EP2415068A1 - Dimmbare amalgamlampe und verfahren zum betreiben der amalgamlampe bei dimmung - Google Patents

Dimmbare amalgamlampe und verfahren zum betreiben der amalgamlampe bei dimmung

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EP2415068A1
EP2415068A1 EP10710782A EP10710782A EP2415068A1 EP 2415068 A1 EP2415068 A1 EP 2415068A1 EP 10710782 A EP10710782 A EP 10710782A EP 10710782 A EP10710782 A EP 10710782A EP 2415068 A1 EP2415068 A1 EP 2415068A1
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EP
European Patent Office
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amalgam
nominal
current
lamp
add
Prior art date
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EP10710782A
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Alex Voronov
Klaus Spitzenberg
Franz-Josef Schilling
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Excelitas Noblelight GmbH
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Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
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    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations

Definitions

  • the invention relates to a dimmable amalgam lamp, with a quartz glass tube which encloses a discharge space containing a filling gas and which is closed at its two ends with bruises, is passed through at least one current feedthrough to each helical electrode in the discharge space, wherein at least one of the bruises a cavity having an opening to the discharge space for receiving an amalgam supply, which is temperature controlled by means of the helical electrode.
  • the invention relates to a method for operating an amalgam lamp when dimming.
  • Such amalgam lamps are low pressure mercury lamps in which amalgam is used to increase performance.
  • Amalgam lamps are used for technologically demanding applications that require high UV radiation densities and high reliability, such as UV sterilization and oxidation.
  • a supply of solid amalgam is introduced into the discharge space in addition to the filling gas.
  • the effect of the amalgam is to control the mercury vapor pressure within the discharge space enclosed by the lamp body.
  • Such an amalgam lamp is known from US 2006/267495 A1. This consists of a quartz glass tube made of quartz glass, which is closed on both sides with bruises through which a current feedthrough is laid in the discharge space to a helical electrode through each.
  • solid amalgam gam in an additional container which is open to the discharge space.
  • the additional container is positioned behind one of the electrodes. Since the container is open to the filling gas, the solid amalgam is in thermodynamic equilibrium with the filling gas of the lamp.
  • the additional container protrudes either through the cylinder jacket surface of the quartz glass tube or through one of the bruises into the discharge space.
  • an additional fixation of the amalgam supply is provided in the additional container by means of a fused hook-shaped holder.
  • the melting of the additional container for receiving the amalgam supply requires an additional process step and is associated with the risk of loss of the quartz glass tube.
  • a heating coil In the vicinity of the amalgam supply a heating coil is provided, which has its own circuit and a temperature control. As a result, the amalgam supply can be kept at a certain temperature, thus ensuring the highest possible efficiency of the amalgam lamp.
  • amalgam lamp In amalgam lamps, where the amalgam reservoir is located on the inside wall of the discharge space, the amalgam has an optimum temperature at the nominal lamp power, thereby ensuring an optimal mercury vapor pressure. When dimming, however, the heat flow from the discharge area between the electrodes to the amalgam reservoir decreases so that it becomes colder and the mercury vapor pressure and the efficiency of the amalgam lamp decrease.
  • the cooling of the amalgam supply is counteracted by setting the temperature in the region of the amalgam and the amalgam be determined degree of efficiency and there is a corresponding adjustment of the temperature of the separate heater.
  • the invention is therefore based on the object to provide a structurally simple amalgam lamp, which maintains a high efficiency of UV-C emission even when operating at lower power (dimming).
  • the invention has for its object to provide a procedure for operating the amalgam lamp at dimming, which ensures a high efficiency of UV-C radiation.
  • the current feedthrough to helical electrode comprises a forward line and a return line for a heating current I_add, wherein a control device is provided by means of the heating current I_add in Dependence on the height of the actual lamp current I is adjustable.
  • the tempering of the amalgam reservoir serves to generate a mercury vapor pressure in the discharge space, which is independent of the current performance of the amalgam lamp and ensures optimal efficiency for the UV radiation. There is a range of optimal temperature of the amalgam, which is independent of the nominal power of the amalgam lamp.
  • the helical electrode adjacent to the amalgam supply is used. This thus serves both to generate an arc and to maintain a predetermined temperature of the amalgam supply.
  • the arc attacks the surface of the electrode so that it is heated by the arc.
  • This heating depends on the power of the arc and is transferred to the amalgam supply by thermal radiation.
  • the contribution of the arc to heating the amalgam supply is low.
  • a tempering of the amalgam reservoir enclosed in the pinch is thus provided over the heated electrode, without the need for an expensive additional heating device or the like.
  • the lamp current decreases from the nominal value Ijiominal (100% power) to a lower value and, accordingly, the heat flow from the filament to the amalgam supply decreases, which thereby does not reach the predetermined temperature.
  • the vapor pressure of mercury within the discharge space and thus also the UV-C emission sink to a value below the optimum.
  • an additional current is sent through the helical electrode according to the invention.
  • the auxiliary current heats the helical electrode, which is close to the amalgam reservoir, beyond the temperature that would otherwise set with the lamp power dimmed.
