CN114758946A - 一种带有uvb紫外线的氙气灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明技术领域，具体涉及到一种带有UVB紫外线的氙气灯。所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.9％；所述灯管内填充600～900kPa的高压氙气和金属卤化物。本发明提供了一种带紫外线的石英氙气灯，采用了可以透紫外线的玻璃材质制作灯管，得到了类似太阳光的光谱，包括紫外、可见光、红外波段，同时在紫外部分光谱的含量比例、强度比例也和太阳光非常接近，作为人造光源，可以在很多应用领域替代太阳光，是真正意义上的“人造小太阳”，其他灯没法达到这样的效果，且本发明的紫外强度更高，光效高，更节能，使用寿命可达上万个小时。

Description

一种带有UVB紫外线的氙气灯

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体涉及到一种带有UVB紫外线的氙气灯。

背景技术

在现代种植或养殖技术中，灯光照明的合理运用也是相当重要的组成部分，模拟自然太阳光可以促进动植物生长，使农业生产提质增量，随着全球人口数量的增加，粮食蔬果需求越来越多，质量要求越来越高，高质量的室内种植应用而生，同时还包括室内的药物种植等，全球都在寻找能替代太阳光的更好的人造光源。

太阳光中包含UVA(315～400nm光波段)，UVB(280～315nm光波段)，UVC(180～280nm光波段)可见光：(400nm～790nm)，红外光(>700nm)，其中人类肉眼能看见的是可见光部分，因此人类把大部分的注意力都集中在了可见光部分，其实太阳光中的UV部分和红外部分对于地球生命也是不可或缺和非常重要的部分，随着人类的发展，很多在室外生存的生物被人类转移到了在室内，这时就需要可以替代太阳光的UV灯，来对室内生物进行光照补充，以使室内生物的基因得到完美的表达，没有此类光源，多项研究没法进行，或者没法达到很好的效果。

发明内容

发明目的及要解决的问题：解决现有光源不含UVB或者UVB含量低的问题，尤其是一些光源只带可见光光谱和少量UVA，不带UVB的问题；该中UVB氙气灯不光带全段的可见光光谱和UVA，还带有完整光段的UVB，让人造光源真正更接近大自然的太阳光。

针对上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.9％；所述灯管内填充600～900kPa的高压氙气和金属卤化物。

作为本发明的一种优选技术方案，所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.95％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述氙气灯的光谱波段包括280～315nm光波段。

作为本发明的一种优选技术方案，所述280～315nm光波段中的相对功率为0.25～0.35mW/nm。

作为本发明的一种优选技术方案，所述氙气灯的光谱波段还包括315～400nm光波段。

作为本发明的一种优选技术方案，所述315～400nm光波段的相对功率为0.37～0.85mW/nm。

作为本发明的一种优选技术方案，所述氙气灯的光谱波段还包括180～280nm光波段。

作为本发明的一种优选技术方案，所述灯管的外形为直管结构，其R7S灯头的外径为32～46mm。

作为本发明的一种优选技术方案，所述氙气灯的功率为35～150W。

本发明的第二个方面提供了如所述的带有UVB紫外线的氙气灯在植物种植照明、爬行动物养殖照明、杀菌消毒、医学、科学研究领域中的应用。

有益效果：本发明提供了一种带紫外线的石英氙气灯，采用了可以透紫外线的玻璃材质制作灯管，得到了类似太阳光的光谱，包括紫外、可见光、红外波段，同时在紫外部分光谱的含量比例、强度比例也和太阳光非常接近，作为人造光源，可以在很多应用领域替代太阳光，是真正意义上的“人造小太阳”，其他灯没法达到这样的效果，且本发明的紫外强度更高，光效高，更节能，使用寿命可达上万个小时。

