用於運行汞齊燈的方法
2023-05-13 08:19:46 1
專利名稱：用於運行汞齊燈的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於運行具有標稱功率P g#的汞齊燈的方法,該汞齊燈具有包含填充氣體的放電室，在該放電室中在電極之間施加被設計為UVC發射的最大值的燈電壓Ui fiit或者流動被設計為UVC發射的最大值的燈電流I ,其中放電室對於汞齊沉積體是可到達的，該汞齊沉積體可藉助於加熱元件被加熱，所通過的方式是通過該加熱元件引導加熱電流I； 。
背景技術：
在汞齊燈中將固體汞齊合金形式的水銀引入到放電室中。汞齊中水銀的結合與釋放到放電室中作用相反。這實現了較高的運行電流(和較高的溫度)，使得與常規的水銀低壓燈相比可達到三倍至六倍的功率和功率密度。
根據開頭所述類型的汞齊燈的運行方式在WO 2007/091187 Al中描述。汞齊燈由已經用擠壓部封閉的石英玻璃管構成，穿過所述擠壓部分別將一個電流饋通裝置安裝到放電室中直至螺旋狀電極。所述擠壓部之一配備朝向放電室敞開的空腔，汞齊被引入到該空腔中。固體汞齊因此布置在放電裝置之外。所述固體汞齊可單獨加熱。為此在汞齊沉積體附近設置加熱設備，該加熱設備具有自己的電路和溫度控制裝置。優選地，螺旋狀電極同時是用於加熱汞齊的加熱設備。汞齊燈通常以功率調節的方式、有時也以電流調節的方式被運行，其中標稱功率或標稱電流設計成放電室中的最佳的水銀濃度以及與此對應地最大的UVC強度。在具有「恆定電流」的運行模式中，螺旋狀電極的溫度被保持恆定，使得汞齊沉積體保持在大致恆定的溫度下並且就此而言預先給定了對於運行來說最佳的水銀蒸汽壓力。但是這只在外部條件不改變時適用。但是，在外部溫度改變時或通過燈的升溫一例如通過放置在狹小空間中，在汞齊沉積體的區域中很容易導致溫度升高，使得汞齊燈不再以其運行最佳值來運行，這導致功率和光效率降低。一般藉助於經功率調節的鎮流器以「恆定功率」的運行模式來運行汞齊燈。在這方面應當注意，商業上常見的汞齊燈在水銀蒸汽壓力在O. 8 Pa附近時得出最大的UVC功率。在圖3中示意性示出最佳情況，其中相對於以[Pa]為單位的水銀蒸汽壓力繪出了相對單位的UVC發射。現在已經示出了，燈電壓隨著水銀蒸汽壓力改變。這尤其適用於具有氦或氖填充氣體的汞齊燈。這種相關性示意性地在圖4的圖表中示出，其中相對於以[Pa]為單位的水銀分壓PHg分別以相對單位在左側的縱坐標上繪出了燈電壓U並且在右側的縱坐標上繪出了燈電流I。最佳的運行電流得出O. 8 Pa附近的水銀蒸汽壓力。在具有恆定功率「P」的運行模式下，燈電流「 I 」與燈電壓「U」成反比(根據P=UX I)。因此在經功率調節的運行中，燈電壓(曲線2)的每次改變都通過燈電流(曲線I)的相反調整得到補償。但是，燈電流直接影響螺旋狀電極的溫度並且因此隨之影響汞齊沉積體的溫度並且通過水銀蒸汽壓力相應地也影響燈電壓。
如果例如燈電壓降低，則這由鎮流器通過提高電流來補償，這又提高了汞齊沉積體的溫度和水銀蒸汽壓力，這又導致電壓的進一步下降。在相反的方向上、也就是在燈電壓提高的情況下，也得出相應的發展(Aufschaukelung)。該系統因此不能穩定地保持在最佳的運行點，例如保持在O. 8 Pa的水銀蒸汽壓力下。
發明內容
