JPH04301357A - 高出力放射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に紫外線用の高出力
放射装置であって、放電室が設けられていて、該放電室
に、放電条件下に放射線を放射する封入ガスが充てんさ
れており、前記放電室が、形成される放射線に対して透
過性の材料から成る冷却された中空体の内室によって形
成されており、前記中空体の内壁に対して間隔をおいて
配置されていて冷却通路を備えている誘電体管が設けら
れていて、該誘電体管に内部電極が埋め込まれているか
、または嵌め込まれており、さらに、放電に対する給電
のための高電圧源が設けられている形式のものに関する
。

【０００２】

【従来の技術】光化学法の工業的な使用は有効性の点で
適当なＵＶ源に大きく依存している。従来のＵＶ放射装
置は、いくつかの不連続の波長において、たとえば水銀
低圧ランプでは１８５ｎｍ、特に２５４ｎｍにおいて低
程度から中程度までのＵＶ強度を供給する。実際に高い
ＵＶ出力は高圧ランプ（Ｘｅ、Ｈｇ）からしか得られな
い。しかし、このような高圧ランプはその放射線を比較
的大きな波長範囲にわたって分配する。最近のエキシマ
レーザは光化学的な基礎実験のためのいくつかの新しい
波長を提供した。このエキシマレーザは現在ではコスト
の理由から工業的なプロセスに対してはあまり適してい
ない。

【０００３】欧州特許出願公開第０３６３８３２号明細
書または１９８７年１１月１８〜２０日、ビュリュツブ
ルク（Ｗｕｅｒｚｂｕｒｇ）で開催された学会「ディー
・１０．フォアトラークスターグング・デア・ゲゼルシ
ャフト・ドイッチャ・ヒェ−ミカ、ファッハグルッペ・
フォートヒェミー」（ｄｉｅ　１０．Ｖｏｒｔｒａｇｓ
ｔａｇｕｎｇ　ｄｅｒ　Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ　Ｄ
ｅｕｔｓｈｅｒ　Ｃｈｅｍｉｋｅｒ　，Ｆａｃｈｇｒｕ
ｐｐｅ　Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｅ）において配布された
コーゲルシャッツ（Ｕ．Ｋｏｇｅｌｓｃｈａｔｚ）およ
びエリアソン（Ｂ．Ｅｌｉａｓｓｏｎ）著の学会誌「ノ
イエ・ＵＶ−・ウント・ＶＵＶ−エキシマシュトラーラ
（Ｎｅｕｅ　ＵＶ−ｕｎｄ　ＶＵＶ−Ｅｘｃｉｍｅｒｓ
ｔｒａｈｌｅｒ）」には、新しいエキシマ放射装置が記
載されている。この新しいタイプの放射装置の主眼は、
無声放電、つまりオゾン発生において工業的に汎用され
ているようなタイプの放電においてもエキシマ放射線を
発生させることができることに置かれている。この放電
の短時間でのみ（数ナノ秒）存在する火花において、電
子衝突によって希ガス原子が励起され、この希ガス原子
は引き続き反応して励起された分子複合体（エキシマ）
を形成する。このエキシマはほんの数ナノ秒の寿命しか
有しておらず、解離時にその結合エネルギを放射線の形
で放射する。この放射線の波長範囲は封入ガスの組成に
応じてＵＶＡ、ＵＶＢ、ＵＶＣおよびＶＵＶの範囲に位
置しているか、または可視スペクトル範囲に位置してい
ている場合もある。

【０００４】最近では、このような高出力放射装置に対
する問い合わせが増大している。それというのは、この
放射装置の特別な特性が化学方法技術および物理方法技
術、グラフィック工業、被覆技術等において多くの新し
い使用領域を実現したからである。

