ITRM20130161A1

ITRM20130161A1 - Reinforced microwave powered lamp

Info

Publication number: ITRM20130161A1
Application number: IT000161A
Authority: IT
Inventors: Carlo Ferrari; Iginio Longo
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-15
Also published as: WO2014141185A1

Description

LAMPADA AZIONATA A MICROONDE RINFORZATA

Descrizione

FONDAMENTO DELL?INVENZIONE

1. Campo dell?Invenzione

La presente invenzione si riferisce ad una lampada azionata a microonde rinforzata, descritta in generale come una lampada senza elettrodi in cui un materiale al plasma viene eccitato da radio frequenze, cio? nella banda di frequenza microonde, per emettere luce

2. Descrizione della tecnica precedente

Questo tipo di lampada senza elettrodi ? generalmente nota da US 5,013,976 A, e US 4, 266, 167 A.

US 4,189,661 A (Aungsjaa et al.) illustra una lampada senza elettrodi con una cavit? formata in essa e una punta di antenna a microonde posizionata in corrispondenza di detta cavit?.

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? di foro cieco 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.

Si dovrebbe notare che negli ultimi esempi di tecnica precedente, la struttura di bulbo ? piuttosto complessa a causa delle cavit? di foro cieco che sono complicate da creare e fondamentalmente fragili.

SOMMARIO DELL?INVENZIONE

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 precedente.

Tale problema viene risolto da una lampada azionata a microonde rinforzata (1) comprendente:

? un bulbo allungato trasparente contenente, in un suo spazio interno, un materiale adatto per essere eccitato da irradiazione a microonde emettendo cos? una radiazione elettromagnetica, il bulbo allungato estendendosi lungo un profilo continuo con due estremit? di bulbo opposte;

? almeno una antenna a microonde rispettivamente collegata ad una sorgente di microonde tramite corrispondente filo di antenna,

in cui detto bulbo e detta almeno una antenna a microonde vengono spostati in stretta relazione uno con l?altra per permettere l?eccitazione a microonde di detto materiale.

Secondo l?invenzione, il bulbo ? conformato in modo da formare un canale aperto sotto forma di un foro passante che si estende in detto bulbo con due aperture di estremit? di canale opposte rispettivamente in corrispondenza di dette estremit? di bulbo e detta almeno una antenna viene inserita nel canale aperto da dette aperture di estremit? di canale opposte.

Quindi, la lampada secondo l?invenzione ha un canale aperto di passaggio che ? meccanicamente pi? resistente e pi? semplice da ottenere in un bulbo al vetro o al quarzo. In effetti, il canale aperto ? formato sostanzialmente come un condotto che si appoggia su entrambe le estremit? del bulbo, fornendo pi? resistenza all?intera struttura.

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.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 mostra una vista in sezione schematica di una prima forma di realizzazione di una lampada secondo la presente invenzione;

la figura 2 mostra una vista in sezione schematica di una seconda forma di realizzazione di una lampada secondo la presente invenzione;

la figura 3 mostra una vista in sezione schematica di una terza forma di realizzazione (a) di una lampada secondo la presente invenzione e una sua variante (b); e

la figura 4 mostra una vista in sezione schematica di una quarta forma di realizzazione di una lampada secondo la presente invenzione.

DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE

Nei disegni e per tutte le forme di realizzazione descritte in essi, 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.

Il bulbo allungato 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 urti 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.

II bulbo allungato 2 in genere 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.

Anche il canale aperto 4 ha una forma diritta e tubolare, con due aperture di estremit? di canale opposte 41, 42 in corrispondenza di dette rispettive estremit? opposte 21, 22 del bulbo 2.

