KR101216481B1 - 게터를 가진 동축 이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프 - Google Patents

게터를 가진 동축 이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프 Download PDF

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Abstract

동축 이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프(1)는 외부 튜브(2) 내에 동축으로 배치된 내부 튜브(3)를 포함한다. 내부 튜브(3)는 내부 전극(7)을 수용하기 위해 제공된 내부 전극 튜브(8) 및 게터 물질(9)을 수용하기 위해 제공된 게터 튜브(10)를 포함한다. 내부 전극 튜브(8) 및 게터 튜브(10)는 분할부(11)에 의해 가스 기밀 방식으로 서로 분리된다.

Description

게터를 가진 동축 이중 튜브로서 구성된 유전체 장벽 방전 램프{DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP CONFIGURED AS A COAXIAL DOUBLE TUBE HAVING A GETTER}
본 발명은 동축 이중-튜브 배열 ― 즉, 내부 튜브가 외부 튜브 내에 동축으로 배열됨 ― 를 가진 방전 용기를 구비한 유전체 장벽 방전 램프를 기초로 한다. 이 경우, 내부 튜브 및 외부 튜브는 서로 접속되고 가스-기밀 방전 용기를 형성한다. 그러므로 방전 용기에 의해 밀봉된 방전 공간은 내부 튜브 및 외부 튜브 사이에서 연장되고 통상적으로 하나 이상의 비활성 가스들, 예를 들어 크세논을 포함하는 방전 매질로 충전된다.
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 외측에 배치된다. 그러므로 두 개의 측면 상에서 유전체적으로 임피딩(impeded)되는 방전이 존재한다.
방전 매질로서 예를 들어 비활성 가스 크세논을 가진 유전체 장벽 방전의 경우, 특히 크세논 엑시머(excimer)들(Xe2*)은 형성되고, 상기 크세논 익사이머들은 여기된 상태로부터 초기 상태로 복귀할 때 대략 172 nm 정도의 구역의 파장들을 가진 전자기 방사선을 방사한다. 방전 매질 내 불순물들, 예를 들어 산소 또는 수소는 유용한 방사선 생성의 효율성을 감소시킨다. 첫째로, 전기적 여기 전력의 일부는 불순물들의 원자 및/또는 분자 성분들의 원하지 않는 여기에 사용된다. 둘째로, 불순물들은 익사이머들의 일부가 어떠한 방사선도 방사하지 않고 초기 상태로 복귀시키는 효과를 가진다.
구체적으로 이런 타입의 램프는 처리 기술, 예를 들어 표면 세척 및 활성화, 광분해, 오존 생성, 음료수 정화, 금속화 및 UV 경화를 위한 UV 방사선에 사용된다. 이런 환경에서, 용어 방사체(emitter) 또는 UV 방사체는 또한 통상적이다.
도큐먼트 EP 0 607 960 A1은 동축 이중-튜브 배열을 가진 유전체 장벽 방전 램프를 개시하였다. 불순물들을 구속하기 위하여, 게터 물질은 한쪽 측면 상에서, 방전 용기(도 4)의 편평하고 원형의 돌출부 내 환형 갭(도 1-3) 형태의 방전 공간의 연장부 내에 배열되거나 방전 공간에 접속된 분리된 용기(도 5) 내에 배열된다. 각각의 경우, 예를 들어 압축된 용기 섹션을 통하여 방전 용기에 접속된 게터 공간으로 인해 게터 물질이 방전 공간에 우연히 진입하는 것을 방지하기 위한 조치들이 제공된다. 그러나, 하나의 문제점은 방전 공간에 관하여 게터 공간의 공간 근접도로 인해 기생 방전들이 게터 공간 구역에서 형성될 수 있다는데 있다. 기생 방전들은 방사체의 효율성을 감소시킨다.
본 발명의 목적은 게터 물질의 개선된 배열을 갖는 동축 이중-튜브 배열을 구비한 유전체 장벽 방전 램프를 제공하는 것이다.
