KR100480103B1 - 무전극 조명 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무전극 조명 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 전원공급부와, 전원공급부에 연결하여 특정 주파수의 전자파를 발생하는 전자파 발생부와, 전자파 발생부의 출구에 연결하여 전자파를 안내함과 아울러 적절한 전자파의 공급과 분포를 이루도록 하는 전자파 피더부와, 전자파 피더부를 통해 안내되는 전자파 중에서 특정 대역의 주파수를 선택할 수 있도록 인덕터(Inductor)와 캐패시터(Capacitor)를 구비하는 공진주파수 생성부와, 전자파 피더부와 공진주파수 생성부를 함께 수용하도록 소정의 공동(cavity)를 구비하여 전자파를 가둬 공진주파수를 가진시키는 전자파 공진부와, 발광물질과 불활성가스를 함께 봉입하여 전자파 공진부에 수용하고 그 전자파 공진부에서 공진하는 전자파에 의해 불활성가스가 발광물질을 플라즈마화 방전하면서 발광물질이 빛을 내도록 하는 램프부로 구성하되, 공진주파수 생성부는 인덕터와 캐패시터를 복수 개의 쌍으로 구비하고 그 인덕터의 길이 또는 캐피시터의 면적을 서로 다르게 형성하여 특정 주파수에서 공진하는 적어도 두 개 이상의 공진주파수를 생성할 수 있도록 구성함으로써, 복수 개의 공진주파수를 형성할 수 있고 초기전계의 강도를 높여 인입가스를 빠르게 방전시켜 초기 점등 시간을 줄일 수 있다.

Description

무전극 조명 시스템{PLASMA LIGHTING SYSTEM}

본 발명은 전자파를 이용한 무전극 조명 시스템에 관한 것으로, 특히 LC공진을 이용하여 점등시간을 단축할 수 있는 무전극 조명 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 조명 시스템(PLS : Plasma Lighting System)은 전자레인지에 사용되는 고주파 발진기(마그네트론)에서 발생되는 전자파가 램프내 불활성 가스를 플라즈마 상태로 만들면서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량을 제공하는 조명기기이다.

이러한 무전극 조명 시스템은 한 개의 PLS로 400W 메탈할라이드 네 개의 광속을 낼 수 있고 20%이상의 에너지 절감효과를 얻을 수 있다. 또, 필라멘트 없이 플라즈마 발광원리에 의해 빛을 방출하기 때문에 광속저하 없이 오랜 시간을 사용할 수 있다. 또, 자연 백색광과 동일한 연속 광스팩트럼을 구현하기 때문에 시력보호는 물론 자외선이나 적외선의 방출을 줄여 편안한 조명 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 무전극 조명 시스템의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 무전극 조명 시스템은, 케이싱(1)의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론(2)과, 마그네트론(2)에 상용 교류전원을 고압으로 승압하여 공급하는 고압 발생기(3)와, 마그네트론(2)의 출구부에 연통하여 그 마그네트론(2)에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관(4)과, 내부에 발광물질과 불활성 가스 등을 함께 봉입하고 도파관(4)을 통해 전달한 전자파 에너지에 의해 봉입한 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 전구(5)와, 도파관(4)과 전구(5)의 앞쪽에 씌워져 전자파는 차단하면서 상기 전구(5)에서 발광된 빛은 통과하는 공진기(6)와, 공진기(6)를 수용하여 전구에서 발생하는 빛을 직진토록 집중 반사하는 반사경(7)과, 전구(5) 후방측의 공진기(6) 내부에 장착하여 전자파는 통과하면서 빛은 반사하는 유전체 거울(8)과, 케이싱(1)의 일측에 구비하여 마그네트론(2)과 고압 발생기(3)를 냉각하는 냉각팬 조립체(9)로 구성하고 있다.

도면중 미설명 부호 M1은 전구를 회전시키는 전구모터, M2는 냉각팬을 회전시키는 팬모터이다.

상기와 같은 종래 무전극 조명 시스템은 다음과 같이 동작한다.

제어부의 지령에 따라 고압 발생기(3)에 구동 신호를 입력하면, 고압 발생기(3)는 교류 전원을 승압하여 승압된 고압을 마그네트론(2)에 공급하고, 마그네트론(2)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성한다.

이 전자파는 도파관(4)을 통해 공진기(6) 내부로 방사하면서 전구(5) 내에 봉입된 불활성가스를 여기(exiting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사경(7)과 유전체 거울(8)에 의해 전방으로 반사하면서 공간을 밝히는 것이었다.

상기와 같은 종래 무전극 조명 시스템은, 전구를 점등하는데 소요되는 시간이 일반 조명등 보다는 길어 상대적으로 불편함이 있었다.

