關于臭氧用的低壓汞齊燈特性分析

Michiel Van der Meer（飛利浦照明）、Fred van Lierop（LSI/Lighttech）、Dmitry Sokolov（LIT）

在過去的 10-15 年中，用于水、空氣和表面消毒的紫外線設備制造商的市場以及紫外線消毒技術取得了重大進展?？梢哉f，UV設備制造商市場已經形成，主要參與者有Trojan（加拿大）、Wedeco Xylem（美國德國）、LIT Technology（俄羅斯/德國）、Calgon Carbon（美國）、HALMA Fluid Technology Group等其他。

紫外技術的快速發(fā)展在很大程度上是由于成功開發(fā)了波長為 254 nm 的輻照源技術——一種低壓汞合金燈。我們還記得，即使在 10 年前，主要的輻射源還是功率高達 100 W 的燈，通常由所謂的軟玻璃制成。還有類似的由石英玻璃制成的汞燈，我們稱之為標準低壓汞燈。正在開發(fā)的技術已經使功率為 200、300、500 甚至 900 W 的新光源投入使用。它們通過很大限度地降低紫外線系統(tǒng)的成本來顯著降低資本支出，這些紫外線系統(tǒng)現(xiàn)在配備的燈單元數(shù)量較少但維護消毒程度與水流量相同?，F(xiàn)代低壓汞合金燈的生產商是 Heraeus Noblelight（德國）、LSI/Lighttech（美國/匈牙利）、Philips Lighting（比利時/中國）、LIT（俄羅斯）、Wedeco Xylem（德國）、UVTechnik/Hoenle group（德國） )、First Light (美國) 等。

本文的目的是展示一些燈參數(shù)（例如壓力或氣體成分）如何影響現(xiàn)代低壓汞合金燈的工作。哪些能夠改變汞合金燈的有效性？這種改變的范圍是多少？燈的很大可達到效率在哪里？該參數(shù)如何影響整個水或空氣消毒系統(tǒng)的能源效率？

任何 UV 系統(tǒng)的“心臟”都是 UV 源，本文專門討論常見和知名的 UV 源——低壓汞合金燈。什么是汞合金燈？通常用于消毒的低壓汞燈和汞齊燈中的紫外線源是汞和惰性氣體蒸汽中的低壓電弧放電。它們的區(qū)別僅在于汞蒸氣的來源——汞燈使用少量液態(tài)金屬汞，而汞齊燈則依賴于汞齊，這是一種汞與金屬的硬合金。汞蒸氣的很佳汞蒸氣壓力為 0.8-1.5 Pa，惰性氣體（主要是氖氣或氬氣或其混合物）為 50-500 Pa。在這種條件下，30-40% 的放電燈功率在汞共振線處轉化為紫外線輻射，波長為 253.7 nm，非常接近殺菌曲線的很大值。

輻照光譜是線性的（見圖 1）。所有放電輻射的 90-98% 是波長為 185 和 254 nm 的紫外線輻射。

值得注意的是，不同燈具生產商的燈具特性往往非常相似。例如，UV3000+、XPT235、DB300、UVI260、GPHVA1554T6 等常見和知名的 300W 燈管的比較表明，燈管電流、功率和效率 UV 輸出的值非常相似。確實，燈電流從 1.8 到 2.0A 變化，UV 功率 - 從 87 到 95 W，電功率 - 從 230 到 260 W。因此，我們可以得出結論，這些 UV 源的效率幾乎相同 - 35 -38%。

當功率和工作燈電流上升時，特性會發(fā)生變化。今天的手術燈特點如下：

功率——高達 1 kW；

燈泡壽命 – 12000-16000 小時；

紫外線輸出在燈泡壽命結束時下降 - 10-15%。

由于紫外線輸出、光源效率、燈泡壽命、操作期間紫外線輸出下降等重要參數(shù)對客戶至關重要，并且經常在紫外線供應的招標要求中指定，因此許多照明公司積極相互合作并共享有關燈參數(shù)的技術信息設備。

幾乎所有上述公司都是 IUVA 成員，他們都為低壓汞合金燈 [1] 的測量標準協(xié)議做出了貢獻，該協(xié)議基于所謂的循環(huán)測試。這加強了公司之間的合作，促進了更好的信息交流。

重要的是要注意，減少/維護或延長燈泡壽命是可行的任務，因為它們是照明工程師的技術任務。仍然存在的問題是燈效率。

對于執(zhí)業(yè)工程師來說，理想的紫外線燈是什么？我們可以想象一個暗眼石英管，燈管的溫度接近室溫。

這種燈中提供的 100% 的能量將轉化為不可見的紫外線照射。當然這是不可能的，因為其他過程會造成損失，例如熱、電離和近電極損失、其他線路的輻射損失（包括可見光）。 35-38%的值是大還是小？

與其他光源的比較證明這是一個非常高的效率，這是大自然幫助我們的那些非常落后的情況之一，因為 254 nm 線接近殺菌曲線的很大效率。該 UV 區(qū)域的替代方案可以是具有相應磷光體的氙準分子源。它們的效率僅為 10-20%（很佳尺寸和功率高達 100W）[6]。另一種選擇是波長為 260-270 nm 的發(fā)光二極管。但它們的電流效率不超過 3%。 [7]

讓我們簡要了解影響低壓汞合金燈效率的因素。

就燈中發(fā)生的物理過程而言，有以下影響因素：

-燈電流（及其頻率）；

-燈管直徑；

- 管壁厚度；

-管涂層；

- 壓載氣體的填充和壓力；

-汞的同位素化合物；

我們認為，沒有必要詳述影響 254 nm 紫外輸出的各種氣體放電的物理方面，因此，我們將只關注要點。