CN102891065B - 脱排油烟机用光量子发生器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种脱排油烟机用光量子发生器及制备方法，其特征有：灯丝（1）是由钨丝上覆盖一层1~500μm的CaO、BaO和三元金属氧化物晶体构成；玻璃管（2）的内腔（3）中加入总压为100~1000Pa的纯度为99.999%的Ar、Ne、Xe组成的三元混合气体；驱动电源（4）能最大化自由电子发射量，并尽量减少发射涂层因蒸发和溅射所产生的损耗；光量子发生器功率在6~380瓦之间，所产生的185nm光子腐蚀度在4~70,所产生的254nm光子强度在10~380。制备方法包括灯丝的制作和灯管的装配。本发明发射的185nm光子的能力在同等电耗下提高了90%左右，使用寿命长达1万小时。用于厨房油烟净化具有去除油效率高，去除异味效果好，内壁不积油等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种脱排油烟机技术，尤其是一种脱排油烟机中使用的用于分解油烟的光量子发生器，具体地说是一种脱排油烟机用光量子发生器及其制备方法。
背景技术：
目前，厨房产生的油烟气对大气环境的污染已众所周知。我国规定餐饮业的油烟排放必须要符合《饮食业油烟排放标准》（GB18483-2001）。虽然对家庭厨房的油烟排放尚未有国标，但我们也希望油烟的排放浓度越低越好。
目前市场上的脱排油烟机主要分为拦截式机械脱排油烟机、高电压静电脱排油烟机、水幕脱排油烟和光量子脱排油烟机。
普通家庭在厨房用的都为拦截式机械脱排油烟机。它的工作原理为让带油烟的快速气体（一般为2～7米/秒）撞击钩形板，使油滴微粒粘在钩形板上，进而从空气中把油滴截留下来。该脱排油烟机除油效率不高，机箱内沾油严重，需对脱排油烟机定期清洗。
餐饮业常用的静电式脱排油烟机的工作原理是：在拦油板后，装一组高压静电场（一般电压为1～2万伏），油滴带电后在电场作用下吸附在电极板上，并在自身重力作用下流到集油盘。因为电极板沾油会影响电子的发射，使净化效果降低，所以过一段时间后机箱内仍然会沾油，并需要定期清洗电极板以保证净化效果。
水幕式脱排油烟机也是用于餐饮业。该机在拦油板后，增加水喷淋。由于油雾水溶性差，水幕式脱排油烟机的除油能力低。
最后一种为光量子脱排油烟机。该机的拦油板把大部分油滴拦截下来后，剩余的油雾在184.9nm光子的照射下转化为粉末、二氧化碳和水。用184.9nm光子对厨房烹调产生的油烟进行净化是当前最为先进的技术。这种类型的脱排油烟机的核心，就是184.9nm光子的发生管。但市场上所能购得的低压汞灯或184.9nm光量子管所集成的脱排油烟机，要么油烟净化效率低，要么能耗高。因此研制高通量的184.9nm光量子发生器，成为该新技术推广应用的关键。
发明内容：
本发明的目的是针对现有的光量子发生器存在的油烟净化率低，能耗高的问题，提出一种光子透过率高，184.9nm光子光通量高的脱排油烟机用光量子发生器，同时提供光量子发生器灯管的制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种脱排油烟机用光量子发生器，包括灯丝，玻璃管，激发气体和驱动电源，其特征是：
灯丝1，它位于密闭的玻璃管2中，所述的灯丝1的主体为钨丝，钨丝上覆盖一层厚度为1～500μm的CaO、BaO和Y2O3三元金属氧化物晶体，三元金属氧化物晶体的摩尔组份为：CaO 25～55％，BaO 20～50％，Y2O3 8～25％；三元金属氧化物晶体的摩尔组份之和为100％。
玻璃管2的内腔3中加入总压为100~1000Pa的纯度为99.999％的Ar、Ne、Xe组成的三元混合气体，该三元混合气体摩尔组份：Ar 25～35％，Ne 60～74％，Xe 0.5～5％，三元混合气体摩尔组份之和为100％；
驱动电源4，它为光量子发生器灯管工作提供电能，它能在光量子发生器启辉前使确保灯丝1温度在350K~650K之间以应对启辉瞬间的离子流轰击，在正常工作时保持灯丝温度在700K到900K之间，以最大化自由电子发射量，并尽量减少发射涂层因蒸发和溅射所产生的损耗。
