KR100806583B1 - Plasma lighting system - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 무전극 램프 장치는, 전자파를 발생하는 마그네트론; 상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관; 상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및 상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입되고, 그 표면에 가시광 에너지를 제외한 에너지를 반사하도록 열반사층이 형성되는 무전극 전구;를 포함함으로써, 그 발광부에서 발생되는 에너지 중에서 가시광 에너지는 그대로 통과시키는 반면 나머지 에너지는 반사시켜 다시 발광부의 플라즈마를 가열시켜 광속이 증가되도록 하고 이를 통해 무전극 램프의 에너지 손실을 줄여 광효율이 향상되도록 할 수 있다.Electrode lamp device according to the present invention, the magnetron for generating an electromagnetic wave; A waveguide communicating with an output of the magnetron to guide electromagnetic waves; A resonator for resonating electromagnetic waves communicated with the outlet of the waveguide; And an electrodeless light bulb provided in the resonator and having a light emitting material encapsulated therein so as to generate light while plasma is formed therein, and a heat reflection layer formed on the surface thereof to reflect energy excluding visible light energy. While the visible light energy is passed through as it is, the remaining energy is reflected to heat the plasma of the light emitting unit again to increase the luminous flux, thereby reducing the energy loss of the electrodeless lamp to improve the light efficiency.

Description

무전극 램프 장치{PLASMA LIGHTING SYSTEM}Induction lamp device {PLASMA LIGHTING SYSTEM}

도 1은 본 발명 무전극 램프 장치를 보인 단면도,1 is a cross-sectional view showing an electrodeless lamp device of the present invention;

도 2는 본 발명 무전극 전구의 일부를 보인 확대도,2 is an enlarged view showing a part of the electrodeless light bulb of the present invention;

도 3은 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 파장대역별 에너지 변화를 보인 그래프,Figure 3 is a graph showing the energy change for each wavelength band to explain the effect on the heat reflection layer of the present invention,

도 4는 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 비교하여 보인 실험표. Figure 4 is a comparison table shown to explain the effect on the heat reflection layer of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

20 : 마그네트론 50 : 공진기20: magnetron 50: resonator

60 : 무전극 전구 61 : 발광부60: electrodeless light bulb 61: light emitting unit

61a : 열반사층 62 : 축부61a: heat reflection layer 62: shaft portion

70 : 반사갓70: reflection shade

본 발명은 무전극 램프 장치에 관한 것으로, 특히 무전극 전구에서 발생되는 열 손실을 줄여 광효율을 높이고자 하는 무전극 램프 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrodeless lamp device, and more particularly, to an electrodeless lamp device for reducing light loss generated by an electrodeless bulb to increase light efficiency.

일반적으로 조명용 광원의 종류로는 열복사를 이용한 백열전구와, 형광체를 방전관에 사용한 형광램프와, 고압 기체 또는 증기 중의 방전에 의한 발광을 이용한 고휘도 방전램프(high intensity discharge lamp; HID 램프)와, 무전극 방전(electrodeless discharge)을 이용한 무전극 램프 장치(Plasma Lighting System;PLS)로 구분할 수 있다.In general, the type of illumination light source includes an incandescent lamp using heat radiation, a fluorescent lamp using a phosphor for a discharge tube, a high intensity discharge lamp (HID lamp) using light emission by discharge in a high-pressure gas or steam, and an electrodeless electrode. It can be classified into a plasma lighting system (PLS) using an electrode (electrodeless discharge).

이러한 조명용 광원은 종류에 따라 장단점을 가지고 있다. 먼저, 상기 백열전구의 경우에는 고연색성이고 소형이며 점등회로가 단순하여 저렴하지만 광효율이 낮고 수명이 짧은 단점이 있다. 또, 상기 형광램프는 광효율이 백열램프에 비해 높고 수명도 백열전구에 비해 긴 편이나 램프의 크기가 상대적으로 크고 부속점등회로가 필요하다는 단점이 있다. 또, 상기 HID램프는 효율이 높고 수명이 길으나 점등과 재점등에 시간이 걸리고 형광램프와 같이 부속점등회로 필요한 단점이 있다. 마지막으로 상기 PLS는 수명이 다른 램프에 비해 상대적으로 상당히 길며 광효율 역시 가장 높으나 소비전력이 크고 가격이 고가이며 부속점등회로가 필요하다는 단점이 있다.These lighting sources have advantages and disadvantages depending on the type. First, the incandescent lamp is inexpensive due to its high color rendering, small size, and simple lighting circuit, but has low light efficiency and short lifespan. In addition, the fluorescent lamp has a higher light efficiency than an incandescent lamp and a longer lifespan than an incandescent lamp, but has a disadvantage in that the size of the lamp is relatively large and an accessory lighting circuit is required. In addition, the HID lamp has a high efficiency and a long life, but it takes a long time to turn on and restart the lamp, and has a disadvantage of requiring an auxiliary lighting circuit such as a fluorescent lamp. Finally, the PLS has a considerably longer lifespan than other lamps and has the highest light efficiency, but has the disadvantage of high power consumption, high price, and an auxiliary lighting circuit.

