CN104505329A - 一种无电极紫外线灯 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无电极紫外线灯，属于电子技术、电真空技术领域。本发明针对现有技术采用普通紫外线灯和镇流器配合产生紫外线杀菌方案灯管使用寿命短等方面的不足，针对某些现有技术紫外线灯不易被激发点燃甚至不易实施的缺陷，在石英灯管内加入耐高温的金属丝，利用微波或高频电磁波激发石英灯管内的惰性气体，使之放电，并使灯管内的示或碘化锑汽化，产生紫外线。本发明启动电压低，容易点燃，结构简单，成本低廉，消毒效果好，灯管使用寿命长，安全可靠，使用方便，实用性强，应用范围广，与相应的微波或高频电磁波设备配套使用，可用于空气、食品、餐具、手饰等的消毒杀菌。

Description

一种无电极紫外线灯

技术领域

本发明涉及电子技术、电真空技术，更具体地说，是涉及一种紫外线灯，在国际专利分类中属于HOIJ 类。

背景技术

随着人们环保意识和保健意识的加强，紫外线灯被广泛应用于医学、食品、饮用水和工业净化等专业领域进行消毒杀菌。紫外线的uvc 波段( 190nm—29nm) 属于广谱消毒杀菌类光波，具有消毒杀菌功能。研究证明，uvc 波段的紫外线能够被包括细菌繁殖体、分支杆菌、冠状病毒、真菌、立克次体和衣原体等在内的众多细菌、病毒的DNA 很好地吸收，从而破坏细菌、病毒的DNA，使细菌、病毒被灭杀，达到消毒杀菌的目的。

常见的紫外线灯杀菌采用的是预热式的普通紫外线灯，由电源、电极、镇流器、启辉器和灯管(灯泡)等组成。未接通电源时，灯未启动，镇流器内也没有电流流动。当220V 电源也压加在启辉器二极上，使二极间产生辉光放电，放电使启辉器的双金属片发热而变形。U 形片一端的触点向另一个固定电极移动，二极接触使灯管二端灯丝和镇流器串联在一起形成回路，使电流流动，于是灯丝被加热。此时启辉器辉光放电停止，双金属片冷却下来，在1-3 秒内触头分开。电路断开瞬间镇流器因感应而产生反电动势，电源电压迭为口在一起击穿灯管产生放电，此时灯丝已加热到800~lOOO^oC 能够发射电子，因此很快转入自持放电。放电初期主要是惰性气体作用，随着汞的汽化，逐步转入低气压的汞蒸气放电。

在启辉器、灯管、镇流器均配置合理的情况下，这种普通消毒紫外线灯的使用寿命与外界的输入电压及开关使用频率有很大关系。如果电源频率偏低，同时也压低于200V，将会大大影响灯的寿命。这种紫外线灯的镇流器和启辉器容易损坏，紫外线灯内的电极随着时间的延长也会出现电极劣化、打火等现象，灯管寿命不长。一般情况下，这种普通消毒紫外线灯的使用寿命低于2000 小时。

检索发现，专利号为03234427.9 的一件名为"一种微波激励紫外光源"的发明专利公开了一种用微波激发紫外线灯进行消毒杀茵的激发装置，其中涉及一种紫外线灯，该灯具有无电极、寿命较长等特点，但是其缺陷在于:①灯管内汞的充入量太大，灯管易爆，对环境造成污染，同时危害人体的生命安全，一般不具有实施可能;②仅能以微波作为激发源，使用范围有所限制，在需要小功率激发的情况下，其使用不够经济;③灯不易被激发点燃。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无电极、启动电压低、易激发、能以微波或高频电磁波作为激发源、寿命长、安全方便、用于消毒杀菌的紫外线灯。

本发明提供的无电极紫外线灯，灯管外壳为石英玻璃，没有电极，与现有技术的区别在于:灯管内置耐高温的金属丝，灯管抽真空后或者元入惰性气体，加入汞;或者充入氖气，加入碘化锑。