이 목적은 방전 용기를 가진 동축 이중-튜브 배열을 구비한 유전체 장벽 방전 램프에 의해 달성되고, 상기 램프는 외부 튜브 및 내부 튜브 ― 여기서 상기 내부 튜브는 상기 외부 튜브 내에 동축으로 배열되고, 상기 내부 튜브 및 상기 외부 튜브는 가스-기밀 방식으로 서로 접속되어, 방전 매질로 채워진 방전 공간은 상기 내부 튜브 및 상기 외부 튜브 사이에 형성됨 ―, 상기 외부 튜브의 외측 상에 배열된 외부 전극, 상기 내부 튜브 내에 배열된 내부 전극, 및 상기 방전 매질과 접촉하는 게터 물질을 포함하고, 상기 내부 튜브는 외부 튜브보다 짧고, 상기 내부 튜브 및 상기 외부 튜브는 그들의 각각의 단부들 중 하나에서 가스-기밀 방식으로 서로 접속되고, 상기 외부 튜브는 그의 다른쪽 단부에서 가스-기밀 방식으로 밀봉되고, 그리고 상기 외부 튜브 내로 돌출하는 상기 내부 튜브는:
내부 전극 튜브인 제 1 튜브 섹션 ― 상기 내부 전극 튜브 내에 상기 내부 전극이 배열됨 ―, 게터 튜브인 제 2 튜브 섹션 ― 상기 게터 튜브 내에 게터 물질이 배열됨 ―, 및 가스-기밀 방식으로 서로로부터 두 개의 튜브 섹션들을 분리하는 분할 벽을 포함한다.
특히 유리한 구성들은 종속항들에 제공된다.
본 발명의 기본 개념은 게터 공간이 축에 대해 근접한 구역으로 제한되고, 즉 환형 갭 형태의 방전 공간의 연장부 내에 배열되지 않는 데 있다. 이런 목적을 위해, 본 발명에 따라, 게터 물질을 수용하기 위하여 제공된 게터 튜브는 내부 전극을 수용하기 위해 제공된 내부 전극 튜브에 동축으로 접하지만, 분할 벽에 의해 가스-기밀 방식으로 상기 내부 전극 튜브로부터 분리된다. 결과적으로, 게터 물질로부터 외부 전극들로의 경로는 비교적 길다. 게터 물질 및 전극들 사이의 긴 경로로 인해, 기생 방전들은 회피되거나 적어도 크게 감소된다. 게터 튜브 및 내부 전극 튜브 사이의 분할 벽으로 인해, 게터 튜브에 의해 형성된 게터 공간 및 결과적으로 게터 튜브 개구부를 통하여 게터 공간에 접속된 방전 공간은 가스-기밀 방식으로 외측으로부터 밀봉된다.
게터 튜브는 내부 튜브가 내부 전극의 길이를 넘어 연장된다는 사실에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 게터 물질을 수용하기 위하여 제공된 튜브 섹션은 별도로 삽입되어 용접된 분할 벽에 의해 가스-기밀 방식으로 내부 튜브의 나머지로부터 분리된다. 다른 말로, 이 경우 게터 공간을 형성하는 게터 튜브 및 내부 전극을 수용하는 전극 튜브는 동일한 단일-부 내부 튜브의 ― 상기 분할 벽에 의해 분리되는 ― 기능적으로 상이한 섹션들이다.
대안적으로, 게터 튜브는 외부 튜브로 돌출하는 내부 전극의 단부에 인접하는 별개의 튜브에 의해 형성될 수 있다, 즉 이 경우 내부 튜브는 두 개의 별개의 튜브 부분들을 포함한다: 즉 내부 전극 튜브 및 게터 튜브. 가스-기밀 방식으로 두 개의 튜브 부분들을 분리하는 분할 벽은 가스-기밀 방식으로 밀봉되고, 두 개의 튜브 부분들 중 하나의 대응하는 단부에 의해 형성된다. 즉, 분할 벽은 예를 들어 가스-기밀 방식으로 밀봉되는 내부 전극 튜브(8)의 단부에 의해 형성되고, 상기 내부 전극 튜브에 게터 튜브가 부착되고 그러므로 가스-기밀 방식으로 접속된다. 그러나, 반대로, 먼저 게터 튜브의 한쪽 단부가 밀봉되고 그 다음 이 밀봉된 단부가 부착되고 내부 전극 튜브의 개구 단부에 접속되는 것도 가능하다.
