KR101174989B1 - 이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프 - Google Patents

이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 전극(6), 및 내부 전극(7), 및 보조 전극(8)을 포함하는 동축 이중-튜브 어레인지먼트의 유전체 장벽 방전 램프에 관한 것이다. 내부 전극(7)은 이중-튜브 어레인지먼트의 내부 튜브(3) 내부에 배치된 전기 전도성 층으로서 설계된다. 보조 전극(8)은 예를 들어 금속 튜브 또는 파이프로서 설계되고 또한 상기 전도성 층과 직접 접촉하여 내부 튜브(3) 내부에 배치된다. 이런 방식으로, 내부 전극의 전도성(S)은 개선된다.

Description

이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프{DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP CONFIGURED AS A DOUBLE TUBE}
본 발명은 동축 이중-튜브 어레인지먼트(coaxial double-tube arrangement) ? 즉, 내부 튜브가 외부 튜브 내에서 동축으로 배열됨 ? 를 가진 방전 용기를 구비한 유전체 장벽(barrier) 방전 램프에 관한 것이다. 이 경우, 내부 튜브 및 외부 튜브는 그들의 양쪽 단부 측들이 서로 접속되고 따라서 가스 기밀 방전 용기를 형성한다. 그러므로 방전 용기에 의해 둘러싸인 방전 공간은 내부 튜브 및 외부 튜브 사이에서 연장된다.
이런 타입의 방전 램프는 통상적으로 내부 튜브 내에 배열된 제 1 전극, 및 외부 튜브의 외측 상에 배열된 제 2 전극을 가진다. 그러므로 양쪽 전극들은 방전 용기 또는 방전 공간 외측에 배치된다. 그러므로 이 경우 방전은 두 개의 측면들 상에서 유전체 장벽에 의해 방해된다. 때때로 간략화를 위해 안쪽 전극 또는 내부 전극 및 바깥쪽 전극 또는 외부 전극이 이하에서 언급될 때, 이런 지칭은 결과적으로 동축 이중-튜브 어레인지먼트에 대하여 당해 전극의 물리적 배열, 즉 내부 튜브 안 또는 외부 튜브의 외부측 상의 물리적 배열을 지칭한다. 이 경우, 두 개의 전극들은 유전체적으로 임피드된(impeded) 방전이 방전 공간 내에서 가능한 균일해지도록 방전 용기의 벽에 대해 가능한 한 빈틈없이 유지되야(bear against) 한다.
이런 타입의 램프는 특히 프로세싱 기술, 예를 들어 표면 세척 및 활성화, 광분해반응, 오존 생성, 음용수(drinking water) 정화, 금속-도금 및 UV-경화시 UV 조사에 사용된다. 이런 맥락에서, 명칭, 방사기(emitter) 또는 UV 방사기는 또한 일반적이다.
문헌 US 4,945,290은 동축 이중-튜브 방사기를 개시하였다. 이 경우 내부 전극은 금속 층 형태이다.
문헌 EP 0 703 603 A1은 마찬가지로 동축 이중-튜브 방사기를 개시하였다. 상기 문헌에서, 금속 층의 기상 증착 및 수명 양쪽 관점에서의 단점들에 대해 언급된다. 그러므로 명백히 이중-튜브 방사기의 수축된(constrict) 내부 튜브 내에서 균일한 층 두께가 기상-증착되는 것은 가능하지 않다. 게다가, 상기 층은 대략 0.01 mm보다 큰 두께를 가지면 쉽게 분리될 수 있다. 게다가, 상기 층은 동작 동안 특히 얇은 지점들에서 부식되고 따라서 방사기의 이용 가능한 수명이 짧아진다. 그러므로 EP 0 703 603 A1은 금속 층 대신 내부 전극으로서의 금속 튜브를 제안하고, 상기 금속 튜브는 길이방향 축의 방향으로 직선의 연속적인 슬롯을 가진다. 대안으로서, 서로 이격된 두 개의 하프-쉘(half-shell)들을 포함하는 튜브형 내부 전극은 개시된다. 하나의 단점은 어떠한 경우도 내부 튜브를 따라 직경의 변동들뿐 아니라 원주 방향으로 파동들 및 다른 울퉁불퉁한 섹션들 어느 것도 보상될 수 없다는 사실이다.
