RU2176117C1

RU2176117C1 - Ozone-free quartz lamp

Info

Publication number: RU2176117C1
Application number: RU2000132760A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Новиков; Р.Г. Орехов
Original assignee: Новиков Николай Николаевич
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2001-11-20

Abstract

FIELD: medicine, hygienic treatment apparatuses using ultraviolet quartz lamps for air cleaning and process decontamination systems. SUBSTANCE: lamp whose bulb is made of quartz glass and filled with inert gas with metered amount of mercury has two electrode assemblies incorporating oxide-covered electrode that functions to reduce electron output work and is secured between two electrode pins each being connected to electrode contact foil stamped into bulb and with electrode contact; electrodes of electrode assemblies are made of spiral twisted many times; lamp bulb surface is covered with selectively translucent silicon-titanium solution of tetraethoxysilane and tetrabutoxytitanium followed by bulb drying out and heating to 600 C. Content of base components of solution is not over 5%. EFFECT: enhanced bactericide radiation power and ozone-free operation of lamp. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, в частности касается лампы кварцевой ультрафиолетовой для аппаратов санитарно-гигиенической обработки, и может быть использовано в составе систем обеспечения чистоты воздуха и помещений, а также в технологических системах обеззараживания. The invention relates to medicine, in particular for a quartz ultraviolet lamp for sanitary-hygienic treatment devices, and can be used as part of air and room cleanliness systems, as well as in technological disinfection systems.

Известны лампы для ультрафиолетового обеззараживания, содержащие колбу из увиолевого стекла, внутри которого закреплены электроды, а колба заполнена аргоном с дозированным количеством ртути. При подаче достаточного напряжения на электроды между ними возникает слаботочный дуговой разряд в аргоне, который по мере испарения ртути переходит в разряд в парах ртутит, излучая ее спектр [1]. Lamps for ultraviolet disinfection are known, containing a flask made of uvolev glass, inside which electrodes are fixed, and the flask is filled with argon with a metered amount of mercury. When a sufficient voltage is applied to the electrodes, a low-current arc discharge in argon arises between them, which, as the mercury evaporates, passes into the discharge in mercury vapor, emitting its spectrum [1].

Недостатками известного решения являются сложность стандартизации качества увиолевого стекла в процессе его приготовления и низкая пропускная способность коротковолнового излучения в диапазоне 205-280 нм. Кроме того, короткий срок службы лампы до потери своих бактерицидных свойств обусловлен низкой устойчивостью увиолевого стекла к адгезии ртути и окисным продуктам, испаряющимся из электродов в процессе горения лампы, которые оседают на внутреннюю поверхность колбы и понижают мощность излучения. The disadvantages of the known solutions are the difficulty of standardizing the quality of uvolev glass during its preparation and the low bandwidth of short-wave radiation in the range of 205-280 nm. In addition, the short life of the lamp to the loss of its bactericidal properties is due to the low resistance of uviole glass to the adhesion of mercury and oxide products that evaporate from the electrodes during the combustion of the lamp, which settle on the inner surface of the bulb and reduce the radiation power.

Наиболее близким решением по технической сущности является лампа, колба которой выполнена из кварцевого стекла, заполнена инертным газом аргоном с дозированным количеством ртути, а электроды покрыты оксидным составом, понижающим работу выхода электродов, и излучение осуществляется в дуговом разряде паров ртути [2]. The closest solution in technical essence is a lamp whose bulb is made of quartz glass, filled with an inert gas argon with a metered amount of mercury, and the electrodes are coated with an oxide composition that reduces the work function of the electrodes, and the radiation is carried out in an arc discharge of mercury vapor [2].