在加入汞、充入惰性气体的情况下，在微波等外部激发源的作用下，惰性气体放电，造成灯管内温度升高，使灯管内的汞汽化;在汞的汽化过程中，汞产生放电，并放射紫外线。

在加入碘化锑、充入氖气的情况下，在微波等外部激发源的作用下，灯管内的氖气温度升高，使碘化锑逐渐变为蒸汽，并向电弧中心扩散;电弧高温作用，分解金属原子和卤素原子，金属原子参与激发电离，并产生辐射;在电弧中心区域里的金属原子和卤素原子又会向管壁扩散，它们在管壁附近低温区域相遇时又重新复合形成金属卤化物分子。金属卤化物的这种循环不断的电弧提供足够浓度的金属原子，产生所需的紫外线辐射。

无电极紫外线灯的灯管抽真空后，仍可能残留有极微量的氧气等杂质气体;而且，在工作过程中，灯管也可能会释放微量氧气，影响紫外线灯的工作。因此本发明提供的灯管内置耐高温的金属丝。无电极紫外线灯在工作时产生高温，该金属丝被加热到数百度，与灯管中残留的或者灯管释放的氧气反应，生成微量氧化物，附着在金属丝上，从而保证了灯管内惰性气体的纯度。另一方面，金属丝更易吸收激发源的能量，灯管内的电磁场增强，灯管内放电更加容易，从而降低元也极紫外线灯的触发电压，使灯灵容易被激发点燃。

该金属丝可以是铁镍合金丝，或钼丝，或钨丝，或镍丝，或铁丝。不过镍丝成本较高，铁丝较易生锈，所以最好是铁镍合金丝、钼丝、钨丝。该金属丝直接放置于灯管内。

由于羟基大于5ppm 的石英玻璃在高温下会释放出较多的OH^-，OH^-具有强烈的氧化作用，影响灯的质量和寿命，因此，如前所述的无电极紫外线灯的灯管外壳可采用羟基小于5ppm 的电熔石英玻璃或连熔脱羟石英玻璃。

如前所述的无电极紫外线灯，从安全实用的角度，灯管内的汞或碘化锑的含量小于等于5mg，在这个范围内，具体含量根据灯管大小和实际需要的消毒强度确定。在某一确定大小的无电极紫外线灯管内，如果汞的含量过大，会在汽化过程中产生高温，不利于紫外线消毒，并对灯管壁形成高压，使灯管易爆，对环境造成污染，危害人体的健康和生命安全;如果汞的含量减小，在其它条件不变的情况下，达到同一消毒杀菌效果的时间将会延长。当灯管内加入汞时，充入的惰性气体可以是氦气或氖气或氩气或氪气或氙气(氡气有放射性，一般不采用;另外，氦、氪、氙三种气体价格较高，会提高无电极紫外线灯的制造成本)，灯内工作气压在133土33pa 的范围内，也即是灯内工作气压大于等于10Opa，小于等于166pa; 当灯管内加入碘化锑时，充入的惰性气体是氖气，灯内工作气压在4000士50pa 的范围内，也即是灯内工作气压大于等于395Opa，小于等于4050pa。惰性气体的含量如果过大(气压过高)，会在使汞或碘化锑汽化之后，使温度继续上升，不利于紫外线消毒;如果过小(气压过低)，上升的温度将不足以使汞或碘化锑迅速汽化。

如前所述的无电极紫外线灯，当灯管内加入汞时，所述无电极紫外线灯可以以微波或高频电磁波作为激发源;当灯管内加入碘化锑时，所述无电极紫外线灯可以以大子等于300w 的微波作为激发源。当需要小功率的激发源时，比如lw-l00w，用微波激发，成本较高，所以最好使用高频电磁波;当需要大功率的激发源时，由于目前高频电磁波源最高功率因元件性能及经济性等原因只达到300w 左右，则用微波作为激发源，从而保证了本发明有较宽的使用范围，并有利于节约能源、降低成本。

如前所述的无电极紫外线灯可制成不同的规格，长短粗细不限，可以制成长度仅为10mm 的灯管，也可以制成长达数米的灯管，从而能够适应多种应用环境的需要。灯管的形状不拘，可以为直线型、环型、方型、U 型、H 型等多种形状。

本发明公开的无电极紫外线灯在高频电磁波或微波的作用下，灯管内惰性气体电离，温度升高，使汞原子或锑原子碰撞电离，原子由低能态转为带电高能态，不稳定的带电原子由高能态返回低能态时释放以253.7 毫微米为主的紫外线。而细菌中的脱氧核糖核酸(DNA) 和核蛋白的吸收光谱在200-300 毫微米之间。当细菌吸收了上述波长的紫外线能量后，DNA 键断裂，造成核酸和蛋白质的交联破裂，致使细菌死亡。本发明从而实现消毒杀菌的作用。

