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WO2011124310A1 - Verfahren zum betreiben einer amalgamlampe - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer amalgamlampe Download PDF

Info

Publication number
WO2011124310A1
WO2011124310A1 PCT/EP2011/001262 EP2011001262W WO2011124310A1 WO 2011124310 A1 WO2011124310 A1 WO 2011124310A1 EP 2011001262 W EP2011001262 W EP 2011001262W WO 2011124310 A1 WO2011124310 A1 WO 2011124310A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lamp
current
amalgam
heating
optimum
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/001262
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alex Voronov
Original Assignee
Heraeus Noblelight Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight Gmbh filed Critical Heraeus Noblelight Gmbh
Priority to EP11711030A priority Critical patent/EP2556530A1/de
Priority to CN201180016685.3A priority patent/CN102812535B/zh
Priority to US13/635,156 priority patent/US9048083B2/en
Publication of WO2011124310A1 publication Critical patent/WO2011124310A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/24—Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H01J61/28—Means for producing, introducing, or replenishing gas or vapour during operation of the lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H01J61/523—Heating or cooling particular parts of the lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H01J61/72—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a main light-emitting filling of easily vaporisable metal vapour, e.g. mercury

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an amalgam lamp with a nominal power P n0 minai. comprising a discharge space containing a filling gas, in which between electrodes applied to a maximum of UVC emission lamp voltage U opt j mU m is applied or a maximum of UVC emission designed lamp current l op timum, the discharge space for an amalgam depot accessible is, which is heated by means of a heating element by a heating current l He iz is passed through the heating element.
  • amalgam lamps mercury is introduced into the discharge space in the form of a solid amalgam alloy.
  • the binding of the mercury in the amalgam counteracts a release into the discharge space. This allows higher operating currents (and higher temperatures), so that compared to conventional mercury low pressure lamps three to six times higher performance and power densities can be achieved.
  • the amalgam lamp consists of a quartz glass tube, which is closed on both sides with bruises through which a current feedthrough is laid in each case into the discharge space to form a helical electrode.
  • One of the bruises is to be provided with a cavity open to the discharge space, into which the amalgam is introduced.
  • the solid amalgam is thus disposed outside the discharge. It is heated separately.
  • a heater is provided in the vicinity of the amalgam deposits, which has its own circuit and a temperature control.
  • the helical electrode simultaneously constitutes the heating means for heating the amalgam.
  • Amalgam lamps are usually power-controlled, sometimes operated under current control, the nominal power or the nominal current being designed for the optimum mercury concentration in the discharge space and correspondingly maximum UVC intensity.
  • the temperature of the helical electrode is kept constant, so that the amalgam deposit remains at approximately constant temperature and so is given an optimum mercury vapor pressure for operation, but only as long as the external conditions do not change
  • the outside temperature or by heating the lamp - for example by a housing in a small space - it is easy to increase the temperature in the amalgam reservoir, so that the amalgam lamp is no longer operated in its optimum operating, resulting in reduced power and light output.
  • amalgam lamps are operated by means of a power-controlled ballast in the operating mode "constant power.”
  • constant power the maximum UVC power for commercial amalgam lamps at a mercury vapor pressure is around 0.8 Pa.
  • FIG 3 the UVC emission is plotted in relative units against the mercury vapor pressure in [Pa].
  • this system can not be kept stable at the optimum operating point, such as at a mercury vapor pressure of 0.8 Pa.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a mode of operation for an amalgam lamp which ensures stable operation in the region of the optimum performance.
  • this object is on the one hand according to the invention achieved in that a desired value of the lamp current l so n is set on the basis of the features of the aforementioned method, which is lower than optimum, and that the heating current l He i Z wherein Falling below a lower limit value 11 is switched on or increased for the lamp current and switched off or reduced when exceeding an upper limit value 12 for the lamp current.
  • the invention makes use of the property of the amalgam lamp, according to which the lamp current increases in the region of the optimum of the mercury vapor pressure in the discharge space - with power control of the amalgam lamp - with the mercury partial pressure.
  • the current / voltage operating point of the lamp is not - as usual - aligned to the optimum of UVC emission and thus to the optimal mercury vapor pressure, but in the area below the optimal mercury vapor pressure, ie laid in the direction of a lower lamp current.
  • an additional actuator namely by applying a heating current or by increasing an already applied heating current. This makes it possible to stabilize the control system and prevent a rocking.
  • the amalgam deposit is heated or heated higher, so that the mercury vapor pressure increases. in the Ideally, the operating point shifts to the optimum of mercury vapor pressure and UVC emission.
  • This mode of operation makes it possible to stabilize the working point "A" of the amalgam lamp in the vicinity of the optimum, whereby the laying of the working point "A” with respect to the optimum can be so slight that the UVC emission is not appreciably reduced.
  • n and l as is optimum in the range of 0.1 to 10% of l op timum.
  • a slight shift of the operating point is sufficient, since it is only important to be able to use the heating of the amalgam reservoir as a further actuator for the control can.
  • a difference of more than 10% requires frequent or continuous heating of the amalgam reservoir without any noteworthy contribution to the stability of the control system. With a difference of less than 0.1%, there is little improvement in the control stability.
