CN101329979A

CN101329979A - 植物生长灯

Info

Publication number: CN101329979A
Application number: CNA2008100208555A
Authority: CN
Inventors: 姜洋
Original assignee: YANGZHOU QIANGBO PHOTOELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YANGZHOU QIANGBO PHOTOELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2008-12-24

Abstract

本发明提供了一种满足植物光合作用对光谱要求的植物生长灯，它包括电弧管部件、玻壳、金属支架、灯芯、吸气片和螺旋灯头，所述灯芯设置在玻壳内，并与玻壳的端部密封连接，使得在玻壳内部形成一个密闭空间，电弧管部件通过金属支架固定在玻壳和灯芯之间，灯芯的导线焊接在螺旋灯头的正负极上，螺旋灯头是旋转粘接在封接好灯的玻壳尾部，吸气片固定在金属支架上；所述电弧管部件包括高纯石英管、电极、金属化合元素、填充气体、水银和陶瓷粉；所述金属化合元素的组份包括碘化钠、碘化、铟、碘化钪、碘化锂和碘化钍。本发明是根据植物在不同生长期对光谱的要求而设计的产品，具有满足植物光合作用对光谱的要求，广泛适合于国内需要的高效节能温室补光灯。

Description

植物生长灯

技术领域

本发明涉及一种照明装置，具体涉及一种用于促进植物生长的高强度气体放电灯。

背景技术

任何植物的生长发育都需要光照。通常人们只依赖太阳光，但蔬菜、花卉等其他经济作物的大规模工厂化生产、组织培养及试管苗的繁殖等，还需人造光源进行补充光照。晚秋、冬、春光照时间短，温室大棚内严重缺光，作物不能正常生长。如遇连阴天、雾天、雨雪天，对作物的生长更会带来严重的影响。因此，采用人工光源，在棚室内直接给作物补光是促进植物生长的有效途径，而高效节能地对植物补光的理论依据主要是植物对光的选择性吸收的理论。

植物的生长发育、开花结果是通过光合作用、光形态建成、光周期调节来完成的，这些都离不开光的参与和调节。光是植物生长发育过程中的重要环境因子，也是植物生长的主要能量来源，但植物对光的吸收不是全波段的而是有选择性的。光根据其波长的不同大致划分为：紫光(380～420nm)、蓝光(420～450nm)、青光(450～490nm)、绿光(490～560nm)、黄光(560～590nm)、橙光(590～620nm)、红光(620～780nm)。发光物体的颜色，由它所发的光内所含波长而定，称为光色。不同绿色植物对光的吸收谱基本相同，在可见区主要集中在400～460nm的蓝紫区和600～700nm的红橙区。这两种不同光色的光，就如同植物所需要的两种″光肥″。日光中强度最大的恰恰是500nm左右的绿光，而蓝紫和红橙区的含量相对较弱。日光虽能促进植物均衡地生长，但其光效并不高，因大量绿光植物不吸收而反射浪费掉了，所以我们就可看到植物呈现一片绿色。近年来人们一直在努力模拟植物的吸收光谱，以求研制出某种发光材料，使其发射光谱，最大限度地接近植物的吸收光谱以产生共振吸收，促使光合作用高效地进行。这样，不论冬天或阴雨天，温室或大棚内植物的光合作用，都能正常进行。

由于生产的需要，目前各地的用户从市场上购买各种不同的普通照明光源来为大棚补光，包括白炽灯，日光灯，氙灯等，但是补光效果都不理想，其原因从根本上还不了解植物生长对光照的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种满足植物光合作用对光谱要求的植物生长灯。

本发明的技术方案是：一种植物生长灯，包括电弧管部件、玻壳、金属支架、灯芯、吸气片和螺旋灯头，所述灯芯设置在玻壳内，并与玻壳的端部密封连接，使得在玻壳内部形成一个密闭空间，将玻壳内部保护气体与外界大气隔绝，电弧管部件通过金属支架固定在玻壳和灯芯之间，灯芯的导线焊接在螺旋灯头的正负极上，螺旋灯头是旋转粘接在封接好灯的玻壳尾部，吸气片固定在金属支架上，起到吸附玻壳内杂质气体作用；

所述电弧管部件包括高纯石英管、电极、金属化合元素、填充气体、水银和陶瓷粉；

金属化合元素是电弧管填充的主要材料，在选择时除考虑光谱特性外，还应考虑：金属化合物具有较高的蒸汽压；在灯的工作温度下不与管壁材料产生化学反应；在电弧管内产生循环反应，另外要求在室温状态下的蒸汽压低，确保灯在开始工作时容易启动，其纯度必须达到99.999％，并且在生产过程中金属化合元素始终处于高纯氮气(99.999％)或氩气保护下，以确保金属化合元素的杂质气体带入灯内。其主要成分为碘化钠、碘化铟、碘化钪、碘化锂、碘化钍等的混合物。