本发明无电极，灯管的使用寿命很长。低于200w 的，使用寿命在10万小时以上;大于200w 的，由于石英玻璃再结晶的影响，使用寿命有所下降，但也在1 万小时以上，均远大于现有技术紫外线灯的使用寿命。

申请人进行过多次试验，试验结果表明，与现有技术比较，本发明的优点和有益效果主要是:能够被高频电磁波或微波激发，启动电压低，容易点燃，结构简单，成本低廉，消毒效果好，灯管使用寿命长，而且安全可靠，使用方便，符合环保要求.该无电极紫外线灯可以制成多种规格尺寸和多种形状，适应不同大小的空间要求，与相应的微波或高频电磁波设备比如微波炉配套使用，可用于空气、食品、餐具、手饰等的消毒杀菌。

附图说明

图1 是直线型无电极紫外线灯的结构图。

图2 是环型无电极紫外线灯的结构图。

图3 是方形无电极紫外线灯的结构图。

图4 是U 型无电极紫外线灯的结构图。

图5 是H 型无电极紫外线灯的结构图。

图中标号如下:1 灯管外壳；2 灯管内腔；3 汞；4 碘化锑；5 金属丝。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

将一工作频率为300KHz、产生电磁波功率为300W 的高频转换器的输入端连接到电压为220V 、频率为50Hz的交流电源，输出端线圈中插入一支直径18mm、长30mm、直线型的无电极紫外线灯管，灯管内置一根铁镍合金丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为3ppm 的连熔脱羟石英玻璃，灯管内腔2 填充适量氪气和汞3 ，汞的质量为3.5mg，灯管内的工作气压为100pa。

接通电源，高频转换器运行发出高频电磁波，高频电磁波通过输出端线圈作用于灯管上，0.5 秒后灯点燃，发出紫外线。

实施例二

选择一功率为1200W 的微波炉，在其微波腔中放置四支直径10mm、环型的无电极紫外线灯，灯管内置一根铁镍合金丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为3ppm 的电熔石英玻璃，灯管内腔2 填充适量氖气和碘化锑4 ，碘化锑的质量为O.8mg ，灯管内的工作气压为400Opa。

在微波炉中放置一杯水，水容积600mL，环境温度13⁰C ，水温14⁰C ，色度30 度，水中的总大肠菌群为340个/L，细菌总数为670个/mL。

启动微波炉，微波照射到无电极紫外线灯，发出紫外线，对放置于微波腔中的水进行消毒杀菌。试验证明，消毒杀茵后，总大肠菌群的数量降为0个/L ，细菌总数降为3 个/mL，水中的细菌几乎完全被消灭，符合GB5749-85《生活饮用水卫生标准》的要求。

实施例三

将一工作频率为250KHz、产生电磁波功率为50W 的高频转换器的输入端连接到电压为220V、频率为50Hz的交流电源，输出线图中插入一支直径15mm、边长20mm 的方型无电极紫外线灯，灯管内置一根钼丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为4ppm 的连熔脱羟石英玻璃，灯管内腔2 填充适量氩气和汞3 ，汞的质量为2.5mg，灯管内的工作气压为120pa。

接通电源，高频转换器运行发出高频电磁波，高频电磁波通过输出线圈作用于灯管上， 2 秒后灯点燃，发出紫外线。

实施例四

选择一功率为800W 的徽波炉，在其微波腔中放置一支直径15mm、平行的两段长250mm、中间连接的一段长60mm 的U 型无电极紫外线灯，灯管内置一根镍丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为2ppm 的电熔石英玻璃，灯管内腔2 填充适量氖气和碘化锑4 ，碘化锑4 的质量为5mg，灯管内的工作气压为4050pa。

接通电源，微波炉运行，发出微波，0.3 秒后灯点燃，发出紫外线。

实施例五

选择一功率为1000W 的微波炉，在其微波腔中放置三支直径20mm、平行的两段长250mm、中间连接的一段长80mm、H 型的无电极紫外线灯，灯管内置一根钨丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为2ppm 的电熔石英玻璃，灯管内腔2填充适量氙气和汞3 ，汞的质量为5mg ，灯管内的工作气压为166pa。