所述的激发气体为汞蒸汽，它与常规光量子的用量和加入方法相同。
由上述部件组成的光量子发生器功率在6~380瓦之间，所产生的184.9nm光子腐蚀度在4～70μw/cm2，所产生的253.7nm光子强度在10～380μw/cm2。
所述的光量子发生器的功率由下列公式控制：
W=A*L*I
其中：W是灯管功率，单位瓦特；
A是灯管的动力学因子：数值在4.2~5.6之间；
L是灯管的电弧长度，单位英寸；
I是驱动电源输出的电流：0.2A~0.6A，电流测量波段在25kHz~40kHz之间；
所述的驱动电源（4）的输出波形为高频率的对称正弦形状，频率在25kHz到40kHz之间。
所述的玻璃管（2）为高透184.9nm光子的石英管，石英管的组份为：
所述的光量子发生器功率在30~120瓦，所产生的184.9nm光子腐蚀度在25～70μw/cm2，所产生的253.7nm光子强度在60～380μw/cm2。
本发明的技术方案之二是：
一种脱排油烟机的光量子发生器灯管的制作方法，其特征是它包括以下步骤：
1)灯丝制作：将三种高纯碳酸盐按摩尔比CaCO3占25～55％，BaCO3占20～50％和Y2(CO3)3占8～25％混合磨成200～100目的混合粉，用少量高纯水调成浆水，粘在钨丝上，在无尘室下凉干；在惰性气氛下缓慢加热到450℃～550℃，然后在600～800℃灼烧并保温0.3～0.7小时；
2)玻璃管内腔内先安装步骤1）制得的灯丝后，在180～250℃烘烤下，抽真空至10-6~10-8Pa，加入超高纯汞10~110mg和总压为100~1000Pa的纯度为99.999％的Ar、Ne、Xe组成的三元混合气体，该三元混合气体摩尔组份：Ar 25～35％，Ne60～74％，Xe 0.5～5％。
本发明的有益效果：
这种脱排油烟机用的光量子发生器发射184.9nm光子的能力比市场上已有的184.9nm紫外灯，在同等电耗下高90％左右，比中国专利20082013P106X所用V-UV高臭氧紫外灯高80％；使用寿命长达1万小时；用于厨房烹调产生的油烟净化具有去除油效率好，去除异味效果好，光量子发生器及脱排油烟机内壁和排气管道内壁不积油等优点；为我国城市的大气污染治理提供了一条新途径。
附图说明：
图1是本发明的脱排油烟机用的光量子发生器示意图；
图2是安装了本发明光量子发生器的侧吸式脱排油烟机的结构示意图；图2（a）为侧视图，图2（b）为正视图。
图3是安装了本发明光量子发生器的欧款侧吸式脱排油烟机的结构示意图；图3（a）为侧视图，图3（b）为正视图。
图中1.三元晶体灯丝，2.石英管，3.内腔，4.高电压驱动电源，5.脱排油烟机挡板，6.光量子发生器，7.脱排油烟机风机，8.光量子发生器灯管，9.光量子发生器支架。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种脱排油烟机用光量子发生器，包括灯丝1、激发气体、玻璃管2和内腔3、驱动电源4。如图1所示，灯丝1，它位于密闭的玻璃管2中，所述的灯丝1的主体为钨丝，钨丝上覆盖一层厚度为1～500μm的CaO、BaO和Y2O3三元金属氧化物晶体，三元金属氧化物晶体的摩尔组份为：CaO 25～55％，BaO 20～50％，Y2O3 8～25％，三元金属氧化物晶体的摩尔组份之和为100％；玻璃管2的内腔3中加入总压为100~1000Pa的纯度为99.999％的Ar、Ne、Xe组成的三元混合气体，该三元混合气体摩尔组份：Ar 25～35％，Ne 60～74％，Xe0.5～5％，三元混合气体的摩尔组份之和为100％；驱动电源4，它为光量子发生器灯管工作提供电能，它能在光量子发生器启辉前确保灯丝1温度在350K~650K之间以应对启辉瞬间的离子流轰击，在正常工作时保持灯丝温度在700K到900K之间，以最大化自由电子发射量，并尽量减少发射涂层因蒸发和溅射所产生的损耗；激发气体为常规的汞蒸汽，其含量和制作方法与现有光量子灯管相同，也可参照相关标准进行制造。光量子发生器功率在6~380瓦之间，所产生的184.9nm光子腐蚀度在4～70μw/cm2，所产生的253.7nm光子强度在10～380μw/cm2。这个通量远高于市场已有的184.9nm紫外灯和光量子发生管。本发明推出的光量子发生器与普通紫外线灯在外貌上无不同，其结构也相似。但各部件有实质性不同。具体有三元晶体灯丝，三元混合激发气体，高透184.9nm光子的石英管，和高电压驱动电源。其中三元晶体灯丝，三元混合激发气体，高透184.9nm光子的石英管组成发射光量子的灯管，灯管的设计目的是最大化光量子强度，它的瓦数由下列公式控制：