특히, PLS는 비교적 신광원으로 인식되고 있는 램프 장치이다. 상기 PLS는 직경 25~40mm의 석영구에 아르곤 등 발광물질을 봉입하여 무전극 전구를 이루고, 이 무전극 전구를 마이크로파 공동(cavity)에 가둬 마그네트론으로 2.45GHz의 마이크로파 방전을 일으켜 상기 무전극 전구의 발광물질에서 발광효율이 높고 연색성이 좋은 백색광의 연속 스펙트럼을 얻도록 하는 램프 장치이다.In particular, PLS is a lamp device that is recognized as a relatively new light source. The PLS forms an electrodeless bulb by encapsulating a light emitting material such as argon in a quartz sphere having a diameter of 25 to 40 mm, and trapping the electrodeless bulb in a microwave cavity to generate a microwave discharge of 2.45 GHz with a magnetron to produce the electrodeless bulb. It is a lamp device to obtain a continuous spectrum of white light having high luminous efficiency and good color rendering in the light emitting material.

그러나, 상기와 같은 종래 무전극 램프 장치는 그 무전극 전구가 석영재질로 이루어져 있다. 그 석영의 에너지 성분을 분류하면 자외선(UV), 가시광(Visible light), (Near IR), (FAR IR) 등으로 구성된다. 각각의 에너지 성분이 차지하는 분율을 분석해 보면 표 1.과 같다.However, in the conventional electrodeless lamp device as described above, the electrodeless bulb is made of quartz material. The energy component of the quartz is classified into ultraviolet (UV) light, visible light, (near IR), and (FAR IR). Analysis of the fraction of each energy component is shown in Table 1.

표 1.Table 1.

에너지 성분Energy components 에너지 분율(%)Energy fraction (%) 자외선(UV)Ultraviolet (UV) 0.70.7 가시광선(Visible)Visible 41.441.4 근적외선(Plasma IR)Near Infrared (Plasma IR) 7.97.9 원적외선(Envelop IR)Far Infrared IR 20.420.4 대류손실(convection Loss)Convection loss 25.525.5

이 중 가시광의 에너지 분율(41.4%)을 제외한 나머지 에너지 분율(54.5%)은 손실이 되므로 그만큼 무전극 전구의 광효율이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.Among them, the remaining energy fraction (54.5%) except for the visible energy fraction (41.4%) is a loss, so there is a problem in that the light efficiency of the electrodeless bulb is lowered.

본 발명은 상기와 같은 종래 무전극 램프 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 가시광을 제외한 전구에서 발산되는 모든 출력 에너지를 다시 무전극 전구의 내부로 되돌려 에너지 손실을 줄이고 이를 통해 광효율을 향상시킬 수 있는 무전극 램프 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention has been made in view of the problems of the conventional electrodeless lamp device as described above, by returning all the output energy emitted from the bulb except visible light back to the inside of the electrodeless bulb to reduce the energy loss and thereby improve the light efficiency SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrodeless lamp device that can be used.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전자파를 발생하는 마그네트론; 상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관; 상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및 상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입되는 발광부를 갖는 무전극 전구;를 포함하고, 상기 발광부의 표면 전체에 가시광 에너지를 제외한 에너지를 반사하도록 열반사층이 형성되는 무전극 전구;를 포함한 무전극 램프가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, a magnetron for generating an electromagnetic wave; A waveguide communicating with an output of the magnetron to guide electromagnetic waves; A resonator for resonating electromagnetic waves communicated with the outlet of the waveguide; And an electrodeless light bulb having a light emitting part enclosed in the resonator and having a light emitting material encapsulated therein so as to generate light while plasma is formed therein. Provided is an electrodeless lamp comprising an electrodeless bulb formed.