  • limit values 11 and 12 are provided for switching on or off or for increasing or decreasing the heating current.
  • the lower limit may be lower than 11 l be n, and the upper limit 12 may be between l and n are as l op timum.
  • the upper limit 12 may be between l and n are as l op timum.
  • the heating current is switched on or falls below the setpoint value l so n and off or reduced again when exceeding 1 so n.
  • the operation of the invention has proven particularly useful when loptimum at a mercury vapor pressure in the range of 0.2 to 2 Pa, preferably by 0.8 Pa results.
  • the shift of the operating point of the lamp current to lower values is illustrated schematically in FIG.
  • the amalgam deposit is heated or heated higher, so that the mercury vapor pressure increases. Ideally, the operating point shifts to the optimum of mercury vapor pressure and UVC emission.
  • This mode of operation makes it possible to stabilize the working point "A" of the amalgam lamp in the vicinity of the optimum, whereby the laying of the working point "A” with respect to the optimum can be so slight that the UVC emission is not appreciably reduced.
  • an operation is preferred in which the difference between U so n and U optimum lies in the range of 0.1 to 10% of Ultimum.
  • a slight shift of the operating point is sufficient, since it is only important to be able to use the heating of Amalggamdepots as another actuator for the scheme can.
  • a difference of more than 10 volts requires frequent or continuous heating of the amalgam reservoir without any additional significant contribution to the stability of the control system. With a difference of less than 1 volt, there is little improvement in control stability.
  • threshold values U1 and U2 are provided for switching on or off or for increasing or decreasing the heating current.
  • the upper limit value U1 may be higher than U so n, and the lower limit value U2 may be between U so n and U 0 pti mU m.
  • the lower limit value U2 may be between U so n and U 0 pti mU m.
  • the heating current ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ preferably set as a function of the height of a desired lamp current I so n, wherein the heating current between 20% to 70%, preferably less than 50% of the desired lamp current l is so n.
  • a low heating current of less than 20% of the target lamp current I so requires a long heating period before the mercury vapor pressure rises appreciably and therefore leads to slow regulation.
  • a high heating current of more than 70% of the target lamp current I so n easily leads to overheating and overshoot of the control.
  • the heating current is therefore set as low as possible and as high as necessary, more preferably less than 50% of the nominal lamp current.
  • the heating element for heating the amalgam depot may have a separate heating device.
  • one of the electrodes is helical and serves as a heating element for the amalgam depot.
  • the mode of operation according to the invention for an amalgam lamp requires a dependence of the lamp voltage on the mercury vapor pressure. This dependence is particularly pronounced in amalgam lamps with a neon- or helium-containing filling gas. Therefore, the mode of operation according to the invention makes advantageous advantageous in particular in an amalgam lamp, in which the discharge space contains a neon or helium-containing filling gas.
  • Figure 3 is a diagram of the dependence of the UVC emission from the mercury vapor pressure
  • Figure 1 shows schematically one of the two ends of an amalgam lamp 20, which is characterized by a nominal power of 800 W (at a nominal lamp current of 8 A), a radiator length of 150 cm and thus by a power density of slightly less than 5 W / cm. It consists of a quartz glass tube 1, the striglos at its ends with bruises 2 is sen, are embedded in the molybdenum foils 3 and the ends of metallic terminals 4 to a helical electrode 5.
  • the electrode 5 has for this purpose legs 15, which are connected to the molybdenum foil 3.
  • an arc 13 is generated during operation, the foot 14 of which terminates on the surface of the electrode 5.
  • the upper edge of the electrode, on which the base 14 of the arc 13 attacks, is marked with a dashed line 12.
  • the amalgam reservoir 6 is fixed in the vicinity of the electrode 5.
  • the electrode 5 is heated by the arc 13 to a temperature that depends on the current performance of the amalgam lamp 20, and the effect on the Amalgamvorrat 6 depending on the distance.
  • the distance is measured between the top edge 12 of the electrode coil and the top edge 16 of the amalgam reservoir; he is in the embodiment about 4.5 cm.
  • the helical electrodes 5a, 5b lie opposite one another within the discharge space 8 of the amalgam lamp 20 (shown in broken lines).
  • An amalgam reservoir is provided only in the cavity 9 adjacent to the helical electrode 5a.
  • the power supply of the amalgam lamp 20 comprises two independent circuits A and B.
  • Circuit “A” serves to heat the electrode 5a and thus to additionally heat the amalgam supply
  • the second circuit “B” is used to apply the lamp current of nominal 7 A.
  • the circuits "A” and “B” are part of a ballast and a controller 21.
  • the discharge space 8 of the amalgam lamp 21 contains, in addition to mercury, a noble gas, namely neon.
  • the amalgam lamp 21 shows a maximum UVC emission in the case of a mercury vapor pressure by 0.8 Pa, as the diagram of Figure 3 shows schematically; in which the UVC emission in relative units against the mercury vapor pressure in [Pa] is plotted.
  • the lamp voltage is dependent on such amalgam lamps. and the lamp current in the case of power control from the mercury vapor pressure, as shown schematically in the diagram of Figure 4.
