JPH0821369B2 - 高出力放射器 - Google Patents

高出力放射器

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JPH0821369B2
JPH0821369B2 JP63266300A JP26630088A JPH0821369B2 JP H0821369 B2 JPH0821369 B2 JP H0821369B2 JP 63266300 A JP63266300 A JP 63266300A JP 26630088 A JP26630088 A JP 26630088A JP H0821369 B2 JPH0821369 B2 JP H0821369B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、充填ガスにより充填されている放電空間を
有し、前記放電空間の壁は第１の誘電体と第２の誘電体
により形成され、前記第１の誘電体と第２の誘電体の、
前記放電空間に対向していない表面に第１の電極および
第２の電極が設けられ、前記第１の電極および第２の電
極に接続されている交流電源を備え、該交流電源は放電
のために給電する、紫外線用の高出力放射器に関する。
従来の技術 本発明は例えば、ソ連の学術誌“Zhurnal Priklandno
i Spektroskopii"41（1984年刊）、Nr.4.691−695頁に
記載のG.A.Volkova,N.N.Kirillova,E.N.Pavlovskaya及
びA.V.Yaakovleva共著”不活性ガス中で障壁放電を行う
真空−紫外線ランプ”（Plenum Publising Corporation
による英訳:DOK.Nr.0021−9037/84/4104−1194,1194頁
以降）等に記載の従来の技術に関連している。
高出力放射器特に高出力紫外線放射器は、例えば殺菌
・塗料及び合成樹脂の硬化・排気ガスの浄化・特殊な化
合物の合成等、様々に利用されている。一般に放射器の
波長は、意図するプロセスに非常に正確に整合されなけ
ればならない。最も公知の放射器は恐らく、波長254nm
と185nmの紫外線を高い高率で放射する水銀放射器であ
ろう。この放射器の中では、希ガス−水銀蒸気混合気体
中で低圧−グロー放電が行われている。
冒頭に記載の論文“不活性ガス中で障壁放電を行う真
空−紫外線ランプ”には、誘電放電の原理に基づく紫外
線放射源が記載されている。この放射器は、正方形の断
面を有し、誘電材料から成る管から成る。互いに対向し
ている２つの管壁には、金属製シートの形の平面状電極
が設けられ、これらの電極はパルス発生器に接続されて
いる。この管の両方の端部は閉じており、この管には希
ガス（アルゴン又はクリプトン又はクセノン）が充填さ
れている。このような充填ガスは放電点火の際に、特定
の条件の下でいわゆるエキシマないしエクサイマーを形
成する。１つのエキシマないしエクサイマーは、励起さ
れている１つのアルゴンと、基本状態にある１つの原子
から成る１つの分子である。
例えばAr＋Ar＊→Ar2 ＊ 電子エネルギーから紫外線放射波への変換はこれらの
エクサイマーにより非常に効果的に行われることは公知
である。電子エネルギーの50％まで紫外線放射波に変換
することができ、その際に、励起されている複合体は数
ナノ秒のみ持続し、崩壊の際にその結合エネルギーを紫
外線の形で放出する。波長領域は： 希ガス 紫外線放射波の波長 He2 ＊ 60−100nm Ne2 ＊ 80−90nm Ar2 ＊ 107−165nm Kr2 ＊ 140−160nm Xe2 ＊ 160−190nm 公知の放射器の第１の実施例においては、発生された
紫外線は、誘電性管の中に設けられている、端面側の窓
を越えて外部空間に放出される。第２の実施例において
は、管の幅側に、電極を形成している金属シートが設け
られている。管の狭窄側には切欠部が設けられ、この切
欠部に上に特別の窓が接着されており、この窓を介して
放射波は放出される。
公知の放射器により到達可能な効率は１％のオーダ、
即ち約50％である論理値を大幅に下回る、何故ならば充
填ガスは許容範囲を越えて加熱されるからである。公知
の放射器の別の１つの欠点は、その光線送出窓が安定性
の理由から、比較的小さい面積しか有することができな
い点である。
1987年７月６日のヨーロッパ特許出願第87109674.9号
明細書又は1986年７月22日のスイス特許出願第07/07692
6号明細書又は1986年７月22日の米国特許出願第07/0769
26号明細書により、大幅に効率が高く、高い電気出力密
度で作動することができ、光線送出面積が前述のように
制限されることがない高出力放射器が提案された。この
高出力放射器においては誘電体と第１の電極の双方が前
記放射波を通し、少なくとも第２の電極が冷却されてい
る。
この高出力放射器は大きい電気出力密度と高い効率で
作動することが可能である。この高出力放射器の幾何学
的形状を、それが使用されるプロセスに大幅に整合する
ことが可能である。即ち、面積の大きい平面状放射器の
他に、内側又は外側へ放射するシリンダ状放射器も可能
である。放電は高い圧力（0.1−10bar）の下で行うこと
ができる。この高出力放射器の構成においては１−50KW
/m2の電気出力密度が実現可能である。放電における電
子エネルギーは大幅に最適化することが可能であるの