이하, 본 발명에 의한 무전극 램프 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the electrodeless lamp device which concerns on this invention is demonstrated in detail based on one Example shown in an accompanying drawing.

도 1은 본 발명 무전극 램프 장치를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명 무전극 전구의 일부를 보인 확대도이며, 도 3은 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 파장대역별 에너지 변화를 보인 그래프이고, 도 4는 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 비교하여 보인 실험표이다.1 is a cross-sectional view showing an electrodeless lamp device of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view showing a part of the electrodeless light bulb of the present invention, and FIG. 3 is a view showing energy change for each wavelength band to explain the effect on the heat reflecting layer of the present invention. It is a graph, Figure 4 is a comparison table shown to explain the effect on the heat reflection layer of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 무전극 램프 장치는, 케이싱(10)의 내부에 장착되어 전자파를 생성하는 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)에 상용 교류전원을 고압으로 승압하여 공급하는 고압발생기(30)와, 상기 마그네트론(20)의 출력부에 연통되어 그 마그네트론(20)에서 생성된 전자파를 전달하는 도파관(40)과, 상기 도파관(40)의 출구에 연통되어 그 출구를 통해 전달되는 전자파가 공진되는 공진기(50)와, 상기 공진기(50)의 내부에 수용되어 전자파 에너지에 의해 봉입물질이 플라즈마화 되면서 빛을 발생하는 무전극 전구(60)와, 상기 공진기(50)와 무전극 전구(60)가 수용되어 그 무전극 전구(60)에서 발생되는 빛을 전방으로 반사하는 반사갓(70)과, 상기 무전극 전구(60) 후방측의 공진기(50) 내부에 장착되어 전자파는 통과하면서 빛은 반사하는 유전체거울(80)과, 상기 케이싱(10)의 일측에 설치되어 마그네트론(20)과 고압발생기(30)를 냉각하는 냉각팬(90)으로 구성된다.As shown therein, the electrodeless lamp device according to the present invention includes a magnetron 20 mounted inside the casing 10 to generate electromagnetic waves, and boosting and supplying commercial AC power to the magnetron 20 at a high pressure. The high pressure generator 30, the waveguide 40 which communicates with the output of the magnetron 20 and transmits the electromagnetic waves generated in the magnetron 20, and the outlet of the waveguide 40 is communicated through the outlet A resonator 50 in which electromagnetic waves transmitted are resonant, an electrodeless light bulb 60 which is accommodated in the resonator 50 and generates light as the encapsulation material is plasma-formed by electromagnetic wave energy, and the resonator 50 and The electrodeless bulb 60 is accommodated in the reflection shade 70 for reflecting forward the light generated by the electrodeless bulb 60, and the inside of the resonator 50 of the electrodeless bulb 60, the electromagnetic wave is mounted Light is reflecting as it passes through Is installed on one side of the full mirror 80, and, the casing (10) consists of a cooling fan 90 for cooling the magnetron 20 and the high voltage generator 30.

상기 공진기(50)는 빛은 통과시키는 반면 전자파는 가둘 수 있도록 메시 형 상으로 형성된다.The resonator 50 is formed in a mesh shape so that light can pass while electromagnetic waves can be trapped.

상기 무전극 전구(60)는 그 내부체적에서 발생되는 빛이 외부로 발산되도록 석영을 이용하여 형성된다. 또, 상기 무전극 전구(60)는 구 형상으로 발광부(61)가 형성되어 그 발광부(61)의 내부체적에 전자파 에너지에 의해 플라즈마화 되면서 빛을 발생하도록 발광물질과 불활성가스 그리고 방전촉매물질 등이 봉입된다. 또, 상기 발광부(61)의 일측에는 축부(62)가 일체로 연장 형성되어 회전될 수 있도록 상기 케이싱(10)의 내부에 구비된 전구모터(M1)의 회전축에 결합된다.The electrodeless light bulb 60 is formed using quartz so that light generated in the internal volume is emitted to the outside. In addition, the electrodeless light bulb 60 has a light emitting part 61 formed in a spherical shape so that the light emitting material, an inert gas, and a discharge catalyst are generated so as to generate light while being plasmaized by electromagnetic wave energy in the internal volume of the light emitting part 61. The substance etc. are enclosed. In addition, one side of the light emitting unit 61 is coupled to the rotating shaft of the bulb motor (M1) provided in the casing 10 so that the shaft portion 62 is formed to extend integrally rotated.

