CN108780731B - 具有多个灯丝的低压紫外线辐射体 - Google Patents

Abstract

公开了一种低压汞气体放电紫外线灯包括具有两个相对端部的管状延长体(2)，所述两个相对端部为第一端部(4)和第二端部(5)，所述管状延长体(2)包含气体填充物(3)，所述管状延长体(2)在每一端部具有至少两个电连接器，所述至少两个电连接器与在对应的端部提供的至少一根灯丝电连接，其中，在灯丝之间定义放电长度(l)，其中，根据所述放电长度(l)，在每一端部提供至少两根灯丝(a、c和b、d)，其中，所述灯丝(a、c；b，d)能够被独立地供电，并且其中，在所述第一端部(4)的至少两根灯丝(a，c)具有不同的尺寸和不同的质量，以及在所述第二端部(5)的至少两根灯丝(b，d)具有不同的尺寸和不同的质量。

Description

具有多个灯丝的低压紫外线辐射体

技术领域

本发明涉及一种低压汞气体放电灯，该类型的灯用于用紫外线辐射实现杀菌目的，以及涉及一种运行这种灯的方法。

背景技术

低压汞气体放电灯不仅广泛应用于照明领域，而且由于其卓越的具有杀菌作用的紫外线辐射输出，也广泛应用于杀菌领域。在杀菌应用中，术语“UV灯”和“UV辐射体”被用作高输出低压汞气体放电灯的等价物。这些术语也将在本说明书中使用。

在照明应用中，主要需求为在可见波长范围内的平衡光谱，与电力消耗相关的光输出的高效率，以及使用寿命长，而紫外线(UV)辐射体的需求则不同。由于紫外线辐射的强度与杀菌效率直接相关，因此，紫外线输出要非常高，这意味着很少有具有较高紫外线输出的紫外线辐射体能够用于对水进行杀菌，这直接降低了饮用水或废水杀菌设施的投资需求。在较大型设施中用于杀菌目的的紫外线辐射体的另一个重要需求为总功耗。在饮用水和废水应用中，单位时间的水量(即立方米/秒)存在显著变化。为了避免浪费不必要的紫外线辐射量及与其产生有关的电能，已经开发了若干技术以使得UV设备的输出适应于水流。存在这样的解决方案，其中，在若干平行通道中处理水，每个通道配备有多个UV辐射体，并且其中，各个通道能够在水流较低时被关闭。其他应用提供了在水流较低时，降低灯的电功率输入并因此将灯调暗至较低的UV输出的可能性。对低压汞类型的UV灯的调暗操作被限制到大约标准功率输出的30％，这是因此在灯的端部的灯丝通过灯中的放电被加热，并且如果提供给放电的电功率降低，灯丝的温度也降低。在某种程度上，灯丝变得太冷，就不能提供必要的电子发射。存在灯停止工作的风险，以及存在灯丝在过低温度下工作时灯丝被损坏的风险。因此，对于UV灯的电输入有一个下限。

对于照明的目的，有几个公开的现有技术文献，其在灯的每一端部使用多根灯丝。这种现有技术文献为中国专利申请CN 1812677 A和中国专利CN 101644389 B，以及美国专利US 6,756,745 B1。这些灯用于照明目的，并建议使用多根灯丝，从某种意义上来说，多根灯丝是冗余的，如果一根灯丝有缺陷，可以接通另一根灯丝。上述现有技术文献中并未公开灯丝可以具有不同的尺寸和不同的质量。如上所述，照明应用中的技术挑战不同于紫外线杀菌应用中的技术挑战。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种UV低压汞气体放电灯，其具有在低功率水平下(即低于标准功率输出的30％)安全运行的性能，特别是低到大约标准功率输出的10％。本发明的另一个目的是提供一种在不同功率水平下运行UV低压汞气体放电灯的方法，特别是功率水平在最低功率和最高功率之间变化至少4倍，优选地，功率水平在最低功率和最高功率之间变化高达10倍。

通过具有方案1的特征的UV低压汞气体放电灯和具有方案5的特征的运行该灯的方法，来实现上述目的。

在具有方案1的特征的灯中可以通过以下方式来实现预期效果：根据放电长度在每一端部提供两根灯丝，其中，灯丝可以单独地被供应电能，并且其中，每一端部的灯丝具有不同的尺寸和不同的质量，该差异大于不可避免的生产误差所产生的差异。这种结构允许灯以不同模式运行，即，运行在高功率模式下，其中，在该高功率模式中电能被供应给尺寸较大的灯丝，该尺寸较大的灯丝同样具有较大的质量；以及，运行在低功率模式下，其中，在该低功率模式中尺寸较小的灯丝被供电，该尺寸较小的灯丝同样具有较小的质量。特别地，通过低压汞气体放电紫外线灯来实现上述目的，该低压汞气体放电紫外线灯包括具有两个相对端部的管状延长体，该两个相对端部为第一端部和第二端部，该管状延长体包含气体填充物，并且该管状延长体在每一端部具有至少两个电连接器，该至少两个电连接器与在对应的端部提供的至少一根灯丝电连接，其中，在灯丝之间定义放电长度，其中，根据该放电长度，在每一端部提供至少两根灯丝，其中灯丝可以被独立地供电，并且其中，在第一端部的至少两根灯丝具有不同的尺寸和不同的质量，以及在第二端部的至少两根灯丝具有不同的尺寸和不同的质量。

