EP1519407A2 - UV-Strahler mit rohrförmigem Entladungsgefäss - Google Patents

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EP1519407A2
EP1519407A2 EP04016505A EP04016505A EP1519407A2 EP 1519407 A2 EP1519407 A2 EP 1519407A2 EP 04016505 A EP04016505 A EP 04016505A EP 04016505 A EP04016505 A EP 04016505A EP 1519407 A2 EP1519407 A2 EP 1519407A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge vessel
imaginary
electrode
pipe
outer electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04016505A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1519407A3 (de
Inventor
Rainer Dr. Kling
Markus Dr. Roth
Reinhold Wittkötter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1519407A2 publication Critical patent/EP1519407A2/de
Publication of EP1519407A3 publication Critical patent/EP1519407A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel

Definitions

  • the invention is based on a UV emitter with a for the production of one-sided dielectric barrier discharges designed, essentially tubular, on both sides gas-tight sealed discharge vessel.
  • UV lamps for lighting purposes such as general lighting, unsuitable , Rather, they are used in process technology, especially for surface cleaning and activation, photolytics, ozone generation, drinking water purification, metallization, and UV curing.
  • the invention also relates to high power UV radiators, i. long radiators, e.g. with lengths of typically a few 10 cm to about 2 m or more.
  • UV-emitters based on dielectric have proven to be particularly efficient Barrier discharge proved, especially if they are in accordance with operated according to the pulsed operating method described in US 5,604,410 become.
  • dielectric barrier discharge is defined as at least a so-called dielectrically impeded electrode ahead.
  • a dielectric Disabled electrode is opposite the interior of the discharge vessel or of the discharge medium separated by means of a dielectric, for example in which the electrode on the outside of typically out Glass or other dielectric wall of the discharge vessel is arranged. This type of electrodes will be shortened in the following also referred to as "outer electrode”.
  • the present invention relates to a UV emitter comprising at least one outer electrode having the aforementioned type.
  • the UV lamp includes a tubular, sealed on both sides discharge vessel, which encloses a discharge medium.
  • the discharge medium is an ionizable Filling used, which usually consists of a noble gas, For example, xenon or a gas mixture with additional buffer gas such as neon or halogen additives, for example chlorine, fluorine etc ..
  • Within the discharge vessel is at least one electrode, in the following shortening also referred to as "inner electrode” arranged. This inner electrode is unhindered, i. in direct contact with the discharge medium. It is therefore a UV emitter based on a one-sided dielectric disabled discharge.
  • a high voltage is applied between inner and outer electrode (s), thereby generating a gas discharge inside the discharge vessel.
  • the pulsed operating method described in the already mentioned US Pat. No. 5,604,410 is preferably used, in particular unipolar voltage pulses.
  • the outer electrode is preferably connected to earth at zero potential ("earthed").
  • the inner electrode is supplied with negative voltage pulses, ie acts as a cathode during each voltage pulse.
  • excimers are formed in the discharge medium.
  • Excimers are excited molecules, such as Xe 2 *, XeCl *, which emit electromagnetic radiation when they return to the normally unbound or weakly bound ground state.
  • Xe 2 * or XeCl * the maximum of the molecular beam radiation is approximately 172 nm and 308 nm, respectively.
  • the document WO 01/35442 shows a UV radiator with a tubular discharge vessel. Within the discharge vessel is centrally a helical axial Electrode arranged. On the outside of the discharge vessel are evenly distributed with respect to the extent of several parallel to the tube axis extending strip-shaped electrodes. This radiates the radiator substantially uniform over the entire circumference, i. rotationally symmetric, that is undirected from. For flat surfaces to be efficiently irradiated can be used, the use of additional reflectors is necessary, the greatest possible amount of radiation evenly on the surface to be irradiated to steer. In order to produce spotlights with lengths of more than 20 cm, is for the centric inner electrode a holder, for example a provided axial support tube.
  • the object of the present invention is to provide a UV radiator with tubular Discharge vessel and non-rotationally symmetric radiation characteristic specify.
  • Other aspects include the possibility of emitters higher Performance, i. to manufacture long spotlights and a high radiation efficiency to achieve.
  • a UV emitter with a for generating essentially designed by one-sided dielectric barrier discharges tubular, on both sides gas-tight sealed discharge vessel and in each case at least one elongate, parallel to the longitudinal axis of the discharge vessel oriented inner and outer electrode, characterized that on the inside of an imaginary first half of the tube tubular part of the discharge vessel, the at least one inner electrode and on the outside of an opposite imaginary second one Pipe half which is arranged at least one outer electrode, wherein the two opposite tube halves through a longitudinal axis of the tubular discharge vessel contained imaginary section through the Discharge vessel are defined.
  • the at least one inner electrode is on the inside the first imaginary pipe half arranged.
  • the at least one Outer electrode is on the outside of the second imaginary pipe half arranged and that at least in the case of an inner and an outer electrode essentially diametrically.
  • the substantially diametrical arrangement of inner and outer electrode On the one hand has the advantage of high radiation efficiency due to the relative to the discharge vessel diameter large striking distance for the discharge, as taught by the already mentioned US 5,604,410. On the other hand it opens up the possibility of moving away from a substantially rotationally symmetric and to come to a more directional radiation characteristic.
