CN116348151A - 远uvc电源 - Google Patents

Abstract

一种具有准分子灯泡和集成滤波器的准分子灯具，使得通过使用通过大约200nm至234nm(+/‑2nm)的光的滤波器，准分子灯泡仅发射基本上在200nm和230nm之间的UV辐射。该准分子灯具包括用于向准分子灯泡提供电能的电源。该电源适于对准分子灯泡进行调光。

Description

远UVC电源

相关申请的交叉引用

本申请是2020年10月26日提交的、名称为“CARTRIDGE BASED UV CSTERILIZATIONSYSTEM”、序列号为17/080,390的美国专利申请的延续，该美国专利申请要求2020年8月24日提交的、名称为“HUMAN SAFE UV C STERILIZATION SYSTEM”、临时申请号为63/069,436的美国临时申请的权益，出于所有目的，通过引用将其全部并入本文。

技术领域

本发明的系统属于紫外光(Ultraviolet Light)消毒领域，特别是在波长C波段(UV-C)的紫外光消毒领域。这种消毒目前用于医院手术室、烧伤病房和需要高度消毒的类似区域。与这些现有用途的主要区别在于，本发明的系统将在人和活组织存在的情况下安全使用。

背景技术

冠状病毒疫情已经改变了每个国家人类生活的许多方面。即使在病毒被疫苗和抗体控制后，这些变化仍将存在。人们不再喜欢在公共场合与他人近距离接触。普通流感和感冒的传染现在正被许多与疫情时期相同的技术所治疗。

UV有三个不同的波段，A、B和C。UV-A是我们通常会联想到的“黑光”和黑光荧光。它是三种波长中波长最长的，杀死病毒、细菌和类似病原体的能力最低。它的波长从315nm到400nm。

UV-B是美黑沙龙最喜欢使用的波长。在生物周围过量使用是危险的，因为它既足以燃烧，又有足够长的波长穿透细胞，导致不可修复的遗传损伤。它的波长从280nm到315nm。

UV-C被认为是杀死小病原体最有效的波长之一，因为波长越短，它的威力越大。直到最近人们才发现，这个波段中的一些波长长到足以杀死病原体，而短到无法穿透活细胞。活细胞比我们想要杀死的微小病原体大很多倍。UV-C的波长从100nm到280nm，通常被认为可以安全地暴露于人体组织的波长为200nm至230nm。UV-C确实会产生不良的臭氧，尤其是在波长短于200nm时。

几项研究表明，无毛小鼠可以承受超过目前建议的用于人类的200nm至230nm的UVC的20倍，每天8小时，没有副作用。这些研究在日本的大学和美国的哥伦比亚大学进行。这些研究将时间延长至6个月，仍然没有副作用。最近，日本人也接受了测试，暴露量是杀死99.9％病原体所需量的250倍，测试对象没有表现出任何副作用，没有晒伤，什么都没有。

有几种技术可以产生杀菌波长的UV光，气体放电灯已经存在很长时间了，并且根据所使用的气体可以杀死病原体。低压汞产生254nm，几十年来一直是标准，它基本上是一种荧光灯，内部没有将UV转换为可见光的磷光体。LED最近已经在UV-A和UV-B光谱中商业化，但是它们的效率非常低。在UV-C光谱的较长波长中有一些。日本的一个研究项目最近制造了一种较低200nm的LED，这是UV-C光谱中较安全的部分，但它非常低效，短期内无法商业化。

几家公司正在制造发射222nm的UV-C准分子灯具，如Ushio的12WCare222，以及Eden Park的平面准分子灯(Flat Excimer Lamps)。Ushio灯具有平面面板滤波器，它与灯泡分开，阻挡灯泡产生的所有不需要的光谱，该光谱是任何长于约237nm的波长。Eden Park设备此时没有附接滤波器，因此在从230nm到至少380nm的危险波长中发射其25％的能量。

当这些滤波器不在适当位置时，这些光将发出对活组织不安全的光谱。如果维修工人试图更换灯泡，他们可能会暴露在有害的光线下。如果玻璃滤波器破裂或降解，用户将处于危险之中。

最后，使用的材料非常关键。UV-C不能穿透塑料和许多玻璃，只有石英玻璃可以使用，而不会有巨大的损失或完全无法发射UV-C光。如果UV-C在空气中传播得太远，即使是空气中的氮气和湿气也会吸收或阻挡UV-C。

需要一种可承受的UV杀菌灯，这种灯能很好地杀死病原体，在任何情况下都不会伤害在场的人。

发明内容

本发明的设备提供了一种对人体安全的UV-C消毒灯泡，其可用于连续的公共场所。这种灯泡在任何情况下都是安全的、高效的、廉价的，并且可以自我监控和报告状况。

哥伦比亚大学的研究表明，从200nm到230nm调谐的带通滤波器可以杀死病原体，并且不会伤害人体细胞，但本发明的设备将使用207nm或222nm准分子技术，结合集成带通滤波器，可以阻挡波长大于234nm的所有光谱。与200nm-230nm版本相比，过滤方面的这一微小变化增加了2.5倍的可用发射光，并且在230nm-232nm范围内的发射非常少。Ushio拥有从237nm开始过滤的产品，但这有让太多有害辐射通过的风险。理想情况下，滤波器材料将直接沉积在灯泡的壳体上，壳体将由石英(quartz)玻璃制成，即使在安装或维护期间处理，这也将阻挡所有有害的光。207nm版本需要溴(Br)和氩和氪(Kr)气体。222nm版本使用氪(Kr)和氯(Cl)。理想情况下，滤波器材料是沉积2um～3um的非常纯的氧化铪，形成深度约为0.0001的截止滤波器234nm-400nm。这种类型的准分子灯泡理想地使用介质阻挡放电(DBD)，这是两个主电极位于石英壳体外部的地方，为了使气体激发，需要非常高的电压，即数千伏的电压。因此，壳体内的气体不会与任何可能污染它们的金属接触。一些Ushio灯在壳体内有一个导体，有点像混合的短弧/DBD灯泡。本发明的设备通过将所有电极保持在壳体的外部，避免了不同材料和壳体污染的问题，以及需要多种类型的玻璃(如Ushio玻璃)。本发明的灯泡确实需要更高的电弧电压，但是对于仅石英壳体解决方案提供的所有益处来说，这是一个小挑战。

