紫外灯模块及其用途的制作方法

本发明涉及一种用于利用紫外线辐照基材的紫外灯模块，其具有围绕灯具装置的防水外壳，所述灯具装置包括多个低压汞灯，每个低压汞灯具有纵轴线，并且具有底面、顶面、将底面和顶面相互连接的至少两个侧壁以及底面上的由光束出射窗封闭的光束出射开口。此外，本发明涉及灯模块的用途。紫外灯模块用于空调和饮用水系统以及食品生产中的净化。食品(例如水果和蔬菜)以及机器零件、包装材料、液体、空气和在准备过程中与食品接触的表面受到辐射。微生物(例如病原体，特别是细菌或病毒)被紫外线辐射灭活。消毒和灭菌的区别在于由特定试验方法确定的微生物载量的降低或是存活个体的数量。消毒是指微生物载量至少减少到10-5，而灭菌需要将存活的个体数量至少减少10的6次方(10-6)。无论微生物数量的减少程度如何，此处和下文均使用通用术语“净化”。适于净化的紫外灯(如汞蒸气放电灯)，可配置为低压灯、中压灯或高压灯。加长型汞蒸气放电灯具有由石英玻璃制成的圆柱形灯管，其中布置有两个电极。灯管两端以气密的方式(例如利用压封件)密封，穿过该两端向电极的电气连接结构提供电源。填充气体是汞蒸气以及通常还有一种惰性气体。此外，通常在灯管中插入汞沉积物，其可以由纯汞或汞合金构成。汞蒸气放电灯的发射光谱具有254nm(紫外线c辐射)和185nm(真空紫外线辐射)的特征谱线。根据其对各种环境条件的适用性，灯模块分类基于灯模块外壳必须具有的密封程度(保护程度)准则。它们按具有两位代码编号的所谓ip代码(国际保护代码)分类。第一个代码数字表示对灰尘颗粒等异物的防护等级；第二个代码数字表示防水等级。如果使用具有紫外灯的灯模块，例如用于食品容器或包装的消毒，则必须将其安装在防尘的外壳内；例如在这种情况下，第一个ip代码数字为6。此外，外壳必须为防止清洗液(例如水、过氧化氢或氢氧化钠溶液)的进入提供保护，这由第二个代码数字表示，这具体表现在外壳中光束出射窗的密封。例如，如果此处必须满足6级“防强力水流”的防护等级，则所需代码为“ip66”。

背景技术：

1、微生物载量的减少取决于到达基材的辐射剂量。这取决于紫外灯模块的辐射功率和基材暴露于紫外线辐照的时间。在基材沿着紫外灯模块移动的系统中，通过将多个紫外光灯具装置组装在紫外灯模块中以形成扁平的平面状布置，从而延长辐照时长。

2、在de 202017101112 u1中描述了设计用于具有消毒站的消毒系统中的该类型紫外灯模块的实施例，从中也已知根据上述类型的紫外灯模块。

3、在金属外壳内，共布置了8个低压汞灯形式的紫外灯，每个紫外光灯都包括具有圆形横截面的灯壳管。灯的纵轴线平行并在共同的灯平面内延伸，从而在整体上形成平面/平板灯具装置。

4、金属外壳具有向上弯曲的外壳上部，外壳下部用螺丝固定在外壳上部，石英玻璃玻璃作为光束出射窗固定在其中。石英玻璃玻璃通过密封圈放置在外周台肩上，并通过机械压紧装置压在密封圈上。该密封件易于经受强力水流的清洁循环，这在例如传统的食品工业设备中是常见的，因此灯模块适合在ip66卫生标准下长期使用。

5、技术问题

6、紫外灯模块布置在消毒系统中，使得至少在辐照区域内以预定的最小辐照剂量对基材进行辐照。从成本的角度看存在这样一种趋势，且由于空间相关的原因甚至是必要的，即，尽可能减少紫外灯的数量，转为使用功率强大的紫外灯。

7、然而，消毒系统的整体效率基本上是由辐射场的均匀性决定的，因为局部增加辐照强度一般不会有害，但局部降低强度会导致处理不充分。因此，为了提高净化效率，辐照强度分布尽可能均匀是有帮助的。

8、一方面，由于可用安装空间小，对紫外灯模块的紧凑性有相关的要求，另一方面有均匀性以及紫外线辐照效率相关的要求，两者本质上是相互冲突的，不容易同时满足。

9、此外，在食品工业过程中使用灯模块时，必须保持卫生标准，例如美国3a认证(“aaa卫生设计”或“3-a卫生标准”)、ehedg(欧洲卫生工程和设计集团)指南或标准din en1672-2，其中规定了与消费品的生产、清洁和包装有关的适当附件的设计细节。材料的选择、表面光洁度、制造精度、焊缝位置和数量以及间隙尺寸都起着重要作用。