  • the lamp voltage U On the left ordinate is the lamp voltage U and on the right ordinate the lamp current I is plotted in relative units against the mercury partial pressure p Hg in [Pa].
  • the optimum operating voltage U and best possible arrangement of the optimum operating current I op timum give a mercury vapor pressure of 0.8 Pa.
  • the amalgam lamp 21 with a nominal power of 800 W is operated by means of a power-controlled ballast in the operating mode "constant power".
  • the temperature of the electrode 5a, and thus the temperature of the amalgam supply 6 are reduced, so that the mercury concentration in the discharge space 8 decreases, and thereby the efficiency of the UVC radiation is slightly reduced.
  • the heating current "l He iz" is switched on as soon as the setpoint for the operating current has fallen below 7.0 A, and it is turned off when the operating current has reached 7 A.
  • the heating current is 30% of the target lamp current lson, ie about 2 , 0 A.
  • the operating voltage is switched to the operating voltage instead of the operating current.
  • the amalgam lamp 21 with a nominal power of 800 W. operated by means of a power-controlled ballast in the operating mode "constant power".
  • the heating current "I H eiz" is switched on as soon as the desired value for the operating voltage has exceeded 115 V, and is turned off when the operating voltage is 115 V reached again.
  • the heating current is 30% of the target lamp current I so n, So about 2.0 A.

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Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe mit einer Nominal-Leistung Poptimum ist vorgesehen, dass zwischen Elektroden eine auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegte Lampenspannung Uoptimum anliegt oder ein auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegter Lampenstrom loptimum fließt, wobei der Entladungsraum für ein Amalgamdepot zugänglich ist, welches mittels eines Heizelements beheizbar ist, indem durch das Heizelement ein Heizstrom W geleitet wird. Um hiervon ausgehend, eine Betriebsweise anzugeben, die einen stabilen Betrieb im Bereich des Leistungsoptimums gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Sollwert des Lampenstroms 1soll eingestellt wird, der niedriger ist als loptimum und dass der Heizstrom ΙΗeiz bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes I1 für den Lampenstrom eingeschaltet oder erhöht und bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes I2 für den Lampenstrom abgeschaltet oder verringert wird.

Description

Patentanmeldung
Heraeus Noblelight GmbH
Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe mit einer Nominal- Leistung Pn0minai. aufweisend einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum, in dem zwischen Elektroden eine auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegte Lampenspannung UoptjmUm anliegt oder ein auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegter Lampenstrom loptimum fließt, wobei der Entladungsraum für ein Amalgamdepot zugänglich ist, welches mittels eines Heizelements beheizbar ist, indem durch das Heizelement ein Heizstrom lHeiz geleitet wird.
Stand der Technik
Bei Amalgamlampen wird Quecksilber in Form einer festen Amalgamlegierung in den Entladungsraum eingebracht. Die Bindung des Quecksilbers im Amalgam wirkt einer Freisetzung in den Entladungsraum entgegen. Dies ermöglicht höhere Betriebsströme (und höhere Temperaturen), so dass gegenüber herkömmlichen Quecksilberniederdrucklampen drei- bis sechsfach höhere Leistungen und Leistungsdichten erzielbar sind.
Eine Betriebsweise einer Amalgamlampe gemäß der eingangs genannten Gattung ist in der WO 2007/091187 A1 beschrieben. Die Amalgamlampe besteht aus einem Quarzglasrohr, das beiderseits mit Quetschungen verschlossen ist, durch die hindurch jeweils eine Stromdurchführung in den Entladungsraum zu einer wendeiförmigen Elektrode verlegt ist. Eine der Quetschungen ist mit einem zum Entladungsraum hin offenen Hohlraum zu versehen, in den das Amalgam eingebracht wird. Das feste Amalgam ist somit außerhalb der Entladung angeordnet. Es ist separat beheizbar. Hierfür ist in der Nähe des Amalgamdepots eine Heizeinrichtung vorgesehen, die über einen eigenen Stromkreis und eine Temperatursteuerung verfügt. Bevorzugt stellt die wendeiförmige Elektrode gleichzeitig die Heizeinrichtung zum Beheizen des Amalgams dar. Amalgamlampen werden üblicherweise leistungsgeregelt, manchmal auch stromgeregelt betrieben, wobei die nominale Leistung beziehungsweise der nominale Strom auf die optimale Quecksilberkonzentration im Entladungsraum und dementsprechend maximale UVC-Intensität ausgelegt sind.
Im Betriebsmodus mit„konstantem Strom" wird die Temperatur der wendeiförmigen Elektrode konstant gehalten, so dass das Amalgamdepot bei ungefähr konstanter Temperatur bleibt und insoweit ein für den Betrieb optimaler Quecksilberdampfdruck vorgegeben wird. Dies gilt jedoch nur, solange sich die Außenbedingungen nicht ändern. Bei Änderungen der Außentemperatur oder durch Erwärmung der Lampe - beispielsweise durch eine Unterbringung in engem Raum - kommt es jedoch leicht zu einer Temperaturerhöhung im Bereich des Amalgamdepots, so dass die Amalgamlampe nicht mehr in ihrem Betriebsoptimum betrieben wird, was zu einer reduzierten Leistung und Lichtausbeute führt.
