אילו סוגי מקורות ריפוי UV משמשים במערכת ריפוי UV?

אדי כספית, דיודה פולטת אור (LED) ואקסימר הן טכנולוגיות שונות של מנורת ריפוי UV. בעוד ששלושתן משמשות בתהליכי פוטופולימריזציה שונים לקישור צולב של דיו, ציפויים, דבקים ואקסטרוזציות, המנגנונים המייצרים את אנרגיית ה-UV המוקרנת, כמו גם המאפיינים של הפלט הספקטרלי המתאים, שונים לחלוטין. הבנת ההבדלים הללו חיונית לפיתוח יישומים ופורמולציות, בחירת מקור ריפוי UV ואינטגרציה.

מנורות אדי כספית

גם מנורות קשת אלקטרודות וגם מנורות מיקרוגל ללא אלקטרודות נכללות בקטגוריה של אדי כספית. מנורות אדי כספית הן סוג של מנורות פריקת גז בלחץ בינוני, בהן כמות קטנה של כספית אלמנטרית וגז אינרטי מתאדים לפלזמה בתוך צינור קוורץ אטום. פלזמה היא גז מיונן בטמפרטורה גבוהה במיוחד המסוגל להוליך חשמל. היא מיוצרת על ידי הפעלת מתח חשמלי בין שתי אלקטרודות בתוך מנורת קשת או על ידי חימום במיקרוגל של מנורה ללא אלקטרודה בתוך מארז או חלל, בדומה ברעיון לתנור מיקרוגל ביתי. לאחר אידוי, פלזמת הכספית פולטת אור רחב טווח באורכי גל אולטרה סגול, גלוי ואינפרא אדום.

במקרה של מנורת קשת חשמלית, מתח מופעל מפעיל את צינור הקוורץ האטום. אנרגיה זו מאדה את הכספית לפלזמה ומשחררת אלקטרונים מאטומים שהתאדו. חלק מהאלקטרונים (-) זורמים לעבר אלקטרודת הטונגסטן החיובית או האנודה (+) של המנורה ולתוך המעגל החשמלי של מערכת ה-UV. האטומים עם אלקטרונים חסרים חדשים הופכים לקטיונים בעלי אנרגיה חיובית (+) הזורמים לעבר אלקטרודת הטונגסטן הטעונה השלילית או הקתודה (-) של המנורה. כשהם נעים, קטיונים פוגעים באטומים ניטרליים בתערובת הגז. הפגיעה מעבירה אלקטרונים מאטומים ניטרליים לקטיונים. כאשר קטיונים צוברים אלקטרונים, הם יורדים למצב של אנרגיה נמוכה יותר. הפרש האנרגיה משתחרר כפוטונים המקרינים החוצה מצינור הקוורץ. בתנאי שהמנורה מופעלת כראוי, מקוררת כראוי ומופעלת במהלך חייה השימושיים, אספקה ​​קבועה של קטיונים חדשים (+) נמשכים לעבר האלקטרודה השלילית או הקתודה (-), פוגעים ביותר אטומים ומייצרים פליטה רציפה של אור UV. מנורות מיקרוגל פועלות באופן דומה, אלא שמיקרוגל, המכונה גם תדר רדיו (RF), מחליף את המעגל החשמלי. מכיוון שלמנורות מיקרוגל אין אלקטרודות טונגסטן והן פשוט צינור קוורץ אטום המכיל כספית וגז אינרטי, הן מכונות בדרך כלל חסרות אלקטרודה.

תפוקת ה-UV של מנורות אדי כספית רחבות פס או רחבות טווח משתרעת על פני אורכי גל אולטרה סגולים, גלויים ואינפרא אדום, ביחס שווה בקירוב. החלק האולטרה סגול כולל תערובת של אורכי גל UVC (200 עד 280 ננומטר), UVB (280 עד 315 ננומטר), UVA (315 עד 400 ננומטר) ו-UVV (400 עד 450 ננומטר). מנורות הפולטות UVC באורכי גל מתחת ל-240 ננומטר מייצרות אוזון ודורשות פליטה או סינון.