본 발명의 목적은 개선된 내부 전극을 가진 동축 이중-튜브 어레인지먼트를 가진 유전체 장벽 방전 램프를 제공하는 것이다.
이 목적은 방전 용기를 구비한 유전체 장벽 방전 램프에 의해 달성되고, 상기 유전체 장벽 방전 램프는, 외부 튜브 및 내부 튜브 ? 상기 내부 튜브는 상기 외부 튜브 내에서 동축으로 배열되고, 상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브는 가스-기밀 방식으로 서로 연결되고, 그 결과 방전 매체로 충전된 방전 공간은 상기 내부 튜브 및 상기 외부 튜브 사이에 형성됨 ?, 제 1 전극 및 적어도 하나의 추가 전극 ? 상기 제 1 전극은 상기 내부 튜브의 내부 측에 적용된 전기 전도성 층 형태임 ? 을 포함하고, 전류를 운반할 수 있고 제 1 전극과 전기 전도성 접촉하는 부가적인 전극이 상기 내부 튜브 내에 배열되는 것을 특징으로 한다.
특히 유리한 구성들은 종속항들에 제공된다.
게다가, 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 램프를 가진 전기 방사기 시스템 및 상기 전기 방사기 시스템에 접속된 전기 공급 장치에 대한 보호가 청구된다.
본 발명의 기본 개념은 이중-튜브 방사기의 내부 튜브 내에 부가적인 전극을 배열하고 상기 부가적인 전극을 전기 전도성 층과 전기 전도성 접촉하게 하는데 있다. 전기 전도성 층이 충분한 범위까지 전류를 운반할 수 없고 매우 높은 전력이 발생하는 경우 부분적으로 용융되는 것이 지적되었다. 그러므로 부가적인 전극은 동작 동안 일부 전류를 운반할 수 있도록 설계된다.
전기 접촉은 바람직하게 가능한 한 균일하게 층과 접촉하는 부가적인 전극에 의해 이루어진다. 게다가, 전기 접촉을 추가로 개선하고 가능한 한 오래 전기 접촉을 유지하기 위하여 상기 층과 부가적인 전극 사이에 적당한 접속 매체, 예를 들어 전기 전도성 페이스트(paste), 접착제 또는 기타 등등을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
부가적인 전극의 전류-운반 능력이 최적화되도록, 부가적인 전극은 바람직하게 전기 전도성 층의 전체 축 및/또는 방위각 범위에 걸쳐, 즉 상기 전기 전도성 층의 전체 외부 표면에 걸쳐 실질적으로 연장된다. 게다가, 부가적인 전극의 치수들 및 모양은 바람직하게 가능한 한 효과적이고 가능한 한 큰 영역을 커버하는 전기 접촉이 전기 전도성 층과 이루어지도록 선택된다. 그렇지 않으면, 국부적 전류 밀도들이 증가되고 그러므로 특히 매우 높은 전력들에서 층이 용융될 위험성이 있다. 그러나, 부가적인 전극은 반드시 전체 외부 표면에 걸쳐 내부 튜브의 금속 층을 커버할 필요가 없다. 대신, 예를 들어 접착하여 본딩되는 바람직하게 축방향으로 평행한 충분한 두께의 금속 스트립에 의해, 특정 환경들에서 부가적인 전극이 금속 층의 외부 표면의 일부만을 커버하면 충분할 수 있다.
