CN102084454A - 紧凑的紫外照射模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于照射至少一个基底的装置，该装置包括照射单元，用于以紫外光照射基底，其中该照射单元包括带集成的反射器的放电灯，本发明还涉及一种用于制造利用紫外光照射基底的照射模块的方法。

Description

紧凑的紫外照射模块
技术领域
本发明涉及一种用于产生用于照射基底(Substrat)的紫外光的模块。
背景技术
用于产生辐射的放电灯(Entladungslampe)--特别地，用于针对性地产生紫外辐射的放电灯--已经由现有技术可知。气体填充物的掺杂(Dotierung)--为了针对性地实现对发射光谱的构造的影响并从而为了不同的任务优化辐射器--也在多个公开文献中有描述。这种辐射器可以实施成低压、中压或高压辐射器，通过该压力(在该压力下放电在运行中发生)，除了光谱之外，功率(与放电的体积有关)也受到影响。
而即使对于优化地掺杂的并且在优化的压力范围中运行的放电灯，也只有一部分发出的辐射被用于所希望的过程，因为放电灯的光谱总是还包含可见的或红外的部分，还因为一部分功率加热罩管，而该罩管自身发射远红外线。发出的辐射的光谱中对于该过程有害或所不希望的部分常常利用过滤器从整个辐射的光谱中除去。
这种放电灯(或用作辐射源的放电器)向所有空间方向发射，使得至少在径向上，发出的强度和灯与基底之间的角度只存在可忽略的关联性。
此外，为了尽可能有效率地利用发出的辐射，将均匀地向所有空间方向由辐射器送出的辐射利用反射器引导至例如基底上。不存在对紫外线的高效率(即高反射性)的光谱宽带镜面(spekular)反射器，因为金属具有高吸收性，而陶瓷或者仍是透光的，或者也具有高吸收性。镜面反射理解为在基本平坦的表面处的反射，对于该反射，辐射的角度信息继续保留。
因为除了在可见光(Ag，Al)或红外线(几乎所有金属)中之外，没有简单的材料介面作为有效率的反射器供使用，所以使用由折射率按涂层顺序变化的传导材料(transmittierendes Material)组成的电介质反射器。这种反射器只具有限定的带宽，在该带宽内它们真正地反射。它们因此也可以作为过滤器使用。这种反射器的制造是昂贵的，因为必须在高品质地抛光的载体上涂上大量不同的涂层。
因为电介质反射器的反射区域取决于角度(在该角度下光到达反射器)，所以这种反射器必须放置在它们运行的几何位置。为了在使用的表面上获得相当均匀的反射性，其必须布置在相对于辐射源恒定的角度下。反射器必须安装成与光源的间距不过于小，因为由灯发出的辐射不是点源，而是来自放电器的整个表面，并因此在不同的角度下到达反射器上，但为了高效率不允许该角度(在该角度下辐射到达反射器上)有大的变化。
这种反射器的持续的运行是昂贵的，因为该反射器通常必须被冷却--它们为了在紫外线或可见光中的高反射性被优化，而因此在它们的反射光谱范围之外吸收强烈。因此紧凑的设备通常是水冷却的，这伴随着高成本和昂贵的建造。
用于紫外辐射或可见光辐射的模块--即在其中安放有辐射源、反射器，并在必要时安放有遮挡件(Shutter)的壳体--始终由大量部件构成并通常需要水，用于冷却反射器和遮挡件。只有功率很小的单元可以实施成空气冷却的。这种模块例如在WO 2005/105448中作为现有技术而描述。DE 202004006274U1示范性地描述了如何能够极其紧凑和简单地构建手电(Handlampe)的困难：为此必须选择外反射器。灯的功率只有很小，从而所使用的很大尺寸的利用空气的冷却器防止辐射器和反射器过热。由此导致该系统的尺寸相比实际的光源的大小构造得不合比例地大，并且其由大量零件构成。
进一步地，对于长寿命和随之的对于紫外辐射器使用者的高收益而言决定性的是辐射器和辐射管的挤压部(Quetschung)的温度。挤压部的温度不应超过300℃，而辐射管(Strahlerrohr)可以具有明显更高的温度，从而需要附加的措施，用于当辐射器功率密度较高时，分开冷却挤压部。