이를 해소하기 위하여 종래에는 전술한 바와 같이 전구(5)의 내부에 발광을 주도하는 발광물질(예컨데, 할로겐족 화합물, 또는 황, 셀렌 등등..)과 발광초기에 전구(5) 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 불활성 가스(예컨데, 아르곤,제논,크립톤 등등..) 외에도 초기방전을 도와 전구(5)의 필요 전계를 낮춤으로써 점등이 용이하게 이루어지도록 첨가하는 방전촉매물질 등을 함께 봉입하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 이러한 방법은 전구라고 하는 한정된 체적에 각종 물질을 적정하게 혼합하여 봉입하여야 하므로 점등만을 고려하여 방전촉매물질을 과도하게 혼합할 수 없음에 따라 결국 초기 점등 시간을 단축하는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무전극 조명 시스템이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 전구의 초기 점등 시간을 단축할 수 있는 무전극 조명 시스템을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전원공급부와, 전원공급부에 연결하여 특정 주파수의 전자파를 발생하는 전자파 발생부와, 전자파 발생부의 출구에 연결하여 전자파를 안내함과 아울러 적절한 전자파의 공급과 분포를 형성하도록 하는 전자파 피더부와, 전자파 피더부를 통해 안내되는 전자파 중에서 특정 대역의 주파수를 선택할 수 있도록 인덕터(Inductor)와 캐패시터(Capacitor)를 구비하는 공진주파수 생성부와, 전자파 피더부와 공진주파수 생성부를 함께 수용하도록 소정의 공동(cavity)를 구비하여 전자파를 가둬 공진주파수를 가진시키는 전자파 공진부와, 발광물질과 불활성 가스를 함께 봉입하여 전자파 공진부에 수용하고 그 전자파 공진부에서 공진하는 전자파에 의해 불활성 가스가 발광물질을 플라즈마화 방전하면서 발광물질이 빛을 내도록 하는 램프부로 구성한 무전극 조명 시스템에 있어서, 공진주파수 생성부는 인덕터와 캐패시터를 복수 개의 쌍으로 구비하고 그 인덕터의 길이 또는 캐피시터의 면적을 서로 다르게 형성하여 특정 주파수에서 공진하는 적어도 두 개 이상의 공진주파수를 생성할 수 있도록 한 무전극 조명 시스템의 초기점등 촉진 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 무전극 조명 시스템의 초기점등 촉진 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 무전극 조명 시스템의 일례를 파단하여 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명 무전극 조명 시스템의 일례를 보인 종단면도이며, 도 4는 도 3의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이고, 도 5는 초기점등시간을 줄이기 위한 구성의 요부를 개략적으로 보인 종단면도이며, 도 6은 전자파 장해를 줄이기 위한 구성의 요부를 개략적으로 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 무전극 조명 시스템은 전자파를 공진기 내부로 안내하는 피더(feeder)를 공진기의 내부에 설치함으로써 무전극 조명 시스템의 크기를 대폭 줄인 것이다.

도 2에서 10은 전원공급부를 보인 것으로 후술할 마그네트론(20)에 교류전원을 인가하여 마그네트론(20)에서 전자파가 발생하도록 한다.

도 2에서 20은 전자파 발생부로서의 마그네트론이다. 마그네트론(20)은 알려진 바와 같이 전자파를 이용한 무전극 조명 시스템에 사용하는 것으로 전기 에너지를 전자파와 같은 고주파 에너지로 전환시키고, 이 고주파 에너지를 조명시스템의 공진기로 유도하여 전구 속 불활성가스와 발광물질을 여기시켜 빛을 발생하도록 하는 것이다.

여기서, 전자파 발생부는 마그네트론(20) 외에도 반도체 발생기(SSPM; Solid State Power Module) 등을 적용할 수도 있다.

도 2에서 30은 도파관과 같이 전자파를 공진기 내부로 유도하는 전자파 피더부를 보인 것이다.

전자파 피더부(30)는 원형 단면 또는 그 외의 사각 단면이나 삼각 단면 등 다양한 모양의 봉 형상으로 형성하여 그 일단은 마그네트론(20)의 안테나에 연결하고 타단은 공진기의 내부로 길게 연장하여 안쪽에 설치한다.

도 2에서 40은 전자파 피더부를 통해 안내되는 전자파 중에서 특정 대역의 주파수를 선택하는 공진주파수 생성부이다.

공진주파수 생성부(40)는 LC공진구조를 갖도록 인덕터(Inductor)(41)와 캐패시터(Capacitor)(42)로 구성한다.

그 중 인덕터(41)는 적어도 2개 이상 구비하고 전자파 피더부(30)와 같이 봉 형상으로 형성하여 그 일단은 공진기의 바닥면에 고정하고 타단은 캐패시터(42)에 연결한다.