在制灯设备、制灯工艺及发光管几何尺寸确定之后，制灯材料至关重要，其中金属化合元素材料组份及配比严重影响金卤灯的发光效率、显色指数及相对色温。

植物生长灯的电弧管壁材料采用高质量的石英管。要求石英管羟基＜3ppm、低表面吸附、高纯度。羟基在石英玻璃中是非金属杂质，会降低石英玻璃的耐温性和抗析晶性，影响灯的质量和使用寿命。另外杂质元素(AL、Ca、Mg、Ti、Fe等)会加速析晶产生白色硅粉，减低透光率，影响光通量。

石英玻璃加工过程的尺寸偏差对灯的性能也有重要影响，如吹制球体尺寸大小，不仅降低吹制成品率，造成电弧管容积不一致，而且影响光电参数的一致性，严重的会发生电弧管泡体鼓泡事故。因此石英材料的外径偏差和椭圆度、壁厚偏差和偏壁度以及弯曲度均有严格的要求。

电极材料选择和设计是否合理对植物生长灯的寿命有着密切的联系。首先选择在化学活性很高的环境中能承受长时间工作的金属。其次具有较低的函数功率，在较低的温度下提供大量的发射电子。目前我们选择含ThO2为1-2％的钍钨电极。

植物生长灯电极处理至关重要，否则会引起电弧管端部发黑、再启动电极峰值高和电极热点漂移现象。因此必须对受污染的电极进行严格的净化处理。(1)选定合理的电极清洗液和清洗规范进行化学清洗(2)提高电极烧氢温度(3)采用真空烧结炉或高频进行进一步处理。(4)电极储存和生产操作中始终高纯惰性气体保护之下。(5)夹封时保气体适量，防止电极氧化。

填充保护气体选用KrAr混合气，其特点是提高灯的启动性，减少电极的溅射、使等灯早期发黑得到有效控制、提高了灯的光通维持率。

电弧管生产过程中必须严格控制微量杂质的进入，在储存和生产全过程管内材料和零部件始终在高纯惰性气体保护之下。在保护气管路或排气系统中即使是微小漏气都可能导致一些水气进入电弧管内，导致夹封电极氧化、排气中药丸吸潮。而填充气体的不纯将直接影响气体电弧管内在性能。为此必须严格采取措施确保填充气体和保护气体的纯净

水银在灯中的光辐射中比例很小，但它的蒸汽是的植物生长灯最理想的缓冲气体，能进一步阻止金属蒸气和卤素气体的扩散，减少热传导损失，提高灯的发光效率；利用汞原子大的电子碰撞截面特性来减少等离子体导电系数，增大电场强度和电弧功率密度。保持较高的灯电压，以改善灯的电参数。而且水银与卤素原子生产卤化汞，可减少卤素原子对启动造成的不利影响、有利于灯的启动。

生产使用应采购纯度达99.999％的水银。在对灯的水银加注要采用自动注汞和高纯气体保护技术。

针对经济作物的大规模工厂化生产存在的问题，我们继续深入研究发现，在植物生长中增加红光照射量，会抑制侧根的发生，但能提高作物的含糖量；增加蓝色光，会抑制叶柄的伸长，但作物的蛋白质含量增加。国外利用彩色塑料薄膜对蔬菜作物试验，发现紫色薄膜对茄子有明显的增产作用。在研究蓝光和红光对菊花生长和开花的影响时发现，蓝光有利于菊花茎叶生长和侧枝产生，形成丰满株形并能提前花期12天。在光合作用中，光波段对光合放氧速率也有影响，储钟稀等用蓝光、红光和白光下生长14天的黄瓜，结果发现以红光培养的植株，其光合放氧速率最高，比白光下高44.9％，蓝光的放氧速率最低，比白光处理还低4％，另外，光波段对高等植物的碳水化合物和蛋白质代谢有调节作用。在蓝光下生长的植物蛋白质含量较高，而在红光下生长的植物通常碳水化合物含量较高。这说明光色影响着植物的氮代谢过程。

按照植物生长的阶段发育理论，可分为以下几个阶段：

(1)春化阶段：这个阶段的植物处于萌芽期，外界条件中湿度和温度在这段时间起主要作用。

(2)光照阶段：植物发芽并长出最初的几片绿叶之后，就进入了光照阶段。叶绿素通过光合作用把水和二氧化碳转化成有机物质。在这个阶段，光照时间的长短会直接影响植物的生长与植物形态的形成，特别是对植物的繁殖器官——花的发育形成，起着尤其关键的作用。比如苏铁，在北方地区约10年开一次花，而在日照时间不同的南方地区，如云南、广东地区几乎年年开花；橡皮树在北京几乎从不开花，而在印尼、马来西亚地区经常开花；椰树在海南开花结实，而在广东地区便只生长，不结果。这些都是在照明设计过程中需充分考虑的。