10、因此，本发明的目的是在保持卫生标准的同时，在均匀性和紧凑性方面改进上述类型的紫外灯模块。

11、此外，本发明基于指定紫外灯模块的适当用途的目的。

技术实现思路

1、根据本发明，该目的通过在外壳内形成用于供应冷却空气的第一气流区、以及用于排出被加热的冷却空气且与第一气流区特别是在流体流动方面分开的第二气流区域来实现，其中，在垂直于低压汞灯的纵轴线横剖穿过壳体的横剖面中、且在从底面向顶面的观察方向上，光束出射窗、灯具装置和气流区依次布置，其中，所述第一气流区包括供气管，其配设有至少一个空气引导装置，用于向所述灯具装置供应冷却空气。

2、根据本发明的紫外灯模块中，以下方面尤其有利：

3、1.灯具装置中至少有一些紫外灯是低压汞灯，最好是灯具装置中的所有灯都是低压汞灯。与中压汞灯或高压汞灯相比，低压汞灯具有更高的能效。此外，它们显示出更高的净化效率，因为在整个发射光谱中，波长范围约为254nm的紫外线辐射所占比例相对较大。波长范围在254nm左右的紫外线辐射对净化特别有效。

4、2.为了冷却灯具装置，外壳有用于供应冷却空气的供气管，因此其与冷却空气源连接。原则上，低压汞灯不需要冷却。然而，在根据本发明的紫外灯模块中可以被开启的冷却在多个方面被证明有利于解决上述技术问题：

5、a.它能使具有较高功率的低压汞灯在使用和操作时不会出现灯具装置过热的风险。在过热情况下，紫外线发射的光谱部分会减少，同时紫外线辐射功率也会降低，特别是在波长范围约为254nm的情况下。

6、例如，在根据本发明的紫外灯模块的一个特别合适的、其中低压汞灯的纵轴线在共同的灯平面中延伸的实施例中，由于使用和操作具有相对高功率的低压汞灯，因此灯具装置可以设计成使其产生至少100mw/cm2，优选至少120mw/cm2的紫外线辐照强度，该紫外线辐照强度在距灯平面48mm的距离处测得。

7、b.平板灯具装置的过热风险尤其存在于其中心区域，而在边缘区域则风险较小。通过提供冷却空气对低压汞灯进行强制冷却，可以在灯具装置的长度和宽度上建立相对均匀的温度分布，兼有所发射的紫外线在局部均匀的辐照分布。

8、为避免灯具装置过热，因此冷却空气的冷却性能优选地设计成使其在灯具装置上建立小于150℃尤其优选小于120℃的最大温度。

9、3.外壳封闭防水。不透水性至少对应上述限定的ip代码的6级保护等级；换而言之，它可以永久性地承受强力水流的清洗循环。

10、至少一个用于冷却空气的供气管和至少一个用于排出被加热的冷却空气的排气管在外壳内部延伸。冷却空气通过空气引导装置(例如一个或多个开口或管道)进入灯具装置，使其冷却并因此被加热。由于外壳是封闭的，全体冷却空气作为被加热的冷却空气通过排气管以规定的和可重复的方式从外壳中排出，这在卫生要求方面是一种有利的措施。

11、管配置为软管或管道，并可在外壳出口处设有连接元件。从技术角度来看，空气是最简单也是最便宜的冷却剂。当然，其他气体甚至液体也可以用作替代空气或辅助/附加于空气的冷却剂。

12、4.外壳在低压汞灯纵轴线方向的延伸/维度在下文中称为“外壳长度”，在上述定义的观察方向上的延伸/维度称为“外壳高度”，剩余空间方向的延伸称为“外壳宽度”。这些名称和与外壳相关的位置指示——例如“顶面”或“底面”——以及位置副词——例如“在……上方”、“一个在另一个之上地”、“顶部”、“上部”等——与示例性实施例中所示的外壳方向有关；它们仅用于定义部件相对于彼此的相对方向，而不代表外壳或相关组件在按预期使用时的特定空间方向的规定。

13、在外壳内部第一气流区和第二气流区在流体流动方面彼此分开，因此仍然冷的冷却空气和已被加热的冷却空气不会在外壳中混合。用于供应冷空气的第一气流区具有供气管，该供气管又配设有至少一个空气引导装置，用于将冷的冷却空气供应到灯具装置上。被加热的冷却空气作为排气通过第二气流区进入排气管或气体出口，并通过其从外壳内排出。

