KR100498307B1 - 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치에 관한 것으로, 본 발명은 초기방전을 위한 버퍼가스와 여기(exiting)되었을 때 가시광을 방출하는 발광물질을 전구에 함께 봉입하여서 된 무전극 조명 시스템에 있어서, 전구 내부에 적어도 2개 이상의 도체를 서로 마주 보도록 배치하여 구성함으로써, 도체의 끝단 주변에서 전기장의 집중현상이 일어나고 이로 인해 형성된 전기장 내에서 전자의 방출이 가속되어 기체 방전을 용이하게 하므로 조명 시스템의 재점등 시간을 단축할 수 있다.

Description

무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치{RELUMINESCENCE ACCELERATION APPARATUS FOR PLASMA LIGHTING SYSTEM}

본 발명은 전자파를 이용한 무전극 조명 시스템에 관한 것으로, 특히 전구에 유사전극을 위치시켜 재점등을 용이하게 할 수 있는 무전극 조명 시스템의 재점등 촉진 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 조명 시스템(PLS : Plasma Lighting System)은 전자레인지에 사용되는 고주파 발진기(마그네트론)에서 발생하는 전자파가 전구내 버퍼가스(buffer gas)를 플라즈마 상태로 만들면서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량을 제공할 수 있는 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 있고, 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 마그네트론(2)과 고압 발생기(3)와 도파관(4) 등을 설치하고, 케이싱(1)의 외부에 전구(5)와 공진기(6)를 설치하여 마그네트론(2)에서 발진하는 전자파를 도파관(4)을 이용하여 공진기(6)로 유도함으로써 전구(5)내 버퍼가스가 플라즈마화 되면서 빛을 발하는 것이다.

이를 보다 상세히 살펴 보면, 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 버퍼가스와 방전촉매물질을 함께 봉입하여 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 반사갓(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.

전구(5)는 도 2에서와 같이 투광체인 석영을 이용하여 구 형상으로 발광부(5a)를 형성하고, 그 발광부 내부에는 전술한 바와 같이 발광물질과 버퍼가스와 방전촉매물질을 함께 봉입하고 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 버퍼가스를 여기(exiting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사갓(7)과 유전체 거울(8)에 의해 전방으로 반사하면서 공간을 밝히는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 무전극 조명 시스템은, 점등 후 소등하고 나면 일정 시간(수십 초 ~ 수 분)이 자나야만 다시 점등이 가능하다. 이는 전구 내부에 중성기체의 압력이 너무 높아서 플라즈마의 방전에 필요한 에너지를 가진 전자의 충분한 가속거리(mean free path)가 확보되지 못하는데 기인한 것으로, 특히 버퍼가스로 크립톤(Xe)을 사용하는 경우에는 아르곤(Ar)가스만을 사용하는 것보다 약 5% 정도 더 광효율이 증대되는 데도 불구하고 큰 충돌 단면적(collision cross section)을 가지는 Xe의 특성 때문에 고압 상태에서는 방전이 더욱 어려워진다. 이를 감안하여 중래에는 재발광 시간을 줄이는 방법으로 전구에 직접 강한 바람(air jet)을 불어서 전구를 냉각하고 이를 통해 전구 내부의 압력을 떨어뜨리는 방법이 시도되고 있으나, 이는 냉각을 위한 부가장치를 장착하는데 따른 비용의 증가와 부가장치의 신뢰성, 전구 주변 공간 활용과 이 부가자치에 의해 방출되는 빛의 가림 등이 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무전극 조명 시스템이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 비용을 절감하면서도 전구 주변 공간을 효율적으로 활용할 수 있고 빛의 가림을 최소화하면서 전구의 재발광 시간을 단축할 수 있는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 초기방전을 위한 버퍼가스와 여기(exiting) 되었을 때 가시광을 방출하는 발광물질을 전구에 함께 봉입하여서 된 무전극 조명 시스템에 있어서, 전구 내부에 적어도 2개 이상의 도체를 서로 마주 보도록 배치하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치를 제공한다.

또, 초기방전을 위한 버퍼가스와 여기되었을 때 가시광을 방출하는 발광물질을 전구에 함께 봉입하고, 이 전구를 동축형 공진기에 내장하여서 된 무전극 조명 시스템에 있어서, 전구 내부에 적어도 2개 이상의 도체를 서로 마주 보도록 배치하고, 그 중 한 쪽 도체는 접지부에 연결하는 반면 다른 한 쪽 도체는 내부전극에 연결하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치를 제공한다.