ניתן לשנות את הפלט הספקטרלי של מנורת אדי כספית על ידי הוספת כמויות קטנות של חומרים מסוממים, כגון: ברזל (Fe), גליום (Ga), עופרת (Pb), בדיל (Sn), ביסמוט (Bi) או אינדיום (In). המתכות הנוספות משנות את הרכב הפלזמה, וכתוצאה מכך, את האנרגיה המשתחררת כאשר קטיונים רוכשים אלקטרונים. מנורות עם מתכות נוספות מכונות מסוממות, תוסף והליד מתכת. רוב הדיו, הציפויים, הדבקים והאקסטרוזציות המנוסחות ב-UV נועדו להתאים לתפוקה של מנורות סטנדרטיות מסוממות בכספית (Hg) או ברזל (Fe). מנורות מסוממות בברזל מעבירות חלק מפלט ה-UV לאורכי גל ארוכים יותר וכמעט גלויים, מה שמביא לחדירה טובה יותר דרך פורמולציות עבות יותר ובעלות פיגמנטציה רבה. פורמולציות UV המכילות טיטניום דיאוקסיד נוטות להתקשות טוב יותר עם מנורות מסוממות בגליום (GA). הסיבה לכך היא שמנורות גליום מעבירות חלק משמעותי מפלט ה-UV לכיוון אורכי גל ארוכים מ-380 ננומטר. מכיוון שתוספי טיטניום דיאוקסיד בדרך כלל אינם סופגים אור מעל 380 ננומטר, שימוש במנורות גליום עם פורמולות לבנות מאפשר לפוטו-איניטאטורים לספוג יותר אנרגיית UV בהשוואה לתוספים.

פרופילים ספקטרליים מספקים למנסחים ולמשתמשי קצה ייצוג חזותי של האופן שבו הפלט הקרין עבור עיצוב מנורה ספציפי מתפזר על פני הספקטרום האלקטרומגנטי. בעוד שלכספית מאדה ומתכות תוספות יש מאפייני קרינה מוגדרים, התערובת המדויקת של יסודות וגזים אינרטיים בתוך צינור הקוורץ יחד עם מבנה המנורה ועיצוב מערכת הריפוי, כולם משפיעים על תפוקת ה-UV. תפוקת הספקטרלי של מנורה לא משולבת המופעלת ונמדדת על ידי ספק מנורה באוויר הפתוח תהיה בעלת תפוקה ספקטרלית שונה מנורה המותקנת בתוך ראש מנורה עם מחזיר אור וקירור שתוכננו כראוי. פרופילים ספקטרליים זמינים בקלות מספקי מערכות UV, והם שימושיים בפיתוח פורמולציות ובבחירת מנורה.

פרופיל ספקטרלי נפוץ משרטט קרינה ספקטרלית על ציר ה-y ואורך הגל על ​​ציר ה-x. ניתן להציג את קרינת הספקטרלית במספר דרכים, כולל ערך מוחלט (למשל, W/cm2/nm) או מדדים שרירותיים, יחסיים או מנורמלים (ללא יחידות). הפרופילים מציגים בדרך כלל את המידע כגרף קווים או כגרף עמודות המקבץ את הפלט לפסים של 10 ננומטר. גרף הפלט הספקטרלי של מנורת קשת כספית הבא מציג קרינה יחסית ביחס לאורך הגל עבור מערכות GEW (איור 1).

איור 1 »תרשימי פלט ספקטרליים עבור כספית וברזל.
מנורה הוא המונח המשמש להתייחסות לשפופרת הקוורץ הפולטת קרינת UV באירופה ובאסיה, בעוד שצפון ודרום אמריקאים נוטים להשתמש בתערובת מתחלפת של נורה ומנורה. מנורה וראש מנורה מתייחסים שניהם למכלול המלא המכיל את שפופרת הקוורץ ואת כל הרכיבים המכניים והחשמליים האחרים.

מנורות קשת אלקטרודה

מערכות מנורת קשת אלקטרודה מורכבות מראש מנורה, מאוורר קירור או צ'ילר, ספק כוח וממשק אדם-מכונה (HMI). ראש המנורה כולל מנורה (נורה), מחזיר אור, מעטפת או בית מתכת, מכלול תריס, ולפעמים חלון קוורץ או מגן חוט. GEW מתקינה את צינורות הקוורץ, המחזירים ומנגנוני התריס שלה בתוך מכלולי קסטה שניתן להסיר בקלות ממעטפת או בית ראש המנורה החיצוני. הסרת קסטה של ​​GEW מתבצעת בדרך כלל תוך שניות באמצעות מפתח אלן יחיד. מכיוון שתפוקת ה-UV, גודל וצורת ראש המנורה הכוללים, תכונות המערכת וצרכי ​​הציוד הנלווה משתנים בהתאם ליישום ולשוק, מערכות מנורת קשת אלקטרודה מתוכננות בדרך כלל עבור קטגוריה נתונה של יישומים או סוגי מכונות דומים.