在微波炉中放置一杯水，水容积500时，环境温度13⁰C ，水温14⁰C ，色度约30 度，水中的总大肠菌群为340 个/L，细菌总数为670 个/mL。

启动微波炉，微波照射到无电极紫外线灯管，发出紫外线，对放置于微波腔中的水进行消毒杀菌。试验证明，消毒杀菌后，总大肠菌群的数量降为1个/L，细菌总数降为8 个/mL，水中的细菌几乎完全被消灭，符合GB5749-85《生活饮用水卫生标准》的要求。

实施例六

选择一功率为1000W 的微波炉，在其微波腔中放置一支直径18mm、长30mm、直线型的无电极紫外线灯管，灯管内置一根钨丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为2ppm 的连熔脱羟石英玻璃，灯管内腔2 填充适量氦气和汞3 ，汞的质量为1.8mg，灯管内的工作气压为15Opa。

接通电源，微波炉运行，发出微波， 1.4 秒后灯点燃，发出紫外线。

实施例七

选择一800W 的微波炉，调整其功率，使之为300W。在其微波腔中放置二支直径l0mm、长50mm 的直线型无电极紫外线灯管，灯管内置一根镍丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为5ppm 的连熔脱羟石英玻璃，灯管内腔2 填充适量氖气和碘化锑4 ，碘化锑的质量为2.4mg，灯管内的工作气压为3950pa。

接通电源，微波炉运行，发出微波,1.5 秒后灯点燃，发出紫外线。

实施例八

选择一功率为800W 的微波炉，在其微波腔中放置一支直径20mm、平行的两段长250mm、中间连接的一段长80mm、H 型的无电极紫外线灯管，灯管内置一根铁丝5 ，灯管外壳1 的材质为羟基为4ppm 的电熔石英玻璃，灯管内腔2填充适量氖气和汞3 ，汞的质量为O.5mg，灯管内的工作气压为133pa。

接通电源，微波炉运行，发出微波， 1 秒后灯点燃，发出紫外线。

Claims (9)

1.一种无电极紫外线灯，灯管外壳( 1 )为石英玻璃，其特征在于:灯管内置耐高温的金属丝( 5 )，灯管抽真空后充入惰性气体，加入汞( 3 );或者充入氖气，加入在碘化锑(4)。

2.如权利要求l 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:所述金属丝(5 )是铁镍合金丝，或钼丝，或钨丝，或镍丝，或铁丝。

3.如权利要求1 或2 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:灯管外壳( 1 )为羟基小于5ppm 的电熔石英玻璃或连熔脱羟石英玻璃。

4.如权利要求1 或2 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:灯管内的汞( 3 )或碘化锑(4) 的含量小于等于5mg; 当灯管内加入汞(3 )时，充入的惰性气体可以是氦气或氖气或氩气或氪气或氙气，灯内工作气压大于等于10Opa ，小于等于166pa，该无电极紫外线灯可以以微波或高频电磁波作为激发源;当灯管内加入碘化锑(4) 时，充入的惰性气体是氖气，灯内工作气压大于等于395Opa，小于等于405Opa，该无电极紫外线灯可以以大于等于300w 的微波作为激发源。

5.如权利要求3 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:灯管内的汞( 3 )或碘化锑(4) 的含量小于等于5mg; 当灯管内加入汞(3)时，充入的惰性气体可以是氦气或氖气或氩气或氪气或氙气，灯内工作气压大于等于100pa，小于等于166pa，该元电极紫外线灯可以以微波或高频电万兹波作为激发源;当灯管内加入碘化锑(4 )时，充入的惰性气体是氖气，灯内工作气压大于等于3950pa，小于等于405Opa，该无电极紫外线灯可以以大于等于300w 的微波作为激发源。

6.如权利要求1 或2 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:灯管形状为直线型，或环型，或方型，或U 型，或H 型。

7.如权利要求3 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:灯管形状为直线型，或环型，或方型，或U 型，或H 盘。

8.如权利要求4 所述的无电极紫外线灯，其特征在于:灯管形状为直线型，或坏型，或方型，或U 型，或H 型。

9.如权利要求5 所述的元也极紫外线灯，其特征在于:灯管形状为直线型，或环型，或方型，或U 型，或H 型。