  • the amount of the additional current depends on the difference between the nominal power and the requested power when dimming. It has proven useful if the control device is intended to set the additional current "I_add" in accordance with the following design rule:
  • the control device is used to adjust the additional current so that even in dimmed operation an optimal temperature of the amalgam supply is maintained and so a high efficiency of UV-C emission can be achieved. If the sum of the additional current and the actual lamp current in dimmed operation is greater than twice the nominal lamp current, the amalgam will overheat. If the sum of the additional current and the actual lamp current in dimmed operation is less than 0.5 times the nominal lamp current, the amalgam supply, on the other hand, becomes too cold. In both cases, the efficiency of UV-C emission decreases. It has been shown that a complex temperature control for the temperature of the electrode or the Arnaigamvorrats can be dispensed with in these boundary conditions.
  • the additional current is adjusted by means of the control device in dependence on the dimmed actual lamp current so that the sum of additional current and actual lamp current corresponds exactly to the nominal lamp current.
  • the deviations from this ideal value are in the range of +/- 10% (based on the nominal lamp current). Therefore an embodiment of the amalgam lamp is particularly preferred, in which the control device is adapted to adjust the additional current "l_add" in accordance with the following design rule:
  • I_add + I is I_nominal + 0.1 I_nominal (2)
  • the Amalgamvorrat of the helical electrode has a distance "L" (in m), which is set in dependence on the nominal lamp current on the basis of the following equation:
  • the distance between the amalgam supply and the helical electrode plays an essential role.
  • the amalgam supply from the helical electrode is at a distance which is set as a function of the nominal lamp current on the basis of the following equation:
  • the distance between the amalgam reservoir and the helical electrode is understood as meaning the distance between the longitudinal axis of the radiator of the filament and the amalgam reservoir. That is, the longitudinal axis position of the arc facing outside of the coil and the longitudinal axis position of the electrode facing the outside of the amalgam supply, as shown schematically in Figure 1.
  • the distance is determined by the length of the helical electrode power supply lines and the diameter of the helix. With the same coil diameters, only the length of the power supply lines to the electrode is decisive, which are also referred to below as "legs".
  • the distance "L" (in m) between the amalgam reservoir and the helical electrode is set using the equation:
  • the pinch is provided with a cavity within which the amalgam reservoir is received.
  • the cavity is formed in the simplest case in the production of the pinch using a special mold. In this cavity, the amalgam reservoir is reliably fixed, so that it can not escape even in tilted positions of the amalgam lamp.
  • the cavity opening has an opening width which is impassable for the amalgam reservoir.
  • the amalgam reservoir is present as a solid solid and has a shape and size that prevents leakage from the cavity opening in the discharge space as a solid.
  • the placement of the amalgam reservoir in the cavity here requires the introduction of amalgam in a flowable state and subsequent solidification to the solid amalgam, which fills the cavity completely or partially. A suitable measure for this will be explained in more detail below with reference to an embodiment.
  • a holding element protrudes, which is anchored to the amalgam reservoir.
  • the retaining element contributes to the fixation or additional anchoring of the amalgam reservoir within the cavity and is preferably at least partially embedded in the respective pinch.
  • a first embodiment of the amalgam lamp has proven to be in which the holding element consists of quartz glass and is guided from the outside through the pinch in the cavity.
  • the holding element in this case has an elongated cylindrical part which extends through the pinch and allows handling and alignment of the holding element before making the pinch.
  • the holding element further has a part projecting into the cavity, which can be provided with a hook and which serves to anchor the amalgam supply.
  • the holding element is made of quartz glass, so that differences between the thermal expansion coefficients of the holding element and the material of the pinch, which is also the quartz glass, are avoided.
  • the holding element consists of metal and is connected to a power supply line of the electrode.
  • the metallic holding element is in this case welded to a supply line for the power supply of the electrode. This results in a predetermined position of the holding element with respect to the cavity to be produced. Therefore, it must be ensured in the production of the pinch that the free end of the retaining element comes to rest in the cavity to be produced. On the other hand, it is unnecessary to introduce and align a holding element in an additional process step.
  • the above-mentioned object is achieved in that the current feedthrough to the helical electrode comprises an outgoing line and a return line for an additional current I_add, and in that the additional current I_add as a function of the height of the Actual lamp current I_lst is set.
  • an additional current is passed through the helical electrode, which depends on the difference between the nominal power of the amalgam lamp and the requested power when dimming.
  • the heating current "I_add" is preferably set according to the following design rule:
  • the additional current I_add is ideally set so that the sum of additional current and actual lamp current corresponds exactly to the nominal lamp current. Slight deviations from this ideal case are readily acceptable, for example, deviations in the range of +/- 10% of the nominal lamp current. Accordingly, a procedure for operating the amalgam lamp is particularly preferred in which the additional current is set in accordance with the following design rule:
  • I_add + I_ist I_nominal ⁇ 0.1 I_nominal.
  • FIG. 2 shows the detail according to FIG. 1 in a side view in a section along the line A-A
  • FIG. 3 shows a side view of a further embodiment of an amalgam lamp according to the invention in detail
  • Figure 4 shows a further embodiment of the amalgam lamp according to the invention in detail in a front view
  • Figure 5 shows an embodiment of the amalgam lamp according to the invention with a circuit diagram showing a part of the power supply.
  • Figure 1 shows schematically one of the two ends of an amalgam lamp 20, 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 distinguished. It consists of a quartz glass tube 1, which is closed at its ends with bruises 2, are embedded in the molybdenum foils 3 and the ends of metallic terminals 4 to a helical electrode 5. For this purpose, the electrode 5 has "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 pinch 2 at the illustrated end is provided with a cavity 9 which serves as a receptacle for an amalgam reservoir 6.