W=A*L*I
其中：W是灯管功率，单位瓦特；
A是灯管的动力学因子：数值在4.2~5.6之间；
L是灯管的电弧长度，单位英寸；
I是驱动电源输出的电流：0.2A~06A，电流测量波段在25kHz~40kHz之间。
实施例二。
本实施例与实施例一的区别是所述的光量子发生器功率在30~120瓦，所产生的184.9nm光子腐蚀度在25～70μw/cm2，所产生的253.7nm光子强度在60～380μw/cm2。
实施例三。
一种脱排油烟机用光量子发生器灯管的制备方法，它包括灯丝的制备和组装：
三元晶体灯丝的具体制作方法是：将三种高纯碳酸盐按摩尔比CaCO3占25～55％，BaCO3占20～50％和Y2(CO3)3占8～25％混合磨成200～100目的混合粉，各组份之和为100％，用少量高纯水调成浆水，粘在钨丝上，在无尘室下凉干。在惰性气氛下缓慢加热到450℃～550℃（最佳为500℃），然后在600～800℃灼烧并保温0.5小时（也可在0.3～0.7小时之间任意设定）。
所述石英管可采用现有的常规石英管，但最好是采用超高纯度SiO2以提高透过率。超高纯度SiO2的纯度如下表：
安装步骤为：石英管内腔内先安装三元晶体灯丝后，在180～250℃烘烤下，抽真空至10-6~10-8Pa，加入超高纯汞10~110mg，总压100~1000Pa的纯度为99.999％的Ar、Ne、Xe组成的三元混合气体，该三元混合气体摩尔组份：Ar 25～35％，Ne 60～74％，Xe 0.5～5％，三元气体各组份之和为100％。
为最大化灯管的寿命，驱动电源的输出波形设计为高频率的对称正弦形状（频率在25kHz到40kHz）。任何波形失真都会降低灯管寿命。例如锯齿波形或伪波波形，会减少20％的灯泡寿命
通过对驱动电源的设计，使得：在灯管启辉前确保灯丝的温度至350K-650K之间以对付启辉瞬间的离子流轰击，在灯管工作时保持灯丝温度在700K到900K之间。这样可以最大化自由电子的发射量，并尽量减少发射涂层因蒸发和溅射所产生的损耗。
本发明的脱排油烟机用的光量子发生器发射的184.9nm光子腐蚀度在4～70μw/cm2，253.7nm光子强度在10～380μw/cm2。253.7nm是184.9nm光量的3～5倍。
本发明的184.9nm光子的产生原理是：密封的石英管中的Hg蒸汽都处于基态Hg(1S0)。钨灯丝逸出的自由电子在高电压下被加速成为高能电子e*，高能电子e*与基态汞[Hg(1S0)]碰撞，发生如下反应：
Hg(1S0)+e*→Hg(3P1)+e （1）
Hg(1S0)+e*→Hg(1P1)+e （2）
Hg(3P1)+e*→Hg(1P1)+e （3）
Hg(3P1)→Hg(1S0)+hv(253.7nm) （4）
Hg(1P1)→Hg(1S0)+hv(184.9nm) （5）
其中方程式（1）-（3）是能量转移过程，（4）、（5）式是253.7nm和184.9nm发射过程。
然后253.7nm和184.9nm光子透过石英管壁。
因此为提高184.9nm光子的光通量，本发明在如下几个环节上进行了改进，实现了在同等电耗下灯管发射的184.9nm光子的能力比现有紫外灯提高90％左右，使用寿命1万小时。
①提高钨灯丝自由电子的逸出量。
②提高高能量的电子e*使Hg(1P1)密度增加。
③尽量去除有害气体如N2。因为N2的存在会大大降低Hg(1P1)的密度。
Hg(1P1)+N2→N2 *+Hg(3P1)
④降低石英管管壁对184.9nm的吸收。使尽量多的184.9nm光子透过。
⑤增加某些气体，如Ar、Kr、Xe等，利用激发态惰性气体与Hg(1S0)碰撞，以增加Hg(1P1)。
Ar(Kr、Xe)+e*→Ar*(Kr*、Xe*)+e
Ar*(Kr*、Xe*)+Hg(1S0)→Hg(1P1)+Ar(Kr、Xe)