מנורות אדי כספית פולטות 360 מעלות של אור מצינור הקוורץ. מערכות מנורת קשת משתמשות במחזירי אור הממוקמים בצידי המנורה ובגבה כדי ללכוד ולמקד יותר מהאור למרחק מוגדר לפני ראש המנורה. מרחק זה ידוע כמוקד והוא המקום שבו עוצמת הקרינה הגדולה ביותר. מנורות קשת פולטות בדרך כלל בטווח של 5 עד 12 וואט/סמ"ר במוקד. מכיוון שכ-70% מקרינת ה-UV מראש המנורה מגיעה מהמחזיר אור, חשוב לשמור על ניקיון המחזירי אור ולהחליפם מעת לעת. אי ניקוי או החלפת מחזירי אור הם גורם נפוץ לחוסר יעילות.

במשך למעלה מ-30 שנה, GEW משפרת את יעילות מערכות הריפוי שלה, מתאימה אישית תכונות ותפוקה כדי לענות על צרכים של יישומים ושווקים ספציפיים, ומפתחת תיק רחב של אביזרי אינטגרציה. כתוצאה מכך, ההיצע המסחרי של GEW כיום כולל עיצובים קומפקטיים של מארזים, מחזירי אור המותאמים להחזרת UV גדולה יותר ולהפחתת אינפרא אדום, מנגנוני תריס אינטגרליים שקטים, חצאיות וחריצים של רשת, הזנת רשת בצורת צדפה, אינרציה של חנקן, ראשי לחץ חיוביים, ממשק מפעיל עם מסך מגע, ספקי כוח במצב מוצק, יעילות תפעולית גבוהה יותר, ניטור תפוקת UV וניטור מערכת מרחוק.

כאשר מנורות אלקטרודה בלחץ בינוני פועלות, טמפרטורת פני השטח של הקוורץ היא בין 600 מעלות צלזיוס ל-800 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת הפלזמה הפנימית היא כמה אלפי מעלות צלזיוס. אוויר מאולץ הוא האמצעי העיקרי לשמירה על טמפרטורת פעולה נכונה של המנורה ולהסרה של חלק מאנרגיית האינפרא אדום המוקרנת. GEW מספק אוויר זה בצורה שלילית; משמעות הדבר היא שאוויר נמשך דרך המארז, לאורך המשקף והמנורה, ונפלט החוצה מהמכלול והרחק ממשטח המכונה או משטח הייבוש. חלק ממערכות GEW כמו E4C משתמשות בקירור נוזלי, המאפשר תפוקת UV מעט גדולה יותר ומקטין את גודל ראש המנורה הכולל.

למנורות קשת אלקטרודה יש ​​מחזורי חימום וקירור. מנורות דולקות עם קירור מינימלי. זה מאפשר לפלזמת הכספית לעלות לטמפרטורת הפעולה הרצויה, לייצר אלקטרונים חופשיים וקטיונים, ולאפשר זרימת זרם. כאשר ראש המנורה כבוי, הקירור ממשיך לפעול במשך מספר דקות כדי לקרר באופן שווה את שפופרת הקוורץ. מנורה חמה מדי לא תידלק שוב וחייבת להמשיך להתקרר. אורך מחזור ההפעלה והקירור, כמו גם ההידרדרות של האלקטרודות במהלך כל הפעלת מתח, הם הסיבה לכך שמנגנוני תריס פנאומטיים משולבים תמיד במכלולי מנורות קשת אלקטרודה של GEW. איור 2 מציג מנורות קשת אלקטרודה מקוררות אוויר (E2C) ומקוררות נוזל (E4C).

איור 2 »מנורות קשת אלקטרודה מקוררות נוזל (E4C) ומקוררות אוויר (E2C).

מנורות LED UV

מוליכים למחצה הם חומרים מוצקים וקריסטליים בעלי יכולת מוליכה מסוימת. חשמל זורם דרך מוליך למחצה טוב יותר מאשר מבודד, אך לא כמו מוליך מתכתי. מוליכים למחצה טבעיים אך לא יעילים כוללים את היסודות סיליקון, גרמניום וסלניום. מוליכים למחצה המיוצרים באופן סינתטי, המיועדים לתפוקה ויעילות, הם חומרים מורכבים עם זיהומים ספוגים במדויק בתוך מבנה הגביש. במקרה של נורות LED UV, אלומיניום גליום ניטריד (AlGaN) הוא חומר נפוץ.

מוליכים למחצה הם יסודות באלקטרוניקה המודרנית והם מתוכננים ליצירת טרנזיסטורים, דיודות, דיודות פולטות אור ומיקרו-מעבדים. התקני מוליכים למחצה משולבים במעגלים חשמליים ומותקנים בתוך מוצרים כמו טלפונים ניידים, מחשבים ניידים, טאבלטים, מכשירי חשמל ביתיים, מטוסים, מכוניות, שלטים רחוקים ואפילו צעצועי ילדים. רכיבים זעירים אך רבי עוצמה אלה הופכים מוצרים יומיומיים לתפקודיים, ובמקביל מאפשרים לפריטים להיות קומפקטיים, דקים יותר, קלים יותר ובמחיר סביר יותר.