  • the flat outer electrode e.g. be realized by a coating or by a suitably shaped metal part into which the outside of the second tube half of the discharge vessel is embedded as it were.
  • the flat design the outer electrode has the advantage that they still at the same time as a reflector can act for the UV radiation, thereby reducing the targeted radiation is further improved.
  • the outer electrode a material with sufficient reflection properties for UV radiation, For example, aluminum, to be selected.
  • the flat external electrode can also more than one, for example Use two, three or more strip-shaped external electrodes become.
  • the electrodes are not symmetrical with respect to the entire circumference of the Discharge vessel arranged, but preferably symmetrically with respect a plane intersecting the imaginary pipe half which is - in cross-section considered as a perpendicular bisector of the imaginary pipe half corresponding Semicircle represents.
  • the radiation efficiency with e.g. two strip-shaped outer electrodes higher is, as with a flat outer electrode, for example in the form of a half-mirrored arrangement.
  • the belonging to the internal electrodes Pipe half is to be used as a radiating surface, i. especially then, if the other half of the tube is largely or even completely with one or is covered by a plurality of external electrodes, the internal electrodes are preferably positioned relatively close to the imaginary cutting plane, but only as far as still sufficient distance to the nearest outer electrode remains. In this way, the largest possible electrode-free radiating surface achieved.
  • the other half of the tube belonging to the outer electrodes can be considered. Which side to give preference depends ultimately on the individual case of the concrete arrangement of all electrodes.
  • the internal electrodes strip-shaped electrodes since the latter typically from Leitsilberbahnen or the like. Because the inner electrode for efficiency reasons not covered with an additional dielectric layer and thus is separated from the discharge medium (unilaterally dielectrically impeded discharge), would namely during operation of the lamp low solvent residues and similar volatiles of such an electrode web outgas, thereby entering the discharge medium and the generation of radiation deteriorate unacceptably. Instead, for the inner electrode a metal wire as pure as possible or the like used.
  • the inner electrode On the inside of the first tube half of the discharge vessel to fix.
  • the holder is, for example, depending on the length of the spotlight from one or more narrow Pipe pieces, half pipe pieces or rings, through which the elongated inner electrode threaded through.
  • the inner electrode on the mentioned Inside of the discharge vessel even with very long lamps, e.g. with more than approx. 1 m length, sufficient hold without significantly sagging.
  • the inner electrode is e.g. trained as a staff, especially simply thread through the "eyelet-like" holder.
  • the at least one inner electrode is made of metal, preferably made of tungsten or molybdenum.
  • a metal wire into consideration that with another metal, e.g. coated with platinum.
  • the helix does not necessarily have to be rotationally symmetric, i.e.
  • the holder is made of a temperature-resistant dielectric material, preferably glass, quartz glass or ceramic.
  • the holder is preferred from the same material as the discharge vessel wall. Then lets namely, the holder by simply merging with the discharge vessel attach to the inside.
  • the holder also be fixed by means of glass solder, but because of the before closing the discharge vessel to be expelled solvent of the glass solder paste problematic with regard to contamination of the discharge medium can be.
  • the UV emitter 1 has a substantially tubular discharge vessel 2 Quartz glass, the first end to a dome-like cap 3 including molten pump tip 3a is formed and that at his other end is sealed gas-tight by means of a pinch seal 4.
  • the discharge vessel 2 is filled with xenon at a pressure of 150 mbar. With a length of about 68 cm forms the tubular part 5 of the discharge vessel the main part of the for an electrical power consumption of approx. 50 W UV lamp 1.
  • the total length of the discharge vessel is about 72 cm.
  • the inner and outer diameter of the tubular Part 5 is 28 mm or 30 mm.
  • the tubular part 5 is through an imaginary sectional plane S, which contains the longitudinal axis L, in two imaginary Pipe halves 5a, 5b split.
  • an inner electrode 6 made of a 1 mm thick molybdenum wire is arranged, which extends over the entire length of the tube half 5a and parallel to Longitudinal axis of the discharge vessel 2 extends.
  • three is a holder Serving 8 mm long quartz tube pieces 7 (see Fig. 1c) is the rod-shaped Inner electrode 6 is attached to the inside of the first tube half 5a, that the distance to the mentioned imaginary sectional plane S maximum is.
  • the quartz tube pieces 7 are fused directly to the vessel wall. you Inner diameter is only slightly larger than the diameter of the inner electrode 6, so that the inner electrode 6 is still through the already on the Inside the first tube half 5a attached quartz tube pieces 7 therethrough threading, but still reliably fixed. Through the pinch seal 5 through the inner electrode 6 is guided gas-tight to the outside.
  • On the Outside of the second tube half 5b are two strip-shaped each 2 mm wide Outer electrodes 8a, 8b made of silver solder parallel to the longitudinal axis of the Discharge vessel 2 applied. Their mutual shortest distance is 27 mm.
  • the two outer electrodes 8a, 8b symmetrically positioned such that both are the same Distance to this plane S have.
  • pulsed operation form two discharge levels consisting of numerous partial discharges (not shown), one each between the inner electrode and each the two outer electrodes. For more details about the partial discharges Reference is made to the already cited US 5,604,410.