  • the cavity 9 has an opening 7 to the discharge space 8.
  • the opening width of the opening 7 is significantly narrower than the maximum clear width of the cavity 9 and also narrower than the maximum diameter of the amalgam reservoir 6, so that the amalgam is trapped in the cavity 9 and in solid form not in the discharge space. 8 can get.
  • the maximum opening width of the opening 7 is 2 mm.
  • 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 which depends on the current performance of the amalgam lamp 20 (see also FIG. 5) and which has an effect on the amalgam reservoir 6, depending on the distance L.
  • the distance L between the amalgam reservoir 6 and the length position 12 of the foot point 14 is determined by the following equation:
  • the distance L is approximately 4.5 cm in the case of the amalgam lamp 20 in the exemplary embodiment. According to the invention, this distance is adjusted as a function of the nominal lamp current, which is done in practice by adjusting the length of the legs 15. The distance L is measured between the upper edge 12 of the electrode coil and the upper edge 16 of the amalgam supply, as indicated by the block arrow "L".
  • the amalgam lamp 20 is equipped with a (not shown in the figure) dimming and control device, which is explained below with reference to FIG 5 in more detail.
  • FIG. 3 schematically shows a supplementary fixation of the amalgam reservoir 6 by means of a quartz glass fiber 10, which extends through the pinch seal 2 into the amalgam reservoir 6 and forms a uniform quartz glass mass with it after production of the pinch seal.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the amalgam lamp according to the invention, in which the amalgam reservoir 6 is additionally fixed in the cavity 9 by means of a metallic hook 11.
  • the hook 11 is welded to one of the legs 15 for the electrode 5, and its free end extends into the amalgam 6.
  • FIG. 5 shows the ends of the discharge space 8 (shown in broken lines) of the amalgam lamp 20 according to FIG. 1, with the helical electrodes 5a, 5b opposite the discharge space 8, whose electrical connections are guided through the pinchings 2.
  • Both bruises 2 are provided with a cavity 9, but only one cavity 9 is filled with an amalgam reservoir 6, which is adjacent to the coil (electrode) 5a.
  • the power supply of the amalgam lamp 20 includes a first circuit "A”, which serves to heat the electrode 5a, and a second circuit “B”, which serves to apply the lamp voltage of nominally 100 volts.
  • the circuits "A” and “B” are part of a control device 21.
  • an additional heating current I_add is conducted through the electrode 5a via the circuit "A", which leads to a temperature increase of the electrode 5a.
  • This increase in temperature brings about an additional heating of the amalgam reservoir 6 arranged in the vicinity of the electrode 5a.
  • the temperature increase of the electrode 5 is noticeable above all because an approximately 10 times higher thermal power density prevails in the vicinity of the base point 14 than the arc 13 (FIG. FIG. 1) between the electrodes 5a, 5b.
  • the controller 21 is set to compensate for each decrease in the nominal current to 100% of the nominal current by a corresponding increase in the heating current. This additional current ensures a maximum possible UV-C emission in dimmed operation.

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Abstract

Es wird ausgegangen von einer dimmbaren Amalgamlampe, mit einem Quarzglasrohr, das einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum umhüllt, und das an seinen beiden Enden mit Quetschungen verschlossen ist, durch die mindestens eine Stromdurchführung zu jeweils einer wendeiförmigen Elektrode in den Entladungsraum geführt ist, wobei mindestens eine der Quetschungen einen eine Öffnung zum Entladungsraum aufweisenden Hohlraum zur Aufnahme eines Amalgamvorrats aufweist, der mittels der wendeiförmigen Elektrode temperierbar ist. Um hiervon ausgehend, eine Verfahrensweise zum Betreiben der Amalgamlampe anzugeben, die auch bei Dimmung einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Stromdurchführung zur wendeiförmigen Elektrode eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Zusatzstrom l_add umfasst, und dass der Zusatzstrom l_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms l_Ist eingestellt wird.

Description

Dimmbare Amalgamlampe und Verfahren zum Betreiben der Amalgamlampe bei Dimmung
Die Erfindung betrifft eine dimmbare Amalgamlampe, mit einem Quarzglasrohr, das einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum umhüllt und das an seinen beiden Enden mit Quetschungen verschlossen ist, durch die mindestens eine Stromdurchführung zu jeweils einer wendeiförmigen Elektrode in den Entladungsraum geführt ist, wobei mindestens eine der Quetschungen einen eine Öffnung zum Entladungsraum aufweisenden Hohlraum zur Aufnahme eines Amalgamvorrats aufweist, der mittels der wendeiförmigen Elektrode temperierbar ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe bei Dimmung.
Stand der Technik
Bei derartigen Amalgamlampen handelt es sich um Quecksilberniederdrucklampen, in denen zwecks Erhöhung der Leistungsfähigkeit Amalgam verwendet wird. Amalgamlampen werden für technologisch anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf hohe UV-Strahlungsdichten und hohe Betriebssicherheit ankommt, wie etwa zur UV-Entkeimung und zur Oxidation.
Dabei wird in den Entladungsraum zusätzlich zum Füllgas ein Vorrat aus festem Amalgam eingebracht. Die Wirkung des Amalgams besteht darin, den Quecksilber-Dampfdruck innerhalb des vom Lampenkörper umschlossenen Entladungsraums zu kontrollieren.
