[发明专利]低压汞放电灯及紫外线消毒灭菌装置

说明书

技术领域

本发明涉及放电灯领域，特别涉及一种低压汞放电灯以及一种采用上述低压汞放电灯的紫外线消毒灭菌装置。

背景技术

低压汞放电灯内，汞蒸气压P_Hg和汞原子浓度成正比，随P_Hg升高，汞原子浓度升高，汞原子与电子碰撞的机会增多，汞原子被激发到6³P₁态的机会逐渐增多，253.7nm的辐射效率η_UV也就逐渐提高。但是，汞原子浓度升高，除了汞原子激发到6³P₁态的机会增多以外，还会产生相反的影响，原子发射出的253.7nm辐射，照射到邻近的基态汞原子上，邻近的原子就有可能吸收这一辐射而跃迁到6³P₁态，产生共振吸收。当汞蒸气压很低时，这个共振吸收并不会造成明显的光损失，因为吸收光子的原子很快又将这些光子重新辐射出来，而后返回基态。当汞蒸气压上升到较高值时，这种共振吸收的影响就不可忽略，因为这时汞原子的浓度可以达到10¹⁴/cm³数量级，一个原子发射的253.7nm的光子从灯中辐射出来，平均要经过10²～10³次的吸收和重新发射过程。由于这个过程非常频繁，吸收光子的原子还来不及产生辐射就和电子或其他原子发生碰撞，这个原子就可能被激发到更高的能级，辐射出可见光来，或者这个原子的能量因碰撞而损耗掉，从而导致253.7nm紫外转换效率降低，η_UV就降低。因此，低压汞放电灯内存在一最佳汞蒸气压（以P₀表示），当灯内汞蒸气压为P₀时，253.7nm紫外转换效率最高，当灯内实际汞蒸气压偏离P₀时，灯管的电压降低，253.7nm紫外转换效率降低。不同的灯，如管径不同、管电流密度不同，其最佳汞蒸气压值P₀不同。管径越小，P₀值越大。当灯电流为100-300mA时，低压汞灯，P0=1.2Pa；而低压汞灯，P₀=1.7Pa。此外，△T90（光输出从90%到100%波动对应的连续的工作温度区域）、△T95（光输出从95%到100%波动对应的连续的工作温度区域）与固汞特性有关，也与管径、管电流密度有关。

对于灯管管壁温度较高的低压汞放电灯，如低压高强大功率紫外线灯或具有封闭灯罩的一体化紧凑型荧光灯，灯管各处的温度均远高于最佳汞蒸气压对应的液汞温度，如果不采取措施，灯内汞蒸气压就会超过最佳值，导致光效降低。一般而言，使用汞合金是控制灯内汞蒸气压的常用有效手段。

为了提高光效，低压汞放电灯要求灯内汞合金控制的蒸气压值为灯所对应的最佳汞蒸气压P₀；为了减少灯的离散性、提高对环境温度的适应性、减少光输出的波动，要求汞合金在一定温度范围内，控制的蒸气压值在灯所需的最佳汞蒸气压P₀附近很窄的范围内波动，即△T95值越大越好。

资料介绍，铟汞合金或铟汞多元合金可控制汞蒸气压，汞在汞合金中的质量百分比为3-20%。典型的有In-Hg（Hg的质量百分比为12%），对应于荧光灯，△T90为72-130℃；In-Hg（Hg的质量百分比为6%），△T90为83-156℃。经过仔细的研究发现In-Hg（Hg的质量百分比为6%）合金约在140℃时汞蒸气压下降，即存在汞蒸气压下降的拐点。随着含汞比例的降低，如In-Hg（Hg的质量百分比为5%）、In-Hg（Hg的质量百分比为4%），拐点处汞蒸气压会进一步下降。其次，含汞比例为12-20%的铟汞合金或铟汞多元合金，其控制汞蒸气压的温度小于130℃，含汞比例为6-12%的铟汞合金或铟汞多元合金控制汞蒸气压的温度小于155℃，含汞比例为3-6%的铟汞合金或铟汞多元合金控制汞蒸气压的温度小于170℃。某些类型的大管径大电流密度的低压汞放电灯，其管壁温度大于170℃，P₀为1.0Pa-2.0Pa，且相对光输出ηUV会随着汞蒸气压变化而快速变化，即对汞蒸气压值敏感，这就要求汞蒸气压围绕在中心值为P₀较窄的范围内波动，提高△T95值，减少灯的离散性、提高对环境温度的适应性、减少光输出的波动。显然，含汞比例为3-20%铟汞合金或铟汞多元合金无法满足这些要求。