗電力在圖中，將裝置A及裝置B的使用月數(shù)作為裝置使用月數(shù)表示在橫軸，將根據(jù)該裝置使用月數(shù)得到的裝置A及裝置B的TOC分解性能作為T(mén)OC分解性能比表示在縱軸。
從圖中可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)的裝置B中，將開(kāi)始使用放電燈的初期的性能分解值作為100％的話，在1年后，性能分解值降低到將近50％。以一點(diǎn)劃線表示的分解性能值50％是裝置B的容許界限能力，在1年后必須統(tǒng)一交換放電燈。與此相對(duì)，在根據(jù)本發(fā)明的裝置A中，首先，在開(kāi)始使用放電燈的初期的性能分解值為148％，1年以后性能分解值為109％，即使在經(jīng)過(guò)2年以后，也能維持86％的性能分解值。根據(jù)本發(fā)明的裝置A的性能分解值示出從開(kāi)始使用放電燈的初期到經(jīng)過(guò)2年后逐漸減少的傾向，因此，假設(shè)該減少傾向隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)繼續(xù)的話，如虛線所示的，可以推定大概在經(jīng)過(guò)3年后也可以充分維持50％以上的性能分解值。其結(jié)果，可以將放電燈的定期維護(hù)期間延長(zhǎng)到3倍或3倍以上。這意味著可以將廢棄物即使用過(guò)的放電燈減少到1/3或1/3以下。除此之外，2年多時(shí)間對(duì)于為裝置A的容許界限能力的性能分解值50％具有充分的富余，因此，如以后說(shuō)明的那樣，可以進(jìn)行放電燈的間隔一定區(qū)間亮燈或調(diào)光亮燈，也可以期待節(jié)省能量這樣的有益效果。
即，對(duì)于使用上述實(shí)施例所涉及的放電燈30的紫外線照射裝置的運(yùn)用方法進(jìn)行說(shuō)明的話，在設(shè)置放電燈30對(duì)規(guī)定的被處理液體實(shí)施有機(jī)物分解等處理的處理裝置中，設(shè)置多個(gè)放電燈30。那么，設(shè)置的多個(gè)燈中，進(jìn)行使規(guī)定數(shù)目的燈熄燈剩余的燈亮燈的所謂的“間隔一定區(qū)間亮燈”，而且伴隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)適當(dāng)變更該熄燈和亮燈的放電燈的組合(即“間隔一定區(qū)間亮燈”的組合)。因此，通過(guò)間隔一定區(qū)間點(diǎn)亮使用比設(shè)置的放電燈的總數(shù)數(shù)目少的放電燈，伴隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)變更該間隔一定區(qū)間亮燈的組合，輪流使用，可以使放電燈的統(tǒng)一交換期間延長(zhǎng)，可以節(jié)省交換維護(hù)的工序，可以長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。作為這樣的運(yùn)用方法的運(yùn)用例，例如，在設(shè)置n個(gè)放射效率不好的現(xiàn)有型的放電燈并全部點(diǎn)亮的紫外線照射裝置中，如果使用本實(shí)施例所涉及的放射效率好的放電燈的話，只需點(diǎn)亮比n個(gè)數(shù)目少的m個(gè)放電燈即可充分達(dá)到必要的處理效果，鑒于此，可以得到下述運(yùn)用例，即，設(shè)置比同時(shí)亮燈所需的m個(gè)多的n個(gè)(如以往那樣)本實(shí)施例所涉及的放射效率好的放電燈構(gòu)成紫外線照射裝置，并如以上所述的那樣，使這些放電燈間隔一定區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，作為其它運(yùn)用方法，也可以適當(dāng)進(jìn)行加減放電燈的紫外線光度的調(diào)光亮燈。
如以上所述的那樣，本發(fā)明以長(zhǎng)期確保搭載在紫外線照射裝置上的放電燈的紫外線輸出的維持率為目的，是使用以合成石英玻璃構(gòu)成制作發(fā)光管的石英玻璃的放電燈的發(fā)明。因此，只要滿(mǎn)足這樣的本發(fā)明的特征的話，放電燈的構(gòu)造本身并不局限于圖2所示的類(lèi)型，可以是任何結(jié)構(gòu)的放電燈。例如，在實(shí)施例中，對(duì)封入金屬水銀的放電燈進(jìn)行了敘述，但封入水銀和其它金屬的汞合金的放電燈也可以達(dá)到同樣的效果。另外，對(duì)燈絲進(jìn)行經(jīng)常加熱的連續(xù)加熱型放電燈、或同時(shí)設(shè)有燈絲和陽(yáng)極類(lèi)型的放電燈或者在兩側(cè)伸出充電插頭的兩燈口型，只要是低壓水銀蒸汽放電燈，就可以發(fā)揮同樣的作用和效果。當(dāng)然并不局限于低壓水銀蒸汽放電燈，也可以是利用氙氣(Xe2)或氪氣加氯氣(Kr+CI)的激元(excimer)發(fā)光的放電燈。另外，放電燈的端子構(gòu)成也并不局限于如圖2所示的2端子31a、31b的構(gòu)成，也可以是4端子構(gòu)成。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的紫外線照射裝置，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)流動(dòng)的被處理液體長(zhǎng)期照射紫外線的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以能達(dá)到實(shí)現(xiàn)節(jié)省維護(hù)及節(jié)省資源的有益效果。
根據(jù)本發(fā)明的紫外線照射裝置的運(yùn)用方法，因?yàn)榭梢匝娱L(zhǎng)放電燈的統(tǒng)一交換期間，所以能取得節(jié)省交換維護(hù)工序、并能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)這樣的有益效果。
權(quán)利要求
1.一種紫外線照射裝置，其特征在于具備具有合成石英玻璃制的發(fā)光管，并放射240nm以下波段的紫外線的放電燈；和對(duì)連續(xù)流動(dòng)的被處理液體照射由上述放電燈放射的紫外線的處理裝置。
2.一種紫外線照射裝置的運(yùn)用方法，運(yùn)用權(quán)利要求1所述的紫外線照射裝置，其特征在于在上述處理裝置中設(shè)置多個(gè)上述放電燈，使所設(shè)置的多個(gè)燈中的規(guī)定數(shù)目的燈熄燈，使其余的燈亮燈，根據(jù)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間來(lái)改變?cè)撓艉土翢舻姆烹姛舻慕M合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紫外線照射裝置，具備放電燈(30)，該放電燈具有合成石英玻璃制的發(fā)光管(11)，放射240nm以下波段的紫外線；對(duì)連續(xù)流動(dòng)的被處理液體照射由上述放電燈放射的紫外線的處理裝置(1)。另外，如下運(yùn)用在該處理裝置(1)中設(shè)置多個(gè)放電燈(30)，使設(shè)置的多個(gè)燈中的規(guī)定數(shù)目的燈熄燈，其余的燈亮燈，根據(jù)經(jīng)過(guò)的時(shí)間改變?cè)撓艉土翢舻姆烹姛舻慕M合。這樣，通過(guò)提高放射240nm以下波段的紫外線的放電燈的紫外線輸出的維持率，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，能取得節(jié)省維護(hù)工序、節(jié)省資源的有益效果。
文檔編號(hào)A61L2/10GK1578754SQ0282161
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月7日
發(fā)明者中野浩二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本光電科技