במקרה המיוחד של נוריות LED, חומרים מוליכים למחצה שתוכננו ומיוצרים במדויק פולטים פסי אור באורך גל צר יחסית כאשר הם מחוברים למקור מתח DC. האור נוצר רק כאשר זרם זורם מהאנודה החיובית (+) לקתודה השלילית (-) של כל נורית LED. מכיוון שפלט נוריות ה-LED נשלט במהירות ובקלות והוא כמעט מונוכרומטי, נוריות LED מתאימות באופן אידיאלי לשימוש כ: נורות חיווי; אותות תקשורת אינפרא אדום; תאורת רקע לטלוויזיות, מחשבים ניידים, טאבלטים וטלפונים חכמים; שלטים אלקטרוניים, שלטי חוצות וג'מבוטרונים; וריפוי UV.

נורת LED היא צומת חיובי-שלילי (צומת pn). משמעות הדבר היא שחלק אחד של ה-LED הוא בעל מטען חיובי והוא מכונה אנודה (+), והחלק השני הוא בעל מטען שלילי והוא מכונה קתודה (-). בעוד ששני הצדדים מוליכים יחסית, גבול הצומת שבו שני הצדדים נפגשים, המכונה אזור הדלדול, אינו מוליך. כאשר ההדק החיובי (+) של מקור מתח זרם ישר (DC) מחובר לאנודה (+) של ה-LED, וההדק השלילי (-) של המקור מחובר לקתודה (-), אלקטרונים טעונים שלילית בקתודה וחללים פנויים של אלקטרונים טעונים חיובית באנודה נדחים על ידי מקור המתח ונדחקים לעבר אזור הדלדול. זוהי הטיה קדימה, והיא גוברת על הגבול הלא מוליך. התוצאה היא שאלקטרונים חופשיים באזור מסוג n חוצים וממלאים חללים באזור מסוג p. כאשר אלקטרונים זורמים על פני הגבול, הם עוברים למצב של אנרגיה נמוכה יותר. הירידה המתאימה באנרגיה משתחררת מהמוליך למחצה כפוטונים של אור.

החומרים והמרכיבים המסוגלים לעצב את מבנה ה-LED הגבישי קובעים את הפלט הספקטרלי. כיום, מקורות ריפוי LED הזמינים מסחרית כוללים פלטי קרינה אולטרה סגולה שבמרכזם 365, 385, 395 ו-405 ננומטר, סבילות אופיינית של ±5 ננומטר, והתפלגות ספקטרלית גאוסיאנית. ככל ששיא הקרינה הספקטרלית (W/cm2/nm) גדול יותר, כך שיא עקומת הפעמון גבוה יותר. בעוד שפיתוח UVC נמשך בין 275 ל-285 ננומטר, הפלט, אורך החיים, האמינות והעלות עדיין אינם ברי קיימא מבחינה מסחרית עבור מערכות ויישומים של ריפוי.

מאחר ופלט ה-UV-LED מוגבל כיום לאורכי גל UVA ארוכים יותר, מערכת ריפוי UV-LED אינה פולטת את הפלט הספקטרלי בפס רחב האופייני למנורות אדי כספית בלחץ בינוני. משמעות הדבר היא שמערכות ריפוי UV-LED אינן פולטות אורכי גל UVC, UVB, רוב האור הנראה ואורכי גל אינפרא אדום המייצרים חום. בעוד שזה מאפשר להשתמש במערכות ריפוי UV-LED ביישומים רגישים יותר לחום, יש לנסח מחדש דיו, ציפויים ודבקים קיימים המנוסחים עבור מנורות כספית בלחץ בינוני עבור מערכות ריפוי UV-LED. למרבה המזל, ספקי כימיה מעצבים יותר ויותר הצעות כטיפול כפול. משמעות הדבר היא שניסוח טיפול כפול המיועד לניקוי עם מנורת UV-LED יתקשה גם עם מנורת אדי כספית (איור 3).

איור 3 »תרשים פלט ספקטרלי עבור LED.

