專利名稱：高壓汞蒸氣燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于殺菌目的的高壓汞蒸氣燈。
高壓汞蒸氣燈一般根據(jù)放電燈的原理進(jìn)行工作。放電燈一般利用以下情形自由電子通過碰撞來(lái)激勵(lì)氣體或金屬蒸氣原子，然后所述原子直接發(fā)射在UV范圍內(nèi)的輻射或?qū)⒛芰總鬏斀o放電燈的放電管內(nèi)壁上的熒光粉，該熒光粉將這種能量轉(zhuǎn)換成UV輻射。氣體放電發(fā)生在低壓下，即低于1巴，并且被表示為低壓放電，或者氣體放電發(fā)生在高工作壓力下，即高于1巴，在這種情況下將其稱為高壓放電。下面將要描述的本發(fā)明涉及一種高壓放電燈。
放電燈是用于借助紫外輻射、特別是在200-280nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的UV-C輻射進(jìn)行殺菌的光源之一。尤其在240-290nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射對(duì)于殺菌是有效的。在所稱的“殺菌作用曲線效率”的基礎(chǔ)上評(píng)估光源的發(fā)射光譜的殺菌效果，“殺菌作用曲線效率”在下面簡(jiǎn)稱為GAC效率。
應(yīng)該注意，按照“殺菌作用”的概念，例如水處理工業(yè)采用特殊的UV燈來(lái)為飲用水消毒，該燈輻射在253.7nm波長(zhǎng)的強(qiáng)光，該強(qiáng)光具有強(qiáng)的殺菌作用。利用在大約260nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外光實(shí)現(xiàn)了最佳殺菌效果。通過微生物的遺傳物質(zhì)的核酸的最大光吸收也位于這個(gè)波長(zhǎng)附近。紫外輻射導(dǎo)致微生物的DNA或RNA的遺傳物質(zhì)的變化。這導(dǎo)致它們的繁殖能力下降。借助于紫外輻射進(jìn)行的消毒不需要長(zhǎng)的曝光時(shí)間，因?yàn)檫@些過程發(fā)生在幾分之一秒內(nèi)。因此在這個(gè)殺菌波長(zhǎng)上的紫外光改變細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，以使細(xì)菌、病毒、藻類和其它微生物不能夠再繁殖。
以下類型的放電燈在借助紫外輻射進(jìn)行殺菌的領(lǐng)域中是已知的直接在UV-C范圍內(nèi)發(fā)射的低壓氣體放電燈；基于所謂的“電暈放電”的放電燈，其涂有發(fā)射UV-C輻射的熒光粉層；以及高壓氣體放電燈，例如高壓汞蒸氣燈。
第一和第二種類型的燈的問題在于，它們?cè)谟呻娏鳟a(chǎn)生UV-C輻射時(shí)的確具有非常高的效率，但是它們的輻射率不足以用于許多應(yīng)用。然而，最后提到的燈類型即高壓汞蒸氣燈的問題在于，它們對(duì)于UV-C輻射范圍具有低轉(zhuǎn)換效率，但輻射率是足夠的。
從US 4,274,029中可知下述氣體放電燈，用金屬氧化物例如氧化鍺部分地涂覆其內(nèi)部，以便延長(zhǎng)燈壽命。從US 4,918,352和US 5,212,424可知下述氣體放電燈，它們含有汞和金屬鹵化物，在金屬鹵化物中還有鹵化鍺。這里，再次由其結(jié)合高的亮度/輻射率來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的燈壽命。然而，汞蒸氣也用于例如在US 6,538,378中所述的低壓放電燈。直到現(xiàn)在所有已知?dú)怏w放電燈所共有的是，它們不能符合在結(jié)合高輻射率的GAC效率基礎(chǔ)上評(píng)估的關(guān)于強(qiáng)殺菌效果的所期望程度的需求。
本發(fā)明的目的是提供一種具有高輻射率和高GAC效率的放電燈。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過高壓汞蒸氣燈實(shí)現(xiàn)的，在其放電管例如石英玻璃的燈泡內(nèi)，向汞或鹵化汞或者向這兩種成分添加少量的鍺和氧。令人驚訝的是，鍺和氧的添加明顯提高了高壓汞蒸氣燈的GAC效率。
具有鍺和氧的不同摩爾混合比的熱化學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，如果燈壁具有作為構(gòu)成材料的石英以及鍺的總引入摩爾量小于引入的氧的總摩爾量，則發(fā)生形成硅酸鹽、特別是形成GeSi9O20的腐蝕反應(yīng)。如果相對(duì)于氧引入過量的鍺，則缺乏用于形成硅酸鹽的氧。與SiO2相比，硅酸鹽GeSi9O20中相當(dāng)大量的氧原子在這里是重要的。添加少量的鍺和氧應(yīng)該相應(yīng)地包括相對(duì)于氧來(lái)說(shuō)的過量鍺，以使不發(fā)生所述腐蝕反應(yīng)。
在高壓汞蒸氣燈的一個(gè)特定實(shí)施例中，采用每立方厘米1到100微摩爾的汞和另外每立方厘米0.1到10微摩爾的一氧化鍺。引入的汞和一氧化鍺的摩爾量可以獨(dú)立地在所述范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。這里產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)在于，一氧化鍺發(fā)射在從250到280nm范圍內(nèi)的強(qiáng)分子帶體系(band system)。在另一實(shí)施例中，與前一實(shí)施例的填料相比，引入了附加的鍺，以使鍺與氧的摩爾比大于1。
另外的優(yōu)點(diǎn)是給所述的汞、鍺和氧的成分也添加少量的鹵素，例如碘、溴、氯或這些元素的混合物，以便減少由通過所謂的再生化學(xué)鎢循環(huán)從電極蒸發(fā)的鎢使燈壁變黑的程度。添加的鹵素量將根據(jù)鹵素或鹵素混合物的反應(yīng)性以及汞量而變化。如果使用純碘，則添加0到100％摩爾量的汞，并利用汞的摩爾量的0.1到10％的純溴，以及利用汞的摩爾量的0.01到1％的純氯。
優(yōu)選地，具有在10和10,000W之間的額定功率的燃燒器進(jìn)行工作，以用于激勵(lì)放電管中的電離氣體或金屬蒸氣。
在優(yōu)選實(shí)施例中，高壓汞蒸氣燈的放電管由石英玻璃或陶瓷材料比如致密燒結(jié)的氧化鋁、氧化釔、釔鋁石榴石或類似材料制成。
電功率的供應(yīng)可以通過鎢電極來(lái)進(jìn)行，或者以無(wú)電極的方式通過利用在從100kHz一直到100GHz波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高頻輻射來(lái)進(jìn)行。
本發(fā)明將通過下面參考附圖的例子來(lái)進(jìn)行解釋，其中

