專利名稱：由uv－c氣體放電燈組成的用于消毒水的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于消毒水的裝置，由氣體放電燈組成，氣體放電燈包括具有由介電材料組成壁的放電容器，所說壁的外表面具有至少第一和第二電極，并且該放電容器內(nèi)充有一種含氙氣體填料。
用消毒的手段，使病原性的有機(jī)體例如細(xì)菌、病毒、真菌和原生動(dòng)物類成為無害的。長期以來人們已經(jīng)了解了化學(xué)和物理消毒過程。消毒水的過程也是采用化學(xué)和物理過程。該化學(xué)方法主要是使用氯化合物和臭氧。物理方法例如過濾、超聲波、加熱或用紫外光照射對(duì)環(huán)境空氣影響較小。另外，水暴露于UV-輻射下是連續(xù)的、不需維護(hù)的過程。
眾所周知使用低壓或高壓水銀放電燈通過UV輻射消毒水，其放電燈發(fā)射波長為254nm和185nm很有效的UV-輻射。
然而，當(dāng)水銀放電燈用于小水量例如在水龍頭處的不連續(xù)處理時(shí)有某些缺點(diǎn)。例如，當(dāng)抽水時(shí)，所說的放電燈不能直接地運(yùn)作。因?yàn)樗麄冃枰粋€(gè)起動(dòng)器，所以他們的點(diǎn)火被推遲幾秒鐘。另外，他們不能到達(dá)他們的最高容量，直到他們到達(dá)它們的運(yùn)行溫度。由于自來水的低溫，又增加了到達(dá)該工作溫度所必需的時(shí)間。事實(shí)上需要的是能直接地避免浪費(fèi)水和能量的高強(qiáng)度UV輻射。
在EP 0312 732中已經(jīng)公開了使用馬力大的輻射器向消毒水中輻射紫外線，其馬力大的輻射器包括填充填充氣的放電空間，所說的放電空間壁是由第一和第二種介電材料形成的，在遠(yuǎn)離該放電空間的表面上裝備有第一和第二電極，其馬力大的輻射器也包括連接到第一和第二電極并且用作向該放電空間供給動(dòng)力的交流電源，介電材料以及第一和第二電極可透過所說的輻射線。為了改變?cè)撦椛渚€的光譜組成，可改變填充氣體的組成。
本發(fā)明的目的是提供消毒水裝置，其裝置包括氣體放電燈，該燈包括具有由介電材料組成壁的放電容器，在它們的外表面上裝有至少第一和第二電極，并且其放電容器含有含氙填充氣體，所說的氣體放電燈的輻射線有最適合于消毒水的光譜組成。
根據(jù)本發(fā)明，使用消毒水裝置達(dá)到此目的，該裝置由包括放電容器的氣體放電燈組成，該容器具有由介電材料組成的壁，所說壁的外表面裝備有至少第一和第二電極，并且該放電容器含有一種含氙填充氣體，至少在該內(nèi)表面上，所說的壁具有在UV-C范圍內(nèi)發(fā)射的磷光體涂層。
此種消毒水裝置總是在毫秒時(shí)間之內(nèi)100％可供使用，而且它的UV輻射線光譜組成僅位于消毒的相關(guān)范圍即在230和300nm范圍內(nèi)。結(jié)果，避免了不必要的水加熱或產(chǎn)生可見光。因?yàn)椴划a(chǎn)生波長在230nm以下的輻射線，所以避免了形成有害的亞硝酸鹽。此種裝置可能有20,000小時(shí)的使用壽命。
在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，磷光體最好是包括選自在主晶格中由Pb2+、Bi3+和Pr3+形成的活化劑。
磷光體可以優(yōu)選含有Pr3+和鑭。這些磷光體在220nm和265nm范圍內(nèi)分兩頻帶發(fā)射UV-C輻射線。在這些范圍內(nèi)，根據(jù)DIN5031-1O獲得了UV輻射的最大的消毒效果。由微生物DNA-核苷酸吸收了這些波長的UV-C輻射線，其中它引起光二聚作用和微生物的破壞。
磷光體可以優(yōu)選含有Pr3+和釔。磷光體特別地優(yōu)選選自LaPO4∶Pr、LabO3∶Pr、LaB3O6∶Pr、YBO3∶Pr和Y2SiO5。磷光體還可以優(yōu)選選自YPO4和LuPO4∶Bi。