Aus der US 2006/267495 A1 ist eine derartige Amalgamlampe bekannt. Diese besteht aus einem Quarzglasrohr aus Quarzglas, das beiderseits mit Quetschungen verschlossen ist, durch die hindurch jeweils eine Stromdurchführung in den Entladungsraum zu einer wendeiförmigen Elektrode verlegt ist. Zum Einbringen eines Amalgamvorrats wird vorgeschlagen, festes Amal- gam in einen Zusatzbehälter einzuschließen, der zum Entladungsraum hin offen ist. Der Zusatzbehälter wird hinter einer der Elektroden positioniert. Da der Behälter zum Füllgas hin offen ist, ist das feste Amalgam mit dem Füllgas der Lampe im thermodynamischen Gleichgewicht. Der Zusatzbehälter ragt entweder durch die Zylindermantelfläche des Quarzglasrohres oder durch eine der Quetschungen in den Entladungsraum hinein. Dabei ist eine zusätzliche Fixierung des Amalgamvorrats in dem Zusatzbehälter mittels eines eingeschmolzenen hakenförmigen Halters vorgesehen.
Das Einschmelzen des Zusatzbehälters zur Aufnahme des Amalgamvorrats erfordert einen zusätzlichen Verfahrensschritt und ist mit dem Risiko eines Verlusts des Quarzglasrohres verbunden.
Diesen Nachteil vermeidet eine Amalgamlampe gemäß der eingangs genannten Gattung, wie sie aus der WO 2007/091187 A1 bekannt ist. Es wird vorgeschlagen, eine der Quetschungen mit einem zum Entladungsraum hin offenen Hohlraum zu versehen, in den der Amalgamvorrat eingebracht wird. Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Amalgamvorrat in einen kugelförmigen Behälter eingebracht wird, der nach oben eine Öffnung aufweist und der von einem Metallstreifen gehalten wird, der in der Quetschung eingebettet ist. Der Metallstreifen ragt gleichzeitig in den kugelförmigen Behälter und verankert darin den Amalgamvorrat.
In der Nähe des Amalgamvorrats ist eine Heizwendel vorgesehen, die über einen eigenen Stromkreis und eine Temperatursteuerung verfügt. Dadurch kann der Amalgamvorrat auf einer bestimmten Temperatur gehalten und so ein möglichst hoher Wirkungsgrad der Amalgamlampe gewährleistet werden.
Eine besondere Problematik ergibt sich beim Dimmen der Amalgamlampe. Bei Amalgamlampen, bei denen sich der Amalgamvorrat an der Innenwandung des Entladungsraumes befindet, hat das Amalgam bei der nominalen Lampenleistung eine optimale Temperatur und gewährleistet dadurch einen optimalen Quecksilberdampfdruck. Beim Dimmen verringert sich jedoch der Wärmestrom vom Entladungsbereich zwischen den Elektroden zum Amalgamvorrat, so dass dieser kälter wird und der Quecksilberdampfdruck und der Wirkungsgrad der Amalgamlampe sinken.
Bei der aus der WO 2007/091187 A1 bekannten Amalgamlampe wird der Abkühlung des Amalgamvorrats entgegengewirkt, indem die Temperatur im Bereich des Amalgams und der Dim- mungsgrad ermittelt werden und eine dementsprechende Einregelung der Temperatur der separaten Heizeinrichtung erfolgt.
Die separate Heizeinrichtung und die Temperaturmess- und Regeleinrichtung verlangen jedoch einen beträchtlichen konstruktiven Mehraufwand.
Technische Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Amalgamlampe bereitzustellen, die auch beim Betrieb mit niedrigerer Leistung (Dimmung) einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Emission beibehält.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verfahrensweise zum Betreiben der Amalgamlampe bei Dimmung anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung gewährleistet.
Hinsichtlich der Amalgamlampe wird diese Aufgabe ausgehend von einer Amalgamlampe mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromdurchführung zur wendeiförmigen Elektrode eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Heizstrom I_add umfasst, wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, mittels der der Heizstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I ist einstellbar ist.
Die Temperierung des Amalgamvorrates dient dazu, einen Quecksilber-Dampfdruck im Entladungsraum zu erzeugen, der unabhängig von der aktuellen Leistung der Amalgamlampe ist und der einen optimalen Wirkungsgrad für die UV-Strahlung gewährleistet. Dabei gibt es einen Bereich optimaler Temperatur des Amalgams, der unabhängig von der Nominal-Leistung der Amalgamlampe ist.
Zur Temperierung des Amalgamvorrats wird die zum Amalgamvorrat benachbart gelegene wendeiförmige Elektrode eingesetzt. Diese dient somit sowohl zur Erzeugung eines Lichtbogens als auch zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Temperatur des Amalgamvorrats.
Im Betrieb greift der Lichtbogen an der Oberfläche der Elektrode an, so dass diese durch den Lichtbogen erwärmt wird. Diese Erwärmung ist abhängig von der Leistung des Lichtbogens und wird durch Wärmestrahlung auf den Amalgamvorrat übertragen. Im Vergleich dazu ist der Beitrag des Lichtbogens zur Erwärmung des Amalgamvorrats gering. Bei der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist somit eine Temperierung des in der Quetschung eingeschlossenen Amalgamvorrates über die erwärmte Elektrode vorgesehen, ohne dass hierfür eine aufwändige zusätzliche Heizeinrichtung oder dergleichen bereit- gestellt werden muss.