  • the invention also easily allows longer spotlights to build as shown in Fig. 1a, in which correspondingly more than three Breakpoints are provided (not shown).
  • the inner electrode does not consist of a rod-shaped wire but rather from a wire helix.
  • the support parts e.g. short pieces of pipe or rings, with the Connected vessel wall and then the wire helix through the support parts threaded.
  • FIGS. 2 to 5 show variants of the UV emitter according to the invention, which differ only by the respective electrode configuration. The same features are provided with the same reference numerals.
  • Fig. 2 shows a cross section corresponding to Fig. 1b by a variant of UV emitter according to the invention with three strip-shaped outer electrodes 9a - 9c. Due to the longer impact distance between the inner electrode. 6 and the center outer electrode 9b forms the middle discharge plane (not shown) only at higher coupled-in electrical power, than this for the other two, i. between the inner electrode 6 and the two "outer" outer electrode 9a and 9c lying discharge planes the case is.
  • Fig. 3 shows a cross section through a variant with four strip-shaped Outer electrodes 10a-10d.
  • Fig. 4 shows a cross section corresponding to Fig. 1b by a variant of UV emitter according to the invention with five strip-shaped outer electrodes 11a-11e and two rod-shaped internal electrodes 12a, 12b. Both internal electrodes 12a, 12b are for a first polarity and all external electrodes 11a-11e are for a second polarity of the supply voltage intended. Each of the two internal electrodes 12a, 12b is each a half-pipe piece 13a, 13b attached to the inside of the associated pipe half 5a.
  • Fig. 5 shows a cross section corresponding to Fig. 1b by a variant of UV emitter according to the invention with a flat outer electrode 14 and a rod-shaped inner electrode 6 with holder 7.
  • the outer electrode 14 consists of a the entire outside of the associated tube half 5b covering aluminum layer. In operation, it forms between the inner electrode 6 and the entire surface outer electrode 14 is a relatively diffuse Discharge off.
  • Fig. 6 shows an enlarged detail corresponding to that shown in Fig. 1b Area C of a variant of the UV emitter according to the invention.
  • the inner diameter clearly larger than the diameter of the wire-shaped inner electrode 6 allows the inner electrode 6 easier through the on the inside of the Thread tube half 5a pre-assembled tube pieces 15.
  • has a bigger one Inner diameter has the advantage of having no or at least less form parasitic G researchingtladungen in the region of the brackets.
  • FIG. 7 shows a further variant with the only difference compared to FIG. 6, that the holder for the inner electrode 6 as half pipe piece 16th is trained.

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Abstract

Der erfindungsgemäße UV-Strahler (1) weist ein zur Erzeugung von einseitigen dielektrischen Barriere-Entladungen ausgelegtes im wesentlichen rohrförmiges, beidseitig gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß (2) auf und jeweils mindestens eine längliche, parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes orientierte Innen- (6) und Außenelektrode (8a, 8b). Wenn man sich den rohrförmigen Teil (5) des Entladungsgefäßes (2) gedanklich durch einen imaginären Längsschnitt in zwei gleiche Hälften aufgeteilt vorstellt, ist die mindestens eine Innenelektrode (6) mittels Halterungen (7) auf der Innenseite der ersten gedachten Rohrhälfte angeordnet und die mindestens eine Außenelektrode (8a, 8b) auf der Außenseite der zweiten gedachten Rohrhälfte und zwar zumindest im Fall jeweils genau einer Innen- und einer Außenelektrode im wesentlichen zueinander diametral. Dadurch und durch die Form bzw. Anzahl und Anordnung der Außenelektrode(n) wird eine gerichtete Abstrahlcharakteristik erzielt <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem UV-Strahler mit einem zur Erzeugung von einseitigen dielektrischen Barriere-Entladungen ausgelegten, im wesentlichen rohrförmigen, beidseitig gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß.
Unter dem Begriff UV(=Ultraviolett)-Strahler sind hier Strahler zu verstehen, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit kürzeren Wellenlängen als im sichtbare Bereich des Spektrums (ca. 380 bis 770 nm) emittieren, d.h. also Strahlung mit Wellenlängen unterhalb von ca. 380 nm. Insbesondere ist auch Strahlung mit kürzeren Wellenlängen als ca. 200 nm umfasst, die auch als VUV(=Vakuumultraviolett)-Strahlung bezeichnet wird Damit sind UV-Strahler für Beleuchtungszwecke, wie z.B. die Allgemeinbeleuchtung, ungeeignet. Zum Einsatz kommen sie vielmehr in der Prozesstechnik, insbesondere für die Oberflächenreinigung und -aktivierung, Photolytik, Ozonerzeugung, Trinkwasserreinigung, Metallisierung, und UV-Curing.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch UV-Strahler hoher Leistung, d.h. lange Strahler, z.B. mit Längen von typischerweise einigen 10 cm bis ca. 2 m oder auch mehr.
Als besonders effizient haben sich UV-Strahler auf der Basis der dielektrischen Barriere-Entladung erwiesen, insbesondere dann, wenn sie gemäß dem in der US 5 604 410 beschriebenen gepulsten Betriebsverfahren betrieben werden.