因此本發明所基於的任務是說明一種用於汞齊燈的運行方式，該運行方式確保功率最佳值範圍中的穩定運行。從開頭所述類型的運行方式出發，根據本發明一方面通過如下方式解決該任務，即從開頭所述方法的特徵出發設置低於的燈電流額定值並且在低於燈電流的下極限值Il時接通或提高加熱電流Ias並且在超過燈電流的上極限值12時關斷或降低該加熱電流Iwft。 為了解決上述穩定性問題，本發明利用汞齊燈的特性，根據該特性在放電室中的水銀蒸汽壓力的最佳值的範圍中，燈電流一在對汞齊燈進行功率調節時一隨著水銀分壓而增加。燈的電流/電壓工作點不像在其他情況下常見的那樣被調準到UVC發射的最佳值並且由此調準到最佳的水銀蒸汽壓力上，而是設置在最佳的水銀蒸汽壓力以下的區域中，也就是在更低的燈電流的方向上。由此儘管得出更小的水銀蒸汽壓力，但是具有藉助附加的調整機構再次提高該水銀蒸汽壓力的可能性，即通過施加熱電流或者通過提高已經施加的加熱電流再次提高水銀蒸汽壓力。由此實現了，使調節系統穩定並且阻止擺動。重要的是，燈電流的額定值在最佳值以外被朝向水銀蒸汽壓力降低的方向移動並且不返回。因為返回移動可能需要用於附加地降低水銀蒸汽壓力的措施，這不可能容易地做到。通過施加或提高經過加熱元件的加熱電流，汞齊沉積體被加熱或被加熱得更高，使得水銀蒸汽壓力升高。在理想情況下，工作點移動到水銀蒸汽壓力和UVC發射的最佳值。燈電壓或燈電流的改變在該運行方式下不導致調節系統的擺動。如果燈電流下降到預先給定的值IiK以下，則接通或提高加熱電流，使得圖4中的工作點「A」再次向右移動。因此，燈電流再次提高到值Igffi以上例如提高到值I，這又用作用於關斷經過加熱元件的加熱電流的信號，並且由此工作點「A」再次向左移動。通過該運行方式實現了，使汞齊燈的工作點「A」在最佳值附近穩定。在此，可以將工作點「A」相對於最佳值的距離設置得如此微小，使得UVC發射不顯著地降低。鑑於此，優選這樣的運行方式，在該運行方式中1*^與之間的差別位於值的O. I至10%的範圍中。工作點的微小移動是足夠的，因為重要的僅僅是汞齊沉積體的加熱可以用作另外的用於調節的調整機構。多於10%的差別需要經常地或持續地加熱汞齊沉積體，而對於調節系統的穩定性沒有附加的顯著的貢獻。在差別少於O. I %的情況下，僅僅得出涉及調節穩定性的微小改善。根據本發明，為接通或提高或者關斷或降低加熱電流設置極限值Il和12。下極限值Il可以低於I·，並且上極限值12可以位於1縦與1 _之間。但是優選成立的是11=12=1 額定。在該方法中，在低於額定值Igffi時接通或提高加熱電流並且在超過1*^時再次關斷或降低加熱電流。根據本發明的運行方式特別表明了，在水銀蒸汽壓力在O. 2至2 Pa的範圍中、優選在O. 8 Pa附近時得出在對汞齊燈進行功率調節時，燈電壓由於關係「P = UXI」而反比於燈電流(=放電電流)。因此，將燈電壓Ugffi的工作點移動到高於υΛ_的值原則上導致與上述將燈電流的工作點移動到較低值相同的結果。這也在圖4中示意性示出。因此，上面說明的技術任務以等效方式還通過這樣的運行方式解決，在該運行方式中，設置高於Uifte的燈電壓額定值U額定，並且在超過燈電壓的上極限值Ul時接通或提高加熱電流I 並且在低於燈電壓的下極限值U2時關斷或降低該加熱電流Iwftt5為了解決上述穩定性問題，本發明利用汞齊燈的特性，根據該特性在放電室中的水銀蒸汽壓力的最佳值的範圍中，燈電壓隨著水銀蒸汽壓力而減少。燈的電流/電壓工作點不像在其他情況下常見的那樣被調準到UVC發射的最佳值並且由此調準到最佳的水銀蒸汽壓力上，而是設 置在最佳的水銀蒸汽壓力以下的區域中，也就是在更高的燈電壓的方向上。由此儘管得出更小的水銀蒸汽壓力，但是具有藉助附加的調整機構再次提高該水銀蒸汽壓力的可能性，即通過施加熱電流或者通過提高已經施加的加熱電流再次提高水銀蒸汽壓力。由此實現了，使調節系統穩定並且阻止擺動。重要的是，燈電壓的額定值在最佳值以外被朝向水銀蒸汽壓力降低的方向移動並且不返回。