(3)光谱阶段：植物生长至一定阶段后，光谱成分开始对植物的发育生长起主要作用。经过植物专家长期分析研究发现，光谱对植物生长的作用如下：①紫色光与紫外线，波长为300~440nm，是促进植物形成色素的主要光能，并直接影响植物对磷和铝等元素的吸收及维生素D的形成、干物质的积累以及角质层的形成。②蓝色光，波长为440~490nm，可以活跃叶绿素的活动，促进光合作用。③绿色光及黄色光，波长为500~600nm，抑制叶绿素的活动，使光合作用下降。④橙红色光，波长为600~700nm，能大大增强植物的光合作用，有利于促进植物生长，但如果过多又会引起植物枝蔓的过度生长。同时，植物对不同光谱的吸收程度也不同。吸收最多的是橙红色光，其次是波长300~500nm的蓝紫色光及紫外线，而对波长500~600nm的绿黄色光吸收较少。不同地区不同习性的植物对光照的吸收能力也不一致，喜阳性植物一般可吸收落在其叶面上80％以上的光线，而喜阴性植物一般只吸收60％左右的光线。

综上所述植物光合作用对光谱有一定要求

1、4000-5000Lux的光照强度；

2、全波段、连续光谱的照明光源；

3、良好平衡的红色(610-640nm)、蓝色(420-450nm)光线；

4、一定强度的长波(400-420nm波长)紫外光线。

经我们研制的植物生长灯，是根据植物在不同生长期对光谱的要求而设计的产品。具有满足植物光合作用对光谱的要求。若在国内推广成功，则将广泛适合于国内需要的高效节能温室补光灯。

植物生长灯的发明是利用高强度气体放电灯的原理，并针对植物生长灯的对光谱特殊要求的特点研制。

在高压放电下，金属原子受激发会从高能级的激发态跳回到较低能级的基态时，就会辐射出一定波长的光。不同的金属原子在介跃时会发出不同波长的光。金属钠的谱线为589~589.6nm黄色光，金属钪的谱线为361.3~424.7nm的近紫外和蓝色光，铟的谱线为451.1nm的蓝色光，镓的谱线为403.3~417.2nm的紫色光，锂的谱线为670.8nm的蓝色光。加入钪、钠元素，则两种谱线匹配恰好接近太阳光。回到基态的钪、钠原子又能与卤族某元素化物化合成，这样循环可在灯管内保持较高的原子浓度并延长使用寿命。根据上述的分析，我们按照不同比例配方在HID灯加入相应的金属元素化合物，就可得到植物生长所需要的光谱。

本发明的有益效果：

(1)适用面广：适用于各种农作物，包括果类、瓜类、叶菜类、花卉、组培、育苗等。

(2)性价比高：灯的发光效率和电能利用率比钠灯高。

(3)经济效益显著：可加速作物生长，促进作物早熟。因品种差别，产量可提高20％～50％，加上由于提前成熟带来的价格优势，可带来显著的经济效益。配置补光灯的温室，按每个温室每年耗电600-800元计算，可增加收入3000～5000元。

(4)无污染：被称为“绿色照明工程”。

附图说明

附图为本发明具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如附图所示，一种植物生长灯，包括电弧管部件1、玻壳2、金属支架3、灯芯4、吸气片5和螺旋灯头6，所述灯芯4设置在玻壳2内，并与玻壳2的端部密封连接，使得在玻壳2内部形成一个密闭空间，电弧管部件1通过金属支架3固定在玻壳2和灯芯4之间，灯芯4的导线焊接在螺旋灯头6的正负极上，螺旋灯头6是旋转粘接在封接好灯的玻壳2尾部，吸气片5固定在金属支架3上；

所述电弧管部件1包括高纯石英管10、电极12、金属化合元素8、填充气体7、水银9和陶瓷粉11。

Claims

1、一种植物生长灯，包括电弧管部件(1)、玻壳(2)、金属支架(3)、灯芯(4)、吸气片(5)和螺旋灯头(6)，所述灯芯(4)设置在玻壳(2)内，并与玻壳(2)的端部密封连接，使得在玻壳(2)内部形成一个密闭空间，电弧管部件(1)通过金属支架(3)固定在玻壳(2)和灯芯(4)之间，灯芯(4)的导线焊接在螺旋灯头(6)的正负极上，螺旋灯头(6)是旋转粘接在封接好灯的玻壳(2)尾部，吸气片(5)固定在金属支架(3)上，其特征在于：所述电弧管部件(1)包括高纯石英管(10)、电极(12)、金属化合元素(8)、填充气体(7)、水银(9)和陶瓷粉(11)；

所述金属化合元素(8)的组份包括碘化钠、碘化铟、碘化钪、碘化锂和碘化钍等元素。

2、根据权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于：所述高纯石英管(10)的羟基＜3ppm、并且低表面吸附和高纯度。

3、根据权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于：所述电极(12)采用ThO2为1-2％的钍钨电极。

4、根据权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于：所述填充气体(7)采用Kr、Ar混合气。

5、根据权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于：所述水银(9)采用纯度为99.999％的水银。