一种真空紫外光管、夹壁套管及夹壁套管应用系统的制作方法

本实用新型属于介质阻挡放电技术领域，具体涉及一种真空紫外光管、夹壁套管及夹壁套管应用系统。

背景技术：

波长小于200nm的紫外线由于其深紫外光子能量大于一般有机高分子的键能，通过其辐照的光化学反应，可以打断几乎所有有机污染物的分子链，将其降解消解乃至于矿化，而且可以直接激发水体水分子产生自然界中极强绿色氧化物——羟基自由基，因此成为环保领域消除污染的极其有力的技术手段。

但是现今市面上工业规模的真空紫外电光源只有汞灯紫外光管，其光辐照能量的90％以上集中在光子能量较低的253.7nm(光子能量472kJ/mol)波段附近，只有5％左右处于185nm的较高(光子能量647kJ/mol)的真空紫外波段，又由于汞蒸气原子受激发射和吸收的都是相同的峰值所产生内吸收作用，造成光电转换效率很低且受限无法提高，且汞灯无法回收的金属汞本身就是环境汞污染的重要来源之一，处于被淘汰的夕阳产业。

通过DBD低温等离子技术激发常温常压的惰性气体产生准分子发光，又没有内吸收效应，可以得到很高的光电转换效率。如果工作气体是常压氙气分子，则可以产生172nm的准分子真空紫外光辐射，且光电能量转换效率理论上可以高达60％。这本是一种具有非常前途的可以替代汞蒸汽气体放电管电光源的更新换代的新型电光源，但是由于其透光导电结构的技术瓶颈约束，一直没有能够进入电光源市场。

对常温常压惰性气体施加DBD介质阻挡的高频高压放电，即可产生准分子发光，如果工作气体是氙气X2时，就可以很高的光电转换效率产生172nm 真空紫外光辐射。

如何在结构上同时满足DBD介质阻隔放电条件和环保电光源辐照要求、以及满足紫外光源元件制造工艺过程的结构，成为制造环保处理的准分子真空紫外电光源面临的挑战。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对上述缺陷，提供一种真空紫外光管、夹壁套管及夹壁套管应用系统，突破DBD技术结构限制，从而解决DBD低温等离子技术应用问题。

本实用新型的技术方案，包括：

第一方面，本实用新型提供一种真空紫外光管，包括由透射紫外光且绝缘材料制成的呈筒形的介质外壁和介质内壁，所述介质外壁套接在所述介质内壁的外部，并且所述介质内壁与所述介质外壁之间形成筒形腔体，对所述介质外壁和所述介质内壁之间的筒形腔体两端进行密封形成中间具有通孔的夹壁管结构，所述夹壁管结构的筒形腔体内部充入能够在施加电场之后处于激发状态并发出紫外线光的激发气体，所述介质外壁或所述介质内壁的壁厚相等。

所述介质外壁设为直筒型、锥筒型或者螺旋筒型，所述介质内壁与所述介质外壁的形状适配；

可选择地，在所述介质内壁的通孔内设有散热结构和/或扰流结构；

可选择地，所述介质外壁和所述介质内壁之间的筒形腔体的径向尺寸相等。

可选择地，还包括第一电极，设置在所述介质内壁远离通孔的一侧表面、所述介质内壁和所述介质外壁之间的筒形腔体或者所述介质外壁的外部，所述第一电极的一端用于与外部的交流电源连接，另一端为自由端。

所述第一电极为通过粘贴、刻蚀或者印刷的方式连接在所述介质内壁或者所述介质外壁上的螺旋形导电膜或者梳齿形导电膜；或者可选择地，所述第一电极为螺旋形金属线圈或者梳齿形金属电极；

可选择地，所述螺旋形金属线圈的截面为圆柱形或者矩形；

可选择地，所述第一电极为覆盖在所述介质外壁外表面或者所述介质内壁远离通孔一侧表面的导电层；

可选择地，还包括第二电极，设置在所述介质内壁远离通孔的一侧表面、所述介质内壁和所述介质外壁之间的筒形腔体或者所述介质外壁的外部，所述第二电极的形状与所述第一电极的形状适配，并且所述第二电极与所述第一电极之间的距离相等，所述第二电极的一端用于与外部的交流电源连接，使所述第一电极和所述第二电极之间在通电状态下形成电场，所述第二电极的另一端为自由端；