Недостатком такого решения является образование озона в процессе работы лампы из-за широкого спектра ультрафиолетового излучения, с максимальной радиацией на резонансных длинах волн, не только в бактерицидном 253,7 нм, но и озонообразующем 184,9 нм. При взаимодействии озона с азотистыми основаниями, присутствующими в воздухе, образуются диоксиды. Указанные соединения являются ядами и использование бактерицидных источников ультрафиолетового излучения с такими свойствами недопустимо. Кроме того, собственно озон является сильным окислителем и его содержание в воздухе допускается не выше установленных норм. The disadvantage of this solution is the formation of ozone during lamp operation due to the wide spectrum of ultraviolet radiation, with maximum radiation at resonant wavelengths, not only in the bactericidal 253.7 nm, but also in the ozone-forming 184.9 nm. When ozone reacts with nitrogenous bases present in the air, dioxides are formed. These compounds are poisons and the use of bactericidal sources of ultraviolet radiation with such properties is unacceptable. In addition, ozone itself is a strong oxidizing agent and its content in air is allowed no higher than established standards.

Технической сущностью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение мощности бактерицидного излучения и исключение образования озона в процессе работы лампы. The technical essence of the invention is to eliminate these drawbacks, increasing the power of bactericidal radiation and eliminating the formation of ozone during lamp operation.

Поставленная цель достигается тем, что в лампе, колба которой выполнена из кварцевого стекла и заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками в составе электрода с оксидным покрытием, понижающим работу выхода электронов, закрепленного между двумя ножками электрода, каждая из которых соединена с фольгой контактной электродной и контактом электродным, заштампованными в колбу с противоположных концов по фольге контактной электродной, электроды электродных сборок выполнены из многошаговой спирали, а на внешнюю поверхность колбы лампы нанесено селективно-пропускающее кремний-титановое покрытие, выполненное раствором тетраэтоксисилана и тетрабутоксититана с последующим высушиванием и прогреванием колбы до 600^oC.This goal is achieved by the fact that in a lamp whose bulb is made of quartz glass and filled with an inert gas with a metered amount of mercury, with two electrode assemblies as part of an oxide-coated electrode, which reduces the electron work function fixed between two electrode legs, each of which is connected with contact electrode foil and electrode contact, stamped into the flask from opposite ends along the contact electrode foil, the electrode assemblies are made of a multi-step spiral and, as the outer surface of the lamp bulb is applied selectively transmissive silicon-titanium coating formed tetrabutoxytitanium and tetraethoxysilane solution followed by drying and by heating the flask to 600 ^o C.

На чертеже представлена схема лампы, где показано 1 колба кварцевая с селективно-пропускающим покрытием 2 кремний-титановым, с первой 3 и второй 4 электродной сборкой в составе электрода 5, выполненного из спирали 6 многошаговой с покрытием, ножек 7 электрода, фольги 8 контактной электродной и контактов 9 электродных. The drawing shows a lamp diagram, which shows 1 quartz bulb with a selectively transmitting coating 2 silicon-titanium, with the first 3 and second 4 electrode assembly consisting of an electrode 5 made of a multi-step coated coil 6, legs 7 of the electrode, foil 8 of the contact electrode and 9 electrode contacts.

Лампа выполнена следующим образом. Осуществляется подготовка электродной сборки 3 и 4. Спираль 6 электродов 5 изготавливается из вольфрамовой нити скручиванием ее в спираль с минимально возможным шагом. Из полученной спиральной нити скручивается следующая спираль уже большим шагом, чем предыдущая. Затем из уже полученной двойной спирали скручивается следующая спираль. Выполненная многошаговая вольфрамовая спираль 6 электродов 5 закрепляется между ножками 7 электрода и покрывается веществом, понижающим работу выхода электронов, например оксидом бария, по известной технологии. В результате того, что спираль 6 имеет сложную многошаговую конструкцию, обладает достаточным сопротивлением для заданной температуры нагревания и несет на себе покрытие из оксида понижающего работы выхода электронов значительно больше, чем при изготовлении электрода из одношаговой спирали с покрытием. Такая конструкция спирали электрода облегчает процесс зажигания лампы и понижает ток, необходимый для формирования газоразрядного процесса. The lamp is made as follows. The preparation of the electrode assembly 3 and 4 is carried out. The spiral 6 of the electrodes 5 is made of a tungsten filament by twisting it into a spiral with the smallest possible pitch. The next spiral is twisted from the obtained spiral thread in a larger step than the previous one. Then the next spiral is twisted from the already obtained double helix. The multi-step tungsten spiral 6 of the electrodes 5 is fixed between the legs of the electrode 7 and is coated with a substance that lowers the electron work function, for example, barium oxide, by known technology. As a result of the fact that the spiral 6 has a complex multi-step design, has sufficient resistance for a given heating temperature, and bears a coating of oxide that reduces the electron work function, much more than when manufacturing an electrode from a single-step coated spiral. This design of the electrode coil facilitates the process of ignition of the lamp and reduces the current required to form a gas discharge process.