Der Begriff "dielektrische Barriere-Entladung" setzt definitionsgemäß mindestens eine sogenannte dielektrisch behinderte Elektrode voraus. Eine dielektrisch behinderte Elektrode ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes bzw. des Entladungsmediums mittels eines Dielektrikums getrennt, beispielsweise in dem die Elektrode auf der Außenseite der typischerweise aus Glas oder einem anderen Dielektrikum bestehenden Wand des Entladungsgefäßes angeordnet ist. Diese Art von Elektroden wird im Folgenden verkürzend auch als "Außenelektrode" bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen UV-Strahler, der mindestens eine Außenelektrode der vorgenannten Art aufweist. Außerdem umfasst der UV-Strahler ein rohrförmiges, beidseitig verschlossenes Entladungsgefäß, welches ein Entladungsmedium umschließt. Als Entladungsmedium wird eine ionisierbare Füllung verwendet, die üblicherweise aus einem Edelgas besteht, beispielsweise Xenon oder einer Gasmischung mit zusätzlichem Puffergas wie Neon oder Halogenzusätzen, beispielsweise Chlor, Fluor usw.. Innerhalb des Entladungsgefäß ist mindestens eine Elektrode, im Folgenden verkürzend auch als "Innenelektrode" bezeichnet, angeordnet. Diese Innenelektrode ist unbehindert, d.h. in direktem Kontakt mit dem Entladungsmedium. Es handelt sich also um einen UV-Strahler auf der Basis einer einseitig dielektrisch behinderten Entladung.
Im Betrieb wird zwischen Innen- und Außenelektrode(n) eine Hochspannung angelegt und dadurch im Innern des Entladungsgefäßes eine Gasentladung erzeugt. Aufgrund der hohen Strahlungseffizienz wird vorzugsweise das in der bereits erwähnten US 5 604 410 beschriebene gepulste Betriebsverfahren verwendet, insbesondere unipolare Spannungspulse. Aus Gründen des Berührungsschutzes wird die Außenelektrode vorzugsweise mit Nullpotential gegenüber Erde verbunden ("geerdet"). Die Innenelektrode wird mit negativen Spannungspulsen versorgt, d.h. wirkt während jedes Spannungspulses als Kathode. Für weitere Details hierzu wird wieder auf die US 5 604 410 verwiesen. Während der Gasentladung werden im Entladungsmedium sogenannte Excimere gebildet. Excimere sind angeregte Moleküle, z.B. Xe2*, XeCl*, die bei der Rückkehr in den in der Regel ungebundenen oder allenfalls schwach gebundenen Grundzustand elektromagnetische Strahlung emittieren. Im Falle von Xe2* bzw. XeCl* liegt das Maximum der Molekülbandenstrahlung bei ca. 172 nm respektive 308 nm.
Stand der Technik
Die Schrift WO 01/35442 zeigt einen UV-Strahler mit rohrförmigem Entladungsgefäß. Innerhalb des Entladungsgefäßes ist zentrisch axial eine wendelförmige Elektrode angeordnet. Auf der Außenseite des Entladungsgefäßes befinden sich bezüglich des Umfangs gleichmäßig verteilt mehrere parallel zur Rohrachse verlaufende streifenförmige Elektroden. Dadurch strahlt der Strahler im wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Umfang, d.h. rotationssymmetrisch, also ungerichtet ab. Damit plane Flächen effizient bestrahlt werden können, ist der Einsatz von zusätzlichen Reflektoren notwendig, die möglichst viel Strahlung gleichmäßig auf die zu bestrahlende Fläche lenken. Um auch Strahler mit Längen von mehr als 20 cm herstellen zu können, ist für die zentrische Innenelektrode eine Halterung, beispielsweise ein axiales Stützrohr vorgesehen. Bei sehr langen Strahlern, insbesondere länger als ca. 1 m, gestaltet sich die Herstellung aufgrund der zunehmenden Bruchgefahr des Stützrohres allerdings immer schwerer. Andererseits muss ein Durchhängen der Innenelektrode vermieden werden, da dies die Gleichmäßigkeit der Strahlungserzeugung längs des gesamten Strahlers negativ beeinflussen würde.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen UV-Strahler mit rohrförmigem Entladungsgefäß und nichtrotationssymmetrischer Abstrahlcharakteristik anzugeben. Weitere Aspekte sind die Möglichkeit, Strahler hoher Leistung, d.h. lange Strahler fertigen zu können sowie eine hohe Strahlungseffizienz zu erzielen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen UV-Strahler mit einem zur Erzeugung von einseitigen dielektrischen Barriere-Entladungen ausgelegten im wesentlichen rohrförmigen, beidseitig gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß und jeweils mindestens einer länglichen, parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes orientierten Innen- und Außenelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite einer gedachten ersten Rohrhälfte des rohrförmigen Teils des Entladungsgefäßes die mindestens eine Innenelektrode und auf der Außenseite einer dazu entgegengesetzten gedachten zweiten Rohrhälfte die mindestens eine Außenelektrode angeordnet ist, wobei die beiden entgegengesetzten Rohrhälften durch einen die Längsachse des rohrförmigen Entladungsgefäßes enthaltenen imaginären Schnitt durch das Entladungsgefäß definiert sind.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Mit anderen Worten kann man sich den rohrförmigen Teil des Entladungsgefäßes gedanklich durch einen imaginären Längsschnitt in zwei gleiche Hälften aufgeteilt vorstellen. Die mindestens eine Innenelektrode ist auf der Innenseite der ersten gedachten Rohrhälfte angeordnet. Die mindestens eine Außenelektrode ist auf der Außenseite der zweiten gedachten Rohrhälfte angeordnet und zwar zumindest im Fall einer Innen- und einer Außenelektrode im wesentlichen diametral. Auch wenn es in den folgenden Betrachtungen nicht immer ausdrücklich erwähnt ist, so sei stets darin erinnert, dass die Aufteilung des Entladungsgefäßes in zwei Rohrhälften nicht real, sondern rein imaginärer Natur ist und nur dazu dient, die Anordnung der Innen- und Außenelektroden genauer beschreiben zu können.
