DE102023122044A1

DE102023122044A1 - Lichtemittierender plasmalampenkolben für solare uv-simulation und lampe, die diesen umfasst

Info

Publication number: DE102023122044A1
Application number: DE102023122044.6A
Authority: DE
Inventors: Doo Jin Byun; Min Jae YOO
Original assignee: Korea Research Institute of Chemical Technology KRICT
Current assignee: Korea Research Institute of Chemical Technology KRICT
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2023-08-17
Publication date: 2024-02-22
Also published as: KR102537609B1; US20240063011A1; GB2623412A; GB202312550D0

Abstract

Lichtemittierender Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation, umfassend eine Abdeckung des Lampenkolbens mit einer Kugelform oder einer Stabform, durch die ultraviolette Strahlen ausgestrahlt werden können, Entladungsgas, das in der Abdeckung des Lampenkolbens enthalten ist, und ein erstes lichtemittierendes Material und ein zweites lichtemittierendes Material, wobei das erste lichtemittierende Material mindestens eines von Quecksilber (Hg) und Quecksilberjodid (HgI2) einschließt, und das zweite lichtemittierende Material Schwefel (Ss) einschließt, wobei das von dem Kolben ausgestrahlte Licht eine maximale optische Leistungsdichte in einem Bereich von 395 bis 455 nm aufweist, der eine ultraviolettsichtbare Grenzregion ist, wobei, verglichen mit der Verwendung einer gleichen ultravioletten Dosis in einer ultravioletten Region von 290 bis 400 nm, eine integrierte Dichte einer sichtbaren und infraroten Region von 400 bis 850 nm gleich oder weniger als 1/5 einer integrierten Dichte einer sichtbaren und infraroten Region eines Standardsonnenspektrums ist (ASTM G173, AM 1.5G).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen elektrodenlosen Plasmalampenkolben, der ultraviolette (UV) Sonnenstrahlen simuliert, und eine Lampe, die denselben aufweist, und stellt eine Technologie bereit, bei der die Größe und Form einer einen Kolben bildenden Abdeckung und die Zusammensetzung, der Inhalt und das Verhältnis eines in der Abdeckung des Lampenkolbens eingeschlossenen lichtemittierenden Materials so optimiert sind, dass sie für die Simulation ultravioletter Sonnenstrahlen geeignet sind.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen lichtemittierenden elektrodenlosen Hochleistungsplasmalampenkolben, der in einer Vorrichtung zur Erzeugung von Solar-Ultraviolett verwendet wird, um in einer Vorrichtung für Innenräume eine Sonnenlichtbestrahlung, insbesondere eine Solar-Ultraviolettbestrahlung, einzuschließen, die für die meisten Lebewesen auf der Erde, einschließlich der Menschen und der von den Menschen verwendeten Werkzeuge und Produkte, gilt.
STAND DER TECHNIK
Ultraviolette Sonnenstrahlen können als Sterilisationsvorrichtung verwendet werden, die natürliches Licht für die Wäsche in Innenräumen simuliert, und sie können als zusätzliche Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden, die die ultravioletten Sonnenstrahlen in Innenräumen und die Sonnenbräune zur Vitamin-D-Produktion verstärkt.
Ultraviolette Sonnenstrahlen können auch als Testvorrichtung für beschleunigte Bewitterung verwendet werden, um die Degradation durch die Einwirkung ultravioletter Sonnenstrahlen zu testen, und sie können als Reaktionsvorrichtung für eine photohärtende Vorrichtung und eine photochemische Reaktion verwendet werden.
Darüber hinaus können ultraviolette Sonnenstrahlen für Gewächshäuser und Vorrichtungen zur Schaffung eines ökologischen Umfelds verwendet werden, die eine ultraviolette Solarbeleuchtung erfordern, sowie für Aquarien für Wasserfische und Pflanzen.
Wenn in einer herkömmlichen Ultraviolettlampe Quecksilber in einem mit Argongas gefüllten Kolben eingeschlossen ist und von einer Elektrode ausgestrahlte Thermoelektronen durch das Argongas hindurch Licht aussenden, strahlt das Quecksilbergas in einem angeregten Zustand ultraviolette Strahlen mit einem diskontinuierlichen Wellenlängenspektrum aus. Dies ist ein gemeinsames Merkmal der meisten Lampen, die ultraviolette Strahlen ausstrahlen, wie beispielsweise Niederdruckquecksilberlampen, Halogenmetalldampflampen und Ultraviolett-Leuchtstofflampen.
Da die ultravioletten Sonnenstrahlen jedoch ein kontinuierliches Spektrum aufweisen, in dem die optische Energie von einer ultravioletten Region von 290 bis 400 nm zu einer Langwellenlänge hin ansteigt, ist das diskontinuierliche ultraviolette Spektrum herkömmlicher Ultraviolettlampen, die Quecksilber als lichtemittierendes Material verwenden, zur Simulation der ultravioletten Sonnenstrahlen nicht geeignet.
Bestehende Ultraviolettlampen basieren meist auf dem Prinzip der Nutzung von Licht, das in einem Prozess der Ionisierung von Quecksilberdampf in einen angeregten Zustand durch Bogenentladung zwischen Elektroden erstellt wird, und verwenden neben Quecksilber auch Inertgas wie Neon, Argon oder Xenon als ionisierendes Material zur Unterstützung der Beleuchtung.
Eine Quecksilberhochdrucklampe ist ein repräsentatives Beispiel für die Verwendung von Emissionseigenschaften, die durch die Ionisierung von Quecksilberdampf entstehen. Eine Halogenmetalldampflampe ist eine Lampe, die durch Hinzufügen einer Halogenverbindung eines Metalls wie Natrium, Scandium, Indium oder Thorium hergestellt wird, um die Lichtausbeute und Farbwiedergabe zu verbessern.
Eine Ultraviolett-Leuchtstofflampe basiert ebenfalls auf dem Prinzip der Ultraviolett-Emission durch Ionisierung von Inertgas und Quecksilbergas zwischen Elektroden aus Fäden.
So verwenden die meisten Ultraviolettlampen ultraviolette Strahlen, die bei der Ionisierung von Quecksilbergas durch Bogenentladung von Elektroden erstellt werden. Da es jedoch keine Simulation des optischen Energiespektrums der ultravioletten Sonnenstrahlen gibt, ist eine Ultraviolett-Lampentechnologie, die nur die ultraviolette Region simulieren kann, noch nicht fertiggestellt worden.
Die derzeit in einer Testvorrichtung für beschleunigte Bewitterung verwendeten Lampen zur Prüfung der Degradation von Materialien durch Sonneneinstrahlung schließen eine Xenon-Bogenlampe, eine Halogenmetalldampflampe, eine Quecksilberhochdrucklampe und eine Ultraviolett-Leuchtstofflampe ein. Die Xenonbogenlampe und die Halogenmetalldampflampe, die neben den ultravioletten Strahlen auch einen hohen Anteil an sichtbaren und infraroten Strahlen aufweisen, lassen sich nur schwer als UV-Lampe verwenden, da der Anteil der ultravioletten Strahlen am gesamten Emissionsspektrum gering ist.
So weist eine Lampe mit einem geringen Anteil an ultravioletten Strahlen im Vergleich zur Leistung einen niedrigen Wirkungsgrad der ultravioletten Strahlen auf und ist daher nicht für Anwendungen geeignet, die ultraviolette Sonnenstrahlen mit hoher Leistung erfordern. Dementsprechend sind Lampen mit hoher ultravioletter Emissionsleistung erforderlich, aber herkömmliche Lampen mit hoher ultravioletter Emissionsleistung wie Quecksilberhochdrucklampen, Kohlebogenlampen, Ultraviolett-Leuchtstofflampen und Metallisierungslampen können das Problem der fehlenden Simulation ultravioletter Sonnenstrahlen nicht lösen.
Elektrodenlose Plasmalichtquellen mit Hochfrequenzentladung sind so genannte „Lampen des 21. Jahrhunderts“ mit hoher Energie, hoher Energieeffizienz und langer Lebensdauer. Seit das erste Produkt 1994 von Fusionlighting in den Vereinigten Staaten auf den Markt gebracht wurde, ist es mehreren in- und ausländischen Unternehmen wie LG Electronics, Taewon Electronics und Luxim gelungen, Beleuchtungslampen mit einem kontinuierlichen sichtbaren Spektrum und hoher Farbwiedergabe auf den Markt zu bringen.
Eine elektrodenlose Plasmalichtquelle verwendet Schwefel, InBr oder CsBr als hauptsächliches lichtemittierendes Material und weist Eigenschaften einer hervorragenden Farbwiedergabe auf, die sich auf die für die Beleuchtung erforderlichen sichtbaren Strahlen konzentriert, ohne eine ultraviolette Komponente.
Dies steht im Gegensatz zu der Tatsache, dass eine Xenon-Bogenlampe, die als Lampe mit der besten Simulation des gesamten Sonnenspektrums gilt, kurzwellige ultraviolette Strahlen von 275 nm oder weniger einschließt, die im Sonnenlicht nicht enthalten sind.
Aufgrund dieses Merkmals kann die Lichtquelle, die die Dunkelheit erhellt, die natürlichen Farben des Sonnenlichts künstlich reproduzieren, und im Gegensatz zu einer Xenon-Bogenlampe kann der Vorteil einer weißen Lichtquelle, die auf sichtbare Strahlen mit einem geringen Anteil an ultravioletten und infraroten Strahlen ausgerichtet ist, für Beleuchtungszwecke hervorgehoben werden.
Aufgrund des Unterschieds zwischen dem optischen Energiespektrum und dem natürlichen Sonnenlicht, das neben den sichtbaren Strahlen auch ultraviolette und infrarote Strahlen einschließt, weisen jedoch die bisher entwickelten Plasmalampen für die Beleuchtung außer für einfache Beleuchtungsanwendungen keine Eigenschaften auf, die für Anwendungen geeignet sind, die eine Simulation des Sonnenlichts im gesamten Spektralbereich erfordern, sowie für Geräteanwendungen, die ultraviolette Sonnenstrahlen simulieren.
Das heißt, dass eine elektrodenlose Plasmalampe, die als Lichtquelle für eine auf sichtbare Strahlen ausgerichtete Beleuchtung entwickelt wurde, nur schwer als Lichtquelle für Ausrüstungen verwendet werden kann, die die Simulation des gesamten Spektrums des Sonnenlichts oder des ultravioletten Spektrums der Sonne erfordern.
Repräsentative Beispiele für Anwendungen, die die Simulation des gesamten Spektrums des Sonnenlichts darstellen, können eine Lichtquelle für eine Testvorrichtung wie einen Solarsimulator zur Bewertung der Leistung einer Solarzelle oder eine Sonnensimulationskammer zur Prüfung einer Sonnenstrahlungsumgebung einschließen, und repräsentative Beispiele für Anwendungen, die die Simulation eines Spektrums nur einer ultravioletten Region der Sonne erfordern, können eine ultraviolette Lichtquelle einer Testvorrichtung für beschleunigte Bewitterung einschließen.
Beispiele für die Anwendung von Lampen, die ultraviolette Sonnenstrahlen simulieren, können verschiedene Bereiche einschließen, wie beispielsweise die ultraviolette Sonnenbestrahlung, die für die Schaffung einer Wachstumsumgebung für Tiere und Pflanzen erforderlich ist, eine Vorrichtung zur Sterilisierung und medizinischen Behandlung durch ultraviolette Strahlen, eine Produktionsanlage, die ultraviolette Strahlen verwendet, wie beispielsweise eine Aushärtungsvorrichtung und eine Belichtungsvorrichtung, und eine Lichtquelle für photochemische Reaktionsvorrichtungen, wie beispielsweise die Aktivierung von TiO₂-Photokatalysatoren, sowie Tests zur Lichtbeständigkeit und Bewitterung verschiedener Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, Solarzellenmaterialien, Farben, Arzneimittel und Kosmetika.
Als künstliche Lichtquellen für die ultraviolette Sonnensimulation lassen sich eine Xenon-Bogenlampe, eine ultraviolette Leuchtstofflampe und eine Halogenmetalldampflampe einschließen. Die Spektren dieser Lichtquellen sind in 1 und 2 dargestellt.
1 veranschaulicht ein Ergebnis, das durch den Vergleich eines ultraviolett-sichtbaren Spektrums des Sonnenlichts im Freien mit den ultraviolett-sichtbaren Spektren eines Verfahrens (ISO 4892-2, Verfahren A) zur Prüfung durch Kombination eines Tageslichtfilters mit einer Xenon-Bogenlampe ermittelt wurde, das ein repräsentatives konventionelles Testverfahren für den Photoabbau darstellt, sowie ein Verfahren zur Prüfung mit UVA 340-UV-Leuchtstofflampen (ISO 4892-3, Typ IA), bei dem eine UV-Leuchtstofflampe mit einer zentralen Spitzenwellenlänge von 340 nm und eine UV-LED-Lampe mit einer zentralen Spitze bei einer Wellenlänge von 365 nm verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 1 ist die einzige künstliche Lichtquelle, die in der ultravioletten Region von 290 bis 400 nm ein sonnenähnliches optisches Leistungsspektrum aufweist, die Xenon-Lichtquelle, und selbst in diesem Fall gibt es einen großen Unterschied zwischen 390 nm und 420 nm, der ultraviolett-sichtbaren Grenzregion, und insbesondere die Sonnensimulation wird in einer infraroten Region von 800 nm oder mehr stark degradiert und der Anteil der Infrarotstrahlen, die als Wärmestrahlungsquelle wirken, nimmt zu.
Aufgrund dieses Problems der Xenon-Bogenlichtquelle mit einem hohen Anteil an Infrarotstrahlen wird bei erhöhter Bestrahlungsintensität der Xenon-Bogenlampe übermäßig viel Strahlungswärme gesendet, was zu thermischen Schäden und thermischer Verformung von Chemikalien und chemischen Materialien führt, die einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, was die Ausführung einer Prüfung erschwert.
Andererseits haben die ultraviolette Leuchtstofflampe und die ultraviolette LED-Lampe, die nur Licht in einer ultravioletten Region ausstrahlen, den Vorteil, dass sie nur reines ultraviolettes Licht ausstrahlen, das keine sichtbaren und infraroten Strahlen einschließt, wie in 1 gezeigt, aber sie haben den großen Nachteil, dass sie kein optisches Energiespektrum in einer gesamten ultravioletten Region der Sonne simulieren.
Dementsprechend weist die Ultraviolett-Leuchtstofflampe das Problem auf, dass eine langwellige ultraviolette Region unter dem Licht einer solaren ultravioletten Region übermäßig unzureichend ist, und die Ultraviolett-LED-Lampe weist das Problem auf, dass die Eigenschaften der Emission nur auf einen engen Wellenlängenbereich beschränkt sind und eine kurzwellige ultraviolette Region übermäßig unzureichend ist.
Aufgrund dieser Probleme weisen diese Ultraviolettlampen bei der Simulation der natürlichen Degradation durch die tatsächliche ultraviolette Strahlung der Sonne insgesamt technische Grenzen auf und sind insbesondere dann schwer zu verwenden, wenn die natürliche Degradation eine empfindliche Abhängigkeit von den ultravioletten Wellenlängen aufweist.
Außerdem weisen die Ultraviolett-Leuchtstofflampe und die Ultraviolett-LED-Lampe eine geringe Leistung auf, um als Lichtquelle für Ausrüstungen verwendet zu werden, die einen beschleunigten Bewitterungstest in einem ausreichenden Bereich ausführen.
