DE102009030310A1

DE102009030310A1 - Dielektrische Barriere-Entladungslampe mit Entladungsräumen

Info

Publication number: DE102009030310A1
Application number: DE102009030310A
Authority: DE
Inventors: Helmut Halfmann; Axel Hombach
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-12-30
Also published as: CN101930895A; FR2947379A1; JP2011009213A; US20100327722A1; TW201112305A; IT1400742B1; ITMI20101123A1; US8441189B2

Abstract

Die Erfindung schlägt vor, in dem Entladungsgefäß (2) einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe (1) zwei oder mehr separate Entladungsräume (8, 9) vorzusehen, die jeweils mit einem Entladungsmedium gefüllt sind. Dies eröffnet die Möglichkeit, mit einer einzigen Lampe (1) Strahlung mit zwei bzw. mehreren für die jeweiligen verwendeten Entladungsmedien charakteristischen Wellenlängen zu erzeugen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe. Bei diesem Lampentyp ist die Lampenelektrode einer Polarität oder die Elektroden beider Polaritäten mit einer dielektrischen Schicht, der dielektrischen Barriere, vom Entladungsmedium getrennt. Die dielektrische Barriere kann auch durch die Wand des Entladungsgefäßes gebildet sein, nämlich wenn zumindest eine Elektrode außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet ist (Außenelektrode).
Anwendung findet dieser Lampentyp insbesondere für die Ultraviolett(UV)-Bestrahlung in der Prozesstechnik, beispielsweise für die Oberflächenreinigung und -aktivierung, Photolytik, Ozonerzeugung, Trinkwasserreinigung, Metallisierung, und UV-Härten. In diesem Zusammenhang ist auch die Bezeichnung Strahler oder UV-Strahler gebräuchlich. Wenn das Entladungsgefäß mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist, wird die UV-Strahlung in Licht, d. h. sichtbare elektromagnetische Strahlung konvertiert, wodurch sich weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.
Stand der Technik
In der Schrift EP 1 506 567 B1 ist eine einseitig dielektrisch behinderte Entladungslampe offenbart, die als UV-Strahler für die Prozesstechnik vorgesehen ist. Dazu ist das Entladungsgefäß 2 mit Xenon gefüllt. Während der Gasentladung, die bevorzugt mittels eines in der US 5 604 410 beschriebenen gepulsten Betriebsverfahrens betrieben wird, werden sogenannte Excimere gebildet. Excimere sind angeregte Moleküle, z. B. Xe2*, die bei der Rückkehr in den in der Regel ungebundenen Grundzustand elektromagnetische Strahlung emittieren. Im Falle von Xe2* liegt das Maximum der Molekülbandenstrahlung bei ca. 172 nm. Zur Erzeugung der dielektrischen Barriere-Entladung ist eine erste wendelförmige Elektrode 23 koaxial innerhalb des rohrförmigen Entladungsgefäßes 2 angeordnet. Auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 2 sind sechs streifenförmige Außenelektroden 8a–8f parallel zueinander und mit gegenseitigem Abstand angeordnet.
Nachteilig ist, dass bisherige Lampen nur einen charakteristischen Wellenlängenbereich abstrahlen können, nämlich entsprechend der verwendeten Lampenfühlung, beispielsweise Xenon. Wenn ein weiterer Wellenlängenbereich benötigt wird, beispielsweise der von XeCl-Excimeren, deren Strahlungsmaximum bei etwa 308 nm liegt, ist eine entsprechende weitere Lampe notwendig.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anwendungsmöglichkeiten von dielektrischen Entladungslampen zu erweitern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dielektrische Barriere-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß, welches Entladungsgefäß mindestens einen ersten Entladungsraum und einen zweiten Entladungsraum aufweist, wobei die beiden Entladungsräume voneinander getrennt sind, und wobei der erste Entladungsraum ein erstes Entladungsmedium umschließt und wobei der zweite Entladungsraum ein zweites Entladungsmedium umschließt.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, in dem Entladungsgefäß der dielektrischen Barriere-Entladungslampe zwei oder mehr separate Entladungsräume vorzusehen. Dies eröffnet die Möglichkeit, zwei bzw. mehrere unterschiedliche Entladungsmedien innerhalb des Entladungsgefäßes unbeeinflusst voneinander anzuregen und dadurch die charakteristische Strahlung jedes der beiden oder mehreren Entladungsmedien mit nur einer einzigen dielektrische Barriere-Entladungslampe und folglich gleichzeitig und praktisch am selben Ort zu erzeugen.
Dazu umfasst das Entladungsgefäß zwei oder mehrere Gefäße, die zwei bzw. mehrere separate Entladungsräume innerhalb des Entladungsgefäßes definieren. Außerdem weist vorzugsweise das Entladungsgefäß auf seiner Außenseite eine Außenelektrode sowie mindestens eine innerhalb des Entladungsgefäßes angeordnete Innenelektrode auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform mit zwei separaten Entladungsräumen umfasst das Entladungsgefäß ein erstes Gefäß und ein größeres zweites Gefäß. Das erste Gefäß ist innerhalb des zweiten Gefäßes angeordnet. Das Innere des ersten Gefäßes bildet den ersten Entladungsraum. Der zweite Entladungsraum ist durch den Raum zwischen dem erstem Gefäß und dem zweitem Gefäß gebildet. Außerdem ist eine erste Elektrode einer ersten Polarität innerhalb des ersten Gefäßes angeordnet und eine zweite Elektrode einer zweiten Polarität auf der Außenseite oder Innenseite der Wand des zweiten Gefäßes.