附图说明

下面结合附图对本发明提供的带有UVB紫外线的氙气灯作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

图1为太阳光完整光谱。

图2为实施例1的带有UVB紫外线的氙气灯积分球测试报告。

图3为实施例1、对比例5、对比例2用于种植照明的对比照片。

图4为对比例1中的市售的CFL(荧光灯)UV灯的光谱图。

图5为对比例2中的市售的HPS(高压钠灯)的光谱图。

图6为对比例3中的市售的Metal Halide卤素灯的光谱图。

图7为对比例4中的市售的汞灯(Mercury Light)的光谱图。

图8为对比例5中的市售的LED灯的光谱图。

图9为实施例1中的带有UVB紫外线的氙气灯的光谱图。

图10为实施例1中的带有UVB紫外线的氙气灯的实务照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。

本发明中的词语“优选的”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

应当理解，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。

尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。

本发明的第一方面提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.9％；所述灯管内填充600～900kPa的高压氙气和金属卤化物。

本发明中的氙气灯包含整流器和灯管，所述整流器是将交流电转换成直流电的装置。其主要产生高压(>18000V)，让灯管中的惰性气体电离，产生辉光放电。本发明中对所述整流器的选择和设置并不做特殊限定，可以根据实际情况进行选择使用。

本申请中的紫外线波段为180～400nm的光波段，具体的，UVA波段为315～400nm，UVB波段为280～315nm，UVC波段为180～280nm；可见光波段为400～790nm；红外线波段为大于700nm的波长范围。

在一些实施方式中，所述氙气灯的光谱波段包括280～315nm光波段(UVB波段)；进一步的，所述280～315nm光波段中的相对功率为0.25～0.35mW/nm。在一些实施方式中，所述氙气灯的光谱波段还包括315～400nm光波段(UVA波段)；进一步的，所述315～400nm光波段的相对功率为0.37～0.85mW/nm。在一些实施方式中，所述氙气灯的光谱波段还包括180～280nm光波段。本发明中所述的相对功率是指本发明中所述氙气灯在常规电压条件下，660nm左右波段处的功率为1mW/nm时，其它波段的相对功率。

本发明中的所述带有UVB紫外线的氙气灯的灯管内填充有600～900kPa的高压氙气和金属卤化物。

本发明中灯管的材质为高纯度石英玻璃，石英玻璃是二氧化硅单一成分的非晶态材料，其微观结构是一种二氧化硅四面体结构单元组成的单纯网络，由于Si-O化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，尤其透明石英玻璃的光学性能非常优异，在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的透射比。其纯度优选不低于99.9％；进一步的，所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.95％。

在电流的作用下，自由电子在灯中电场的作用下获得足够多的能量去碰撞原子，使其释放出更多的自由电子，从而在灯内的气体中发生雪崩放电，只要外加电场一直持续，此雪崩放电现象就会一直持续，从而释放出电磁波，最终达到气体放电放光的目的，灯管采用特殊玻璃材质配方，得到接近太阳光的光谱。申请人发现虽然在采用掺杂氧化钛等金属的金属卤化物混合时，在一定程度上降低膨胀性能，延长使用寿命，但是会影响对UVB、UVC等波段的紫外线的透过。而当采用上述高纯度的石英玻璃其中的二氧化硅组分的无规性，对紫外光线的阻碍效果较弱，有效避免UVB、UVC等波段的紫外线被灯管反射和阻隔，避免UVB、UVC以及UVA波段的紫外线强度减弱的情况发生。

本发明中的氙气灯灯管内填充有金属卤化物，工作过程中金属卤化物从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸汽。本发明中对所述金属卤化物的具体种类并不做特殊限定，可以选用本领域技术人员所熟知的各类金属卤化物，包括但不限于金属铁、钛、钴、钠、钪、镍等的碘化物、溴化物、氯化物等。在一些优选的实施方式中，所述金属卤化物包含碘化钪和碘化钠。在一些优选的实施方式中，所述金属卤化物还包括碘化钛。进一步的，所述金属卤化物由碘化钪、碘化钠和碘化钛组成；进一步的，所述碘化钪、碘化钠和碘化钛的重量比例为7:3:1。申请人发现通过对金属卤化物组分和配比的进一步优化，可以在一定程度上拓宽氙气灯的光谱波段，使氙气灯在UVB(280～315nm光波段)，UVC(180～280nm光波段)等范围内具有更高的透光率，使其光谱波段无限接近太阳光中的波段。申请人推测采用上述比例的金属卤化物，有助于改善氙气灯内的金属光谱，从而改善氙气灯的显色性，从而其在UVB、UVC波段具有更好的响应。

