JP2011505061A - 誘電バリア放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】誘電バリア放電ランプの外部冷却を不要にし、寿命を長くする。
【解決手段】紫外光を発生するための放電ガスによって満たされた外側チューブ（１２）と、前記外側チューブ（１２）の内部に少なくとも一部が配置された内側チューブ（１４）と、前記外側チューブ（１２）に電気的に接続された外側電極（１６）と、前記内側チューブ（１４）に電気的に接続された内側電極（１８）とを備え、前記内側電極（１８）は、導線（２０）と、前記導線（２０）と前記内側チューブ（１４）との間を電気的に接触させるための複数の導電性粒状材料（２２）とを備える、紫外光を発生するための誘電バリア放電ランプである。導電性粒状材料（２２）により、導線（２０）と内側チューブ（１４）との間の電気接触が保証されており、同時に内側チューブ（１４）に機械的応力を加えることなく内側電極（１８）と内側チューブ（１４）との間の熱膨張差が補償されている。これによって外部冷却をしなくても寿命が長い、誘電バリア放電ランプ（１０）が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状またはガス状媒体を処理する場合のように、光化学的反応、光物理学的反応、または光生物学的反応のために紫外光を発生できる誘電バリア放電ランプの分野に関する。

誘電バリア放電ランプは、作動中に高温となるので、その部品の熱膨張の差によって、壊れることがある。従って、多くのケースでは、水のような冷却材によって誘電バリア放電ランプを冷却しなければならない。

米国特許第5,666,026号から、外側チューブ内に内側チューブが配置された誘電バリア放電ランプが知られており、このランプでは、紫外光を発生するための放電ガスが内側チューブと外側チューブとの間にシールされている。外側チューブの外側には外側電極が設けられており、内側電極の内側には内側電極が設けられているので、これらチューブは、誘電バリアを構成し、紫外光を放出するための放電ガスを刺激するよう、これら電極の間で放電アークを発生することができる。スリットを含む、主にチューブ状のブッシュとして、内側電極が設けられているので、電気接点に対するスプリング力の負荷がかけられた状態でチューブ状内側電極は、内側チューブに接触する。内側電極にスプリング力の負荷がかけられていることにより、内側チューブと内側電極との熱膨張差が補償されるので、外部冷却は不要となる。

かかるタイプの誘電バリア放電ランプの欠点は、内側電極にスプリング力の負荷がかけられることにより生じる比較的大きい機械的応力が内側チューブに加わり、寿命が短くなることである。更に、内側チューブ内に内側電極を位置決めすることが困難であり、この位置決めは特殊な工具によって行わなければならない。これによって内側チューブだけでなく、ランプのサイズも大きくなり、製造にコストがかかる。

よって本発明の目的は、外部冷却をする必要がなく、寿命が長い、誘電バリア放電ランプを提供することにある。

この目的は、紫外光を発生するための放電ガスによって満たされた外側チューブと、前記外側チューブの内部に少なくとも一部が配置された内側チューブと、前記外側チューブに電気的に接続された外側電極と、前記内側チューブに電気的に接続された内側電極とを備え、前記内側電極は、導線と、前記導線と前記内側チューブとの間を電気的に接触させるための複数の導電性粒状材料とを備える、紫外光を発生するための誘電バリア放電ランプによって達成される。

導電性粒状材料により、導線と内側チューブとの間の電気接触が保証され、同時に内側チューブへ機械的応力を加えることなく、内側電極と内側チューブとの熱膨張差を補償できる。これによって、誘電バリア放電ランプは、外部冷却をしなくても寿命が長くなる。粒状材料の異なる粒子の間には、粒子が熱膨張するための充分な空間が提供される。導線および／または粒状材料と内側チューブとの間の固定された接続が更に防止されるので、一方の内側チューブと他方の導線および粒子材料との間の熱膨張差は、機械的応力を生じさせない。これによって、外部冷却を必要としない作動モードが可能となる。特に内側電極を位置決めするために導線を設け、好ましくは内側チューブの内部の残りの空間の一部を粒状材料によって満たせばよいので、特に製造が容易となり、かつ製造がコスト的により効率的となる。ランプを製造するための複雑に設計された工具は不要である。特に内側チューブ内に工具を挿入しなくても内側電極を製造できるので、発光量を低下させることなく、本発明に係わる誘電バリア放電ランプを小型化できる。