מערכות הריפוי UV-LED של GEW פולטות עד 30 וואט/סמ"ר בחלון הפליטה. בניגוד למנורות קשת אלקטרודה, מערכות ריפוי UV-LED אינן משלבות מחזירי אור המכוונים את קרני האור למוקד מרוכז. כתוצאה מכך, קרינת שיא ה-UV-LED מתרחשת קרוב לחלון הפליטה. קרני ה-UV-LED הנפלטות מתרחקות זו מזו ככל שהמרחק בין ראש המנורה למשטח הריפוי גדל. זה מפחית את ריכוז האור ואת עוצמת הקרינה המגיעה למשטח הריפוי. בעוד שקרינת שיא חשובה לקישור צולב, קרינה גבוהה יותר ויותר אינה תמיד יתרון ואף יכולה לעכב צפיפות קישור צולב גדולה יותר. אורך גל (ננומטר), קרינה (W/סמ"ר) וצפיפות אנרגיה (J/סמ"ר) כולם ממלאים תפקידים קריטיים בריפוי, ויש להבין כראוי את השפעתם המשותפת על הריפוי במהלך בחירת מקור UV-LED.

נוריות LED הן מקורות למברטיים. במילים אחרות, כל נורת LED UV פולטת פלט אחיד קדימה על פני חצי כדור מלא של 360° x 180°. נוריות LED UV רבות, כל אחת בסדר גודל של מילימטר ריבועי, מסודרות בשורה אחת, מטריצה ​​של שורות ועמודות, או תצורה אחרת. תת-הרכבות אלו, המכונות מודולים או מערכים, מתוכננות עם מרווח בין נוריות ה-LED המבטיח מיזוג על פני פערים ומקל על קירור דיודות. מודולים או מערכים מרובים מסודרים לאחר מכן במכלולים גדולים יותר כדי ליצור מערכות ריפוי UV בגדלים שונים (איורים 4 ו-5). רכיבים נוספים הנדרשים לבניית מערכת ריפוי UV-LED כוללים את גוף הקירור, חלון הפליטה, דרייברים אלקטרוניים, ספקי כוח DC, מערכת קירור נוזלים או צ'ילר, וממשק אדם-מכונה (HMI).

איור 4 »מערכת LeoLED לאינטרנט.

איור 5 »מערכת LeoLED להתקנות מרובות מנורות במהירות גבוהה.

מכיוון שמערכות ריפוי UV-LED אינן מקרינות אורכי גל אינפרא אדום, הן מטבען מעבירות פחות אנרגיה תרמית למשטח הריפוי מאשר מנורות אדי כספית, אין זה אומר שיש להתייחס ל-UV LED כטכנולוגיית ריפוי קר. מערכות ריפוי UV-LED יכולות לפלוט קרינת שיא גבוהה מאוד, ואורכי גל אולטרה סגולים הם סוג של אנרגיה. כל פלט שלא ייספג על ידי הכימיה יחמם את החלק או המצע הבסיסי כמו גם את רכיבי המכונה הסובבים.

נורות LED UV הן גם רכיבים חשמליים עם חוסר יעילות המונע על ידי תכנון וייצור מוליך למחצה גולמי, כמו גם שיטות ייצור ורכיבים המשמשים לאריזת נורות ה-LED ביחידת ריפוי גדולה יותר. בעוד שהטמפרטורה של צינור קוורץ אדי כספית חייבת להישמר בין 600 ל-800 מעלות צלזיוס במהלך הפעולה, טמפרטורת צומת ה-pn של נורות ה-LED חייבת להישאר מתחת ל-120 מעלות צלזיוס. רק 35-50% מהחשמל המפעיל מערך UV-LED מומר לפלט אולטרה סגול (תלוי מאוד באורך גל). השאר הופך לחום תרמי שיש להסירו על מנת לשמור על טמפרטורת הצומת הרצויה ולהבטיח קרינה, צפיפות אנרגיה ואחידות מוגדרים של המערכת, כמו גם אורך חיים ארוך. נורות LED הן מטבען התקני מצב מוצק עמידים לאורך זמן, ושילוב נוריות LED במכלולים גדולים יותר עם מערכות קירור שתוכננו ומתוחזקות כראוי הוא קריטי להשגת מפרטים של אורך חיים ארוך. לא כל מערכות ריפוי UV זהות, ומערכות ריפוי UV-LED שלא תוכננו ומקוררו כראוי יש סבירות גבוהה יותר להתחממות יתר ולכשל בצורה קטסטרופלית.