캐패시터(42)(42)는 도 4에서와 같이 소정의 단면적을 갖도록 평면투영시 원호 모양 또는 반원 모양으로 형성하여 좌우 한 쌍 또는 그 이상으로 구비한다. 각 캐패시터(42)(42)는 공진주파수를 두 개 이상 형성할 수 있도록 각각의 면적을 다르게 형성한다.

여기서, 각 캐패시터(42)(42)의 면적을 동일하게 형성하고 대신에 각 인덕터(41)의 길이를 서로 다르게 형성할 수도 있다.

도 2에서 50은 전자파 피더부(30)와 공진주파수 생성부(40)를 함께 수용하도록 소정의 공동(cavity)를 구비하여 전자파를 가둬 공진주파수를 가진시키는 전자파 공진부이다.

전자파 공진부(50)는 앞에서 공진기로 약칭한 것으로, 폭방향으로는 원형 또는 타원형, 사각형이나 다각형 단면 등 다양한 형성으로 형성하고 길이 방향으로도 도면에서와 같이 원통모양이나 또는 테이퍼진 모양 등 다양하게 형성할 수 있다.

또, 전자파 공진부(50)는 빛이 나가는 부위를 제외하고는 밀폐형으로 된 공진부본체(51)를 형성하고, 빛이 나가는 부위는 전자파의 누설은 차단하면서도 빛은 통과할 수 있는 기존의 망상체(52)로 형성한다. 본 실시예에서는 전방측만 망상체(52)로 형성한 것으로 이 망상체(52)는 별개로 형성한 후 용접이나 클램핑 또는 기타 고정 방식으로 후조립한다.

또, 전자파 공진부(50)의 내부에는 도 5에서와 같이 후술할 램프부(60)에 가해지는 전계의 강도를 높이기 위하여 강력한 전계를 형성할 수 있도록 하는 전계강화부재(ignitor)(53)를 램프부(60)의 인접한 부위에 장착한다. 53a는 전원공급선이고 53b는 절연체이다.

또, 전자파 공진부(50)의 내부에도 도 6에서와 같이 불안정미세주파수(Oscillation;발진) 성분을 제거하기 위하여 이엠아이필터(EMI filter)(54)를 공진부본체(51)의 내벽면에 설치하는 것이 바람직하다.

도 2에서 60은 램프부이다. 램프부(60)는 소정의 내부체적을 구비하여 구 형상으로 형성하는 전구(61)와, 전구(61)의 내부에 봉입하여 전자파에 의해 빛을 발하는 봉입물질로 이루어진다.

전구(61)는 구형 또는 원통형으로 형성하여 주로 석영(Quartz) 등과 같이 광투과율이 높고 유전손실이 극히 적은 재질로 제작한다.

봉입물질은 전구의 작동 중 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 전구 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤(Ar), 크립톤(Xe), 크립톤(Kr) 등의 불활성가스와, 그리고 수은과 같이 초기 방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 스텍트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질로 이루어진다.

도 2에서 70은 램프부에서 발하는 빛을 특정 방향으로 반사하는 반사경부이다. 반사경부(70)는 일정 곡률을 갖는 타원 또는 이와 유사한 모양으로 형성하여 공진주파수 생성부(40)와 램프부(60) 사이에 설치한다. 또, 반사경부(70)는 전자파가 전자파 공진부(50) 내부에서 자유롭게 운동할 수 있도록 석영이나 알루미늄과 같은 유전체 물질로 형성한다.

상기와 같은 본 발명 무전극 조명 시스템은 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

제어부의 지령에 따라 전원공급부(10)에서 전원이 전자파 발생부인 마그네트론(20)에 공급되어 마그네트론(20)에서는 고주파 에너지를 갖는 전자파를 발생한다.

이 전자파는 전자파 피더부(30)를 통해 전자파 공진부(50)의 내부로 유도되어 전자파 공진부(50)의 내부에서 공진하고, 이 과정에서 인덕터(41)와 캐패시터(42)에 주파수 신호를 입력하여 인덕터(41)와 캐패시터(42)가 적정한 공진주파수를 선택한다.

이 공진주파수 대역의 전자파는 전자파 공진부(50)의 공진부본체(51) 내부에서 공진하면서 램프부(60)의 전구(61)에 봉입한 불활성가스를 방전하고, 이 방전에 의해 발생하는 열이 발광물질을 기화하여 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마가 전자파에 의해 지속적으로 방전을 유지함으로써 높은 광도의 백색 자연광을 방출하도록 한다. 이 빛은 반사경부(70)에 의해 전방측으로 반사하여 망상체(52)를 통과한 후 필요한 공간을 밝히는 것이다.