特に、前記内側電極は、５％≦ｐ≦９５％、特に３０％≦ｐ≦９０％、好ましくは６０％≦ｐ≦８５％の容積部分ｐだけ前記内側チューブ内の容積を満たす。この部分は、粒状材料が導線と内側チューブとの間が電気接触する高い機会を保証するのに充分である。同時に、内側チューブに影響することなく、熱膨張に起因し、内側電極が膨張できる空間が充分残されている。好ましいことに導線を内側チューブから離間するように配置できるので、導線と内側チューブとの間の電気接触は、粒状材料だけによって得られ、ここで、電気接触は、導線から内側チューブへの径方向に生じ得る。外側チューブを囲むメッシュ状ウェブとして外側電極を提供できるので、光はこれらメッシュを通って外側電極に達する。

更に、内側チューブを主に粒状材料だけによって満たすことが可能であり、導線は粒状材料と電源との間の電気接触を行うだけである。この場合、主に内側チューブの全長にわたる軸方向の電気的伝導は、粒状材料によって得られ、粒状材料の量は内側チューブ内部の容積に対し、および／または内側チューブの内側に沿った軸方向の電気伝導に関し、パーコレーション（浸出）スレッショルドよりも高いことが好ましい。これによって製造が容易となる。本発明の別の実施形態では、前記粒状材料の量は、前記内側チューブの内部容積に関し、および／または前記内側チューブの内部に沿った軸方向の電気伝導に関してパーコレーションスレッショルドよりも低い。この場合、主に軸方向の内側チューブの全長にわたって導線が延び、粒状材料はいくつかの散発的場所にて導線と内側チューブとを電気接触させる。作動性を良好にするのに少ない材料だけですむ。

好ましい実施形態では、前記内側チューブは、軸方向の近接端および軸方向の遠方端を備え、前記内側チューブの外側および前記外側チューブの内側で前記放電ガスをシールするよう、前記外側チューブには前記近接端だけが固定されている。内側チューブは、片側でしか固定されないので、反対側はランプの他の部品に影響することなく熱膨張により膨張できる。こうして内側チューブと外側チューブとの間で機械的応力が生じることが防止される。内側チューブは、一端でしか外側チューブに固定されず、かつ内側電極は自由に移動できるので、ランプに割れを生じさせ得るような過剰な機械力により、ランプが破損する危険性を生じることなく、内側チューブと外側チューブとの間の大きな温度差を許容できる。

特に、前記外側チューブは、前記内側チューブを支持するために少なくとも１つの、特に少なくとも３つの溝を備える。重力または加速力によって生じる内側チューブへの機械的応力を少なくとも低減できる。溝に対する内側チューブの相対的移動は、まだ可能であり、溝は低い摩擦力しか発生させないので、内側チューブの安定性は影響を受けない。特にいくつかの溝は、遊び嵌めにより３点で支承を行うので、内側チューブと外側チューブとの間の一定のギャップを、内側チューブの軸方向への全長にわたって一定に維持できる。好ましくは、前記外側チューブの一部を加熱し、前記外側チューブ内の負圧によって前記加熱された部分を内側に形成することにより、少なくとも１つの溝を得ることができる。この溝の製造はこのように極めて短時間で可能であり、かつ容易である。

好ましい実施形態では、前記外側チューブは、前記内側チューブの軸方向遠方端を支持するための特にチューブ状突起を含む遠方正面を備え、この突起は、内側および／または外側に向いている。この突起は、内側チューブに機械的応力を加えることなく、内側チューブの機械的安定性を改善するように、遊び嵌めによる支承を行うことができる。この突起は特に、外側チューブ内部に負圧を発生させる吸引ダクトによって設けることができる。チューブおよび吸引ダクトは石英ガラスから製造できるので、外側チューブの遠方正面を加熱し、遠方正面を通過するように吸引ダクトを押すことにより、突起を設けることができる。

好ましくは、前記内側チューブは、ガス状成分の逃げを可能にすると共に、前記粒状材料の逃げを防止する、シーリングによって閉じられた軸方向近接端を備える。このシーリングにより、粒状材料は内側チューブ内に留まるが、成分がガス状となる程度に内側チューブおよび／または内側電極が高温となる場合に内側チューブ内部で過圧が生じることを防止できる。ガス状成分を透過できるような多孔性プラグおよび／または膜および／または接合によりシールを設けることができる。

前記粒状材料は、粉体および／または砂および／または懸濁物質として設けることができ、前記粒状材料の粒子は、１.００ｍｍ≦ｄ≦０.００１ｍｍ、好ましくは０.５０ｍｍ≦ｄ≦０.００７ｍｍ、より好ましくは０.３０ｍｍ≦ｄ≦０.０１ｍｍ、最も好ましくは０.２０ｍｍ≦ｄ≦０.０７ｍｍの直径の球体に等価的な容積を含む。このように粒状材料を設計したことにより、粒状材料は内側チューブ内で良好に自由に流れ、かつ極めて移動可能である。更に導線と内側チューブとを電気接触させるのに、より少ない数の隣接粒子で充分である。