Neben dem Nachteil, mehrere Lampen zu verwenden, um diese Ultraviolettlampen mit geringer Leistung für einen beschleunigten Bewitterungstest einzusetzen, besteht daher das Problem, dass die Lampen nicht für einen superbeschleunigten Test verwendet werden können, der eine hohe Bestrahlungsintensität erfordert.
Eine aus diesen Problemen der Ultraviolettlampen abgeleitete Technologie ist die Halogenmetalldampflampe oder Metallisierungslampe, wie sie in 2 dargestellt ist.
2 veranschaulicht ein Ergebnis, das durch den Vergleich eines optischen Energiespektrums des Sonnenlichts im Freien und eines ultraviolett-sichtbaren Spektrums einer Halogenmetalldampflampe unter Verwendung eines optischen Filters zur Entfernung ultravioletter Strahlen von 295 nm oder weniger ermittelt wurde, das derzeit in einer Testvorrichtung für besonders beschleunigte Bewitterung verwendet wird.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ultraviolett-Leuchtstofflampen und Ultraviolett-LED-Lampen wird optische Energie verschiedener Wellenlängen in einem Bereich von 295 bis 400 nm erstellt, und es werden auch einige sichtbare Strahlen von 400 nm oder mehr erzeugt.
Obwohl diese Lampe den Vorteil eines hohen Anteils an ultravioletten Strahlen aufweist und daher derzeit in Ausrüstungen für die superbeschleunigte Bewitterung mit hoher ultravioletter Bestrahlungsintensität verwendet wird, hat sie den Mangel an einer wichtigen optischen Energiesimulation für ultraviolette Sonnenstrahlen nicht überwunden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird festgestellt, dass die Halogenmetalldampflampe, die derzeit in einem superbeschleunigten Bewitterungstest verwendet wird, eine sehr schlechte ultraviolette Sonnensimulation in einer ultravioletten Region von 295 bis 400 nm als Merkmal eines optischen Energiespektrums aufweist, trotz der Verwendung des optischen Filters.
Diese Lampe wurde als Lichtquelle für eine Testvorrichtung für superbeschleunigte Bewitterung entwickelt, weil sie den Vorteil hat, gleichmäßig optische Energie verschiedener Wellenlängen in einer solaren ultravioletten Region zu erzeugen. Da es aber keine Sonnensimulation eines optischen Energiespektrums im solaren ultravioletten Bereich gibt, ist ihre Verwendung für eine Testvorrichtung für Bewitterung nicht verallgemeinert.
Auf dem technischen Gebiet der elektrodenlosen Plasmalichtquelle mit Hochfrequenzentladung gibt es einen Fall, in dem die Eigenschaften der ultravioletten Emission durch Verwendung von Quecksilber, Indium, Gallium (J. Korean Ind. Eng. chem., Bd. 16, Nr. 4, August 2005, 570-575), Zirkoniumjodid oder Lanthanjodid (koreanisches Patent Nr. 10-0832396 ) als lichtemittierendes Hauptmaterial ermittelt wurden.
Da dadurch jedoch ein diskontinuierliches Spektrum in einer Region entsteht, die sich von der ultravioletten Sonnensimulation in einem Bereich von 290 bis 400 nm unterscheidet, übersteigt der ultraviolette Wellenlängenbereich die ultraviolette Sonnenregion, und es gibt keine Simulation der ultravioletten Strahlen der Sonne, sodass es schwierig ist, die Lichtquelle als Lichtquelle für einen Bewitterungstest zu verwenden.
OFFENBARUNG
Technisches Problem
Die vorliegende Offenbarung wurde entwickelt, um die Probleme des Standes der Technik zu lösen, und daher ist die vorliegende Offenbarung darauf gerichtet, einen elektrodenlosen Plasmalichtquellenkolben bereitzustellen, der eine Hochfrequenzentladung als neuer Kolben für die ultraviolette Sonnensimulation verwendet, in der die Simulation eines ultravioletten Sonnenspektrums von 290 bis 400 nm sehr gut ist, während die Vorteile einer elektrodenlosen Plasmalichtquelle, wie hohe Energie, erhalten bleiben. Der Anteil der sichtbaren und infraroten Langwellenlängen, die bei den meisten Anwendungen von Ultraviolettlampen überflüssig sind und als Wärmestrahlungsquellen chemische und biochemische Materialien thermisch schädigen können, ist stark reduziert.
Dies unterscheidet sich von den Eigenschaften einer Lichtquelle, die in einer früheren Technologie für Testvorrichtungen zur Photodegradation ( KR 10-1936946 B1 ) unter Verwendung einer elektrodenlosen Plasmalampe verwendet wurde, dadurch, dass der Anteil an sichtbaren und infraroten Strahlen immer noch hoch ist und die Lichtquelle nur schwer als ultraviolette Lampe klassifiziert werden kann.
3 veranschaulicht ein Ergebnis, das durch den Vergleich eines Standardsonnenspektrums, das dem in der US-Norm ASTM G173 definierten AM 1.5G entspricht, mit optischen Energiespektren von Plasmalampen herkömmlicher Technologie ( KR 10-1936946 B1 ) und Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung ermittelt wurde.
Es wird festgestellt, dass die konventionelle Technologie ein kontinuierliches Spektrum aufweist, in dem die optische Energie von einer kurzen Wellenlänge zu einer langen Wellenlänge zunimmt, wie das Sonnenlicht in der ultravioletten Region von 290 bis 400 nm, aber starke sichtbare Strahlen enthält, die dem Sonnenlicht in der sichtbaren Region von 400 bis 650 nm gleichen.
Dementsprechend kann die Lichtquelle der konventionellen Technologie als eine weiße Lichtquelle klassifiziert werden, die auf sichtbare Strahlen einschließlich ultravioletter Sonnenstrahlen ausgerichtet ist, und aufgrund dieses Merkmals kann die Lichtquelle nicht als Lichtquelle für ultraviolette Strahlen klassifiziert werden.
Im Vergleich zur konventionellen Technologie, bei der die Energie bei 650 nm oder mehr geringer ist als die Sonnenenergie, wird bei der vorliegenden Offenbarung die optische Energie ab einer ultraviolett-sichtbaren Grenze von 410 nm oder mehr rasch gesenkt und bei 800 nm oder mehr keine nennenswerte optische Energie erzeugt.
Aufgrund dieses Merkmals wird nach der vorliegenden Offenbarung eine drastische Verringerung der optischen Energie in einer sichtbaren und infraroten Region erreicht, die mit der herkömmlichen Technologie nicht ausreichend erreicht wurde.
Da die vorliegende Offenbarung ein Spektrum zeigt, in dem die in der konventionellen Technologie angewandte Eigenschaft des Abfalls der optischen Energie in einer Region von 325 bis 340 nm beseitigt ist, kann die ultraviolette Sonnensimulation weiter verbessert werden.
Da die vorliegende Offenbarung jedoch eine höhere optische Energie als ultraviolette Sonnenstrahlen in einer Region von 270 bis 320 nm aufweisen kann, wenn kein Ultraviolett-Sperrfilter verwendet wird, kann die vorliegende Offenbarung die optische Energie in einer Region (270 bis 320 nm) reduzieren oder blockieren, indem ein Tageslichtfilter verwendet wird, um das Sonnenlicht in einer Xenon-Bogenlampe oder einer Halogenmetalldampflampe zu simulieren.
Eine der Technologien der vorliegenden Offenbarung, die die herkömmliche Technik nicht bereitstellen kann, ist eine pro Lampe bereitgestellte ultraviolette Lichtleistung.
Da es sich bei der in der konventionellen Technik verwendeten Lampe um eine Plasmalampe mit relativ geringer Leistung (0,5 kW oder weniger) und um eine Lichtquelle mit einem noch hohen Anteil an sichtbaren Strahlen handelte, war die Menge an ultraviolettem Licht, die mit einer Lampe ermittelt werden konnte, noch unzureichender, sodass es schwierig war, 4 bis 8 Lampen in einer Vorrichtung gleichzeitig zu verwenden.
Da bei der konventionellen Technologie wegen der unzureichenden optischen Energie ein optischer Weg und eine stabförmige Vorrichtung zur Konzentration verwendet werden mussten und man sich mit der Prüfung eines kleinen Bereichs von 31 cm² pro Lampe begnügen musste, war es schwierig, sie auf einen allgemeinen beschleunigten Bewitterungstest anzuwenden, bei dem mehrere Proben gleichzeitig geprüft werden.
Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auf eine Lampe mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 1 kW oder mehr angewandt werden, und sie kann optimal für eine Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 1,5 kW bis 6 kW verwendet werden.
Da die vorliegende Offenbarung den Anteil der sichtbaren und infraroten Strahlen im Vergleich zur konventionellen Technologie stark reduziert und den Anteil der ultravioletten Strahlen drastisch erhöht, um die Menge der ultravioletten Strahlen im Vergleich zur resultierenden Lichtleistung zu steigern, können bei Anwendung der vorliegenden Offenbarung auf eine Hochleistungslampe von 5 kW oder mehr ultraviolette Strahlen, die 300-400 nm entsprechen, auf einen Bestrahlungsbereich von 2.500 cm² bei 600 W/m² oder mehr eingestrahlt werden.
Diese Fläche entspricht dem 80-fachen einer Bestrahlungsfläche von 31 cm², die von einer Lampe der konventionellen Technik bestrahlt wird, und bedeutet, dass bei Verwendung von Proben gleicher Größe bis zu 80 Proben gleichzeitig mit einer Lampe geprüft werden können, im Gegensatz zur konventionellen Technik, bei der eine Probe pro Lampe geprüft wird.
Die vorliegende Offenbarung stellt außerdem einen Ultraviolettkolben für eine elektrodenlose Plasmalichtquelle mit hervorragender ultravioletter Sonnensimulation bereit, der eine Steuerungstechnologie aufweist, um die Oberflächentemperatur der Abdeckung des Lampenkolbens durch Luftkühlung stabil zu halten, um ein Flackern oder Zittern des Lichts während der Entwicklung zu verhindern und um eine thermische Verformung des Quarzkolbens zu vermeiden.
Technische Lösung
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Testvorrichtung für die ultraviolette Sonnensimulation in Innenräumen mit den folgenden Ausführungsformen bereitgestellt.
Nach einer ersten Ausführungsform
wird ein lichtemittierender Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation bereitgestellt, der Folgendes einschließt,
eine kugelförmige oder stabförmige Abdeckung des Lampenkolbens, durch die ultraviolette Strahlen durchgelassen werden können, ein in der Abdeckung des Lampenkolbens enthaltenes Entladungsgas sowie ein erstes und ein zweites lichtemittierendes Material,
wobei das erste lichtemittierende Material mindestens eines von Quecksilber (Hg) und Quecksilberjodid (HgI₂) einschließt, und
das zweite lichtemittierende Material Schwefel (Ss) einschließt,
wobei das von dem Kolben ausgestrahlte Licht eine maximale optische Leistungsdichte in einem Bereich von 395 bis 455 nm aufweist, der eine ultraviolett-sichtbare Grenzregion darstellt,
wobei im Vergleich dazu bei Verwendung derselben Ultraviolettdosis in einer ultravioletten Region von 290 bis 400 nm eine integrierte Dichte einer sichtbaren und infraroten Region von 400 bis 850 nm gleich oder weniger als 1/5 einer integrierten Dichte einer sichtbaren und infraroten Region eines Standardsonnenspektrums (ASTM G173, AM 1.5G) ist.
Nach einer zweiten Ausführungsform kann bei der ersten Ausführungsform
der Innendurchmesser der Abdeckung des Lampenkolbens in einem Bereich von 30 bis 50 mm liegen.
Nach einer dritten Ausführungsform kann bei der ersten oder zweiten Ausführungsform
der Gehalt des zweiten lichtemittierenden Materials pro Volumen der Abdeckung des Lampenkolbens zwischen 0,05 und 0,5 mg/cm³ liegen.
Nach einer vierten Ausführungsform kann in einer der ersten bis dritten Ausführungsformen
der Gehalt an mindestens einem der Stoffe Quecksilber und Quecksilberiodid, die in das erste lichtemittierende Material eingeschlossen sind, basierend auf einem Gewichtsverhältnis das 10- bis 30-fache des Schwefelgehalts betragen.
Nach einer fünften Ausführungsform gemäß einer der ersten bis vierten Ausführungsformen
kann der lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation ein lichtemittierendes Material mit Hochleistungshochfrequenzenergie mit einer Leistungsaufnahme von 1 kW oder mehr ionisieren, um Licht auszustrahlen, das ultraviolette Sonnenstrahlen eines kontinuierlichen Spektrums in einem angeregten Zustand im Plasma simuliert.
Nach einer sechsten Ausführungsform in einer der ersten bis fünften Ausführungsformen
kann der lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation einen Tageslichtfilter verwenden, der kurzwellige ultraviolette Strahlen von 300 nm oder weniger blockiert,
sodass basierend auf einer integrierten Fläche (W/m²) eines solaren ultravioletten Wellenlängenbereichs der Sonne eine Region von 290 bis 320 nm in einem Bereich von 2,6 bis 7,9 %, eine Region von 320 bis 360 nm in einem Bereich von 28,2 bis 39,8 % und eine Region von 360 bis 400 nm in einem Bereich von 54,2 bis 67,5 % eingestellt sind.
Nach einer siebten Ausführungsform in einer der ersten bis sechsten Ausführungsformen
kann der lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation einen Maximalwert bei 395 bis 455 nm aufweisen, der eine ultraviolette-sichtbare Grenzregion darstellt, und ein Verhältnis einer integrierten Bestrahlungsintensität einer infraroten Region von 800 bis 2450 nm kann 5 % oder weniger in Bezug auf eine integrierte Bestrahlungsintensität einer ultravioletten und sichtbaren Region von 800 nm oder weniger betragen.
Nach einer achten Ausführungsform kann bei einer der ersten bis siebten Ausführungsformen,
wenn das Quecksilber und das Quecksilberjodid als Mischung verwendet werden, das Mischungsverhältnis von Quecksilber und Quecksilberjodid zwischen 1:0,2 und 1:5 liegen.
Nach einer neunten Ausführungsform in einer der ersten bis achten Ausführungsformen
kann das Entladungsgas mindestens ein Gasmaterial aus der Gruppe Neon, Argon, Krypton und Xenongas sein.
Nach einer zehnten Ausführungsform in einer der ersten bis neunten Ausführungsformen kann das Abgas bei einem Fülldruck von 5 bis 300 Torr enthalten sein.
Nach einer elften Ausführungsform in einer der ersten bis zehnten Ausführungsformen kann die Abdeckung des Lampenkolbens aus Quarz oder synthetischem Quarz bestehen.
Nach einer zwölften Ausführungsform
wird eine lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation bereitgestellt, die den Lampenkolben einer lichtemittierenden Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation nach einer der ersten bis elften Ausführungsformen einschließt.
Nach einer dreizehnten Ausführungsform in der zwölften Ausführungsform
kann die lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation ein Lampenmodul einschließen, das dafür ausgelegt ist, die Temperatur der äußeren Oberfläche des lichtemittierenden Plasmalampenkolbens für die ultraviolette Sonnensimulation auf 900 °C oder weniger zu halten.
