ITRM20130159A1 - ELONGATED MICROWAVE POWERED LAMP - Google Patents
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Description
LAMPADA ALLUNGATA AZIONATA A MICROONDE EXTENDED MICROWAVE OPERATED LAMP
Descrizione Description
FONDAMENTO DELL?INVENZIONE FOUNDATION OF THE INVENTION
1. Campo dell?Invenzione 1. Field of Invention
La presente invenzione si riferisce ad una lampada allungata azionata a microonde, descritta in generale come una lampada priva di elettrodi in cui un materiale al plasma viene eccitato da radio frequenze, cio? nella banda di frequenza microonde, per emettere luce. The present invention relates to an elongated microwave operated lamp, generally described as an electrode-free lamp in which a plasma material is excited by radio frequencies, i.e. in the microwave frequency band, to emit light.
2. Descrizione della tecnica precedente 2. Description of the prior art
Questo tipo di lampada priva di elettrodi ? nota in generale dai documenti US 5,013,976 A, US 4,189,661 A e US 4,266,167 A. This type of lamp without electrodes? generally known from documents US 5,013,976 A, US 4,189,661 A and US 4,266,167 A.
Una lampada di questo tipo ? stata descritta nel documento US 4,586,115 A (Zimmerman et al.), in cui un sistema di illuminazione comprende un involucro trasparente tubolare riempito con un materiale fluorescente sensibile alle radiazioni sulla sua superficie di parete interna e contenente un gas sensibile alla radiazione elettromagnetica di radiofrequenza per attivare detto materiale fluorescente. Sono stati forniti mezzi di generazione per generare energia elettromagnetica di radiofrequenza, trasmettere detta energia elettromagnetica di radiofrequenza attraverso cavi coassiali ad una singola antenna coassiale di detti mezzi di generazione per ognuno di detti involucri. A lamp of this type? has been described in US 4,586,115 A (Zimmerman et al.), wherein a lighting system comprises a tubular transparent casing filled with a radiation-sensitive fluorescent material on its inner wall surface and containing a gas sensitive to radio-frequency electromagnetic radiation for activating said fluorescent material. Generating means have been provided for generating radio frequency electromagnetic energy, transmitting said radio frequency electromagnetic energy through coaxial cables to a single coaxial antenna of said generating means for each of said enclosures.
US 7,095,163 B2 (Longo) si riferisce ad una lampada senza elettrodi comprendente un bulbo avente all'interno un materiale in grado di essere eccitato tramite mezzi di irradiazione a microonde, una cavit? formata nelle pareti dei bulbi, accessibile dall?esterno ed una sorgente di radiazione di microonde inserita in detta cavit?, cio? una o due antenne energizzate da un filo di antenna collegato a mezzi per eccitare la sorgente di microonde US 7,095,163 B2 (Longo) refers to a lamp without electrodes comprising a bulb having inside a material capable of being excited by means of microwave irradiation, a cavity? formed in the walls of the bulbs, accessible from the outside and a source of microwave radiation inserted in said cavity, that is? one or two antennas energized by an antenna wire connected to means for exciting the microwave source
US 6,731,074 B2 (Suzuki) illustra una attrezzatura di lampada priva di elettrodi comprendente una sorgente di generazione di microonde e una camera a microonde che riceve le microonde da antenne energizzate tramite appropriate e rispettive guide d?onda che collegano la sorgente di generazione ed una estremit? di antenna. Dette antenne sono posizionate in corrispondenza delle estremit? di un bulbo allungato per estendere meglio la potenza di illuminazione lungo l?intero bulbo. US 6,731,074 B2 (Suzuki) illustrates an electrode-free lamp equipment comprising a microwave generation source and a microwave chamber which receives the microwaves from antennas energized through appropriate and respective wave guides connecting the generation source and one end. ? of antenna. Said antennas are positioned at the ends? of an elongated bulb to better extend the lighting power along the entire bulb.
Si dovrebbe notare che, negli ultimi esempi di tecnica precedente, le antenne multiple non cooperano una con l?altra lungo l?intera lunghezza di un bulbo allungato, per ottenere la migliore interazione possibile tra antenne e il materiale al plasma all?Interno del bulbo. It should be noted that, in the latest prior art examples, multiple antennas do not cooperate with each other along the entire length of an elongated bulb, to achieve the best possible interaction between antennas and the plasma material within the bulb. .
