專利名稱：一種無電極紫外線燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)、電真空技術(shù)，更具體地說，是涉及一種紫外線燈，在國際專利分類中屬于H01J類。
背景技術(shù)：
隨著人們環(huán)保意識(shí)和保健意識(shí)的加強(qiáng)，紫外線燈被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品、飲用水和工業(yè)凈化等專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行消毒殺菌。紫外線的UVC波段(190nm～290nm)屬于廣譜消毒殺菌類光波，具有消毒殺菌功能。研究證明，UVC波段的紫外線能夠被包括細(xì)菌繁殖體、分支桿菌、冠狀病毒、真菌、立克次體和衣原體等在內(nèi)的眾多細(xì)菌、病毒的DNA很好地吸收，從而破壞細(xì)菌、病毒的DNA，使細(xì)菌、病毒被滅殺，達(dá)到消毒殺菌的目的。
常見的紫外線燈殺菌采用的是預(yù)熱式的普通紫外線燈，由電源、電極、鎮(zhèn)流器、啟輝器和燈管(燈泡)等組成。未接通電源時(shí)，燈未啟動(dòng)，鎮(zhèn)流器內(nèi)也沒有電流流動(dòng)。當(dāng)220V電源電壓加在啟輝器二極上，使二極間產(chǎn)生輝光放電，放電使啟輝器的雙金屬片發(fā)熱而變形。U形片一端的觸點(diǎn)向另一個(gè)固定電極移動(dòng)，二極接觸使燈管二端燈絲和鎮(zhèn)流器串聯(lián)在一起形成回路，使電流流動(dòng)，于是燈絲被加熱。此時(shí)啟輝器輝光放電停止，雙金屬片冷卻下來，在1～3秒內(nèi)觸頭分開。電路斷開瞬間鎮(zhèn)流器因感應(yīng)而產(chǎn)生反電動(dòng)勢，電源電壓迭加在一起擊穿燈管產(chǎn)生放電，此時(shí)燈絲已加熱到800～1000℃能夠發(fā)射電子，因此很快轉(zhuǎn)入自持放電。放電初期主要是惰性氣體作用，隨著汞的汽化，逐步轉(zhuǎn)入低氣壓的汞蒸氣放電。
在啟輝器、燈管、鎮(zhèn)流器均配置合理的情況下，這種普通消毒紫外線燈的使用壽命與外界的輸入電壓及開關(guān)使用頻率有很大關(guān)系。如果電源頻率偏低，同時(shí)電壓低于200V，將會(huì)大大影響燈的壽命。這種紫外線燈的鎮(zhèn)流器和啟輝器容易損壞，紫外線燈內(nèi)的電極隨著時(shí)間的延長也會(huì)出現(xiàn)電極劣化、打火等現(xiàn)象，燈管壽命不長。一般情況下，這種普通消毒紫外線燈的使用壽命低于2000小時(shí)。
檢索發(fā)現(xiàn)，專利號(hào)為03234427.9的一件名為“一種微波激勵(lì)紫外光源”的實(shí)用新型專利公開了一種用微波激發(fā)紫外線燈進(jìn)行消毒殺菌的激發(fā)裝置，其中涉及一種紫外線燈，該燈具有無電極、壽命較長等特點(diǎn)，但是其缺陷在于①燈管內(nèi)汞的充入量太大，燈管易爆，對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)危害人體的生命安全，一般不具有實(shí)施可能；②僅能以微波作為激發(fā)源，使用范圍有所限制，在需要小功率激發(fā)的情況下，其使用不夠經(jīng)濟(jì)；③燈不易被激發(fā)點(diǎn)燃。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種無電極、啟動(dòng)電壓低、易激發(fā)、能以微波或高頻電磁波作為激發(fā)源、壽命長、安全方便、用于消毒殺菌的紫外線燈。
本實(shí)用新型提供的無電極紫外線燈，燈管外殼為石英玻璃，沒有電極，與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于燈管內(nèi)置耐高溫的金屬絲，燈管抽真空后或者充入惰性氣體，加入汞；或者充入氖氣，加入碘化銻。
在加入汞、充入惰性氣體的情況下，在微波等外部激發(fā)源的作用下，惰性氣體放電，造成燈管內(nèi)溫度升高，使燈管內(nèi)的汞汽化；在汞的汽化過程中，汞產(chǎn)生放電，并放射紫外線。
在加入碘化銻、充入氖氣的情況下，在微波等外部激發(fā)源的作用下，燈管內(nèi)的氖氣溫度升高，使碘化銻逐漸變?yōu)檎羝?，并向電弧中心擴(kuò)散；電弧高溫作用，分解金屬原子和鹵素原子，金屬原子參與激發(fā)電離，并產(chǎn)生輻射；在電弧中心區(qū)域里的金屬原子和鹵素原子又會(huì)向管壁擴(kuò)散，它們在管壁附近低溫區(qū)域相遇時(shí)又重新復(fù)合形成金屬鹵化物分子。金屬鹵化物的這種循環(huán)不斷的電弧提供足夠濃度的金屬原子，產(chǎn)生所需的紫外線輻射。