Nella forma di realizzazione di figura 1, la lampada 1 quindi comprende una antenna a microonde 71 che ? collegata ad una sorgente di microonde 81 tramite un rispettivo filo di antenna 91. Preferibilmente, sia l?antenna 71 sia il filo 91 sono costituite da un cavo coassiale comprendente un conduttore interno, un isolatore ed un conduttore esterno, con una guaina che ricopre la sezione azionata come filo di antenna 91, mentre la sezione di antenna ha una ulteriore guaina di protezione, fatta con un materiale trasparente alle microonde, che avvolge l?antenna 71. La guaina di protezione preferibilmente ? fatta in PTFE.

Secondo questa forma di realizzazione, l?antenna 71 viene inserita all?interno del canale aperto 4, con distanziatori (non mostrati) disposti in modo da lasciare un canale toroidale tra le pareti del bulbo e l?antenna 71.

In particolare, l?antenna 71 viene inserita attraverso uno delle aperture di estremit? del canale aperto 41. In questa forma di realizzazione preferita, il canale aperto 4 ? coassiale al bulbo tubolare allungato 2, ottenendo con l?antenna 71 una disposizione simmetrica intorno all?asse longitudinale. Tale configurazione simmetrica ? particolarmente conveniente per la produzione di massa ed ? fondamentalmente pi? resistente e pi? semplice di quelle che hanno una cavit? di foro cieco.

Secondo la forma di realizzazione di figura 2, la lampada 1 comprende un bulbo allungato e tubolare sostanzialmente coerente con il bulbo descritto con riferimento alla prima forma di realizzazione. Tuttavia, in questa seconda forma di realizzazione il bulbo 2 pu? essere pi? lungo di prima.

Quindi, la lampada 1 comprende dunque due distinte antenne a microonde 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 fatti con un cavo coassiale comprendente un conduttore interno, un isolante ed un conduttore esterno, con una guaina che copre la sezione azionata come filo di antenna, mentre la sezione di antenna ? scoperta oppure coperta con una guaina fatta in un materiale trasparente alle microonde.

In generale, il bulbo 2 e dette antenne a microonde 71, 72 vengono spostate in stretta relazione l?ungo con le altre, 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 e una sezione parziale dei loro fili di antenna 91, 92 vengono inseriti all?interno del canale aperto 4, con distanziatori (non mostrati) disposti in modo da lasciare un canale toroidale tra le pareti di 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 dei fili di antenna 91, 92 all?interno del canale aperto 4. La guaina di protezione preferibilmente ? fatta in PTFE.

In particolare, dette antenne 71, 72 vengono inserite nel canale aperto 4 da rispettive aperture di estremit? del canale opposto 41, 42 con i loro fili 91, 92 che entrano nel bulbo in corrispondenza delle loro estremit? opposte 21 , 22.

Ogni antenna ha una estremit? distale 73 posta all?interno del canale aperto 4. Secondo la presente forma di realizzazione, le estremit? distali di antenna delle antenne 71, 72 sono posizionate in stretta vicinanza una con l?altra, senza nessun 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.

Nel funzionamento della lampada, aumentando la potenza delle sorgenti di microonde, la potenza di microonde pu? essere trasferito da una antenna all?altra e onde superficiali vengono eccitate e propagate lungo la configurazione coassiale della lampada 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.

Quindi, ? possibile variare elettronicamente le microonde trasmesse ad ogni antenna in termini di frequenza, intensit? e modulazione, in modo da ottenere eccitazioni diverse in parti diverse del bulbo (figura 2), ottenendo effetti di illuminazione diversi.

E? chiaro dalla suddetta illustrazione che questo bulbo e complesso di antenna possono ottenere l?eccitazione di una colonna al plasma a doppia lunghezza rispetto ad un complesso di antenna, senza richiedere ulteriori guide d?onda o simili.

Inoltre, ? anche possibile azionare una lampada a microonde con antenne aventi lunghezze diverse, una delle antenne essendo passivamente utilizzata oppure agendo come sensore.

Quindi, si dovrebbe notare che la trasmissione di potenza tra le antenne pu? essere evitata semplicemente mettendo fusibili di microonde unilinea che agiscono come dispositivi unidirezionali tra le teste delle antenne.

