JP4243650B2 - Ｕｖ放射器のための前置装置及び水を消毒する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念の特徴を有する前置装置、及び水を消毒する方法及び装置に関する。
【０００２】
類概念に記載したような前置装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３７９０６号明細書により公知である。このいわゆる電子前置装置において、接続される放射器は、動作中にほぼ２０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの周波数によって動作するが、一方従来の前置装置は、５０Ｈｚの給電網周波数によって動作する。通常の前置装置におけるように、接続されるガス放電ランプのそれぞれの加熱コイルに２つの接続導線が通じている。これらの導線を介して、まず加熱コイルに加熱電圧が加えられ、この加熱電圧は、コイルの加熱を引起こす。電子に表面からの放出を可能にするために、温度が十分に高くなるとすぐに、高電圧パルスによるガス放電が点火される。加熱電圧は遮断され、かつそれぞれの加熱コイルの接続導線に、ガス放電ランプの動作電圧が加えられる。加熱電圧と動作電圧との間の切換えは、類概念に記載したような前置装置において半導体によって行なわれる。動作中に１つのコイルあたり１つの導線だけに電圧が加えられるので、それぞれ他方の導線は開いている。接続されたＵＶ放射器の出力は、パルス幅変調によって制御される。
【０００３】
それぞれ１つのコイル導線は、加熱のためだけに利用され、かつ動作中には開いた導線をなしているので、ケーブルにおける反射による加熱回路への反作用はきわめて大きい。ランプと前置装置との間において８ｍのケーブル長さを越えると、ほぼ２０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの動作電圧の高い周波数に関連して、加熱回路における振動特性は、回路の破壊に通じることがあるほど強力である。さらに周知の前置装置において利用されるプッシュプル出力段の一次側へ振動過程が変換される。半導体スイッチの切換えの際、切換えの瞬間に高周波数の振動過程が生じ、これらの振動過程は、半導体スイッチの強力な負荷を引起こす。
【０００４】
下水又は飲料水消毒装置において、この理由によりこれまで前置装置を含む制御ユニットとそれにより動作するＵＶ放射器装置との間の距離は、ほぼ８メートルを越えることができず、このことは、とくに大規模な装置において構造的に不利とみなされる。
【０００５】
ＰＣＴ第ＷＯ９８／２４２７７号明細書によれば、蛍光灯のための迅速スタート回路が公知であり、この迅速スタート回路は、通常のチョークコイルと、かつこの技術分野において慣用の電子前置装置と組合せられることがある。両方の技術は、ランプ給電導線内にチョークを含む直列振動回路を必要とし、このチョークは、同時に電流制限を引起こす。このような回路において、ランプに加わる給電電流は、大体においてサイン状である。これらの前置装置及び迅速スタータは、常に照明のすぐ近くに配置されている。前置装置と照明との間の導線長さによる問題は、ここでは重要ではない。
【０００６】
電極の保護のため、これらの電極は、周知の迅速スタート装置において、点火の直前にかつ動作中に短絡され、かつ供給導線は並列接続される。この並列接続は、迅速スタート装置と電極との間において行なわれる。前置装置から出る両方のランプ給電導線自体は、前置装置と迅速スタート装置との間において並列接続されない。この接続は、大きな縁勾配を有する高周波給電電圧によって動作するドイツ連邦共和国特許第１９６３７９０６号明細書による電子前置装置における長い導線長さの問題を解決しない。これらの前置装置は、給電導線内にチョークを持たず、かつそれ故に例えば方形波状の電流経過を発生することができる。
【０００７】
それ故に本発明の課題は、高周波動作電圧にもかかわらず、前置装置の放射器との間に一層大きな距離を可能にする、前置装置、及び下水又は飲料水の消毒装置を動作する装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴を有する前置装置、請求項５の特徴を有する装置、及び請求項７の特徴を有する下水又は飲料水消毒装置を動作する方法によって解決される。
【０００９】
１つの加熱コイルのそれぞれ両方の端子を動作状態に依存して並列接続するために、スイッチ手段が設けられているので、放射器の動作においてＨＦ動作電圧に基づく開いた接続導線の不利な効果は取り除かれる。さらにそれぞれのコイルからの電子の発生は、このコイルの表面にわたって分散しており、かつそれ故にいわゆる白熱点における点状の電子放出は生じないので、スイッチの寿命の延長を期待することができる。