Nach einer vierzehnten Ausführungsform in der dreizehnten Ausführungsform
kann das Lampenmodul eine luftgekühlte Kühlvorrichtung einschließen, bei der ein lokales Ein- und Ausblasen auf die Oberfläche des Lampenkolbens durch einen Spalt zwischen einer Verbindungsstange der Lampenkolbenabdeckung und einem Wellenleiter der Plasmalampe oder einen Spalt, der in einem den Lampenkolben umgebenden Reflektor ausgebildet ist, erfolgt, um die Oberflächentemperatur des lichtemittierenden Plasmalampenkolbens für die ultraviolette Sonnensimulation bei 900 °C oder weniger zu halten.
Nach einer fünfzehnten Ausführungsform, der dreizehnten Ausführungsform oder der vierzehnten Ausführungsform
kann das Lampenmodul ein Thermometer oder einen Temperatursensor einschließen, um die Temperatur einer äußeren Oberfläche des Lampenkolbens zu messen oder festzustellen, um die Temperatur der äußeren Oberfläche des Lampenkolbens zu steuern und eine Not-Aus-Funktion durchzuführen, bei der die Energie der Lampe mit Ausnahme einer Kühlvorrichtung abgeschaltet wird, wenn eine Anomalie bei der Temperatursteuerung auftritt.
Nach einer sechzehnten Ausführungsform, in einer der zwölften bis fünfzehnten Ausführungsformen,
kann die lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation auf eine leistungsstarke lichtemittierende Plasmalampe angewendet werden, die eine Leistungsaufnahme von 1 kW oder mehr und 6 kW oder weniger aufweist.
Nach einer siebzehnten Ausführungsform, in einer der zwölften bis sechzehnten Ausführungsformen,
kann die lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation für eine Sterilisationsvorrichtung, die die ultraviolette Sonnensimulation verwendet, eine optische und eine Prüfvorrichtung für ultraviolette Fluoreszenz verwendet werden, eine Vorrichtung für chemische Reaktionen und die Aushärtung von Harzen unter Verwendung einer ultravioletten Photoreaktion, eine Vorrichtung zum Testen der Photodegradation durch ultraviolette Sonnenstrahlen, eine Vorrichtung zur Schaffung einer Wachstumsumgebung für Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen und eine Vorrichtung für die Gesundheit oder die medizinische Produktion von Vitamin D.
Vorteilhafte Wirkungen
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Testlichtquelle und -vorrichtung für die ultraviolette Sonnensimulation bereitgestellt werden, die in kurzer Zeit eine Veränderung eines chemischen Materials im Laufe der Zeit aufgrund einer durch ultraviolette Sonnenstrahlen verursachten langfristigen Photodegradation vorhersagen und bewerten kann.
Detailliert wird für eine Testvorrichtung für Bewitterung eines herkömmlichen Verfahrens mit Xenon-Lichtquellvorrichtung in einer Anzahl von internationalen Normen die Prüfung mit einer Bestrahlungsstärke von 60 W/m² in einem solaren Ultraviolett-Wellenlängenbereich von 290 bis 400 nm vorgeschlagen (ISO-4892-2, Verfahren A), und selbst bei Ausrüstungen, die für eine relativ hohe Beschleunigung ausgelegt sind, wird eine UV-Bestrahlungsstärke von bis zu 180 W/m² als maximaler Wert basierend auf einem ultravioletten Wellenlängenbereich von 290 bis 400 nm angewandt, da Bedenken hinsichtlich thermischer Schäden an der Oberfläche einer Probe bestehen. Im Vergleich dazu kann nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein beschleunigter Photodegradationstest mit gleichmäßiger Ultraviolettbestrahlung eines gesamten Probenabschnitts, auf den mehrere Proben aufgebracht werden, mit einer Prüftemperatur bereitgestellt werden, die bis zu einer Bestrahlungsintensität von 1.200 W/m² oder mehr basierend auf einem Ultraviolett-Wellenlängenbereich von 290 bis 400 nm steuerbar ist.
Die Steuerwirkung der Wärmestrahlung gemäß der Intensität der ultravioletten Strahlung einer Simulationsvorrichtung der Ausführungsform und einer Testvorrichtung für Bewitterung mit Xenon-Lichtbogen gemäß herkömmlicher Technologie wurde mit einem Schwarztafel-Thermometer bewertet, und das Ergebnis ist in 4 dargestellt.
Es wird festgestellt, dass mit zunehmender Intensität der ultravioletten Strahlung einer in jeder Vorrichtung verwendeten Lichtquelle die Oberflächentemperatur des Schwarztafelthermometers (BPT, °C), das sich an einer lichtempfangenden Stelle einer Probe befindet, ansteigt, und es wird auch festgestellt, dass insbesondere in der Testvorrichtung der Xenon-Bogenlichtquelle der konventionellen Technologie, weil eine Schwarztafeltemperatur sehr schnell nach einer Erhöhung der ultravioletten Bestrahlungsintensität ansteigt, obwohl die ultraviolette Bestrahlungsintensität stark erhöht werden kann, um die Beschleunigung zu verbessern, die Testvorrichtung nicht für viele chemische und biochemische Materialien anwendbar ist, die einer thermischen Schädigung durch Hochtemperaturstrahlungswärme ausgesetzt sind.
Polyethylen, einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe, weist beispielsweise eine thermische Verformungstemperatur von etwa 85 °C auf. Wie in 4 dargestellt, kann ein beschleunigter Bewitterungstest unter Verwendung einer Xenon-Bogenlampe mit hoher Bestrahlungsintensität bei normaler Testtemperatur aufgrund der thermischen Verformung einer Probe während des Tests nicht durchgeführt werden.
Es kann zwar versucht werden, die Umgebungstemperatur bei der Prüfung stark unter einen bestehenden Zustand abzusenken, zum Beispiel auf etwa Minustemperaturen, um die durch die hohe Bestrahlungsintensität erzeugte Strahlungswärme zu versetzen, aber diese Versuche stimmen nicht mit den realen Bedingungen überein, so dass ein unrealistisches Testergebnis ermittelt wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die solare ultraviolette Testvorrichtung (Beispiel 1) der vorliegenden Offenbarung in der Lage ist, die Temperatur so zu steuern, dass ein beschleunigter Photodegradationstest an einem chemischen Material ohne thermische Schädigung selbst bei einer sehr hohen ultravioletten Bestrahlungsintensität ausgeführt werden kann (siehe 4).
Obwohl die Wirkung der Steuerung der Probentemperatur durch die Steuerung der Umgebungslufttemperatur durch eine extreme Reduzierung des Bestrahlungsbereichs oder der Anzahl der Proben wie in der herkömmlichen Technik ( KR 10-1936946 B1 ) bequemer erreicht werden kann, ist dies für einen kommerziellen Test, der eine relativ große Anzahl von Proben oder einen Bestrahlungsbereich erfordert, nicht anwendbar.
Da die Beschleunigung im Vergleich zur Degradation im Feld bei einem Bewitterungstest, bei dem eine herkömmliche Xenon-Bogenlampe oder Ultraviolett-Leuchtstofflampe verwendet wird, nicht sehr hoch ist, ist eine lange Zeit von 1.000 Stunden bis zu mehr als 10.000 Stunden erforderlich, um die Veränderung eines chemischen Materials und Produkts in einer Außenumgebung über mehrere Jahre oder Jahrzehnte vorauszusagen und zu bewerten.
Wenn zum Beispiel die Menge der UV-Bestrahlung für 10 Jahre mit 3.000 MJ/m² für ein Produkt berechnet wird, das in einer Region mit gemäßigtem Klima nach Süden installiert ist, beträgt die gesamte Zeit, die für einen Test der UV-Bestrahlungsintensität von 60 W/m² unter Verwendung der Lampe der herkömmlichen Bewitterungsvorrichtung erforderlich ist, trotz des Dauertests etwa 14.000 Stunden (580 Tage).
Wenn die Ultraviolettlampe für die ultraviolette Sonnensimulation gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann ein Test mit einer ultravioletten Bestrahlungsintensität von 600 W/m² ausgeführt werden, ohne dass eine thermische Schädigung einer Probe zu befürchten ist, und somit kann ein Test mit einer Menge an ultravioletter Bestrahlung von 3.000 MJ/m² in 1.400 Stunden ausgeführt werden, was die Testzeit auf 1/10 reduziert.
Obwohl eine herkömmliche ultraviolette Lampe, d. h. eine Ultraviolett-Leuchtstofflampe, eine Halogenmetalldampflampe oder eine Quecksilberhochdrucklampe, die Bestrahlungsintensität erhöhen kann, ohne dass eine thermische Schädigung einer Probe zu befürchten ist, fehlt einer Testvorrichtung für Bewitterung, die die herkömmliche ultraviolette Lampe verwendet, die Simulation eines optischen Energiespektrums für ultraviolette Sonnenstrahlen und eine realistische Simulation des Photoabbaus eines chemischen Materials, sodass die Verwendung der herkömmlichen ultravioletten Lampe auf Anwendungen beschränkt ist, bei denen eine realistische Simulation nicht wichtig ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann jedoch, wenn die Lichtquelle der vorliegenden Offenbarung, die ein Lichtquellenspektrum mit verbesserter ultravioletter Sonnensimulation aufweist, verwendet wird, eine hohe ultraviolette Bestrahlungsintensität verwendet werden, ohne dass eine thermische Schädigung zu befürchten ist, selbst wenn eine ultraviolette Bestrahlungsintensität für einen beschleunigten Photodegradationstest erhöht wird, und somit kann die Zeit für den Test verkürzt werden, das tatsächliche Degradationsverhalten kann realistisch nachgebildet werden, indem Eigenschaften gezeigt werden, die für die Photodegradation optimiert sind, und es kann eine ausgezeichnete realistische Simulation und eine beschleunigte Beschleunigung beim Photodegradationstest eines chemischen Materials erreicht werden, die mit der herkömmlichen Technik nicht möglich ist.
Da insbesondere verschiedene optische Filter, die in der herkömmlichen Technik verwendet werden, auf einen Kolben mit ultravioletter Sonnensimulation und eine Plasmalampe, die diese gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet, angewandt werden können, kann eine zusätzliche Wirkung der Ultraviolettsteuerung erreicht werden, indem ein Tageslichtfilter und verschiedene ultraviolette Sperrfilter angewandt werden, die in der herkömmlichen Technik basierend auf einer realistischen Simulation eines optischen Energiespektrums für ultraviolette Sonnenstrahlen angewandt werden, die durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellt wird.
Nach der vorliegenden Offenbarung ist in der herkömmlichen Technik eine Lampe, die ultraviolette Strahlen mit einer hohen Bestrahlungsintensität in einer ausreichend großen Vorrichtung mit einem kommerziell wirksamen Bereich bereitstellen kann, auf eine Halogenmetalldampflampe mit hoher Energie beschränkt.
Da jedoch, wie oben beschrieben, einer bestehenden Hochleistungs-Ultraviolettlampe wie einer Halogenmetalldampflampe die Simulation von ultravioletten Sonnenstrahlen fehlt und sie die ultravioletten Sonnenstrahlen nicht in allen Wellenlängen einer ultravioletten Region simulieren kann, selbst wenn ein optischer Filter zur teilweisen Sperrung der ultravioletten Strahlen verwendet wird, eignet sich die bestehende Hochleistungs-Ultraviolettlampe nicht für Anmeldungen, die den solaren Photodegradationsprozess streng nachbilden.
Dementsprechend können die Lichtquelle und die Vorrichtung für den ultravioletten Sonnensimulationstest gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Hochleistungs-Ultraviolettlichtmenge bereitstellen, die in der Lage ist, mit einer Lampe wie der herkömmlichen Xenonbogenlampe und der Halogenmetalldampflampe, die in einer handelsüblichen Photodegradations-Testvorrichtung verwendet wird, mehrere Proben gleichzeitig zu testen.
Die Eigenschaften der ultravioletten Sonnensimulationslichtquelle nach einer Ausführungsform der Offenbarung stellen ausgezeichnete technische und wirtschaftliche Vorteile gegenüber jeder Sonnensimulationslichtquelle bereit, die in einer herkömmlichen Testvorrichtung für Bewitterung verwendet wird.
Da ein Lichtquellenspektrum, das durch Verwendung eines gewöhnlichen Tageslichtfilters zum Blockieren von ultravioletten Strahlen von 300 nm oder weniger im Kolben der vorliegenden Offenbarung gebildet wird, in hohem Maße mit einer ultravioletten Region eines Sonnenquellenspektrums übereinstimmt, kann das Lichtquellenspektrum die oberen und unteren Grenzen einer optischen Energiespektrumsverteilung der ultravioletten Sonnensimulation erfüllen, die in Tabelle 1 der ISO 4892-2 angegeben ist und nur durch eine Kombination aus einer Xenon-Lichtquelle und einem Tageslichtfilter implementiert wurde.
Während die Lebensdauer einer Xenon-Bogenlampe, die den gesamten Wellenlängenbereich der Sonne simuliert, einer Ultraviolett-Leuchtstofflampe, die hauptsächlich ultraviolette Strahlen ausstrahlt, und einer Halogenmetalldampflampe nur 500 bis 1.500 Stunden beträgt, weist der Lampenkolben zur ultravioletten Sonnensimulation nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dieselben Eigenschaften einer elektrodenlosen Plasmalampe mit einer Lebensdauer von mindestens 5.000 Stunden auf wie die Lebensdauer anderer elektrodenloser Plasmalampen.
Da ein Kolben einer elektrodenlosen Plasmalampe in der Regel eine Lebensdauer von 10.000 Stunden oder mehr aufweist, kann der Betrieb der Vorrichtung stabil sein und die Kosten für den Austausch des Lampenkolbens nach dem betriebsmäßigen Betrieb der Vorrichtung können stark reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Plasmalampenkolben, der Hochleistungs-Ultraviolettstrahlen mit einer hohen Simulation eines solaren ultravioletten optischen Leistungsspektrums gemäß den Merkmalen der vorliegenden Offenbarung bereitstellt, für einen effektiven Bestrahlungsbereich Ultraviolettstrahlen mit einer hohen Bestrahlungsintensität bereitstellen, die einen Superbeschleunigungseffekt ausüben können, der durch eine herkömmliche Testvorrichtung für beschleunigte Bewitterung nicht erreicht werden kann.
Nach der vorliegenden Offenbarung wurden die Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Offenbarung dadurch nachgewiesen, dass ein Lampenkolben zur ultravioletten Sonnensimulation bereitgestellt werden kann, der im Vergleich zu einer herkömmlichen Bewitterungstesttechnik durch hochintensive ultraviolette Bestrahlung einer Probe ohne thermische Verformung oder thermische Schädigung und eine Plasmalichtquelle, die den Lampenkolben verwendet, eine deutlich verbesserte Beschleunigung ermöglicht.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der vorangehenden Offenbarung dazu, ein ferneres Verständnis der technischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und daher ist die vorliegende Offenbarung nicht so auszulegen, als sei sie auf die Zeichnung beschränkt.