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die dielektrische Barriere-Entladungslampe länglich geformt und definiert so eine Lampenlängsachse, wobei die beiden Entladungsräume koaxial zur Lampenlängsachse angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Entladungsgefäß der dielektrischen Barriere-Entladungslampe im wesentlichen rohrförmig. Es umfasst ein gasdicht verschlossenes erstes rohrförmiges Gefäß und ein gasdicht verschlossenes zweites rohrförmiges Gefäß mit einem gegenüber dem ersten rohrförmigen Gefäß größeren Durchmesser. Das erste rohrförmige Gefäß ist koaxial innerhalb des zweiten rohrförmigen Gefäßes angeordnet. Außerdem ist die erste Elektrode länglich und axial innerhalb des ersten Gefäßes angeordnet ist. Sie kann beispielsweise als metallischer Stab, Wendel oder ähnliches ausgebildet sein. Die zweite Elektrode sollte möglichst wenig von der Nutzstrahlung der Lampe abschatten. Sie ist beispielsweise als Drahtwendel oder -netz ausgebildet oder besteht aus einer transparenten leitfähigen Schicht, beispielsweise ITO oder aus mehreren zueinander parallel und im gegenseitigen Abstand angeordneten länglichen, möglichst dünnen Teilelektroden.
Die Entladungsmedien sind vorzugsweise voneinander verschieden. Das hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Lampe die charakteristische Strahlung jedes der Entladungsmedien gleichzeitig abstrahlt. Das Material für die Gefäße wird so gewählt, dass die Gefäßwände ausreichend transparent sind für die jeweilige charakteristische Strahlung. Für UV-Strahlung eignet sich insbesondere Quarzglas.
Für die Erzeugung von UV-Strahlung in zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen ist es bevorzugt, das eines der beiden Entladungsmedien Xenon und das andere Entladungsmedium ein Kryptonhalogenid, beispielsweise Kryptonchlorid (KrCl), Kryptonfluorid (KrF) oder Kryptonbromid (KrBr) umfasst. Im Lampenbetrieb wird mit Hilfe des Xenon eine Excimerstrahlung mit einem Maximum bei ca. 172 nm erzeugt, mit Hilfe von beispielsweise KrCl eine Excimerstrahlung mit einem Maximum bei ca. 222 nm.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1a eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen dielektrischen Barriere-Entladungslampe,
1b eine Querschnittdarstellung der Lampe aus 1a.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1a und 1b zeigen einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt entlang der Schnittlinie AB einer rohrförmigen dielektrisch behinderten Entladungslampe 1 in schematischer Darstellung. Die Lampe 1 ist als UV-Strahler insbesondere für die Sterilisation insbesondere verschiedener Mikroorganismen in vegetativer und sporelierter Form gängiger Behälter im Lebensmittelbereich vorgesehen. Um ein Einführen der Lampe in den betreffen den Behälter zu ermöglichen, ist der äußere Durchmesser der Lampe geringer als der Durchmesser der betreffenden Behälteröffnung gewählt.
Die dielektrisch behinderte Entladungslampe 1 weist ein rohrförmiges Entladungsgefäß 2 mit einer Längsachse L auf, an dessen einen Seite sich eine Folienquetschdichtung 3 anschließt. Das Entladungsgefäß 2 besteht im wesentlichen aus zwei rohrförmigen Kolben 4, 5 aus Quarzglas Suprasil^® 310 (Fa. Heraeus). Der Durchmesser des ersten Kolbens 4 beträgt 10 mm, der des zweiten Kolbens 5 beträgt 16 mm. Der ersten Kolben 4 ist koaxial innerhalb des zweiten Kolbens 5 angeordnet. Beide Kolben sind an ihrem einen Ende mit Hilfe einer domartigen Kuppe 6, 7 verschlossen und an ihrem anderen Ende mittels der Folienquetschdichtung 3. Das innere des ersten rohrförmigen Kolbens 4 definiert einen ersten Entladungsraum 8, der mit Xenon bei einem Druck von 250 mbar gefüllt ist. Der Zwischenraum zwischen der Außenseite des ersten Kolbens 4 und der Innenseite des zweiten Kolbens 5 definiert den zweiten Entladungsraum, der mit KrCl (Krypton mit 0,5% Chlor) bei einem Druck von 250 mbar gefüllt ist. Innerhalb des ersten Kolbens 4 ist koaxial eine erste stabförmige Elektrode 10 aus Molybdän mit 1 mm Durchmesser angeordnet. Sie ist mit einem Ende einer Molybdänfolie 11 verschweißt, wobei die Molybdänfolie 11 gasdicht in der Folienquetschdichtung 3 eingequetscht ist. Am anderen Ende der Molybdänfolie 11 ist ein Molybdänstift 12 angeschweißt, der die äußere Stromzuführung für die innere erste Elektrode 10 bildet. Auf der Außenseite der Wand des zweiten Kolbens 5 ist eine äußere, zweite Elektrode 13 aus einem Drahtnetz mit der Maschenweite 2 mm ange ordnet (nur stark schematisiert dargestellt). Alternativ zum Drahtnetz kann auch ein wendelförmiger Federdraht (z. B. Durchmesser 0,45 mm) mit einer Steigung von beispielsweise 3 mm oder einige ca. 1 bis 2 mm breite längs auf die Außenseite des zweiten Kolbens 5 äquidistant aufgebrachte Leiterbahnen verwendet werden (nicht dargestellt). Die effektive Lampenlänge, d. h. entlang der sich die äußere Elektrode 13 erstreckt, beträgt ca. 350 mm.
Die dielektrisch behinderten Entladungslampe 1 wird an einer Hochspannungsquelle betrieben (nicht dargestellt). Eine effektive Entladung wird im Pulsbetrieb gemäß der eingangs erwähnten US 5 604 410 bei ca. 5 kV und einer Frequenz von 100 kHz erreicht. Der Hochspannungspuls wird an den Molybdänstift 12 und folglich an die innere Elektrode 10 angeschlossen.
Obwohl die Erfindung vorstehend am Beispiel einer rohrförmigen Lampe mit zwei koaxial angeordneten Kolben erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf nur zwei separate Entladungsräume beschränkt. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Lampe auch drei oder mehr koaxial angeordnete Kolben aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1506567 B1 [0003]
- US 5604410 [0003, 0019]