מנורות היברידיות קשת/לד

בכל שוק שבו טכנולוגיה חדשה לגמרי מוצגת כתחליף לטכנולוגיה קיימת, יכולה להיות חששות בנוגע לאימוץ כמו גם ספקנות לגבי הביצועים. משתמשים פוטנציאליים לעיתים קרובות דוחים את האימוץ עד שייווצר בסיס התקנות מבוסס, עד שיתפרסמו מקרי בוחן, עדויות חיוביות יתחילו להסתובב בהמוניהם, ו/או עד שהם יקבלו ניסיון ממקור ראשון או המלצות מאנשים וחברות שהם מכירים ובוטחים בהם. לעתים קרובות נדרשות ראיות מוצקות לפני ששוק שלם מוותר לחלוטין על הישן ועובר באופן מלא לחדש. לא עוזר שסיפורי הצלחה נוטים להיות סודות שמורים היטב, שכן מאמצים מוקדמים אינם רוצים שהמתחרים יגלו יתרונות דומים. כתוצאה מכך, סיפורי אכזבה אמיתיים ומוגזמים כאחד יכולים לפעמים להדהד ברחבי השוק, להסוות את היתרונות האמיתיים של טכנולוגיה חדשה ולעכב עוד יותר את האימוץ.

לאורך ההיסטוריה, וכמתנגד לאימוץ בעל כורחו, עיצובים היברידיים אומצו לעתים קרובות כגשר מעבר בין טכנולוגיה קיימת לטכנולוגיה חדשה. מערכות היברידיות מאפשרות למשתמשים לצבור ביטחון ולקבוע בעצמם כיצד ומתי יש להשתמש במוצרים או שיטות חדשים, מבלי לוותר על יכולות קיימות. במקרה של ריפוי ב-UV, מערכת היברידית מאפשרת למשתמשים לעבור במהירות ובקלות בין מנורות אדי כספית לטכנולוגיית LED. עבור קווי ייצור עם מספר תחנות ריפוי, מערכות היברידיות מאפשרות למכונות דפוס להפעיל 100% LED, 100% אדי כספית, או כל שילוב של שתי הטכנולוגיות הנדרש עבור עבודה נתונה.

GEW מציעה מערכות היברידיות של קשת/LED עבור ממירים רשתיים. הפתרון פותח עבור השוק הגדול ביותר של GEW, תווית רשת צרה, אך לעיצוב ההיברידי יש שימוש גם ביישומי רשת אחרים ושאינם רשתיים (איור 6). קשת/LED משלבת בית ראש מנורה משותף שיכול להכיל קסטה לאדי כספית או LED. שתי הקסטות פועלות על ידי מערכת חשמל ובקרה אוניברסלית. האינטליגנציה בתוך המערכת מאפשרת הבחנה בין סוגי הקסטות ומספקת אוטומטית את החשמל, הקירור וממשק המפעיל המתאימים. הסרה או התקנה של כל אחת מקסטות אדי הכספית או ה-LED של GEW מתבצעות בדרך כלל תוך שניות באמצעות מפתח אלן יחיד.

איור 6 »מערכת קשת/לד לאינטרנט.

מנורות אקסימר

מנורות אקסימר הן סוג של מנורת פריקה גז הפולטת אנרגיה אולטרה סגולה קוואזי-מונוכרומטית. בעוד שמנורות אקסימר זמינות באורכי גל רבים, תפוקות אולטרה סגולות נפוצות ממוקדות ב-172, 222, 308 ו-351 ננומטר. מנורות אקסימר ב-172 ננומטר נופלות תחת טווח ה-UV בוואקום (100 עד 200 ננומטר), בעוד ש-222 ננומטר פולטות באופן בלעדי קרינת UVC (200 עד 280 ננומטר). מנורות אקסימר ב-308 ננומטר פולטות UVB (280 עד 315 ננומטר), ו-351 ננומטר פולטות UVA מוצק (315 עד 400 ננומטר).

אורכי גל UV בוואקום של 172 ננומטר קצרים יותר ומכילים יותר אנרגיה מאשר UVC; עם זאת, הם מתקשים לחדור עמוק מאוד לתוך חומרים. למעשה, אורכי גל של 172 ננומטר נספגים לחלוטין בתוך 10 עד 200 ננומטר העליונים של חומרים כימיים המיוצרים ב-UV. כתוצאה מכך, מנורות אקסימר של 172 ננומטר יקשרו צולב רק את המשטח החיצוני ביותר של פורמולציות UV ויש לשלב אותן בשילוב עם התקני ריפוי אחרים. מכיוון שאורכי גל UV בוואקום נספגים גם הם על ידי אוויר, יש להפעיל מנורות אקסימר של 172 ננומטר באטמוספרה אינרטית בחנקן.