게다가, 내부 전극 튜브의 직경 및 게터 튜브의 직경은 동일하거나 상이할 수 있다. 게터 물질의 안전한 배열을 위해, 개구의 방향으로 게터 튜브가 가늘어지는 것이 유리할 수 있다.
축 방향으로 게터 튜브의 길이는 충분한 양의 게터 물질이 수용될 수 있도록 조절된다. 둘째로, 게터 튜브는 너무 길지 않아야 하는데, 그 이유는 그렇지 않으면 내부 전극을 가진 구역 상에만 연장되는 방사 섹션이 방사체의 전체 길이에 관련하여 과도하게 감소되기 때문이다. 실제로, 대략 0.5 cm 내지 5cm의 범위 내의 길이들은 방사체의 총 길이에 좌우되어, 게터 튜브를 위해 적당한 것으로 증명되었다.
게터 물질은 예를 들어 기상-증착되는 바륨에 의해 예를 들어 게터 튜브의 내부 표면의 적어도 일부에 적용될 수 있다. 그러나, 게터 물질은 또한 예를 들어 스트립 형태 또는 유사한 형태로 게터 튜브에 압착되는 다른 방식으로 게터 튜브 내에 배열될 수 있다. 바륨에 더하여, 다른 적당한 게터 물질들은 또한 고려될 수 있고, 예를 들어 다공성 또는 분말 산화물들, 질화물들 및 탄화물들뿐 아니라 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 지르코늄 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
방전 공간 및 축방향 게터 공간 사이의 방전 매질의 교환을 조장하기 위하여, 이런 교환은 게터 물질이 효험이 있도록 요구되고, 게터 튜브의 개구부의 직경은 바람직하게 내부 튜브의 외측 및 외부 튜브의 내측 사이의 거리보다 크거나 같고, 상기 거리는 방전의 섬락(flashover) 경로를 정의한다.
게다가, 진동들을 억제하고 내부 튜브를 안정화하기 위하여, 특히 긴 튜브들의 경우 적당한 수단, 예를 들어 적당한 크기의 홀딩 디스크(hoding disk)로 내부 튜브 및 외부 튜브 사이의 예를 들어 게터 튜브의 구역 내에 내부 튜브의 자유 단부를 지지하는 것은 유리할 수 있다. 방전 매질의 교환을 손상하지 않고 결과적으로 게터 효과를 달성하기 위하여, 홀딩 디스크는 그러나 대응하는 개구부들, 예를 들어 보어들, 슬릿들 또는 등등을 가질 필요가 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 램프의 길이방향 섹션 도면을 도시한다.
도 1b는 섹션 라인 AB를 따라 도 1a에 도시된 램프의 단면도를 도시한다.
동일하거나 기능적으로 동일한 엘리먼트들은 도면들에서 동일한 참조 부호들이 제공되었다.