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

도 3은 본 발명 무전극 조명 시스템의 일례에 대한 요부를 보인 종단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명 무전극 조명 시스템에서 전구의 예를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 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 버퍼가스와 방전촉매물질을 함께 봉입하여 전자파 에너지에 의해 봉입한 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 전구(10)와, 도파관(4)과 전구(10)의 앞쪽에 씌워져 전자파는 차단하면서 상기 전구(10)에서 발광된 빛은 통과하는 공진기(6)와, 공진기(6)를 수용하여 전구에서 발생하는 빛을 직진토록 집중 반사하는 반사갓(7)과, 전구(10) 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(미도시)로 구성한다.

전구(10)는 주로 석영(Quartz) 등과 같이 광투과율이 높고 유전손실이 극히 적은 재질을 구형 또는 원통형으로 발광부(11)를 형성한다.

또, 전구(10)는 도 4에서와 같이 발광부(11) 내부에 텅스텐과 같이 수백 도(℃)의 고온에서도 물리적인 형상을 유지할 수 있도록 내열성을 가진 도체(12)(12)를 적어도 2개 이상 구비하여 서로 마주 보도록 배치한다.

도체(12)(12)는 도 5에서와 같이 발광부(11) 내부의 플라즈마와 직접 반응하여 열화되는 것을 방지할 수 있도록 그 외주면에 보호코팅부(13)(13)를 형성하되 이 보호코팅부(13)(13)는 접합이나 열팽창 계수 등을 감안할 때 전구(10)와 동일한 재질인 석영으로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 봉입물질은 전구의 작동 중 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 전구(10) 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤(Ar), 크립톤(Xe), 크립톤(Kr) 등의 버퍼가스와, 그리고 수은과 같이 초기 방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 스텍트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질로 이루어진다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 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 버퍼가스를 여기(exiting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사갓(7)과 유전체 거울(8)에 의해 전방으로 반사하면서 공간을 밝힌다.

이때, 전구(10)의 발광부(11) 내부에 유사전극(pseudo electrode)의 역할을 하는 도체(12)(12)를 서로 마주보도록 설치함에 따라 도체(12)(12)의 끝단에서 전기장의 집중현상이 일어나고 이로 인해 강한 전기장이 형성되면서 전자의 방출속도가 가속되어 기체 방전을 용이하게 하므로 조명 시스템의 재점등 시간을 단축할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 의한 무전극 조명 시스템의 재점등 촉진 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

도 6에서와 같이 전자파 공급원(microwave source)(21)에 동축(coaxial)내부전극을 이루는 피더(22)를 연결하고 이 피더(22)를 동축 접지부를 이루는 공진기(23)의 내부로 연장 설치하며 이 공진기(23)의 내부에 상기한 봉입물질을 채운 전구(24)를 장착하는 경우에도 상기한 전구(24)에 복수 개의 도체(25)(25)를 서로 마주보도록 설치하여 전구(24) 내에 강한 전기장을 형성할 수도 있다. 도면중 26은 반가갓, 27은 메쉬이다.

이를 위해, 도 7에서와 같이 전구(24)의 내부에 설치한 도체(25)(25) 중에서 어느 한 쪽은 메쉬(27) 또는 공진기(23)로 대표되는 접지부에 연결하는 반면 다른 한 쪽은 전자파공급원(21)에서 전자파를 공진기(23) 내부로 유도하는 피더(22)로 대표되는 내부전극에 연결함으로써 두 전극(25)(25) 사이에 필드를 강하게 형성할 수 있다.

전구(24)는 앞서 언급한 바와 같이 구형이나 원통형으로 발광부(미부호)를 형성할 수도 있으나 도 9 및 도 10에서와 같이 전구(30)를 중간이 좁고 양끝이 넓은 소위 "땅콩"모양으로 형성할 수도 있다. 이는 전극(31)(31)의 간격을 조절하기 위해 플라즈마 형상을 조절하고 이를 통해 광원의 크기를 조절하고자 하는 것으로 특히 양쪽 전극(31)(31) 사이가 좁은 경우에는 플라즈마 집중 현상이 발생하여 재발광을 더욱 촉진할 수 있다.