SOMMARIO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
I problemi tecnici alla base della presente invenzione sono quelli di fornire una lampada energizzata a microonde che permette di ovviare agli svantaggi menzionati con riferimento alla tecnica nota. The technical problems underlying the present invention are those of providing a microwave energized lamp which allows to overcome the disadvantages mentioned with reference to the known art.
Tale problema viene assolto da un bulbo allungato, comprendente un bulbo allungato trasparente contenente, in un suo spazio interno, un materiale atto ad essere eccitato tramite irradiazione a microonde emettendo cos? una radiazione elettromagnetica, il bulbo allungato estendendosi lungo un profilo continuo con due estremit? di bulbo opposte; e due antenne a microonde rispettivamente collegate ad una sorgente di microonde tramite corrispondenti fili di antenna, detto bulbo e dette antenne a microonde essendo spostate in stretta relazione l?uno dalle altre per permettere l?eccitazione a microonde di detto materiale. This problem is solved by an elongated bulb, comprising an elongated transparent bulb containing, in its internal space, a material capable of being excited by microwave irradiation, thus emitting? an electromagnetic radiation, the elongated bulb extending along a continuous profile with two ends? of opposite bulbs; and two microwave antennas respectively connected to a microwave source by means of corresponding antenna wires, said bulb and said microwave antennas being moved in close relation to each other to allow the microwave excitation of said material.
Secondo la presente invenzione, il bulbo ? conformato in modo da formare un canale aperto sotto forma di un foro passante che estende detto bulbo con due opposte aperture di estremit? di canale rispettivamente in corrispondenza di dette estremit? di bulbo, dette antenne essendo inserite nel canale aperto da rispettive aperture di estremit? di canale con i loro fili che entrano nel bulbo in corrispondenza di loro estremit? opposte ed essendo spostate testa a testa, formando una linea continua sostanzialmente corrispondente a detto profilo continuo. According to the present invention, the bulb? shaped so as to form an open channel in the form of a through hole which extends said bulb with two opposite end openings of channel respectively in correspondence of said extremities? of bulb, said antennas being inserted in the open channel by respective end openings of channel with their threads that enter the bulb in correspondence of their extremities? opposite and being displaced head to head, forming a continuous line substantially corresponding to said continuous profile.
In questo modo, tutto il materiale al plasma all?Interno del bulbo viene eccitato da almeno un antenna lungo il bulbo, ottenendo l?efficienza migliore della lampada allungata. In this way, all the plasma material inside the bulb is excited by at least one antenna along the bulb, obtaining the best efficiency of the elongated lamp.
Questo tipo di lampada pu? essere disposto per la produzione di una radiazione visibile, ultravioletta o infrarossa, ad impulsi o continua, all?interno di un intervallo di lunghezza d?onda di banda spettrale o di banda larga, specialmente con potenze di illuminazione o di riscaldamento elevate in maniera sicura ed affidabile, senza perdere la compattezza e l'efficienza delle lampade a microonde eccitate direttamente da una antenna a microonde. This type of lamp can? be arranged for the production of visible, ultraviolet or infrared radiation, pulsed or continuous, within a wavelength range of spectral or broadband, especially with high lighting or heating powers in a safe manner and reliable, without losing the compactness and efficiency of microwave lamps excited directly by a microwave antenna.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La figura 1 mostra una vista in sezione schematica di una prima forma di realizzazione di una lampada secondo la presente invenzione; e Figure 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a lamp according to the present invention; And
la figura 2 mostra una vista in sezione schematica di una seconda forma di realizzazione di una lampada secondo la presente invenzione. Figure 2 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a lamp according to the present invention.
DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Nei disegni e per tutte le forme di realizzazione in essi descritte, una lampada energizzata a microonde viene indicata in generale con 1. Essa comprende un bulbo 2 definito da una parete spessa esterna continua 3, da un materiale sostanzialmente trasparente alle radiazioni visibili, ultraviolette, ad infrarossi ed anche radiazioni a microonde, ad esempio vetro, possibilmente un vetro resistente al calore adatto per bulbi di lampada. In the drawings and for all the embodiments described therein, a microwave energized lamp is generally indicated by 1. It comprises a bulb 2 defined by a continuous external thick wall 3, by a material substantially transparent to visible, ultraviolet radiation, infrared and also microwave radiation, for example glass, possibly a heat resistant glass suitable for lamp bulbs.
