KR100458661B1 - 플라즈마 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마그네트론의 방출단에 연결된 안테나를 통하여 마이크로 파를 전구 내부로 전달할 뿐만 아니라, 안테나와 연결되지 않은 방출단의 나머지 부위로 부터 발생하는 마이크로 파를 도파관에 의해 전구 내부로 전달함으로써, 전구 내부에서 플라즈마를 균일하게 발생하도록 하여 전구 전체의 밝기가 일정할 수 있도록 하며, 또한 플라즈마 램프의 제조 및 수리가 용이한 구조를 채택하여 조립시간 및 비용을 절약할 수 있도록 하며, 먼지 등에 오염되지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 램프에 관한 것이다.

Description

플라즈마 램프{Plasma lamp}

본 발명은 플라즈마 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마그네트론의 방출단에 연결된 안테나를 통하여 마이크로 파를 전구 내부로 전달할 뿐만 아니라, 안테나와 연결되지 않은 방출단의 나머지 부위로 부터 발생하는 마이크로 파를 도파관에 의해 전구 내부로 전달함으로써, 전구 내부에서 플라즈마를 균일하게 발생하도록 하여 전구 전체의 밝기가 일정할 수 있도록 하며, 또한 플라즈마 램프의 제조 및 수리가 용이한 구조를 채택하여 조립시간 및 비용을 절약할 수 있도록 하며, 먼지 등에 오염되지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 램프에 관한 것이다.

플라즈마 램프의 전구 내에는 마이크로 파에 의해 플라즈마를 형성하고 발광할 수 있는 가스를 포함하고 있으며, 이러한 가스의 종류로는 램프가 발하는 빛의 색깔을 조절하기 위해서 헬륨, 아르곤 등 여러가지가 알려져 있으며, 저압으로 전구내에 채워져 있어 플라즈마의 생성을 용이하도록 한다.

마이크로 파는 30㎒~30㎓의 주파수 범위를 가지는 것으로, 파장이 짧아 직진, 굴절, 반사의 성질을 가지며 지향성이 강한 특징을 가지고 있으며, 이러한 마이크로 파를 생성하기 위하여는 클라이스트론과 마그네트론을 사용하는데, 마그네트론은 전자레인지용으로 많이 사용되고 있다.

마이크로 파의 전송에 쓰이는 도파관은 금속파이프로서, 보통 구리로 만들어지며 전파는 도파관의 벽으로 한정된 공간을 통하여 운반되며, 도파관의 내면에는전류가 흐르지 않으므로 마이크로 파의 에너지 손실이 없으며, 일반 동축선과 비교했을때 동축선의 심선 보전을 위하여 사용되는 절연물 때문에 생기는 유전손실이 없으며, 외부전자계와 완전히 격리할 수 있는 장점이 있다. 또한 도파관은 사각형, 원형, 타원형 등의 형태를 지닌다.

종래의 플라즈마 램프의 방식은 도파관을 이용하는 방식과 안테나를 이용하는 방식으로 크게 나눌 수 있는데, 우선 도파관을 이용하는 방식을 채택한 대표적인 예로서는 도 1과 같은 형상을 가진 공개특허 2003-26767호를 들 수 있다.

도파관(110)을 이용하여 마이크로 파를 전구(120)에 전달하기 위해서는 마그네트론(100)의 방출단(102)과 전구(120)사이에 도파관(110)을 설치하고 마그네트론 (100)의 방출단(102)에서 방출되는 마이크로 파를 투광체로 전달하게 된다.

이러한 도파관(110)을 플라즈마 램프(L)에 사용하는 경우에는 도파관(110)과 전구(120)가 접하는 면적만큼만 마이크로 파가 전달되게 되므로, 대형 플라즈마 램프에 적용하려면 도파관(110)과 마그네트론(100)의 크기가 증대되어야 하는 단점이 있어 일반적으로 가정이나 사무실에 쓰이는 전등을 대체하는 정도의 용도로 한정되어 있다.

또한, 플라즈마 램프(L)에서 마이크로 파를 전달하기 위해 안테나를 이용하는 경우로는 등록특허 373386호와 같은 예가 있다.

도 2에 나타낸 등록특허 373386호의 플라즈마 램프(L)는, 일종의 안테나 역할을 하는 도전체(220)를 투명의 유도 보호관(210)으로 감싸고 있으며, 이러한 도전체(220)를 마이크로파 발생수단(200, 마그네트론)의 방출단(202)과 연결하고 그연결부위에는 누출방지구(230)를 구비한 마이크로 파 전송수단을 구비하고 있는 것이다.

