CN101106065A - 具有冷却空气控制器的紫外线灯系统 - Google Patents

Abstract

一种微波激发的紫外线灯系统，具有从空气源供给冷却空气的微波腔室。压力传感器或者温度传感器的至少一个被定位在该系统中以感测与冷却空气流有关的压力或者灯系统的温度。控制器从传感器接收信号并且可被操作用于调节来自空气源的冷却空气流以获得所需冷却空气流率。

Description

具有冷却空气控制器的紫外线灯系统

技术领域

本发明主要涉及一种微波激发的紫外线灯系统，并且更具体地涉及一种具有冷却空气控制器的紫外线灯系统。

背景技术

紫外线灯系统，例如用于加热或固化例如粘结剂、密封剂、墨水或其它涂层的那些，被设计成将微波能量结合到无电极灯，例如安装在灯系统的微波腔室中的紫外线(UV)等离子体灯泡。在紫外线灯加热和固化应用中，一个或多个磁电管通常被设置在灯系统中以将微波辐射结合到微波腔室中的等离子体灯泡。磁电管通过波导被联接到微波腔室，该波导具有连接到腔室上端的输出端口。当等离子体灯泡被微波能量充分激发时，它通过灯系统的开放灯面发射紫外线辐射以照射基本靠近开放灯面定位的基片。

强制空气源被流体连接到灯系统的外罩，该外罩含有磁电管、微波腔室和等离子体灯泡。强制空气源可被操作用于导向冷却空气，例如，如350CFM的冷却空气，使其通过外罩并且进入微波腔室中以在利用灯系统照射基片期间适当地冷却磁电管和等离子体灯泡。

在一些UV加热和固化应用中，灯系统具有安装在开放灯面处的网筛。该网筛可以透过紫外线辐射但是不透微波。网筛的构造也允许冷却空气的显著气流通过那里并且朝向基片流动。

在其它应用中，被UV灯照射的基片可能需要干净的环境，例如在固化腔室中，从而在加热和固化过程期间基片将不会被可能被冷却空气携带的污染物质污染。基片也可能是有些脆弱的并且因此可能易于被冷却空气的显著流动破坏，冷却空气将冲击并且可能干扰基片。在其它应用中，基片也可能被过度的热量不利地影响，在照射过程期间可由等离子体灯泡产生该热量。在这种应用中，石英透镜已经被用于保护基片免受冷却空气流的影响，同时便于利用灯照射基片。这种系统在授予Schmitkons等的美国专利No.6,831,419中描述，其全部公开内容通过引用而被结合在这里。

在传统微波激发UV灯系统中，冷却空气从空气源例如吹风机、风扇或者其它适当的空气移动装置被提供，并且以预定流率供给，例如大约350CFM。灯系统将通常包括位于空气流中的简单的、开/关类型的压力开关以保证充分的空气流被提供以冷却磁电管和紫外线灯。在这种系统中，当探测到不充分的空气流量时，压力开关关闭UV灯系统以避免过热。因为压力开关通常不是非常准确的，开关的启动压力被设定成相应于流率，该压力显著低于灯头的最佳操作压力以保证系统将不会在高于灯额定值的压力下失效。

在某些应用中，需要调节UV灯系统的功率以获得特定结果，或者将系统设于“暂停”模式中。当功率降低时，由于冷却空气通过灯的恒定流量，该流量已经基本被设定为相应于灯的特定功率水平，可能导致UV灯的过度冷却。添加剂类型的UV灯泡通常要求接近灯泡的最大允许温度的温度以保证添加剂材料保留在等离子体中并且由此产生所需的光谱。当这些添加剂类型的系统在降低的功率下操作时，灯泡可能被过度冷却从而添加剂不被保持在等离子体中，由此导致效率降低和/或结果不理想。