DE 3305173显示了如何能够在使用复杂的流动通道
Figure BPA00001278678700031
和使用较小功率密度的灯时设计单纯利用空气冷却的装置。功率密度定义为放电器的功率/长度。
上述模块的构建方式都相当复杂和昂贵，或仅能够发出小功率/装置体积。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种简单而紧凑的模块，用于利用放电灯产生紫外线辐射或可见光辐射。在此其没有大量部件，从而明显减少结构尺寸和用于制造及装配、保养等等的花费。
该目的已经利用独立权利要求的特征实现。
有利的进一步构造由各从属权利要求可知。
根据本发明的模块用于产生用于照射基底的紫外辐射，其包括照射装置，其中该照射装置具有带集成的石英玻璃制反射器的放电灯，该模块设置成反射器布置在放电灯内。
这样，反射器位于放电灯内，这导致辐射能够由灯自身定向地送出。这里，反射器的位置和方向可以适配成辐射基本只沿所希望的方向放出。
这种带有超过180°灯管圆周的集成反射器的装置显示了对于延伸的灯，在放电灯的前侧放出几乎两倍的辐射量。在后侧相比未涂层的辐射器或未涂层的放电灯产生少于25％的辐射。此处辐射功率整体地在整个光谱范围上考虑。
这种在放电灯内的反射器布置导致可以省略朝向后方的
Figure BPA00001278678700041
反射器(该反射器通常在这种装置中布置用于照射)，或者可以简化通常布置在那里的水冷装置。因此冷却优选地通过对流以简单的方式进行，并导致最终也减少了结构空间，且实现了减少至最小且紧凑的模块。如果要安装另一外反射器，则明显更少的辐射功率到达那里。
在一个有利的实施形式中，本发明设置成，反射器包括不透明的石英玻璃制涂层(Beschichtung)。这种涂层使得能够集成宽带反射器(从紫外线C波至远红外线，即在从200nm至3000nm的波长范围中)，并能够有效地使整个由通过辐射管的放电放出的辐射定向地被送出。
有利地，该涂层包括人造的石英玻璃，其因为它的较小的紫外线吸收而实现特别有效的紫外线反射。
也可以想到的是，对于产生紫外线的系统，将抗日曝的(solarisationsresistent)石英玻璃既用于辐射管，又用于不透明的反射器。
这种不透明的石英玻璃制涂层在足够的涂层厚度下反射几乎全部紫外、可见光以及红外辐射。而因为在灯的运行中发热的该材料制的反射器自身送出从大约3000nm起的，而从大约4500nm起特别强烈的热辐射，所以后侧送出的辐射几乎单纯为从大约2500nm起的红外辐射。该不透明的反射器令人惊讶地额外起到有利的过滤器的作用。
在一个优选的实施形式中，本发明设置成，使用水银中压辐射器和短弧实施形式(Kurzbogenausführungsform)的水银中压辐射器作为灯。本发明也能够同样好的用于低压辐射器或高压辐射器以及所有通用的紫外辐射器。
附图说明
下面借助优选的实施形式并参考附图进一步阐述本发明。其中：
图1示意性地显示了没有过滤器的紧凑的模块；
图2示意性地显示了带附加的过滤器的放电灯；
图3示意性地显示了用于直接耦合在光导体中的辐射器。
具体实施方式
图1显示了带被动对流辐射器冷却器的根据本发明的模块的纵截面。紫外辐射器(10)以它的挤压部(11)和供电装置(12)布置在该模块内。在辐射器上直接安置有不透明的石英制反射器(13)。辐射器装配在壳体(14)中，该壳体(14)仅通过对流空气流动冷却。此处，该壳体(14)被分成不同的区域。中间区域(16)实施成竖井(Schacht)，该竖井为了限制紫外发散辐射(Streustrahlung)在图中以板件(15)遮盖，在板件(15)中冲压出用于暖上升空气的出流开口。该用于导出暖空气的开口(15)作为特别简单的实施方案而被示出。在通常的发明性活动的框架中能够为空气的导出找到技术解决方案，能够更好地遮挡(有害的)紫外辐射，并同时实现良好的对流。