그런데, 이러한 마이크로 파 전송수단은 방출단(202)에 도전체(220)를 단순히 접속시킨 다음 그 연결부위를 누출방지구(230)로 감싸버린 것이어서 마이크로 파의 직진 성질에 따라 방출단(202)과 도전체(220)의 접속부위만큼만 마이크로 파가 전달될 수 밖에 없어 마그네트론(200)으로 부터 발생하는 마이크로 파를 효율적으로 이용할 수 없었다.

따라서, 대형 플라즈마 램프를 제작하기 위해서는 다수의 마이크로 파 전송수단을 전구(240, 투광체) 내에 삽입하여야 하는 단점이 있으며, 또한 도전체(220)를 유리와 같은 유도보호관(210)에 압입시키거나 약간의 공간을 두고 삽입하는 형태로 미리 제작되기 때문에, 유도보호관(210)과 전구(240)의 접속부위를 용융 접합시 접속부위가 녹아내려 버리거나, 가스봉입시 많은 어려움이 있었다.

또한 종래 체육관이나 가로등에 쓰이는 램프는 먼지 등에 의해 오염이 되면 그 휘도가 감소하게 되는데, 매우 높은 위치에 설치되기 때문에 그 청소 또한 쉽지 않게 되어 관리가 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고, 가로등이나 온실 또는 대형 체육관의 조명 등에 쓰일 수 있는 대형의 플라즈마 램프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 마이크로 파의 전달 효율을 상승시킴으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 것이어서, 플라즈마 램프를 생산시 저용량의 마그네트론을 사용하는 것이 가능한 소형 플라즈마 램프를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 플라즈마 램프의 제작이 용이하도록 플라즈마 램프를 구성함으로서, 플라즈마 램프의 제작 및 수리가 용이하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 플라즈마 램프의 전구에 먼지 등 오염물질이 부착되지 않도록 하여 플라즈마 램프의 관리가 용이하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

도 1은 종래의 플라즈마 램프를 도시해 보인 종 단면도.

도 2는 종래의 다른 플라즈마 램프를 도시해 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 사용되는 마그네트론의 내부 구조를 도시해 보인 단면도.

도 4는 본 발명의 전구를 도시해 보인 사시도.

도 5는 본 발명의 개략적인 분해 사시도.

도 6은 본 발명의 결합 단면도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1 : 마그네트론 3 : 방출단 5 : 마그네트론 안테나

7 : RF가스켓 10 : 전구 12 : 연결구

14 : 안테나 삽입구 16 : 안테나 삽입관 18 : 발광가스 주입구

19 : 차단재 20 : 안테나 30 : 도파관

40 : 지지대 50 : 방출단 어댑터 52 : 고정구멍

54 : 개구부 L : 플라즈마 램프

본 발명에서는 통상의 마그네트론과 내부에 안테나 삽입관을 구비한 전구로 이루어진 플라즈마 램프를 제작하기 위하여, 마그네트론의 방출단에 연결되고 전구에 형성된 안테나 삽입관으로 삽입되는 안테나와, 상기 마그네트론의 RF가스켓과 일측 단부가 접촉되며, 다른 단부 측으로 상기 전구의 연결구와 결합되며, 그 단면의 형상 및 크기가 균일한 도파관과, 상기 전구의 외면에 적층되며, 광촉매 물질을 함유한 마이크로파 차단재로 플라즈마 램프를 구성하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 사용되는 마그네트론의 내부 구조를 도시해 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 전구를 도시해 보인 사시도이며 도 5는 본 발명의 개략적인 분해 사시도 및 도 6은 본 발명의 결합 단면도이다.

일반적으로 생산되는 마그네트론의 형상은 도 3과 같은데, 이 마그네트론(1)의 방출단(3)은 일반적으로 세라믹과 같이 마이크로 파를 투과시킬 수 있는 재질로구성되며, 그 내부에는 마이크로 파가 방출되는 마그네트론 안테나(5)가 구비되어 있으며, 마그네트론 안테나(5)에서 발생한 마이크로 파의 패턴은 일반적인 모노폴 안테나의 방출패턴과 동일한 것이므로 무지향성으로 방출되지만, 쉴드된 마그네트론(1) 본체로는 마이크로 파가 누설되지 않으며 마그네트론(1)과 방출단(3)의 연결부위는 RF가스켓(7)이나 쉴드재로 격리되어 있어, 마그네트론(1)으로부터 마이크로 파가 외부로 방출되는 부위는 마그네트론(1)의 방출단(3)으로 한정된다.