で、このような放射器の効率は、適切な原子の共鳴線を
励起する場合でも非常に高い。放射波の波長は充填ガス
の種類により調整することができる。例えば水銀では18
5nm,254nmであり、窒素では337−415nmであり、セレン
では196nm,204nm,206nmであり、キセノンでは119nm,130
nm,147nmであり、クリプトンでは124nmである。その他
のガス放電の場合と同様に種々の種類のガスを混合する
こともよい。
このような放射器の利点は、高い効率と大きな放射出
力で平面的に放射することができる点である。ほぼすべ
ての放射波が１つ又は僅かの数の波長領域に集中してい
る。すべての場合に重要なのは、放射波がいずれか一つ
の電極を透過して送出されることが可能である点であ
る。この問題は、透明な導電層により解決されるか、又
は、目の細かいワイヤ網又は装着された導体路を電極と
して使用し、このような電極が一方では誘導体を確実に
給電し、他方では放射波にとってほぼ透明であることに
より解決される。例えばH2O等の透明な電解液を別の電
極として使用することができ、これは特に水／排水の照
射に有利である、何故ならばこのようにして、発生され
た放射波は直接に、照射すべき液体に到達し、この液体
を同時に冷却手段として用いることができるからであ
る。
このような放射器は２πの立体角の範囲内のみで放射
することができる。しかし、放電間隙の中に位置する各
体積素子はすべての方向即ち４πの立体角の範囲内で放
射するので、前述の放射器において放射波の半分が失わ
れる。前記特許出願により既に提案されたように、鏡を
巧妙に配置することによりこの損失を部分的に阻止する
ことができる。この場合に次の２つの点に注意しなけれ
ばならない。
−各反射表面は紫外線領域において、１より大幅に小さ
いこともある反射係数を有する。
−このようにして反射された反射波は、吸収する水晶ガ
ラスを三回通過しなければならない。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、高い電気出力密度で作動し、光線送
出面積が最大であり、放射波を最適に利用することので
きる高性能放射器を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明によればこの課題は、誘電体と、第１の電極お
よび第２の電極の双方が放射波を透過させ、充填媒体
は、放電条件のもとでエキシマを形成する希ガスまたは
希ガスの混合ガスであることにより解決される。
誘電障壁放電により励起され放射波を出すガスは、２
つの（例えば水晶から成る）誘電体壁の間の、1cmまで
の幅を有する間隙を充填する。紫外線放射波は両側にお
いて放電間隙から出る。従って、使用可能な放射エネル
ギーひいては効率も２倍となる。電極は、比較的目の荒
い格子として形成することができる。又、格子ワイヤを
水晶の中に埋込むこともできる。しかしこれは、水晶の
紫外線透過性を大幅に損なうことがないように行われな
ければならない。別の１つの実施例においては、格子の
代わりに、紫外線を通す導電性層を設ける。
実施例 次に本発明を実施例に基づいて図を用いて説明する。
第１図に示されているパネル形紫外線高出力放射器は
実質的に、２つの水晶又はサファイアプレート１と２か
ら成り、これらの水晶又はサファイアプレート１と２
は、絶縁材から成るスペーサ３により互いに分離され、
又、これらの水晶又はサファイアプレート１と２は、１
ないし10mmの典型的な間隙幅を有する放電空間４の境界
を定めている。これらの水晶又はサファイアプレート１
と２の外側表面は、比較的網目の荒いワイヤ網５と６を
備え、ワイヤ網５と６はそれぞれ、パネル形紫外線高出
力放射器の第１又は第２の電極を形成している。パネル
形紫外線高出力放射器の給電は、これらの電極に接続さ
れている交流電源７により行われる。
交流電源７として一般に、オゾン発生器と関連して従
来使用され、このような使用例において通常である50Hz
ないし数kHzの周波数を有するものを使用することがで
きる。
放電空間４の側面は通常は閉じており、閉成される前
に真空にされ、不活性ガス、又は、放電条件においてエ
クサイマーを形成する物質、例えば水銀・希ガス・希ガ
ス−金属混合物・希ガス−ハロゲン混合物等により充填
され、場合に応じて、付加的な別の希ガス（Ar,He,Ne）
を緩衝ガスとして使用する。
所望の放射波成分に依存して、次表に記載の物質を使
用することができる。
充填ガス 放射波の波長 ヘリウム 60−100nm ネオン 80−90nm アルゴン 107−165nm キセノン 160−190nm 窒素 337−415nm クリプトン 124nm, 140−160nm クリプトン＋フッ素 240−255nm 水銀 185,254nm セレン 196,204, 206nm 重水素 150−250nm キセノン＋フッ素 400−550nm キセノン＋塩素 300−320nm 無音放電すなわち誘電障壁放電（dielectric barrier
discharge）を行っている間に電極エネルギー分布は、
放電空間の間隙幅（10mmまで）・圧力（10bar）及び／
又は温度を調整することにより最適に設定することがで
きる。
非常に短い波長の放射波のために、例えばフッ化マグ
ネシウム及びフッ化カルシウム等のプレート材料も使用
することができる。可視光線領域における放射波を放射