이때, 전자파 공진부(50)의 내부에는 공진주파수 생성부(40)인 인덕터(41)와 캐패시터(42)(42)가 복수 개의 쌍으로 이루어지고 그 중 캐패시터(42)(42)의 면적(인덕터의 길이일 수 도 있슴)이 서로 달라 도 7에서와 같이 인덕터(41)와 캐패시터(42)(42)의 개수 만큼 주파수(T0,T1)를 발생한다. 이 복수 개의 주파수(T0,T1)가 서로 중첩하는 구간(M1)에서 강한 전계를 발생하여 낮은 주파수(T0)로 점등하므로 초기 점등 시간을 줄이는 반면 점등에 관여한 (T0)곡선이 시간에 따라 좌우로 이동하면서 상대적으로 높은 주파수(T1)가 원래 곡선의 구간(M2)에서 램프부(60)는 지속적으로 발광을 유지하므로 효과적인 시스템 설계가 가능하다.

한편, 램프부(60) 주변에 전계강화부재(53)를 설치하는 경우에는 전구(61)에 가해지는 전계의 강도를 높여 점등 시간을 단축할 수 있고, 또 램프부(60) 내부에 상기한 방전촉매물질을 첨가하는 경우에는 전구(61)에서 필요로 하는 전계의 강도를 낮출 수 있어 역시 점등 시간을 단축할 수 있다.

본 발명은 LC공진 기술을 이용할 수 있도록 인덕터와 캐패시터를 복수 개의 쌍으로 형성하여 복수 개의 공진주파수를 형성할 수 있고 초기전계의 강도를 높여 인입가스를 빠르게 방전시켜 초기 점등 시간을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 무전극 조명 시스템의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 무전극 조명 시스템의 일례를 파단하여 보인 사시도.

도 3은 본 발명 무전극 조명 시스템의 일례를 보인 종단면도.

도 4는 도 3의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도.

도 5는 본 발명 무전극 조명 시스템에서 초기점등시간을 줄이기 위한 구성의 요부를 개략적으로 보인 종단면도.

도 6은 본 발명 무전극 조명 시스템에서 전자파 장해를 줄이기 위한 구성의 요부를 개략적으로 보인 종단면도.

도 7은 본 발명 무전극 조명 시스템에서 점등시와 조명시 각 공진주파수의 동작특성을 보인 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 전원공급부 20 : 마그네트론

30 : 전자파 피더부 40 : 공진주파수 생성부

41 : 인덕터 42 : 캐패시터

50 : 전자파 공진부 51 : 공진부본체

52 : 망상체 53 : 전계강화부재

54 : 필터 60 : 램프부

61 : 전구 70 : 반사경부

Claims (4)

1. 전원공급부와, 전원공급부에 연결하여 특정 주파수의 전자파를 발생하는 전자파 발생부와, 전자파 발생부의 출구에 연결하여 전자파를 안내함과 아울러 적절한 전자파의 공급과 분포를 형성하도록 하는 전자파 피더부와, 전자파 피더부를 통해 안내되는 전자파 중에서 특정 대역의 주파수를 선택할 수 있도록 인덕터(Inductor)와 캐패시터(Capacitor)를 구비하는 공진주파수 생성부와, 전자파 피더부와 공진주파수 생성부를 함께 수용하도록 소정의 공동(cavity)를 구비하여 전자파를 가둬 공진주파수를 가진시키는 전자파 공진부와, 발광물질과 불활성 가스를 함께 봉입하여 전자파 공진부에 수용하고 그 전자파 공진부에서 공진하는 전자파에 의해 불활성 가스가 발광물질을 플라즈마화 방전하면서 발광물질이 빛을 내도록 하는 램프부로 구성한 무전극 조명 시스템에 있어서,

   공진주파수 생성부는 인덕터와 캐패시터를 복수 개의 쌍으로 구비하고 그 인덕터의 길이 또는 캐피시터의 면적을 서로 다르게 형성하여 특정 주파수에서 공진하는 적어도 두 개 이상의 공진주파수를 생성할 수 있도록 한 무전극 조명 시스템의 초기점등 촉진 장치.
2. 제1항에 있어서,

   인덕터는 속찬 기둥 모양으로 형성하고 그 끝단에 평면투영시 원호 또는 반원 모양으로 된 캐패시터를 결합하여 램프부 주변에 배치하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 초기점등 촉진 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   램프부에는 초기점등시 불활성 가스의 방전에 필요한 전계의 강도를 낮출 수 있도록 발광물질과 불활성 가스 외에 방전촉매물질을 첨가한 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 초기점등 촉진장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   전자파 공진부의 내부에는 램프부에 가해지는 전계의 강도를 높일 수 있도록 전계강화부재를 상기한 램프부 주변에 설치하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템.