可选地，可以同时向两根灯丝供电，使得可以实现更高的电功率输入，从而获得较高的UV输出。若对尺寸较小且较轻的灯丝供电，由于只有较小的表面积并因此需要通过放电电弧的能量加热的质量较小，因而尺寸较小的灯丝的必要工作温度可以达到较低的电功率输入水平。因此，在指定的电功率下，尺寸较小的灯丝的温度将会高于尺寸较大的灯丝的温度。因此，若存在工作温度的下限，则灯可以在低功率输入水平下运行，该功率输入水平低至标准功率输入的10％。到目前为止，这个下限还没有被实现。灯可以在这个功率下长时间运行而不损坏灯丝。

附图说明

将参考附图描述两个优选实施例，该附图示出了：

图1：具有被单独接触的四根灯丝的低压气体放电灯；

图2：具有四根灯丝的低压气体放电灯，其中每对灯丝具有一个公共连接器；

图3：一种灯丝布置的轴向视图；以及

图4：另一种灯丝布置的轴向视图。

具体实施方式

图1示出了低压汞气体放电灯1，该低压汞气体放电灯1包括纵向圆柱形的石英灯体2。在灯体2内部有气体填充物3，该气体填充物3通常包括惰性气体和少量汞。在两个相对端部中，提供有灯丝a、b、c和d，该两个相对端部为第一端部4和第二端部5。每个灯丝由两个电连接支撑在灯体2的内部，即灯丝a的电连接a1和a2，灯丝b的电连接b1和b2，灯丝c的电连接c1和c2以及灯丝d的电连接d1和d2。电连接a1至d2是电导体，其具有足够的耐温性，该电导体被熔化到石英灯体2中，并且具有足够的刚性，以在运行时能够预料到的机械负载下支撑灯丝a至d。灯丝也可以被交错安装在灯中。

如图1所示，灯丝a和b是长度相对较短的灯丝。这些灯丝被公知的物质覆盖，以在高温下提高电子发射。

类似地，灯丝c和d是长度相对较长的灯丝。灯丝c和d与灯丝a和b具有相同的机械和物理组成，但明显灯丝c和d的长度更长。优选地，一侧的灯丝a和b与另一侧的灯丝c和d具有相同的基础导线材料，使得灯丝长度的不同导致灯丝质量的不同。灯丝a和b比灯丝c和d更轻。灯丝也可以由不同的材料制成。

图2示出了一种类似于图1的布置。相同的数字用于表示相同或相似的部件。

图2中的实施例采用了一对小尺寸的灯丝a和b，以及另一对较大尺寸的灯丝c和d。但是，在本实施例中，在灯1的端部4的灯丝共用公共电连接ac。这意味着，尺寸较小的灯丝a可以通过两个电连接a1和ac来被接触，而另一个灯丝c可以通过电连接ac和c2来被接触。

灯1的另一端部5上相应布置了具有电连接b1和bd的较短灯丝b，以及具有电连接bd和d2的较长灯丝d。因此，灯丝b和d共用一个公共连接bd。灯丝b可以通过电连接d1和bd来被接触，而灯丝d可以通过电连接bd和d2来被接触。

图3示出了一种灯丝布置的轴向视图。灯体2包围了短灯丝a和长灯丝c。电连接a1、a2；c1、c2在该视图中不可见。图3的布置可用于类似于图1所示的实施例中，在图1中，灯丝a和c通过四个独立的电连接器被单独接触。

图4示出了一种具有共用连接器的实施例。在该实施例中，灯体2包围了灯丝a和c，灯丝a和c的一端彼此物理电连接。该端由公共连接器ac接触并保持，该公共连接器ac在该图示中不可见，因为，像连接器a1和c2一样，它们的方向相对于附图平面垂直。

在运行过程中，图1和图2所示的低压汞气体放电灯1是所谓的低压/高输出类型的UV辐射体。这些灯可以在大约200瓦的功率输入下运行。精准数值与本发明的上下文并不相关。

从这种类型的常规UV辐射体中，可以获知灯1的上电过程。首先，为灯丝c的连接器c1和c2以及灯丝d的连接器d1和d2(在图1的实施例中)提供直流电。将灯丝c和d加热到高温，直到达到热电子发射所需的温度，所需的温度约为1000K。灯丝也可以用交流电运行以达到加热目的。此时，高压分别通过连接器c1和c2以及d1和d2施加于灯丝c和d上。高压也可以仅提供给每个灯丝c和d的一个连接器。该高压使得气体填充物3中生成气体电荷，并因此产生紫外线辐射。流过灯丝c和d以及流过灯内携带气体放电的等离子体的电流足以使灯丝c和d保持在期望的温度水平，该期望的温度水平是确保灯丝长寿命所必需的。目前，若由于任何原因，供应给灯的电功率需要被降低，例如，因为要被杀菌的水流减少，并且需要较少的UV辐射，则可以采用公知的方式降低高压供应，这使得等离子体中可用的能量减少，从而灯丝c和d中产生较低的温度。这种降低在技术上可能低到灯的标准功率输入的大约30％或40％。此时，对于热电子发射而言，灯丝c和d变得太冷，尽管灯仍然工作，但是灯丝会过早磨损。