In der Regel werden Amalgamlampen mittels eines leistungsgeregelten Vorschaltgeräts im Betriebsmodus„konstante Leistung" betrieben. In dem Zusammenhang ist zu beachten, dass sich bei handelsüblichen Amalgamlampen eine maximale UVC-Leistung bei einem Quecksilberdampfdruck um 0,8 Pa ergibt. Das Optimum ist schematisch in Figur 3 dargestellt, wobei die UVC-Emission in relativen Einheiten gegen den Quecksilberdampfdruck in [Pa] aufgetragen ist.
Es hat sich nun gezeigt, dass sich die Lampenspannung mit dem Quecksilberdampfdruck ändert. Dies gilt vor allem für Amalgamlampen mit einem helium- oder neonhaltigen Füllgas. Diese Abhängigkeit ist schematisch im Diagramm von Figur 4 dargestellt, in dem auf der linken Ordinate die Lampenspannung U und auf der rechten Ordinate der Lampenstrom I jeweils in relativen Einheiten gegen den Quecksilberpartialdruck pHg in [Pa] aufgetragen sind. Der optimale Betriebsstrom loptimum ergibt einen Quecksilberdampfdruck um 0,8 Pa. Beim Betriebsmodus mit konstanter Leistung„P" verhält sich der Lampenstrom„I" reziprok zur Lampenspannung„U" (gemäß P=U x I). Daher wird im leistungsgeregelten Betrieb jede Änderung der Lampenspannung (Kurve 2) durch eine gegenläufige Anpassung des Lampenstroms (Kurve 1) kompensiert. Der Lampenstrom beeinflusst jedoch unmittelbar die Temperatur der wendeiförmigen Elektrode und damit einhergehend die Temperatur des Amalgamdepots und über den Quecksilberdampfdruck demnach auch die Lampenspannung.
Sinkt beispielsweise die Lampenspannung, wird dies vom Vorschaltgerät durch Erhöhung des Stromes kompensiert, was wiederum die Temperatur des Amalgamdepots und den Quecksilberdampfdruck erhöht, was wiederum zu einer weiteren Reduzierung der Spannung führt. Auch in umgekehrter Richtung, also bei Erhöhungen der Lampenspannung ergibt sich eine entsprechende Aufschaukelung.
Dieses System kann somit nicht stabil im optimalen Betriebspunkt, wie beispielsweise bei einem Quecksilberdampfdruck von 0,8 Pa gehalten werden.
Technische Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Betriebsweise für eine Amalgamlampe anzugeben, die einen stabilen Betrieb im Bereich des Leistungsoptimums gewährleistet.
Ausgehend von einer Betriebsweise der eingangs genannten Gattung wird diese Aufgabe einerseits erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ausgehend von den Merkmalen des eingangs genannten Verfahrens ein Sollwert des Lampenstroms lson eingestellt wird, der niedriger ist als Optimum, und dass der Heizstrom lHeiZ bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes 11 für den Lampenstrom eingeschaltet oder erhöht und bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes 12 für den Lampenstrom abgeschaltet oder verringert wird.
Zur Lösung des oben beschriebenen Stabilitätsproblems macht sich die Erfindung die Eigenschaft der Amalgamlampe zunutze, wonach im Bereich des Optimums des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsraum der Lampenstrom - bei Leistungsregelung der Amalgamlampe - mit dem Quecksilberpartialdruck zunimmt. Der Strom-/Spannungs-Arbeitspunkt der Lampe wird nicht - wie sonst üblich - auf das Optimum der UVC-Emission und damit auf den optimalen Quecksilberdampfdruck ausgerichtet, sondern in den Bereich unterhalb des optimalen Quecksilberdampfdrucks, also in Richtung eines niedrigeren Lampenstroms verlegt. Dadurch ergibt sich zwar ein geringerer Quecksilberdampfdruck, jedoch mit der Möglichkeit, diesen anhand eines zusätzlichen Stellgliedes wieder zu erhöhen, nämlich durch Anlegen eines Heizstroms oder durch Erhöhen eines bereits angelegten Heizstroms. Dadurch gelingt es, das Regelsystem zu stabilisieren und ein Aufschaukeln zu verhindern.
Wichtig ist, dass der Sollwert des Lampenstroms außerhalb des Optimums in Richtung eines verringerten Quecksilberdampfdrucks verschoben wird und nicht umgekehrt. Denn eine umgekehrte Verschiebung würde eine Maßnahme zum zusätzlichen Absenken des Quecksilberdampfdrucks erfordern, was nicht ohne weiteres möglich ist.
Durch das Anlegen oder das Erhöhen eines Heizstroms durch das Heizelement wird das Amalgamdepot erhitzt beziehungsweise höher erhitzt, so dass der Quecksilberdampfdruck steigt. Im Idealfall verschiebt sich der Arbeitspunkt in das Optimum des Quecksilberdampfdrucks und der UVC-Emission.