1 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis veranschaulicht, das durch den Vergleich der optischen Energiespektren von Sonnenlicht und herkömmlicher Bewitterungstest-Lichtquellentechnik ermittelt wurde.
2 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis veranschaulicht, das durch den Vergleich der optischen Energiespektren von Sonnenlicht und herkömmlicher superbeschleunigter Bewitterungstest-Lichtquellentechnik ermittelt wurde.
3 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis veranschaulicht, das durch den Vergleich optischer Energiespektren von Sonnenlicht und einer lichtemittierenden Plasmalampe herkömmlicher Technik sowie eines optischen Energiespektrums einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ermittelt wurde.
4 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis veranschaulicht, das durch den Vergleich der Wirkungen der Temperaturregelung (Strahlungstemperatur eines Schwarztafelthermometers) einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit der herkömmlichen Technik ermittelt wurde.
5 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis veranschaulicht, das durch den Vergleich eines Spektrums einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit einem optischen Leistungsspektrum der Sonne ermittelt wurde.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein luftgekühltes Strukturdesign eines Lampenmoduls veranschaulicht, das in einer lichtemittierenden Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation verwendet werden kann, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird die vorliegende Offenbarung detailliert beschrieben. Vor der Beschreibung sollte verstanden werden, dass die in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendeten Begriffe nicht als auf allgemeine und wörterbuchmäßige Bedeutungen beschränkt ausgelegt werden sollten, sondern basierend auf den Bedeutungen und Konzepten, die den technischen Aspekten der vorliegenden Offenbarung entsprechen, auf der Grundlage des Prinzips interpretiert werden sollten, dass es dem Erfinder ermöglicht wird, Begriffe zur besten Erklärung angemessen zu definieren.
Daher ist die hierin vorgeschlagene Beschreibung nur ein vorteilhaftes Beispiel zum Zwecke der Veranschaulichung, das den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken soll, sodass andere Äquivalente und Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Hochleistungs-Ultraviolett-Lampenkolben bereitzustellen, der für Anwendungen verwendet werden kann, bei denen es wünschenswert ist, so wenig sichtbare und infrarote Strahlen wie möglich in eine industrielle Vorrichtung, ein Produkt oder eine Einrichtung einzuschließen, die ultraviolette Sonnenstrahlen benötigen.
Im Detail kann der Kolben der vorliegenden Offenbarung die Photodegradation eines chemischen Materials realistisch reproduzieren, da ein Lichtquellenspektrum, das durch Verwendung eines üblichen Tageslichtfilters zum Blockieren von ultravioletten Strahlen von 300 nm oder weniger gebildet wird, mit einer ultravioletten Region eines Sonnenlichtspektrums übereinstimmt und sichtbare und infrarote Strahlen, die als Wärmestrahlungsquellen wirken, stark reduzieren kann und einen beschleunigten Photodegradationstest mit hoher Beschleunigung ermöglichen kann, während thermische Schäden, die durch Wärmestrahlung erzeugt werden, in einer Probe minimiert werden, selbst wenn eine hohe ultraviolette Bestrahlungsintensität verwendet wird.
Während die herkömmliche Technik ( KR 101303691 B1 ) einen kleinen Bestrahlungsbereich von etwa 31 cm² aufweist, in dem eine Lampe eine kleine Probe prüfen muss, hat die vorliegende Technik eine kommerzielle Wirksamkeit, die in der Lage ist, hochintensive ultraviolette Strahlen, die 600 W/m² (basierend auf 300 bis 400 nm integrierter Intensität) entsprechen, auf einen Bestrahlungsbereich von 2.500 cm² abzustrahlen, was bis zum 80-fachen der herkömmlichen Technik beträgt.
Im Gegensatz zu einer realen Sonneneinstrahlungsumgebung ermöglicht ein herkömmliches Testverfahren (SAE J1960/2527, ASTM G155 Cy.7), das einige kurzwellige Sonnenstrahlen von 300 nm oder weniger zulässt, keine realistische Simulation, da ein Filtersystem einige kurzwellige ultraviolette Sonnenstrahlen einschließt, die nicht im Sonnenlicht enthalten sind. Die ultraviolette Sonnensimulation ist wichtig für einen beschleunigten Bewitterungstest (Accelerated Testing, Ulrich Schulz, European Coatings Tech Files, S. 119).
Aus diesem Grund wurde in jüngster Zeit versucht, bei Verwendung einer Xenon-Bogenlichtquelle zur Verbesserung der ultravioletten Sonnensimulation einen speziellen Tageslichtfilter für eine genauere Simulation der ultravioletten Sonnenstrahlen (ASTM D7869:2013) oder eine neue Lichtquelle mit hoher ultravioletter Sonnensimulation (10-1303691) zu verwenden.
3 veranschaulicht ein Ergebnis, das durch den Vergleich eines optischen Leistungsspektrums der Sonne mit einem optischen Leistungsspektrum einer elektrodenlosen Plasmalampe ermittelt wurde, die von den gegenwärtigen Erfindern in der herkömmlichen Erfindung bereitgestellt wird (koreanisches Patent Nr. 10-1303691 ), und es wird festgestellt, dass die herkömmliche Technik eine optische Energiesimulation in einer ultravioletten Wellenlängenregion von 290 bis 400 nm aufweist und die optische Energie der sichtbaren und infraroten Langwellenlängenstrahlen geringer ist als die des Sonnenlichts.
Aufgrund dieses Merkmals können selbst bei erhöhter ultravioletter Bestrahlungsintensität, da die Bestrahlungsintensität der entsprechenden langwelligen sichtbaren und infraroten Strahlen weniger stark erhöht ist als die des Sonnenlichts und einer Xenon-Bogenlampe, thermische Schäden und thermische Verformungen eines chemischen Materials, die bei einem Test mit hoher Bestrahlungsintensität auftreten, vermieden werden.
Dementsprechend sind die Eigenschaften der Lampen der vorliegenden Offenbarung, dass der Anteil der sichtbaren und infraroten Strahlen geringer ist als der der ultravioletten Strahlen, Lampeneigenschaften, die einer Anforderung der Superbeschleunigungstesttechnologie entsprechen, um die Testbeschleunigung durch Erhöhung der Bestrahlungsintensität zu verbessern.
Allerdings zeigt das optische Energiespektrum der herkömmlichen Erfindung (10-1303691) von 3 einen höheren Anteil an ultravioletten Strahlen im Vergleich zu sichtbaren und infraroten Strahlen als das Sonnenlicht und Xenon-Bogenlampe, hat aber immer noch einen großen Anteil an sichtbaren Strahlen, und damit das optische Energiespektrum nicht erreichen, eine ultraviolette Lampe für wünschenswert ultraviolette Sonnensimulation.
Ein weiteres Problem der herkömmlichen Technik ist der starke diskontinuierliche Einbruch des Spektrums im Bereich von 290 bis 400 nm, einer ultravioletten Wellenlängenregion der Sonne, der die Sonnensimulation beeinträchtigt.
Eine solche tiefe Senke bei 320 bis 340 nm ist eine einzigartige Eigenschaft einer in der herkömmlichen Technik verwendeten Plasmalampe, wodurch die Simulation des optischen Energiespektrums des natürlichen Sonnenlichts stark beeinträchtigt wird.
Dementsprechend kann die Lichtquelle einen signifikanten Fehler bei der Simulation von ultravioletten Sonnenstrahlen bei der Photodegradation und photochemischen Reaktion einer chemischen Komponente verursachen, die eine empfindliche Wellenlängenabhängigkeit in einer Wellenlängenregion von 320 bis 340 nm aufweist.
Die Einwirkung von Licht, Wärme und Feuchtigkeit sind die Hauptursachen für die Degradation bei der Photodegradation im Laufe der Zeit, in der ein chemisches Material wie Kunststoff über einen längeren Zeitraum einer Umgebung im Freien ausgesetzt ist, wobei eine Komponente, die einer ultravioletten Wellenlängenregion des Sonnenlichts entspricht, bekanntermaßen der wahrscheinlichste Faktor für die Degradation der physikalischen Eigenschaften ist.
Dementsprechend ist das Überstimmen der Eigenschaften einer Lichtquelle für einen beschleunigten Test zur Simulation einer Außenumgebung mit den Eigenschaften der ultravioletten Sonnenstrahlen der wichtigste Faktor bei dem beschleunigten Photodegradationstest für die Außenumgebung.
Da ein chemisches Material nach seiner molekularen Struktur ein einzigartiges Absorptionsspektrum im ultraviolett-sichtbaren Bereich (UV-VIS) aufweist und die Eigenschaften der Photodegradation, die einer ultravioletten Lichtquelle entsprechen, je nach den Eigenschaften der Ultraviolettabsorption variieren, kann nur ein beschleunigter Beständigkeitstest unter Verwendung einer künstlichen Lichtquelle, die mit dem in einer Verwendungsumgebung gegebenen optischen Leistungsspektrum übereinstimmt, dasselbe Photodegradationsergebnis reproduzieren.
Denn ein Aktivierungsspektrum nach der Überlappung zwischen den Eigenschaften der Ultraviolettabsorption eines entsprechenden chemischen Materials und dem optischen Energiespektrum des Sonnenlichts bestimmt die tatsächlichen Photodegradationseigenschaften.
Eine künstliche Lichtquelle, die ein ultraviolettes Spektrum aufweist, das nicht mit dem optischen Leistungsspektrum des Sonnenlichts übereinstimmt, erzeugt ein Aktivierungsspektrum, das nicht mit der in einer tatsächlich verwendeten Umgebung gegebenen Photodegradation übereinstimmt, wodurch ein Fehler verursacht wird, der nicht dem tatsächlichen Degradationsmechanismus entspricht.
Obwohl es mehrere Gründe für eine Diskrepanz beim Photodegradationsverfahren zwischen einer herkömmlichen künstlichen Lichtquelle für einen Test (z.B., eine Kohlebogenlampe, eine Ultraviolett-Leuchtstofflampe, eine Halogenmetalldampflampe oder eine Xenon-Bogenlampe), die zur Simulation der Photodegradation verwendet wird, und dem optischen Ultraviolett-Leistungsspektrum einer tatsächlichen Lichtquelle, die die Photodegradation eines chemischen Materials in einer Anwendungsumgebung verursacht, geben kann, so ist doch der wichtigste Faktor die Diskrepanz eines Degradationsmechanismus, der auftritt, wenn das optische Ultraviolett-Leistungsspektrum einer in einer Testvorrichtung verwendeten Lichtquelle und das optische Leistungsspektrum von ultravioletten Sonnenstrahlen nicht übereinstimmen.
Bei der Sterilisation, einer Aushärtungsvorrichtung, einer Belichtungsvorrichtung und der Aktivierung eines photokatalytischen Materials, wenn es technisch wichtig ist, eine ultraviolette Umgebung zu simulieren, ist eine solche ultraviolette Sonnensimulation ohne Ausnahme erforderlich.
Dieses Prinzip gilt nicht nur für den Bereich der beschleunigten Bewitterungsprüfung eines chemischen Materials, sondern auch für künstliche Sonnenbäder, die Reptilienzucht, das Pflanzenwachstum und verschiedene Sterilisationsverfahren, die eine ultraviolette Sonnensimulation erfordern.
Ein weiterer Degradationsfaktor, der die langfristige Degradation eines chemischen Materials in der tatsächlichen Verwendungsumgebung bestimmt, ist der Einfluss von Wärme. Da bekannt ist, dass Wärme und Licht, einschließlich ultravioletter Strahlen, eine wechselseitige synergetische Wirkung bei der Bestimmung des Mechanismus und der Geschwindigkeit der Degradation eines chemischen Materials im Laufe der Zeit aufweisen, sollte ein beschleunigter Bewitterungstest, der die tatsächliche Reproduzierbarkeit der Degradation gewährleisten kann, nicht nur die ultraviolette Sonnensimulation eines ultravioletten optischen Spektrums, sondern auch den Einfluss der von einer Lampe erzeugten Strahlungswärme auf die Temperatursteuerung des Tests berücksichtigen.
Testgeräte, die eine Xenon-Bogenlampe verwenden, die für ihre ultraviolette Sonnensimulation bekannt sind, können als repräsentative konventionelle Testgeräte für die beschleunigte Bewitterung Schwierigkeiten bei der Steuerung der Testtemperatur durch Strahlungswärme aufweisen, da die Lichtquelle eine relativ große Menge an Infrarotstrahlen erzeugt.
Obwohl ein Verfahren für die beschleunigte Bewitterung, bei dem die Intensität der ultravioletten Bestrahlung erhöht wird, als Teil eines superbeschleunigten Testverfahrens zur Verkürzung der Bewitterungszeit technische Beachtung findet, wird bei der Erhöhung der Intensität der ultravioletten Bestrahlung durch Verwendung einer Xenon-Bogenlampe die von der Lampe erzeugte Wärme in einem inneren Raum des Testgeräts akkumuliert, so dass es sehr schwierig ist, die Temperatur bei einem Test mit hoher Lichtintensität zu kontrollieren.
Selbst wenn die Innentemperatur einer Vorrichtung durch eine Kühlvorrichtung gesenkt wird, um dieses Problem zu lösen, kann die Temperatur der Oberfläche einer Probe auf eine hohe Temperatur ansteigen, bei der thermische Schäden aufgrund der direkt von der Lampe ausgestrahlten Strahlungswärme auftreten, und daher weist die Prüftechnik der Xenon-Bogenlampe, die hochintensive ultraviolette Strahlen abgibt, aufgrund des Anstiegs der Strahlungswärme eine technische Einschränkung auf.
Dementsprechend hat das herkömmliche Testgerät für die beschleunigte Bewitterung, das die Xenon-Bogenlampe verwendet, Schwierigkeiten, hochintensive ultraviolette Strahlen für die Super-Beschleunigung einzusetzen, und im Gegenteil, die Ultraviolett-Leuchtstofflampe und die Halogenmetalldampflampe, in denen der Anteil der ultravioletten Strahlen hoch ist, haben keine ultraviolette Sonnensimulation aufzuweisen.