因為返回移動可能需要用於附加地降低水銀蒸汽壓力的措施，這不可能容易地做到。通過施加或提高經過加熱元件的加熱電流，汞齊沉積體被加熱或被加熱得更高，使得水銀蒸汽壓力升高。在理想情況下，工作點移動到水銀蒸汽壓力和UVC發射的最佳值。燈電壓的改變在該運行方式下不導致調節系統的擺動。如果燈電壓升高到預先給定的值Ugffi以上，則接通或提高加熱電流，使得圖4中的工作點「A」再次向右移動。因此，燈電壓再次降低到值。_以下例如降低到值Ugtt，這又用作用於關斷經過加熱元件的加熱電流的信號，並且由此工作點「A」再次向左移動。通過該運行方式實現了，使汞齊燈的工作點「A」在最佳值附近穩定。在此，可以將工作點「A」相對於最佳值的距離設置得如此微小，使得UVC發射不顯著地降低。鑑於此，優選這樣的運行方式，在該運行方式中U額定與間的差別位於O. I至10%的範圍中。工作點的微小移動是足夠的，因為重要的僅僅是汞齊沉積體的加熱可以用作另外的用於調節的調整機構。多於10伏特的差別需要經常地或持續地加熱汞齊沉積體，而對於調節系統的穩定性沒有附加的顯著的貢獻。在差別少於I伏特的情況下，僅僅得出涉及調節穩定性的微小改善。根據本發明，為接通或提高或者關斷或降低加熱電流設置閾值Ul和U2。上極限值Ul可以高於U額定，並且下極限值U2可以位於U額定與U最佳值之間。但是優選成立的是
U1=U2=U 額定。在該方法中，在低於額定值Ugffi時接通或提高加熱電流並且在超過U p 時再次關斷或降低加熱電流。
根據本發明的運行方式特別表明了，在水銀蒸汽壓力在O. 2至2 Pa的範圍中、優選在O. 8 Pa附近時得出U最佳值。在下文中闡述如下方法，所述方法既在移動燈電壓的工作點時是有利的也對於燈電流工作點的等效移動是有利的。因此例如優選地依據額定燈電流I 的大小設置加熱電流I，其中加熱電流在額定燈電流I額定的20%至70%之間，優選小於額定燈電流I額定的50%。小於額定燈電流1_的20%的低加熱電流需要在水銀蒸汽壓力顯著升高之前的長加熱持續時間並且因此導致緩慢的調節。但是高於額定燈電流Igffi的70%的高燈電流很容易導致過熱並且導致調節的過衝。加熱電流因此被設置得儘可能小並且如所需要的那麼大，特別優選地設置為少於額定燈電流的50%。
用於使汞齊沉積體升溫的加熱元件可以具有單獨的加熱設備。然而鑑於汞齊燈的簡單和緊湊的構造，特別表明了電極之一構造為螺旋狀並且用作汞齊沉積體的加熱元件。汞齊燈的根據本發明的運行方式以燈電壓與水銀蒸汽壓力的相關性為前提。該相關性對於具有含氖或含氦的填充氣體的汞齊燈來說是特別突出的。因此，根據本發明的運行方式尤其在以下汞齊燈的情況下有利地引人注意，在所述汞齊燈中放電室包含含氖或含氦的填充氣體。
下面根據實施例和附圖進一步闡述本發明。在此以示意圖詳細示出
圖I正視圖中的汞齊燈的細節，
圖2示出汞齊燈的電流供給裝置的一部分的電路圖，
圖3關於UVC發射與水銀蒸汽壓力之間的相關性的圖表，以及圖4在對汞齊燈進行功率調節的情況下關於燈電壓和放電電流(燈電流)與水銀蒸汽壓力的相關性的圖表。