好ましい実施形態では、誘電バリア放電ランプは、小型化される。特に、前記外側チューブの外径ｄ_aは、ｄ_a＝１５ｍｍ±２.０ｍｍであり、前記内側チューブの外径ｄ_iは、１.０ｍｍ≦ｄ_i≦８.０ｍｍ、特に２.０ｍｍ≦ｄ_i≦６.０ｍｍ、好ましくは３.０ｍｍ≦ｄ_i≦５.０ｍｍ、最も好ましくはｄ_i＝４.０ｍｍ±０.７５ｍｍである。このような設計により、ランプは、Ｔ５規格のランプハウジングに嵌めこむことができるので、現在使用しているランプの交換が容易となり、本発明に係わる誘電バリア放電ランプに対して現在の周辺部品も使用できる。更に、内側チューブと外側チューブの間にギャップが設けられ、このことは、点火電圧が過度に高くなることを防止すると共に、ガスのうちの多数のエキシマ分子を励起するのに充分長い放電アークを発生することを可能にする。

以下、説明する実施形態を参照すれば、本発明の上記およびそれ以外の特徴が明らかとなり、かつ詳細になろう。

第１実施形態に係わる誘電バリア放電ランプの側断面図である。 第２実施形態に係わる誘電バリア放電ランプの側断面図である。 第３実施形態に係わる誘電バリア放電ランプの側断面図である。 第４実施形態に係わる誘電バリア放電ランプの側断面図である。 第５実施形態に係わる誘電バリア放電ランプの側断面図である。

本発明にかかわる誘電バリア放電ランプ１０の、図１に示された第１実施形態では、誘電バリア放電ランプ１０は、外側チューブ１２と、この外側チューブ１２に同軸状に配置された内側チューブ１４とを備える。この誘電バリア放電ランプ１０は、外側電極１６を備え、この外側電極１６は、導電性コーティングとしてもよいし、または好ましくは導電性メッシュ状ウェブとすることもできる。外側電極１６を外側チューブ１２の外側または内側に配置してもよい。

内側チューブ１４は、導線２０と導電性粒状材料２２とからなる内側電極１８を備え、内側チューブ１４は、導線２０および粒状材料２２によって部分的にしか満たされていない。明瞭にするために、粒状材料の特定の粒子および内側チューブ１４の部分的にしか充填されていない状態は詳細には示されていない。導電性粒状材料２２による内側チューブ１４の部分的充填状態により、導線２０と内側チューブ１４との間の電気接触が保証されている。更に、内側チューブ１４に影響しないように導線２０および粒状材料２２の粒子が熱膨張できるような、充分な空間が設けられている。

導線が軸方向に熱膨張できるように、内側チューブ１４の遠方端２６に対して導線２０の遠方端２４が離間するように配置されている。誘電バリア放電ランプ１０の作動中に外側チューブ１２と内側チューブ１４との間には温度差が生じるので、内側チューブが外側チューブ１２に対して軸方向に熱膨張できるように、内側チューブ１４は一端部でしか外側チューブ１６に接続されていない。

更に内側チューブ１４は、多孔性プラグ２８によって閉じられているので、内側チューブ１４からガス状成分が逃げることができるが、粒状材料の粒子は、内側チューブ１４内にシールされている。プラグ２８に起因し、導線２０の整合を調節できる。図示されている実施形態では、内側チューブ１４に対して導線２０は同軸状に配置されている。

図２に示された誘電バリア放電ランプ１０の第２実施形態では、外側チューブ１２は溝３０を備え、この溝３０によって内側チューブ１４を少なくとも部分的に支持できるようになっている。溝３０の選択された構造により、内側チューブ１４が振動したり、または揺動することを防止でき、内側チューブ１４の機械的安定性が増している。

図３に示された誘電バリア放電ランプ１０の第３実施形態では、外側チューブ１２の遠方正面３４において主にチューブ状の突起３２により内側チューブ１４の高い機械的安定性が得られている。内側電極１４の遠方端２６とこの突起３２との間には、内側チューブ１４の径方向への熱膨張を可能にする少なくとも１つの遊び嵌め部またはより大きなギャップが設けられている。

