CN213071066U - 一种同轴结构微波放电无极紫外灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同轴结构微波放电无极紫外灯，包括同轴双层紫外灯管，其中内层为微波传输腔，外层为气体放电腔。其中外层气体放电腔为等离子体产生区，通过上下换气孔填充一定气压的工作气体后封装灯管。灯管一端通过微波传输线接头连接微波源系统，另一端为微波短路端口。由微波源系统产生的微波能量经微波传输线接头传输进入内层微波传输腔，透过内层管壁进入气体放电腔激发工作气体，通过表面波放电模式持续产生均匀的等离子体，继而产生紫外光辐射。本实用新型的同轴结构微波放电无极紫外灯，通过设计同轴双层结构将微波传输区与气体放电区平行隔离分开，环境适应性好，可直接放置于气体或液体中，结构简单，操作便捷。

Description

一种同轴结构微波放电无极紫外灯

技术领域

本实用新型涉及紫外灯技术领域，具体涉及一种同轴结构微波放电无极紫外灯。

背景技术

在光的作用下进行的化学反应称为光化学反应，利用光化学方法进行污染物的降解具有快速、高效、反应条件温和、实用性强等优点。其中紫外光(UV)技术引起了人们的广泛关注，已成为微电子、医药、化工等领域中的关键性技术。传统常用的UV光源是有着几十年历史的汞灯，它是由电极发射电子激发汞蒸气放电，发出特定波长(185nm,253.7nm,313nm或365nm)的紫外辐射。而由于灯中电极的存在，导致其寿命短，灯管的频繁更换使得成本升高；另一方面电极材料与发光物质选择范围小，形状变化小，光辐射利用率低。因此，研制具有辐射强，寿命长，成本低廉等优点的紫外光源具有积极意义。

近年来，微波放电无极紫外灯作为一种新型UV光源引起了人们的兴趣。微波放电是将微波能转化为气体分子内能，使之激发、离解、电离产生等离子体的一种气体放电形式，具有更高的电子温度和电子密度，可在更宽的气压范围内稳定工作。与依靠电极放电的传统汞灯不同，微波放电无极紫外灯直接利用微波能量激发气体放电，不需要电极，这种无极放电形式不会像其他放电光源一样产生由于电极氧化、损耗和密封问题引起的发黑，寿命短等缺点。而且由于没有电极，可尝试的发光物质选择范围大大拓宽，可根据需求填充不同物质，得到不同波长的UV辐射，提高光源利用效率。因此，微波放电无极紫外灯有望弥补传统汞灯不足，为光化学技术提供一种新的光源选择。目前，已有研究表明，微波放电无极紫外灯具有发光强度高、启动快，发光稳定，形状多变等特性，并将其利用于有机合成、空气消毒、水消毒、水中污染物降解等领域，均取得了很好的效果。

如今，微波无极紫外灯大多采用谐振腔的形式，将放电灯放入密闭的金属或金属网做的谐振腔容器中，将微波系统产生的微波能量集中在放电灯管中激发电离灯管中的工作气体产生等离子体从而产生紫外光辐射。这种结构可以很好的集中微波能量，但仍然存在一些问题，例如放电不均以及难以线形放大进行工程应用。

近年来，以表面波放电模式产生的等离子体因其高均匀度和形状的可创造性而得到广泛应用。微波透过介质层在放电空间表面形成强大电场激发产生等离子体，而高密度的等离子体反映出的金属特性又可以充当外导体从而与管壁形成波导管，产生更多的等离子体。这种表面波的传播模式大大解决了等离子体分布不均的问题，且结构多变。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术的不足，通过设计同轴双层紫外灯管，提供一种同轴结构微波放电无极紫外灯。本实用新型通过设计同轴结构微波放电无极紫外灯，利用同轴双层灯管结构，将微波传输腔与放电腔平行隔离，微波透过传输腔介质在放电腔的管壁上形成强大的表面电场，通过表面波放电的模式有利于形成均匀稳定放电的等离子体，继而产生紫外辐射，同时该结构可通过功分器线形放大，益于实现大规模工程应用。