II bulbo 2 definisce una camera contenente un materiale eccitabile da irradiazione a microonde, che pu? essere un gas, un vapore, una polvere oppure un liquido, in grado di emettere radiazioni tramite attivazione con altra radiazione elettromagnetica e/o grazie ai colpi tra particelle neutrali o ionizzate (atomi di plasma o molecole). Il materiale pu? essere introdotto sia con un certo tasso di vuoto sia ad una pressione pi? elevata di quella atmosferica. Pu? essere utilizzata una miscela di gas o vapori oppure solo una singola specie atomica o molecolare. The bulb 2 defines a chamber containing a material which is excitable by microwave irradiation, which can? be a gas, a vapor, a powder or a liquid, capable of emitting radiation through activation with other electromagnetic radiation and / or thanks to the blows between neutral or ionized particles (plasma atoms or molecules). The material can? be introduced both with a certain vacuum rate and at a pressure pi? higher than the atmospheric one. Pu? be used a mixture of gases or vapors or only a single atomic or molecular species.
Un possibile riempimento di bulbo pu? essere Argon a bassa pressione (2?3 mmHg) e vapori di Mercurio (Hg). A possible bulb filling can? being low pressure Argon (2? 3 mmHg) and Mercury vapor (Hg).
Il bulbo allungato 2 in generale ha una forma diritta e tubolare, comprendente due estremit? di bulbo opposte 21, 22. Inoltre, il bulbo 2 ? conformato in modo da formare un canale aperto coassiale 4 che, nella presente forma di realizzazione, ? un foro passante che si estende da una estremit? all?altra all?interno del bulbo 2 da una estremit? di bulbo 21 all?altra 22. The elongated bulb 2 generally has a straight and tubular shape, comprising two ends. of opposite bulb 21, 22. Furthermore, the bulb 2? shaped so as to form a coaxial open channel 4 which, in the present embodiment,? a through hole that extends from one end? to the other inside the bulb 2 from one end? of bulb 21 to the other 22.
Anche il canale aperto 4 ha una forma diritta e tubolare, con due opposte aperture di estremit? di canale 41, 42 in corrispondenza di dette estremit? rispettive opposte 21, 22 del bulbo 2. The open channel 4 also has a straight and tubular shape, with two opposite end openings. of channel 41, 42 in correspondence of said ends? respective opposite 21, 22 of bulb 2.
La lampada 1 comprende quindi due antenne a microonde distinte 71, 72, che a loro volta sono rispettivamente collegate a corrispondenti sorgenti di microonde 81, 82 tramite rispettivi fili di antenna 91, 92. Preferibilmente, le antenne 71 e 72 e i fili 91 e 92 sono costituiti da un cavo coassiale comprendente un conduttore interno, un isolante e un conduttore esterno, con una guaina che copre la sezione azionata come filo di antenna 9, mentre la sezione di antenna ? scoperta oppure coperta con una guaina fatta in un materiale trasparente alle microonde. The lamp 1 therefore comprises two distinct microwave antennas 71, 72, which in turn are respectively connected to corresponding microwave sources 81, 82 through respective antenna wires 91, 92. Preferably, the antennas 71 and 72 and the wires 91 and 92 consist of a coaxial cable comprising an inner conductor, an insulator and an outer conductor, with a sheath covering the section operated as antenna wire 9, while the antenna section? uncovered or covered with a sheath made of a microwave-safe material.
In generale, il bulbo 2 e dette antenne a microonde 71, 72 vengono spostate in stretta relazione l?uno con l?altra, in modo da permettere l?eccitazione a microonde diretta del materiale bersaglio all?interno della camera del bulbo. Secondo la presente invenzione e in questa prima forma di realizzazione, le antenne 71, 72 vengono inserite all?interno del canale aperto 4, con distanziatori (non mostrati) disposti in modo da lasciare un canale toroidale tra le pareti del bulbo e le antenne 71, 72. Una ulteriore guaina di protezione, fatta con un materiale trasparente alle microonde, avvolge sia le antenne 71, 72 sia la sezione di fili di antenna 91, 92 all?interno del canale aperto 4. La guaina di protezione preferibilmente ? fatta in PTFE. In general, the bulb 2 and said microwave antennas 71, 72 are moved in close relation with each other, so as to allow direct microwave excitation of the target material inside the chamber of the bulb. According to the present invention and in this first embodiment, the antennas 71, 72 are inserted inside the open channel 4, with spacers (not shown) arranged so as to leave a toroidal channel between the walls of the bulb and the antennas 71 , 72. A further protective sheath, made of a material transparent to microwaves, surrounds both the antennas 71, 72 and the section of antenna wires 91, 92 inside the open channel 4. The protective sheath preferably? made in PTFE.