図３に示された実施形態では、突起３２は内側に向いている。図４に示された第４実施形態では、突起３２は、例えばこの突起を従来通り外側チューブ１２の内部に負圧を発生する吸引ダクトとして使用するときには、この突起３２を外側に向けてもよい。更に、この突起３２は、内側に延びるだけでなく、図５に示されるように外側に延びていてもよい。

以上で、図面およびこれまでの記載に本発明を図示し、より詳細に説明したが、かかる図示および説明は、説明のためのものであり、すなわち例に過ぎず、限定的なものではない。本発明は、これまで開示した実施形態だけに限定されない。例えば突起３２だけでなく、溝３０も設けられている実施形態で発明を実施することも可能である。当業者が図面、本明細書および特許請求の範囲を検討すれば、特許請求の範囲に記載の発明を実施する際に本明細書に開示した実施形態について別の変更を想到し、実施することもできよう。特許請求の範囲において、「備える」または「含む」なる用語は、他の要素またはステップが存在することを否定するものではなく、「１つの」または「ある」なる不定冠詞は、複数存在することを否定するものではない。互いに異なる従属項に所定の手段を記載した事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲における参照符号は、発明の範囲を限定するものと見なすべきでない。

１０ 誘電バリア放電ランプ
１２ 外側チューブ
１４ 内側チューブ
１６ 外側電極
１８ 内側電極
２０ 導線
２２ 粒状材料
２４ 遠方端
２６ 遠方端
２８ 多孔性プラグ
３０ 溝
３２ 突起
３４ 遠方正面

Claims (10)

1. 紫外光を発生するための放電ガスによって満たされた外側チューブと、
   前記外側チューブの内部に少なくとも一部が配置された内側チューブと、
   前記外側チューブに電気的に接続された外側電極と、
   前記内側チューブに電気的に接続された内側電極とを備え、
   前記内側電極は、導線と、前記導線と前記内側チューブとの間を電気的に接触させるための複数の導電性粒状材料とを備える、紫外光を発生するための誘電バリア放電ランプ。
2. 前記内側電極は、部分ｐ（ここで、ｐは５％≦ｐ≦９５％、特に３０％≦ｐ≦９０％、好ましくは６０％≦ｐ≦８５％である）だけ前記内側チューブ内の容積を満たす、請求項１に記載のランプ。
3. 前記粒状材料の量は、前記内側チューブの内部容積に関し、および／または前記内側チューブ内部に沿った軸方向の電気伝導に関してパーコレーションスレッショルドよりも低い、請求項１に記載のランプ。
4. 前記内側チューブは、軸方向の近接端および軸方向の遠方端を備え、前記内側チューブの外側および前記外側チューブの内側で前記放電ガスをシールするよう、前記外側チューブには前記近接端だけが固定されている、請求項１に記載のランプ。
5. 前記外側チューブは、前記内側チューブを支持するために少なくとも１つの、特に少なくとも３つの溝を備える、請求項１に記載のランプ。
6. 前記外側チューブの一部を加熱し、前記外側チューブ内の負圧によって前記加熱された部分を内側に形成することにより、前記溝を得ることができる、請求項５に記載のランプ。
7. 前記外側チューブは、前記内側チューブの軸方向遠方端を支持するための特にチューブ状突起を含む遠方正面を備え、前記突起は、内側および／または外側に向いている、請求項１に記載のランプ。
8. 前記内側チューブは、ガス状成分の逃げを可能にすると共に、前記粒状材料の逃げを防止する、シーリングによって閉じられた軸方向近接端を備える、請求項１に記載のランプ。
9. 前記粒状材料は、粉体および／または砂および／または懸濁物質として設けられており、前記粒状材料の粒子は、直径ｄ（ここでｄは、特に１.００ｍｍ≦ｄ≦０.００１ｍｍ、好ましくは０.５０ｍｍ≦ｄ≦０.００７ｍｍ、より好ましくは０.３０ｍｍ≦ｄ≦０.０１ｍｍ、最も好ましくは０.２０ｍｍ≦ｄ≦０.０７ｍｍである）の球体に等価的な容積を含む、請求項１に記載のランプ。
10. 前記外側チューブの外径ｄ_aは、ｄ_a＝１５ｍｍ±２.０ｍｍであり、前記内側チューブの外径ｄ_iは、１.０ｍｍ≦ｄ_i≦８.０ｍｍ、特に２.０ｍｍ≦ｄ_i≦６.０ｍｍ、好ましくは３.０ｍｍ≦ｄ_i≦５.０ｍｍ、最も好ましくはｄ_i＝４.０ｍｍ±０.７５ｍｍである、請求項１に記載のランプ。

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