因此存在对一种UV灯系统的需要，该系统解决现有技术的这些和其它缺陷。

发明内容

本发明提供一种微波激发的UV灯系统，它能够控制被提供用于冷却灯的空气流量，由此保持所需性能，而没有过度冷却。该系统具有带微波腔室的外罩。来自空气源的强制空气流经外罩并且被导向到微波腔室以冷却UV灯。该系统还具有用于感测与强制空气流量有关的压力的压力传感器，或者用于感测与灯系统的温度有关的温度传感器中的至少一个。传感器与控制器联通，该控制器可被操作用于调节来自空气源的强制空气流率以由此获得用于该系统的所需流率。在本发明的一个方面中，该控制器作为灯系统的功率设定的函数调节空气流量。被调节的流率可以与由压力传感器感测的压力成比例，或者可以使用各种其它类型的控制器。

在另一实施例中，灯系统可以具有压力传感器和构造成感测与灯系统有关的温度的温度传感器。例如，温度传感器可被设置在一定位置处，在此处它感测与UV灯温度有关的温度。控制器可以利用来自压力传感器、温度传感器或这两者的信号以实现对来自空气源的冷却空气流率的控制。在本发明另一方面，控制器可以在最大值和非零最小值之间选择性地调节来自空气源的冷却空气的流量。在又一方面中，控制器可以选择性地关闭灯系统，例如，当由压力传感器感测的压力和/或由温度传感器感测的温度达到预定数值时。

在本发明另一方面，一种操作微波激发UV灯系统的方法包括向灯系统的外罩提供冷却空气、感测与冷却空气有关的压力或者与灯系统有关的温度的至少一个，并且基于感测压力或温度调节冷却空气的流率。

通过结合附图阅读下面的对示例性实施例的详细描述，本发明的这些和其它特征、优点和目的将更加易于被本领域普通技术人员理解。

附图说明

被结合并且构成该说明书的一个部分的附图示意本发明的实施例，并且与在上面给出的本发明的基本描述和下面给出的详细描述一起，用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明原理的微波激发的紫外线灯系统的透视图，包括排气系统；

图2是沿着线2-2截取的图1灯系统的截面视图；

图3是沿着线3-3截取的图1灯系统的截面视图；

图4是类似于图3所示的截面视图，并且示意根据本发明原理的可替代实施例；和

图5是图1灯系统的放大的截面视图，示意根据本发明原理的另一实施例。

具体实施方式

参考图1-3，示出微波激发紫外线(“UV”)灯系统10，具有安装到此的排气系统12。灯系统10具有一对微波发生器，被示意成一对磁电管14(图2-3)，其每一个通过相应波导18被联接到纵向延伸的微波腔室16(图2)。

每一个波导18具有联接到微波腔室16上端的出口端口20(图2)从而由一对微波发生器14产生的微波邻近腔室16的相对上端以隔开的、纵向关系结合到微波腔室16。形式为密封的、纵向延伸的等离子体灯泡的无电极等离子体灯22安装在微波腔室16中并且如本领域已知地邻近腔室16上端被支撑。

灯系统10还具有通过位于外罩24的上端30处的空气进口导管28以流体连通方式与强制空气源26连接的外罩24。外罩24的下端32形成灯头34(图3)。强制空气源26可被操作用于导向冷却空气，在图3中用箭头36示意，使其通过外罩24并且进入微波腔室16中以冷却磁电管14和等离子体灯泡22，如将在下面更加详细描述地。冷却空气36通过微波腔室16并且通过灯头34的开放灯面38(图3)被发射。灯头34可具有安装在灯面38上面的网筛39。网筛39对于被发射的紫外线辐射40可透，但是对于由磁电管14产生的微波不可透。

灯系统10被设计和构造成在通过来自一对微波发生器14的结合到微波腔室16的微波能量充分激发等离子体灯泡22时通过灯系统10的开放灯面38发射紫外线光，在图3中用箭头40示意。当一对磁电管14在这里被示意和描述时，应该理解灯系统10可以具有仅仅一个磁电管14以激发等离子体灯泡22，而不背离本发明的精神和范围。