集成的带通滤波器可以沉积在单独的石英片上，该石英片将使用UV兼容粘合剂在边缘周围永久地附着到灯泡的壳体上。滤波器将集成到最终组件。这将保护用户在所有条件下(包括更换灯泡和维护)免受UV照射。

本发明的安全DBD设备还将在灯泡壳体的背面具有集成的捕获反射器，以及另外两个集成反射镜，在灯泡的每一侧一个，与滤波器面成45度角设置，以使光输出最大化。如果光以非绝对垂直于滤波器平面的任何角度穿过滤波器，则穿过滤波器的光被严重衰减。根据滤波器的组成部分，即使从垂直方向通过10度的光也会衰减50％，角度越大，衰减和吸收越大。

反射器可以是一种单独的材料，该材料可以在边缘周围使用UV兼容粘合剂永久地连接到灯泡的壳体上。灯泡的形状理想地是扁平的石英管，其中两个扁平的侧面相互平行。这种设计将是最便宜和最容易的配置，并且是可扩展的。其他期望的但不是最佳的灯泡形状可以是基于管的设计，其具有复杂的形状，这将允许背面上的反射器针对不同的光束角度和图案进行优化。如果需要，基于扁平圆管的灯泡将发射朗伯(Lambertian)模式。

本发明的安全DBD灯泡将是盒式的，以便于用刚性的暴露导体替换。222nm准分子灯泡的寿命通常约为8000小时，当它们失去10％的亮度时，亮度会迅速下降。准分子灯泡的高电压和驱动器是独特的，并且不能连接到其他电源，因此每种不同的灯泡功率/尺寸将需要独特的连接器，以避免电不兼容部件之间的连接，并且极化也是所希望的。主高压电极理想地是由银或类似导电金属制成的导电墨，以格栅图案印刷在透光或滤波器区域上。第二主电极也将处于0伏，并且使用导电墨，因为这将减少部件。由于准分子灯泡中使用的高电压，在维护工人打开该灯具以安全更换灯泡的情况下，本发明的灯具中应该包括安全切断开关。

这种安全灯泡还将具有内置的智能芯片，该芯片具有不可重置的序列号、制造日期、使用日期、温度界限和霍布斯计(Hobbs meter)或计时器。为了不被黑客攻击，智能芯片最好使用加密技术。灯泡的灯具将与灯泡上的智能芯片进行通信，灯具将具有物联网(IOT)连接。灯泡的灯具将监控灯泡的寿命，当它第一次打开和关闭灯泡，如果它超过或它运行超过温度，如果它接近寿命的尽头？这将在滤波器开始退化或光强度不符合规格的情况下保护用户。它可以通知维护软件或被维护软件轮询，并请求更换。IOT连接可用于与远程传感器对话，这些传感器测量灯具环境周围不同位置的输出，人们暴露在这些位置。因为这种类型的灯泡不发射太多的可见光，所以灯具应该包括多色LED指示器，这样用户可以很快一看就知道灯具是否正常工作。

因为光输出随着时间而降低，并且本发明的安全灯具具有关于环境光照水平的反馈，所以灯具可以随着时间增加输出，以具有恒定的输出水平。该灯具理想地具有光传感器来确定光输出。可以通过所使用的时间来估计输出水平，并且可以将该表编程到灯具中，使得灯具可以不断地增加输出功率以获得接近恒定的流明输出，或者至少是良好的估计。

当发射杀死细菌的光并且公众暴露于它时，绝对安全是必须满足、测试和验证的首要标准。这种灯具的安全措施不应该是奢侈品，而应该是允许UV-C光暴露在公众面前的要求。

当进入受本发明设备保护的区域时，公众应该能够访问所收集的数据。他们可能会问，“空气中表面上的病原体的杀灭时间有多长？系统以什么百分比的输出运行？一个人每天能在这种环境中度过多少时间？”

DBD准分子灯泡的本质是气体会过热，导致照明水平下降，因此需要适当的冷却。本发明的安全灯泡可以在背面具有陶瓷或金属散热器。壳体也可以挤出线性翅片，以增加对流冷却的表面积，类似于铝制散热器的设计。翅片将在发光壳体的外部。风扇可以向灯泡吹风，以降低气体温度，尤其是当功率水平升高时。温度传感器可以是灯泡的一部分，以提供温度反馈，并且风扇的速度可以被调节，以具有恒定的壳体温度。

准分子灯泡的另一个现实是，它们有时很难在寒冷的条件下启动，它们需要盘绕的灯丝、电阻器或类似的加热元件来预热气体。这些可用于在低温甚至正常启动时预热安全的UV-C灯泡，并且可以在石英壳体内部或者理想情况下在石英壳体外部，或者封装在陶瓷散热器中。灯具中的电源必须具有额外的电路来实现该特征。本发明的灯具将使用脉冲方波而不是正弦波来驱动灯泡。这些高压应用的正弦波电源是标准的，但低于正弦波峰值电压的所有能量都不会转化为光，只会产生热量。

本发明的安全设备可以使用222nm或207nm化学物质或两者。使用两个独立的壳体将允许定制特定的波长以最好地杀死新出现的病原体。每种化学物质都有不同的驱动电压和电弧间隙，但电源可以很容易地配置成同时驱动其中一种或两种。理想情况下，本发明的设备将使用DBD，其中电极在玻璃壳体的外部。这种类型的放电需要非常高的电压来激发内部的气体，但是使用这种技术，壳体内部的气体永远不会被电极腐蚀污染，这是气体放电灯在使用一段时间后的常见问题。