【０００５】この放射装置の経済的な使用を得るために
は、誘電体材料、ギャップ幅、圧力、温度および使用ガ
スの組成に関する放射装置の最適な設定と共に、この放
射装置の有効な冷却も極めて重要となる。公知の放射装
置では、一般にアース電位に接続された外部電極が冷却
される。付加的に、（高電圧電位に接続された）内部電
極の冷却も行なわれるようになっており、この場合、た
んに中空の内部電極に液状またはガス状の冷却媒体が通
されるようになっているだけである。電位特性に基づき
液体冷却の場合には、極めて小さな導電値を有するよう
な冷却媒体、たとえば完全脱塩水またはオイルが使用さ
れなければならない。さらに、経済的な理由から内部電
極の冷却は閉じられた循環路で行なわれなければならな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の特にＵＶ光線またはＶＵＶ光線のための
高出力放射装置を改良して、技術的に簡単でかつ経済的
に冷却することのできるような放射装置を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、前記中空体が冷却体と熱接触状態
にあり、該冷却体に冷却通路が設けられており、該冷却
通路が、前記誘電体管に設けられた冷却通路に接続され
ていて、閉じられた冷却媒体循環路を形成しており、両
冷却通路を通って、僅かな導電値を有する冷却液が通流
可能であるようにした。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、いずれにせよ（外側の
）中空体のために必要となる冷却装置が、誘電体管の冷
却循環路のための熱交換器を形成している。この中空体
は汎用の水道水を用いて冷却することができる。したが
って、大量の高価な完全脱塩水または蒸留水が節約され
るか、または誘電体管のための付加的な循環冷却ユニッ
トが節約される訳である。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく
説明する。

【００１０】図１および図２に示した高出力放射装置は
この実施例では円筒状の４つの個別放射器１から成って
おり、これらの個別放射器の構造は公知である。外側の
石英管２内には、この石英管から距離をおいて誘電体管
３が配置されている。両管の間に形成された環状室は放
射器の放電室４を形成している。誘電体管３の内壁は金
属層５（図２に拡大して示す）を備えており、この金属
層は放射器の内部電極を形成している。択一的に金属層
５の代わりに、たとえばセラミックスを主体とする誘電
層を被覆された金属管を使用することもできる。放射器
の外部電極は線材網状体６から成っており、この線材網
状体は全長にわたって、かつ外側の石英管２の外周の大
部分にわたって延びている。この外部電極と前記内部電
極とには、放電を生ぜしめるための高電圧源７が接続さ
れている（図１）。

【００１１】石英管２の内部は、放電条件下で放射線を
放射する封入ガスを充てんされており、この場合、封入
ガスとしてはたとえば水銀、希ガス、希ガス金属蒸気混
合物、希ガスハロゲン化物混合部が使用され、さらに場
合によっては干渉ガスとして別の付加的なガス、有利に
はＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅが使用される。

【００１２】図２に示した断面図から認められるように
、４つの個別放射器１は熱伝導性の材料から成る冷却体
９の広幅側に設けられた溝８に位置している。これらの
溝８の横断面は外側の石英管２の外輪郭に合わせられて
いる。冷却体９は冷却通路１０，１１の２つのグループ
を備えており、前記冷却通路は溝長手方向に延びている
。第１のグループの冷却通路１０は外側の冷却回路（図
示しない）に通じている。冷却通路１０は最も簡単な場
合では、汎用の水道水によって矢印方向で通流される。 第２のグループの冷却通路１１は接続導管１２と適当な
接続器具（図示しない）とを介して誘電体管３の内室１
３に接続されている。ポンプ１４はこの冷却回路におい
て、僅かな導電性しか有しない冷却液、たとえば脱イオ
ン水またはオイルの循環を生ぜしめる。こうして、冷却
体９は一次冷却システム（冷却通路１０）と二次冷却シ
ステム（冷却通路１１，接続導管１２，誘電体管３の内
室１３，ポンプ１４）との間の熱交換器として働く。二
次冷却システムにおける実際に導電性ではない冷却液に
よって、電位分離が保証されている。