도 1a 및 도 1b는 길이방향 섹션의 매우 개략화된 도면 및 각각 본 발명에 다른 유전체 장벽 방전 램프(1)의 예시적인 실시예의 섹션 라인(AB)을 따른 단면도를 도시한다. 램프(1)의 가늘고 긴 방전 용기는 동축 이중-튜브 배열을 갖는 외부 튜브(2) 및 내부 튜브(3)를 포함하고, 그 결과 방전 용기의 길이방향 축(L)은 정의된다. 외부 튜브(2)의 통상적인 길이는 애플리케이션에 따라 대략 10 내지 250 cm이다. 외부 튜브(2)는 44 mm의 통상적인 외부 직경 및 2 mm의 벽 두께를 가진다. 내부 튜브(3)는 20 mm의 통상적인 외부 직경 및 1 mm의 벽 두께를 가진다. 튜브들(2, 3) 둘 다는 UV 방사선에 투과성인 석영 유리로 이루어진다. 게다가, 방전 용기는 환형 갭 형태의 가늘고 긴 방전 공간(4)이 형성되는 방식으로 그의 양쪽 단부측들이 밀봉된다. 이런 목적을 위해, 방전 용기는 하나의 단부에 적당한 모양의 환형 용기 섹션(5)을 가지며, 상기 환형 용기 섹션은 거기서 내부 및 외부 튜브들의 대응하는 단부들과 접속한다. 다른 쪽 단부에서, 방전 용기는 원형 용기 섹션(6)이 밀봉되고, 상기 원형 용기 섹션은 거기서 외부 튜브(2)의 대응하는 단부에 인접한다. 게다가, 배출 튜브(도시되지 않음)는 거기에 부착되고, 배출 튜브는 먼저 방전 공간(4)을 진공화시키고 그 다음 방전 매질로서 15 kPa의 크세논으로 상기 방전 공간을 채우기 위해 사용된다. 그 다음, 배출 튜브는 용융-밀봉된다. 내부 튜브(3)는 외부 튜브(2)의 단부에서 원형 방전 섹션(6)의 전면 내 대략 1 cm의 거리에서 중단된다. 내부 튜브(3)는 내부 전극(7)을 수용하기 위해 사용된 제 1 기능 섹션, 즉 내부 전극 튜브(8)를 포함한다. 게터 물질(9)을 수용하기 위해 사용된 제 2 기능 섹션, 즉 게터 튜브(10)는 이런 내부 전극 튜브(8)에 인접한다. 내부 전극 튜브(8) 및 게터 튜브(10)는 분할 벽(11)에 의해 분리된다. 이런 분할 벽(11)은 추가로 가스-기밀 방식으로 내부 튜브(3)의 구역에서 방전 용기를 밀봉한다. 다른 측면 상에서, 게터 튜브(10)는 개방되고, 그 결과 방전 매질은 방전 공간(4)으로부터 게터 튜브(10)로 전달될 수 있고 게터 물질(9)과 접촉하게 될 수 있다. 게터 물질(9)은 바륨으로 이루어지고 분할 벽(11)의 면하는 측면을 포함하는 게터 튜브(10)의 내측 상에 기상-증착된다. 게터 튜브(10)의 길이(d)는 대략 1 cm이다. 내부 직경(D)은 대략 18 mm이고 그러므로 섬락 경로(G)보다 크고, 상기 섬락 경로는 내부 튜브(3)의 외측과 외부 튜브(2)의 내측 사이의 거리에 의해 정의되고 대략 10 mm이다. 램프(1)의 외부 전극을 형성하는 와이어 메쉬(wire mesh)(12)는 외부 튜브(2) 벽의 외측 상에 도입된다. 내부 전극(7)은 슬롯팅된(slotted) 금속 튜브 형태이고 0.1 mm 두께 금속 시트, 바람직하게 스테인레스 스틸 시트를 포함한다.
특히 비교적 긴 튜브들의 경우, 내부 튜브의 진동들을 회피하기 위하여, 적당한 크기의 홀딩 디스크(도시되지 않음)의 도움으로, 바람직하게 게터 튜브의 구역 내에 내부 튜브를 지지하는 것은 구상될 수 있다. 이런 목적을 위해, 홀딩 디스크는 내부 튜브 상에 고정될 수 있도록 중앙 보어(bore)를 가진다. 홀딩 디스크의 외부 직경은 또한 홀딩 디스크가 내부 튜브와 외부 튜브 사이에서 정확하게 들어맞도록 하는 크기이다. 방전 공간과 게터 공간 사이에서 방전 매질의 교환을 손상하지 않고 결과적으로 게터 효과를 손상시키지 않기 위하여, 홀딩 디스크에는 적당한 개구부들, 예를 들어 보어들, 슬릿들 등등이 제공된다.