I fili di antenna di entrambe le forme di realizzazione sopra descritte, come qualunque altra forma di realizzazione secondo la presente invenzione, ha una bobina a microonde 14 o trappola applicata sul conduttore esterno posizionato in corrispondenza delle rispettive aperture di estremit? di canale 41, 42 del canale aperto 4.

La bobina a microonde 14 blocca la propagazione delle microonde riflesse indietro dalla rispettiva antenna, a causa del bilanciamento di impedenza non corretto. La bobina a microonde 14 sostanzialmente ? una boccola metallica, preferibilmente fatta in rame od ottone, con una lunghezza d d?onda di microonde) e un diametro multiplo del diametro del cavo.

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

e ?? ? 1 - che permette la costruzione di una bobina 14 compatta, cio? corta, essendo

Si dovrebbe notare che la lampada di entrambe queste forme di realizzazione pu? essere fornita di un sistema di rimozione del 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 scorrere. 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.

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.

Con riferimento alla figura 3, una ulteriore forma di realizzazione della lampada 1 mostra un bulbo 2 coerente con il bulbo delle forme di realizzazione precedenti ed una singola antenna 71 in una configurazione simmetrica.

L?antenna 71 ha una estremit? distale 73 all?interno del canale aperto 4, in cui la lampada comprende un dispositivo di controllo dell?impedenza 76 atto a massimizzare l?efficacia della produzione della luce.

II dispositivo di controllo dell?impedenza 76 comprende un inserto metallico spostabile lungo la punta di antenna 79 costituita da un suo conduttore centrale scoperto. L?inserto viene fornito nella forma di una elica avvolta intorno all?estremit? distale 73 dell?antenna 71, avente una coda 77 che sporge all?esterno del canale aperto 4 dalla apertura di estremit? di canale 42 opposta all?apertura di estremit? 41 di inserimento dell?antenna 71. L?inserto pu? essere avvitato e svitato per cambiare la sua posizione rispetto all?estremit? distale 73, cio? allungamento o accorciamento della parte di coda esposta all?esterno del bulbo 2.

La variazione della posizione dell?inserto metalli ? possibile cambiare significativamente i componenti reattivi e capacitivi dell?impedenza di una antenna coassiale a Kl 4, dunque durante il funzionamento della lampada.

Con riferimento alla figura 3, la lampada 1 ? fornita di un connettore coassiale adatto 61 per il filo 91 dell?antenna 71. In questo modo, la lampada 1 pu? essere collegata a qualunque sorgente di microonde fornita in corrispondenza del punto di installazione.

Con riferimento alla figura 4, una lampada 1 comprende un bulbo sferoidale ed allungato 2 avente un canale passante longitudinale 4 racchiuso da un tubo 5 che sporge all?esterno delle estremit? opposte 21, 22 del bulbo 2. Il tubo 5 ? fatto con un materiale trasparente per le microonde ed alloggia una singola antenna a microonde 71.

In corrispondenza delle estremit? di tubo opposte 51, 52, il tubo 5 ? supportato da dispositivi di serraggio adatti formati per supportare le pareti 53, 54. Secondo questa forma di realizzazione, n? il bulbo 2 n? l?antenna 71 sono sollecitati meccanicamente dal peso della lampada 1.

La lampada ? in grado di emettere radiazioni con uno spettro di linea, uno spettro di banda oppure uno spettro misto, in un ampio intervallo di lunghezze d?onda. Essa lavora senza alcun elettrodo a contatto con le particelle che emettono la radiazione, in maniera continua 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.

