CN104704925A - 用于运行用于产生紫外辐射的灯单元的方法以及适合于此的灯单元 - Google Patents

Abstract

在已知的用于运行用于产生紫外辐射的灯单元中，灯单元具有：带有放电空间的气体放电灯，所述放电空间对于水银储备是可进入的；电子镇流器和可经由控制单元调节的用于对气体放电灯进行调温的调温元件。在此，气体放电灯借助标称的灯电流和标称的灯电压运行。为了基于此说明一种用于以高的发射功率来运行灯单元的方法，所述方法确保快速地匹配于改变的运行条件并且此外能够实现灯单元的简单且成本适宜的运行，根据本发明提出，在运行阶段期间将基本上恒定的灯电流施加在气体放电灯上，调温元件是用于冷却气体放电灯的冷却元件，并且该方法具有下述方法步骤：（a）借助于电压传感器确定灯电压的实际值；（b）将灯电压的实际值传递给控制单元；（c）将灯电压的实际值和理论值通过控制单元进行比较；（d）通过控制单元将控制信号输出给冷却元件以用于调节冷却功率。

Description

用于运行用于产生紫外辐射的灯单元的方法以及适合于此的灯单元

技术领域

本发明涉及一种用于运行用于产生紫外辐射的灯单元的方法，该灯单元具有：带有放电空间的气体放电灯，所述放电空间对于水银储备（Quecksilberdepot）是可进入的；电子镇流器和可经由控制单元调节的用于对气体放电灯进行调温的调温元件，其中气体放电灯利用灯电流和灯电压来运行。

此外，本发明涉及一种用于执行所述方法的灯单元，具有：带有放电空间的气体放电灯，所述放电空间对于水银储备是可进入的；电子镇流器和可经由控制单元调节的用于对气体放电灯进行调温的调温元件。

背景技术

已知的用于产生紫外辐射的气体放电灯具有由石英玻璃制成的具有放电空间的管状的放电容器，以及两个布置在放电空间中的电极。放电空间利用填充气体、例如惰性气体来填充。

在气体放电灯中，发射功率尤其与放电空间中的水银分压相关。为了能够实现较高的运行温度，在多个气体放电灯中将水银以固态的汞齐合金的方式引入到放电空间中。在放电空间中，在水银储备中液态地或固态地存在的水银和在放电空间中气态地存在的水银之间出现平衡。水银在汞齐中的键合影响放电空间中的水银分压的温度相关性并且原则上有助于，在具有汞齐储备的气体放电灯中能够实现高的功率和功率密度。

然而，在具有汞齐储备的气体放电灯中，在汞齐中键合的和自由的水银之间的平衡与气体放电灯的运行温度、尤其与汞齐储备的温度相关。存在最优的运行温度，其中气体放电灯的发射功率是最大的。

气体放电灯的影响运行温度的参数、例如标称电压和标称电流虽然关于预设的环境条件针对适当的发射功率来设计。然而这仅在下述情况下适用：实际的环境条件大致对应于预设的环境条件。气体放电灯的运行参数实际上通常受环境条件的影响。过度的升温例如在高的环境空气温度的情况下或者在将气体放电灯安置在狭小的空间的情况下出现。这能够引起，气体放电灯不再以其运行最优来运行。

为了在气体放电灯运行期间确保与环境条件无关的最大的发射功率而提出，经由调温元件调节汞齐储备的温度。因此，例如从DE 101 29 755 A1中已知一种用于具有调温点的T5荧光管的运行设备，其中在调温点的区域中布置有用于确定温度的温度传感器。根据所确定的温度，调温点经由可调整的灯丝加热装置来调温，由此确保荧光管中的最优的水银蒸汽压力。

此外，从WO 2005/102401 A2中已知一种具有UV灯的杀菌设备，其中为了监控UV灯的灯管的表面温度而设有温度传感器。温度传感器被固定在灯管上。此外，杀菌设备也包括用于测量UV灯的UV辐射发射的UV传感器。为了确保灯的最优的运行温度和发射功率，在其中提出，将灯根据所确定的温度经由通风单元冷却或加热。