本发明的安全灯泡将用于有来自灯具的常规可见光的环境中，并且本发明的灯泡可以在单个灯具中与传统光源结合。如果从灯具的UV-C部分发出任何不利的可见颜色，可见光的光谱可以被修改和混合，以使来自灯具的颜色的混合或平均正常化。这种类型的灯具理想地是“罐(can)”，这种类型的灯具安装在天花板的圆孔中。

本发明的保险箱系统可以被包装成典型的灯泡。镇流器或电源可以安装在底座上，灯泡可以全方位发光，就像LED或紧凑型荧光灯泡一样，它也可以包括传统的照明。

前面已经概括了这里公开的本发明的更重要的特征，以便可以更清楚地理解下面的详细描述，并且可以更好地理解本发明人对本领域的贡献。本发明在其应用中不限于在下面的描述中阐述的或在附图中示出的结构细节和部件布置。相反，本发明能够有其他实施例，并且能够以这里没有具体列举的各种其他方式来实践和执行。此外，下面的公开内容旨在适用于可能包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替换、修改和等同物。此外，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的，除非说明书明确地如此限制本发明。

附图说明

图1为来自照片的低压汞灯泡(现有技术)线条图；

图2为来自照片的Ushio Care222准分子灯泡和驱动器(现有技术)线条图；

图3为来自照片的Eden Park的平面准分子灯(现有技术)线条图；

图4为207nmBr Kr发射光谱图；

图5为222nmKr Cl发射的光谱图；

图6为适当过滤时207nmBr Kr发射的光谱图；

图7为适当过滤时222nmKr Cl发射的光谱图；

图8为基本灯泡图；

图9为灯泡组件的分解等距图；

图10为灯泡组件的侧视图；

图11为灯泡盒的等距视图；

图12为多灯泡灯具的分解图；

图13描绘了灯具向下对准，其中灯泡直向下对准；

图14描绘了灯具向下对准，其中灯泡以45度角对准；

图15为带加热丝的安全灯泡散热器；

图16为带有UV-C和普通照明元件的安全灯泡；

图17为带风扇冷却安全灯泡的温度调节灯具；

图18为灯具的框图，包括灯具中的驱动器、灯泡、温度传感器和安全切断开关；

图19为IoT灯泡和系统网络图；

图20为描绘了脉冲波电源的输出与正弦波的比较；

图21为描绘了脉冲波电源在全功率和调光时的输出；

图22为描绘了单相介电流体冷却UV灯泡；

图23为描绘了本发明的液冷高功率准分子灯泡；

图24为本发明的液冷灯泡的框图，该液冷灯泡具有导致高功率准分子灯具的冷却剂系统。

具体实施方式

参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性实施例，更全面地解释了这里的实施例及其各种特征和有利细节。省略了对众所周知的组件和过程以及制造技术的描述，以免不必要地模糊这里的实施例。这里使用的例子仅仅是为了便于理解可以实施本发明的方式，并且进一步使本领域技术人员能够实施这里的实施例。因此，这些示例不应解释为限制所要求保护的发明的范围。

在详细解释本发明之前，重要的是要理解，本发明在其应用中并不限于这里所描述的结构和步骤的细节。本发明能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。应当理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不是为了限制。

现在参考附图，其中相同的附图标记在数个视图中表示相同的部件，图1中示出了(现有技术)低压汞灯泡100的代表性描述。其中灯泡100具有几个部分，电触点102和104、金属支撑结构106、主电极108、汞和氩气110、外部壳体112、尖端支撑件114、触击(striking)电极116、电阻器118、玻璃基座120和第二主电极122。

图2示出了一种更新的不同技术，其中以框图形式示出了Ushio Care222准分子灯泡和驱动器系统200。灯泡202由驱动器204通过2根电线206和208驱动。灯泡具有两个主电极210和212。壳体和滤波器是分开的，未示出。

图3中的下一幅图显示了平面型准分子灯泡，即Eden Park的平面准分子灯300。它具有两个窄间隔的石英玻璃平面302和304，在前板310和后板312的外侧上具有电极306和308。灯泡没有滤波器或反射器。

在图4中，示出了207nm的Br Kr发射400的光谱图。207nm处的主要发射尖峰402对于人体组织是安全的波长，并且对于诸如病毒和细菌的小病原体是致命的。还示出了在230nm404处的少量发射，其处于与人类暴露不相容的光谱的危险边缘。所示为270nm406处的额外发射，即使在这种低水平下，对人体暴露也是极其危险的。最后，在290nm408处具有发射尖峰，它对人类暴露是不安全的。

在图5中，具有不同于之前显示的化学的光谱图，该222nmKr Cl发射500。222nm处的主要发射尖峰402对于人体组织是安全的波长，并且对于小的病原体如病毒和细菌是致命的，但是它以低水平持续到致命的240nm504范围。在260nm范围506也有具有小的发射凸起，即使在这样低的水平上这也是非常危险的。

在图6中，示出了在207nm602处具有尖峰的安全的207nmBr Kr发射600的光谱图。207nm对人体组织来说是安全的波长，对小的病原体如病毒和细菌来说是致命的，并且由于减法滤波，在危险的波长中没有发射。

在图7中，示出了在222nm702处具有尖峰的安全的222nmKr Cl发射700的光谱图。222nm对于人体组织是安全的波长，并且对于小的病原体如病毒和细菌是致命的，并且由于减法滤波，在危险的波长中没有发射。