電極可以是由反射UV-C光的金屬或合金組成。
本發(fā)明也涉及一種氣體放電燈，包括壁是由介質(zhì)材料組成的放電容器，所說壁的外表面裝備有至少第一和第二電極，而且該放電容器填充有含氙氣體，至少在它們的內(nèi)表面的一部分，所說的壁具有在該UV-C范圍內(nèi)發(fā)射的磷光體的涂層。
參考以下描述的實(shí)施方案可以清楚地說明本發(fā)明的這些方面和其他的方面。
在附圖中

圖1表示了圓筒形的氣體放電燈的第一個(gè)實(shí)施方案。
圖2表示了在剖面圖中的同軸氣體放電燈的第一個(gè)實(shí)施方案。
圖3表示了在剖面圖中的同軸氣體放電燈的第二實(shí)施方案。
圖4表示了在剖面圖中的同軸氣體放電燈的第三實(shí)施方案。
圖5表示了在剖面圖中的同軸氣體放電燈的第四實(shí)施方案。
圖6表示了由SrSiO3∶Pb作為磷光體組成的氣體放電燈的發(fā)射光譜。
圖7表示了由CaSO4∶Pb作為磷光體組成的氣體放電燈的發(fā)射光譜。
圖8表示了由(Ca，Mg)SO4∶Pb作為磷光體組成的氣體放電燈的發(fā)射光譜。
圖9表示了由LaPO4∶Pr作為磷光體組成的氣體放電燈的發(fā)射光譜。
本發(fā)明的燈包括填充有含氙氣體的放電容器，所說的放電容器的壁裝備有至少第一個(gè)和第二電極，且至少部分地具有磷光體的涂層。
對(duì)于該放電容器來說，可以有許多結(jié)構(gòu)，例如板、簡易的管、同軸管、直線放電管、U形放電管、循環(huán)彎曲或繞成盤狀的放電管、圓筒形放電管、或其它形狀的放電管。在圖1所表示的浸漬裝置代表用作家用的消毒水裝置的燈的典型結(jié)構(gòu)。一根玻璃管3同心地布置在氣體放電容器1中。金屬絲插入內(nèi)部的玻璃管中。此金屬絲構(gòu)成氣體放電燈的第一根內(nèi)部電極。在燈的周圍循環(huán)的水6和消毒水裝置的金屬容器壁5共同地構(gòu)成第二個(gè)外部電極。以不漏氣的方式密封該放電容器。其內(nèi)部空間填充有氙或含氙氣體。兩個(gè)電極與交流電源的兩極相連。將與放電容器內(nèi)部的壓力配合的該電極幾何形狀和氣體組成調(diào)節(jié)成交流電源的數(shù)據(jù)。
用作家用的消毒水裝置的另一個(gè)典型的結(jié)構(gòu)是具有如圖2、3、4和5所示的中心水流的同軸結(jié)構(gòu)。該放電容器由兩個(gè)同軸的玻璃體1a、1b組成，其以不漏氣的方式連接到空心填料中。在兩個(gè)同軸的玻璃體之間的環(huán)狀的間隙構(gòu)成放電空間并且填充有氙或含氙氣體2。被消毒的水流過內(nèi)部管，其內(nèi)壁裝備有輻射線可以透過的電極。外部的玻璃覆蓋有小粒度的金屬絲網(wǎng)，其金屬絲網(wǎng)構(gòu)成外部的電極3。由連接到兩個(gè)電極的交流電源組成供電系統(tǒng)。
放電容器使用的材料由可透過UVC輻射線的石英或玻璃材料組成。
該電極由金屬例如鋁或銀，金屬合金或輻射線可以透過的導(dǎo)電無機(jī)化合物例如ITO組成。他們可以具體為涂層、粘附的金屬薄片、金屬絲或金屬絲網(wǎng)。
為了在規(guī)定的方向使光強(qiáng)聚焦，放電容器的一部分可具有起VUV和UV-C光反射器的涂層。
該放電容器填充有無氧的氙或含氙的氣體混合物。
該放電容器的內(nèi)壁部分地或全部地涂有含磷光體的涂層。所說的涂層可能還含有有機(jī)或無機(jī)粘合劑或粘合劑組合物。