רוב מנורות האקסימר מורכבות מצינור קוורץ המשמש כמחסום דיאלקטרי. הצינור מלא בגזים נדירים המסוגלים ליצור מולקולות אקסימר או אקסיפלקס (איור 7). גזים שונים מייצרים מולקולות שונות, והמולקולות המעוררות השונות קובעות אילו אורכי גל נפלטים מהמנורה. אלקטרודה במתח גבוה עוברת לאורך הפנימי של צינור הקוורץ, ואלקטרודות הארקה עוברות לאורך החיצוני. מתחים מועברים לתוך המנורה בתדרים גבוהים. זה גורם לאלקטרונים לזרום בתוך האלקטרודה הפנימית ולפרוק את תערובת הגז לכיוון אלקטרודות ההארקה החיצוניות. תופעה מדעית זו ידועה בשם פריקת מחסום דיאלקטרי (DBD). כאשר אלקטרונים נעים דרך הגז, הם מקיימים אינטראקציה עם אטומים ויוצרים מינים אנרגטיים או מיונים המייצרים מולקולות אקסימר או אקסיפלקס. למולקולות אקסימר ואקסיפלקס יש אורך חיים קצר להפליא, וכשהן מתפרקות ממצב מעורר למצב יסוד, נפלטים פוטונים בעלי התפלגות קוואזי-מונוכרומטית.

איור 7 »מנורת אקסימר

בניגוד למנורות אדי כספית, פני השטח של צינור הקוורץ של מנורת אקסימר אינם מתחממים. כתוצאה מכך, רוב מנורות האקסימר פועלות עם קירור מועט או ללא קירור כלל. במקרים אחרים, נדרשת רמת קירור נמוכה שמספקת בדרך כלל גז חנקן. בשל היציבות התרמית של המנורה, מנורות אקסימר הן מופעלות וכיבוי מיידי ואינן דורשות מחזורי חימום או קירור.

כאשר משולבות מנורות אקסימר הקורנות באורך גל של 172 ננומטר בשילוב עם מערכות ריפוי UVA-LED קוואזי-מונוכרומטיות ומנורות אדי כספית רחבות פס, נוצרים אפקטים של פני שטח מטים. מנורות UVA LED משמשות תחילה ליצירת ג'ל של הכימיה. לאחר מכן, מנורות אקסימר קוואזי-מונוכרומטיות משמשות לפולימריזציה של פני השטח, ולבסוף, מנורות כספית רחבות פס מקשרות את שאר החומרים הכימיים. התפוקות הספקטרליות הייחודיות של שלוש הטכנולוגיות המיושמות בשלבים נפרדים מספקות אפקטים אופטיים ופונקציונליים מועילים של ריפוי פני שטח שלא ניתן להשיג עם אף אחד ממקורות ה-UV בפני עצמו.

אורכי גל אקסימר של 172 ו-222 ננומטר יעילים גם בהשמדת חומרים אורגניים מסוכנים וחיידקים מזיקים, מה שהופך מנורות אקסימר למעשיות לניקוי משטחים, חיטוי וטיפולי אנרגיה לפני השטח.

חיי מנורה

בכל הנוגע לחיי המנורה או הנורה, מנורות קשת של GEW מגיעות בדרך כלל לעד 2,000 שעות. אורך חיי המנורה אינו מוחלט, שכן תפוקת ה-UV פוחתת בהדרגה עם הזמן ומושפעת מגורמים שונים. עיצוב ואיכות המנורה, כמו גם תנאי הפעולה של מערכת ה-UV ותגובתיות החומר המרכיב אותה. מערכות UV שתוכננו כהלכה מבטיחות את אספקת ההספק והקירור הנכונים הנדרשים על ידי עיצוב המנורה (הנורה) הספציפי.

מנורות (נורות) המסופקות על ידי GEW תמיד מספקות את אורך החיים הארוך ביותר כאשר הן משמשות במערכות ריפוי GEW. מקורות אספקה ​​משניים בדרך כלל מבצעים הנדסה הפוכה של המנורה מדגימה, וייתכן שהעותקים לא יכילו את אותו מחבר קצה, קוטר קוורץ, תכולת כספית או תערובת גז, שכולם יכולים להשפיע על תפוקת ה-UV וייצור החום. כאשר ייצור החום אינו מאוזן מול קירור המערכת, המנורה סובלת הן בתפוקה והן באורך החיים. מנורות שפועלות קרות יותר פולטות פחות UV. מנורות שפועלות חמות יותר אינן מחזיקות מעמד זמן רב ומתעוותות בטמפרטורות פני שטח גבוהות.