此时，尺寸较小的灯丝a和b可以被上电。根据灯的结构，灯丝a和b已经处于足以支持气体放电的高温，或者可以通过向连接器a1、a2和b1、b2提供直流电的方式来对灯丝a和b进行预加热。一旦达到灯丝a和b的期望温度，可以对灯丝a和b进行如上所述的高压供电，并且可以断开对灯丝c和d的高压供应。此时该灯可以在降低的功率输入下工作。然后，与灯丝c和d相比，具有较小质量的尺寸较小的灯丝通过相对低的电流进行加热，该相对低的电流支持气体放电。然而，在这些工作条件下，较小的质量会导致较高的温度。因此，灯丝a和b仍将达到足够的工作温度，低到灯的标准功率输入的约10％至30％的降低功率水平。在物理上，较小的质量相当于较低的总热容，较小的表面积通过黑体辐射导致能量损失减少。

因此，从灯丝c和d切换到灯丝a和b使得灯1的功率输入进一步降低，并且不会降低灯丝的使用寿命。

同理地，图2中所示的灯也可以相应地运行。图2中实施例的不同之处在于，可以将公共灯丝ac和bd用作直流电的接地连接器，而在高功率负载下高压通常被供给连接器c2和d2，在低功率下高压通常被供给连接器a1和b1。

一侧的灯丝a、c或b、d可以以有重叠或没有重叠的脉冲模式来被切换。灯丝的切换可以发生在UV灯的端部处或端部内。

在上文的非限制实施例中描述的本发明优选地用于饮用水和废水的UV杀菌设备，其中在处理较小的单位时间水量时，UV辐射体的功率输出可以被降低。将UV灯的功率降低到低功率水平是可能的，这是目前为止还无法实现的。这样，使得这种UV杀毒设备的操作者有机会实现运营成本的显著节省。

目前为止未被描述的替换实施例可以在每一端部包括两根以上的灯丝。

Claims (8)

1.一种应用于杀菌设备的低压汞气体放电紫外线灯，其中，所述低压汞气体放电紫外线灯具有两个相对端部的管状延长体(2)，所述两个相对端部为第一端部(4)和第二端部(5)，所述管状延长体(2)包含气体填充物(3)，所述管状延长体(2)在每一端部具有至少两个电连接器，所述至少两个电连接器与在对应的端部提供的至少一根灯丝电连接，其中，在灯丝之间定义放电长度(l)，其特征在于，根据所述放电长度(l)，在每一端部提供至少两根灯丝(a，c和b，d)，其中，所述灯丝(a，c；b，d)能够被独立地供电，并且其中，在所述第一端部(4)的至少两根灯丝(a，c)具有不同的尺寸和不同的质量，以及在所述第二端部(5)的至少两根灯丝(b，d)具有不同的尺寸和不同的质量，其中，在供应给灯的电功率需要被降低的情况下，以降低的电功率对具有较大尺寸和质量的灯丝上电，然后以所述降低的电功率对具有较小尺寸和质量的灯丝上电并且断开对具有较大尺寸和质量的灯丝的供电。

2.根据权利要求1所述的低压汞气体放电紫外线灯，其特征在于，质量较大的灯丝(c，d)与质量较小的灯丝(a，b)之间的质量比大于1.5。

3.根据权利要求1所述的低压汞气体放电紫外线灯，其特征在于，所述灯丝(a，b，c，d)各自分别与两个连接器(a1，a2；b1，b2；c1，c2；d1，d2)连接。

4.根据权利要求1或2所述的低压汞气体放电紫外线灯，其特征在于，在所述第一端部(4)的灯丝(a，c)相互连接，并连接到公共连接器(ac)，以及，在所述第二端部(5)的灯丝(b，d)相互连接，并连接到公共连接器(b，d)。

5.一种运行根据权利要求1所述的应用于杀菌设备的低压汞气体放电紫外线灯的方法，其中，所述低压汞气体放电紫外线灯以不同模式运行，即，在高功率模式的情况下，电能被供应给具有较大尺寸和质量的灯丝，在供应给灯的电功率需要被降低至低功率模式的情况下，以降低的电功率对尺寸和质量较大的灯丝上电，然后以降低的电功率对具有较小尺寸和质量的灯丝上电并断开对具有较大尺寸和质量灯丝的供电。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述高功率模式下，所述低压汞气体放电紫外线灯能够承载处于最大电功率的100％的电功率；以及，在所述低功率模式下，所述电功率被降低到所述最大电功率的30％以下。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述高功率模式下，所述低压汞气体放电紫外线灯能够承载处于最大电功率的100％的电功率；以及，在所述低功率模式下，所述电功率被降低到所述最大电功率的10％至30％之间。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在最高功率模式下，同时对质量较小的灯丝(a，c)和质量较大的灯丝(b，d)供电。

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