CN100583379C - 高压汞蒸气灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合于杀菌目的的高压汞蒸气灯。根据本发明的高压汞蒸气灯的显著之处在于给汞和/或卤化汞添加少量的锗和氧。此外令人惊讶的是，一氧化锗的添加增加了高压汞蒸气灯的GAC效率(GAC：杀菌作用曲线的简称)，因为一氧化锗发射在250到280nm范围内的强分子带体系。因此根据本发明的高压汞蒸气灯的杀菌作用相对于常规高压汞蒸气灯得到增加。根据以下事实这是显然的：在根据本发明的高压汞蒸气灯中的GAC-加权辐射通量大于以前的值。

Description

高压汞蒸气灯
本发明涉及一种适合于杀菌目的的高压汞蒸气灯。
高压汞蒸气灯一般根据放电灯的原理进行工作。放电灯一般利用以下情形：自由电子通过碰撞来激励气体或金属蒸气原子，然后所述原子直接发射在UV范围内的辐射或将能量传输给放电灯的放电管内壁上的荧光粉，该荧光粉将这种能量转换成UV辐射。气体放电发生在低压下，即低于1巴，并且被表示为低压放电，或者气体放电发生在高工作压力下，即高于1巴，在这种情况下将其称为高压放电。下面将要描述的本发明涉及一种高压放电灯。
放电灯是用于借助紫外辐射、特别是在200-280nm波长范围内的UV-C辐射进行杀菌的光源之一。尤其在240-290nm波长范围内的辐射对于杀菌是有效的。在所称的“杀菌作用曲线效率”的基础上评估光源的发射光谱的杀菌效果，“杀菌作用曲线效率”在下面简称为GAC效率。
应该注意，按照“杀菌作用”的概念，例如水处理工业采用特殊的UV灯来为饮用水消毒，该灯辐射在253.7nm波长的强光，该强光具有强的杀菌作用。利用在大约260nm波长范围内的紫外光实现了最佳杀菌效果。通过微生物的遗传物质的核酸的最大光吸收也位于这个波长附近。紫外辐射导致微生物的DNA或RNA的遗传物质的变化。这导致它们的繁殖能力下降。借助于紫外辐射进行的消毒不需要长的曝光时间，因为这些过程发生在几分之一秒内。因此在这个杀菌波长上的紫外光改变细胞的遗传物质，以使细菌、病毒、藻类和其它微生物不能够再繁殖。
以下类型的放电灯在借助紫外辐射进行杀菌的领域中是已知的：直接在UV-C范围内发射的低压气体放电灯；基于所谓的“电晕放电”的放电灯，其涂有发射UV-C辐射的荧光粉层；以及高压气体放电灯，例如高压汞蒸气灯。
第一和第二种类型的灯的问题在于，它们在由电流产生UV-C辐射时的确具有非常高的效率，但是它们的辐射率不足以用于许多应用。然而，最后提到的灯类型即高压汞蒸气灯的问题在于，它们对于UV-C辐射范围具有低转换效率，但辐射率是足够的。
从US 4,274,029中可知下述气体放电灯，用金属氧化物例如氧化锗部分地涂覆其内部，以便延长灯寿命。从US 4,918,352和US 5,212,424可知下述气体放电灯，它们含有汞和金属卤化物，在金属卤化物中还有卤化锗。这里，再次由其结合高的亮度/辐射率来实现长的灯寿命。然而，汞蒸气也用于例如在US 6,538,378中所述的低压放电灯。直到现在所有已知气体放电灯所共有的是，它们不能符合在结合高辐射率的GAC效率基础上评估的关于强杀菌效果的所期望程度的需求。
本发明的目的是提供一种具有高辐射率和高GAC效率的放电灯。
根据本发明，这个目的是通过高压汞蒸气灯实现的，在其放电管例如石英玻璃的灯泡内，向汞或卤化汞或者向这两种成分添加少量的锗和氧。令人惊讶的是，锗和氧的添加明显提高了高压汞蒸气灯的GAC效率。
具有锗和氧的不同摩尔混合比的热化学计算和实验表明，如果灯壁具有作为构成材料的石英以及锗的总引入摩尔量小于引入的氧的总摩尔量，则发生形成硅酸盐、特别是形成GeSi9O20的腐蚀反应。如果相对于氧引入过量的锗，则缺乏用于形成硅酸盐的氧。与SiO2相比，硅酸盐GeSi9O20中相当大量的氧原子在这里是重要的。添加少量的锗和氧应该相应地包括相对于氧来说的过量锗，以使不发生所述腐蚀反应。
在高压汞蒸气灯的一个特定实施例中，采用每立方厘米1到100微摩尔的汞和另外每立方厘米0.1到10微摩尔的一氧化锗。引入的汞和一氧化锗的摩尔量可以独立地在所述范围内进行选择。这里产生的优点在于，一氧化锗发射在从250到280nm范围内的强分子带体系(band system)。在另一实施例中，与前一实施例的填料相比，引入了附加的锗，以使锗与氧的摩尔比大于1。
另外的优点是给所述的汞、锗和氧的成分也添加少量的卤素，例如碘、溴、氯或这些元素的混合物，以便减少由通过所谓的再生化学钨循环从电极蒸发的钨使灯壁变黑的程度。添加的卤素量将根据卤素或卤素混合物的反应性以及汞量而变化。如果使用纯碘，则添加0到100％摩尔量的汞，并利用汞的摩尔量的0.1到10％的纯溴，以及利用汞的摩尔量的0.01到1％的纯氯。