Beim Dimmen der Amalgamlampe verringert sich jedoch der Lampenstrom vom nominalen Wert Ijiominal (100 % Leistung) auf einen geringeren Wert und dementsprechend verringert sich der Wärmestrom von der Wendel zum Amalgamvorrat, der dadurch die vorgegebene Temperatur nicht mehr erreicht. Dadurch sinken der Dampfdruck von Quecksilber innerhalb des Entladungsraumes und damit auch die UV-C-Emission auf einen Wert unterhalb des Optimums.
Zur Kompensation dieses Wärmeverlustes wird erfindungsgemäß ein Zusatzstrom durch die wendeiförmige Elektrode geschickt. Der Zusatzstrom heizt die wendeiförmige Elektrode, die sich in der Nähe zum Amalgamvorrat befindet, über die Temperatur hinaus auf, die sich ansonsten bei gedimmter Lampenleistung einstellen würde.
Die Höhe des Zusatzstroms hängt vom Unterschied zwischen der Nominalleistung und der angeforderten Leistung beim Dimmen ab. Es hat sich bewährt, wenn die Regeleinrichtung dazu vorgesehen ist, den Zusatzstrom „l_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen:
Vz Ijiominal < I_ist + I_add < 2 Ijiominal (1)
Die Regeleinrichtung dient dazu, den Zusatzstrom so einzustellen, dass auch im gedimmten Betrieb eine optimale Temperatur des Amalgamvorrats erhalten bleibt und so ein hoher Wirkungsgrad der UV-C-Emission erzielbar ist. Wenn die Summe von Zusatzstrom und Ist- Lampenstrom im gedimmten Betrieb größer ist als das 2-fache des nominalen Lampenstroms, wird Amalgam überhitzt. Wenn die Summe von Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom im gedimmten Betrieb kleiner ist als das 0,5-fache des nominalen Lampenstroms, wird der Amalgamvorrat hingegen zu kalt. In beiden Fällen sinkt der Wirkungsgrad der UV-C-Emission. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Randbedingungen auf eine aufwändige Temperaturregelung für die Temperatur der Elektrode oder des Arnaigamvorrats verzichtet werden kann.
Im Idealfall wird der Zusatzstrom mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom abgedimm- ten Ist-Lampenstrom so eingestellt, dass die Summe aus Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom genau dem Nominal-Lampenstrom entspricht. Vorzugsweise liegen die Abweichungen von diesem Idealwert im Bereich von +/- 10 % (bezogen auf den Nominal-Lampenstrom). Demnach wird eine Ausführungsform der Amalgamlampe besonders bevorzugt, bei der die Regeleinrichtung geeignet ist, den Zusatzstrom „l_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen:
I_add + I ist = I_nominal + 0,1 I_nominal (2)
Ein Zusatzstrom in diesem Bereich gewährleistet einen maximal hohen Wirkungsgrad der UV- C-Emission sowohl im Betrieb mit nominaler Lampenleistung als auch im Betrieb mit gedimmter Amalgamlampe.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist vorgesehen, dass der Amalgamvorrat von der wendeiförmigen Elektrode einen Abstand „L" (in m) hat, der in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom anhand folgender anhand folgender Gleichung eingestellt ist:
V 2kl_nominal > L > Vi/2kl_nominal, (3)
wobei I_nominal (in A) der nominale Lampenstrom der Amalgamlampe und die Konstante k = 0,25 x 10"3 (in m2/A) ist.
Bei der Temperierung des in der Quetschung eingeschlossenen Amalgamvorrats spielt der Abstand zwischen dem Amalgamvorrat und der wendeiförmigen Elektrode eine wesentliche Rolle. Denn je größer der nominale Lampenstrom ist, umso höher ist die Temperatur der Elektrode beim Betrieb der Amalgamlampe, und umso größer muss der Abstand zwischen Elektrode und Amalgamvorrat sein, um die Temperatur im Bereich des Amalgamvorrats auf das gewünschte Niveau einzustellen und ein Überhitzen des Amalgams zu verhindern. Durch Überhitzen kann es zu einer Abweichung des optimalen Quecksilberdampfdrucks kommen und damit einhergehend zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der emittierten UV-C-Strahlung.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass der Amalgamvorrat von der wendeiförmigen Elektrode einen Abstand hat, der in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom anhand folgender Gleichung eingestellt ist:
V 2kϊ_nomin3l > L > Vi/2kϊ_πominal, (3)
wobei I_nominal (in A) der nominale Lampenstrom und die Konstante k = 0,25 x 10-3 (in m2/A) ist.
Als Abstand zwischen dem Amalgamvorrat und der wendeiförmigen Elektrode wird dabei die Strecke zwischen den Strahlerlängsachsenpositionen von Wendel und Amalgamvorrat verstan- den und zwar die Längsachsenposition der dem Lichtbogen zugewandten Außenseite der Wendel und die Längsachsenposition der der Elektrode zugewandten Außenseite des Amalgamvorrats, wie dies in Figur 1 schematisch dargestellt ist. Der Abstand wird durch die Länge der Stromzufuhrleitungen für die wendeiförmige Elektrode und durch den Durchmesser der Wendel festgelegt. Bei gleichen Wendeldurchmessern ist also nur die Länge der Stromzufuhrleitungen zur Elektrode entscheidend, die im Folgenden auch als „Beinchen" bezeichnet werden.