具體實施例方式圖I示意性示出汞齊燈20的兩個末端，該汞齊燈20的特點是800W的標稱功率(在標稱的燈電流為8A時)、150cm的輻射器長度，並且因此特點是略微小於5W/cm的功率密度。該汞齊燈20由石英玻璃管I構成，該石英玻璃管I在其末端用擠壓部2封閉，鑰箔3以及通向螺旋狀電極5的金屬連接部的末端被嵌入到該擠壓部2中。電極5為此具有與鑰箔3連接的腿部15。在電極5和與其相對的第二電極(參見圖2)之間在運行時產生電弧13，該電弧13的底部(Fufi)H終止於電極5的表面上。電弧13的底點14觸及到的電極的上緣用虛線12標明。所示末端處的擠壓部2配備有空腔9，該空腔9用作汞齊儲備6的容器。空腔9具有朝向放電室8的開口 7。開口 7的開口寬度明顯窄於空腔9的最大的內部寬度並且也窄於汞齊儲備6的最大直徑；使得汞齊被俘獲在空腔9中並且以固體形式不能到達放電室8中。在該實施例中，開口 7的最大開口寬度為2mm。由此汞齊儲備6固定在電極5附近。電極5由電弧13加熱到一溫度，該溫度取決於汞齊燈20的當前功率並且視間距而定作用於汞齊儲備6。該間距在電極螺旋的上緣12與汞齊儲備的上緣16之間測得；該間距在該實施例中為大約4. 5cm。從圖2中可以看出，在汞齊燈20的(斷開示出的)放電室8內螺旋狀電極5a、5b彼此相對。汞齊儲備僅僅在與螺旋狀電極5a鄰近的空腔9中設置。汞齊燈20的電流供給裝置包括兩個獨立的電路A和B。電路「A」 用於加熱電極5a並且因此用於附加地使汞齊儲備升溫。第二電路「B」用於施加標稱7A的燈電流。電路「A」和「B」是鎮流器和調節設備21的一部分。汞齊燈21的放電室8除了水銀以外包含稀有氣體、即氖。汞齊燈21在O. 8 Pa附近的水銀蒸汽壓力時展示出最大UVC發射，這點由圖3的圖表示意性示出；在圖3中相對於以[Pa]為單位的水銀蒸汽壓力繪出了相對單位的UVC發射。如在開頭已經闡述的那樣，在這種汞齊燈中，燈電壓和燈電流在功率調節的情況下取決於水銀蒸汽壓力，這點由圖4的圖表示意性示出。相對於以[Pa]為單位的水銀部分壓力PHg分別以相對單位在左側的縱坐標上繪出了燈電壓U並且在右側的縱坐標上繪出了燈電流I。最佳運行電壓U和最佳運行電流I 得出O. 8 Pa附近的水銀蒸汽壓力。在下文中根據示例和圖I至4進一步闡述用於運行汞齊燈21的本發明方法 示例I
具有800W標稱功率的汞齊燈21藉助於經功率調節的鎮流器以「恆定功率」的運行模式運行。電路「B」中的標稱運行電流從7. 2A下降到Igffi =7. OA的值上並且標稱電壓與此相對應地提高。由此電極5a的溫度降低，並且因此汞齊儲備6的溫度也降低，使得放電室8中的水銀濃度減小並且由此UVC輻射的效率微弱地降低。但是作為回報得出汞齊燈21的穩定運行。這通過提供附加的用於調節的調整機構來實現，而且以可以由螺旋狀電極5a經由電路「A」引導的加熱電流「1_」的形式。該加熱電流引起電極5a的溫度提高並且由此隨之引起布置在電極5a附近的汞齊儲備6的附加升溫。一旦低於7. OA的運行電流額定值，就接通加熱電流「I 」，並且一旦達到7A的運行電流，就關斷該加熱電流「 I M」。加熱電流為額定燈電流I ■的30%，也就是大約2. 0A。示例 2
在等效的運行方式下，替代於參照運行電流而參照運行電壓。在此情況下，具有800W標稱功率的汞齊燈21也藉助於經功率調節的鎮流器以「恆定功率」的運行模式來運行。112V的標稱運行電壓被提高到υ·=115ν的值並且電路「B」中的標稱電流「1鮮」與此相對應地降低。由此，電極5a的溫度降低並且因此汞齊儲備6的溫度也降低，使得放電室8中的水銀濃度減小並且由此UVC輻射的效率微弱地降低。但是作為回報得出汞齊燈21的穩定運行。這通過提供附加的用於調節的調整機構來實現，而且以可以由螺旋狀電極5a經由電路「A」引導的加熱電流「1_」的形式。該加熱電流引起電極5a的溫度提高並且由此隨之引起布置在電極5a附近的汞齊儲備6的附加升溫。一旦超過115V的運行電壓額定值，就接通加熱電流「I 」，並且一旦又達到U5V的運行電壓，就關斷該加熱電流「 I Λ δ」。加熱電流為額定燈電流I ■的30%，也就是大約2. 0Α。