無電極紫外線燈的燈管抽真空后，仍可能殘留有極微量的氧氣等雜質(zhì)氣體；而且，在工作過程中，燈管也可能會(huì)釋放微量氧氣，影響紫外線燈的工作。因此本實(shí)用新型提供的燈管內(nèi)置耐高溫的金屬絲。無電極紫外線燈在工作時(shí)產(chǎn)生高溫，該金屬絲被加熱到數(shù)百度，與燈管中殘留的或者燈管釋放的氧氣反應(yīng)，生成微量氧化物，附著在金屬絲上，從而保證了燈管內(nèi)惰性氣體的純度。另一方面，金屬絲更易吸收激發(fā)源的能量，燈管內(nèi)的電磁場增強(qiáng)，燈管內(nèi)放電更加容易，從而降低無電極紫外線燈的觸發(fā)電壓，使燈更容易被激發(fā)點(diǎn)燃。
該金屬絲可以是鐵鎳合金絲，或鉬絲，或鎢絲，或鎳絲，或鐵絲。不過鎳絲成本較高，鐵絲較易生銹，所以最好是鐵鎳合金絲、鉬絲、鎢絲。該金屬絲直接放置于燈管內(nèi)。
由于羥基大于5ppm的石英玻璃在高溫下會(huì)釋放出較多的OH-，OH-具有強(qiáng)烈的氧化作用，影響燈的質(zhì)量和壽命，因此，如前所述的無電極紫外線燈的燈管外殼可采用羥基小于5ppm的電熔石英玻璃或連熔脫羥石英玻璃。
如前所述的無電極紫外線燈，從安全實(shí)用的角度，燈管內(nèi)的汞或碘化銻的含量小于等于5mg，在這個(gè)范圍內(nèi)，具體含量根據(jù)燈管大小和實(shí)際需要的消毒強(qiáng)度確定。在某一確定大小的無電極紫外線燈管內(nèi)，如果汞的含量過大，會(huì)在汽化過程中產(chǎn)生高溫，不利于紫外線消毒，并對(duì)燈管壁形成高壓，使燈管易爆，對(duì)環(huán)境造成污染，危害人體的健康和生命安全；如果汞的含量減小，在其它條件不變的情況下，達(dá)到同一消毒殺菌效果的時(shí)間將會(huì)延長。當(dāng)燈管內(nèi)加入汞時(shí)，充入的惰性氣體可以是氦氣或氖氣或氬氣或氪氣或氙氣(氡氣有放射性，一般不采用；另外，氦、氪、氙三種氣體價(jià)格較高，會(huì)提高無電極紫外線燈的制造成本)，燈內(nèi)工作氣壓在133±33pa的范圍內(nèi)，也即是燈內(nèi)工作氣壓大于等于100pa，小于等于166pa；當(dāng)燈管內(nèi)加入碘化銻時(shí)，充入的惰性氣體是氖氣，燈內(nèi)工作氣壓在4000±50pa的范圍內(nèi)，也即是燈內(nèi)工作氣壓大于等于3950pa，小于等于4050pa。惰性氣體的含量如果過大(氣壓過高)，會(huì)在使汞或碘化銻汽化之后，使溫度繼續(xù)上升，不利于紫外線消毒；如果過小(氣壓過低)，上升的溫度將不足以使汞或碘化銻迅速汽化。
如前所述的無電極紫外線燈，當(dāng)燈管內(nèi)加入汞時(shí)，所述無電極紫外線燈可以以微波或高頻電磁波作為激發(fā)源；當(dāng)燈管內(nèi)加入碘化銻時(shí)，所述無電極紫外線燈可以以大于等于300w的微波作為激發(fā)源。當(dāng)需要小功率的激發(fā)源時(shí)，比如1w-100w，用微波激發(fā)，成本較高，所以最好使用高頻電磁波；當(dāng)需要大功率的激發(fā)源時(shí)，由于目前高頻電磁波源最高功率因元件性能及經(jīng)濟(jì)性等原因只達(dá)到300w左右，則用微波作為激發(fā)源，從而保證了本實(shí)用新型有較寬的使用范圍，并有利于節(jié)約能源、降低成本。
如前所述的無電極紫外線燈可制成不同的規(guī)格，長短粗細(xì)不限，可以制成長度僅為10mm的燈管，也可以制成長達(dá)數(shù)米的燈管，從而能夠適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境的需要。燈管的形狀不拘，可以為直線型、環(huán)型、方型、U型、H型等多種形狀。
本實(shí)用新型公開的無電極紫外線燈在高頻電磁波或微波的作用下，燈管內(nèi)惰性氣體電離，溫度升高，使汞原子或銻原子碰撞電離，原子由低能態(tài)轉(zhuǎn)為帶電高能態(tài)，不穩(wěn)定的帶電原子由高能態(tài)返回低能態(tài)時(shí)釋放以253.7毫微米為主的紫外線。而細(xì)菌中的脫氧核糖核酸(DNA)和核蛋白的吸收光譜在200-300毫微米之間。當(dāng)細(xì)菌吸收了上述波長的紫外線能量后，DNA鍵斷裂，造成核酸和蛋白質(zhì)的交聯(lián)破裂，致使細(xì)菌死亡。本實(shí)用新型從而實(shí)現(xiàn)消毒殺菌的作用。