本实用新型采用的技术方案是：一种同轴结构微波放电无极紫外灯，包括同轴双层紫外灯管，所述同轴双层紫外灯管的内层为微波传输腔，外层为气体放电腔；所述外层气体放电腔为石英玻璃形成的腔体，外围为圆柱形，与内层微波传输腔同轴，且环绕在内层微波传输腔外围；其中外层气体放电腔为等离子体产生区，通过上下换气孔填充一定气压的工作气体后封装灯管；灯管一端通过连接座插入微波传输线接头连接微波源系统，另一端为微波短路端口；由微波源系统产生的微波能量经微波传输线接头传输进入内层微波传输腔，透过内层管壁进入气体放电腔激发工作气体，通过表面波放电模式持续产生均匀的等离子体，继而产生紫外光辐射。

进一步的，所述的同轴双层紫外灯管，结构为中空双层石英管结构，或在内层加设铜内导体，或在灯管外部加设铜网，内层通入气体进行冷却。

进一步的，所述的微波源系统为磁控管微波源或固态微波源，系统频率为0.915GHz或者2.45GHz，或2.45-30GHz频段内的频率，灯管及微波传输线接头尺寸与频率相匹配。

进一步的，所述的磁控管微波源包括带有冷却系统的微波电源，连接到磁控管发出微波信号，通过矩形波导传输连接到微波传输线，矩形波导上可选择安装三销钉进行调节。

进一步的，所述的工作气体为惰性气体和其他元素气体的混合气，所述惰性气体包括：氦、氖、氩、氪、氙、氡，其他元素包括汞、碘、硫、溴、氯化物，气压为10Pa-100000Pa。

进一步的，所述的微波短路端口与连接座的材质为铜、铁、铝或不锈钢。

进一步的，所述的同轴结构微波放电无极紫外灯通过在微波源系统中增设功分器线性放大。

进一步的，所述的功分器材质为铜、铁、铝合金或不锈钢的一种。

进一步的，所述的同轴结构微波放电无极紫外灯产生紫外波段光辐射，能够直接用于环境污染物处理或光化学反应。

进一步的，本实用新型的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，所述的同轴双层紫外灯管材料为纯度大于99.99％的石英，或内层为高微波透过率材料，外层为高紫外透射率材料。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型采用微波无极放电模式，由微波能量直接激发工作气体，避免因传统紫外汞灯由于电极产生的寿命短、工作气体种类受限、紫外辐射波段有限等问题；通过设计同轴双层紫外灯管，将微波传输腔与放电腔平行隔离开，微波透过传输腔介质在放电腔的管壁上形成强大的表面电场，通过表面波放电的模式产生等离子体，有利于形成均匀稳定放电的等离子体，继而产生紫外辐射，同时该结构可通过功分器线形放大。本实用新型结构简单，环境适应性好，操作便捷，易于实现工业化。

附图说明

图1是一种同轴结构微波放电无极紫外灯的一种结构示意图——中空双层石英管；

图2是一种同轴结构微波放电无极紫外灯的一种结构示意图——内置铜内导体；

图3是一种同轴结构微波放电无极紫外灯的一种结构示意图——外设铜网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体应用实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的应用范围。

如图1所示为本实用新型的一种同轴结构微波放电无极紫外灯的一种结构示意图，包括有同轴双层紫外灯管，其中包括外层气体放电腔1，所述外层气体放电腔为高纯度石英玻璃形成的腔体，外围为圆柱形，与内层微波传输腔2同轴，且环绕在内层微波传输腔2外围。灯管两侧开有上换气口4和下换气口3，灯管两端分别设有微波短路端口和连接座。通过连接座插入传输线接头连接微波源系统。

