关于臭氧用的低压汞齐灯特性分析
Michiel Van der Meer（飞利浦照明）、Fred van Lierop（LSI/Lighttech）、Dmitry Sokolov（LIT）
在过去的 10-15 年中，用于水、空气和表面消毒的紫外线设备制造商的市场以及紫外线消毒技术取得了重大进展。可以说，UV设备制造商市场已经形成，主要参与者有Trojan（加拿大）、Wedeco Xylem（美国德国）、LIT Technology（俄罗斯/德国）、Calgon Carbon（美国）、HALMA Fluid Technology Group等其他。
紫外技术的快速发展在很大程度上是由于成功开发了波长为 254 nm 的辐照源技术——一种低压汞合金灯。我们还记得，即使在 10 年前，主要的辐射源还是功率高达 100 W 的灯，通常由所谓的软玻璃制成。还有类似的由石英玻璃制成的汞灯，我们称之为标准低压汞灯。正在开发的技术已经使功率为 200、300、500 甚至 900 W 的新光源投入使用。它们通过很大限度地降低紫外线系统的成本来显着降低资本支出，这些紫外线系统现在配备的灯单元数量较少但维护消毒程度与水流量相同。现代低压汞合金灯的生产商是 Heraeus Noblelight（德国）、LSI/Lighttech（美国/匈牙利）、Philips Lighting（比利时/中国）、LIT（俄罗斯）、Wedeco Xylem（德国）、UVTechnik/Hoenle group（德国） )、First Light (美国) 等。
本文的目的是展示一些灯参数（例如压力或气体成分）如何影响现代低压汞合金灯的工作。哪些能够改变汞合金灯的有效性？这种改变的范围是多少？灯的很大可达到效率在哪里？该参数如何影响整个水或空气消毒系统的能源效率？
任何 UV 系统的“心脏”都是 UV 源，本文专门讨论常见和知名的 UV 源——低压汞合金灯。什么是汞合金灯？通常用于消毒的低压汞灯和汞齐灯中的紫外线源是汞和惰性气体蒸汽中的低压电弧放电。它们的区别仅在于汞蒸气的来源——汞灯使用少量液态金属汞，而汞齐灯则依赖于汞齐，这是一种汞与金属的硬合金。汞蒸气的很佳汞蒸气压力为 0.8-1.5 Pa，惰性气体（主要是氖气或氩气或其混合物）为 50-500 Pa。在这种条件下，30-40% 的放电灯功率在汞共振线处转化为紫外线辐射，波长为 253.7 nm，非常接近杀菌曲线的很大值。
辐照光谱是线性的（见图 1）。所有放电辐射的 90-98% 是波长为 185 和 254 nm 的紫外线辐射。
值得注意的是，不同灯具生产商的灯具特性往往非常相似。例如，UV3000+、XPT235、DB300、UVI260、GPHVA1554T6 等常见和知名的 300W 灯管的比较表明，灯管电流、功率和效率 UV 输出的值非常相似。确实，灯电流从 1.8 到 2.0A 变化，UV 功率 - 从 87 到 95 W，电功率 - 从 230 到 260 W。因此，我们可以得出结论，这些 UV 源的效率几乎相同 - 35 -38%。
当功率和工作灯电流上升时，特性会发生变化。今天的手术灯特点如下：
功率——高达 1 kW；
灯泡寿命 – 12000-16000 小时；
紫外线输出在灯泡寿命结束时下降 - 10-15%。
由于紫外线输出、光源效率、灯泡寿命、操作期间紫外线输出下降等重要参数对客户至关重要，并且经常在紫外线供应的招标要求中指定，因此许多照明公司积极相互合作并共享有关灯参数的技术信息设备。
几乎所有上述公司都是 IUVA 成员，他们都为低压汞合金灯 [1] 的测量标准协议做出了贡献，该协议基于所谓的循环测试。这加强了公司之间的合作，促进了更好的信息交流。
重要的是要注意，减少/维护或延长灯泡寿命是可行的任务，因为它们是照明工程师的技术任务。仍然存在的问题是灯效率。
对于执业工程师来说，理想的紫外线灯是什么？我们可以想象一个暗眼石英管，灯管的温度接近室温。
这种灯中提供的 100% 的能量将转化为不可见的紫外线照射。当然这是不可能的，因为其他过程会造成损失，例如热、电离和近电极损失、其他线路的辐射损失（包括可见光）。 35-38%的值是大还是小？
与其他光源的比较证明这是一个非常高的效率，这是大自然帮助我们的那些非常落后的情况之一，因为 254 nm 线接近杀菌曲线的很大效率。该 UV 区域的替代方案可以是具有相应磷光体的氙准分子源。它们的效率仅为 10-20%（很佳尺寸和功率高达 100W）[6]。另一种选择是波长为 260-270 nm 的发光二极管。但它们的电流效率不超过 3%。 [7]
让我们简要了解影响低压汞合金灯效率的因素。
就灯中发生的物理过程而言，有以下影响因素：
-灯电流（及其频率）；
-灯管直径；
- 管壁厚度；
-管涂层；
- 压载气体的填充和压力；
-汞的同位素化合物；
我们认为，没有必要详述影响 254 nm 紫外输出的各种气体放电的物理方面，因此，我们将只关注要点。