在图8中，示出了本发明的准分子灯泡800。灯泡800具有石英壳体802，其包含大约300毫巴压力的气体组合，这取决于所涉及的特定化学物质，207nm的Br Kr或222nm的KrCl。两个平坦的侧面相互平行，相距约10nm，但这随不同的功率水平、填充压力和驱动电压而变化。

石英壳体800开始为圆柱形，并被加热和拉动通过辊，辊压平两个侧面，正面802和背面804，使它们彼此平行。然后，扁平管的端部通过热焊接在两端806和808处密封以密封它们。所示的填充点810开始是小的填充管，在灯泡被清洁并填充低压气体后，该填充管被熔化封闭。灯泡的侧面812和814也允许光通过，右侧812和左侧814。现有技术的设备已经忽略了这些光路，而本发明的设备将利用大量浪费的光能。

在图9中描绘了安全扁平管设计灯泡组件盒900的分解图。从作为组件中心的灯泡800开始。前电极902是接地或0伏电网，它直接靠着石英灯泡的表面802放置。它可以由诸如钼或银的抗腐蚀导电金属制成。理想地，该前栅格902或屏幕将最靠近用户，这就是选择地电位或0伏电位用于这一侧的原因。为了消除臭氧的产生，栅格将被用作导电液体或墨，以从电路中消除氧气。类似地，后电极904是正电极。它也直接靠着石英壳体的背面804放置。这一侧的电压约为10，000伏，并尽可能远离用户。该电极904将被镀上或施加为导电墨，以消除氧进入导电电极和高压电通路之间。

后反射器908被添加到后电极904的外侧。后反射器908和后栅格904可以组合成一个部件，既导电又反射光，并且同样可以是蒸镀在铝层上，该铝层将直接沉积到灯泡800的后侧面804上，以进一步最小化部件和成本。侧反射器926和928设置成45％的角度，以便捕获从灯泡800的侧面812和814逸出的光，并将其直接向前发送并平行于由灯泡800的主面804发出的光。尽可能靠近两个侧反射器926和928以及前电极902的是UV滤光板906，其由抛光石英和氧化铪镀层制成，形成200nm-234nm范围内的窄带通滤波器。

散热器910可以是铝，但理想的是陶瓷，以增加高压背电极904的电绝缘。散热器910将阻止任何未过滤的光通过反射镜908、926和928之间的裂缝发出或从灯泡800的端部发出。理想地，散热器910还将捕获到目前为止提到的灯泡组件的许多单个元件，包括灯泡800、后反射器908、侧反射器926和928、后电极904、前电极902和前滤板906，并且它将使用UV兼容环氧树脂紧密密封，将在灯泡812的边缘周围使用该环氧树脂以稳定这些部件之间的机械连接并完全密封空气和灰尘的侵入。现有技术的设计允许空气直接吹在灯泡上，随着时间的推移，灰尘会沉积在灯泡和滤波器的内表面上。灰尘可以吸收大量的UVC光，并很快变得非常低效。本发明的设备通过使用端盖912和914制造密封盒900来消除这些面的灰尘侵入。灯泡组件900的这些端帽912和914将由陶瓷制成，并且端帽912将封装热传感器和智能芯片916，以及为灯泡提供机械旋转点，该机械旋转点包括定位器918，用于在灯具中预设单独的位置挡块。这意味着没有电线或跨线连接的发光盒。智能芯片和温度传感器916具有操作时间表、序列号、制造日期、温度、超出范围标志和加密通信能力，以防止假冒操作。存在与前电极902连接的导电跳线930，其穿过陶瓷端盖912，然后电连接到导电引脚920。类似地，存在连接到后电极904的导电跳线932，其穿过陶瓷端盖914，然后电连接到导电引脚922。在陶瓷端盖912周围有3个电镀导电迹线924，它们连接到智能芯片和热传感器916。这些迹线924允许从灯泡盒900到灯具接收器上的触点的通信，以允许灯具与这些芯片916通信。这种机械和电连接是本领域技术人员很好理解的，并且可以使用其他连接方法。该组件成为易于更换的安全UVC灯泡盒900，其被密封，所有高压部分被绝缘并从操作它或暴露于它的人移开。

图10描绘了组装好的安全UV-C灯泡盒900的截面侧视图。灯泡800具有直接电镀或施加到石英上的负电极904。类似地，正电极902直接施加在灯泡800的正面804上。负电极904后面是后反射器908。右侧反射器926和左侧反射器928与正面804成45度角。它们都被陶瓷散热器910捕获和容纳。在灯泡800和滤波器906之间具有微小的空气间隙，该间隙由陶瓷片和理想的耐UV密封剂密封。

图11描述了组装好的安全UV-C灯泡盒900。组装好的盒900具有光学孔径1102，该光学孔径1102在边缘周围被密封，从而防止空气和灰尘以及未过滤的光穿过。

图12示出了多盒可变光束角度灯具1200的分解图。3个灯泡盒或头部900中的每一个都骑在具有导电弹簧夹1220的陶瓷鞍座1218中，该导电弹簧夹1220保持灯泡盒900的金属销920和922，并将电能连接到灯泡盒900。一端的鞍座1218和相应的端盖912与另一端的鞍座1218和端盖914具有不同的尺寸，这允许极化端部，使得灯泡盒900只能以一种方式插入，并且零电压电势902总是在前表面上，而高电压电势904总是在背侧上，远离用户。