本實(shí)用新型無電極，燈管的使用壽命很長。低于200w的，使用壽命在10萬小時(shí)以上；大于200w的，由于石英玻璃再結(jié)晶的影響，使用壽命有所下降，但也在1萬小時(shí)以上，均遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)紫外線燈的使用壽命。
申請(qǐng)人進(jìn)行過多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果主要是能夠被高頻電磁波或微波激發(fā)，啟動(dòng)電壓低，容易點(diǎn)燃，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，消毒效果好，燈管使用壽命長，而且安全可靠，使用方便，符合環(huán)保要求。該無電極紫外線燈可以制成多種規(guī)格尺寸和多種形狀，適應(yīng)不同大小的空間要求，與相應(yīng)的微波或高頻電磁波設(shè)備比如微波爐配套使用，可用于空氣、食品、餐具、手飾等的消毒殺菌。


圖1是直線型無電極紫外線燈的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是環(huán)型無電極紫外線燈的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是方形無電極紫外線燈的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是U型無電極紫外線燈的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是H型無電極紫外線燈的結(jié)構(gòu)圖。
圖中標(biāo)號(hào)如下1燈管外殼 2燈管內(nèi)腔3汞4碘化銻5金屬絲具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例一將一工作頻率為300KHz、產(chǎn)生電磁波功率為300W的高頻轉(zhuǎn)換器的輸入端連接到電壓為220V、頻率為50Hz的交流電源，輸出端線圈中插入一支直徑18mm、長30mm、直線型的無電極紫外線燈管，燈管內(nèi)置一根鐵鎳合金絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為3ppm的連熔脫羥石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氪氣和汞3，汞的質(zhì)量為3.5mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為100pa。
接通電源，高頻轉(zhuǎn)換器運(yùn)行發(fā)出高頻電磁波，高頻電磁波通過輸出端線圈作用于燈管上，0.5秒后燈點(diǎn)燃，發(fā)出紫外線。
實(shí)施例二選擇一功率為1200W的微波爐，在其微波腔中放置四支直徑10mm、環(huán)型的無電極紫外線燈，燈管內(nèi)置一根鐵鎳合金絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為3ppm的電熔石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氖氣和碘化銻4，碘化銻的質(zhì)量為0.8mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為4000pa。
在微波爐中放置一杯水，水容積600mL，環(huán)境溫度13℃，水溫14℃，色度約30度，水中的總大腸菌群為340個(gè)/L，細(xì)菌總數(shù)為670個(gè)/mL。
啟動(dòng)微波爐，微波照射到無電極紫外線燈，發(fā)出紫外線，對(duì)放置于微波腔中的水進(jìn)行消毒殺菌。試驗(yàn)證明，消毒殺菌后，總大腸菌群的數(shù)量降為0個(gè)/L，細(xì)菌總數(shù)降為3個(gè)/mL，水中的細(xì)菌幾乎完全被消滅，符合GB5749-85《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