Die im wesentlichen diametrale Anordnung von Innen- bzw. Außenelektrode hat zum einen den Vorteil der hohen Strahlungseffizienz aufgrund der relativ zum Entladungsgefäßdurchmesser großen Schlagweite für die Entladung, wie dies die bereits eingangs erwähnte US 5 604 410 lehrt. Zum anderen eröffnet es die Möglichkeit, weg von einer im wesentlichen rotationssymmetrischen und hin zu einer eher gerichteten Abstrahlcharakteristik zu kommen.
Zu diesem Zweck ist auf der Außenseite der zweiten Rohrhälfte des Entladungsgefäßes im einfachsten Fall eine entweder streifenförmige oder flächige Außenelektrode diametral zur Innenelektrode angeordnet. Im letzteren Fall erstreckt sich die in Richtung des Umfangs des rohrförmigen Entladungsgefäßes betrachtete räumliche Ausdehnung der Außenelektrode ungefähr über die gesamte entsprechende räumliche Ausdehnung der zweiten imaginären Rohrhälfte des Entladungsgefäßes. Dabei kann die flächige Außenelektrode z.B. durch eine Beschichtung realisiert sein oder auch durch ein geeignet geformtes Metallteil, in das die Außenseite der zweiten Rohrhälfte des Entladungsgefäßes gleichsam eingebettet ist. Die flächige Ausführung der Außenelektrode hat den Vorteil, dass sie gleichzeitig noch als Reflektor für die UV-Strahlung wirken kann, wodurch die zielgerichtete Abstrahlung noch weiter verbessert wird. Zu diesem Zweck muss für die Außenelektrode ein Material mit ausreichenden Reflektionseigenschaften für UV-Strahlung, beispielsweise Aluminium, gewählt werden.
Alternativ zur flächigen Außenelektrode können auch mehr als eine, beispielsweise zwei, drei oder mehr streifenförmige Außenelektroden verwenden werden. Damit lässt sich die Abstrahlcharakteristik einer flächigen Außenelektrode annähern, ohne deren unerwünscht hohe kapazitive Last aufgrund der großen Elektrodenfläche in Kauf nehmen zu müssen. Dabei sind die Elektroden zwar nichtsymmetrisch bezüglich des gesamten Umfangs des Entladungsgefäßes angeordnet, aber vorzugsweise symmetrisch bezüglich einer die imaginäre Rohrhälfte schneidenden Ebene, die sich - im Querschnitt betrachtet - als Mittelsenkrechte des zur gedachten Rohrhälfte korrespondierenden Halbkreises darstellt. Außerdem hat es sich gezeigt, dass die Strahlungseffizienz mit z.B. zwei streifenförmigen Außenelektroden höher ist, als mit einer flächigen Außenelektrode, beispielsweise in Form einer halbseitig verspiegelten Anordnung. Darüber hinaus lässt sich eine entsprechend höhere Strahlungsleistung erzielen, als mit nur einer streifenförmige Außenelektrode.
Aus letzterem Grund kann es auch vorteilhaft sein, mehr als eine Innenelektrode zu verwenden, die dann ebenfalls symmetrisch bezüglich der die imaginäre Rohrhälfte schneidenden Ebene, die sich - im Querschnitt betrachtet - als Mittelsenkrechte des zur gedachten Rohrhälfte korrespondierenden Halbkreises darstellt, angeordnet sind. Falls die zu den Innenelektroden gehörige Rohrhälfte als Abstrahlfläche genutzt werden soll, d.h. insbesondere dann, wenn die andere Rohrhälfte großenteils oder gar vollständig mit einer oder mehreren Außenelektroden bedeckt ist, sind die Innenelektroden vorzugsweise relativ nahe zur imaginären Schnittebene positioniert, allerdings nur soweit, wie noch ausreichend Abstand zur nächstgelegenen Außenelektrode verbleibt. Auf diese Weise wird eine möglichst große elektrodenfrei Abstrahlfläche erzielt. Allerdings kann als bevorzugte Abstrahlfläche durchaus auch die zu den Außenelektroden gehörige andere Rohrhälfte in Betracht kommen. Welcher Seite der Vorzug zu geben ist, hängt letztlich im Einzelfall von der konkreten Anordnung sämtlicher Elektroden ab.