然而，被布置在灯的表面上的温度传感器仅检测表面的温度变化。这相对慢地进行，使得经由表面温度对水银分压的调节具有一定的迟缓。

此外，借助UV传感器确定辐射发射也仅受限地适合于调节和最优化发射功率，因为对非最大发射功率的一次的测量不允许推断出非最大发射功率的原因。非最大发射功率的可能的原因能够是灯的过高的和过低的温度，使得只有在基于其他的测量的灯参数的条件下才能够决定，是否必须冷却或加热灯，以便提高其发射功率。利用UV传感器调节辐射发射因此以使用其他的传感器（例如温度传感器）为条件进而也是迟钝的。

发明内容

因此，本发明基于下述任务：说明一种用于以高的发射功率来运行灯单元的方法，所述方法确保快速地匹配于改变的运行条件，所述方法能够实现简单地并且成本适当地运行灯单元，并且所述方法此外能够实现灯单元的与其结构形式无关的运行。

此外，本发明基于下述任务：提供一种灯单元，所述灯单元即使在运行条件变化的情况下也能够以高的发射功率运行并且此外可简单地并且成本适当地生产。

关于方法，所述任务基于开始提及类型的方法根据本发明通过下述方式来解决：在运行阶段期间，将基本上恒定的灯电流施加在气体放电灯上，调温元件是用于冷却气体放电灯的冷却元件，并且该方法具有下述方法步骤：

（a）借助于电压传感器确定灯电压的实际值，

（b）将灯电压的实际值传递到控制单元上，

（c）将灯电压的实际值与理论值通过控制单元进行比较，

（d）通过控制单元将控制信号输出给冷却元件以用于调节冷却功率。

气体放电灯的发射功率首先与由气体放电灯产生的等离子的温度相关。当气体放电灯具有最优的等离子温度时，得到最优的发射功率。因为直接测量的等离子温度然而是不容易达到的，所以常规的灯单元在运行期间的气体放电或者被控制到最优的温度上、例如灯管的最优的温度上或者被控制到最优的发射功率上。常规的灯单元对此具有用于确定温度的温度传感器或用于确定发射功率的UV传感器以及可根据确定的温度或UV发射功率控制的调温元件。这两个测量参数然而仅能够实现间接地推断出气体放电灯的等离子温度。其值此外与其他的影响变量、例如灯单元的几何形状或灯单元之内的气流相关。

因此，在根据本发明的方法中，放弃借助于外部的温度传感器或UV传感器对气体放电灯的等离子温度的间接的检测。替代于此规定，经由电压传感器对气体放电灯的运行温度进行确定，所述电压传感器确定在灯单元运行期间施加在气体放电灯上的电压。通过电压测量，一方面能够实现直接地推断出当前的等离子温度，所述电压测量另一方面与灯单元的几何形状无关，使得灯单元的最优的运行能够与灯单元的结构形式无关地实现。通过放弃温度传感器或UV传感器，此外能够实现成本适当的并且简单的运行方法。此外，不考虑相对迟钝的温度测量或发射功率测量。这根据本发明通过小迟缓的电压测量来替代，由此能够实现灯运行参数快速地匹配于气体放电灯的温度变化进而能够实现短的反应时间。

根据本发明的方法以将基本上恒定的灯电流施加在气体放电灯上为前提。基本上恒定的灯电流应该被理解成下述灯电流，所述灯电流在灯运行期间与其标称值偏差最高±2%。

在以恒定的灯电流运行的气体放电灯中，相应的灯电压主要与气体放电灯的等离子温度相关。对此的原因是气体放电灯的放电容器中的水银分压，所述水银分压随着升高的温度以指数的方式增大，使得水银分压的增大伴随着较小的运行电压。因此，相应的灯电压对应于最优的运行温度，所述灯电压的调节一致地引起对应于灯电压的运行温度。