權利要求
1.一種用於運行具有標稱功率P**的汞齊燈的方法，該汞齊燈具有包含填充氣體的放電室，在該放電室中在電極之間施加被設計為UVC發射的最大值的燈電壓U _或者流動被設計為UVC發射的最大值的燈電流，其中放電室對於汞齊沉積體是能到達的，該汞齊沉積體能藉助於加熱元件被加熱，所通過的方式是通過該加熱元件引導加熱電流I ，其特徵在於，設置低於I 的燈電流額定值並且在低於燈電流的下極限值Il時接通或提高加熱電流I MS並且在超過燈電流的上極限值12時關斷或降低該加熱電流Imsij
2.根據權利要求I的方法，其特徵在於，1*^與之間的差別位於^的0.I至10%的範圍中。
3.根據權利要求I或2的方法，其特徵在於，11=12=1成立。
4.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，在水銀蒸汽壓力處於0.2至2Pa的範圍中時得出I
5.—種用於運行具有標稱功率Pesi的汞齊燈的方法，該汞齊燈具有包含填充氣體的放電室，在該放電室中在電極之間施加被設計為UVC發射的最大值的燈電壓U _或者流動被設計為UVC發射的最大值的燈電流，其中放電室對於汞齊沉積體是能到達的，該汞齊沉積體能藉助於加熱元件被加熱，所通過的方式是通過該加熱元件引導加熱電流I ，其特徵在於，設置高於的燈電壓額定值Ugffi，並且在超過燈電壓的上極限值Ul時接通或提高加熱電流Iw並且在低於燈電壓的下極限值U2時關斷或降低該加熱電流Imsij
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於，U額定與之間的差別位於的0.I至10%的範圍中。
7.根據權利要求5或6的方法，其特徵在於，U1=U2=U成立。
8.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，在水銀蒸汽壓力處於0.2至2Pa的範圍中時得出U最佳值。
9.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，依據額定燈電流1*^的大小設置加熱電流I ，其中加熱電流為額定燈電流I ■的20%至70%之間，優選小於額定燈電流I ■的50%。
10.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，電極之一構造為螺旋狀並且用作汞齊沉積體的加熱元件。
11.根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於，放電室包含填充氣體，所述填充氣體包含氖和氦。
全文摘要
在已知的用於運行具有標稱功率P最佳值的汞齊燈的方法中規定，在電極之間施加被設計為UVC發射的最大值的燈電壓U最佳值或者流動被設計為UVC發射的最大值的燈電流I最佳值，其中放電室對於汞齊沉積體是可到達的，該汞齊沉積體可藉助於加熱元件被加熱，所通過的方式是通過該加熱元件引導加熱電流W。為了由此出發說明一種確保在功率最佳值的範圍中穩定運行的運行方式，根據本發明提出，設置低於I最佳值的燈電流額定值I額定，並且在低於燈電流的下極限值I1時接通或提高加熱電流I加熱並且在超過燈電流的上極限值I2時關斷或降低該加熱電流I加熱。
文檔編號H05B41/298GK102812535SQ201180016685
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月14日 優先權日2010年4月6日
發明者A.福羅諾夫 申請人:赫羅伊斯諾布爾萊特股份有限公司