Bei einem geringeren Abstand kann es vorkommen, dass der Amalgamvorrat überhitzt wird; und bei einem Abstand oberhalb des genannten Bereiches besteht die Gefahr, dass der Amalgamvorrat zu kalt bleibt. In beiden Fällen sinkt der Wirkungsgrad der UV-Emission.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist vorgesehen, dass der Abstand „L" (in m) zwischen Amalgamvorrat und wendeiförmiger Elektrode anhand folgender Gleichung eingestellt ist:
L = Vkl_nominal ± 0,2 Vkl_nominal (4)
Gemäß der Erfindung ist die Quetschung mit einem Hohlraum versehen, innerhalb dessen der Amalgamvorrat aufgenommen ist. Der Hohlraum wird im einfachsten Fall bei der Herstellung der Quetschung unter Einsatz eines speziellen Formwerkzeuges gebildet. In diesem Hohlraum ist der Amalgamvorrat zuverlässig fixiert, so dass es auch bei Kippstellungen der Amalgamlampe nicht daraus entweichen kann.
Für die Fixierung des Amalgamvorrats innerhalb des Hohlraums wird eine Maßnahme bevorzugt, bei der die Hohlraum-Öffnung eine Öffnungsweite aufweist, die für den Amalgamvorrat unpassierbar ist.
Der Amalgamvorrat liegt als massiver Festkörper vor und weist eine Form und Größe auf, die ein Austreten aus der Hohlraum-Öffnung in den Entladungsraum als Feststoff verhindert. Das Platzieren des Amalgamvorrats im Hohlraum erfordert hierbei das Einbringen von Amalgam in einem fließfähigen Zustand und ein anschließendes Verfestigen zu dem Amalgam-Festkörper, der den Hohlraum ganz oder teilweise ausfüllt. Eine hierfür geeignete Maßnahme wird weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
Alternativ oder ergänzend dazu hat es sich auch als günstig erwiesen, wenn in den Hohlraum ein Halteelement ragt, das mit dem Amalgamvorrat verankert ist. Das Halteelement trägt zur Fixierung oder zusätzlichen Verankerung des Amalgamvorrats innerhalb des Hohlraumes bei und ist vorzugsweise wenigstens teilweise in die betreffende Quetschung eingebettet.
Dabei hat sich eine erste Ausführungsform der Amalgamlampe bewährt, bei der das Halteelement aus Quarzglas besteht und von außen durch die Quetschung in den Hohlraum geführt ist.
Das Halteelement weist hierbei einen lang gestreckten zylindrischen Teil auf, der sich durch die Quetschung erstreckt und der eine Hantierung und Ausrichtung des Halteelements vor Herstellen der Quetschung ermöglicht. Das Halteelement weist weiterhin einen in den Hohlraum ragenden Teil auf, der mit einem Haken versehen sein kann und der zur Verankerung des Amalgamvorrats dient. Das Halteelement besteht aus Quarzglas, so dass Unterschiede zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Halteelement und dem Werkstoff der Quetschung, bei dem es sich ebenfalls vom Quarzglas handelt, vermieden werden.
Bei einer alternativen und gleichermaßen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist vorgesehen, dass das Halteelement aus Metall besteht und mit einer Stromzufuhrleitung der Elektrode verbunden ist.
Das metallische Halteelement ist hierbei mit einer Zufuhrleitung für die Stromversorgung der Elektrode verschweißt. Dadurch ergibt sich eine vorgegebene Lage des Halteelements in Bezug auf den herzustellenden Hohlraum. Daher ist bei der Herstellung der Quetschung zu gewährleisten, dass das freie Ende des Halteelementes in dem dabei herzustellenden Hohlraum zu liegen kommt. Andererseits erübrigt sich so das Einbringen und Ausrichten eines Halteelementes in einem zusätzlichen Verfahrensschritt.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Amalgamlampe bei Dim- mung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stromdurchführung zur wendeiförmigen Elektrode eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Zusatzstrom I_add um- fasst, und dass der Zusatzstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I_lst eingestellt wird.
Durch diese Betriebsweise kann gewährleistet werden, dass auch beim Dimmen der Amalgamlampe der Amalgamvorrat auf einer Temperatur gehalten wird, die einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung gewährleistet. Denn beim Dimmen wird der nominale Lampenstrom I_nominal (entspricht 100 % der Lampenleistung) auf einen geringeren Wert verringert, so dass die wendeiförmige Elektrode eine geringere Temperatur einnimmt, und damit auch der Amalgamvorrat abkühlt, der gemäß der Erfindung von dieser Elektrode temperiert wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Zusatzstrom durch die wendeiförmige Elektrode geleitet, der vom Unterschied zwischen der Nominalleistung der Amalgamlampe und der angeforderten Leistung beim Dimmen abhängt.
Vorzugsweise wird der Heizstrom „I_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt:
Yt I_nominal < I_ist + I_add < 2 I_nominal. (1)
Durch die Einstellung des Zusatzstromes innerhalb des in Gleichung (1) genannten Bereiches bleibt eine optimale Temperatur des Amalgamvorrates erhalten und damit ein hoher Wirkungsgrad der UV-C-Emission. Bei einem Zusatzstrom unterhalb der genannten Untergrenze besteht die Gefahr, dass das Amalgam zu kalt wird, so dass der Quecksilberdampfdruck und als Folge davon die UV-C-Emission sinkt; bei einem Zusatzstrom oberhalb der genannten Bereichsobergrenze besteht hingegen die Gefahr, dass der Quecksilberdampfdruck zu hoch wird, was ebenfalls zu einer Verringerung der UV-C-Emission führt. Es hat sich gezeigt, dass so auch bei Dimmbetrieb der Lampe auf eine aufwändige Temperatureinstellung für den Amalgamvorrat verzichtet werden kann.