【００１０】
さらにスイッチ手段として少なくとも１つのリレーが設けられていると、接続導線は、ほぼ任意の電位にすることができる。さらにリレーは、その振動特性に関して微妙ではない。
【００１１】
少なくとも１つのリレーが不動作状態において並列接続を引起こすような不動作状態において閉じたリレー（常閉−ＮＣ）の利用は、リレー及び制御部を動作中に無負荷にする。
【００１２】
それぞれ２つの放射器のために、４極の双投スイッチが設けられているとき、構成部分の費用は最小になる。
【００１３】
ＵＶビームが、ガス放電区間に関して対向する２つの加熱コイルを有するガス放電ランプの構成様式の少なくとも１つの放射器から発生され、その際、このようなそれぞれの放射器に対して、前置装置から放射器に通じる全体で４つの電気端子が設けられており、すなわち放射器のそれぞれの加熱コイルに対してそれぞれ２つが設けられている、ＵＶビームにより飲料水又は処理された下水を消毒する本発明による装置において、放射器の点火の前に、それぞれの加熱コイルに通じるそれぞれ２つの接続導線に、加熱電圧が加えられており、かつ点火の後、かつ動作中に、それぞれの加熱コイルに通じるそれぞれ２つの接続導線が、電気的に並列に接続されているので、それぞれの前置装置とＵＶ放射器との間の距離は、ほぼ任意に長くすることができる。とくに前置装置と放射器との間の接続導線は、少なくとも８メートルの、とくに１５メートルより長い長さを有することができる。
【００１４】
それぞれの加熱コイルに対してコンデンサが並列に接続されている場合、装置における前置装置の負荷は減少する。
【００１５】
ＵＶビームが、ガス放電区間に関して対向する２つの加熱コイルを有するガス放電ランプの構成様式の少なくとも１つの放射器から発生され、その際、このようなそれぞれの放射器に対して、前置装置と放射器との間に全体で少なくとも４つの電気導線が設けられており、すなわち放射器のそれぞれの加熱コイルに対してそれぞれ２つの導線が設けられており、かつその際、ＵＶ放射器のための動作電圧が、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの、とくに２０ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間の周波数を有する、ＵＶビームにより飲料水又は処理された下水のための消毒装置を動作する本発明による方法において、次のステップが設けられており：すなわち
−放射器の点火の前に、それぞれの加熱コイルに通じるそれぞれ２つの接続導線に加熱電圧を加え；
−加熱コイルに点火電圧を加えることによって放射器を点火し；
−点火の後、かつ動作中に、加熱コイルに通じるそれぞれ両方の接続導線を並列に接続する
ので、放射器の導線長さ及び寿命に関するすでに述べた利点が得られる。
【００１６】
利用されるリレーが常に負荷をかけずに切換えられ、とくに加熱電圧、点火電圧及び動作電圧がリレーの切換え過程の間に接続導線に加えられない場合、利用されるリレーは、比較的小さな寸法にすることができる。
【００１７】
接続導線の並列接続の前に、加熱のために加熱コイルに供給される電力が、徐々に持ち上げられ、かつこのようにして通常冷却した加熱コイルにおける大きな投入電流が制限されるとき、同じことが成立つ。電力の持ち上げは、望ましくはパルス幅変調又は電力制限によって行なわれる。
【００１８】
最後に接続導線の並列接続の後に、動作のために放射器に供給される電力が、通常動作に対してまず減少されていることができ、かつそれから持ち上げることもできるので、装置の動作パラメータは、徐々にかつ個々の成分の負荷尖頭値なしに達成される。
【００１９】
次に本発明の実施例を図面により説明する。
【００２０】
図１に、本発明を図解するための簡単化した回路図が示されている。
【００２１】
ＵＶ放射器１は、４線接続導線２を介して前置装置３に接続されている。前置装置３は、加熱電圧源４、動作及び点火電圧源５、その不動作位置（ＮＣ）において示された２重切換えリレー６、及び２つのコンデンサ７を含む。
【００２２】
制御部１０は、動作中に、電源４及び５から送出される電圧及び電流のパラメータ、及びリレー６を制御する。送出された電圧及び電流は、加熱電圧源４の導線１１及び動作及び点火電圧源５の導線１２を介して、リレー６に送出され、かつここからリレーのスイッチ状態に応じて２つのコイル１３に導かれる。
【００２３】