부가적인 전극은 바람직하게 금속 직물 패브릭(woven fabric), 금속 편물(knitted fabric) 또는 등등으로부터 만들어진 예를 들어 적당한 치수들을 가진 금속 튜브 또는 가요성 금속 튜브 형태 같은 바람직하게 전기 전도성, 실질적으로 원통형(circuar-cylindrical) 구조 형태이다. 이것은 전기 전도성 층이 프로세스 시 파괴되지 않고 부가적인 전극이 내부 튜브 내로 쉽게 도입되는 것을 보장한다. 추가 측면은 부가적인 전극이 또한 전기 전도성 층에 그리고 바람직하게 상기 층의 전체 범위에 걸쳐 가능한 한 균일하게 유지되는 것이다. 이런 목적을 위해, 금속 튜브를 사용할 때 하나 또는 그 이상의 슬롯들을 가진 상기 금속 튜브를 제공하는 것이 유리하다. 따라서 이것은 금속 직물 패브릭과 유사한 방식으로 전기 전도성 층의 표면에 보다 잘 적응될 수 있다.
전기 전도성인, 예를 들어 내부 튜브의 금속 층은 예를 들어 알루미늄 또는 귀금속, 바람직하게 백금, 팔라듐 또는 금으로 이루어진다. 이것은 스퍼터링 같은 물리적 프로세스들, 진공 기상 증착, 전기 도금 또는 베이킹 바니쉬(baking varnish), 화학 침전 또는 무전극 도금 같은 화학 코팅에 의해 가해진다.
부가적인 전극을 설치할 때 내부 튜브의 얇은 금속 층이 긁히는 것을 회피하기 위해, 예를 들어 니켈로 이루어진 긁힘 방지 보호층으로 미리 상기 얇은 금속 층을 코팅하는 것이 유리할 수 있다.
전류를 운반할 수 있는 부가적인 전극의 도움으로, 본 발명은 상시적 동작 및 높은 전력들에서조차도 1차적인 내부 전극으로서, 내부 튜브에 대해 최적 접촉 유지의 연관된 장점을 가지는 금속 층을 사용하는 것을 가능하게 한다. 그러므로 마지막으로, 본 발명은 두 개의-컴포넌트 해결책을 제안한다. 제 1 컴포넌트는 얇은 층이고 내부 튜브에 대해 접촉 유지를 위해 최적이다. 제 2 컴포넌트는 전류를 운반할 수 있고 주로 전류의 전달을 위해 사용되는 부가적인 전극이다.
본 발명에 따른 전기 방사기 시스템은 또한 본 발명에 따른 유전체 배리어 방전 램프에 더하여 전기 공급 장치를 가진다. 공급 장치의 제 1 단자는 외부 전극에 접속된다. 공급 장치의 제 2 단자는 부가적인 전극에 접속된다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 램프의 길이방향 단면도를 도시한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 램프의 확대 상세도를 도시한다.
도 1c는 도 1a에 도시된 램프의 단면도를 도시한다.
도 2는 부가적인 전극의 측면도를 도시한다.
도 3은 길이방향 슬롯을 가진 부가적인 전극의 변형의 측면도를 도시한다.
도 4는 다수의 길이방향 슬롯들을 가진 부가적인 전극의 변형의 측면도를 도시한다.