可选择地，所述第一电极和所述第二电极中的一个或两个的表面上覆盖有介质阻挡层。

第二方面，本实用新型提供一种夹壁套管，包括所述的真空紫外光管和外套管，所述外套管设有入口和出口，所述真空紫外光管设置于所述外套管内，并且所述真空紫外光管的部分或者全部位于所述入口和所述出口之间；所述真空紫外光管的通孔的两端穿过所述外套管与外部连通。

所述外套管与所述真空紫外光管同轴布置。

第三方面，本实用新型提供一种夹壁套管应用系统，包括所述夹壁套管和交流电源，其中所述外套管充入含氧气体，位于所述真空紫外光管的介质外壁外部的所述第一电极与所述交流电源的一个输出端连接，所述真空紫外光管的通孔中充入导电水体，所述导电水体与所述交流电源的另一个输出端连接，从而使所述真空紫外光管与所述交流电源形成回路，使所述导电水体与所述第一电极之间形成电场并激发所述真空紫外光管中的激发气体发光。

可选择地，所述导电水体为待处理的污染水，并且导电水体接地。

可选择地，所述出口输出的含有臭氧的气体充入进入到所述真空紫外光管的通道前的导电水体中或者充入自所述真空紫外光管的通道流出的导电水体中；

可选择地，所述导电水体为冷却循环水，并且对应地，所述夹壁管应用系统还包括散热器，设置在所述导电水体的循环管路上，用于对所述导电水体进行散热降温。

第四方面，本实用新型提供一种夹壁套管应用系统，包括所述夹壁套管和交流电源，其中所述外套管充入第一水体，并且所述第一水体与所述交流电源的一个输出端连接，所述真空紫外光管的通孔中充入第二水体，并且所述第二水体与所述交流电源的另一个输出端连接，从而使所述真空紫外光管与所述交流电源形成回路，使所述第二水体与所述第一水体之间形成电场并激发所述真空紫外光管中的激发气体发光。

第五方面，本实用新型提供一种夹壁套管应用系统，包括所述夹壁套管和交流电源，其中所述外套管充入第一水体，并且所述第一水体与所述交流电源的一个输出端连接，所述真空紫外光管的介质内壁和介质外壁之间的筒形腔体中的所述第一电极与所述交流电源的另一个输出端连接，从而使所述真空紫外光管与所述交流电源形成回路，使所述第一电极与所述第一水体之间形成电场并激发所述真空紫外光管中的激发气体发光。

本实用新型提供的一种真空紫外光管、夹壁套管及夹壁套管应用系统，采用夹壁管结构充入激发气体，激发产生真空紫外光，一方面，夹壁管结构与现有的真空紫外光管相比，具有更大的辐射面积；另一方面，还可以同时对夹壁管结构的外侧以及通孔内部进行辐射，从而可以更充分的对真空紫外光进行利用，提高其工作效率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的真空紫外光管(以直管为例)及其应用的一实施例的结构结构图；

图2为本实用新型的真空紫外光管(以直管为例)及其应用的一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的真空紫外光管(以直管为例)及其应用的一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的真空紫外光管(以直管为例)及其应用的一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的真空紫外光管(以螺旋形管为例)及其应用的一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的夹壁套管及其应用的一实施例的结构示意图；

图7为本实用新型的夹壁套管的一实施例的结构示意图；

图8是图7所示示例的另一角度结构示意图；

图9为本实用新型的夹壁套管应用系统(臭氧和水)的一实施例的结构示意图；

图10为本实用新型的夹壁套管应用系统(水)的一实施例的结构示意图；

图11为本实用新型的夹壁套管应用系统(省略交流电源)的一实施例的结构示意图；

图12为本实用新型的夹壁套管应用系统(省略交流电源)的一实施例的结构示意图。

图中：

10、真空紫外光管；11、介质外壁；12、介质内壁；13、筒形腔体；14、通孔；15、第一电极；16、第二电极；17、气体入口；18、气体出口；19、冷却水管；191、扰流结构；