Dabei wird der Zusatzstrom I_add im Idealfall so eingestellt, dass die Summe aus Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom genau dem Nominal-Lampenstrom entspricht. Geringfügige Abweichungen von diesem Idealfall sind ohne weiteres hinnehmbar, beispielsweise Abweichungen im Bereich von +/- 10 % des nominalen Lampenstroms. Demnach wird eine Verfahrensweise zum Betrieb der Amalgamlampe besonders bevorzugt, bei der der Zusatzstrom nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt wird:
I_add + I_ist = I_nominal ± 0,1 I_nominal. (2)
Bei einem Betrieb der Amalgamlampe in diesem Bereich wird ein optimal hoher Wirkungsgrad der UV-C-Erπissioπ sowohl irn Betrieb bei nominaler Lampeπleistung als auch bei gedämmter Amalgamlampe ermöglicht. Ausführunqsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:
Figur 1 ein Detail einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe in einer Vorderansicht,
Figur 2 das Detail gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht bei einem Schnitt entlang der Linie A-A,
Figur 3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Amalgamlampe im Detail,
Figur 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe im Detail in einer Vorderansicht, und
Figur 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe mit einem Schaltbild, das einen Teil der Stromversorgung zeigt.
Figur 1 zeigt schematisch eines der beiden Enden einer Amalgamlampe 20, die sich durch eine Nominal-Leistung 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 verschlossen 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 (in der Figur 1 nicht dargestellt) 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 (siehe auch Figur 5) abhängt und die sich auf den Amalgamvorrat 6 je nach Abstand L auswirkt. Der Abstand L zwischen dem Amalgamvorrat 6 und der Längenposition 12 des Fußpunktes 14 wird anhand folgender Gleichung ermittelt:
L = Vkl_nominal
wobei k = 0,25 x 10'3 (in m2/A) ist. Der Abstand L beträgt bei der Amalgamlampe 20 im Ausführungsbeispiel etwa 4,5 cm. Gemäß der Erfindung wird dieser Abstand in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom eingestellt, was in der Praxis durch Anpassung der Länge der Beinchen 15 erfolgt. Der Abstand L wird gemessen zwischen der Oberkante 12 der Elektrodenwendel und der Oberkante 16 des Amalgamvorrats, wie vom Blockpfeil „L" angedeutet.
Die Amalgamlampe 20 ist mit einer (in der Figur nicht dargestellten) Dimm- und Regeleinrichtung ausgestattet, die weiter unten anhand Figur 5 näher erläutert wird.
Aus der Ansicht von Figur 2 ist ersichtlich, dass die Öffnung 7 des Hohlraums 9 in dieser Ansichtsrichtung verengt ist, so dass der Amalgamvorrat die Öffnung 7 nicht passieren kann.
In Figur 3 ist schematisch eine ergänzende Fixierung des Amalgamvorrats 6 mittels einer Quarzglasfaser 10 vorgesehen, die sich durch die Quetschung 2 in den Amalgamvorrat 6 hinein erstreckt und die nach Herstellung der Quetschung mit dieser eine einheitliche Quarzglasmasse bildet.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe, bei der der Amalgamvorrat 6 zusätzlich mittels eines metallischen Hakens 11 in dem Hohlraum 9 fixiert wird. Der Haken 11 ist an einem der Beinchen 15 für die Elektrode 5 angeschweißt, und sein freies Ende erstreckt sich in das Amalgam 6 hinein.
Nachfolgend wird die Herstellung der Amalgamlampe anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
In ein Quarzglasrohr werden Elektroden 5 eingebracht und die beiden Enden mit Quetschungen 2 verschlossen. Zur Herstellung einer Quetschung 2 wird ein Formwerkzeug eingesetzt, das eine Ausnehmung aufweist, welche die Quetschung 2 einschließlich des Hohlraumes 9 erzeugt. Dabei wird gleichzeitig der Stromanschluss 4, 3; 15 für die Elektrode 5 vakuumdicht eingebettet. Über eine nachträglich wieder zu verschließende Öffnung in der Seitenwand des Quarzglasrohres 1 wird festes Amalgam auf die Öffnung 7 des Hohlraums 9 aufgelegt und anschließend erweicht. Dabei fließt das Amalgam in den Hohlraum 9 ab und erstarrt zu dem massiven Amalgamvorrat 6. Wesentlich dabei ist, dass der Amalgamvorrat 6 nach der Erstarrung eine Größe aufweist, die verhindert, dass die Amalgammasse über die verengte Öffnung 7 in den Entladungsraum 8 gelangen kann.
Nachfolgend werden die erfindungsgemäße, dimmbare Amalgamlampe 20 und eine Verfahrensweise beim gedimmten Betrieb anhand Figur 5 näher erläutert. Die Figur 5 zeigt die Enden des (gebrochen dargestellten) Entladungsraums 8 der Amalgamlampe 20 gemäß Figur 1 , mit den sich im Entladungsraum 8 gegenüberliegenden, wendeiförmigen Elektroden 5a, 5b, deren elektrische Anschlüsse durch die Quetschungen 2 geführt sind. Beide Quetschungen 2 sind mit einem Hohlraum 9 versehen, jedoch ist nur derjenige Hohlraum 9 mit einem Amalgamvorrat 6 gefüllt, der zur Wendel (Elektrode) 5a benachbart liegt.