Änderungen der Lampenspannung oder des Lampenstroms führen bei dieser Betriebsweise nicht zu einem Aufschaukeln des Regelsystems. Sinkt der Lampenstrom unter den vorgegebenen Wert Isoii, wird der Heizstrom eingeschaltet oder erhöht, so dass sich der Arbeitspunkt„A" in Figur 4 wieder nach rechts verschiebt. Infolgedessen erhöht sich der Lampenstrom wieder über den Wert lSoii beispielsweise auf den Wert l0ptimum, was wiederum als Signal zum Ausschalten des Heizstroms durch das Heizelement genutzt wird, und damit der Arbeitspünkt„A" wieder nach links verschoben wird.
Durch diese Betriebsweise gelingt es, den Arbeitspunkt„A" der Amalgamlampe in der Nähe des Optimums zu stabilisieren. Dabei kann die Verlegung des Arbeitspunktes„A" gegenüber dem Optimum so geringfügig sein, dass die UVC-Emission nicht nennenswert verringert wird.
Im Hinblick hierauf wird eine Betriebsweise bevorzugt, bei der der Unterschied zwischen lson und Optimum im Bereich von 0,1 bis 10 % von loptimum liegt.
Eine geringe Verschiebung des Arbeitspunktes genügt, da es lediglich wichtig ist, die Beheizung des Amalgamdepots als weiteres Stellglied für die Regelung einsetzen zu können. Ein Unterschied von mehr als 10% erfordert eine häufige oder andauernde Beheizung des Amalgamdepots ohne zusätzlichen nennenswerten Beitrag zur Stabilität des Regelsystems. Bei einem Unterschied von weniger als 0,1 % ergibt sich nur eine geringe Verbesserung in Bezug auf die Regelstabiltät.
Gemäß der Erfindung sind Grenzwerte 11 und 12 für das Ein- oder Ausschalten beziehungsweise für das Erhöhen oder Absenken des Heizstroms vorgesehen. Der untere Grenzwert 11 kann niedriger als lson sein, und der obere Grenzwert 12 kann zwischen lson und loptimum liegen. Vorzugsweise gilt jedoch:
11 = I2 = IS0„
Bei dieser Verfahrensweise wird der Heizstrom bei Unterschreiten des Sollwertes lson eingeschaltet oder erhöht und bei Überschreiten von lson wieder ausgeschaltet oder verringert. Die erfindungsgemäße Betriebsweise hat sich besonders bewährt, wenn sich loptimum bei einem Quecksilberdampfdruck im Bereich von 0,2 bis 2 Pa, vorzugsweise um 0,8 Pa, ergibt. Bei einer Leistungsregelung der Amalgamlampe verhält sich die Lampenspannung aufgrund des Zusammenhangs„P=U x I" reziprok zum Lampenstrom (=Entladungsstrom). Daher führt eine Verschiebung des Arbeitspunktes für die Lampenspannung Uson zu höheren Werten als Uoptimum prinzipiell zum gleichen Ergebnis wie die oben erläuterte Verschiebung des Arbeitspunktes des Lampenstroms zu niedrigeren Werten. Dies ist auch in Figur 4 schematisch dargestellt.
Daher wird die oben angegebene technische Aufgabe in äquivalenter Art und Weise auch durch eine Betriebsweise gelöst, bei der ein Sollwert der Lampenspannung Uson eingestellt wird, der höher ist als U^«™™, und dass der Heizstrom lHeiz bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes U1 für die Lampenspannung eingeschaltet oder erhöht und bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes U2 für die Lampenspannung abgeschaltet oder verringert wird. Zur Lösung des oben beschriebenen Stabilitätsproblems macht sich die Erfindung die Eigenschaft der Amalgamlampe zunutze, wonach im Bereich des Optimums des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsraum die Lampenspannung mit dem Quecksilberpartialdruck abnimmt. Der Strom- /Spannungs-Arbeitspunkt der Lampe wird nicht - wie sonst üblich - auf das Optimum der UVC- Emission und damit auf den optimalen Quecksilberdampfdruck ausgerichtet, sondern in den Bereich unterhalb des optimalen Quecksilberdampfdrucks, also in Richtung einer höheren Lampenspannung verlegt. Dadurch ergibt sich zwar ein geringerer Quecksilberdampfdruck, jedoch mit der Möglichkeit, diesen anhand eines zusätzlichen Stellgliedes wieder zu erhöhen, nämlich durch Anlegen eines Heizstroms oder durch Erhöhen eines bereits angelegten Heizstroms. Dadurch gelingt es, das Regelsystem zu stabilisieren und ein Aufschaukeln zu verhindern.
Wichtig ist, dass der Sollwert der Lampenspannung außerhalb des Optimums in Richtung eines verringerten Quecksilberdampfdrucks verschoben wird und nicht umgekehrt. Denn eine umgekehrte Verschiebung würde eine Maßnahme zum zusätzlichen Absenken des Quecksilberdampfdrucks erfordern, was nicht ohne weiteres möglich ist.
Durch das Anlegen oder das Erhöhen eines Heizstroms durch das Heizelement wird das Amalgamdepot erhitzt beziehungsweise höher erhitzt, so dass der Quecksilberdampfdruck steigt. Im Idealfall verschiebt sich der Arbeitspunkt in das Optimum des Quecksilberdampfdrucks und der UVC-Emission.