20、夹壁套管；21、外套管；22、入口；23、出口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图5所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种真空紫外光管 10，包括由透射紫外光且绝缘材料制成的呈筒形(例如可以是截面为圆形筒、椭圆形筒或者方形筒等)的介质外壁11和介质内壁12，所述介质外壁11套接在所述介质内壁12的外部，并且所述介质内壁12与所述介质外壁11之间形成筒形腔体13，对所述介质外壁11和所述介质内壁12之间的筒形腔体13两端进行密封形成中间具有通孔14的夹壁管结构，所述夹壁管结构的筒形腔体 13内部充入能够在施加电场(通常是高频高压电场，在满足激发气体的激发要求时，也可以是低压电场)之后处于激发状态并发出紫外线光的激发气体，所述介质外壁11或所述介质内壁12的壁厚相等。夹壁管结构的筒形腔体13中的气体可以全部是激发气体，也可以是激发气体与其他气体(例如氮气、二氧化碳等)的混合。本实施例中，通过对真空紫外光管10外部施加电场即可实现激发激发气体，本实施例采用的是两个电极都是外设电极的方式实现，例如在介质外壁11的外部和通孔14内分别通水，并分别与交流电源的两端连通从而形成电场；或者也可以对介质外壁11的外部和通孔14内增加电极结构，并分别与交流电源的两端连通从而形成电场，此时的介质外壁11和介质内壁12 都作为介质阻挡层防止电场击穿。

所述激发气体可以是惰性气体如氩气、氙气、氦气等，或者可以是卤素气体如氯气、溴气、碘气等，或者也可以是稀有气体的卤化物如溴化氙、氯化氙、碘化氙等，或者可以是以上气体的任意混合。

所述通孔14内可以用于通气也可以用于通水，由于介质外壁11和介质内壁12都采用透射紫外光且绝缘材料(例如石英、氟化镁)制成，所以筒形腔体13中的激发气体在电场的作用下处于激发状态并发出紫外线光，并通过介质内壁12对通孔14内的气体或者水进行辐射，从而使气体中的氧气产生臭氧，或者对水中的有机物进行分解。

可选择地，所述介质外壁11设为直筒型(如图1-图4所示)、锥筒型或者螺旋筒型(如图5所示)，对应地，所述介质内壁12与所述介质外壁11的形状适配，即：当介质外壁11为直筒型时，介质内壁12的形状可是形状和大小适配的直筒型或锥筒型；当介质外壁11为锥筒型时，介质内壁12的形状可是形状和大小适配的直筒型或锥筒型；当介质外壁11为螺旋筒型时，介质内壁12的形状通常也为螺旋筒型。介质外壁11和介质内壁之间可以采用直筒和锥筒的搭配，或者采用锥筒和锥筒的搭配，锥筒的形状可以在对介质外壁11 和介质内壁12之间的筒形腔体13进行密封时采用机械结构密封，从而保证密封效果；普通的直筒型(直径相等)的介质外壁11和介质内壁12的筒形腔体 13密封时较难采用机械结构进行密封，需要设计较为复杂的结构进行密封。

可选择地，在所述介质内壁12的通孔14内设有散热结构，以使导电水体通过通孔14时将热量带走，达到降温的效果；也可以选择地，在所述介质内壁12的通孔14内设有扰流结构191(如图12所示)，其目的是对通过通孔 14中的导电水体达到扰流的效果，使导电水体可以更充分地被真空紫外光辐射；