如图2所示，如由本领域普通技术人员理解地，灯系统10具有起动灯泡42和每一个被电联接到相应的一个磁电管14以对磁电管14的细丝通电的一对变压器44(在图2中示出一个)。灯系统10可以适于允许调节磁电管14的功率设定以改变等离子体灯泡22的功率输出。磁电管14被安装到波导18的相应的进口端口46(图2)从而磁电管14产生的微波通过波导18的纵向隔开的出口端口20被排放到腔室16中。优选地，两个磁电管14的频率以小量分离或偏移以防止在操作灯系统10期间在它们之间的互相耦合。

纵向地延伸的反射器50被安装在微波腔室16中以用于朝向基本靠近灯头34的开放灯面38定位的基片(未示出)反射从等离子体灯泡22发射的紫外线光40。在一个实施例中，反射器50的横截面具有椭圆形构造，但是抛物线或其它截面构造也是可能的。

如图3所示，反射器50具有一对纵向地延伸的反射器面板52，它们以相对的即镜象面对的关系安装在微波腔室16中并且相对于等离子体灯泡22隔开。每一个反射器面板52可以由涂层玻璃或具有适当反射和热性能的其它材料制成。当反射器面板52由涂层玻璃制成时，例如，每一个反射器面板52可以透过由一对磁电管14产生的微波能量，但是不透并且可以反射由等离子体灯泡22发射的紫外线光40。

进一步参考图3，纵向延伸的中间部件54以与反射器面板52隔开的关系并且也以与等离子体灯泡22隔开的关系被安装在微波腔室16中。中间部件54可以由玻璃例如PYREX制成并且可以不被涂覆从而它不反射被等离子体灯泡22发射的紫外线光40。

当一对反射器面板52和中间部件54被安装在微波腔室16中以形成反射器50时，一对隔开的、纵向延伸的狭槽56(图3)形成在反射器面板52和中间部件54之间。一对隔开的、纵向延伸的狭槽56可被操作用于从强制空气源26朝向等离子体灯泡22传送冷却空气36从而冷却空气36完全围绕其外表面有效地包围等离子体灯泡22以冷却灯泡22。反射器50的构造细节在共同拥有的美国专利6,696,801中被更加充分地描述，其题目为“具有改进的冷却效果的微波激发紫外线灯系统”，其全部公开内容通过引用而被结合在这里。当然，其它反射器构造也是可能的，并且易于被本领域普通技术人员理解。冷却空气36此后通过微波腔室16并且通过灯头34的开放灯面38被发射。

如图1-3所示，排气系统12以流体连通方式安装到灯头34从而从开放灯面38发射的冷却空气36在排气系统12中被容纳并且导向从而不接触被照射的基片(未示出)。排气系统12例如通过禁固器60被固定到外罩24的下端32，并且包括封闭导管62，该导管具有构造成接收通过开放灯面38发射的冷却空气36的空气进口端口或进气口64(图3)，和由构造成将冷却空气36导向到远离灯头34的位置处从而冷却空气36不接触基片(未示出)的排气导管68(图3)限定的排气端口66。

如图1-3所示，空气排气导管68与排气端口66基本配准地安装到导管62。排气导管68流体连接到空气排气系统(未示出)从而冷却空气36在排气系统12中被容纳并且导向到它将不会接触并且由此可能污染或干扰基片的区域处。虽然排气系统12在这里被示意成具有位于灯头34的开放表面38下面的管道系统，具有基本竖直地导向的排气端口66，可以理解排气端口66和排气导管68的构造和定向根据需要可以具有各种其它构造。

如图2和3所示，导管62具有通过其中形成并且定位成基本配准微波腔室16的开口70。透镜72，例如石英透镜，被安装到导管62并且定位成基本配准开口70。透镜72朝向基片发送通过灯面38发射的紫外线光40。垫圈74(图3)位于透镜72的下表面和导管62的底壁之间，基本围绕开口70以在其之间提供基本气密性的密封。石英透镜72是有利的，以降低从等离子体灯泡22到基片的热传递并且也用作空气屏蔽以防止从灯面38发射的冷却空气36接触基片。