Änderungen der Lampenspannung führen bei dieser Betriebsweise nicht zu einem Aufschaukeln des Regelsystems. Steigt die Lampenspannung über den vorgegebenen Wert USOII, wird der Heizstrom eingeschaltet oder erhöht, so dass sich der Arbeitspunkt„A" in Figur 4 wieder nach rechts verschiebt. Infolgedessen verringert sich die Lampenspannung wieder unter den Wert Usoii beispielsweise auf den Wert U0ptimum, was wiederum als Signal zum Ausschalten des Heizstroms durch das Heizelement genutzt wird, und damit der Arbeitspunkt„A" wieder nach links verschoben wird.
Durch diese Betriebsweise gelingt es, den Arbeitspunkt„A" der Amalgamlampe in der Nähe des Optimums zu stabilisieren. Dabei kann die Verlegung des Arbeitspunktes„A" gegenüber dem Optimum so geringfügig sein, dass die UVC-Emission nicht nennenswert verringert wird. Im Hinblick hierauf wird eine Betriebsweise bevorzugt, bei der der Unterschied zwischen Uson und Uoptimum im Bereich von 0,1 bis 10 % von Ultimum liegt.
Eine geringe Verschiebung des Arbeitspunktes genügt, da es lediglich wichtig ist, die Beheizung des Amälgamdepots als weiteres Stellglied für die Regelung einsetzen zu können. Ein Unterschied von mehr als 10 Volt erfordert eine häufige oder andauernde Beheizung des Amalgamdepots ohne zusätzlichen nennenswerten Beitrag zur Stabilität des Regelsystems. Bei einem Unterschied von weniger als 1 Volt ergibt sich nur eine geringe Verbesserung in Bezug auf die Regelstabiltät.
Gemäß der Erfindung sind Schwellwerte U1 und U2 für das Ein- oder Ausschalten beziehungsweise für das Erhöhen oder Absenken des Heizstroms vorgesehen. Der obere Grenzwert U1 kann höher als Uson sein, und der untere Grenzwert U2 kann zwischen Uson und U0ptimUm liegen. Vorzugsweise gilt jedoch:
U1 = U2 = Uso,i
Bei dieser Verfahrensweise wird der Heizstrom bei Unterschreiten des Sollwertes Uson eingeschaltet oder erhöht und bei Überschreiten von Uson wieder ausgeschaltet oder verringert.
Die erfindungsgemäße Betriebsweise hat sich besonders bewährt, wenn sich Uoptimum bei einem Quecksilberdampfdruck im Bereich von 0,2 bis 2 Pa, vorzugsweise um 0,8 Pa, ergibt.
Im Folgenden werden Verfahrensweisen erläutert, die sowohl bei einer Verschiebung des Arbeitspunktes für die Lampenspannung als auch für die äquivalente Verschiebung des Arbeitspunktes für den Lampenstrom vorteilhaft sind.
So wird beispielsweise der Heizstrom ΙΗβιΖ vorzugsweise in Abhängigkeit von der Höhe eines Soll-Lampenstroms Ison eingestellt, wobei der Heizstrom zwischen 20% bis 70%, vorzugsweise weniger als 50% des Soll-Lampenstroms lson beträgt. Ein niedriger Heizstrom von weniger als 20% des Soll-Lampenstroms lson erfordert eine lange Heizdauer, bevor der Quecksilberdampfdruck nennenswert steigt und führt daher zu einer langsamen Regelung. Ein hoher Heizstrom von über 70% des Soll-Lampenstroms lson führt jedoch leicht zu einem Überheizen und einem Überschwingen der Regelung. Der Heizstrom wird daher so gering wie möglich und so hoch wie nötig eingestellt, besonders bevorzugt bei weniger als 50% des Soll-Lampenstroms.
Das Heizelement zur Erwärmung des Amalgamdepots kann über eine separate Heizeinrichtung verfügen. Im Hinblick auf eine einfache und kompakte Ausbildung der Amalgamlampe hat es sich allerdings besonders bewährt, wenn eine der Elektroden wendeiförmig ausgebildet ist und als Heizelement für das Amalgamdepot dient.
Die erfindungsgemäße Betriebsweise für eine Amalgamlampe setzt eine Abhängigkeit der Lampenspannung vom Quecksilberdampfdruck voraus. Diese Abhängigkeit ist besonders ausgeprägt bei Amalgamlampen mit einem neon- oder heliumhaltigen Füllgas. Daher macht sich die erfindungsgemäße Betriebsweise insbesondere bei einer Amalgamlampe vorteilhaft bemerkbar, bei der der Entladungsraum ein Neon oder Helium enthaltendes Füllgas enthält.
Ausführunqsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:
Figur 1 ein Detail einer Amalgamlampe in einer Vorderansicht,
Figur 2 ein Schaltbild, das einen Teil der Stromversorgung der Amalgamlampe darstellt,
Figur 3 ein Diagramm zur Abhängigkeit der UVC-Emission vom Quecksilberdampfdruck und
Figur 4 ein Diagramm zur Abhängigkeit der Lampenspannung und des Entladungsstroms
(Lampenstroms) vom Quecksilberdampfdruck im Fall einer Leistungsregelung der Amalgamlampe.