まずＵＶ放射器をスタートするために、リレー６に電流が加えられるので、このリレーは引付けられ、かつ導線１１を介してコイル１３を加熱電圧源４に接続する。切換え過程を行なった後に、制御部１０によって、加熱電圧源４の出力電流は、ゆっくりと公称値に持ち上げられ、かつコイル１３は加熱される。それから同様に制御部１０によって、動作及び点火電圧源５は、導線１２を介して点火パルスをコイル１３に与えることをるようにされるので、ガス放電が点火される。同時に導線１２を介して、すでに動作電圧が加えられ、この動作電圧は、まず調光機の様式にしたがって小さな出力に維持される。
【００２４】
最後に動作電圧源のパラメータの評価によって、ガス放電が成功してスタートしたことを検証することができたとき、リレーが釈放され、かつそれぞれコイル１３に通じる導線２を並列に接続する。コンデンサ７は、その際に場合によっては生じる電圧尖頭値を平滑化する。それから高周波動作電圧が、コイル１３の両方の側に導かれる。始めに加熱電圧源４に接続されていた導線の分岐は、この時に開いていない。最後に並列接続を行なった後に、放射器１の出力は、公称値に持ち上げられる。それにより放射器１の始動は終了している。
【００２５】
前置装置３から複数の放射器１に給電する場合、同じことが成立つ。とくに前置装置により２つの放射器に給電する際、リレーは、４重双投リレーとして構成することができるので、回路は簡単なままである。
【００２６】
基本的にそれぞれ１つのコイル１３に通じる導線２の並列接続は、任意のスイッチ手段によって行なうことができる。しかしながら新種の前置装置は、なるべく動作中に接続導線を並列接続するリレーを有し、このことは、現行の回路に対して多くの利点を有する。新種の回路論理部は、この時、リレーによってコイルを加熱回路に結合し、かつ動作の間に、両方の放射器供給導線は、前置装置におけるそれぞれのコイル側において短絡される。それにより２つの並列の接続導線における動作になり、かつ電力は、これらの接続線に対称に分配される。それによりもはや開いた導線は存在せず、個々の回路部分への高周波動作電圧の反作用は、最小にされている。実際に５０ｍ以上のケーブル長さが可能である。
【００２７】
加熱方法は、次の点において傑出している。すなわち加熱電流は、主変圧器の一次側のディジタル制御によって、パルス幅をゆっくりと拡大することによってゆっくりとしか上昇することができない。コイルが冷たい場合、内部インピーダンスは最小である。加熱回路の出力インピーダンスはきわめて小さいので、この制御回路がないと、きわめて大きな初期電流が流れる。
【００２８】
ディジタル制御論理部は、リレーの独立の投入を可能にするので、リレー動作にとって、論理部はきわめて良好に適している。すなわち出力段が加熱電流を投入する直前に、リレーが切換えられる。リレーの引付け時間が考慮される。それにより切換えの瞬間における接点における電流流通が避けられ、このことは、リレー−寿命に明らかに貢献する。放射器が点火したとき、放射器のきわめて低いインピーダンスの状態にもかかわらず、放射器電流が公称電流以下に維持されるという点において、電力が制限される。リレーを開いた際、この放射器電流は、両方のコイルに分割され、かつわずかな程度にしかリレーに負荷をかけない。加熱コイルにわたるコンデンサは、保護した移行を配慮している。
【００２９】
前置装置全体のディジタル制御は、点火、予備加熱及び通常動作をまとめている。予備加熱時間、予備加熱電流及び点火のようなすべてのパラメータは、制御ソフトウエア内において放射器に同調される。
【００３０】
加熱論理部は、大きな出力のＵＶアマルガム放射器による特殊な適用に最適であり、その際、ＵＶ放射器に対する動作電圧は、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの、とくに２０ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間の周波数を有する。これらの水銀低圧放射器はきわめて低インピーダンスのコイルを有し、かつそれにより照明技術により周知のようなコイルと比較することはできない。加熱電流は、ほぼ３Ａである。
【００３１】
従来のようにプラズマ柱内への電流の流入の際に、白熱点が生じ、この白熱点は、点状にきわめて大きなコイル負荷になる。このコイル負荷は、コイルからの材料分離を引起こし、この材料分離は、放射器の黒化に、したがって老化に貢献する。新種の放射器動作は、この前記の効果を最小にする。プラズマ柱内への電子の流入は、コイルにおいて分配される。
【００３２】
４線接続導線の代わりに、４つより多くの心線、とくに８つの心線を有する接続導線も利用することができる。この時、前記の技術的な特徴に相応して、動作中にそれぞれのコイルのために、４つの導線が並列に接続される。接続導線の特性インピーダンスは、それにより長い接続導線において存在する要求に一層良好に整合する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 新しい前置装置を有する新しい装置におけるＵＶ放射器の概略的な配線を示す図である。