Anders als bei den Außenelektroden kommen für die Innenelektroden keine streifenförmigen Elektroden in Betracht, da letztere typischerweise aus Leitsilberbahnen oder ähnlichem bestehen. Da die Innenelektrode aus Effizienzgründen nicht mit einer zusätzlichen dielektrischen Schicht bedeckt und damit vom Entladungsmedium getrennt ist (einseitig dielektrisch behinderte Entladung), würden nämlich während des Lampenbetriebs geringe Lösungsmittelreste und ähnliche flüchtige Bestandteile einer derartigen Elektrodenbahn ausgasen, dadurch in das Entladungsmedium gelangen und die Strahlungserzeugung inakzeptabel verschlechtern. Statt dessen wird für die Innenelektrode ein möglichst reiner Metalldraht oder ähnliches verwendet.
Bei langen Strahlern ist es in der Regel erforderlich, die mindestens eine Innenelektrode auf der Innenseite der ersten Rohrhälfte des Entladungsgefäßes zu befestigen. Dazu wird bevorzugt eine an der Innenseite der ersten Rohrhälfte befestigte Halterung verwendet. Die Halterung besteht beispielsweise, je nach Länge des Strahlers aus einem oder mehreren schmalen Rohrstücken, Halbrohrstücken oder Ringe, durch die die längliche Innenelektrode hindurchgefädelt ist. Dadurch hat die Innenelektrode an der erwähnten Innenseite des Entladungsgefäßes auch bei sehr langen Strahlern, z.B. mit mehr als ca. 1 m Länge, ausreichend Halt ohne signifikant durchzuhängen. Die Innenelektrode ist z.B. als Stab ausgebildet, der sich besonders einfach durch die "ösenartige" Halterung fädeln lässt. Alternativ ist die Innenelektrode als Wendel ausgebildet. Diese ist unter Umständen etwas aufwändiger durch die Halterung durchzufädeln. Allerdings bietet sie den Vorteil, dass die im gepulsten Betriebsverfahren entstehenden zahlreichen Teilentladungen an exakt definierten Vorzugsstellen zwischen der Wendel und den üblicherweise streifenförmigen Außenelektroden und damit sehr gleichförmig verteilt bilden. Für weitere Details hierzu wird auf die US-A 6 060 828, insbesondere auf die zu den Figuren 5a - 5c gehörigen Beschreibung verwiesen. Jedenfalls besteht die mindestens eine Innenelektrode aus Metall, vorzugsweise aus Wolfram oder Molybdän. Dabei kommt auch ein Metalldraht in Betracht, der mit einem anderen Metall, z.B. mit Platin beschichtet ist. Diese Variante ist insbesondere für halogenhaltige oder anderweitig korrosive Entladungsmedien geeignet. Dabei muss die Wendel nicht unbedingt rotationssymmetrisch, d.h. dreidimensional sein. Vielmehr kann sie auch flach, beispielsweise wie eine Sinuskurve, sein. Die flache Variante unterstützt sogar noch das Ziel einer gerichteten Abstrahlcharakteristik. Wichtig ist jedenfalls, dass die Innenelektrode vor dem Einbau in das Entladungsgefäß sehr sauber ist, da Verunreinigungen die Effizienz der UV-Erzeugung beeinträchtigen.
Die Halterung besteht aus einem temperaturbeständigen dielektrischen Material, vorzugsweise Glas, Quarzglas oder Keramik. Bevorzugt ist die Halterung aus dem gleichen Material wie die Entladungsgefäßwand. Dann lässt sich nämlich die Halterung durch einfaches Verschmelzen mit des Entladungsgefäßes an der Innenseite befestigen. Alternativ kann die Halterung auch mittels Glaslot befestigt werden, was aber wegen der vor dem Verschließen des Entladungsgefäßes auszutreibenden Lösungsmittel der Glaslotpaste problematisch hinsichtlich Verunreinigung des Entladungsmediums sein kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1a
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit einer stabförmigen Innen- und zwei streifenförmigen Außenelektroden,
Fig. 1b
ein Querschnitt des UV-Strahlers aus Fig. 1a entlang der Linie AB,
Fig. 1b
eine Detailvergrößerung des Bereichs C des in Fig. 1b dargestellten Querschnitts,
Fig. 2
ein Querschnitt entsprechend Fig. 1 b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit drei streifenförmigen Außenelektroden,
Fig. 3
ein Querschnitt entsprechend Fig. 1b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit vier streifenförmigen Außenelektroden,
Fig. 4
ein Querschnitt entsprechend Fig. 1b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit fünf streifenförmigen Außenelektroden und zwei stabförmigen Innenelektroden,
Fig. 5
ein Querschnitt entsprechend Fig. 1b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit einer flächigen Außenelektrode und einer stabförmigen Innenelektrode,
Fig. 6
eine Detailvergrößerung des Bereichs C entsprechend des in Fig. 1b dargestellten Querschnitts einer Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit einer veränderten rohrförmigen Halterung für die Innenelektrode,
Fig. 7