为了调节运行温度，根据本发明首先借助于电压传感器确定当前的灯电压、即灯电压的实际值，随后将其传递给控制单元。传递实际值能够通过控制单元或通过电压传感器来进行。在最简单的情况下，控制单元读取电压传感器的实际值。

控制单元将灯电压的实际值与之前提供的理论值进行比较并且确定可能的偏差。

为了确定灯电压的理论值，借助UV传感器确定气体放电灯的与灯电压相关的发射功率，其中将下述灯电压选择成理论值，在所述灯电压下，气体放电灯的发射功率是最大的。确定灯电压的理论值通常能够针对特定类型的所有灯或单独地针对每个灯进行。

为了调节运行温度或灯电压，最终设有用于冷却气体放电灯的冷却元件根据所确定的偏差，控制单元为了调节运行温度将调节冷却功率的控制信号提供给冷却元件。控制信号能够根据偏差的数值改变。

在根据本发明的方法的一个有利的改进方案中规定，电子镇流器包含电压传感器并且确定灯电压的实际值。

灯单元具有电子镇流器，借助所述电子镇流器运行气体放电灯。具有电压传感器的镇流器能够实现灯单元的简单的、适当的和紧凑的结构形式。

当针对每个气体放电灯在工厂侧单独地确定理论值时，实现最优的发射值，并且随后将单独确定的理论值保存在与气体放电灯连接的存储元件中，所述存储元件在接通气体放电灯时由控制单元读取。

最优的运行温度进而还有灯电压也能够制造决定地在结构相同的气体放电灯之间改变。灯电压的在工厂侧单独地为每个气体放电灯确定的理论值能够实现各个气体放电灯以高的发射功率的最优的运行。通过将单独的理论值保存在与气体放电灯连接的存储元件中，其与单独的气体放电灯连接，使得在接通气体放电灯时能够为控制单元提供理论值。此外，这种存储元件能够在更换灯时实现自动的理论值匹配。优选地，存储元件是电子存储元件，例如是EEPROM或PROM存储构件。灯电压的理论值此外也能够被实施为灯上的、优选灯座上的机械可读的标记。

在一个替代的实施方式中规定，气体放电灯用灯电压的理论值标记，其中将理论值提供给控制单元一次性地在换灯时通过手动地将理论值输入给控制单元来进行。

已经经受考验的是，存储元件是电子存储元件，并且存储元件在接通气体放电灯时被读取。

电子存储元件具有两个极限温度，即最大的存放温度和最大的运行温度。最大的存放温度说明，直至哪个温度能够在没有质量损失的情况下存放电子存储元件。最大的运行温度描述，能够在没有故障的情况下运行存储元件的最大温度。

优选地，存储元件温度在气体放电灯运行期间低于150℃。低于150℃的温度不损害存储元件的质量。

高于125℃的温度能够损害电子存储元件的功能性。在温度低于125℃的情况下读取存储元件。读取存储元件在接通气体放电灯时进行，使得存储元件在读取期间的温度小于125℃。由此，避免存储元件的故障。

与气体放电灯连接的存储元件通常在气体放电灯运行期间被加热。存储元件的温度与其关于气体放电灯的空间位置相关。优选地，存储元件位于气体放电灯的座中或位于气体放电灯的座上。这样布置的存储元件能够简单地与灯的供电装置连接，因为用于给灯供电的线缆也引导到该座中。

已经证实为有益的是，在灯单元运行期间以规律的时间间隔、优选以1min^-1至10min^-1的频率确定灯电压的实际值。

规律地确定灯电压的实际值能够实现，冷却功率不断地匹配于气体放电灯的当前的运行状态。如果以小于1min^-1的频率进行对灯电压的实际值的确定，那么冷却功率仅能够缓慢地匹配于改变的运行条件。如果在对灯电压的实际值的两次测量之间存在大于1分钟的时间间隔，那么UV发射功率能够相对强地降低，由此能够使放射结果受影响。因为灯电压也以一定的延迟对冷却功率的变化做出反应，所以在频率大于10min^-1的情况下不再得到明显的改进。