따라서, 방출단(3)으로부터 방출되는 마이크로 파를 전구(10) 내부로 전달하기 위해서는 안테나(20) 뿐만 아니라 도파관(30)을 동시에 채택하는 형태로 제작하면 보다 효율적이 되는 것이다.

본 발명의 실시예에서는 도 4의 형상을 가지는 전구(10)를 사용하는데, 전구 (10)는 그 전면에 도파관(30)에 삽입고정되는 중공형 연결구(12)가 구비되며, 상기 연결구(12)가 형성된 전구의 벽면에 안테나 삽입구(14)를 형성하고 그 내부로 안테나(20)가 삽입되며 전구의 발광가스와 안테나(20)의 접촉을 차단하게 하는 안테나 삽입관(16)이 형성되어 있으며, 전구(10)의 외면에 발광가스 주입구(18)를 구비한 것으로, 긴 원통형으로 이루어져 있다.

전구(10)의 재질은 석영이나 강화유리와 같이 일반적인 전구의 재료와 동일한 재료를 사용하면 된다. 또한 연결구(12)와 안테나 삽입구(14) 부위를 제외한 나머지 외면 부분은 도 4의 점선으로 표시한 바와 같이 마이크로 파 차단재(19)가 삽입되거나 그 외면에 적층되어 있어, 안테나(20)로부터 방출되는 마이크로 파가 전구(10) 외부로 방출되어 인체에 해를 입히는 것을 방지하게 된다.

마이크로 파 차단을 위한 차단재로는 일반적으로 금속막을 사용하는데 이산화 티탄(TiO₂)과 같은 광촉매 물질이 함유된 복합재를 사용할 수도 있다. 이러한 광촉매 복합재를 사용하게 되면, 플라즈마를 생성하고 남은 여분의 마이크로 파가 상기 광촉매 복합재의 유전율 손실에 따른 마이크로 파 흡수작용에 의해 차단되는 효과를 얻을 수 있으며, 상기 광촉매 복합재를 사용하게 되면 광촉매 물질의 오염방지 및 정화작용에 의해 전구의 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있어, 오랜 시간동안 청소를 하지 않고도 밝은 휘도를 계속해서 유지할 수 있으며 관리에 대한 시간 및 비용이 절약된다.

전구(10)와 마그네트론(1)을 연결하기 위하여는 먼저 마그네트론(1)의 방출단(3)에 안테나(20)를 연결하여야 하는데, 이러한 연결을 위하여는 도 5 및 도 6과 같이 방출단 어댑터(50)를 사용하거나, 접착제나 용융제를 사용하는 공지의 연결 방법 등을 사용하여 방출단(3)에 안테나(20)를 접착시키든지 끼워 넣어서 접착시킬 수 있다.

방출단(3)에 끼우는 방출단 어댑터(50)는 구리와 같이 마이크로 파를 전달할 수 있는 전도체이고, 그 내면에는 은이나 금과 같은 재료로 도금을 하면 마이크로 파의 전달 특성이 더욱 양호해지며, 전면에 관통 형성된 안테나 고정구멍(52)으로 안테나(20)를 삽입고정시키고, 후면의 개구부(54)로 방출단(3)이 끼워진다.

주파수가 높을수록 도선의 중심부에는 전류가 흐르지 않고 표면으로만 흐르는 표피효과(skin effect)때문에 안테나(20)의 형상을 종래 기술이 채택한 도선 형태 대신에 중공파이프 형상으로 채택하면 중량 및 생산단가를 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

안테나(20)의 길이나 직경은 적용되는 마이크로 파의 파장의 길이에 따라 주지된 방법으로 적절히 조절할 수 있다.

방출단(3)에 연결된 안테나(20)를 감싸며 마그네트론(1)의 RF가스켓(7)에 접촉되게 한 도파관(30)은 연결구(12)내로 끼워넣거나 또는 연결구(12)를 도파관(30)으로 끼워 넣는 형태로 전구(10)와 결합된다.

도파관(30)의 재질은 주로 구리로 이루어져 있으나, 도파관(30)의 내벽를 전도도가 높은 금이나 은으로 도금하면 표피작용에 의한 저항손실이 더욱 줄어들게 된다.