Alle lampade azionate a microonde sopra descritte un esperto del ramo, per soddisfare specifiche richieste e contingenze, pu? portare ulteriori modifiche, tutte rientranti nell?ambito di protezione della presente invenzione, come definite dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) comprendente: ? un bulbo allungato trasparente (2) contenente, in un suo spazio interno, un materiale atto ad essere eccitato da irradiazione a microonde emettendo cos? una radiazione elettromagnetica, il bulbo allungato (2) estendendosi lungo un profilo continuo con due estremit? di bulbo opposte (21 , 22); ? almeno una antenna a microonde (71 , 72) rispettivamente collegata ad una sorgente di microonde (81 , 82) tramite corrispondente filo di antenna (91 , 92), detto bulbo (2) e detta almeno una antenna a microonde (71 , 72) essendo spostati in stretta relazione l?uno con l?altra per permettere l?eccitazione a microonde di detto materiale, in cui il bulbo (2) ? conformato in modo da formare un canale aperto (4) sotto forma di un foro passante che si estende in detto bulbo (2) con due aperture di estremit? di canale opposte (41 , 42) rispettivamente in corrispondenza di dette estremit? di bulbo (21 , 22), detta almeno una antenna (71 , 72) essendo inserita nel canale aperto (4) da dette aperture di estremit? di canale opposte (41 , 42).
2. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui il bulbo allungato (2) ed il suo canale aperto (4) hanno una forma diritta e tubolare, il canale aperto (4) essendo coassiale al bulbo (2) formando una disposizione simmetrica rispetto al loro asse longitudinale.
3. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui detta almeno una antenna (71 , 72) e il filo (91 , 92) sono costituiti da un cavo coassiale comprendente un conduttore interno, un isolatore ed un conduttore esterno, con una guaina che ricopre la sezione azionata come filo di antenna (91 , 92), mentre la sezione di antenna ha una ulteriore guaina di protezione, fatta con un materiale trasparente alle microonde, che avvolge l?antenna (71 , 72).
4. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui detta almeno una antenna (71 , 72) ? coassiale al canale aperto (4).
5. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) secondo la rivendicazione 4, in cui detta almeno una antenna (71 , 72) viene inserita all?interno del canale aperto (4) con distanziatori disposti in modo da lasciare un canale toroidale tra le pareti del bulbo e l?antenna (71 , 72).
6. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una singola antenna a microonde (71).
7. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, comprendente due antenne a microonde (71 , 72), in cui dette antenne (71 , 72) sono 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 (2) in corrispondenza di loro estremit? opposte (21 , 22) ed essendo spostate testa a testa, formando una linea continua sostanzialmente corrispondente a detto profilo continuo.
8. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo la rivendicazione 7, in cui dette antenne a microonde (71 , 72) formano una linea diritta continua.
9. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo la rivendicazione 7, in cui un dispositivo unidirezionale viene messo tra i fili di antenna (73) all?interno del canale aperto (4).
10. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo la rivendicazione 7, in cui le antenne (71 , 72) hanno lunghezze differenti.
11. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo la rivendicazione 10, in cui una delle antenne (71 , 72) viene utilizzata passivamente e/o viene azionata come un sensore.
12. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui l?almeno un filo di antenna (91 , 92) ? fornito di connettori coassiali adatti (61).
13. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo la rivendicazione 6, in cui l?antenna (71) ha una estremit? distale (73) all?interno del canale aperto (4), la lampada (1) comprendente inoltre un dispositivo di controllo di impedenza (75) atto a massimizzare l?efficacia della produzione della luce.
14. Lampada azionata a microonde rinforzata (1) secondo la rivendicazione 13, in cui il dispositivo di controllo di impedenza (75) comprende un inserto metallico (76) spostabile lungo la punta di antenna (79) costituito dal suo conduttore centrale scoperto, avente una coda (77) che sporge all?esterno del canale aperto (4) dall?apertura di estremit? di canale (42) opposta all?apertura di estremit? (41) di inserimento dell?antenna (71).
15. Lampada azionata a microonde rinforzata (1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui il canale aperto passante (4) ? racchiuso da un tubo (5) che sporge all?esterno delle estremit? opposte (21 , 22) del bulbo (2), il tubo (5) essendo supportato in corrispondenza delle sue estremit? di tubo (51 , 52) da dispositivi di serraggio adatti.