Claims (11)

1. ガス放電区間に関して対向する２つの加熱コイルを有するガス放電ランプの構成様式の少なくとも１つのＵＶ放射器を予備加熱し、点弧しかつ動作させる前置装置であって、
   それぞれのＵＶ放射器（１）に対して全部で少なくとも４つの電気端子が設けられ、すなわちそれぞれの加熱コイル（１３）に対してそれぞれ２つの電気端子が設けられており、前置装置（３）とＵＶ放射器（１）との間の接続導線（２）が少なくとも８メートルの長さを有し、
   ＵＶ放射器のための動作電圧が、１０ｋＨｚと１００ｋＨｚとの間の周波数を有し、
   １つの加熱コイル（１３）のそれぞれ両方の端子を動作状態に応じて並列接続するためのスイッチ手段（６）が設けられており、１つの加熱コイル（１３）のそれぞれ両方の端子が、少なくとも１つのＵＶ放射器（１）の点弧後及び動作中に並列に接続される、前置装置。
2. スイッチ手段として少なくとも１つのリレーが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の前置装置。
3. 少なくとも１つのリレーが不動作状態において並列接続を行うことを特徴とする、請求項２に記載の前置装置。
4. それぞれ２つのＵＶ放射器のために、４極の双投スイッチが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の前置装置。
5. ＵＶビームにより飲料水又は処理された下水を消毒する装置であって、ＵＶビームが、ガス放電区間に関して対向する２つの加熱コイル（１３）を有するガス放電ランプの構成様式の少なくとも１つのＵＶ放射器（１）により発生され、それぞれのＵＶ放射器（１）に対して、前置装置（３）からＵＶ放射器（１）に通じる全部で少なくとも４つの電気端子が設けられ、すなわちＵＶ放射器（１）のそれぞれの加熱コイル（１３）に対してそれぞれ２つの電気端子が設けられており、ＵＶ放射器のための動作電圧が１０ｋＨｚと１００ｋＨｚとの間の周波数を有するものにおいて、前置装置（３）とＵＶ放射器（１）との間の接続導線（２）が少なくとも８メートルの長さを有し、ＵＶ放射器の点弧前に、それぞれの加熱コイル（１３）に通じるそれぞれ少なくとも２つの接続導線が、加熱電圧を印加されており、ＵＶ放射器（１）の点弧後及び動作中に、それぞれの加熱コイル（１３）に通じるそれぞれ少なくとも２つの接続導線（２）が、並列に接続されていることを特徴とする、装置。
6. それぞれの加熱コイル（１３）に対してコンデンサ（７）が並列に接続されていることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の装置。
7. ＵＶビームにより飲料水又は処理された下水のための消毒装置を動作させる方法であって、ＵＶビームが、ガス放電区間に関して対向する２つの加熱コイルを有するガス放電ランプの構成様式の少なくとも１つのＵＶ放射器（１）により発生され、それぞれのＵＶ放射器（１）に対して、前置装置（３）とＵＶ放射器（１）との間に、少なくとも８メートルの長さを有する全部で少なくとも４つの接続導線が設けられ、すなわちＵＶ放射器（１）のそれぞれの加熱コイル（１３）に対してそれぞれ２つの接続導線が設けられており、ＵＶ放射器（１）のための動作電圧が、１０ｋＨｚと１００ｋＨｚとの間の周波数を有するものにおいて、
   ＵＶ放射器（１）の点弧の前に、それぞれの加熱コイル（１３）に通じるそれぞれ少なくとも２つの接続導線（２）に加熱電圧を印加し、
   加熱コイル（１３）に点火電圧を印加することによってＵＶ放射器を点弧させ、
   点弧後及び動作中に、加熱コイル（１３）に通じるそれぞれ少なくとも２つの接続導線（２）を並列に接続する
   ことを特徴とする方法。
8. 加熱電圧、点弧電圧及び動作電圧が、リレー（６）の切換え過程の間に接続導線（２）に印加されないことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 接続導線（２）の並列接続の前に、加熱のため加熱コイル（１３）に供給される電力が、徐々に増大されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
10. 電力の増大が、パルス幅変調によって行なわれることを特徴とする、請求項７〜９の１つに記載の方法。
11. 接続導線（２）の並列接続の後に、動作のためＵＶ放射器（１）に供給される電力が、通常動作に対してまず減少され、それから増大されることを特徴とする、請求項７〜１０の１つに記載の方法。

Images