Tabelle 1 zeigt die Verteilung des ultravioletten Spektrums für jede Region des Sonnenlichts und der herkömmlichen Technik, und der Zahlenwert ist die integrierte Bestrahlungsstärke in %. [Tabelle 1]

	Sonnenlicht (ASTM G173)	Beispiel 1¹⁾	Vergleichsbei spiel 1²⁾	Vergleichsbei spiel 2³⁾	Vergleichsbei spiel 3⁴⁾	Vergleichsbei spiel 4⁵⁾
Abteilung		LEP1	Xe	10-1303691	UVA340	Metallisierun g
ISO 4892-2 Konformität Tabelle 2)		Geeignet	Geeignet	Geeignet	Ungeeignet	Ungeeignet
UV/VIS(%)⁶⁾	7,8	83,5	10,5	8,8	700,3	77,7
1) Elektrodenlose lichtemittierende Plasmalampe unter Verwendung eines Kolbens der vorliegenden Offenbarung
2) ISO 4892-2, Verfahren A, Xenon-Bogenlampe mit Tageslichtfilter
3) Elektrodenlose lichtemittierende Plasmalampe nach herkömmlicher Erfindung (koreanisches Patent 1303691)
4) Repräsentative Ultraviolett-Leuchtstofflampe (UVA 340)
5) Halogenmetalldampflampe mit 295-nm-Sperrfilter
6) Σ(290-400 nm)X100 / Σ(400-850 nm)

Tabelle 2 zeigt ein Ergebnis, das durch den Vergleich der oberen und unteren Grenzwerte einer in ISO 4892-2 Tabelle 1 spezifizierten solaren ultravioletten Komponente mit Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 ermittelt wurde (integrierte Bestrahlungsstärke, %). [Tabelle 2]

Region (nm)	Untergrenze	Obergrenze	Beispiel 1	Vergleichsbei spiel 1	Vergleichsbei spiel 2	Vergleichsbei spiel 3	Vergleichsbei spiel 4
λ < 290	0	0,15	0,10	0,01	0,10	0,10	0,15
290 ≤ λ ≤ 320	2.6	7,9	5,9	5,4	6,9	8,0	6,1
320 ≤ λ ≤ 360	28,2	39,8	33,7	38,2	31,9	63,9	26,8
360 ≤ λ ≤ 400	54,2	67,5	60,3	56,4	59,2	27,8	66,9