可选择地，所述介质外壁11和所述介质内壁12之间的筒形腔体13的径向尺寸相等，便于形成均等的电场。

可选择地，如图2-图3所示，本实施例提供的真空紫外光管10，还包括第一电极15，设置在所述介质内壁12远离通孔14的一侧表面、所述介质内壁 12和所述介质外壁11之间的筒形腔体13或者所述介质外壁11的外部，所述第一电极15的一端用于与外部的交流电源连接，另一端为自由端。本实施例中，可以对通过通孔14中的水进行通电，使通孔14中的水和第一电极15之间形成电场，进而激发激发气体，本实施例可以采用部分电极外设的方式实现。

本实施例中，第一电极15采用缠绕在介质内壁12外侧表面的螺旋形金属线圈，当工作状态下，由于介质外壁11和介质内壁12的受热变形较小，而金属线圈受热变形较大，介质外壁11和介质内壁12之间的筒形腔体13为金属线圈受热膨胀提供了变形的空间，避免了金属线圈受热膨胀而胀破介质外壁11 或介质内壁12；在实施的过程中，可以替代地，第一电极15也可以是梳齿形设计，围绕介质内壁12的外侧表面的轴向进行布置。

可以替代地，所述第一电极15也可以为通过粘贴、刻蚀或者印刷的方式连接在所述介质内壁12或者所述介质外壁11上的螺旋形导电膜或者梳齿形导电膜；导电膜通电之后可以作为电极使用。

可以选择地，所述第一电极15为覆盖在所述介质外壁11外表面或者所述介质内壁12远离通孔14一侧表面的导电层，该导电层也可以是局部覆盖(例如是覆盖半个管壁)，也可以是整体覆盖(此时通常要求导电层为透射紫外光的导电层，以保证真空紫外透过)；

可选择地，如图4所示，本实施例提供的真空紫外光管10，还包括第二电极16，设置在所述介质内壁12远离通孔14的一侧表面、所述介质内壁12和所述介质外壁11之间的筒形腔体13或者所述介质外壁11的外部，所述第二电极16的形状与所述第一电极15的形状适配，并且所述第二电极16与所述第一电极15之间的距离相等，所述第二电极的一端用于与外部的交流电源连接，使所述第一电极15和所述第二电极16之间在通电状态下形成电场，所述第二电极16的另一端为自由端；本实施例中，第二电极16采用与第一电极15 相同的螺旋形金属线圈，但也可以替代地，第一电极15和第二电极16中的一个采用螺旋形金属线圈，另一个采用导电层或者导电膜的方式，或者二者均采用导电膜(梳齿形状)。

可选择地，所述第一电极15和所述第二电极16中的一个或两个的表面上覆盖有介质阻挡层。介质阻挡层采用绝缘材料，能够进一步阻挡放电，提高阻挡放电的安全性和稳定性。

如图6-图12所示，根据本实用新型的实施例，还提供了一种夹壁套管20，包括以上实施例提供的真空紫外光管10和外套管21，所述外套管21设有入口 22和出口23，所述真空紫外光管10设置于所述外套管21内(可以如图11、图12所示的部分地置于外套管21内，或者也可以如图6-图10所示的全部置于外套管21内)，并且所述真空紫外光管10的部分或者全部位于所述入口22 和所述出口23之间；所述真空紫外光管10的通孔14的两端穿过所述外套管 21与外部连通。所述夹壁套管20的构造形成了两个流体通道，其中一个是以真空紫外光管10的通孔为通道，另一个是以真空紫外光管10和外套管21之间形成的空间为通道，可以使气体或者液体流经两个通道，在真空紫外光管10 工作的过程中产生真空紫外光，透过介质外壁11和介质内壁12对两个通道中的导电水体进行辐射。

所述真空紫外光管10为直管结构时，如图11、图12所给出的示例，所述真空紫外光管10为螺旋管结构时，如图6-图10所给出的示例，但是由于本发明的构思可以以多种不同形式出现，不能一一穷尽，基于本领域技术人员的理解，可以在本实用新型各个实施例给出的附图或者实施例中进行说明的基础上进行调整、任意组合，在此不能一一赘述。