优选地，具有在10和10,000W之间的额定功率的燃烧器进行工作，以用于激励放电管中的电离气体或金属蒸气。
在优选实施例中，高压汞蒸气灯的放电管由石英玻璃或陶瓷材料比如致密烧结的氧化铝、氧化钇、钇铝石榴石或类似材料制成。
电功率的供应可以通过钨电极来进行，或者以无电极的方式通过利用在从100kHz一直到100GHz波长范围内的高频辐射来进行。
本发明将通过下面参考附图的例子来进行解释，其中：
图1是灯的关于它们的填料、各种元素的填充压力和GAC效率的比较表，所述灯即表示为HOK-Ref的常规高压汞蒸气灯和表示为HOK+GeO的根据本发明的高压汞蒸气灯。
计算灯的GAC效率是在于，以每纳米瓦为单位，将用于每个波长的发射光谱辐射功率乘以根据杀菌作用曲线用于这个波长的相应值。这种杀菌作用曲线在图2中示出。将所得到的乘积在所有波长上进行积分。例如，两个这种积分是由图3中的曲线限定的两个面积积分。最后，相对于灯的电输入功率来放入计算的积分值。填料量在表中以毫克表示，并且显然根据本发明的高压汞蒸气灯不仅含有汞(Hg)、溴化汞(HgBr2)和锗(Ge)，而且含有一氧化锗(GeO)。元素的总压力以巴表示。用百分比表示的根据本发明的高压汞蒸气灯HOK+GeO的13.6％的GAC效率比常规高压汞蒸气灯HOK-Ref的12.4％的GAC效率大约高十分之一。
图2示出杀菌作用曲线(GAC)，其中在横坐标上以纳米绘制UV辐射的波长，以及在纵坐标上绘制相应的杀菌作用，其中最大的杀菌作用由值1.0000来定义。很清楚，杀菌作用曲线在265nm的波长上达到其最大值。该杀菌作用在这个波长上是最强的。
图3示出图1的两种灯的杀菌作用的比较，以每纳米瓦为单位示出它们各自的GAC强度。计算GAC强度是在于，以每纳米瓦为单位，将用于每个波长的发射光谱辐射功率乘以根据图2的杀菌作用曲线用于这个波长的相应值。常规高压汞蒸气灯HOK-Ref用虚线表示，以及根据本发明的高压汞蒸气灯HOK+GeO用实线表示。显然，在210和300nm之间波长范围上的积分，对于根据本发明的高压汞蒸气灯HOK+GeO比对于常规高压汞蒸气灯HOK-Ref给出更高的值。这表明具有锗和一氧化锗的根据本发明的高压汞蒸气灯HOK+GeO的杀菌作用比常规高压汞蒸气灯HOK-Ref的杀菌作用强。

Claims (10)

1、一种高压汞蒸气灯，其特征在于，给放电管中的汞和/或卤化汞添加少量的锗和氧，以使锗与氧的摩尔比大于1，其中采用每立方厘米1到100微摩尔的汞以及另外每立方厘米0.1到10微摩尔的一氧化锗。
2、如权利要求1所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，另外添加少量的卤素。
3、如权利要求2所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，所述卤素是碘、溴、氯或者这些元素的混合物。
4、如权利要求3所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，以汞的摩尔量的1到100％的量添加纯碘。
5、如权利要求3所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，以汞的摩尔量的0.1到10％的量添加纯溴。
6、如权利要求3所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，以汞的摩尔量的0.01到1％的量添加纯氯。
7、如权利要求1所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，放电管由石英玻璃或陶瓷材料构成。
8、如权利要求7所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，所述陶瓷材料是致密烧结的氧化铝、氧化钇或钇铝石榴石。
9、如权利要求1所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，电功率的供应通过钨电极来进行。
10、如权利要求1所述的高压汞蒸气灯，其特征在于，电功率的供应利用在100kHz到100GHz波长范围内的高频辐射来进行。
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