鞍座1218还保持棘爪弹簧1216，棘爪弹簧1216与灯泡端盖912和914上的棘爪脊和凹槽配合。这允许灯泡盒900具有几个精确的角度，它们可以容易地被设置，弹簧1216将它们900保持在每个位置，但是允许手指压力以允许它卡到下一个止动位置。灯具的前挡板1222通过前挡板1222和后壳体1202之间的闩锁和铰链连接1208摆动远离基座1202，以暴露灯泡盒900用于维护或更换。当前挡板1222完全关闭时，它压在安装在后壳体1202中的安全开关1210上，被压下的微型开关1210使灯具1200通电。距离传感器1214也确定接近度和距离检查，该距离传感器1214通过挡板1222中的小孔观察并检查到最近物体或地板的距离。安全开关1210、距离传感器1214和来自3灯泡盒的智能芯片和热传感器916的数据都连接到智能电源1204并由其协调。电源1204还具有数字通信能力，例如Wi-Fi和以太网等。由风扇框架1224支撑的风扇1206通过前挡板1222中的穿孔吸入空气，然后将该空气吹过电源1204的顶部和灯泡盒的散热器910，并通过基座1202中的孔排出。电源1204测量灯泡盒900的温度，并改变风扇1206的速度，以获得灯泡盒900的最佳效率。安装板1226能够首先安装到现有建筑环境中的标准电气盒，然后该板卡扣到后壳体，并且能够在后壳体轨道中旋转，以允许上边框对准无限的方向。因为UV-C滤波器倾向于仅允许光以窄角度通过，所以发射的光倾向于成为窄光束。本发明的灯具允许在单个灯具中有多个头部，以允许更宽的光束和不对称的光散射，从而最好地适应最大范围的环境限制。理想地，灯具将具有照亮的指示器1228，以从远处显示功能和/或故障，在图示中，指示器1228是背光标志。优选实施例示出了在一个灯具中有3个灯泡，但是在本发明的设备中可以使用任何数量的灯泡。

在图13中，灯具向下对准，灯泡直向下1300。灯具1200具有3个灯泡盒900，其对准直向下1302，用于灯具1200下方的紧密光束角度。这为灯具形成了可能的最窄光束，并且将用于天花板非常高或者发射的光需要集中的情况。

在图14中，灯具向下对准，灯泡位于45度1400，其中灯具1200具有3个灯泡盒900，每个灯泡盒对准45度1402。灯具1200下方的宽光束角将用于较低的天花板上或覆盖非常宽的区域。

在图15中描绘了具有加热丝1500的安全灯泡散热器。散热器910可以被修改为具有加热元件1502，该加热元件1502通过散热器中的孔被永久地安装或者简单地沿着其长轴嵌入陶瓷中。该受热的散热器1500将热量传导到灯泡800，并加热内部的气体，使得它们能够在需要时点燃。电加热元件1502已有100多年的历史，并且为本领域技术人员所熟知。当需要在寒冷条件下启动灯具1200时，该加热元件1502由智能电源1204控制。一旦灯泡900运行，它们就变暖，并且加热元件1502可以关闭。对于本发明的准分子灯泡组件的增加，需要额外的电触点。

图16描绘了旋入式UV-C安全灯泡1600的侧视图。仅出于说明的目的，该描述使用了泛光型灯泡1602，但是任何类型的拧入式灯泡都适用于本公开，并且本公开不意味着以任何方式进行限制，仅是一个示例。具有UV-C和普通照明元件1600的安全灯泡被放置在拧入式灯泡壳体1602内。所述拧入式灯泡1612和1614的传统电触点通向驱动器/电源1204。然后，驱动器/电源1204通过电路板1616上的导线1606为具有UV-C和普通照明元件1604的安全灯泡的UV-C部分900供电，导线连接到安装在电路板上的夹持件，为简单起见，夹持件未示出。驱动器/电源1204还通过电线1608单独为白色LED1604部分供电。拧入式UV-C安全灯泡1600的半透明面1610需要由石英玻璃制成，理想地具有漫射表面，例如喷砂或其他纹理。UV-C会被任何塑料或传统玻璃罩吸收。本发明的扁平圆柱形灯泡900与多个LED1604组合在电路板1616上。这些LED可以都是一种白色，或者它们可以是混合颜色或不同色温，通过单独的LED1604控制来混合不同颜色的LED1604。仅由本发明设备的安全UV-C部分发出的光的颜色对于人眼来说在视觉上是不亮的，并且它还将包括粉紫色投射。白色LED可以是粉红色或紫色不足的，因此当安全的UV-C和白色LED都打开时，组合的光将具有中性色谱。

图17描绘了具有温度调节风扇冷却扁平圆柱形安全UV-C灯泡灯具1700的灯具。智能电源1204通过低压数据线与灯泡900中的智能芯片916通信。散热器910上方是小松饼风扇1206，其吹向散热器910和灯泡900。风扇由驱动器/电源1204控制和供电。智能驱动器/电源1204询问封装在陶瓷基座内的热传感器916。基于发送到灯泡900的功率和报告的温度，驱动器/电源1204将驱动风扇1206到适当的速度，以便在闭环中调节灯泡900的温度。散热器910可能是必要的，也可能不是必要的，因为作为示例而非限制，低功率灯泡不需要散热器910，高功率灯泡可能需要大散热器或针翅(pin-fin)散热器910。当灯泡900没有打开并且热传感器感测到由于低温灯泡点火不可能时，驱动器/电源1204也将向电阻加热器供电。然后，驱动器/电源1204将在向灯泡900供电之前向电阻加热器供电。稍后，一旦灯泡900工作，驱动器/电源1204可能必须给风扇1206供电以冷却灯泡900。在本发明的灯具中，电源使用脉冲波高压DC电源给准分子灯泡供电。可以改变单个脉冲波的宽度来控制灯泡900的亮度，或者可以简单地跳过一些脉冲波来调节光输出。大多数准分子灯泡目前由正弦波电源驱动，并且它们在9000伏以下具有太多不可收集的能量。这种能量只是加热壳体，并不产生光。脉冲波的顶部可能有点圆，但看起来像方波，它有直边，没有无用的功率。灯泡随时间的预测输出可以被编程到电源中，使得随着灯泡中的计时器老化和报告，电源可以稍微提高功率以补偿较低的效率，从而随时间具有恒定的流明输出。