In particolare, dette antenne 71, 72 vengono inserite nel canale aperto 4 da rispettive aperture di estremit? di canale opposte 41, 42 con i loro fili 91, 92 che entrano nel bulbo in corrispondenza di sue estremit? opposte 21, 22. In particular, said antennas 71, 72 are inserted into the open channel 4 by respective end openings. of opposite channels 41, 42 with their threads 91, 92 entering the bulb at its ends? opposite 21, 22.
Ogni antenna ha una estremit? distale 73 posta all'interno del canale aperto 4. Secondo la presente forma di realizzazione, le estremit? di antenna 73 delle antenne 71, 72 sono posizionate in stretta vicinanza una con l?altra, senza alcun tipo di contatto, cio? le antenne 71, 72 sono spostate testa a testa all'interno del canale aperto 4, formando una linea continua sostanzialmente corrispondente a detto profilo continuo. Each antenna has one end distal 73 placed inside the open channel 4. According to the present embodiment, the ends? of antenna 73 of the antennas 71, 72 are positioned in close proximity to each other, without any type of contact, that is? the antennas 71, 72 are moved head to head inside the open channel 4, forming a continuous line substantially corresponding to said continuous profile.
In corrispondenza di dette aperture di estremit? di canale 41 , 42 del canale aperto 4, ogni filo di antenna 91, 92 ha una bobina a microonde 14 o trappola applicata sul conduttore esterno, che blocca la propagazione di microonde riflesse indietro dalla rispettiva antenna a causa di un bilanciamento di impedenza non corretto. La bobina a microonde 14 sostanzialmente ? una boccola metallica, preferibilmente fatta in rame od ottone, con una lunghezza di DA/4 (? = ? lunghezza d?onda delle microonde) ed un diametro multiplo del diametro del cavo. In correspondence with said end openings of channel 41, 42 of open channel 4, each antenna wire 91, 92 has a microwave coil 14 or trap applied to the outer conductor, which blocks the propagation of microwaves reflected back from the respective antenna due to incorrect impedance balance . The microwave coil 14 basically? a metal bushing, preferably made of copper or brass, with a length of DA / 4 (? =? wavelength of the microwaves) and a diameter multiple of the diameter of the cable.
La bobina 14 ? montata all?esterno del conduttore esterno vicino e comprende una parte di conduzione coassiale di diametro pi? grande del conduttore esterno; un collare di conduzione per collegare il conduttore coassiale al conduttore esterno, disposto lungo la parte di conduzione coassiale. La bobina 14 pu? essere riempita con un materiale dielettrico resistente alla temperatura elevata, ad esempio un pezzo tubolare di ceramica, con una permeabilit? complessa Coil 14? mounted outside the nearby external conductor and includes a coaxial conducting part with a larger diameter large of the outer conductor; a conducting collar for connecting the coaxial conductor to the outer conductor, disposed along the coaxial conducting part. Coil 14 can be filled with a dielectric material resistant to high temperatures, such as a tubular piece of ceramic, with a permeability? complex
e ?' ? 1 - che permette la costruzione di una bobina compatta, cio? corta, 14, And ?' ? 1 - which allows the construction of a compact coil, that is? short, 14,
essendo being
In questa configurazione il materiale bersaglio all'interno del bulbo 2 pu? essere eccitato da microonde in corrispondenza di una potenza continua di circa 1 kW, ad una frequenza di 2,45 GHz. In this configuration the target material inside the bulb 2 can? be excited by microwaves at a continuous power of about 1 kW, at a frequency of 2.45 GHz.
Si dovrebbe notare che questo tipo di lampada 1 pu? essere fornito di un sistema di rimozione di calore (non mostrato) in cui in un circuito di refrigerazione viene fatto scorrere un fluido refrigerante e detto canale aperto ? disposto per definire un percorso di refrigerazione di bulbo, che ? parte di detto circuito di refrigerazione, in cui al fluido refrigerante viene permesso di circolare. Nella presente forma di realizzazione, il canale aperto 4 pu? essere disposto come un condotto di detto circuito di refrigerazione e le sue aperture 41, 42 possono agire come ingresso e uscita di detto percorso di refrigerazione. It should be noted that this type of lamp 1 can? be provided with a heat removal system (not shown) in which a refrigerant fluid is flowed through a refrigeration circuit and said channel open? willing to define a bulb refrigeration path, which? part of said refrigeration circuit, in which the refrigerant fluid is allowed to circulate. In the present embodiment, the open channel 4 can? be arranged as a conduit of said refrigeration circuit and its openings 41, 42 can act as the inlet and outlet of said refrigeration path.