圖1是燈的關(guān)于它們的填料、各種元素的填充壓力和GAC效率的比較表，所述燈即表示為HOK-Ref的常規(guī)高壓汞蒸氣燈和表示為HOK+GeO的根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈。
計(jì)算燈的GAC效率是在于，以每納米瓦為單位，將用于每個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)射光譜輻射功率乘以根據(jù)殺菌作用曲線用于這個(gè)波長(zhǎng)的相應(yīng)值。這種殺菌作用曲線在圖2中示出。將所得到的乘積在所有波長(zhǎng)上進(jìn)行積分。例如，兩個(gè)這種積分是由圖3中的曲線限定的兩個(gè)面積積分。最后，相對(duì)于燈的電輸入功率來(lái)放入計(jì)算的積分值。填料量在表中以毫克表示，并且顯然根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈不僅含有汞(Hg)、溴化汞(HgBr2)和鍺(Ge)，而且含有一氧化鍺(GeO)。元素的總壓力以巴表示。用百分比表示的根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈HOK+GeO的13.6％的GAC效率比常規(guī)高壓汞蒸氣燈HOK-Ref的12.4％的GAC效率大約高十分之一。
圖2示出殺菌作用曲線(GAC)，其中在橫坐標(biāo)上以納米繪制UV輻射的波長(zhǎng)，以及在縱坐標(biāo)上繪制相應(yīng)的殺菌作用，其中最大的殺菌作用由值1.0000來(lái)定義。很清楚，殺菌作用曲線在265nm的波長(zhǎng)上達(dá)到其最大值。該殺菌作用在這個(gè)波長(zhǎng)上是最強(qiáng)的。
圖3示出圖1的兩種燈的殺菌作用的比較，以每納米瓦為單位示出它們各自的GAC強(qiáng)度。計(jì)算GAC強(qiáng)度是在于，以每納米瓦為單位，將用于每個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)射光譜輻射功率乘以根據(jù)圖2的殺菌作用曲線用于這個(gè)波長(zhǎng)的相應(yīng)值。常規(guī)高壓汞蒸氣燈HOK-Ref用虛線表示，以及根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈HOK+GeO用實(shí)線表示。顯然，在210和300nm之間波長(zhǎng)范圍上的積分，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈HOK+GeO比對(duì)于常規(guī)高壓汞蒸氣燈HOK-Ref給出更高的值。這表明具有鍺和一氧化鍺的根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈HOK+GeO的殺菌作用比常規(guī)高壓汞蒸氣燈HOK-Ref的殺菌作用強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種高壓汞蒸氣燈，其特征在于，給放電管中的汞和/或鹵化汞添加少量的鍺和氧。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，采用每立方厘米1到100微摩爾的汞以及另外每立方厘米0.1到10微摩爾的一氧化鍺。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，另外將鍺添加到填料中，以使鍺與氧的摩爾比大于1。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，另外添加少量的鹵素，例如碘、溴、氯、或者這些元素的混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，以汞的摩爾量的1到100％的量添加純碘。
6.如權(quán)利要求4所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，以汞的摩爾量的0.1到10％的量添加純溴。
7.如權(quán)利要求4所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，以汞的摩爾量的0.01到1％的量添加純氯。
8.如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，該高壓汞蒸氣燈具有以10和10,000W之間的功率工作的燃燒器。
9.如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，放電管由石英玻璃或陶瓷材料比如致密燒結(jié)的氧化鋁、氧化釔、釔鋁石榴石或類似材料構(gòu)成。
10.如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，電功率的供應(yīng)通過鎢電極來(lái)進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)所述的高壓汞蒸氣燈，其特征在于，電功率的供應(yīng)利用在100kHz到100GHz波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高頻輻射來(lái)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適合于殺菌目的的高壓汞蒸氣燈。根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈的顯著之處在于給汞和/或鹵化汞添加少量的鍺和氧。此外令人驚訝的是，一氧化鍺的添加增加了高壓汞蒸氣燈的GAC效率(GAC殺菌作用曲線的簡(jiǎn)稱)，因?yàn)橐谎趸N發(fā)射在250到280nm范圍內(nèi)的強(qiáng)分子帶體系。因此根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈的殺菌作用相對(duì)于常規(guī)高壓汞蒸氣燈得到增加。根據(jù)以下事實(shí)這是顯然的在根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸氣燈中的GAC－加權(quán)輻射通量大于以前的值。
文檔編號(hào)H01J61/82GK1910730SQ200580002484
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者A·G·R·克爾貝爾, R·希爾比希, R·P·肖爾, J·拜爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司