图18是灯具壳体中的驱动器、灯泡900、距离和接近传感器1214、亮度传感器1224、智能芯片916和安全切断开关1210的框图。灯泡900连接到驱动器/电源1204。驱动器/电源1204具有连线到门或灯具壳体的前挡板1222的开关1210，使得每当门1222打开时，灯泡900的电源关闭。这是一个特别重要的安全问题，因为准分子灯可以使用几千伏电压工作。驱动器/电源1204与智能芯片916对话，并且通过与智能芯片的通信来验证该灯泡900是有效的并且没有被修补过，并且是有效的替换。假冒的灯泡很可能没有带通滤波器，会向用户发出危险的波长。距离/接近传感器1214确保输出功率水平适合到地面的距离，并且可以基于该距离改变到灯泡的输出功率水平。如果接近传感器1214和智能电源1204感测到非常近距离的物体，例如试图在灯具1200上工作的维护人员，则接近传感器1214和智能电源1204寻找较低的功率水平或者关闭。接近传感器和距离传感器1214可以是同一传感器。UVC光水平强度传感器1224可以观察地面或灯泡。它将被过滤以仅看到200nm-230nm波长。它可以确定总光输出，并且智能电源/驱动器可以使用该信息来调节输出，以获得恒定的流明输出。电源1204的智能功能可以移动到分离的电路板上，然后该电路板可以控制电源1204。这些功能是本领域技术人员所熟知的。

图19是IoT灯泡和系统1900的网络图。本发明的设备1200可以在基本灯具1200上具有LED1228，其将指示其开启并正在消毒。这可以是恒定的LED1228或间歇的LED1228。类似于烟雾探测器，当正常工作时，灯1200将以一种颜色IE蓝色或绿色(IE Blue or Green)表示“良好”或“正常”，并以另一种颜色IE琥珀色或红色(IE Amber or Red)表示“注意”或“错误”。指示器1228可以是背光标志的形式。

进入房间的人可以通过查看LED1228很快看到灯1200正在工作或者需要维护。LED1228也可以指示输出水平。当存在低活性和低细菌负载事件时，它可以有一个LED开启，当存在高活性和增加的细菌负载事件时，光增加输出，并且LED1228将改变以发出该事件的信号。该灯具可以接收来自人群密度传感器的数据，并使用该信息来设置输出功率水平。

诸如来自安特卫普(Antwerp)的rf监视器CrowdScan1906或来自旧金山的基于Lidar的设备Density1906的人群密度传感器1906具有在不侵犯他们的隐私的情况下确定在给定时间有多少人在给定空间中的能力，即使用照相机或手机窥探技术。还有几个类似于这些的服务，它们只是作为IoT1906和诸如本发明设备1900的互联网资源进行通信的人群密度传感器1906的简单示例。

灯1200可以集成几种不同类型的通信1904，包括蓝牙1904、WiFi1904、蜂窝1904、来自Google的Sidewalk1904和硬连线技术1904，仅举几个例子。该通信1904将允许监控灯的功能，并允许通过远程灯具远程控制灯。

灯1200可以具有本地机械控制系统，例如简单的开/关和可调光灯开关。灯1200还可以具有带有开关和LED的控制面板，以控制许多灯。面板中的LED可以显示状态或灯(开、关、状态等)。本发明的设备灯1200可以与其他传统的可见/功能照明集成。这些物理控制也允许控制那些灯。物理控制可以根据灯具应用而变化。对于应用来说，灯具1200被永久地安装在空间中，控制可以被集成到设施基础设施中。对于独立的便携式应用，控制可以完全集成到灯1200中，以包括具有功率水平指示器的集成电源和图形用户界面显示和控制面板。

灯具1200可以与设施/安装管理者和操作者通信1904。该信息可以由智能手机应用1906、膝上型电脑1908或台式电脑1908上的网络界面来访问。灯具1200将把信息推送到该位置，并且操作者可以从灯1200拉取信息。无线接口可以根据不同用户的需求进行定制。灯1200可以传达其处于什么输出水平、能量消耗水平、内部温度、灯泡900已经使用的生命周期/小时以及多久需要更换，与运动检测结合工作以确定在其安装的空间中是否有高细菌负载。操作者还可以控制灯1200输出的水平，并安排可定制的操作模式，以最佳地消毒该区域并优化能量消耗。

灯具1200可以将状态传达给公众或空间居住者。该信息可以由智能手机1906应用程序、膝上型电脑1908或台式电脑1908上的网络界面来访问。这将使居住者确信该空间正在被消毒。信息也可以显示在空间中的信息显示器上。

图20是示出了用于驱动准分子灯泡的一对功率脉冲序列的图，并且示出了10,000伏正弦波2002功率与10,000伏脉冲波2006电能之间的差异。只有亮区中显示的9,000到10,000伏之间的最高电压才能产生可用的光。所有低于9,000伏的电压都会产生热量，而热量会使灯泡的功率降到最低。正弦波轮廓和中心白色区域之间的黑暗区域2004都是浪费的功率，并转化为灯泡内部产生的热量，而不是作为光出来。在脉冲波电源的例子中没有浪费电压。本发明的设备1200将理想地在其电源1204中使用脉冲波电能2006。这将使灯泡效率比现有的基于正弦波的UV灯提高50-100％。还可能将脉冲波2006的电压降低到10,000伏以下，以调暗灯泡800的输出。根据所提供的图表，电压范围在10,000伏时为100％，在9,000伏时为0％，这是一个非常窄的电压范围，必须进行修改和控制。