처리 챔버 내에 설치를 위하여, 방사체는 적어도 한쪽 단부에, 바람직하게 게터 챔버를 가진 단부에 제공되거나, 그렇지 않으면 베이스(도시되지 않음)를 가지는 경우 양쪽 단부들에 제공될 수 있다.

Claims (12)

  1. 동축 이중-튜브 배열을 가진 유전체 장벽 방전 램프(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) 내에 동축으로 배열되고,
    상기 내부 튜브(3) 및 상기 외부 튜브(2)는 가스-기밀 방식으로 서로 접속되며, 그 결과 방전 매질로 채워진 방전 공간(4)이 상기 내부 튜브 및 상기 외부 튜브 사이에 형성됨 ―;
    상기 외부 튜브(2) 외측 상에 배열된 외부 전극(12);
    상기 내부 튜브(3) 내에 배열된 내부 전극(7);
    상기 방전 매질과 접촉하는 게터 물질(9)
    을 가지며,
    상기 내부 튜브(3)는 상기 외부 튜브(2)보다 짧고,
    상기 내부 튜브(3) 및 상기 외부 튜브는 그들의 각각의 단부들 중 하나에서 가스-기밀 방식으로 서로 접속되고,
    상기 외부 튜브(2)는 그것의 다른 쪽 단부에서 가스-기밀 방식으로 밀봉되고,
    상기 외부 튜브(2) 내로 돌출하는 상기 내부 튜브(3)는,
    내부 전극 튜브(8)인 제 1 튜브 섹션 ― 상기 내부 전극 튜브 내에 상기 내부 전극(7)이 배열됨 ―,
    게터 튜브(10)인 제 2 튜브 섹션 ― 상기 게터 튜브 내에 상기 게터 물질(9)이 배열됨 ―, 및
    두 개의 튜브 섹션들을 가스-기밀 방식으로 서로로부터 분리하는 분할 벽(11)을 포함하는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 전극 튜브(8) 및 상기 게터 튜브(10)인 상기 두 개의 튜브 섹션들을 가진 상기 내부 튜브(3)는 단일 부품으로서 형성되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게터 튜브(10)는 상기 외부 튜브(2) 내로 돌출하는 상기 내부 전극 튜브(8)의 단부에 동축으로 인접한 분리 튜브에 의해 형성되고, 상기 분할 벽(11)은 가스-기밀 방식으로 밀봉된, 상기 게터 튜브(10) 또는 상기 내부 전극 튜브(8)의 대응하는 단부에 의해 형성되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게터 튜브(10)의 개구부의 직경(D)은 상기 내부 튜브(3)의 외측 및 상기 외부 튜브(2)의 내측 사이의 거리보다 크거나 같고, 상기 거리는 방전의 섬락(flashover) 경로(G)를 정의하는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게터 튜브(10)의 내부 표면의 적어도 일부에는 게터 물질이 제공되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 전극 튜브(8)의 직경 및 상기 게터 튜브(10)의 직경은 상이한,
    유전체 장벽 방전 램프.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전 용기의 길이방향 축의 방향으로 상기 게터 튜브(10)의 길이는 0.5 cm 내지 5 cm의 범위 내에 있는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 튜브는 홀딩 수단(holding means)의 도움으로 지지되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 홀딩 수단은 상기 게터 튜브의 구역 내에 배열되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 홀딩 수단은 환형 홀딩 디스크이고, 상기 환형 홀딩 디스크는 상기 내부 튜브의 외측 및 상기 외부 튜브의 내측 사이에서 연장되는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 홀딩 디스크는 중앙 보어에 더하여, 적어도 하나의 추가 개구부를 가지는,
    유전체 장벽 방전 램프.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게터 물질은 개별적으로 또는 조합하여 다공성 또는 분말 산화물들, 질화물들 및 탄화물들뿐 아니라, 바륨, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 지르코늄을 포함하는,
    유전체 장벽 방전 램프.
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