Da die Xenon-Bogenlampe einen geringen Anteil an ultravioletten Strahlen in einem gesamten optischen Energiespektrum aufweist, das sich in ultraviolette, sichtbare und infrarote Strahlen verteilt, kann, wenn Licht des gesamten optischen Energiespektrums mit hoher Intensität ausgestrahlt wird, um die Bestrahlungsintensität zu erhöhen, übermäßige Strahlungswärme auf die Oberfläche einer Probe übertragen werden, und chemische und biochemische Materialien, die wärmeempfindlich sind, können durch unerwünschte thermische Verformung oder thermische Degradation thermische Schäden erleiden.
Wenn ein optischer Filter verwendet wird, der ultraviolette Strahlen durchlässt und sichtbare und infrarote Strahlen selektiv blockiert, um dieses Problem zu vermeiden, kann die direkt auf die Oberfläche der Probe gerichtete Strahlungswärme zwar reduziert werden, aber die Eigenschaften des optischen Leistungsspektrums einer ultravioletten Region können aufgrund der Verwendung eines speziellen Bandpassfilters verzerrt werden, und da ein Temperaturanstieg in einer Vorrichtung aufgrund der durch den Filter blockierten Strahlungswärme unvermeidlich ist, lassen sich Schwierigkeiten bei der Kontrolle einer Prüftemperatur grundsätzlich kaum vermeiden.
Andererseits kann ein Testgerät für die beschleunigte Bewitterung, das die Ultraviolett-Leuchtstofflampe verwendet, thermische Schäden durch hochintensive Strahlungswärme vermeiden, da das Licht der sichtbaren und infraroten Wellenlängenregion nicht in das ausgestrahlte Licht eingeschlossen ist. Allerdings ist es aufgrund der Beschaffenheit der Leuchtstofflampe schwierig, Licht mit hoher Energie auszustrahlen, und es ist schwierig, ultraviolette Strahlen mit hoher Intensität für einen Test zu verwenden, da die morphologischen Eigenschaften der Lampe, in der die Lampe lang ist, und somit die Emissionsmerkmale strukturell verteilt sind.
Ein grundsätzlicheres Problem der Ultraviolett-Leuchtstofflampe besteht jedoch darin, dass die Lampe nicht den gesamten ultravioletten Wellenlängenbereich der Sonne von 290 bis 400 nm simulieren kann und somit eine Einschränkung bei der ultravioletten Sonnensimulation aufweist.
Da die Ultraviolett-Leuchtstofflampe, wie beispielsweise die UVA340-Lampe in 1, nur ein ultraviolettes optisches Energiespektrum eines schmalen Wellenlängenbandes mit einem Maximalwert bei 313 nm, 340 nm und 351 nm ausstrahlt und somit möglicherweise nicht das gesamte ultraviolette Wellenlängenband der Sonne simuliert, kann die Lampe möglicherweise nicht viele Photodegradationsmechanismen reproduzieren, die auf ultraviolette Wellenlängen empfindlich reagieren, wie dies bei der tatsächlichen natürlichen Degradation der Fall ist.
Dementsprechend genügen die herkömmlichen Lichtquellen für Bewitterungstests nicht den Anforderungen an eine ultraviolette Sonnenlichtquelle, die für einen superbeschleunigten Photodegradationstest erforderlich ist, dass der Anteil der sichtbaren und infraroten Strahlen, die aufgrund von Strahlungswärme durch hochintensive Bestrahlung thermische Schäden an einem Testmaterial verursachen, ausreichend gesenkt werden sollte, während eine Simulation in einer solaren ultravioletten Region stattfindet.
Die Merkmale der vorliegenden Offenbarung, dass die Sonnenlichtsimulation in einer gesamten solaren ultravioletten Region erfüllt ist und eine ultraviolette Sonnenbestrahlung mit einer hohen Bestrahlungsintensität zu erwarten ist, ohne dass thermische Schäden zu befürchten sind, selbst bei hochintensiver Lichtbestrahlung, indem der Anteil sichtbarer und infraroter Strahlen so weit wie möglich gesenkt wird, können auf verschiedene Bereiche angewandt werden, wie beispielsweise Sterilisation, Aushärtung und Belichtung und photochemische Reaktion durch ultraviolette Sonnenbestrahlung sowie die Verbesserung der Beschleunigung eines Bewitterungstests.

Eine ultraviolette Sonnensimulationslichtquelle nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine ultraviolette Sonnensimulationslichtquelle, in der eine Strahlungswärmequelle in einem sichtbaren und infraroten Bereich reduziert ist, und wenn eine Bestrahlungsintensität von 340 nm in einer optischen Leistungsspektrumsverteilungstabelle der Lichtquelle auf 1 normiert ist und eine Bestrahlungsintensität von 340 nm in einem optischen Leistungsspektrum des Sonnenlichts basierend auf ASTM G173 ebenfalls auf 1 normiert ist, ist eine mittlere quadratische Wurzelabweichung eines Intervalls von 1 nm in einer ultravioletten Region von 290 bis 400 nm 0,26 (ultraviolette Sonnensimulation) nahe 0,20 einer Xenon-Bogenlampe unter Verwendung eines speziellen Tageslichtfilters. Tabelle 3 zeigt ein Ergebnis, das durch den Vergleich der ultravioletten Sonnensimulation (die Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung im Vergleich zum natürlichen Sonnenlicht) eines von der Lichtquelle der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten Spektrums mit Spektren herkömmlicher Erfindungen ermittelt wurde. [Tabelle 3]

	Beispiel 1	Vergleichsbeisp iel 1	Vergleichsbeisp iel 2	Vergleichsbeisp iel 3	Vergleichsbeisp iel 4
Abteilung	LEP1	Xe	Herkömmliche Erfindung (10-1303691)	-UVA340	Metallisierung
Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung ¹)	0,26	0,20	0,37	0,64	1,33