Спираль 6 электродов 5 закрепляется на молибденовых ножках 7 электрода, которые приварены к молибденовой фольге 8 контактной электродов, а уже к молибденовой фольге привариваются контакты 9 электродные. A spiral of 6 electrodes 5 is fixed to the molybdenum legs 7 of the electrode, which are welded to the molybdenum foil 8 of the contact electrodes, and 9 electrode contacts are welded to the molybdenum foil.

Изготовленные таким образом первая 3 и вторая 4 электродные сборки впаиваются в колбу 1 лампы из кварцевого стекла с торцов таким образом, что спираль 5 электрода многошаговая, закрепленная на ножках 6, заваривается внутри колбы, а заштамповка электродной сборки в кварцевую колбу осуществляется по фольге 7 контактной. Такое решение предотвращает выход лампы из строя из-за возможности, так называемой, натечки атмосферного воздуха через место заштамповки электродной сборки в кварцевую колбу лампы. The first 3 and second 4 electrode assemblies made in this way are soldered into the bulb bulb 1 made of quartz glass from the ends in such a way that the multi-step spiral 5 of the electrode mounted on the legs 6 is welded inside the bulb, and the electrode assembly is stamped into the quartz bulb using a 7-contact foil . This solution prevents the lamp from failing due to the possibility of the so-called leakage of atmospheric air through the stamping place of the electrode assembly into the quartz lamp bulb.

После технологического прогревания электродов 5 током высокой частоты происходит дополнительная откачка лампы и заполнение инертным газом с дозированным количеством ртути и заварка технологического канала, место расположения которого из-за непринципиального значения на чертеже не показано. Количество ртути в лампе, а также неиспользуемый инертный газ и его давление определяются мощностью лампы. After technological heating of the electrodes 5 with a high-frequency current, an additional pumping of the lamp occurs and inert gas is filled with a metered amount of mercury and the technological channel is welded, the location of which is not shown in the drawing due to an unprincipled value. The amount of mercury in the lamp, as well as unused inert gas and its pressure are determined by the power of the lamp.

Следующим этапом проводится технологическая тренировка лампы на стенде включения и проверка ее электрических параметров. The next step is the technological training of the lamp at the inclusion stand and checking its electrical parameters.

После процесса контроля работоспособности лампы и ее электрических параметров осуществляется процесс нанесения покрытия, исключающего излучение в коротковолновой озонообразующей части ультрафиолетового спектра. After the process of monitoring the lamp operability and its electrical parameters, a coating process is carried out to exclude radiation in the short-wave ozone-forming part of the ultraviolet spectrum.

Для этого приготавливается специальный раствор селективно-пропускающего покрытия, состоящий из основных компонентов, содержащих кремний - тетраэтоксисилана и титан - тетрабутоксититана, разведенных в этиловом спирте с добавлением кислоты соляной. При этом содержание основных компонентов раствора селективно пропускающего покрытия не превышает 5%. После процесса созревания раствора через 24 часа приступают к нанесению покрытия на поверхность колбы лампы способом обливания или окупания лампы в раствор. To do this, a special solution of a selective-transmission coating is prepared, consisting of the main components containing silicon - tetraethoxysilane and titanium - tetrabutoxy titanium, diluted in ethanol with the addition of hydrochloric acid. Moreover, the content of the main components of the solution of selectively transmissive coating does not exceed 5%. After the process of maturation of the solution, after 24 hours, they begin to apply a coating to the surface of the lamp bulb by the method of pouring or recouping the lamp into the solution.