UV灯系统10还具有压力传感器80，该压力传感器定位成感测与从空气源26通过外罩24提供的冷却空气36有关的压力。感测压力可以示意冷却空气36通过外罩24的流率。在一个实施例，压力传感器80是构造成感测在灯系统10内部的位置和大气压力之间的压力差的差动式换能器。然而，可以理解，可以使用适于感测与冷却空气36流量有关的压力的各种其它类型的传感器。在示于图3中的实施例中，差动式换能器80安装在外罩24中。第一取样管道82a朝向外罩24的上端30延伸从而管道82a的上端84被暴露到大气压力。在所示实施例中，管道82a的上端84利用安装固定件86邻近外罩24的上端30固定从而端部84延伸通过外罩24。第二取样管道82b朝向外罩24的下端32延伸并且具有在灯头34的开放表面38处邻近网筛39安装的下端85。压力传感器80产生与在大气和邻近网筛39的外罩24中的冷却空气流之间的压力差有关的信号。该压差与冷却空气36的流率有关。

灯系统10还具有构造成控制灯系统10的操作的控制器90。控制器90可以从各种传感器和/或灯系统10的其它构件接收信号，并且构造成基于接收信号协调灯系统10的功能。例如，控制器90可以接收与用于灯22的所需功率设定有关的信号，由此控制器90构造成调节向变压器44的电流供给以获得灯22的所需功率输出。在所示实施例中，压力传感器80与控制器90联通以提供与进气口64中的感测空气压力有关的信号。控制器90还被可操作地联接到空气源26并且构造成选择性地调节空气源26的操作从而为外罩24提供通过进口28的所需冷却空气流率。控制器90可以构造成调节空气源26的操作从而冷却空气的流率与感测的空气压力成比例，或者各种其它形式的控制器可以被用于形成被调节的冷却空气流率。

在一个实施例中，控制器90构造成作为用于灯22的所需功率设定的函数选择性地调节来自空气源26的冷却空气的流率。冷却空气36的压力被压力传感器80感测并且转换成被传送到控制器90的信号以提供对冷却空气36的实际空气流率的示意。基于来自压力传感器80的信号，控制器90可以此后在最大值和非零最小值之间选择性地调节来自空气源26的空气的流率以获得相应于灯22的功率设定的所需流率。如果强制空气源是例如风扇或者吹风机，则控制器90可以调节风扇或者吹风机的速度以获得冷却空气的所需流率。因为冷却空气的流率可以被选择性地控制，灯系统10能够以更加有效率的方式操作。具体地，灯22可以在较低功率设定下操作而没有过度冷却。

当冷却空气36流经外罩24时，由于系统中的流量损失，空气的压力将下降。虽然图3示意了具有取样管道82b的压差传感器80，该管道的端部邻近网筛39定位以用于在该位置处对压力取样，可以理解，压力可以例如可替代地在外罩24中的不同的其它位置处取样，以更好地接近靠近灯22的压力。图4示意了根据本发明原理的UV灯系统10a的另一实施例，其中各种构件类似于上述的那些并且具有类似的编号。在图4中，压力传感器80处于或者邻近外罩24中的控制器90并且在传感器80处直接对压力取样。相应地，无需取样管道以在该位置处对压力取样。联接到压力传感器80的第一取样管道82a具有位于外罩24外侧的上端84，由此压力传感器80构造成如上所述地产生相应于在外罩24内部和大气压力之间的压差的信号。控制器90从压力传感器80接收信号，该信号与上述的冷却空气36的流率有关。控制器90因此可以调节通过进口导管28提供到外罩24的来自空气源26的空气流率以如上所述地获得所需空气流量。

图5示意了另一实施例，其中来自压力传感器80的取样管道82b的下端85在邻近反射器面板52和中间部件54之间的空间56的位置处位于外罩24中。来自压力传感器80的信号被传送到控制器90，如上所述，以便调节从空气源26提供的冷却空气36的流率以获得基本邻近灯22的所需流率。