14、从外壳高度的方向看，第一和第二气流区在至少部分外壳长度上一个在另一个之上地延伸。在此优选的是，在垂直于低压汞灯的纵轴线横剖穿过壳体的横剖面中、且在从底面向顶面的观察方向上，第一气流区布置在第二气流区的上游。换言之，输送冷却空气的供气管靠近灯具装置延伸，使冷却空气可以相对简单地通过空气引导装置从供气管向灯具装置排出。

15、由于光束出射窗、灯具装置和两个气流区的“堆叠”布置，可在至少部分外壳长度上如图所示地获得一个在另一个之上地布置的以下四个平面：

16、(i)窗平面，光束出射窗布置在该窗平面中。

17、(ii)灯平面，低压汞灯的纵轴线在该灯平面中延伸。

18、(iii)下方的气流平面，供气管的纵轴线优选在该下方的气流平面中延伸。

19、(iv)上方的气流平面，排气管或外壳排气口的纵轴线优选在该上方的气流平面中延伸。

20、上述平面可以相对于彼此倾斜地延伸，但在优选情况下，它们彼此平行地延伸。这些部件的“堆叠”布置增加了外壳高度，但实现了特别窄的外壳宽度。相对较窄的外壳宽度可以有助于实现紧凑的安装空间，并且有利于辐照区域的辐射均匀性，尤其是在沿着基材的输送方向依次布置多个紫外灯模块的情况下。

21、特别是考虑到依次布置多个紫外灯模块时尽可能窄的外壳宽度和伴随的辐射场的高度均匀性，还优选以下的紫外灯模块实施例：

22、(a)实施例:供气管具有供气管中心轴线，第二气流区具有排气管中心轴线，其中所述供气管中心轴线和所述排气管中心轴线在共同的外壳中心平面中彼此平行地延伸，所述外壳中心平面垂直于光束出射窗延伸。

23、排气管中心轴线对应于可能的排气管的纵轴线或外壳气体出口的中心轴线。在观察方向上看，不仅用于供气和排气的气流区依次延伸，而且供气管与排气管或排气口的轴线在外壳中心平面中一个在另一个之上地延伸。这导致外壳宽度特别窄。

24、(b)实施例:外壳相对于外壳中心平面呈镜像对称。

25、(c)实施例:第一气流区具有供气管内径，第二气流区具有排气管内径，其中所述排气管内径与供气管内径相差小于±10％，优选排气管内径和供气管内径相同。

26、在内径相同的情况下，可以得到相同流速的冷却空气和排出空气，并且气体压力相同。另一方面，较小的排气管内径会导致较供气管更大的流动阻力，并成为冷却气流的瓶颈。

27、在紫外灯模块的一个特别有利的实施例中，外壳顶面具有曲率/弯曲形状，尤其是在垂直于低压汞灯纵轴线横剖穿过外壳的横剖面中。

28、外壳顶面向外弯曲，便于液体流出，例如在清洁灯模块时。这一措施有助于无残留的清洁，并且有利于保持和提高卫生标准。

29、如果两个侧壁与顶面的曲率紧密适配，(以其假想的延长线)一起形成在5至40度之间的范围内的角度，则可进一步改善了弯曲顶面在灯模块的无残留清洁方面的效果。

30、为了外壳对溅水的不渗透性，光束出射窗与外壳的连接尤为关键。在上文已经引用的de 202017101112 u1中，为达到此目的提出了机械措施，但这些措施很复杂。在根据本发明的紫外灯模块的另一优选实施例中，通过光束出射开口具有与光束出射窗粘合在一起的外周台肩来确保不渗透性。

31、在根据本发明的紫外灯模块的另一个有利实施例中，所述灯具装置在其背离光束出射窗的一侧至少部分地被反射器包围。

32、反射器在灯平面和底部空气导管平面之间沿外壳长度和外壳宽度的方向延伸，优选完全覆盖所述灯具装置。它有助于提高辐照强度，并增强辐射场的均匀性。

33、在根据本发明的紫外灯模块的另一实施例中，至少一个外壳侧壁具有带标记的可见侧，其中该标记通过激光刻蚀产生，然后该可见侧通过电抛光来抛光。

34、电抛光可去除标记产生过程的任何残留物，并有助于提高卫生标准。结果表明，先激光刻蚀后电抛光的方法步骤顺序使得标记保持可见，电抛光后，在刻蚀区域获得了具有不同于非刻蚀表面的光洁度的表面。可见侧的标记包括文字、标识或数字。

35、关于根据本发明的紫外灯模块的使用，根据本发明上述目的通过将其用于紫外线辐照食品或药品包装材料的消毒系统中实现。优选在这种情况下，紫外灯模块以成组模块的方式使用，其中，沿待辐照的基材的传输方向上看，多个结构相同的紫外灯模块依次排列。