Die Stromversorgung der Amalgamlampe 20 umfasst einen ersten Stromkreis „A", der zum Beheizen der Elektrode 5a dient, und einen zweiten Stromkreis „B", der zum Anlegen der Lampenspannung von nominal 100 Volt dient. Die Stromkreise „A" und „B" sind mit Teil einer Regeleinrichtung 21.
Beim Dimmen der Amalgamlampe 20 wird der Nominalstrom I_nominal (=8 A) im Stromkreis „B" verringert. Dadurch verringert sich die Temperatur der Elektrode 5 und damit auch die Temperatur des Amalgamvorrats 6, so dass die Quecksilber-Konzentration im Entladungsraum 8 abnimmt, und sich dadurch der Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung verringert. Um diesen Effekt zu kompensieren, wird durch die Elektrode 5a über den Stromkreis „A" ein zusätzlicher Heizstrom I_add geleitet, der zu einer Temperaturerhöhung der Elektrode 5a führt. Diese Temperaturerhöhung bewirkt eine zusätzliche Erwärmung des in der Nähe der Elektrode 5a angeordneten Amalgamvorrats 6. Die Temperaturerhöhung der Elektrode 5 macht sich vor allem deshalb bemerkbar, weil in der Nähe des Fußpunktes 14 eine etwa 10 mal höhere thermische Leistungsdichte herrscht als sie der Lichtbogen 13 (Figur 1) zwischen den Elektroden 5a, 5b bewirkt.
Bei einer Verringerung des Nominalstroms um 20% (I_ist=0,8 x I_nominal) wird der Heizstrom l_add derart erhöht, dass gilt: I_ist + I_add = I_nominal (=100%). Die Regeleinrichtung 21 ist so eingestellt, dass sie bei jeder Verringerung des Nominalstroms eine Kompensation auf 100 % des Nominalstroms durch eine entsprechende Erhöhung des Heizstroms bewirkt. Durch diesen Zusatzstrom wird eine maximal mögliche UV-C-Emmission im gedimmten Betrieb gewährleistet.

Claims

Patentansprüche
1. Dimmbare Amalgamlampe, mit einem Quarzglasrohr (1), das einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum (8) umhüllt, und das an seinen beiden Enden mit Quetschungen (2) verschlossen ist, durch die mindestens eine Stromdurchführung (4) zu jeweils einer wendeiförmigen Elektrode (5) in den Entladungsraum (8) geführt ist, wobei mindestens eine der Quetschungen (2) einen eine Öffnung (7) zum Entladungsraum (8) aufweisenden Hohlraum (9) zur Aufnahme eines Amalgamvorrats (6) aufweist, der mittels der wendeiförmigen Elektrode (5) temperierbar ist, und mit einer Dimmeinrichtung, mittels der ein nominaler Lampenstrom I_nominal auf einen geringeren Ist-Lampenstrom I ist verringerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführung (4) zur wendeiförmigen Elektrode (5) eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Heizstrom I_add umfasst, und dass eine Regeleinrichtung (21) vorgesehen ist, mittels der der Heizstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I_ist einstellbar ist.
2. Amalgamlampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung vorgesehen ist, den Heizstrom „I_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen:
14 1_nominal < I_ist + I_add < 2 I_nominal (1)
3. Amalgamlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung vorgesehen ist, den Heizstrom „I_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen:
I_add + I_ist = I_nominal ± 0,1 Ijiominal (2)
4. Amalgamlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Amalgamvorrat von der wendeiförmigen Elektrode einen Abstand „L" (in m) hat, der in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom anhand folgender Gleichung eingestellt ist:
V 2kl_nominal > L > \1/2kl_nominal, (3) wobei I_nominal (in A) der nominale Lampenstrom der Amalgamlampe und die Konstante k = 0,25 x 10"3 (in m2/A) ist.
5. Amalgamlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand „L" (in m) zwischen Amalgamvorrat und wendeiförmiger Elektrode anhand folgender Gleichung eingestellt ist:
L = Vkl_nominal ± 0,2VkI_nominal (4)
6. Amalgamlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraum-Öffnung (7) eine öffnungsweite aufweist, die für den Amalgamvorrat (6) unpassierbar ist.
7. Amalgamlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (9) ein Halteelement (10; 11) ragt, das mit dem Amalgamvorrat (6) verankert ist.
8. Amalgamlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Halteelements (10; 11) in der Quetschung (2) eingebettet ist.
9. Amalgamlampe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (10) aus Quarzglas besteht und von außen durch die Quetschung (2) in den Hohlraum (9) geführt ist.
10. Amalgamlampe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (11) aus Metall besteht und mit einer Stromzufuhrleitung (4) für die wendeiförmige Elektrode (5) verbunden ist.
11. Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei Dimmung, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführung zur wendeiförmigen Elektrode eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Zusatzstrom I_add umfasst, und dass der Zusatzstrom I add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I Ist eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom „I_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt wird: Vz I_nominal < I_ist + I_add < 2 I_nominal. (1)
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom „I_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt wird:
I_add + I_ist = I_nominal ± 0,1 I_nominal. (2)
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