磷光體由主晶格摻雜百分之幾的活化劑組成。所說的主晶格總是無機(jī)含氧材料，例如氧化物、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硼酸鹽或硅酸鹽。該活化劑是選自Pr3+、Bi3+和Pb2+的金屬離子。CaSO4∶Pb、SrSO4∶Pb、MgSO4∶Pb、(Ca，Mg)SO4∶Pb、(Ca，Mg，Sr)SO4∶Pb、(Ca，Sr)SO4∶Pb、CaLi2SiO4∶Pb、SrSiO3∶Pb、(Ca，Sr，Ba)SiO3∶Pb、Ba(Y，Gd，lu)B9O16∶Bi、YF3Bi、YOF∶Bi、(Gd.Y)OF∶Bi，Pr、Y3Al5O12∶Bi、(Gd，Y)3Al5O12∶Bi、(Gd，Y)3(Al，Ga)5O12∶Bi、(Ca，Y，Lu)PO4∶Pr、(Lu，Y)BO3∶Pr或ScBO3∶Pr適合用作磷光體。特別優(yōu)選的磷光體是包含鐠的那些，例如LaPO4∶Pr、LaB3O6∶Pr、LaBO3∶Pr、YBO3∶Pr、YPO4∶Pr和Y2SiO5∶Pr。其他的優(yōu)選磷光體是不含b的磷光體，例如YPO4∶Bi和LuPO4∶Bi。
當(dāng)在電極上施加交流電壓時(shí)，在含氙填充氣體中可以點(diǎn)火電暈放電。結(jié)果，在氙中形成受激準(zhǔn)分子，即由激發(fā)的氙原子和處于基態(tài)的氙原子組成的分子。Xe+X*＝Xe2*波長λ＝180～190nm的UV輻射線再一次釋放激發(fā)能?？梢院苡行У匕l(fā)生將此電子能轉(zhuǎn)化為UV輻射線。產(chǎn)生的UV光子被活化劑離子吸收，且在較長波長的光譜范圍內(nèi)再一次部分地釋放激發(fā)能。在該氙輻射范圍內(nèi)，用Pb2+、Br3+或Pr3+活化的磷光體的吸收系數(shù)具有很寬的波長，且量子產(chǎn)額高。該主晶格不參與發(fā)光過程，然而，它影響活化劑離子能量級(jí)的精確位置，且吸收和發(fā)射波長。通過固態(tài)反應(yīng)法用顆粒粒徑分布在1和10μm之間的細(xì)小顆粒粉末的原始化合物制備該磷光體。通過流動(dòng)涂層方法將所說的磷光體施加到放電容器的壁上。用于流動(dòng)涂層方法的涂層懸浮液包括作為溶劑的水或有機(jī)化合物例如乙酸丁酯。通過加入助劑例如穩(wěn)定劑、液化劑、纖維素衍生物，穩(wěn)定該懸浮液并影響它的流變學(xué)性質(zhì)。在該容器壁上涂覆薄層形式的磷光體懸浮液，并且接著干燥和在600℃烘焙。接著，排空該容器全部移去氣體雜質(zhì)特別是氧氣。隨后，在大約200-300巴的氣體壓力下將氙充入該容器并且密封。
表1表示與波長＝265nm且消毒作用為1.0(按照DIN 5031-10根據(jù)活性光譜計(jì)算的)的UV輻射線比較，由含鉛或含鐠的磷光體組成的氣體放電燈相對(duì)的消毒作用，以及水銀氣體放電燈相對(duì)的消毒作用。表1相對(duì)消毒作用
在消毒水裝置中，該氣體放電燈也可以與例如活性木炭過濾器結(jié)合。本發(fā)明的氣體放電燈可以用作輻射源照射油墨、著色物質(zhì)、光致抗蝕劑漆，以及用于光化過程。實(shí)施方案的實(shí)施例1用硝基纖維素作為粘合劑制備SrSiO3的乙酸丁酯懸浮液。通過流動(dòng)涂層方法，將該磷光體懸浮液涂覆到直徑為5毫米的石英管內(nèi)表面上。按磷光體的基本重量計(jì)，該磷光體的厚度為3mg/cm2。在580℃以下的溫度燒掉該粘合劑。在200到300毫巴范圍的氣體壓力下將氙充入該燈中并且密封。應(yīng)該避免帶入氧氣雜質(zhì)。兩個(gè)鋁箔電極成對(duì)角地粘結(jié)到該燈的外表面上。
該燈是通過6千伏和25千赫茲的正方形波交流電工作的。
通過用于光譜的多元分析器分析在圖6中表示的發(fā)射光譜。實(shí)施方案的實(shí)施例2實(shí)施例2的燈放電容器由厚度為0.7毫米和直徑為50毫米的SuprasilTM圓柱管組成。在200毫巴的壓力下將氙充入所說的放電容器中。在該管軸心位置布置該金屬絲狀內(nèi)部電極。使用的外部電極由粘結(jié)到放電容器的外表面上的六條銀箔組成，使得平行地延伸到該內(nèi)部電極。該外壁的內(nèi)表面涂覆有含CaSO4∶Pb的磷光體涂層。