如图2所示为本实用新型的一种同轴结构微波放电无极紫外灯的一种结构示意图，即在图1的结构基础上内置铜内导体，通过聚四氟乙烯垫进行固定，铜内导体与外层放电腔产生的等离子体形成类同轴结构，可增加微波传输稳定性以及放电均匀性。

如图3所示为本实用新型的一种同轴结构微波放电无极紫外灯的一种结构示意图，即在图1的结构基础上外设铜网，在灯管外部包裹铜网，可使得微波集中在灯管内部，提高电场强度。

下面将根据图1所示结构对具体实施方式进行说明，首先，工作气体由上换气口4和下换气口3对外层气体放电腔进行填充，填充至所需气压后再对外层气体放电腔封装。由磁控管或固态微波源系统发出的微波能量，经传输线接头馈入双层灯管的内层微波传输腔2，透过内层微波传输腔2管壁进入外层气体放电腔1激发工作气体产生等离子体继而产生紫外辐射透过外层管壁作用于待处理样品，未被吸收的微波能量将被微波短路端口反射回腔体。本实用新型灯管结构可为附图1-3所示三种，根据需要进行选择，同时可通过在微波源系统中增设功分器实现线形扩展。

图中的外层气体放电腔1内外结构材料均为高纯度石英玻璃，因为石英玻璃既是高微波透过率材料也是高紫外透过率材料。根据本实用新型设计原理，原则上只需满足内层为高微波透过率材料，外层为高紫外透过率材料均符合本实用新型的要求。

本实用新型的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，通过设计同轴双层结构将微波传输区与气体放电区平行隔离分开，通过表面波放电产生更多的均匀的等离子体，继而产生紫外辐射，环境适应性好，可直接放置于待处理样品中，结构简单可操作性强，易于实现工业化应用。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，且应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (9)

1.一种同轴结构微波放电无极紫外灯，包括同轴双层紫外灯管，其特征在于：所述同轴双层紫外灯管的内层为微波传输腔，外层为气体放电腔；所述外层气体放电腔为石英玻璃形成的腔体，外围为圆柱形，与内层微波传输腔同轴，且环绕在内层微波传输腔外围；其中外层气体放电腔为等离子体产生区，通过上下换气孔填充一定气压的工作气体后封装灯管；灯管一端通过连接座插入微波传输线接头连接微波源系统，另一端为微波短路端口；由微波源系统产生的微波能量经微波传输线接头传输进入内层微波传输腔，透过内层管壁进入气体放电腔激发工作气体，通过表面波放电模式持续产生均匀的等离子体，继而产生紫外光辐射。

2.根据权利要求1所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的同轴双层紫外灯管材料为纯度大于99.99％的石英，或满足内层为微波透过材料、同时外层为紫外透射材料。

3.根据权利要求1所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的同轴双层紫外灯管，结构为中空双层石英管结构，或在内层加设铜内导体，或在灯管外部加设铜网，内层通入气体进行冷却。

4.根据权利要求1所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的微波源系统为磁控管微波源或固态微波源，系统频率为0.915GHz或者2.45GHz，或2.45-30GHz频段内的频率，灯管及微波传输线接头尺寸与频率相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的磁控管微波源包括带有冷却系统的微波电源，连接到磁控管发出微波信号，通过矩形波导传输连接到微波传输线，矩形波导上可选择安装三销钉进行调节。

6.根据权利要求1所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的微波短路端口与连接座的材质为铜、铁、铝或不锈钢。

7.根据权利要求1所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的同轴结构微波放电无极紫外灯通过在微波源系统中增设功分器线性放大。

8.根据权利要求7所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的功分器材质为铜、铁、铝合金或不锈钢的一种。

9.根据权利要求1所述的一种同轴结构微波放电无极紫外灯，其特征在于：所述的同轴结构微波放电无极紫外灯产生紫外波段光辐射，能够直接用于环境污染物处理或光化学反应。

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