實(shí)施例三將一工作頻率為250KHz、產(chǎn)生電磁波功率為50W的高頻轉(zhuǎn)換器的輸入端連接到電壓為220V、頻率為50Hz的交流電源，輸出線圈中插入一支直徑15mm、邊長20mm的方型無電極紫外線燈，燈管內(nèi)置一根鉬絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為4ppm的連熔脫羥石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氬氣和汞3，汞的質(zhì)量為2.5mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為120pa。
接通電源，高頻轉(zhuǎn)換器運(yùn)行發(fā)出高頻電磁波，高頻電磁波通過輸出線圈作用于燈管上，2秒后燈點(diǎn)燃，發(fā)出紫外線。
實(shí)施例四選擇一功率為800W的微波爐，在其微波腔中放置一支直徑15mm、平行的兩段長250mm、中間連接的一段長60mm的U型無電極紫外線燈，燈管內(nèi)置一根鎳絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為2ppm的電熔石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氖氣和碘化銻4，碘化銻4的質(zhì)量為5mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為4050pa。
接通電源，微波爐運(yùn)行，發(fā)出微波，0.3秒后燈點(diǎn)燃，發(fā)出紫外線。
實(shí)施例五選擇一功率為1000W的微波爐，在其微波腔中放置三支直徑20mm、平行的兩段長250mm、中間連接的一段長80mm、H型的無電極紫外線燈，燈管內(nèi)置一根鎢絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為2ppm的電熔石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氙氣和汞3，汞的質(zhì)量為5mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為166pa。
在微波爐中放置一杯水，水容積500ml，環(huán)境溫度13℃，水溫14℃，色度約30度，水中的總大腸菌群為340個(gè)/L，細(xì)菌總數(shù)為670個(gè)/mL。
啟動(dòng)微波爐，微波照射到無電極紫外線燈管，發(fā)出紫外線，對(duì)放置于微波腔中的水進(jìn)行消毒殺菌。試驗(yàn)證明，消毒殺菌后，總大腸菌群的數(shù)量降為1個(gè)/L，細(xì)菌總數(shù)降為8個(gè)/mL，水中的細(xì)菌幾乎完全被消滅，符合GB5749-85《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
實(shí)施例六選擇一功率為1000W的微波爐，在其微波腔中放置一支直徑18mm、長30mm、直線型的無電極紫外線燈管，燈管內(nèi)置一根鎢絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為2ppm的連熔脫羥石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氦氣和汞3，汞的質(zhì)量為1.8mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為150pa。
接通電源，微波爐運(yùn)行，發(fā)出微波，1.4秒后燈點(diǎn)燃，發(fā)出紫外線。
實(shí)施例七選擇一800W的微波爐，調(diào)整其功率，使之為300W。在其微波腔中放置二支直徑10mm、長50mm的直線型無電極紫外線燈管，燈管內(nèi)置一根鉬絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為5ppm的連熔脫羥石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氖氣和碘化銻4，碘化銻的質(zhì)量為2.4mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為3950pa。
接通電源，微波爐運(yùn)行，發(fā)出微波，1.5秒后燈點(diǎn)燃，發(fā)出紫外線。
實(shí)施例八選擇一功率為800W的微波爐，在其微波腔中放置一支直徑20mm、平行的兩段長250mm、中間連接的一段長80mm、H型的無電極紫外線燈管，燈管內(nèi)置一根鐵絲5，燈管外殼1的材質(zhì)為羥基為4ppm的電熔石英玻璃，燈管內(nèi)腔2填充適量氖氣和汞3，汞的質(zhì)量為0.5mg，燈管內(nèi)的工作氣壓為133pa。