在该方法的一个同样优选的改进方案中规定，将气体放电灯在灯单元运行期间由冷却单元持续地冷却。

对气体放电灯的持续的冷却具有下述优点，通过冷却功率的匹配，气体放电灯不仅能够被加热和而且能够被冷却。冷却功率的减小引起气体放电灯的升温，冷却功率的提高引起气体放电灯的较小的温度。

已经经受考验的是，气体放电灯借助由冷却元件产生的空气流来冷却。

产生空气流的冷却元件例如是鼓风机、通风机或通风装置。因为所述冷却元件应用空气进行冷却，所以所述冷却元件能够灵活地被使用。在其中使用这种冷却元件的方法可成本适宜地执行。

关于用于执行该方法的灯单元，上述任务基于开始提及类型的灯单元根据本发明通过下述方式来解决：调温元件是用于冷却气体放电灯的冷却元件，设有用于确定灯电压的实际值的电压传感器，其中控制单元具有输入端，在所述输入端上施加灯电压的实际值作为输入信号。

这种灯单元适合于用在在上文中描述的方法中。通过设有确定灯电压的实际值的电压传感器，所述实际值能够作为控制冷却元件的冷却功率的基础。控制单元与此相应地具有用于灯电压的实际值的输入端。控制单元的基于灯电压的实际值生成的输出信号最终用于调节冷却元件的冷却功率。

已经经受考验的是，电压传感器集成到电子镇流器中，并且电子镇流器具有用于输出灯电压的实际值的输出端。

气体放电灯在电子镇流器上运行。具有集成的电压传感器的电子镇流器（与不具有所述传感器的设备相比）可以在没有巨大的耗费或者高的附加成本的情况下生产并且其有助于灯单元的紧凑的结构形式。

在根据本发明的灯单元的一个有利的设计方案中规定，气体放电灯包括电子存储元件，在所述电子存储元件中存储有灯电压的理论值。

电子存储元件例如是EEPROM或PROM存储构件。与气体放电灯连接的电子存储元件确保，能够将灯电压的理论值在接通气体放电灯时提供给控制单元。通过存储元件，此外例如能够在换灯时实现自动的理论值匹配。

已经经受考验的是，存储元件被布置在气体放电灯的座的区域中。

布置在气体放电灯的座区域中的存储元件能够简单地与灯的供电装置连接，因为用于给灯供电的线缆已经穿过该座。

在一个替代的同样优选的实施方式中，存储元件被集成到气体放电灯的连接插头中。

气体放电灯具有配备有连接插头的用于接触供电装置的接触装置。通过集成在连接插头中的存储元件，能够实现简单地电接触连接元件和简单地读取存储元件。

在根据本发明的设备的另一个有利的设计方案中规定，气体放电灯具有标记，所述标记规定灯电压的理论值。

附图说明

下面根据实施例详细描述本发明。详细地以示意图示出：

图1示出用于产生紫外辐射的具有低压力汞齐辐射器的灯单元，并且

图2示出下述图表，在所述图表中示出低压力汞齐辐射器根据冷却空气温度的UV发射和灯电压。

具体实施方式

图1示出用于产生紫外辐射的灯单元，所述灯单元整体上被分配附图标记10。灯单元由低压力汞齐辐射器11、用于低压力汞齐辐射器11的电子镇流器14、用于冷却低压力汞齐辐射器11的轴向通风装置15和用于轴向通风装置15的控制单元16组成。在一个替代的实施方式（没有示出）中，替代轴向通风装置15设有径向通风装置。

低压力汞齐辐射器11由石英玻璃制成的发光管构成，所述发光管在两个端部上利用压紧装置17封闭，引导供电装置18穿过所述压紧装置。在发光管之内并且在发光管的相对置的端部上布置有两个螺旋形的电极18a、18b。发光管包围放电空间12。放电空间12利用氩和氖构成的气体混合物（50:50）填充。在放电空间12之内还存在汞齐储备13。