Figur 1 zeigt schematisch eines der beiden Enden einer Amalgamlampe 20, die sich durch eine Nominalleistung von 800 W (bei einem nominalen Lampenstrom von 8 A), eine Strahlerlänge von 150 cm und somit durch eine Leistungsdichte von etwas weniger als 5 W/cm auszeichnet. Sie besteht aus einem Quarzglasrohr 1 , das an seinen Enden mit Quetschungen 2 verschlos sen ist, in die Molybdänfolien 3 sowie die Enden von metallischen Anschlüssen 4 zu einer wendeiförmigen Elektrode 5 eingebettet sind. Die Elektrode 5 weist hierzu Beinchen 15 auf, die mit der Molybdänfolie 3 verbunden sind.
Zwischen der Elektrode 5 und einer ihr gegenüberliegenden zweiten Elektrode (siehe Figur 2) wird im Betrieb ein Lichtbogen 13 erzeugt, dessen Fuß 14 auf der Oberfläche der Elektrode 5 endet. Die Oberkante der Elektrode, an welcher der Fußpunkt 14 des Lichtbogens 13 angreift, ist mit einer gestrichelten Linie 12 gekennzeichnet.
Die Quetschung 2 am dargestellten Ende ist mit einem Hohlraum 9 versehen, der als Aufnahme für einen Amalgamvorrat 6 dient. Der Hohlraum 9 weist eine Öffnung 7 zum Entladungsraum 8 auf. Die Öffnungsweite der Öffnung 7 ist deutlich enger als die maximale lichte Weite des Hohlraums 9 und auch enger als der maximale Durchmesser des Amalgamvorrats 6, so dass das Amalgam in dem Hohlraum 9 gefangen ist und in fester Form nicht in den Entladungsraum 8 gelangen kann. Im Ausführungsbeispiel liegt die maximale Öffnungsweite der Öffnung 7 bei 2 mm.
Dadurch ist der Amalgamvorrat 6 in der Nähe der Elektrode 5 fixiert. Die Elektrode 5 wird durch den Lichtbogen 13 auf eine Temperatur aufgeheizt, die von der aktuellen Leistung der Amalgamlampe 20 abhängt, und die sich auf den Amalgamvorrat 6 je nach Abstand auswirkt. Der Abstand wird gemessen zwischen der Oberkante 12 der Elektrodenwendel und der Oberkante 16 des Amalgamvorrats; er beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 4,5 cm.
Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass sich innerhalb des (gebrochen dargestellten) Entladungsraums 8 der Amalgamlampe 20 die wendeiförmigen Elektroden 5a, 5b gegenüberliegen. Ein Amalgamvorrat ist nur im Hohlraum 9 vorgesehen, der der wendeiförmigen Elektrode 5a benachbart liegt.
Die Stromversorgung der Amalgamlampe 20 umfasst zwei unabhängige Stromkreise A und B. Der Stromkreis„A" dient zum Beheizen der Elektrode 5a und damit zum zusätzlichen Erwärmen des Amalgamvorrats. Der zweite Stromkreis„B" dient zum Anlegen des Lampenstroms von nominal 7 A. Die Stromkreise„A" und„B" sind Teil eines Vorschaltgeräts und einer Regeleinrichtung 21.
Der Entladungsraum 8 der Amalgamlampe 21 enthält neben Quecksilber ein Edelgas, nämlich Neon. Die Amalgamlampe 21 zeigt eine maximale UVC-Emission bei einem Quecksilberdampf- druck um 0,8 Pa, wie dies das Diagramm von Figur 3 schematisch zeigt; in dem die UVC- Emission in relativen Einheiten gegen den Quecksilberdampfdruck in [Pa] aufgetragen ist.
Wie eingangs bereits erläutert, hängen bei derartigen Amalgamlampen die Lampenspannung . und der Lampenstrom im Fall der Leistungsregelung vom Quecksilberdampfdruck ab, wie dies im Diagramm von Figur 4 schematisch dargestellt ist. Auf der linken Ordinate ist die Lampenspannung U und auf der rechten Ordinate ist der Lampenstrom I jeweils in relativen Einheiten gegen den Quecksilberpartialdruck pHg in [Pa] aufgetragen. Die optimale Betriebsspannung Uop- timum und der optimale Betriebsstrom loptimum ergeben einen Quecksilberdampfdruck um 0,8 Pa.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Amalgamlampe 21 anhand von Beispielen und der Figuren 1 bis 4 näher erläutert:
Beispiel 1
Die Amalgamlampe 21 mit einer Nominalleistung von 800 W wird mittels eines leistungsgeregelten Vorschaltgeräts im Betriebsmodus„konstante Leistung" betrieben.
Der nominale Betriebsstrom im Stromkreis„B" wird von 7,2 A auf einen Wert lson = 7,0 A abgesenkt und die Nominalspannung dementsprechend erhöht. Dadurch verringern sich die Temperatur der Elektrode 5a und damit auch die Temperatur des Amalgamvorrats 6, so dass die Quecksilberkonzentration im Entladungsraum 8 abnimmt, und sich dadurch der Wirkungsgrad der UVC-Strahlung geringfügig verringert.