Altrimenti, l?intero bulbo 2 pu? essere immerso in un bagno refrigerante all?interno di un contenitore trasparente (non mostrato), che ? parte del circuito di refrigerazione. Otherwise, the whole bulb 2 can? be immersed in a refrigerating bath inside a transparent container (not shown), which? part of the refrigeration circuit.
Secondo la figura 2, la lampada 1 pu? essere fornita di connettori coassiali adatti 61, 62 per i fili 91, 92. In questo modo, la lampada 1 pu? essere collegata a qualunque sorgente di microonde in corrispondenza del punto di installazione. According to figure 2, the lamp 1 can? be equipped with suitable coaxial connectors 61, 62 for wires 91, 92. In this way, the lamp 1 can? be connected to any microwave source at the installation point.
Durante il funzionamento della lampada, aumentando la potenza delle sorgenti di microonde, la potenza di microonde pu? essere trasferita da una antenna all?altra e onde superficiali vengono eccitate e propagate lungo la configurazione coassiale della lampada 1. During the operation of the lamp, by increasing the power of the microwave sources, the power of the microwaves can? be transferred from one antenna to another and surface waves are excited and propagated along the coaxial configuration of the lamp 1.
Ad esempio, applicando una potenza di 250 W solo ad una antenna (vedere figura 2), ? possibile trasferire una potenza di 60 W all?altra antenna se la corrispondente sorgente di microonde ? inattiva. For example, applying 250W of power to just one antenna (see figure 2),? Is it possible to transfer a power of 60 W to the other antenna if the corresponding microwave source? inactive.
Quindi ? possibile variare elettronicamente le microonde trasmesse a ciascuna antenna in termini di frequenza, intensit? e modulazione, in modo da ottenere eccitazioni differenti in parti differenti del bulbo (figura 2), ottenendo effetti luminosi diversi. Then ? It is possible to electronically vary the microwaves transmitted to each antenna in terms of frequency, intensity? and modulation, in order to obtain different excitations in different parts of the bulb (figure 2), obtaining different light effects.
Quindi, si dovrebbe notare che la trasmissione di potenza tra le antenne pu? essere evitata semplicemente mettendo fusibili a microonde uni-linea che agiscono come dispositivi unidirezionali tra le teste delle antenne. Hence, it should be noted that the power transmission between the antennas can? be avoided by simply placing one-line microwave fuses that act as one-way devices between the antenna heads.
E? chiaro dalla illustrazione suddetta che questo complesso di bulbo e antenna pu? ottenere l'eccitazione di una colonna al plasma di doppia lunghezza rispetto al complesso con una antenna, senza richiedere ulteriori lunghezze d?onda o simili. AND? clear from the above illustration that this bulb and antenna complex can? obtain the excitation of a plasma column of double length compared to the complex with an antenna, without requiring additional wavelengths or the like.
Quindi, ? anche possibile far funzionare una lampada a microonde con antenne aventi lunghezze diverse, una delle antenne essendo utilizzata passivamente oppure agendo come un sensore. Therefore, ? It is also possible to operate a microwave lamp with antennas having different lengths, one of the antennas being used passively or acting as a sensor.
La lampada ? in grado di emettere radiazioni con uno spettro di linea, uno spettro di bande oppure uno spettro misto, in un ampio intervallo di lunghezze d?onda. Lavora senza nessun elettrodo a contatto con le particelle che emettono la radiazione, in modo continuo o ad impulsi. La composizione spettrale della radiazione come emessa dipende dalle sostanze utilizzate per riempire il bulbo, dal loro rapporto di quantit?, come anche dalla potenza e dalla frequenza delle microonde utilizzate per l?eccitazione. The lamp ? capable of emitting radiation with a line spectrum, a band spectrum or a mixed spectrum, in a wide range of wavelengths. It works without any electrode in contact with the particles that emit the radiation, either continuously or in pulses. The spectral composition of the radiation as emitted depends on the substances used to fill the bulb, on their quantity ratio, as well as on the power and frequency of the microwaves used for the excitation.
Alle lampade azionate a microonde sopra descritte un esperto del ramo, per soddisfare specifiche richieste e contingenze, pu? portare ulteriori modifiche, tutte rientranti neN?ambito di protezione della presente invenzione, come definite dalle rivendicazioni allegate. To the microwave operated lamps described above, an expert in the art, in order to satisfy specific requests and contingencies, can bring further modifications, all falling within the scope of protection of the present invention, as defined by the attached claims.
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