接通電源，微波爐運(yùn)行，發(fā)出微波，1秒后燈點(diǎn)燃，發(fā)出紫外線。
權(quán)利要求1.一種無電極紫外線燈，燈管外殼(1)為石英玻璃，其特征在于燈管內(nèi)置耐高溫的金屬絲(5)，燈管抽真空后充入惰性氣體，加入汞(3)；或者充入氖氣，加入碘化銻(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的無電極紫外線燈，其特征在于所述金屬絲(5)是鐵鎳合金絲，或鉬絲，或鎢絲，或鎳絲，或鐵絲。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管外殼(1)為羥基小于5ppm的電熔石英玻璃或連熔脫羥石英玻璃。
4.如權(quán)利要求1或2所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管內(nèi)的汞(3)或碘化銻(4)的含量小于等于5mg；當(dāng)燈管內(nèi)加入汞(3)時(shí)，充入的惰性氣體可以是氦氣或氖氣或氬氣或氪氣或氙氣，燈內(nèi)工作氣壓大于等于100pa，小于等于166pa，該無電極紫外線燈可以以微波或高頻電磁波作為激發(fā)源；當(dāng)燈管內(nèi)加入碘化銻(4)時(shí)，充入的惰性氣體是氖氣，燈內(nèi)工作氣壓大于等于3950pa，小于等于4050pa，該無電極紫外線燈可以以大于等于300w的微波作為激發(fā)源。
5.如權(quán)利要求3所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管內(nèi)的汞(3)或碘化銻(4)的含量小于等于5mg；當(dāng)燈管內(nèi)加入汞(3)時(shí)，充入的惰性氣體可以是氦氣或氖氣或氬氣或氪氣或氙氣，燈內(nèi)工作氣壓大于等于100pa，小于等于166pa，該無電極紫外線燈可以以微波或高頻電磁波作為激發(fā)源；當(dāng)燈管內(nèi)加入碘化銻(4)時(shí)，充入的惰性氣體是氖氣，燈內(nèi)工作氣壓大于等于3950pa，小于等于4050pa，該無電極紫外線燈可以以大于等于300w的微波作為激發(fā)源。
6.如權(quán)利要求1或2所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管形狀為直線型，或環(huán)型，或方型，或U型，或H型。
7.如權(quán)利要求3所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管形狀為直線型，或環(huán)型，或方型，或U型，或H型。
8.如權(quán)利要求4所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管形狀為直線型，或環(huán)型，或方型，或U型，或H型。
9.如權(quán)利要求5所述的無電極紫外線燈，其特征在于燈管形狀為直線型，或環(huán)型，或方型，或U型，或H型。
專利摘要本實(shí)用新型為一種無電極紫外線燈，屬于電子技術(shù)、電真空技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)采用普通紫外線燈和鎮(zhèn)流器配合產(chǎn)生紫外線殺菌方案燈管使用壽命短等方面的不足，針對(duì)某些現(xiàn)有技術(shù)紫外線燈不易被激發(fā)點(diǎn)燃甚至不易實(shí)施的缺陷，在石英燈管內(nèi)加入耐高溫的金屬絲，利用微波或高頻電磁波激發(fā)石英燈管內(nèi)的惰性氣體，使之放電，并使燈管內(nèi)的汞或碘化銻汽化，產(chǎn)生紫外線。本實(shí)用新型啟動(dòng)電壓低，容易點(diǎn)燃，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，消毒效果好，燈管使用壽命長，安全可靠，使用方便，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，與相應(yīng)的微波或高頻電磁波設(shè)備配套使用，可用于空氣、食品、餐具、手飾等的消毒殺菌。
文檔編號(hào)H01J65/00GK2786780SQ20052003385
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者劉榮淦 申請(qǐng)人:成都華星之光電光源研究有限責(zé)任公司