[发明专利]一种直螺旋套筒式电极及其应用

说明书

技术领域

本发明属于紫外线技术领域，具体涉及一种直螺旋电极紫外线灯管及其应用。

背景技术

由于紫外线灯管能够同时产生高效UV-C短波段长紫外（200~280nn）辐射杀菌（破坏细菌的外表膜，使其脱水死亡）和VUV真空紫外（200nm以下）逸出，与空气中的氧结合，产生臭氧，臭氧能够分解空气中有害的笨、酚、甲醛等物质。因此，人们生活领域所用的紫外线杀菌消毒灯管种类很多，从管型上分别主要是直管和紧凑型，从阴极发射机理上区分主要有热阴极和冷阴极。由于热阴极发射效率高，相对管长、管径和整灯相同输入功率的前提下可以获得更高的紫外辐射效率，所以热阴极紫外线灯管无论是对空气、空间杀菌消毒，还是对水的杀菌消毒都占据了绝对大比例的份量。

此外，还有一种是冷阴极紫外线灯管，一般制作成为小型便于保管、携带的紫外杀菌装置。由于科学技术是一把双刃剑，一方面是科学技术的不断进步给人类带来极大的物质享受和便宜，一方面又破坏了生态平衡，引发细菌滋生和有害无机物质泛滥，如笨、酚、醛等对人们生活环境的“围城”，不得不使得人们产生心理恐慌，对家居和外出希望有一种适宜的（如小型便于携带）紫外线装置，随时对自己长期或临时居住的生活环境杀菌消毒，提高生存质量，满足生理和心理上的需要。

但是，热阴极紫外线灯管的制作自问世以来一直沿袭热阴极荧光灯的设计理念和制作工艺，如最关键的阴极也是采用一条灯丝与灯管管径水平横装（行业内称为“平丝”），涂覆三元碳酸盐电子粉后在排气车上灯丝通电分解；分解温度控制在600~950℃、分解气氛是10^-1~10^-2乇（1乇=133.3帕）。 

由于温度易控制但气氛难把握。这个10^-1~-2乇的压力是远远大于系统的抽气压力（系统为负压力，抽气真空度在10^-3~-6帕），而且此压力形成完全是由三元碳酸盐电子粉通电分解时释放出来的二氧化碳气的压力构成（目前受传统灯丝通电制作工艺的控制电子份量，灯丝上涂覆的电子份量极其有限，分解时释放的二氧化碳气体也有限，难以满足这个10^-1~-2乇的压力，因此，分解后的阴极电子粉层结构较松散，灯管启动时不耐正离子轰击，易于溅射，工作时也易于蒸散）。所以，目前现有技术制作出来的热阴极紫外线灯管额定寿命标准就定格在1000h，实际水平燃点使用几十、百把个小时阴极就开始溅射，严重影响灯管的紫外辐射效率和使用寿命。

此外，紫外线热阴极灯管沿袭荧光灯管径设计粗，导致阴极分解空间大，是阴极分解压力太低、分解气氛不良的原因之一。更致命的缺陷是设计灯管管径没有考虑到二者虽然都是低压气体放电灯，但在紫外光子的产生条件、去向及用途等机理的重大差异。荧光灯是采用普通软料玻管，本身导热特性就不好，涂覆荧光粉层之后等于是加了一个保温层，导致荧光灯温升提高。而且鉴于荧光粉容易被紫外光子，尤其185nm真空紫外辐射劣化，控制灯管温度得到最佳汞蒸气压力的有效办法是加大管径来散热，同时也增加荧光粉层与灯管轴心放电区的距离，减小紫外光子对荧光粉的辐射，延缓灯管的光衰。

紫外线灯管就完全不同荧光灯了，石英玻璃管的导热系数远高于普料玻璃不说，没有荧光粉层的隔热，紫外线灯管的工作时一般都偏低于获得最佳汞蒸气压力的灯管温度。这时需要减小管径的因素之一。其二，细管径大大有利于紫外光子从管壁逸出的路径（减少其在灯管内弹性碰撞及非弹性碰撞的几率）和距离，提高辐射强度和照度。其三，节约玻管材料，用于紫外线灯管的石英玻管要求羟基含量<5ppm，制作过程高耗能、价格昂贵。

所以，热阴极紫外线灯管设计管径依据普通荧光灯是不利于灯管制作工艺控制，也严重影响灯管工作效率和辐射强度、照度以及寿命，还浪费了大量贵重的石英管材。

冷阴极紫外线灯管电极的选择也和CCFL保持一致，是用熟铁镀镍或无氧铜制作成为筒状，是一种典型的辉光放电。虽然玻管设计细，但辉光放电效率低下（约为同样设计的热阴极灯管的1/3~1/2效率），但冷阴极灯管寿命比热阴极长，尤其适合制作超细管径超小体积的灯管；而且没有一种产品可以使其更新换代，现有技术仍然在不断应用。

上述的这些缺陷都阻碍了紫外线热阴极和冷阴极灯管灯管的制作工艺，也严重影响灯管工作效率和辐射强度、照度以及寿命，妨碍小功率（如<10W）紫外线灯管进入家庭消费的进展。