도 5는 길이방향으로 연속되는 직사각형 슬롯을 가진 부가적인 전극의 변형을 도시한다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 램프(1)의 제 1 예시적인 실시예의 측면도, 부분 확대도 및 단면도를 매우 간략하게 도시한다. 램프(1)의 가늘고 긴 방전 용기는 동축 이중-튜브 어렌인지먼트를 가진 외부 튜브(2) 및 내부 튜브(3)를 포함하고, 따라서 상기 튜브들은 방전 용기의 길이방향 축을 정의한다. 튜브들의 통상적인 길이는 애플리케이션에 따라 대략 10 내지 250 cm이다. 외부 튜브(2)는 44 mm의 직경 및 2 mm의 벽 두께를 가진다. 내부 튜브(3)는 20 mm의 직경 및 1 mm의 벽 두께를 가진다. 양쪽 튜브들(2,3)은 UV 방사선에 대해 투과적인 석영 유리로 만들어진다. 게다가, 방전 용기는 그의 양쪽 단부측이 밀봉되어, 환형 갭 형태의 가늘고 긴 방전 공간(4)이 형성된다. 이를 위해, 방전 용기는 그의 두 개의 단부들 각각이 적당하게 성형된 환형 용기 섹션들(5)을 가진다. 게다가, 배기 튜브(도시되지 않음)는 용기 섹션들(5) 중 하나에 부착되고 처음에 방전 공간(4)을 진공하고 그 다음 상기 방전 공간을 15 kPa의 크세논으로 채우기 위해 사용된다. 와이어 메시(wire mesh)(6)는 외부 튜브(2)의 벽의 외측 상에 장착되고 램프(1)의 외부 전극을 형성한다. 내부 튜브(3)의 안쪽, 즉 마찬가지로 방전 용기에 둘러싸인 방전 공간(4)의 바깥쪽에, 대략 100 nm 두께인 금 층(7)이 가해지고 튜브식 내부 전극으로서 동작한다. 게다가, 스테인레스 스틸로 만들어진 금속 가요성 패브릭 튜브(8)는 내부 튜브(3) 내에 배열되고 부가적인 전극으로서 동작한다. 이런 목적을 위해, 가요성 패브릭 튜브(8)의 외부 직경은 가요성 패브릭 튜브(8)가 첫째로 금 층(7)을 파괴하지 않고 신뢰성 있게 사용될 수 있고 둘째로 금 층(7) 및 가요성 패브릭 튜브(8) 사이에 우수하고 균일한 접촉이 발생되도록 선택된다. 가요성 패브릭 튜브(8)의 가요성을 보장하기 위하여, 와이어들은 바람직하게 0.5 mm 미만의 두께를 가진다. 금 층(7) 및 가요성 패브릭 튜브(8) 모두는 사실상 내부 튜브(3)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 와이어 메시(6)(외부 전극) 및 가요성 패브릭 튜브(8)(부가적인 전극)는 램프의 동작을 위하여 전기 공급 장치(EB)(9)의 단자에 각각 직접적으로 접속된다. 금속 가요성 패브릭 튜브(8)와의 전기 접촉으로 인해, 금 층(7)은 결과적으로 또한 금속 가요성 패브릭 튜브(8)를 통하여 전기 공급 장치(9)에 접속되고, 그 결과 궁극적으로 가요성 패브릭 튜브(8)의 전류-운반 효과가 형성된다. 전기 공급 장치(9)는 유전체 장벽 방전 램프(1)의 동작 동안 방전 공간(4) 내에 유전체 장벽 방전을 시작 및 유지하기 위하여 사용한다.
부가적인 전극의 다른 변형들을 도시하는 도 2 내지 도 5가 각각의 경우 개략적인 측면도로 참조된다. 도 2는 일단 다시 도 1a-도 1c의 부가적인 전극으로서 사용된 금속 가요성 패브릭 튜브(8)의 약간 확대한 도면을 도시한다. 이런 금속 가요성 패브릭 튜브는 비교적 가요적이고 그러므로 금 층(7)에 손상을 주지않고 내부 튜브에 특히 신뢰성 있게 삽입될 수 있다는 장점을 가진다. 게다가, 금속 가요성 패브릭 튜브(8)는 내부 튜브(3) 또는 금 층(7)의 잠재적인 평탄하지 않은 부분들 및 불규칙부들에 특히 잘 적합할 수 있고 그러므로 금 층(7)과의 특히 효과적이고 편평한 전기 접촉을 보장할 수 있다. 도 3은 사실상 금속 튜브(10)의 전체 길이에 걸쳐, 통상적으로 총 길이의 대략 9/10에 걸쳐 연장되는 길이방향 슬롯(11)을 가진 금속 튜브(10)를 도시한다. 대안적으로, 길이방향 슬롯은 또한 연속적일 수 있다. 어떤 경우든, 금속 튜브(10)는 길이방향 슬롯(11)에 의해 슬롯이 없는 경우보다 내부 튜브의 금속 층(7)에 보다 잘 적응할 수 있다. 도 4 및 도 5는 부가적인 전극으로서 슬롯들을 가진 금속 튜브의 추가 변형들을 도시한다. 도 4에서, 금속 튜브(10')는 길이방향 축에 평행하고 길이방향 축의 방향에서 보았을 때 서로 오버랩하도록 배열된 다수의 비-연속적 슬롯들(12)을 가진다. 게다가, 슬롯들은 바람직하게 금속 튜브(10')의 전체 원주에 걸쳐 분산되도록 배열된다. 마지막으로, 도 5에서, 금속 튜브(10")는 길이방향으로 연속적인 직사각형 슬롯(13)을 가진다. 결과적으로, 금속 튜브(10")는 내부 튜브 또는 상기 내부 튜브에 적용된 금속 층의 작은 평탄하지 않은 부분들에 보다 가요성 있게 적응할 수 있다.