상기 발광부(61)는 도 2에서와 같이 그 외주면 전체에 TiO2 또는 SiO2 또는 Ta2O5 중에서 한 개 이상의 물질이 번갈아 코팅되어 가시광을 제외한 에너지를 상기 발광부(61)의 내부공간으로 반사하여 '적외선 코팅층'이라고 하는 열반사층(61a)이 형성된다. 2, at least one of TiO 2, SiO 2, or Ta 2 O 5 is alternately coated on the entire outer circumferential surface of the light emitter 61 to transfer energy excluding visible light to the internal space of the light emitter 61. By reflecting, a heat reflection layer 61a called an "infrared coating layer" is formed.

상기 열반사층(61a)은 상기 발광부(61)의 내주면에 형성될 수 있으나, 공정상 외주면에 형성되는 것이 유리하다. 또, 상기 열반사층(61)은 단층으로 형성되거나 또는 한 개의 물질을 이용하여 복층으로 형성될 수도 있다.The heat reflection layer 61a may be formed on the inner circumferential surface of the light emitting part 61, but is advantageously formed on the outer circumferential surface in the process. In addition, the heat reflection layer 61 may be formed as a single layer or may be formed as a multilayer using a single material.

한편, 상기 열반사층(61)은 도면으로 도시되지는 않았으나, 빛이 반사되는 공진기(50)의 내주면이나 또는 상기 반사갓(70)의 내주면에도 상기 물질들을 여러 겹으로 코팅하여 형성할 수 있다.Although not shown in the drawing, the heat reflection layer 61 may be formed by coating a plurality of layers on the inner circumferential surface of the resonator 50 to which light is reflected or the inner circumferential surface of the reflector 70.

상기와 같은 종래 무전극 램프 장치는 다음과 같이 동작된다.The conventional electrodeless lamp device as described above is operated as follows.

즉, 상기 마그네트론(20)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖 는 전자파가 생성되고, 이 전자파는 상기 도파관(40)을 통해 공진기(50) 내부로 방사되면서 상기 무전극 전구(60)의 발광부(61) 내에 봉입된 불활성가스가 여기(exiting)된다. 이 과정에서 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 되면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛이 발생되고, 이 빛은 상기 반사갓(70)과 유전체거울(80)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝힌다.That is, the magnetron 20 generates an electromagnetic wave having a very high frequency while oscillating by the high pressure, and the electromagnetic wave is radiated into the resonator 50 through the waveguide 40 to the inside of the electrodeless light bulb 60. The inert gas enclosed in the light emitting portion 61 is excited. In this process, the light emitting material continuously emits plasma, and light having a unique emission spectrum is generated, and the light is reflected forward by the reflection shade 70 and the dielectric mirror 80 to brighten the space.

이때, 상기 무전극 전구(60)의 발광부(61) 표면에는 열반사층(61a)이 코팅되어 그 발광부(61)에서 발생되는 에너지 중에서 가시광 에너지만 통과시키는 반면, 앞서 언급된 나머지 에너지는 열반사층(61a)에 반사되어 플라즈마의 온도를 높이게 되고 이로 인해 상기 발광부(61) 내의 S3성분을 낮춰 가시광 효율을 높이게 되는 것이다.At this time, the heat reflection layer 61a is coated on the surface of the light emitting portion 61 of the electrodeless light bulb 60 so as to pass only visible light energy from the energy generated by the light emitting portion 61, while the remaining energy mentioned above is heat. Reflected by the reflective layer 61a increases the temperature of the plasma, thereby lowering the S 3 component in the light emitting part 61 to increase the visible light efficiency.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 발광부(61)내의 에너지 손실이 줄어 그만큼 플라즈마 온도가 상승하게 되고 이에 따라 상기 발광부(61)내 봉입물질의 광속을 증가시키게 된다. 이는 350W의 마그네트를 적용할 때 도 3에서와 같이 대략 780 ~1980nm의 파장대역에 대한 에너지 손실을 줄일 수 있고, 이를 통해 도 4에서와 같이 350W의 마그네트론을 적용할 때 가시광량은 비록 -4.4W 감소를 하고 EIR(Envelop IR : 원적외선)이 0.5W 감소하더라도 PIR(Plasma IR : 근적외선)이 8.3W 증가하는 등 전체적으로는 5% 내외의 광효율이 향상되는 것을 알 수 있다.Looking at this in more detail, the energy loss in the light emitting unit 61 is reduced, so that the plasma temperature is increased accordingly, thereby increasing the luminous flux of the encapsulation material in the light emitting unit 61. This can reduce the energy loss for the wavelength band of approximately 780 ~ 1980nm as shown in Figure 3 when applying a 350W magnet, so that the visible light amount is -4.4W when applying a 350W magnetron as shown in FIG. Even if it decreases and EIR (Envelope IR: Far Infrared) decreases by 0.5W, PIR (Plasma IR: Near Infrared) increases by 8.3W.