После нанесения покрытия лампу слегка просушивают с переворачиванием вокруг своей оси для избежания образования натеков и прогревают в электрической муфельной печи до температуры 600 град.C для затвердения и закрепления нанесенного покрытия на внешней поверхности колбы лампы. After coating, the lamp is slightly dried with turning around its axis to avoid sagging and heated in an electric muffle furnace to a temperature of 600 degrees C to harden and fix the coating on the outer surface of the lamp bulb.

Прогревание колбы лампы позволяет сформировать пленку на поверхности колбы лампы, содержащую титан в окиси кремния, т.е. получить кварцевую пленку на поверхности колбы, лигированную титаном. Такая пленка устойчива к внешним воздействиям и сохраняется на поверхности колбы лампы весь срок ее службы. The heating of the lamp bulb allows the formation of a film on the surface of the lamp bulb containing titanium in silicon oxide, i.e. get a quartz film on the surface of the flask alloyed with titanium. Such a film is resistant to external influences and remains on the surface of the lamp bulb throughout its life.

Кристаллизация титановых включений в процессе нагревания позволяет создать защитную кристаллическую решетку молекул титана в покрытии, которая отрезает коротковолновое озонообразующее ультрафиолетовое излучение до 205 нм. Вместе с тем такое покрытие практически не влияет на бактерицидный поток, то есть на суммарное излучение в диапазоне 205-315 нм. Crystallization of titanium inclusions during heating allows you to create a protective crystal lattice of titanium molecules in the coating, which cuts off short-wave ozone-forming ultraviolet radiation up to 205 nm. However, such a coating practically does not affect the bactericidal flow, that is, the total radiation in the range of 205-315 nm.

После операции нанесения покрытия осуществляют контроль световых и спектральных параметров лампы и при необходимости контакты 9 электродные закрепляют в соответствующем цоколе. After the coating operation, the light and spectral parameters of the lamp are controlled and, if necessary, the 9 electrode contacts are fixed in the corresponding base.

Выполненные испытания показали высокие технические параметры, удовлетворяющие медицинским требованиям изделия. Лампа безозоновая бактерицидная кварцевая "ЛБК" рекомендована комитетом по новой медицинской технике Минздрава России для производства и практического применения. The tests performed showed high technical parameters that meet the medical requirements of the product. Ozone-free bactericidal quartz lamp "LBK" recommended by the Committee on new medical equipment of the Ministry of Health of Russia for production and practical use.

Источники информации
1. Лампа дуговая бактерицидная ДБ 30-1. ТУ 16-535.273-75.Sources of information
1. Lamp arc bactericidal DB 30-1. TU 16-535.273-75.

2. Лампа дуговая ртутно-кварцевая бактерицидная ДРБ-40. ТУ АШПК 433220.038. 2. Lamp arc mercury-quartz bactericidal DRB-40. TU ASHPK 433220.038.

Claims

Ozone-free quartz lamp, the bulb of which is made of quartz glass and filled with an inert gas with a metered amount of mercury, with two electrode assemblies as part of an oxide-coated electrode, which reduces the electron work function fixed between two electrode legs, each of which is connected to a contact electrode foil, stamped into a flask with an electrode contact, characterized in that the electrodes of the electrode assemblies are made of repeatedly twisted spirals, and applied to the outer surface of the lamp bulb a selectively transmitting silicon-titanium coating made with a solution of tetraethoxysilane and tetrabutoxytitanium with a content of components in the solution of not more than 5% followed by drying and heating of the flask to 600 ^o C.