在一些实施方式中，当所述氙气灯的色温为4654K时，其在紫外线光波段内的光谱峰值在UVA波段；进一步的，其在紫外线光波段内的光谱峰值在360nm～370nm之间；进一步的，当所述石英氙气灯的色温为4654K时，其在可见光波段内的光谱峰值在530nm～640nm之间。

色温是表示光线中包含颜色成分的计量单位，从理论上说，黑体温度指绝对黑体从绝对零度(-273℃)开始加温后所呈现的颜色，黑体在受热后，逐渐由黑变红，转黄，发白，最后发出蓝色光。当加热到一定的温度，黑体发出的光所含的光谱成分，就称为这一温度下的色温，计量单位为K。本申请中的色温和光谱通过积分球测试方法进行测定。本申请中所述氙气灯产生的色温可以在2000K～7000K范围内，也可以超过7000K。

本发明中对所述氙气灯的功率并不作特殊限定，可以根据实际情况进行调整，包括但不限于大于150W或者小于35W；在一些实施方式中，所述氙气灯的功率为35～150W。

本发明中对所述氙气灯灯管的外形并不作特殊限定，可以根据实际情况决定采用特定的外形结构。在一些实施方式中，所述灯管的外形为直管结构，其R7S灯头的外径为32～46mm，其灯座结构包括但不限于R7S,E40，E39或者其他灯座。本发明中的所述氙气灯在不影响其功能正常发挥的前提下，还包括其它本领域技术人员所熟知的各类配件，包括但不限于灯罩等。

本发明的第二个方面提供了如所述的带有UVB紫外线的氙气灯在植物种植照明、爬行动物养殖照明、杀菌消毒、医学、科学研究领域中的应用。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为能透紫外光线的高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度为99.9％；所述灯管内填充800kPa的高压氙气和金属卤化物；所述金属卤化物为碘化钪和碘化钠的混合，重量比为7：4；所述金属卤化物的质量为高压氙气质量的1/16；所述石英氙气灯的功率为100W。上述石英氙气灯经过积分球测试，光谱如图2所示，包括紫外线波段、可见光波段、红外线波段；所述紫外线波段包括大量的UVA波段、少量的UVB波段和UVC波段，可见光光谱是完整和饱满的，红外部分也是完整和饱满。将图2和图9中的光谱图中可知，该氙气灯有少量的UVC(180～280nm)，有小部分的UVB，有大量的UVA，而且可见光光谱是完整和饱满的，红外部分也是完整和饱满的。与图1中的太阳光光谱相比较，两者非常接近。上述石英氙气灯的色温为4654K，其在紫外线光波段内的光谱峰值在360nm～370nm之间，在可见光波段内的光谱峰值在537.2nm处。

实施例2

本实施例提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为能透紫外光线的高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度为99.9％；灯管内填充600kPa的高压氙气和金属卤化物；所述金属卤化物为碘化钪和碘化钠的混合，重量比为7：4；所述金属卤化物的质量为高压氙气质量的1/16；所述石英氙气灯的功率为150W。

实施例3

本实施例提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；灯管内填充900kPa的高压氙气和金属卤化物；所述金属卤化物为碘化钪和碘化钠的混合，重量比为7：4；所述金属卤化物的质量为高压氙气质量的1/16；所述石英氙气灯的功率为70W。