图21是示出用于驱动准分子灯泡的功率脉冲串2100的图，其中脉冲波2102为100％调光，脉冲波2104为50％调光，使用对称模式通过减少每隔一个波，脉冲波2406为50％调光，使用非对称模式。电源只需移除单个脉冲以降低亮度，因为脉冲速度非常快，在10k赫兹到250k赫兹之间，小的丢失并不明显，即使在100％的情况下，产生的可见光量也可以忽略不计。智能电源具有微处理器，可以减去一些脉冲，将灯具的输出调至1％或更低的水平。该技术为本领域技术人员所熟知。这些图表仅作为示例，实际电压将随灯泡设计和内部气体成分而变化。

图22示出了描绘作为系统2200的具有可变焦距的准分子灯泡800的侧视图。灯泡800在光路2202中放置了具有光整形能力的石英透镜2204。透镜2204可以是圆形的和对称的或线性的，以最好地匹配初始光路2202。透镜2204也可以是连续的或者是阶梯式的菲涅耳(Fresnel)透镜。透镜2204可以移动靠近或远离准分子灯泡800，以改变焦点并扩展或缩小最终发射的光2206的光束角。为了使灯泡与透镜的关系清晰，该图是简化的，并且没有示出之前提到的滤波器或镜子或其他机械部件。

图23示出了液体冷却的高功率准分子灯泡2300。它由外壳体2302和内壳体2304组成，其中外壳体2302较短，内壳体2304较长，它们通过两个端盖2306连接，端盖2306通过加热焊接在一起。内部和外部之间的区域在端盖2306之一上具有填充点2308。填充点2308类似于现有准分子灯泡上的填充点，两个壳体之间的腔室2318被抽空，并通过填充点2308填充前述合适的准分子气体。外壳体2304的外壁2310具有粘附于其上的导电格栅2312，并且它成为围绕管2304的圆周的负极。类似地，内管2304的内壁2314具有导电格栅2316，该导电格栅2316围绕其内圆周并成为正电极。光从这种类型的灯泡向各个方向均匀射出。

图24示出了具有冷却剂系统的液冷灯泡2300的框图，该液冷灯泡2300产生高功率准分子灯具2400。灯泡2300具有连接到输入端2402的管2412，输入端2402连接到泵2404的输出端。泵的输入连接到管道的返回回路2406，该返回回路2406伸出并环绕到灯泡2300的输出端2408。管道2406和泵2404以及内壁2316的内部是单相介电液体，其使用泵2404循环。这种电介质液体2410通常用于大型数据中心，其中整个服务器浸没在容器中以冷却服务器组件。液体2410导热非常好，但不导电，这是本发明设备2400的一个非常重要的特性，液体2410将与灯泡2300的10,000伏导电网2316接触。在灯泡2300的内部2318中产生热量，并且该热量被泵2404带走，并且在重新进入泵2404之前，该热量在其通过返回回路2406的行程中消散到环境中，在泵2404中再循环继续。返回回路2406可以包括类似于计算机冷却行业中使用的独立散热器2406，这对于本领域技术人员来说是公知的。使用连接到外部网2312的负极导线2416将电源2414连接到灯泡2300。电源2414还使用正极导线2418连接到灯泡2300，正极导线2418连接到内部格栅2316并与冷却剂2410接触。冷却2410允许更多的功率被引入灯泡2300，从而允许无与伦比的强大的准分子灯具2400。

应当理解，术语“包括”、“包含”、“组成”及其语法变体不排除添加一个或多个组件、特征、步骤或整体或其组合，并且这些术语应被解释为指定组件、特征、步骤或整体。

如果说明书或权利要求提到“附加”元件，这并不排除存在一个以上的附加元件。

应当理解，在权利要求或说明书提到“一(a)”或“一(an)”元件的情况下，这种提及并不被解释为只有一个该元件。

应该理解的是，在说明书陈述了“可以”、“可能”、“能够”或“能”包括组件、特征、结构或特性的情况下，不要求包括该特定的组件、特征、结构或特性。

在适用的情况下，尽管状态图、流程图或两者都可用于描述实施例，但是本发明不限于这些图或相应的描述。例如，流程不需要通过每个图示的框或状态，或者按照与图示和描述完全相同的顺序。

本发明的方法可以通过手动、自动或其组合执行或完成选定的步骤或任务来实现。

术语“方法”可以指用于完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于本发明所属领域的实践者已知的或从已知方式、手段、技术和程序容易开发的那些方式、手段、技术和程序。

术语“至少”后跟一个数字，在本文中用于表示以该数字开始的范围的开始(其可以是有上限或没有上限的范围，取决于所限定的变量)。例如，“至少1”表示1或大于1。术语“至多”后面跟着一个数字在本文中用于表示以该数字结束的范围的结束(其可以是下限为1或0的范围，或者没有下限的范围，取决于所限定的变量)。例如，“最多4”表示4或小于4，“最多40％”表示40％或小于40％。近似术语(例如，“大约”、“基本上”、“近似”等)。)应该根据它们在相关领域中使用的普通和习惯含义来解释，除非另有说明。如果没有具体的限定，并且在相关领域中没有通常和习惯的用法，这些术语应该解释为基础值的±10％。

在本文件中，当范围被给定为“(第一数字)至(第二数字)”或“(第一数字)–(第二数字)”时，这意味着范围的下限是第一数字，上限是第二数字。例如，25至100应该解释为表示下限为25而上限为100的范围。此外，应该注意的是，在给出范围的情况下，该范围内的每个可能的子范围或区间也是特别想要的，除非上下文有相反的指示。例如，如果说明书指出了25-100的范围，则该范围也旨在包括诸如26-100、27-100等、25-99、25-98等的子范围。以及在所述范围内的任何其他可能的上限值和下限值的组合，例如33-47、60-97、41-45、28-96等。请注意，本段落中使用的整数范围值仅用于说明目的，小数和分数值(如46.7-91.3)也应理解为可能的子范围端点，除非明确排除。