該燈是通過6千伏和25千赫茲的正方形波交流電工作的。
通過用于光譜的多元分析儀分析圖7的發(fā)射光譜。
實(shí)施方案的實(shí)施例3實(shí)施例3的燈放電容器由兩個(gè)厚度為0.7毫米和直徑為50毫米的同軸的SuprasilTM管組成，所說的同軸管的尾部以不漏氣的方式互相連接。在200毫巴的壓力下將氙充入該放電容器中。六條銀箔條粘結(jié)到該放電容器的外表面上，使得平行地延伸到該管軸心。這些銀箔條成對(duì)設(shè)置，使得形成第一和第二電極。該外玻璃管的內(nèi)表面是用含(Ca，Mg)SO4∶Pb的磷光體涂層涂覆的。
該燈是通過6千伏和25千赫茲的正方形波交流電工作的。通過用于光譜的多元分析儀分析圖8的發(fā)射光譜。
實(shí)施方案的實(shí)施例4實(shí)施例4的燈放電容器由兩個(gè)厚度為0.7毫米和直徑為50毫米的同軸的SuprasilTM管組成，所說的同軸管的尾部以不漏氣的方式互相連接。在200毫巴的壓力下將氙充入該放電容器中。六條銀箔條粘結(jié)到該放電容器的外表面上，使得平行地延伸到該管軸心。這些銀箔條成對(duì)設(shè)置，使得形成第一和第二電極。該內(nèi)部玻璃管的內(nèi)表面是用含(Ca，Mg)SO4∶Pb的磷光體涂層涂覆的。
該燈是通過6千伏和25千赫茲的正方形波交流電工作的。通過用于光譜的多元分析儀分析圖9的發(fā)射光譜。
權(quán)利要求
1.一種消毒水裝置，由氣體放電燈組成，其包括壁是由介電材料組成的放電容器，所說壁的外表面裝備有至少第一和第二電極，而且該放電容器填充有一種含氙氣體，其特征在于壁內(nèi)表面的至少一部分上具有在該UV-C范圍內(nèi)發(fā)射的磷光體涂層。
2.一種權(quán)利要求1的消毒水裝置，其特征在于該磷光體在主晶格上由選自Pb2+、Bi3+和Pr3+的活化劑組成。
3.一種權(quán)利要求1中消毒水裝置，其特征在于該磷光體含Pr3+和鑭。
4.一種權(quán)利要求1中消毒水裝置，其特征在于該磷光體選自LaPO4∶Pr、LaBO3∶Pr、LaB3O6∶Pr、YBO3∶Pr、YPO4∶Pr和Y2SiO5∶Pr。
5.一種權(quán)利要求1的消毒水裝置，其特征在于該磷光體選自YPO4∶Bi和LaPO4∶Bi。
6.一種消毒水裝置，其特征在于該磷光體含Pr3+和釔。
7.一種權(quán)利要求1的消毒水裝置，其特征在于該電極由反射UV-C光的金屬或合金組成。
8.一種氣體放電燈，包括壁是由介電材料組成的放電容器，所說的壁的外表面裝備有至少第一和第二電極，而且該放電容器填充有含氙氣體，其特征在于在壁內(nèi)表面的至少一部分上具有在該UV-C范圍內(nèi)發(fā)射的磷光體涂層。
全文摘要
消毒水裝置包括氣體放電燈,該燈包括具有由介電材料組成的壁的放電容器,在壁的外表面上裝有至少第一和第二電極,并且其放電容器填充有含氙氣體,該壁內(nèi)表面的至少一部分涂覆有在該UV－C范圍內(nèi)發(fā)射的磷光體涂層。此種消毒水裝置總是能夠在幾毫秒之內(nèi)100%運(yùn)作,且該裝置的UV輻射線僅在消毒的相關(guān)范圍即230—300nm內(nèi)具有光譜組成。
文檔編號(hào)C09K11/81GK1273218SQ0011872
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期2000年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月28日
發(fā)明者T·于斯特爾, H·尼科爾, J·迪爾舍爾, D·U·維歇特 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司