灯系统10还可具有构造成感测与灯系统10有关的温度的温度传感器92。在示于图5中的实施例中，温度传感器92靠近在反射器面板52和中间部件54之间的空间56，由此温度传感器92能够感测与灯22的温度基本相关的温度。来自温度传感器92的信号可以被传送到控制器90从而控制器90可以根据需要调节灯系统10的操作。例如，控制器90可以作为感测温度的函数，或者作为感测温度和由压力传感器80产生的压力信号的函数选择性地调节来自空气源26的冷却空气36的流率。可替代地，当如由压力传感器80探测到的空气流率达到预定数值时，或者当由温度传感器92感测的温度达到预定数值时，控制器90可以被构造成关闭灯系统10。

灯系统10还可具有与控制器90联通并且可被操作用于显示与灯系统10的操作有关的信息的显示器94。例如，显示器94可以示意由压力传感器80感测的冷却空气流压力、由温度传感器92感测的灯温度，或者与灯系统10的操作有关的各种其它参数。

在本发明另一实施例中，一种操作微波激发紫外线灯系统10的方法包括向灯系统10的外罩24提供冷却空气、感测与冷却空气有关的压力，并且基于感测压力调节冷却空气的流率。流率调节可以作为灯系统10的功率设定的函数进行。该方法还可包括测量与灯系统10有关的温度并且作为或者单独地、或者与冷却空气的感测压力相结合的感测温度的函数而调节冷却空气的流率。

虽然已经通过对其一个或多个实施例的描述示意出本发明，并且虽然已经非常详细地描述了实施例，它们并不旨在约束或者以任何方式如此详细地限制所附权利要求的范围。对于本领域普通技术人员而言，另外的优点和修改是明显的。本发明在其广义方面中因此不限于所示出的和描述的具体细节、代表性设备和方法以及示意性实例。相应地，在不背离一般性发明概念的前提下可以作出改变。

Claims (11)

1.一种微波激发的紫外线灯系统，包括：

外罩；

位于所述外罩中的微波腔室；

与所述外罩联通并且向其提供空气流的强制空气源；

构造成感测与灯系统有关的压力和温度中的至少一个的至少一个传感器，所述传感器产生与所述感测压力或温度有关的信号；和

与所述传感器电联接并且响应于所述信号可被操作用于将所述空气的流率调节到不同的、非零流率的控制器。

2.根据权利要求1的灯系统，其中所述传感器是温度传感器。

3.根据权利要求1的灯系统，其中所述传感器是压力传感器。

4.根据权利要求3的灯系统，其中所述压力传感器感测在所述空气流和大气压力之间的压差。

5.根据权利要求3的灯系统，其中所述控制器调节所述空气的流率，使其与所述感测压力成比例。

6.根据权利要求3的灯系统，还包括适于感测与灯系统有关的温度的温度传感器，并且其中所述控制器作为所述感测温度和所述感测压力的函数而调节所述加压空气的流率。

7.根据权利要求1的灯系统，其中灯系统能够被调节以改变灯系统的功率设定，并且其中所述控制器结合由所述传感器产生的所述信号作为所述功率设定的函数而调节所述空气的流率。

8.根据权利要求1的灯系统，其中所述控制器在最大值和非零最小值之间的范围上选择性地调节所述空气流。

9.一种操作微波激发的紫外线灯系统的方法，包括：

向灯系统的外罩提供冷却空气；

感测与冷却空气有关的压力或者与灯系统有关的温度中的至少一个；和

基于感测压力或温度将冷却空气的流率调节到不同的、非零流率。

10.根据权利要求9的方法，其中灯系统能够被调节以改变灯系统的功率设定，该方法还包括：

结合感测压力或温度作为灯系统的功率设定的函数调节冷却空气的流率。

11.根据权利要求9的方法，其中：

压力和温度均被感测；和

基于感测压力和感测温度调节流率。

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