应该注意的是，当本文提到包括两个或更多个限定的步骤的方法时，限定的步骤可以以任何顺序或同时进行(除非上下文排除了这种可能性)，并且该方法还可以包括在任何限定的步骤之前、在两个限定的步骤之间或在所有限定的步骤之后进行的一个或多个其他步骤(除非上下文排除了这种可能性)。

因此，本发明非常适于实现上述目的并获得上述以及其中固有的目的和优点。尽管为了本公开的目的已经描述了目前优选的实施例，但是对于本领域技术人员来说，许多改变和修改将是显而易见的。这种变化和修改包含在由所附权利要求限定的本发明的精神内。

Claims (22)

1.一种准分子灯具，包括发射基本上在远UV-C频率范围内的UV辐射的准分子灯泡，包括：

电源，其用于向准分子灯泡提供电能；

所述电源适于对准分子灯泡进行调光。

2.根据权利要求1所述的准分子灯具，其中所述电源适于用脉冲波电能给准分子灯泡供电。

3.根据权利要求1所述的准分子灯具，其中所述电源适于根据命令对准分子灯泡进行调光。

4.根据权利要求1所述的准分子灯具，其中所述电源适于向准分子灯泡供电，使得所述准分子灯泡随时间的推移保持发射的在远UV-C频率范围内的UV辐射的恒定输出。

5.根据权利要求4所述的准分子灯具，其中处理器与所述电源通信，和；

所述处理器适于指示所述电源向准分子灯泡提供电能，所述电能足以随着时间的推移保持发射的在远UV-C频率范围内的UV辐射的恒定输出。

6.根据权利要求5所述的准分子灯具，其中，所述处理器适于预测性地指示所述电源向准分子灯泡提供电能，所述电能足以随着时间的推移在远UV-C频率范围内保持所述发射的UV辐射的恒定输出。

7.根据权利要求5所述的准分子灯具，还包括与所述处理器通信的光学反馈传感器；

所述光学反馈传感器适于感测准分子灯泡发射的UV辐射的输出；

所述处理器适于基于由所述输出传感器感测的准分子灯泡发射的UV辐射的输出，指示所述电源向准分子灯泡提供电能，所述电能足以保持发射的在远UV-C频率范围内的UV辐射的恒定输出。

8.根据权利要求4所述的准分子灯具，其中处理器与所述电源通信，和；

所述处理器适于指示所述电源向准分子灯泡提供电能，所述电能足以保持发射的在远UV-C频率范围内的UV辐射的恒定输出。

9.根据权利要求8所述的准分子灯具，还包括与所述处理器通信的人群密度传感器；

所述人群密度传感器适于感测给定区域中的人数；

所述处理器适于指示所述电源向准分子灯泡提供电能，使得所述灯泡基于由所述人群密度传感器感测的给定区域中的人数发射UV辐射。

10.根据权利要求8所述的准分子灯具，还包括与所述处理器通信的接近传感器；

所述接近传感器适于感测准分子灯具附近的物体；

所述处理器适于指示所述电源向准分子灯泡提供电能，使得所述灯泡基于由所述人群密度传感器感测的准分子灯具附近的物体的接近度来发射UV辐射。

11.根据权利要求8所述的准分子灯具，其适于安装在表面上方，并且还包括距离传感器；

所述距离传感器适于感测准分子灯具和所述表面之间的距离；

所述处理器适于指示所述电源向准分子灯泡提供电能，使得当所述距离传感器感测到所述距离时，所述灯泡基于准分子灯具和所述表面的距离发射UV辐射。

12.根据权利要求10所述的准分子灯具，其适于安装在表面上方，并且还包括距离传感器；

所述距离传感器适于感测准分子灯具和所述表面之间的距离；

所述处理器适于指示所述电源向准分子灯泡提供电能，使得当所述距离传感器感测到所述距离时，所述灯泡基于准分子灯具和所述表面的距离发射UV辐射。

13.根据权利要求12所述的准分子灯泡，其中所述接近传感器和所述距离传感器是相同的传感器。

14.根据权利要求1所述的准分子灯具，其中所述准分子灯泡与所述电源连通；

所述灯泡适于向所述电源发送加密信息；

所述电源适于在认证所述加密信息时向所述准分子灯泡供电。

15.根据权利要求1所述的准分子灯具，还包括适于发射可见频率的光的LED，并且所述电源适于向所述LED提供电能。

16.根据权利要求1所述的准分子灯具，还包括：

壳体，其具有门；

所述门适于打开和关闭；

安装在邻近所述门的所述壳体中的开关；

所述开关与所述电源连通，使得当所述门打开时，所述电源切断到准分子灯泡的电能。

17.一种向发射基本上在远UV-C频率范围内的UV辐射的准分子灯泡供电的方法，所述方法包括：

通过电源向准分子灯泡提供电能；

使用所述电源对准分子灯泡进行调光；

用处理器控制所述电源；

用接近传感器感测准分子灯泡附近的物体；

指示所述电源向准分子灯泡提供电能，使得所述灯泡基于由所述人群密度传感器感测的准分子灯具附近的物体的接近度来发射UV辐射；

使用距离传感器感测准分子灯泡和表面之间的距离；

指示所述电源向准分子灯泡提供电能，使得当所述距离传感器感测到所述距离时，所述灯泡基于准分子灯具和所述表面的距离发射UV辐射。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电源提供脉冲波电能，所述方法包括用脉冲波电能给准分子灯泡供电。

19.根据权利要求17所述的方法，包括根据命令对准分子灯泡进行调光。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述电源向所述准分子灯泡供电，使得所述准分子灯泡随时间的推移保持发射的在远UV-C频率范围内的UV辐射的恒定输出。

21.根据权利要求1所述的准分子灯具，还包括适于检测运动的运动传感器。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括适于检测运动的运动传感器；当所述运动传感器检测到运动时，调节到准分子灯泡的电能。

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