因此本发明不限于带板件(15)的简单的变型，而竖井(16)和发散辐射的遮盖件(15)的更复杂的实施方式(例如平面的或折叠的盖子)在这里一起被覆盖在通常的、发明性的行为的框架中。这里由要求得出几何：实现尽可能连续的、快速的对流流动，特别地对于高的竖井实现该流动；在结构地需要的地方抑制发散辐射的放出；同时保持尽可能小的结构大小。分区(17)用于分隔挤压部、供电装置以及未示出的机械的辐射器保持器件，它们可以单独被主动冷却。
在图2中显示了带主动对流辐射器冷却器的根据本发明的模块的截面。在辐射管(21)上安置有不透明的石英制反射器(22)，其包围的角度大于180°，以使尽可能少的辐射到达模块壳体(24)。布置有通风器(23)用于主动冷却。所示的为轴向通风器，其既可以用来吸气，也可以用来加压。可以想到的是，径向通风器或压缩机、压缩空气等等--即主动地产生空气流动的装置--也作为备选的解决方案使用。该通风器此时可以供应冷空气，该冷空气在辐射管(21)处经过，通过竖井(24)对着窗口(25)被引导，并从出流开口(27)由模块中再次流出，或者该通风器通过开口(27)吸入空气。在窗口(25)上附加地涂有功能涂层(26)，该功能涂层(26)作为附加的反射涂层仅允许辐射的一定部分被传导(transmittieren)。但该功能涂层(26)也可以省略。窗口(25)优选地由传导紫外线的材料(如石英玻璃)构建，反射器也可以由多个电介质涂层或金属涂层构建。
所示的设计说明发明性的原理。而其它通道和通风器的布置也是有意义的并被覆盖。
附加地，可以在窗口前装配有遮挡件，该遮挡件快速遮挡辐射。原则上，板片也可以由有水流通的、可透过紫外线的玻璃制的空心体代替，该空心体用作红外过滤器，并同时具有很冷的表面。
图3显示了另一根据本发明的装置，其中来自放电灯的紫外辐射直接耦合进入光学纤维中。石英玻璃制灯体(41)几乎完全以不透明的石英玻璃制反射涂层包裹。挤压部(43)封闭玻璃灯泡(Glaskolben)(41)，在挤压部(43)中气密地挤压(einquetschen)有钼薄膜(45)，在该钼薄膜处外面焊接有用于传送电流的导电杆(46)和内电极(44)。灯泡设有逐渐变细的石英玻璃制元件(47)，在该元件(47)中大部分辐射从灯泡中放出，而该辐射由于在表面处的完全反射不能离开该灯泡(47)。该元件与实际的光学纤维通过合适的耦合元件相连接，而这在图中未示出。

Claims (9)

1.一种用于产生照射基底的紫外辐射的模块，其包括照射装置，其中所述照射装置具有带集成的石英玻璃制反射器的放电灯，其特征在于，所述反射器布置在放电灯内。
2.根据权利要求1所述的装置，用于照射基底，其特征在于，所述反射器包括不透明的石英玻璃制涂层。
3.根据前述权利要求中一项或多项所述的装置，其特征在于，所述涂层包括人造的石英玻璃。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的装置，其特征在于，所述反射器为宽带反射器。
5.根据前述权利要求中一项或多项所述的装置，其特征在于，所述放电灯为紫外灯。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的装置，其特征在于，所述放电灯为水银中压辐射器。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的装置，其特征在于，所述放电灯为低压辐射器。
8.根据前述权利要求中一项或多项所述的装置，其特征在于，所述放电灯为高压辐射器。
9.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的模块方法，其特征在于，在照射模块的放电灯内安置反射器。
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