Claims

Dielektrische Barriere-Entladungslampe (1) mit einem Entladungsgefäß (2), welches Entladungsgefäß (2) zumindest einen ersten Entladungsraum (8) und einen zweiten Entladungsraum (9) aufweist, wobei die beiden Entladungsräume (8, 9) voneinander getrennt sind, und wobei der erste Entladungsraum (8) ein erstes Entladungsmedium umschließt und wobei der zweite Entladungsraum (9) ein zweites Entladungsmedium umschließt.
Lampe nach Anspruch 1, wobei das Entladungsgefäß (2) ein erstes Gefäß (4) und ein zweites Gefäß (5) umfasst, wobei das erste Gefäß (4) innerhalb des zweiten Gefäßes (5) angeordnet ist und wobei der erste Entladungsraum (8) innerhalb des ersten Gefäßes (4) und der zweite Entladungsraum (9) zwischen erstem (4) und zweitem Gefäß (5) gebildet ist.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine erste Elektrode (10) einer ersten Polarität innerhalb des ersten Gefäßes (4) angeordnet ist.
Lampe nach Anspruch 3, wobei eine zweite Elektrode (13) einer zweiten Polarität auf der Wand des Entladungsgefäßes (2) angeordnet ist.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lampe (1) länglich geformt ist und so eine Lampenlängsachse (L) definiert, wobei die beiden Entla dungsräume (8, 9) koaxial zur Lampenlängsachse (L) angeordnet sind.
Lampe nach Anspruch 3, wobei die erste Elektrode (10) länglich und axial innerhalb des ersten Gefäßes (4) angeordnet ist.
Lampe nach Anspruch 4, wobei die zweite Elektrode aus mehreren auf der Wand des Entladungsgefäßes parallel und im gegenseitigen Abstand zueinander angeordneten länglichen Teilelektroden besteht.
Lampe nach Anspruch 4, wobei die zweite Elektrode aus einem Drahtnetz (13) oder einem wendelförmigen Draht besteht.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei erstes u. zweites Entladungsmedium voneinander verschieden sind.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eines der beiden Entladungsmedien Xenon umfasst.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eines der beiden Entladungsmedien ein Kryptonhalogenid umfasst.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lampe (1) rohrförmig ist.