【００１３】高電圧源７は原則的に、オゾン発生器への
給電のために使用されるような高電圧源に相当している
。この高電圧源は典型的には、電極ジオメトリや放電室
内の圧力や封入ガスの組成に関連して、数ＭＨｚまでの
工業的な交流電流の範囲における周波数において数１０
０Ｖ〜２００００Ｖのオーダの調節可能な交流電圧を生
ぜしめる。ここで使用されるＵＶ高出力放射装置におい
ては、給電電圧の周波数が、一般に工業的な交流電圧よ
りもかなり上に位置している。すなわち、前記周波数は
数１００ＫＨｚに達する場合もある。この目的に適した
高電圧源７は一般に回路網部分の原理に基づいて構成さ
れていて、したがって電気構成素子および電子構成素子
を有している。このような構成素子は冷却されなければ
ならず、したがって冷却成形体に組み付けられている。 本発明の１改良形では、本来は放射器を冷却するために
必要である冷却体９が高電圧源７の構成素子を冷却する
ためにも利用される。このことは図２に示されており、
この場合、高電圧源７の冷却成形体１５が放射器の冷却
体９の下面に直接に固定されている。こうして、高電圧
源７のブロワを不要にすることができる。高電圧源と消
費器との空間的な接近に基づき、電磁遮蔽にかかる手間
が小さくなる。放射装置全体の構造も極めてコンパクト
に構成することができる。

【００１４】円筒状の横断面を備えた前記個別放射器の
他に、当然ながらたとえば欧州特許出願公開第０２５４
１１１号明細書に記載の面放射器にも一次冷却回路と二
次冷却回路とを装備させることができる。また、完全に
異なるジオメトリを有するＵＶ高出力放射装置にも、本
発明による冷却コンセプトを装備させることができる。 このことは以下に図３につき詳しく説明する。

【００１５】このＵＶ高出力放射装置では、広幅側２２
，２３と小幅側２４，２５とを有する方形横断面を備え
た石英管２１に、中空の内部電極２７を備えた５つの誘
電体管２６が配置されている。これらの誘電体管２６は
相互にかつ石英管２６の内壁に対しても間隔をおいて配
置されている。誘電体管２６はたとえば石英管であり、
内部電極２７は金属管である。その代りに、誘電材料に
よって被覆された金属管を使用することもできる。

【００１６】石英管２１の両小幅側２４，２５と、一方
の広幅側２３とは外部に各１つのアルミニウム層２８を
備えている。しかし、これら３つの被覆体は電気的に互
いに絶縁されている必要はない。アルミニウム層２８は
蒸着、火炎溶射、プラズマ溶射またはスパッタリングに
よって形成されていて、反射体として働くようになって
いると有利である。石英管２１の小幅側２４，２５に設
けられたアルミニウム層２８はさらに、アース対称的な
出力側を備えた高電圧源７による給電のための付加的な
外部電極として働くことができる。

【００１７】図４から判るように、石英管２１はその両
端面で、絶縁性材料から成るプレート３０，３１によっ
て閉鎖されている。このプレートはたとえば前記端面に
接着されているか、または石英またはガラスプレートの
場合では前記端面と溶着されている。プレート３０，３
１は貫通孔３２を備えており、この貫通孔には、誘電体
管２６が差し込まれて、固定され、かつシールされてい
る。充てん管片３４を介して、石英管２１の内室は排気
され、次いで封入ガスを充てんされる。

【００１８】図４から認められるように、放射器に対す
る給電は高圧電源７から行なわれ、この場合、交互に隣
接した内部電極（金属管２７）が高電圧源７に接続され
ている。電圧の印加時には、互いに隣接した誘電体管２
６の間に多数の放電通路１９が生ぜしめられ、これらの
放電通路がＵＶ光線を放射する。このＵＶ光線は次いで
透過性の広幅側２２を通って外方に射出する。このよう
な給電はアース対称的な出力側を備えた高電圧源７の使
用を可能にする。この場合、冷却体９ａをアース電位に
接続することができる。