eine Detailvergrößerung des Bereichs C entsprechend des in Fig. 1b dargestellten Querschnitts einer Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit einer halbrohrförmigen Halterung für die Innenelektrode.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird Bezug genommen auf die in den Figuren 1a - 1c schematisch dargestellte Seitenansicht eines UV-Strahlers 1, die Querschnittdarstellung entlang der Linie AB bzw. die Detailvergrößerung des Bereichs C. Der UV-Strahler 1 weist ein im wesentlichen rohrförmiges Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas auf, dessen erstes Ende zu einer kuppelartigen Kappe 3 einschließlich abgeschmolzener Pumpspitze 3a geformt ist und das an seinem anderen Ende mittels einer Quetschdichtung 4 gasdicht verschlossen ist. Das Entladungsgefäß 2 ist mit Xenon bei einem Druck von 150 mbar gefüllt. Mit einer Länge von ca. 68 cm bildet der rohrförmige Teil 5 des Entladungsgefäßes den Hauptteil des für eine elektrische Leistungsaufnahme von ca. 50 W ausgelegten UV-Strahlers 1. Die Gesamtlänge des Entladungsgefäßes beträgt ca. 72 cm. Der Innen- und der Außendurchmesser des rohrförmigen Teils 5 beträgt 28 mm bzw. 30 mm. In Fig. 1b ist der rohrförmige Teil 5 durch eine gedachte Schnittebene S, die die Längsachse L enthält, in zwei imaginäre Rohrhälften 5a, 5b aufgeteilt. Auf der Innenseite der ersten Rohrhälfte 5a ist eine Innenelektrode 6 aus einem 1 mm dicken Molybdän Draht angeordnet, der sich über die gesamte Länge der Rohrhälfte 5a und parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes 2 erstreckt. Mit Hilfe von drei als Halterung dienenden 8 mm langen Quarzrohrstücken 7 (siehe Fig. 1c) ist die stabförmige Innenelektrode 6 so an der Innenseite der ersten Rohrhälfte 5a befestigt, dass der Abstand zur erwähnten gedachten Schnittebene S maximal ist. Die Quarzrohrstücke 7 sind direkt mit der Gefäßwand verschmolzen. Ihr Innendurchmesser ist nur wenig größer als der Durchmesser der Innenelektrode 6, so dass sich die Innenelektrode 6 zwar noch durch die bereits an der Innenseite der ersten Rohrhälfte 5a befestigten Quarzrohrstücke 7 hindurch fädeln lässt, aber dennoch zuverlässig fixiert ist. Durch die Quetschdichtung 5 hindurch ist die Innenelektrode 6 gasdicht nach außen geführt. Auf der Außenseite der zweiten Rohrhälfte 5b sind zwei jeweils 2 mm breite streifenförmige Außenelektroden 8a, 8b aus Silberlot parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes 2 aufgebracht. Ihr gegenseitiger kürzester Abstand beträgt 27 mm. Bezüglich der gedachten Schnittebene S sind die beiden Außenelektroden 8a, 8b symmetrisch positioniert derart, dass beide den gleichen Abstand zu dieser Ebene S haben. Im gepulsten Betrieb bilden sich zwei aus zahlreichen Teilentladungen bestehende Entladungsebenen aus (nicht dargestellt) und zwar je eine zwischen der Innenelektrode und jeder der beiden Außenelektroden. Für weitere Details zu den Teilentladungen wird auf die bereits zitierte US 5 604 410 verwiesen.
Selbstverständlich ermöglicht die Erfindung auch problemlos längere Strahler als den in Fig. 1a dargestellten zu bauen, in dem entsprechend mehr als drei Haltepunkte vorzusehen sind (nicht dargestellt).
In einer nicht dargestellten Variante besteht die Innenelektrode nicht aus einem stabförmigen Draht sondern vielmehr aus einer Drahtwendel. Dazu werden erst die Halterungsteile, z.B. kurze Rohrstücke oder Ringe, mit der Gefäßwand verbunden und anschließend die Drahtwendel durch die Halterungsteile gefädelt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen Varianten des erfindungsgemäßen UV-Strahlers, die sich lediglich durch die jeweilige Elektrodenkonfiguration unterscheiden. Dabei sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entsprechend Fig. 1b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit drei streifenförmigen Außenelektroden 9a - 9c. Aufgrund der längeren Schlagweite zwischen der Innenelektrode 6 und der mittleren Außenelektrode 9b bildet sich die mittlere Entladungsebene (nicht dargestellt) erst bei höherer eingekoppelter elektrischer Leistung aus, als dies für die beiden anderen, d.h. zwischen der Innenelektrode 6 und den beiden "äußeren" Außenelektrode 9a bzw. 9c liegenden Entladungsebenen der Fall ist.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Variante mit vier streifenförmigen Außenelektroden 10a - 10d.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entsprechend Fig. 1b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit fünf streifenförmigen Außenelektroden 11a - 11e und zwei stabförmigen Innenelektroden 12a, 12b. Beide Innenelektroden 12a, 12b sind für eine erste Polarität und sämtliche Außenelektroden 11a - 11e sind für eine zweite Polarität der Versorgungsspannung vorgesehen. Jede der beiden Innenelektroden 12a, 12b ist mit je einem Halbrohrstück 13a, 13b an der Innenseite der zugehörigen Rohrhälfte 5a befestigt. Mit zunehmender eingekoppelter Leistung bildet sich zunächst jeweils zwischen einer Innenelektrode 12a, 12b und der nächstbenachbarten Außenelektrode 11a, 11e eine Entladungsebene aus und dann sukzessive jeweils eine weitere zwischen Innenelektrode 12a, 12b und nächster Außenelektrode 11b, 11d bis schließlich bei ausreichend hoher Leistungseinkopplung alle Entladungsebenen ausgebildet sind. Die beiden Innenelektroden 13a, 13b sind so positioniert, dass zwischen ihnen eine relativ große e-lektrodenfreie Abstrahlfläche ist.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt entsprechend Fig. 1b durch eine Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers mit einer flächigen Außenelektrode 14 und einer stabförmigen Innenelektrode 6 mit Halterung 7. Die Außenelektrode 14 besteht aus einer die gesamte Außenseite der zugehörigen Rohrhälfte 5b bedeckenden Aluminiumschicht. Im Betrieb bildet sich zwischen der Innenelektrode 6 und der gesamten flächigen Außenelektrode 14 eine relativ diffuse Entladung aus.