本发明的光量子发生器应用在图2中，根据脱排油烟机的油烟处理量，将1～6根光量子发生器灯管8等间距安装于脱排油烟机挡板5后方，用光量子发生器支架9加以固定；灯管和支架连接处装有抗腐蚀胶套，以隔绝油烟和水汽，并达到较好的减震效果；脱排油烟机挡板5不但可以起到油烟分离板的作用，而且能防止高能光量子从脱排油烟机中逸出对人体造成伤害，如果挡板未正确安放，光量子发生器电路将不能连通，以避免光量子直接照射人体；光量子发生器的控制端集成至脱排油烟机控制面板上，使得光量子发生器的工作状态和脱排油烟机的工作档位实时保持一致。该脱排油烟机正常工作时，烹调产生的油烟从脱排油烟机侧面的档板处进入脱排油烟机内腔（在这过程中大油烟颗粒被挡板过滤，余下较小的油烟颗粒），接着气流均匀地通过光量子发生器灯管8（在这过程中剩余的油烟被光量子氧化分解），最后经过处理的洁净气体经由脱排油烟机风机（7）进入排风通道。在实际使用中，该脱排油烟机去除油效率高，去除异味效果好，光量子发生器及脱排油烟机内壁和排气管道内壁均不积油。
本发明的光量子发生器应用在图3的油烟机中时，根据脱排油烟机的油烟处理量，将1～6根光量子发生器灯管8等间距安装于脱排油烟机风机7前方，用光量子发生器支架9加以固定；灯管和支架连接处装有抗腐蚀胶套，以隔绝油烟和水汽，并达到较好的减震效果；脱排油烟机挡板5不但可以起到油烟分离板的作用，而且能防止高能光量子从脱排油烟机中逸出对人体造成伤害，如果挡板未正确安放，光量子发生器电路将不能连通，以避免光量子直接照射人体；光量子发生器的控制端集成至脱排油烟机控制面板上，使得光量子发生器的工作状态和脱排油烟机的档位以及脱排油烟机前盖的开合情况保持一致。该脱排油烟机正常工作时，烹调产生的油烟从脱排油烟机侧面的档板处进入脱排油烟机内腔（在这过程中大油烟颗粒被挡板过滤，余下较小的油烟颗粒），接着气流均匀地通过光量子发生器灯管8（在这过程中剩余的油烟被光量子氧化分解），最后经过处理的洁净气体经由脱排油烟机风机7进入排风通道。在实际使用中，该脱排油烟机去除油效率高，去除异味效果好，光量子发生器及脱排油烟机内壁和排气管道内壁均不积油。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (1)
1.一种脱排油烟机用光量子发生器，包括灯丝（1），玻璃管（2），激发气体和驱动电源（4），其特征是：
灯丝（1），它位于密闭的玻璃管（2）中，所述的灯丝（1）的主体为钨丝，钨丝上覆盖一层厚度为1~500μm的CaO、BaO和 三元金属氧化物晶体，三元金属氧化物晶体的摩尔组份为：CaO 25~55%，BaO 20~50%， 8~25%；
玻璃管（2）的内腔（3）中加入超高纯汞10-110mg 和总压为1001000Pa的纯度为99.999%的Ar、Ne、Xe组成的三元混合气体，该三元混合气体摩尔组份：Ar 25~35% , Ne 60~74% ,Xe 0.5~5%；去除玻璃管中的有害气体N2，降低管壁对184.9nm光子的吸收，使尽量多的184.9nm光子透过玻璃管（2）；
驱动电源（4），它为光量子发生器灯管工作提供电能，它能在光量子发生器启辉前确保灯丝（1）温度在350K ~650K之间以应对启辉瞬间的离子流轰击，在正常工作时保持灯丝温度在700K到900K之间，以最大化自由电子发射量，并尽量减少发射涂层因蒸发和溅射所产生的损耗；
所述的光量子发生器的功率由下列公式控制：
W = A * L * I
其中：W是灯管功率，单位瓦特；
A是灯管的动力学因子，数值在4.2 ~ 5.6之间；
L是灯管的电弧长度，单位英寸；
I是驱动电源输出的电流：0.2A ~0.6A，电流测量波段在25kHz~40kHz之间；所述的驱动电源（4）的输出波形为高频率的对称正弦形状，频率在25kHz到40kHz之间；所述的玻璃管（2）为高透184.9nm光子的石英管，石英管的组份为：；
所述的光量子发生器功率在30~120瓦，所产生的184.9nm光子强度在25~70,所产生的253.7nm光子强度在60~380。
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