【００１９】放射器を外部冷却するために、石英管２１
はＵ字形の横断面を備えた冷却体９ａに嵌め込まれてい
る。側方の撚り線バンド１８はアルミニウム層２８と冷
却体９ａの脚部との間の電気的な接触のための働く。石
英管２１の下側の広幅側２３と冷却体９ａとの間の付加
的な熱伝導性のペースト２９は熱伝達を改善するために
働く。冷却体９ａの底区分には、冷却体長手方向に延び
る多数の冷却通路１０，１１が設けられている。符号１
０で示した冷却通路のグループは図１および図２に示し
た実施例と同様に一次冷却回路として働き、たとえば汎
用の水道水によって貫流される。符号１１で示した他方
の冷却通路のグループは適当な接続導管１２ａと接続器
具（図示しない）とを介して、ハイドロリック式に直列
または並列に接続された全ての内部電極２７、つまり金
属管に接続されている。ポンプ１４はこの二次冷却回路
における極めて小さな導電値を有する冷却液の循環を生
ぜしめる。この場合に、冷却体９ａは両冷却媒体回路の
間の熱交換器として働く。

【００２０】上記２つの実施例においては、それぞれ放
射装置の冷却体に冷却通路１０，１１の２つのグループ
が設けられている。一次冷却回路を別の形式で構成する
ことも当然ながら本発明の枠内にある。すなわち、たと
えば冷却体が部分的に冷却媒体に浸漬しているか、また
は大面積の冷却リブを備えていて空気によっても強制的
に冷却されるようになっている。このような変化形にお
いて、放射器のための二次冷却回路の変更は必要でない
。

【００２１】図５には、別の変化形が示されている。冷
却体９は放射器の内部冷却のための熱交換器としても、
高電圧源７を冷却するための別の冷却回路のための熱交
換器としても働く。この目的のためには、冷却体９に付
加的な冷却通路１１ａが設けられており、この冷却通路
は接続導管１２ｂと別のポンプ１４ａとを介して、高電
圧源７に設けられた冷却通路３３に接続されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す縦断面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１　　個別放射器、　　２　　石英管、　　３　　誘電
体管、　　４　　放電室、　　５　　金属層、　　６　
　線材網状体、　　７　　高電圧源、　　８　　溝、　
　９，９ａ　　冷却体、　　１０，１１，１１ａ　　冷
却通路、　　１２，１２ａ，１２ｂ　　接続導管、　　
１３　　内室、　　１４，１４ａ　　ポンプ、　　１５
　　冷却成形体、　　１８　　撚り線バンド、１９放電
通路、　　２１　　石英管、　　２２，２３　　広幅側
、　　２４，２５　　小幅側、　　２６　　誘電体管、
　　２７　　内部電極、　　２８　　アルミニウム層、
　　２９ペースト、　　３０，３１　　プレート、　　
３２　　貫通孔、　　３３　　冷却通路、　　３４　　
充てん管片

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高出力放射装置であって、放電室（４
   ）が設けられていて、該放電室に、放電条件下に放射線
   を放射する封入ガスが充てんされており、前記放電室が
   、形成された放射線に対して透過性の材料から成る冷却
   された中空体（２；２１）の内室によって形成されてお
   り、前記中空体の内壁に対して間隔をおいて配置されて
   いて冷却通路（１３）を備えている誘電体管（３；２６
   ）が設けられていて、該誘電体管に内部電極（５；２７
   ）が埋め込まれているか、または嵌め込まれており、さ
   らに、放電に対する給電のための高電圧源（７）が設け
   られている形式のものにおいて、前記中空体（２；２１
   ）が冷却体（９；９ａ）と熱接触状態にあり、該冷却体
   に冷却通路（１１）が設けられており、該冷却通路が、
   前記誘電体管（３；２６）に設けられた冷却通路（１３
   ）に接続されていて、閉じられた冷却媒体循環路を形成
   しており、両冷却通路を通って、僅かな導電値を有する
   冷却液が通流可能であることを特徴とする高出力放射装
   置。
2. 【請求項２】　　高電圧源（７）に設けられた電気構成
   素子または電子構成素子の少なくともいくつかが、前記
   冷却体（９；９ａ）に配置されていて、該冷却体と良熱
   伝導接続状態にある、請求項１記載の高出力放射装置。
3. 【請求項３】　　高電圧源（７）が、固有の冷却装置を
   備えており、該冷却装置が、前記冷却体（９）に設けら
   れた冷却通路（１１ａ）に接続されている、請求項１記
   載の高出力放射装置。