1) Formel zur Berechnung der Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung, $R M S D = \sqrt{\frac{\sum_{i - 1}^{n} {(x_{1 i} - x_{21})}^{2}}{n}}$
Außerdem beträgt bei der ultravioletten Sonnensimulationslichtquelle der vorliegenden Offenbarung, wenn die Gesamtsumme der integrierten Bestrahlungsstärken der ultravioletten Strahlen von 400 nm oder weniger 100 % beträgt, der Anteil einer integrierten Bestrahlungsstärke einer Region von weniger als 290 nm 0,15 % oder weniger, der Anteil einer integrierten Bestrahlungsstärke einer Region von 290 nm oder mehr und weniger als 320 nm 2,6 % oder mehr und 7,9 % oder weniger, der Anteil einer integrierten Bestrahlungsstärke einer Region von 320 nm oder mehr und weniger als 360 nm beträgt 28,2 % oder mehr und 39,8 % oder weniger, und der Anteil einer integrierten Bestrahlungsstärke einer Region von 360 nm oder mehr und weniger als 400 nm beträgt 54,2 % oder mehr und 67,5 % oder weniger, und somit erfüllt die Lampe die Ober- und Untergrenzen der internationalen Norm (ISO 4892-2 : 2013), die die Simulation einer spektralen Verteilung eines ultravioletten Sonnenspektrums vorschreibt.
Darüber hinaus ist die ultraviolette Sonnensimulationslichtquelle der vorliegenden Offenbarung eine ultraviolette Sonnensimulationslichtquelle, bei der auch ohne die Verwendung eines optischen Filters zum Blockieren sichtbarer und infraroter Strahlen bei Verwendung der gleichen ultravioletten Dosis eine integrierte Intensität einer sichtbaren und infraroten Region von 400 bis 850 nm gleich oder weniger als 1/5 einer integrierten Intensität einer sichtbaren und infraroten Region eines Standardsonnenspektrums (ASTM G173, AM 1. 5G) und üblicherweise weniger als 11 %, sodass eine Strahlungswärmequelle besonders reduziert wird.
Eine Plasmalampe der vorliegenden Offenbarung ist eine ultraviolette Sonnensimulationslichtquelle, in der eine Strahlungswärmequelle einer sichtbaren und infraroten Region reduziert ist, und weil die Plasmalampe der vorliegenden Offenbarung eine elektrodenlose lichtemittierende Plasmalampe verwendet, die Licht durch Anregung eines lichtemittierenden Materials in einen Plasmazustand mit Hochfrequenzentladung ausstrahlt, gehört die Plasmalampe zu der Kategorie von Technologie, die auf eine elektrodenlose Plasmalampe der herkömmlichen Technik angewendet wird.
Dementsprechend kann Entladungsgas, das in der elektrodenlosen Plasmalampe der herkömmlichen Technik verwendet wird, d. h. Neon-, Argon-, Krypton- und Xenongas, verwendet werden, und insbesondere können Argon- und Xenongas als Entladungsgasmaterial verwendet werden.
Da jedoch nach der vorliegenden Offenbarung ein erstes lichtemittierendes Material mindestens eines von Quecksilber (Hg) und Quecksilberjodid (HgI₂) einschließt und ein zweites lichtemittierendes Material eine kleine Menge Schwefel einschließt, kann die vorliegende Offenbarung ein einzigartiges ultraviolettes Spektrum erstellen, das sich von einem Emissionsspektrum der herkömmlichen Plasmalampe, die Quecksilber und Schwefel verwendet, unterscheidet.
Dieses ultraviolette Spektrum ist kein Spektrum, das durch einfaches Mischen eines optischen Energiespektrums erwartet werden kann, das durch die herkömmliche Plasmalampe erzeugt wird, die Quecksilber und Schwefel als lichtemittierende Materialien verwendet, und um eine ausgezeichnete ultraviolette Sonnensimulation der vorliegenden Offenbarung zu erreichen, sollte ein durch die vorliegende Offenbarung bereitgestelltes Zusammensetzungsverhältnis von lichtemittierenden Materialien erfüllt werden.
Nachfolgend werden die Bedingungen für eine lichtemittierende Materialzusammensetzung, die durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellt wird, detailliert beschrieben.
Nach der vorliegenden Offenbarung schließt ein erstes lichtemittierendes Material mindestens eines von Quecksilber (Hg) und Quecksilberjodid (HgI₂) ein. Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Gehalt an mindestens einem der Stoffe Quecksilber (Hg) und Quecksilberiodid (HgI₂), der in das erste lichtemittierende Material eingeschlossen ist, basierend auf einem Gewichtsverhältnis das 10- bis 30-fache oder das 10- bis 20-fache oder das 12,5- bis 18-fache oder das 10- bis 12,5-fache oder das 12,5- bis 30-fache des in dem zweiten lichtemittierenden Material verwendeten Schwefelgehalts betragen.
Eine geringe Menge Schwefel, die als zweites lichtemittierendes Material verwendet wird, kann dazu führen, dass ein kurzwelliges ultraviolettes Spektrum außerhalb des ultravioletten Bereichs der Sonne, das von Quecksilber oder einer Mischung aus Quecksilber und Quecksilberjodid, die als erstes lichtemittierendes Material verwendet wird, erzeugt wird, in den ultravioletten Bereich der Sonne verschoben wird, und dass ein diskontinuierliches Spektrum in ein kontinuierliches Spektrum wie ultraviolette Sonnenstrahlen umgewandelt wird.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Gehalt an dem ersten lichtemittierenden Material, das in einen Kolben eingespritzt wird, auch das 10- bis 30-fache des Schwefelgehalts des zweiten lichtemittierenden Materials betragen. Innerhalb dieses durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellten Inhaltsbereichs können verschiedene Wirkungen hinsichtlich der Stabilität der Lichtemission, des Ausschlusses von sichtbarem und infrarotem Licht und der Steuerung der Oberflächentemperatur einer Abdeckung des Kolbens ermittelt werden.
Im Einzelnen kann nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Kolbenabdeckung für einen elektrodenlosen Plasmalampensatz, der eine Hochenergie-Hochfrequenzentladung von 1 kW oder mehr verwendet, eine Kugel- oder Stabform mit einem Innendurchmesser von 30 bis 50 mm aufweisen. In die Kolbenabdeckung können Entladungsgas wie Argon und Xenon sowie das erste und das zweite lichtemittierende Material zusammen als lichtemittierendes Material eingespritzt werden.
Das erste lichtemittierende Material kann mindestens eines von Quecksilber und Quecksilberjodid einschließen.
Der Gehalt des ersten lichtemittierenden Materials ist mit dem Gehalt des zweiten lichtemittierenden Materials verknüpft, und eine Änderung der Form des Spektrums, der Bestrahlungsstärke und der Temperatur der Oberfläche des Kolbens hängt von einer Änderung des Verhältnisses zwischen dem Gehalt des ersten und des zweiten lichtemittierenden Materials ab.
Auch wenn Quecksilber und Quecksilberjodid zusammen als erstes lichtemittierendes Material verwendet werden, können optimale Zustände für die Einstellung einer spektralen Form einer ultravioletten Region und die Stabilisierung der Eigenschaften des Lampenkolbens nach einem Mischungsverhältnis von Quecksilber und Quecksilberjodid bereitgestellt werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Mischungsverhältnis von Quecksilber und Quecksilberiodid 1:0,2 bis 1:5,0 oder 1:0,2 bis 1:3,0 oder 1:1 bis 1:2,5 oder 1:1,5 bis 2,33 oder 1:0,2 bis 1:2,33 oder 1:2,33 bis 1:5,0 basierend auf einem Gewichtsverhältnis betragen.
Wenn das Verhältnis von Quecksilberjodid zu Quecksilber zunimmt, weil die Langwellenlängenverschiebung in einer gesamten Spektralform auftritt und eine ultraviolette Wellenlänge, bei der die Emission beginnt, sich zu einer längeren Wellenlänge hin bewegen kann, können kurzwellige ultraviolette Strahlen von 290 nm oder weniger, die nicht in den ultravioletten Sonnenstrahlen eingeschlossen sind, reduziert werden, aber der Gesamtanteil der ultravioletten Strahlen kann abnehmen und der Anteil der sichtbaren Strahlen kann zunehmen. Dementsprechend kann der Lampenkolben mit einem optimierten Spektrum durch die einzigartige Steuerung des Mischungsverhältnisses hergestellt werden, die in der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
Liegt das Mischungsverhältnis unter diesem Wert, kann die Mischwirkung von Quecksilberjodid unzureichend sein, und bei einem Mischungsverhältnis über diesem Wert kann eine ähnliche Spektralform ermittelt werden wie bei der Verwendung von Quecksilberjodid allein.
Das zweite lichtemittierende Material kann Schwefel einschließen, und nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das zweite lichtemittierende Material Schwefel sein. Wenn die Menge an Schwefel gleich oder größer als 1/30 der Zugabemenge an Quecksilber und Quecksilberjodid ist, die basierend auf einem Gewichtsverhältnis das erste lichtemittierende Material sind, kann ein durch Quecksilber und Quecksilberjodid erstelltes streifenförmiges diskontinuierliches Spektrum in ein kontinuierliches Spektrum wie ultraviolette Sonnenstrahlen umgewandelt werden. Wenn die Menge an Schwefel gleich oder weniger als 1/10 der Zugabemenge an Quecksilber und Quecksilberjodid ist, die basierend auf einem Gewichtsverhältnis das erste lichtemittierende Material sind, können die sichtbaren lichtzentrierten Strahlungseigenschaften einer Schwefelplasmalampe unterdrückt werden und ultraviolette Strahlungseigenschaften mit hoher ultravioletter Sonnensimulation erreicht werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein neuer elektrodenloser Plasma-Ultraviolett-Lampenkolben hoher Energie für die ultraviolette Sonnensimulation bereitgestellt werden, bei dem die Spektrumsimulation für ultraviolette Sonnenstrahlen in einem Bereich von 290 bis 400 nm durch Optimierung der Zusammensetzung, des Gehalts, und des Mischungsverhältnisses des ersten lichtemittierenden Materials und des zweiten lichtemittierenden Materials hervorragend ist und der Anteil der sichtbaren und infraroten Strahlen, die Wärmestrahlungsquellen sind, die bei einer hohen Bestrahlungsintensität thermische Schäden an einem Testmaterial verursachen können, viel geringer ist als bei der herkömmlichen Technik.
5 veranschaulicht ein Ergebnis, das durch den Vergleich eines standardmäßigen optischen Leistungsspektrums des Sonnenlichts (rote durchgezogene Linie) mit optischen Leistungsspektren (blaue und grüne durchgezogene Linien) von elektrodenlosen Plasmalampen gemäß der Verwendung eines Lampenkolbens zur ultravioletten Sonnensimulation der vorliegenden Offenbarung und eines Tageslichtfilters zur Blockierung ultravioletter Strahlen von 300 nm oder weniger ermittelt wurde.
Da ein Plasmalampenspektrum, das von dem in der vorliegenden Offenbarung vorgesehenen und in 5 blau dargestellten Lampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation bereitgestellt wird, kurzwellige ultraviolette Strahlen von 300 nm oder weniger einschließt, kann die Lampe leicht ein ultraviolettes Sonnensimulationsspektrum der vorliegenden Offenbarung bereitstellen, das grün dargestellt ist, indem ein üblicherweise verwendeter Tageslichtfilter (Filter zum Blockieren einer ultravioletten Wellenlänge von 300 nm oder weniger) verwendet wird.
Ein grünes optisches Energiespektrum, das einen Tageslichtfilter der vorliegenden Offenbarung verwendet, zeigt eine ähnliche Simulation wie die ultraviolette Sonnensimulation einer Xenon-Bogenlampe unter Verwendung eines Tageslichtfilters, von dem bekannt ist, dass er eine ausgezeichnete ultraviolette Sonnensimulation in einer ultravioletten Region von 290 bis 40 nm aufweist.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, beträgt das Verhältnis der ultravioletten Strahlen von 290 bis 400 nm in einem optischen Energiespektrum eines Standard-Sonnenlichts von 3 7,8 % in Bezug auf den spektralen Integrationsbereich der sichtbaren Strahlen und einiger Infrarotstrahlen in einem Bereich von 400 bis 850 nm, und beträgt das Verhältnis der ultravioletten Strahlen der herkömmlichen Erfindung 8,8 %, während das Verhältnis der ultravioletten Strahlen in einem optischen Energiespektrum unter Verwendung eines Tageslichtfilters gemäß der vorliegenden Offenbarung basierend auf demselben Standard sogar 83,5 % beträgt.
Mit anderen Worten, wenn die gleiche Menge an ultravioletten Strahlen eingestrahlt wird, empfängt der Kolben zur ultravioletten Sonnensimulation der vorliegenden Offenbarung nur eine geringe Menge an sichtbaren Strahlen, die etwa 11 % des Sonnenlichts entspricht.
Ebenso, da der Kolben zur ultravioletten Sonnensimulation der vorliegenden Offenbarung kaum Licht in einem Infrarot-Wellenlängenbereich von mehr als 850 nm enthält, wird ferner das Verhältnis zwischen ultravioletter Strahlung und Sonnenlicht des ultravioletten Lampenkolbens erhöht, wenn der Wellenlängenbereich auf einen Infrarot-Strahlenbereich erweitert wird.
Der Kolben zur ultravioletten Sonnensimulation der vorliegenden Offenbarung, bei dem der Anteil der gleichzeitig empfangenen sichtbaren und infraroten Strahlen nicht erhöht wird, selbst wenn eine hohe Dosis ultravioletter Strahlen eingestrahlt wird, kann für eine Hochleistungslampe verwendet werden und kann eine optimierte Leistung für Anwendungen ausführen, bei denen superbeschleunigte Bewitterungs- und Lichtbeständigkeitstests mit einem relativ hohen Anteil ultravioletter Strahlen durchgeführt werden.
Im Falle von Sonnenlicht und einer Xenon-Bogenlichtquelle, die das Sonnenlicht simuliert, erhöht sich bei einem hohen Anteil an ultravioletten Strahlen auch der Empfang von sichtbaren und infraroten Strahlen, was zu einer thermischen Schädigung und thermischen Verformung einer Probe durch Strahlungswärme führt.
Aufgrund dieses Problems können schwarze oder dunkle Kunststoffe mit hoher Strahlungsenergieabsorption in Allzweckkunststoffen mit einer relativ niedrigen thermischen Verformungstemperatur wie Polyethylen und ABS nicht für einen beschleunigten Bewitterungstest mit einer Ultraviolettdosis von 180 W/m²(3-Sonne) oder mehr basierend auf einem ultravioletten Integrationsbereich von 290 bis 400 nm mit der herkömmlichen Technik verwendet werden.
Wenn der Zustand der übermäßigen Abkühlung der Oberfläche einer Probe verwendet wird, um eine thermische Verformung zu vermeiden, besteht das Problem, dass die Photodegradation, wie sie in der Praxis im Freien auftritt, nicht reproduziert werden kann (Referenzdokument: Journal of Polymers, Bd. 2016, Artikel-ID 6539567, 14 Seiten, 2016).
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation bereitgestellt, die den lichtemittierenden Lampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation nach einer oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einschließt.
Nach der Plasmalampe, die den in der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten Lampenkolben zur ultravioletten Sonnensimulation verwendet, wird festgestellt, dass die Intensität des Spektrums in der sichtbaren und infraroten Region im Vergleich zum natürlichen Sonnenspektrum deutlich verringert ist, was keine Wirkung ist, die durch einen Filter zur Blockierung sichtbarer und infraroter Strahlen erhalten wird, sondern auf die Emissionsmerkmale des Lampenkolbens selbst zurückzuführen ist.
Aufgrund der Wirkung der vorliegenden Offenbarung stellt die elektrodenlose Plasmalampe der vorliegenden Offenbarung einen Lampenkolben zur ultravioletten Sonnensimulation bereit, der auf eine elektrodenlose Hochleistungsplasmalampe für hochintensive ultraviolette Bestrahlung von 1 kW oder mehr angewendet werden kann, was die herkömmliche Technik nicht bereitstellt.
Die elektrodenlose Plasmalampe, die den durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellten ultravioletten Kolben verwendet, kann einen ultravioletten Kolben bereitstellen, der für eine elektrodenlose Plasmalampe verwendet werden kann, die eine Hochleistungs-Hochfrequenz-Entladung von 1 kW oder mehr verwendet, indem sie Eigenschaften bereitstellt, die für die Lichtstabilität ohne Flackern oder Zittern des Lichts und die Temperaturkontrolle einer Oberfläche eines Quarzkolbens ohne thermische Verformung geeignet sind.
Die lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation kann ein Lampenmodul einschließen, das so konzipiert ist, dass die Temperatur der äußeren Oberfläche der lichtemittierenden Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation bei 900 °C oder weniger gehalten wird.
Das Lampenmodul kann eine luftgekühlte Kühlvorrichtung einschließen, bei der ein lokales Ein- und Ausblasen auf eine Oberfläche des Kolbens durch einen Spalt zwischen einer Verbindungsstange der Abdeckung des Lampenkolbens und einem Plasmalampen-Wellenleiter oder einem Spalt in einem den Kolben umgebenden Reflektor ausgeführt wird, um die Oberflächentemperatur des lichtemittierenden Plasmalampenkolbens für die ultraviolette Sonnensimulation bei 900 °C oder weniger zu halten.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein luftgekühltes Design eines Lampenmoduls veranschaulicht, das in einer lichtemittierenden Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, und insbesondere ein luftgekühltes Design eines Lampenmoduls zur Kühlung einer Oberflächentemperatur einer Abdeckung des Lampenkolbens auf eine bestimmte Temperatur (900 °C) oder weniger veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 6 kann eine lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Kolbenabdeckung 6, einen Kolbenstab 3 zur Befestigung der Kolbenabdeckung 6, einen Hochfrequenzwellenleiter 4, in dem der Kolbenstab 3 vorgesehen ist, und eine verbindende Schraube 2 der Drehwelle zur Rotation des Kolbens, die den Hochfrequenzwellenleiter 4 mit einem Motor 1 zur Rotation des Kolbens verbindet, einschließen. In diesem Fall kann ein luftgekühltes Kühlungsverfahren verwendet werden, das es ermöglicht, Luft in Richtung der Abdeckung des Lampenkolbens 6 zu strömen, und zwar mit einer Vorrichtung zum forcierten Ausblasen in einem Verbindungsspalt zwischen der Kolbenstange 3 und dem Hochfrequenzwellenleiter 4, oder es ermöglicht den Ablauf der Kühlluft um den Lampenkolben herum, indem ein Spalt zum Ein- und Ausblasen in einem um den Lampenkolben herum vorgesehenen Reflektor gebildet wird. Ferner kann ein Metallgitter 5, das eine äußere Oberfläche der Abdeckung des Lampenkolbens 6 umgibt, bereitgestellt werden.
Das Lampenmodul schließt ein Thermometer oder einen Temperatursensor ein, der die Temperatur einer äußeren Oberfläche des Lampenkolbens misst oder feststellt, um die Temperatur der äußeren Oberfläche des Lampenkolbens zu steuern und eine Not-Aus-Funktion durchzuführen, bei der die Energie der Lampe mit Ausnahme einer Kühlvorrichtung abgeschaltet wird, wenn bei der Temperatursteuerung eine Anomalie auftritt.
Die lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation kann basierend auf der Leistungsaufnahme für eine Hochleistungsplasmalampe von 1 kW oder mehr und 6 kW oder weniger verwendet werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die lichtemittierende Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation für eine Sterilisationsvorrichtung mit ultravioletter Sonnensimulation, eine optische Vorrichtung und eine Vorrichtung zur Prüfung der ultravioletten Fluoreszenz, eine Vorrichtung für die chemische Reaktion und die Aushärtung von Harzen mit Hilfe der ultravioletten Photoreaktion, eine Vorrichtung zur Schaffung einer Wachstumsumgebung für Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen sowie eine medizinische Vorrichtung zur Herstellung von Vitamin D verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des nach der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten ultravioletten Kolbens wird detailliert beschrieben, doch handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel zum besseren Verständnis eines Implementierungsprozesses der vorliegenden Offenbarung, und die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Offenbarung basieren nicht auf dem Herstellungsprozess.
Ein Material für die Abdeckung des Kolbens, das zur Herstellung des durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellten Ultraviolettkolbens verwendet wird, ist Quarzglas für eine Ultraviolettlampe, und in einem spezielleren Beispiel ist das Material für die Abdeckung des Lampenkolbens Quarzglas, dessen Dicke 2 mm beträgt und dessen Lichtdurchlässigkeit, gemessen in einem ultravioletten Wellenlängenband von 300 bis 400 nm, im Bereich von (91-94) % liegt, und es ist hitzebeständiges Quarzglas mit einer Höchsttemperatur von 1100 °C oder mehr für den Dauereinsatz. In diesem Fall wird hochreiner Quarz mit einem Wassergehalt (basierend auf der OH-Gruppe) von 30 ppm oder weniger bevorzugt.
Für die Abdeckung des Kolbens gibt es verschiedene Verfahren. Eine Abdeckung des Kolbens kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Teil eines rohrförmigen Quarzrohrs unter Hitzeeinwirkung zu einer Kugel geschmolzen wird, die der Größe eines Lampenkolbens entspricht, und eine Seite mit einem nicht hohlen Stab und die andere Seite mit einem hohlen dünnen Rohr verbunden wird.
Ein Kolben kann hergestellt werden, indem ein abgemessenes lichtemittierendes Material durch ein Rohrloch auf einer Seite der Abdeckung des Lampenkolbens eingespritzt wird, Entladungsgas wie Argon und Xenon bei einem Druck von 5 bis 300 Torr eingeleitet wird, das angeschlossene Rohr entfernt wird und es in eine Kugel- oder Stabform geschnitten und versiegelt wird.
Die Größe des zu dieser Zeit verwendeten Rohrs hängt von der Größe der Abdeckung des Kolbens ab, die schließlich hergestellt wird. Zur Herstellung einer Abdeckung des Lampenkolbens mit einem Durchmesser im Bereich von 36 bis 50 mm kann beispielsweise ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 30 bis 38 mm und einem Außendurchmesser von 32 bis 40 mm verwendet werden.
Ein Quarzrohr, das am besten verwendet werden kann, hat einen Innendurchmesser von 32 bis 36 mm und einen Außendurchmesser von 34 bis 38 mm, und in diesem Fall kann das Quarzrohr besser verwendet werden.
Die Rohrgröße kann jedoch je nach den Materialeigenschaften des zur Herstellung der Abdeckung des Lampenkolbens verwendeten Glases, den Prozess-Eigenschaften einer Verarbeitungsvorrichtung und den betriebsmäßigen Zuständen eines Bedieners unterschiedlich bevorzugt werden und schränkt somit die technischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung nicht ein.
Im Einzelnen sieht ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Plasmalampe für die ultraviolette Sonnensimulation des Beispiels 1, das eine Ausführungsform der oben beschriebenen vorliegenden Offenbarung darstellt, wie folgt aus.
Ein Material zur Abdeckung des Kolbens, das zur Herstellung des lichtemittierenden Plasmalampenkolbens für die ultraviolette Sonnensimulation des Beispiels 1 verwendet wurde, ist ein hochreiner Quarz mit einer Dicke von 2 mm, einer Lichtdurchlässigkeit, die in einem ultravioletten Wellenlängenband von 300 bis 400 nm gemessen wurde, von 91 bis 94 %, einer Höchsttemperatur für den kontinuierlichen Gebrauch von 1.100 °C und einem Wassergehalt (basierend auf der OH-Gruppe) von 30 ppm oder weniger.
Eine Kolbenabdeckung kann hergestellt werden, indem ein Teil eines rohrförmigen Quarzrohrs unter Hitzeeinwirkung zu einer Kugel von der Größe eines Lampenkolbens geschmolzen wird, so dass eine Seite mit einem nicht hohlen Stab und die andere Seite mit einem hohlen dünnen Rohr verbunden ist. In diesem Fall betrug der Durchmesser der Abdeckung des Lampenkolbens 40 mm, und das Rohr, das zur Herstellung der kugelförmigen Abdeckung des Lampenkolbens verwendet wurde, wies einen Innendurchmesser von 34 mm und einen Außendurchmesser von 36 mm auf.
15 mg bzw. 35 mg Quecksilber und Quecksilberjodid wurden als erstes lichtemittierendes Material zubereitet, 4 mg Schwefel als zweites lichtemittierendes Material.
Ein lichtemittierender Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation wurde hergestellt, indem das erste lichtemittierende Material und das zweite lichtemittierende Material durch ein Rohrloch auf einer Seite der Abdeckung des Lampenkolbens eingespritzt, Entladungsgas wie Argon mit einem Druck von 30 Torr geladen, das angeschlossene Rohr entfernt und in eine Kugel- oder Stabform getrimmt und versiegelt wurde.
In diesem Fall wurde der hergestellte lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation so verwendet, wie er ist, ohne einen zusätzlichen Filter (z. B. einen Tageslichtfilter), oder er wurde verwendet, indem ein Tageslichtfilter (Hersteller: Optronics, Produktname: 300 nm cut off LPF), der ultraviolette Strahlen von 300 nm oder weniger blockiert, auf den hergestellten lichtemittierenden Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation aufgebracht wurde. In diesem Fall wird die Lampe des Beispiels 1, auf die der zusätzliche Filter nicht angewandt wird, als „Beispiel 1 (Tageslichtfilter nicht angewandt)“ bezeichnet, und die Lampe des Beispiels 1, auf die der Tageslichtfilter angewandt wird, als „Beispiel 1 (Tageslichtfilter angewandt)“, wie in den 3 bis 5 gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 100832396 [0037]
KR 101936946 B1 [0040, 0041, 0080]
KR 101303691 B1 [0101]
KR 101303691 [0104]