참고로, 상기 열반사층은 전술한 바와 같이 상기 무전극 전구의 표면 뿐만 아니라 공진기의 내주면이나 반사갓의 내주면에 형성될 수도 있다. 이 경우 구체적 인 실험예는 예시하지 않았으나 앞선 예를 근거로 하여 광효율이 향상되는 것을 알 수 있다.For reference, the heat reflection layer may be formed on the inner circumferential surface of the resonator or the inner circumferential surface of the reflection shade as well as the surface of the electrodeless bulb as described above. In this case, although the specific experimental example is not illustrated, it can be seen that the light efficiency is improved based on the previous example.

본 발명에 의한 무전극 램프 장치는, 상기 발광부의 외주면에 적외선 반사코팅을 실시함에 따라 그 발광부에서 발생되는 에너지 중에서 가시광 에너지는 그대로 통과시키는 반면 나머지 에너지는 반사시켜 다시 발광부의 플라즈마를 가열시켜 광속이 증가되도록 하고 이를 통해 무전극 램프의 에너지 손실을 줄여 광효율이 향상되도록 할 수 있다.In the electrodeless lamp device according to the present invention, as the infrared reflection coating is applied to the outer circumferential surface of the light emitting unit, visible light energy is passed as it is while energy is emitted from the light emitting unit as it is, and the remaining energy is reflected to heat the plasma of the light emitting unit again, This increases the energy efficiency of the electrodeless lamp by improving the light efficiency.

Claims (7)

전자파를 발생하는 마그네트론;A magnetron generating electromagnetic waves; 상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관;A waveguide communicating with an output of the magnetron to guide electromagnetic waves; 상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및A resonator for resonating electromagnetic waves communicated with the outlet of the waveguide; And 상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입되는 발광부를 갖는 무전극 전구;를 포함하고,And an electrodeless light bulb having a light emitting part installed in the resonator and encapsulating a light emitting material so that light is generated while being plasma inside the resonator. 상기 발광부의 표면 전체에 가시광 에너지를 제외한 에너지를 반사하도록 열반사층이 형성되는 무전극 전구;를 포함한 무전극 램프.And an electrodeless light bulb having a heat reflection layer formed to reflect energy excluding visible light energy on the entire surface of the light emitting part. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열반사층은 적어도 2개 이상의 물질이 교번되게 코팅되는 무전극 램프.And the heat reflection layer is coated with at least two materials alternately. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열반사층은 단일층으로 코팅되는 무전극 램프.The heat reflection layer is an electrodeless lamp coated with a single layer. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열반사층은 복수층으로 코팅되는 무전극 램프.The heat reflection layer is an electrodeless lamp is coated with a plurality of layers. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열반사층은 TiO2 또는 SiO2 또는 Ta2O5 중에서 한 개 이상의 물질이 번갈아 코팅되어 형성되는 무전극 램프.The heat reflection layer is an electrodeless lamp is formed by alternately coating one or more materials of TiO 2 or SiO 2 or Ta 2 O 5 . 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 공진기의 내주면에도 상기 열반사층이 형성되는 무전극 램프.And the heat reflection layer is formed on an inner circumferential surface of the resonator. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 공진기와 무전극 전구를 수용하여 그 무전극 전구에서 발생되는 빛을 반사하도록 반사갓이 설치되고, 그 반사갓의 내주면에도 상기 열반사층이 형성되는 무전극 램프.A reflector is provided to accommodate the resonator and the electrodeless bulb to reflect light generated from the electrodeless bulb, and the heat reflection layer is formed on the inner circumferential surface of the reflector.
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