Fig. 6 zeigt eine Detailvergrößerung entsprechend des in Fig. 1b dargestellten Bereichs C einer Variante des erfindungsgemäßen UV-Strahlers. Hier besteht die Halterung für die Innenelektrode 6 aus insgesamt drei Rohrstücken 15 (im Querschnitt nur eines sichtbar), dessen Innendurchmesser deutlich größer ist als Durchmesser der drahtförmigen Innenelektrode 6. Dadurch lässt sich die Innenelektrode 6 einfacher durch die auf der Innenseite der Rohrhälfte 5a vormontierten Rohrstücke 15 fädeln. Außerdem hat ein größerer Innendurchmesser den Vorteil, dass sich keine oder zumindest weniger parasitäre Gleitentladungen im Bereich der Halterungen ausbilden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Variante mit dem gegenüber Fig. 6 einzigen Unterschied, dass die Halterung für die Innenelektrode 6 als Halbrohrstück 16 ausgebildet ist.

Claims (17)

  1. UV-Strahler mit einem zur Erzeugung von einseitigen dielektrischen Barriere-Entladungen ausgelegten im wesentlichen rohrförmigen, beidseitig gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß und jeweils mindestens einer länglichen, parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes orientierten Innen- und Außenelektrode,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der Innenseite einer gedachten ersten Rohrhälfte des rohrförmigen Teils des Entladungsgefäßes die mindestens eine Innenelektrode und auf der Außenseite einer dazu entgegengesetzten gedachten zweiten Rohrhälfte die mindestens eine Außenelektrode angeordnet ist, wobei die beiden entgegengesetzten Rohrhälften durch einen die Längsachse des rohrförmigen Entladungsgefäßes enthaltenen imaginären Schnitt durch das Entladungsgefäß definiert sind.
  2. UV-Strahler nach Anspruch 1, der genaue eine Innenelektrode und eine Außenelektrode umfasst, die zueinander diametral positioniert sind.
  3. UV-Strahler nach Anspruch 1, wobei die Innen- und Außenelektroden jeweils symmetrisch bezüglich einer die jeweilige imaginäre Rohrhälfte schneidenden Ebene, die sich - im Querschnitt betrachtet - als Mittelsenkrechte des zur gedachten Rohrhälfte korrespondierenden Halbkreises darstellt, angeordnet sind.
  4. UV-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Innenelektrode aus einem Stab aus Metall besteht.
  5. UV-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Innenelektrode aus einer Wendel aus Metall besteht.
  6. UV-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüchen, wobei die mindestens eine Innenelektrode mit einem Metall, insbesondere Platin, beschichtet ist.
  7. UV-Strahler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Metall Wolfram oder Molybdän ist.
  8. UV-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Innenelektrode mit zumindest einer Halterung an der Innenseite der ersten gedachten Rohrhälfte befestigt ist.
  9. UV-Strahler nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine Halterung ein Rohrstück, Halbrohrstück oder Ring ist.
  10. UV-Strahler nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Halterung und die Entladungsgefäßwand aus dem gleichen Material bestehen.
  11. UV-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Außenelektrode streifenförmig ist.
  12. UV-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine Außenelektrode flächig ist.
  13. UV-Strahler nach Anspruch 12, wobei sich die in Richtung des Umfangs des rohrförmigen Entladungsgefäßes betrachtete räumliche Ausdehnung der Außenelektrode ungefähr über die gesamte entsprechende räumliche Ausdehnung der gedachten zweiten Rohrhälfte erstreckt.
  14. UV-Strahler nach Anspruch 12 oder 13, wobei die mindestens eine Außenelektrode als Beschichtung ausgebildet ist.
  15. UV-Strahler nach Anspruch 12 oder 13, wobei die mindestens eine Außenelektrode als massives Metallteil ausgebildet ist, in den die Außenseite der gedachten zweiten Rohrhälfte des Entladungsgefäßes gleichsam eingebettet ist.
  16. UV-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen kürzer als ca. 200 nm emittiert.
  17. UV-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Entladungsgefäß mit einem Entladungsmedium gefüllt ist, das Xenon umfasst.
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