또, 도 11 및 도 12에서와 같이 전구(40)의 두께를 통상 전극(41)의 두께 비해 2배 정도로 두껍게 형성할 수도 있다. 이는 전구(40)에 다른 재질인 도체를 매입하는 경우 전구(40)의 파손을 우려한 조처로 이를 통해 전구(40)의 파손을 미연에 방지하여 조명 시스템의 수명을 길게 유지할 수 있다.

한편, 도체는 전술한 바와 같이 전구의 내부온도가 수백 도까지 올라가는 점을 고려하여 고온에서도 물리적인 형상을 유지할 수 있는 텅스텐 재질로 형성하는 것이 바람직하고, 전구 내부의 플라즈마와 직접 반응하여 열화되는 것을 방지할 수 있도록 도 8 및 도 10에서와 같이 도체(24)(31)의 외주면에 보호코팅부(24a)(30a)를 형성하되 이 보호코팅부(24a)(30a)는 접합이나 열팽창 계수 등을 감안할 때 전구(24)(30)와 동일한 재질인 석영으로 형성하는 것이 바람직하다.

참고로, 전구의 형상을 비진원형으로 형성하거나 그 두께를 도체의 두께 보다 두껍게 형성하는 것 등은 동축형 공진기를 사용하는 조명 시스템에만 적용하는 것이 아니라 도 3에 제시한 일반적인 공진기를 사용하는 조명 시스템에도 적용할 수 있다.

본 발명은 전구의 내부에 서로 마주 보는 도체를 설치함으로써, 도체의 끝단 주변에서 전기장의 집중현상이 일어나고 이로 인해 형성된 전기장 내에서 전자의 방출이 가속되어 기체 방전을 용이하게 하므로 조명 시스템의 재점등 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 종래 무전극 조명 시스템의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 무전극 조명 시스템의 전구를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 무전극 조명 시스템의 일례에 대한 요부를 보인 종단면도.

도 4 및 도 5는 본 발명 무전극 조명 시스템에서 전구의 예를 보인 종단면도.

도 6은 본 발명 무전극 조명 시스템의 다른 실시예를 보인 종단면도.

도 7 내지 도 12는 본 발명 무전극 조명 시스템에서 전구의 각 예들을 개략적으로 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10,24,30,40 : 전구 11 : 발광부

12,25,31,41 : 도체 13,24a,30a : 보호코팅부

22 : 피더(동축내부전극) 23 : 공진기(동축접지부)

Claims (10)

1. 초기방전을 위한 버퍼가스와 여기(exiting) 되었을 때 가시광을 방출하는 발광물질을 전구에 함께 봉입하여서 된 무전극 조명 시스템에 있어서,

   전구 내부에 적어도 2개 이상의 도체를 서로 마주 보도록 배치하되, 전구는 서로 마주보는 양쪽 도체의 끝단 사이가 다른 부위 보다 좁아지도록 비진원형이고 좌우 대칭 단면 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
2. 전자파 공급원에 동축(coaxial)내부전극을 이루는 피더를 연결하고, 이 피더를 동축 접지부를 이루는 공진기의 내부로 연장 설치하며, 이 공진기의 내부에 초기방전을 위한 버퍼가스와 여기되었을 때 가시광을 방출하는 발광물질을 함께 봉입한 전구를 장착하여서 되는 무전극 조명 시스템에 있어서,

   전구의 내부에 복수 개의 도체를 서로 마주보도록 설치하되, 어느 한 쪽 도체는 접지부인 공진기에 연결하는 반면 다른 한 쪽 도체는 내부전극인 피더에 연결하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
3. 제2항에 있어서,

   도체는 수 백도 이상의 고온에서도 물리적인 형체를 유지할 수 있도록 내열성을 가지는 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
4. 제3항에 있어서,

   도체는 텅스텐 인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
5. 제2항에 있어서,

   도체는 전구 내부의 플라즈마와 직접 반응하여 열화되는 것을 방지할 수 있도록 그 외주면에 다른 재질로 보호코팅하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
6. 제5항에 있어서,

   도체는 전구와 동일한 재질로 보호코팅하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제2항에 있어서,

   전구는 서로 마주보는 양쪽 도체의 끝단 사이가 다른 부위 보다 좁아지도록 비진원형이고 좌우 대칭 단면 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 시스템의 재발광 촉진 장치.
10. 삭제