低压力汞齐辐射器11以基本上恒定的灯电流运行。其特征在于200W的标称功率（在标称电流为4.0A的情况下）、50cm的发光长度、28mm的辐射器外径和大约4W/cm的功率密度。

低压力汞齐辐射器11在电子镇流器14上运行，所述电子镇流器与低压力汞齐辐射器11经由连接线路20连接。电子镇流器14此外具有电网电压端子19。在运行期间，电子镇流器14借助于集成的电压传感器确定灯电压的实际值U_L和灯电流的实际值I_L。

随后，电子镇流器14将确定的灯电压U_L作为输入信号提供给控制单元16。此外，以EEPROM的形式的存储元件22与低压力汞齐辐射器11连接，在所述存储元件上存储有灯电压的在工厂侧单独为低压力汞齐辐射器11确定的理论值。控制单元16在接通低压力汞齐辐射器11的情况下读取灯电压的理论值。在低压力汞齐辐射器11运行期间，控制单元16以规律的时间间隔询问，即以5min^-1的频率询问灯电压的实际值U_LIST。

控制单元16将灯电压的实际值U_LIST与在存储元件上存储的理论值U_LSOLL进行比较，确定实际值与理论值的偏差并且发出控制信号，所述控制信号调节轴向通风装置15的冷却功率。

因为轴向通风装置15在灯单元10运行期间持续冷却低压力汞齐辐射器11，所以低压力汞齐辐射器11的温度例如能够通过提高通风装置速度相对变冷或者通过减小通风装置速度相对变热。

图2中的图表示出根据图1的低压力汞齐辐射器11在借助恒定的空气量进行空气冷却时的根据空气温度的UV发射UV-Output和灯电压U_L。不仅UV发射、而且灯电压针对低压力汞齐辐射器同时被确定。横坐标描绘以℃为单位的空气温度T。在图表的右边的纵坐标上绘制低压力辐射器的以mW/cm²为单位的紫外辐射发射“UV-Output”，图表的左边的纵坐标描绘以伏特为单位的灯电压U_L。

UV发射的温度相关性通过曲线变化1描述。因此，在所述辐射器中，在运行温度（II）为52.5℃的情况下得到为0.252 mW/cm²的最大的辐射发射（I）。

此外，通过曲线2描述灯电压根据温度的变化。因此，52.5℃的运行温度（III）对应于108.6V的灯电压。其对应于低压力汞齐辐射器11的最大的发射功率。

Claims (6)

1. 用于运行用于产生紫外辐射的灯单元的方法，所述灯单元具有：带有放电空间的气体放电灯，所述放电空间对于水银储备是可进入的；电子镇流器和可经由控制单元调节的用于对所述气体放电灯进行调温的调温元件，其中所述气体放电灯以灯电流和灯电压来运行，并且其中在运行阶段期间在所述气体放电灯上施加基本上恒定的灯电流，所述调温元件是用于冷却所述气体放电灯的冷却元件，并且所述方法具有下述方法步骤：

（a）借助于电压传感器确定所述灯电压的实际值，

（b）将所述灯电压的实际值传递给所述控制单元，

（c）将所述灯电压的实际值与理论值通过所述控制单元进行比较，

（d）通过所述控制单元将控制信号输出给所述冷却元件以用于调节冷却功率，

其特征在于，所述气体放电灯在所述灯单元运行期间由所述冷却单元持续地冷却。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子镇流器包含所述电压传感器并且确定所述灯电压的实际值。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述灯电压的理论值为每个气体放电灯在工厂侧单独确定，并且将单独确定的所述理论值存储在与所述气体放电灯连接的存储元件中，所述存储元件在所述气体放电灯接通时由所述控制单元来读取。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述存储元件是电子存储元件，并且在接通所述气体放电灯时读取所述存储元件。

5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述灯单元运行期间以规律的时间间隔、优选以1min^-1至10min^-1的频率确定所述灯电压的实际值。

6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助由所述冷却元件产生的空气流来冷却所述气体放电灯。