如图9、图12所示，根据本实用新型实施例，还提供了一种夹壁套管应用系统，包括所述夹壁套管20和交流电源，其中所述外套管21充入含氧气体，位于所述真空紫外光管10的介质外壁11外部的所述第一电极15与所述交流电源的一个输出端连接，所述真空紫外光管10的通孔14中充入导电水体，所述导电水体与所述交流电源的另一个输出端连接，从而使所述真空紫外光管10 与所述交流电源形成回路，使所述导电水体与所述第一电极15之间形成电场并激发所述真空紫外光管10中的激发气体发光。本实施例提供的夹壁套管应用系统，采用螺旋形的真空紫外光管10，并且在真空紫外光管10中通入导电水体作为电场的一极；同时，真空紫外光管10的介质外壁11的外部的第一电极15作为电场的另一极，从而对真空紫外光管10内部的激发气体进行激发，产生的真空紫外光同时对外套管21内通入的含氧气体和导电水体进行辐射，激发含氧气体产生臭氧，同时对导电水体中的有机物进行分解。在本实用新型所述夹壁套管应用系统的作用下，水分子充分接触到真空紫外的辐射，有效被羟基自由基作用；臭氧被搅拌充分与水体混合作用，在真空紫外辐照下，氧气、水分子持续被激发生成羟基自由基等活性粒子，氧分子继续合成臭氧，被驱动着激发到高能状态，强力打断污水中有机分子的分子键，将有机物降解、消解直至矿化。

具体地，图9所示真空紫外光管10为采用螺旋管结构，如图12所示真空紫外光管10为采用直管结构，为促进水体中的有机物更充分的被真空紫外光辐射，在通孔14内设置有扰流结构191。

所述导电水体为待处理的污染水，并且导电水体接地。

所述出口23输出的含有臭氧的气体充入进入到所述真空紫外光管10的通道前的导电水体中或者充入自所述真空紫外光管10的通道流出的导电水体中；从而利用臭氧进一步对污染水中的有机物进一步进行处理，特别是可以对污染水中具有还原性的金属离子进行氧化。

可选择地，所述导电水体为冷却循环水，并且对应地，所述夹壁管应用系统还包括散热器，设置在所述导电水体的循环管路上，用于对所述导电水体进行散热降温。通过冷却循环水的循环从而控制真空紫外光管10的温度，保证激发气体处于合适的温度下，确保其能够更高效的激发真空紫外光。

如图10所示，根据本实用新型的实施例，还提供一种夹壁套管应用系统，包括所述夹壁套管和交流电源，其中所述外套管21充入第一水体，并且所述第一水体与所述交流电源的一个输出端连接，所述真空紫外光管10的通孔14 中充入第二水体，并且所述第二水体与所述交流电源的另一个输出端连接，从而使所述真空紫外光管10与所述交流电源形成回路，第一水体和第二水体相互绝缘，使所述第二水体与所述第一水体之间形成电场并激发所述真空紫外光管10中的激发气体发光。第一水体和第二水体之间在真空紫外光管10的表面形成距离相等的电场，并且由介质外壁11和介质内壁12作为阻挡介质，从而促使筒形腔体13内的激发气体在电场的作用下发出紫外线光，其中第一水体和第二水体可以都是污染水体，也可以将其中的一个水体设为冷却循环水。

如图11所示，根据本实用新型的实施例，还提供一种夹壁套管应用系统，包括所述夹壁套管20和交流电源，其中所述外套管21充入第一水体，并且所述第一水体与所述交流电源的一个输出端连接，所述真空紫外光管10的介质内壁12和介质外壁11之间的筒形腔体13中的所述第一电极15与所述交流电源的另一个输出端连接，从而使所述真空紫外光管10与所述交流电源形成回路，使所述第一电极15与所述第一水体之间形成电场并激发所述真空紫外光管10中的激发气体发光。所述真空紫外光管10的通孔中可以通入水体也可以通入气体，当通入气体时，在所述通孔内设置有冷却水管，并且在所述通孔14 上设置有气体入口17和气体出口18，气体中含有氧气，通过冷却水管19对气体进行降温，该冷却水管也可以与入口22或出口23相通。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。