Im Gegenzug ergibt sich jedoch ein stabilerer Betrieb der Amalgamlampe 21. Dies wird dadurch erreicht, indem ein zusätzliches Stellglied für die Regelung bereitgestellt wird, und zwar in Gestalt des Heizstroms„IHeiz", der durch die wendeiförmige Elektrode 5a über den Stromkreis„A" geleitet werden kann. Dieser bewirkt eine Temperaturerhöhung der Elektrode 5a und damit einhergehend eine zusätzliche Erwärmung des in der Nähe der Elektrode 5a angeordneten Amalgamvorrats 6.
Der Heizstrom„lHeiz" wird zugeschaltet, sobald der Sollwert für den Betriebsstrom 7,0 A unterschritten hat, und er wird abgeschaltet, sobald der Betriebsstrom 7 A erreicht hat. Der Heizstrom beträgt 30% des Soll-Lampenstroms lson, also etwa 2,0 A.
Beispiel 2
Bei einer äquivalenten Betriebsweise wird anstelle auf den Betriebsstrom auf die Betriebsspannung abgestellt. Auch hierbei wird die Amalgamlampe 21 mit einer Nominalleistung von 800 W mittels eines leistungsgeregelten Vorschaltgeräts im Betriebsmodus„konstante Leistung" betrieben.
Die nominale Betriebsspannung von 112 V wird auf einen Wert Ι ο,, = 115 V erhöht und der Nominalstrom„lson" im Stromkreis„B" dementsprechend verringert. Dadurch verringern sich die Temperatur der Elektrode 5a und damit auch die Temperatur des Amalgamvorrats 6, so dass die Quecksilberkonzentration im Entladungsraum 8 abnimmt, und sich dadurch der Wirkungsgrad der UVC-Strahlung geringfügig verringert.
Im Gegenzug ergibt sich jedoch ein stabilerer Betrieb der Amalgamlampe 21. Dies wird dadurch erreicht, indem ein zusätzliches Stellglied für die Regelung bereitgestellt wird, und zwar in Gestalt des Heizstroms„ ". der durch die wendeiförmige Elektrode 5a über den Stromkreis„A" geleitet werden kann. Dieser bewirkt eine Temperaturerhöhung der Elektrode 5a und damit einhergehend eine zusätzliche Erwärmung des in der Nähe der Elektrode 5a angeordneten Amalgamvorrats 6.
Der Heizstrom„IHeiz" wird zugeschaltet, sobald der Sollwert für die Betriebsspannung 115 V überschritten hat, und er wird abgeschaltet, sobald die Betriebsspannung 115 V wieder erreicht ist. Der Heizstrom beträgt 30% des Soll-Lampen-stroms lson, also etwa 2,0 A.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe mit einer Nominalleistung Pn0minai, aufweisend einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum, in dem zwischen Elektroden eine auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegte Lampenspannung Uoptimum anliegt oder ein auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegter Lampenstrom l0ptimum fließt, wobei der Entladungsraum für ein Amalgamdepot zugänglich ist, welches mittels eines Heizelements beheizbar ist, indem durch das Heizelement ein Heizstrom lHei2 geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert des Lampenstroms Isou eingestellt wird, der niedriger ist als loptimum, und dass der Heizstrom lHeiz bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes 11 für den Lampenstrom eingeschaltet oder erhöht und bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes 12 für den Lampenstrom abgeschaltet oder verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen lson und loptimum im Bereich von 0, 1 bis 10% von loptimum liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: 11 = 12 = lson.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich loptimum bei einem Quecksilberdampfdruck im Bereich von 0,2 bis 2 Pa ergibt.
5. Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe mit einer Nominalleistung Pn0minai, aufweisend einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum, in dem zwischen Elektroden eine auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegte Lampenspannung υοριιπ1υπι anliegt oder ein auf ein Maximum an UVC-Emission ausgelegter Lampenstrom loptimum fließt, wobei der Entladungsraum für ein Amalgamdepot zugänglich ist, welches mittels eines Heizelements beheizbar ist, indem durch das Heizelement ein Heizstrom lHeiZ geleitet wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Sollwert der Lampenspannung U^H eingestellt wird, der höher ist als Uop«- mUm, und dass der Heizstrom lHeiz bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes U1 für die Lampenspannung eingeschaltet oder erhöht und bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes U2 für die Lampenspannung abgeschaltet oder verringert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen Uson und Uoptimum im Bereich von 0, 1 bis 10% von Uoptimum liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: U1 = U2 = Uson
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Uoptimum bei einem Quecksilberdampfdruck im Bereich von 0,2 bis 2 Pa ergibt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom lHeiz in Abhängigkeit von der Höhe eines Soll-Lampenstroms Ison eingestellt wird, wobei der Heizstrom zwischen 20% bis 70%, vorzugsweise weniger als 50% des Soll- Lampenstroms lSOii beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden wendeiförmig ausgebildet ist und als Heizelement für das Amalgamdepot dient.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsraum ein Neon oder Helium enthaltendes Füllgas enthält.
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