Claims (14)

  1. 유전체 장벽 방전 램프(dielectric barrier discharge lamp)(1)로서,
    방전 용기 ? 상기 방전 용기는 외부 튜브(2) 및 내부 튜브(3)를 포함하고,
    상기 내부 튜브(3)는 상기 외부 튜브(2) 내에서 동축으로 배열되고,
    상기 내부 튜브(3) 및 상기 외부 튜브(2)는 가스-기밀 방식으로 서로 연결되고, 그 결과 방전 매체로 충전된 방전 공간(4)은 상기 내부 튜브 및 상기 외부 튜브 사이에 형성됨 ?; 및
    제 1 전극(7) 및 적어도 하나의 외부 전극(6) ? 상기 제 1 전극(7)은 상기 내부 튜브(3)의 내부 측에 적용된 전기 전도성 층 형태임 ? 을 포함하고,
    전류를 운반할 수 있고 상기 제 1 전극(7)과 전기 전도성 접촉하는 부가적인 전극(8)은 상기 내부 튜브(3) 내에 배열되며, 상기 제 1 전극(7)의 전체 축 길이에 걸쳐 연장되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전류를 운반할 수 있는 상기 부가적인 전극(8)은 상기 제 1 전극(7)과 접촉하는 방식으로 배열되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전류를 운반할 수 있는 상기 부가적인 전극(8)은 상기 제 1 전극(7)의 전체 방위각 범위에 걸쳐 연장되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부가적인 전극은 원통형의 전기 전도성 구조물인,
    유전체 장벽 방전 램프.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부가적인 전극은 전기 전도성 가요성 패브릭(fabric) 튜브 형태인,
    유전체 장벽 방전 램프.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부가적인 전극은 적어도 하나의 슬롯(11-13)을 가진 전기 전도성 튜브(10-10") 형태인,
    유전체 장벽 방전 램프.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극(7)은 알루미늄 또는 귀금속으로 이루어진,
    유전체 장벽 방전 램프.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 층은 긁힘(scratch)-방지 코팅부를 갖는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 긁힘 방지 코팅부는 니켈로 이루어진,
    유전체 장벽 방전 램프.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    접속 매체는 상기 전기 전도성 층 및 상기 부가적인 전극 사이에 제공되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 유전체 장벽 방전 램프 및 전기 공급 장치(9)를 갖는 전기 방사기 시스템으로서,
    상기 전기 공급 장치(9)의 제 1 단자는 상기 외부 전극(6)에 접속되고 상기 전기 공급 장치(9)의 제 2 단자는 상기 부가적인 전극(8)에 접속되는,
    전기 방사기 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 귀금속은 백금, 팔라듐 또는 금인,
    유전체 장벽 방전 램프.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 접속 매체는 전기 전도성 페이스트(paste) 또는 접착제인,
    유전체 장벽 방전 램프.
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