实施例4

本实施例提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为能透紫外光线的高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度为99.99％；所述灯管内填充800kPa的高压氙气和金属卤化物；所述金属卤化物为碘化钪、碘化钠和碘化钛的混合物，重量比为7：3:1；所述金属卤化物的质量为高压氙气质量的1/16；所述石英氙气灯的功率为100W。上述石英氙气灯经过积分球测试发现其光谱包括紫外线波段、可见光波段、红外线波段；所述紫外线波段包括大量的UVA波段、少量的UVB波段和UVC波段，可见光光谱是完整和饱满的，红外部分也是完整和饱满。其光谱与图1中的太阳光光谱相比较，两者非常接近，而与实施例1中的氙气灯相比，其在UVB和UVC波段的光谱强度更强，与太阳光光谱之间的差异更小。

实施例5

本实施例提供了本实施例提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，所述氙气灯包括整流器和灯管；其与实施例1的区别在于，所述石英氙气灯的灯管为BK7玻璃材质。其与实施例1的性能相近。

实施例6

本实施例提供了本实施例提供了一种带有UVB紫外线的氙气灯，其与实施例4的区别是灯管采用的材质为掺杂氧化钛的石英玻璃，其纯度为98％。发现该氙气灯在UVC和UVB波段中的光谱强度明显减弱，紫外光的透过率明显减少，与自然光光谱的差异相对较大。

对比例1

本对比例提供的是市售的CFL(荧光灯)UV灯。从图4所示的荧光光谱图中可以看出其UVA波段的含量比较多，但是UVB波段的比例比较小，而且UVB波段强度比较低，同时在可见光部分也很弱。

对比例2

本对比例提供的是市售的HPS(高压钠灯)，从图5中的光谱图中可以看出，该高压钠灯只有非常少量的UVA，没有UVB，而且可见光部分主要集中在绿光，红光和黄光，与自然太阳光差异较大。

对比例3

本对比例提供的是市售的Metal Halide卤素灯，从图6的光谱图中可以看出，该卤素灯虽然可见光部分相对完整，但是只有少部分的UVA，而且不含UVB。

对比例4

本对比例提供的是市售的汞灯(Mercury Light)，从图7的光谱图中可以看出，该汞灯包含UVA，UVB，而且还有UVC，但是由于该汞灯本生的光效比较低，其UVB的含量也比较低，而且其在可见光部分光谱强度稍微比较低。此外，由于汞灯使用了水银，现已经被全球很多国家特别是欧美国家静止使用，导致其不能得到广泛的应用。

对比例5

本对比例提供的是市售的声称包含紫外光的LED灯，从图8的光谱图中可以看出，该LED主要由红、绿、蓝三基色组成，而且基本上没有UV，与宣传带UV的说法不一致。

实施例1、对比例1～2用于植物种植一个月的效果如图3所示，植物的初始状态相同或相近，左图为对比例1照射后的植物，右图为对比例2照射后的植物，可以观察到植物的叶片稀疏，生长不明显，中图为5个实施例1组合后的灯光(100W×5＝500W)照射后的植物，叶片茂密，相比于对比例1、2，生长非常明显。

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所公开的技术特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述氙气灯包括整流器和灯管；所述灯管的材质为高纯度石英玻璃；所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.9％；所述灯管内填充600～900kPa的高压氙气和金属卤化物。

2.根据权利要求1所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述高纯度石英玻璃的纯度不低于99.95％。

3.根据权利要求1所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述氙气灯的光谱波段包括280～315nm光波段。

4.根据权利要求3所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述280～315nm光波段中的相对功率为0.25～0.35mW/nm。

5.根据权利要求3所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述氙气灯的光谱波段还包括315～400nm光波段。

6.根据权利要求5所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述315～400nm光波段的相对功率为0.37～0.85mW/nm。

7.根据权利要求3所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述氙气灯的光谱波段还包括180～280nm光波段。

8.根据权利要求1～7任一项所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述灯管的外形为直管结构，其R7S灯头的外径为32～46mm。

9.根据权利要求8所述的带有UVB紫外线的氙气灯，其特征在于，所述氙气灯的功率为35～150W。

10.根据权利要求1～9任一项所述的带有UVB紫外线的氙气灯在植物种植照明、爬行动物养殖照明、杀菌消毒、医学、科学研究领域中的应用。

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