אורך חיי מנורות קשת אלקטרודה מוגבל לטמפרטורת הפעולה של המנורה, מספר שעות ההפעלה ומספר ההדלקות או ההדלקות. בכל פעם שמנורה דולקת בקשת מתח גבוה במהלך ההפעלה, חלק מאלקטרודת הטונגסטן נשחק. בסופו של דבר, המנורה לא תידלק שוב. מנורות קשת אלקטרודה משלבות מנגנוני תריס אשר, כאשר הן מופעלות, חוסמים את תפוקת ה-UV כחלופה למחזורי הפעלת המנורה. דיו, ציפויים ודבקים ריאקטיביים יותר עשויים להאריך את חיי המנורה; בעוד שניסוחים פחות ריאקטיביים עשויים לדרוש החלפות מנורה תכופות יותר.

מערכות UV-LED מטבען עמידות יותר ממנורות קונבנציונליות, אך גם אורך חיי ה-UV-LED אינו מוחלט. כמו למנורות קונבנציונליות, לנורות UV-LED יש מגבלות בעוצמת ההנעה שלהן, ובדרך כלל הן חייבות לפעול בטמפרטורות צומת מתחת ל-120 מעלות צלזיוס. נורות LED בעלות הנעה מוגזמת ונורות LED בעלות קירור נמוך מדי יפגעו באורך החיים, מה שיוביל לבלאי מהיר יותר או לכשל קטסטרופלי. לא כל ספקי מערכות UV-LED מציעים כיום עיצובים העומדים באורך החיים הגבוה ביותר שנקבע, העולה על 20,000 שעות. המערכות המתוכננות והתחזוקות טוב יותר יחזיקו מעמד מעבר ל-20,000 שעות, והמערכות הנחותות יותר ייכשלו בחלונות זמן קצרים בהרבה. החדשות הטובות הן שעיצובי מערכות LED ממשיכים להשתפר ולהחזיק מעמד זמן רב יותר עם כל איטרציה של העיצוב.

אוזון
כאשר אורכי גל קצרים יותר של UVC פוגעים במולקולות חמצן (O2), הם גורמים למולקולות חמצן (O2) להתפצל לשני אטומי חמצן (O). אטומי החמצן החופשיים (O) מתנגשים לאחר מכן עם מולקולות חמצן אחרות (O2) ויוצרים אוזון (O3). מכיוון שטרי-חמצן (O3) פחות יציב בגובה הקרקע מאשר די-חמצן (O2), האוזון הופך בקלות למולקולת חמצן (O2) ולאטום חמצן (O) כשהוא נסחף באוויר האטמוספרי. אטומי חמצן חופשיים (O) מתאחדים זה עם זה בתוך מערכת הפליטה כדי לייצר מולקולות חמצן (O2).

עבור יישומי ריפוי UV תעשייתיים, אוזון (O3) נוצר כאשר חמצן אטמוספרי מגיב עם אורכי גל אולטרה סגולים מתחת ל-240 ננומטר. מקורות ריפוי באדי כספית רחבי פס פולטים קרינת UVC בין 200 ל-280 ננומטר, החופפים לחלק מאזור יצירת האוזון, ומנורות אקסימר פולטות קרינת UV בוואקום ב-172 ננומטר או UVC ב-222 ננומטר. אוזון שנוצר על ידי אדי כספית ומנורות ריפוי אקסימר אינו יציב ואינו מהווה דאגה סביבתית משמעותית, אך יש צורך להסירו מהאזור המיידי סביב העובדים מכיוון שהוא מגרה בדרכי הנשימה ורעיל ברמות גבוהות. מכיוון שמערכות ריפוי UV-LED מסחריות פולטות פלט UVA בין 365 ל-405 ננומטר, אוזון אינו נוצר.

לאוזון יש ריח דומה לריח של מתכת, חוט בוער, כלור וניצוץ חשמלי. חושי הריח האנושיים יכולים לזהות אוזון ברמה נמוכה של 0.01 עד 0.03 חלקים למיליון (ppm). למרות שזה משתנה בהתאם לאדם ולרמת הפעילות, ריכוזים גבוהים מ-0.4 ppm עלולים להוביל לתופעות לוואי שליליות בדרכי הנשימה ולכאבי ראש. יש להתקין אוורור נאות בקווי ריפוי בקרינת UV כדי להגביל את חשיפת העובדים לאוזון.

מערכות ריפוי UV מתוכננות בדרך כלל לבלום את אוויר הפליטה כשהוא יוצא מראשי המנורה, כך שניתן יהיה להרחיק אותו מהמפעילים ומחוץ לבניין, שם הוא מתפרק באופן טבעי בנוכחות חמצן ואור שמש. לחלופין, מנורות נטולות אוזון משלבות תוסף קוורץ החוסם אורכי גל המייצרים אוזון, ומתקנים המעוניינים להימנע מתעלות או חיתוך חורים בגג משתמשים לעתים קרובות במסננים ביציאת מאווררי הפליטה.