する放射器のためのプレート材料はガラスである。ワイ
ヤ網の代わりに透明な導電層を使用することもでき、こ
の場合には、可視光線のためには酸化インジウム又は酸
化錫を使用することができ、可視光線及び紫外線のため
には50−100オングストロームの厚さの金製層を使用す
ることができ、に紫外線のためにはアルカリ金属から成
る薄層を使用することができる。
第２図の実施例においては、第１の水晶管８と、この
第１の水晶管から離れて位置する第２の水晶管９は互い
に同軸にかつ一方が他方を包囲して位置し、絶縁材から
成るスペーサ素子10により互いに離されている。第１の
水晶管８と第２の水晶管９の間のリング状間隙11は放電
空間を形成する。第１の電極として、例えば酸化インジ
ウム又は酸化錫又はアルカリ金属又は金から成り、紫外
線を通す導電性薄層12が第１の水晶管８の外壁表面に設
けられ、同様の導電性層13が第２の電極として第２の水
晶管９の内壁表面に設けられている。放電空間は第１図
の実施例と同様に、前記表に記載の単一物質又は混合物
質により充填されている。この場合にも、放射波に波長
に依存して、第１図に関連して記載した電極材料及びタ
イプを使用することも可能である。
前述の放射器は高収率光化学反応器として適する。フ
ラット形放射器の場合には、反応する媒体が放射器の前
面と背面の近傍を通過する。丸形放射器の場合には媒体
は外側と内側の双方を流れる。
フラット形放射器は例えば、ドライクリーニング工場
等の排気ガス用煙突の中に紫外線パネルとして吊下げ
て、溶剤の残留物（例えばクロール炭水化物）を破壊す
るために使用される。同様に、多数のこのような丸形放
射器を大きな集合体に統合し、類似の目的に使用するこ
とができる。
冒頭に記載の特許出願に記載の、片側に放射する紫外
線放射器のためのミラーコーティングの場合にも改善を
実現することができる。紫外線ミラーコーティング（例
えばアルミニウム製）を内部に取付けて、フッ化マグネ
シウム（MgF2）から成る薄層により被覆することによ
り、前述のように、吸収水晶壁を３回通過することを回
避することができる。即ち放射波はただ１つの水晶壁を
通過すればよい。
次に、本発明の有利な実施形態を要約する。
電極は、有利には酸化インジウムまたは酸化錫から成
るかまたは、アルカリ金属または金から成る薄層により
構成された透明で導電性の層である。
電極は金属製ワイヤから成り、この金属製ワイヤは誘
電体の表面または中に設けられている。
電極がワイヤ網として形成されている。
放電空間は誘電材料から成り、互いに離れている２つ
のプレートにより実質的に形成され、これらのプレート
電極が外部に向かって接続されている。
放電空間は誘電材料から成る２つの管により形成され
ているリング状空間により形成され、この放電空間に対
向していない管の双方の表面に、放射波を通す電極が設
けられている。
【図面の簡単な説明】
第１図は平面状のフラット形放射器の形の本発明の１つ
の実施例の側面断面図、第２図は放射波を通す平面状電
極を備えている、外側と内側の双方に放射するシリンダ
形放射器の側面断面図である。 ３……スペーサ、４……放電空間、5,6……ワイヤ網、
７……交流電源、8,9……水晶管、11……リング状放電
空間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−4152（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−32564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−128567（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】充填ガスにより充填されている放電空間
    （4;11）を有し、 前記放電空間（4;11）の壁は第１誘電体（1;8）と第２
    の誘電体（2;9）により形成され、 前記第１の誘電体（1;8）と第２の誘電体（2;9）の、前
    記放電空間（4;11）に対向していない表面に第１の電極
    （5;12）および第２の電極（6;13）が設けられ、 前記第１の電極（5;12）および第２の電極（6;13）に接
    続されている交流電源（７）を備え、該交流電源（７）
    は放電のために給電する、 紫外線用の高出力放射器において、 前記誘電体（1,2;8,9）と、前記の第１の電極（5;12）
    および第２の電極（6;13）の双方が放射波を透過させ、 充填媒体は、放電条件のもとでエキシマを形成する希ガ
    スまたは希ガスの混合ガスであることを特徴とする、 紫外線用の高出力放射器。
  2. 【請求項２】前記充填媒体は水銀または窒素またはセレ
    ンまたは重水素またはこれらの物質のみの混合体または
    これらの物質と希ガスの混合体である、請求項第１項記
    載の高出力放射器。
  3. 【請求項３】前記充填媒体は希ガス／ハロゲン−混合体
    であり、Kr/F混合体またはXe/Cl混合体である、請求項
    ２記載の高出力放射器。
  4. 【請求項４】充填ガスは付加的な希ガスを含有してお
    り、ArまたはHeまたはNeの形の緩衝ガスを含有してい
    る、請求項３記載の高出力放射器。
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