Claims

Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation, umfassend: eine kugelförmige oder stabförmige Abdeckung des Lampenkolbens, durch die ultraviolette Strahlen durchgelassen werden können; ein in der Abdeckung des Lampenkolbens enthaltenes Entladungsgas; und ein erstes und ein zweites lichtemittierendes Material, wobei das erste lichtemittierende Material mindestens eines von Quecksilber (Hg) und Quecksilberjodid (HgI₂) umfasst, und das zweite lichtemittierende Material Schwefel (Ss) umfasst, wobei das von dem Kolben ausgestrahlte Licht eine maximale optische Leistungsdichte in einem Bereich von 395 bis 455 nm aufweist, der eine ultraviolett-sichtbare Grenzregion darstellt, wobei im Vergleich dazu bei Verwendung derselben Ultraviolettdosis in einer ultravioletten Region von 290 bis 400 nm eine integrierte Dichte einer sichtbaren und infraroten Region von 400 bis 850 nm gleich oder weniger als 1/5 einer integrierten Dichte einer sichtbaren und infraroten Region eines Standardsonnenspektrums (ASTM G173, AM 1.5G) ist.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei ein Innendurchmesser der Abdeckung des Kolbens in einem Bereich von 30 bis 50 mm liegt.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei ein Gehalt des zweiten lichtemittierenden Materials pro Volumen der Abdeckung des Kolbens im Bereich von 0,05 bis 0,5 mg/cm³ liegt.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei ein Gehalt an mindestens einem der Stoffe Quecksilber und Quecksilberiodid, die in dem ersten lichtemittierenden Material enthalten sind, basierend auf einem Gewichtsverhältnis das 10- bis 30-fache des Schwefelgehalts beträgt.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation ein lichtemittierendes Material mit Hochleistungshochfrequenzenergie mit einer Leistungsaufnahme von 1 kW oder mehr ionisiert, um Licht auszustrahlen, das ultraviolette Sonnenstrahlen eines kontinuierlichen Spektrums in einem angeregten Zustand im Plasma simuliert.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation einen Tageslichtfilter anwendet, der kurzwellige ultraviolette Strahlen von 300 nm oder weniger blockiert, sodass basierend auf einer integrierten Fläche (W/m²) eines solaren ultravioletten Wellenlängenbereichs eine Region von 290 bis 320 nm innerhalb eines Bereichs von 2,6 bis 7,9 %, eine Region von 320 bis 360 nm innerhalb eines Bereichs von 28,2 bis 39,8 % und eine Region von 360 bis 400 nm innerhalb eines Bereichs von 54,2 bis 67,5 % eingestellt sind.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Plasmalampenkolben für die ultraviolette Sonnensimulation einen maximalen Wert bei 395 bis 455 nm aufweist, der eine ultraviolettsichtbare Grenzregion ist, und ein Verhältnis einer integrierten Bestrahlungsintensität einer infraroten Region von 800 bis 2.450 nm 5 % oder weniger in Bezug auf eine integrierte Bestrahlungsintensität einer ultravioletten und sichtbaren Region von 800 nm oder weniger beträgt.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei, wenn das Quecksilber und das Quecksilberjodid als Mischung verwendet werden, ein Mischungsverhältnis von Quecksilber und Quecksilberjodid im Bereich von 1:0,2 bis 1:5 liegt.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei das Entladungsgas mindestens ein Gasmaterial aus der Gruppe Neon, Argon, Krypton und Xenongas ist.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei das Entladungsgas bei einem Ladedruck von 5 bis 300 Torr enthalten ist.
Lichtemittierender Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung des Kolbens aus Quarz oder synthetischem Quarz gebildet ist.
Lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation, umfassend den lichtemittierenden Plasmalampenkolben für ultraviolette Sonnensimulation nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 12, wobei die lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation ein Lampenmodul umfasst, das so gestaltet ist, dass es die Temperatur der äußeren Oberfläche des lichtemittierenden Plasmalampenkolbens der für ultraviolette Sonnensimulation bei 900 °C oder weniger hält.
Lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 13, wobei das Lampenmodul eine luftgekühlte Kühlvorrichtung umfasst, bei der ein lokales Anblasen und Ausblasen der Oberfläche des Kolbens durch einen Spalt zwischen einer Verbindungsstange der Abdeckung des Kolbens und einem Wellenleiter der Plasmalampe oder einen Spalt, der in einem den Kolben umgebenden Reflektor ausgebildet ist, erfolgt, um die Oberflächentemperatur des lichtemittierenden Plasmalampenkolbens für ultraviolette Sonnensimulation bei 900 °C oder weniger zu halten.
Lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 13, wobei das Lampenmodul ein Thermometer oder einen Temperatursensor zum Messen oder Feststellen einer Temperatur einer äußeren Oberfläche des Kolbens umfasst, um die Temperatur der äußeren Oberfläche des Kolbens zu steuern und eine Not-Aus-Funktion zum Abschalten der Lampenversorgung mit Ausnahme einer Kühlvorrichtung durchzuführen, wenn eine Anomalie bei der Temperatursteuerung auftritt.
Lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 12, wobei die lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation auf eine leistungsstarke lichtemittierende Plasmalampe mit einer Leistungsaufnahme von 1 kW oder mehr und 6 kW oder weniger angewendet wird.
Lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation nach Anspruch 12, wobei die lichtemittierende Plasmalampe für ultraviolette Sonnensimulation für eine Sterilisationsvorrichtung unter Verwendung von ultravioletter Sonnensimulation, eine optische und Prüfvorrichtung für ultraviolette Fluoreszenz, eine chemische Reaktions- und Harzaushärtungsvorrichtung, die eine ultraviolette Photoreaktion verwendet, eine Photodegradationstestvorrichtung mittels ultravioletter Sonnenstrahlen, eine Vorrichtung zur Schaffung einer Wachstumsumgebung für Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen und eine Gesundheits- oder medizinische Vorrichtung zur Vitamin-D-Produktion verwendet wird.