도 6은 본 실시예의 결합 단면도를 나타낸 것으로, 방출단(3)의 선단에 끼워진 안테나(20)와 도파관(30)을 통하여 마이크로 파가 전구(10) 내부로 전달될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 본 실시예에서 사용되는 대형 전구(10)의 경우에는 안테나(20)에 지지대(40)를 끼워 넣고 안테나 삽입관(16)에 안테나(20)를 장착하게 되는데, 이러한 지지대(40)는 마이크로 파가 통과되며 탄성 및 내열성이 우수한 테프론과 같은 수지재로 성형되는 것으로, 상기 전구(10)의 연결구(12)와 결합하여 가늘고 길게 형성된 안테나(20)를 지지하게 함으로써, 제작과정이나 운반중 안테나(20)와 방출단 (3)의 접촉이 느슨해지거나, 안테나 삽입구(14) 내벽에 안테나(20)가 충격을 가하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 제작된 플라즈마 램프(L)를 사용하기 위해서는 먼저, 상기 전구 (10)의 외면에 형성된 발광가스 주입구(18)를 통해 내부에 존재하는 공기를 제거한 후 적정량의 발광가스를 주입하고, 이 주입구(18)에 고열을 가하여 폐쇄시키면 안테나 삽입관(16)을 제외한 전구(10)의 내부 공간은 저압의 발광가스가 충진된 상태가 된다.

상기와 같은 구성을 채택한 본 발명은 제작 및 수리가 용이한 장점을 가지게 되는 것이다.

또한, 마그네트론(1)에 전원을 인가하여 마이크로 파를 발생시키면 방출단 (3)에 삽입된 방출단 어댑터(50)와 안테나(20)를 통해 상기 안테나 삽입관(16)의 단부인 전구(10)의 내부 깊숙히 마이크로 파가 방출되고, 상기 방출단(3) 외부 즉, 도파관(30)의 내부로 방출되는 마이크로 파는 이 도파관(30)과 연결구(12)를 통해 전구(10)의 내부로 원활하게 방출되기 때문에 상기 전구(10)에 충입된 발광가스를 마이크로 파가 전체적으로 반응시켜 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서, 마그네트론(1)의 방출단(3)에서 방출되는 마이크로 파를 효율적으로 사용가능하게 됨에 따라 본 발명을 소형 플라즈마 램프(L)에 적용시 소용량의 마그네트론(1)을 사용할 수 있게 되므로 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 체결.조립 및 유지관리를 용이하게 할 수 있는 구조의 플라즈마 램프를 제공하므로서, 생산비 및 관리비를 절감시킬 수 있고, 마이크로 파의 전달 효율을 상승시켜 적은 전력으로도 대형 플라즈마 램프를 원활하게 작동시킬 수 있게 하여 높은 에너지 절감효과를 기대할 수 있음은 물론 저용량의 마그네트론으로 소형 또는 대형의 플라즈마 램프에 동시 사용이 가능하게 하므로서 그 적용범위를 확대시켜 경제성을 향상시킬 수 있도록 한 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 통상의 마그네트론(1)과, 내부에 안테나 삽입관(16)을 구비한 전구(10)로 이루어진 플라즈마 램프(L)에 있어서,

   그 일단이 상기 마그네트론(1)의 방출단(3)에 연결되며, 다른 일단은 전구(10)에 형성된 안테나 삽입관(16)으로 삽입되는 안테나(20)와;

   상기 마그네트론(1)의 RF가스켓(7)과 일측 단부가 접촉되며, 다른 단부 측으로 상기 전구(10)의 연결구(12)와 결합되며, 그 단면의 형상 및 크기가 균일한 도파관(30)과;

   상기 전구(10)의 외면에 적층되며, 광촉매 물질을 함유한 마이크로파 차단재(19)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 램프.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전구(10)의 외면에 발광가스 주입구(18)가 일체로 구비되며, 발광가스 주입구(18)를 통하여 발광가스를 주입한 뒤 발광가스 주입구(18)을 폐쇄시키게 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 램프.
3. 제1항에 있어서, 상기 도파관(30) 내에서 안테나(20)를 지지하며 안테나 삽입구(14) 전방에 위치하는 지지대(40)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 램프.
4. 제1항에 있어서, 상기 방출단(3)에 안테나(20)를 연결하기 위하여 방출단 어댑터(50)을 더 구비하되, 상기 방출단 어댑터(50)은 중공 형상으로 그 후면의 개구부(54)에 의해 상기 방출단(3)과 결합되며, 전면의 고정구멍(52)에 의해 안테나(20)가 긴밀하게 고정되도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 램프.
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