KR20040069977A - 아말감이 도핑된 수은 저압력 ｕｖ 조사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 아말감 저장소를 포함하는 수은 저압력 UV 조사 장치와 상기 조사 장치를 둘러싸는 재킷관(jacket tube)을 구비한 램프 유닛에 관한 것이다. 상기 재킷관과 상기 조사 장치 사이에 공극이 제공된다. 상기 아말감 저장소(들)에 인접하여 상기 조사 장치의 축방향으로 상기 아말감의 온도에 영향을 미치는 요소를 제공함으로써, 상기 독창적인 조사 장치에 대한 고도의 제어가 달성될 수 있다.

Description

아말감이 도핑된 수은 저압력 ＵＶ 조사 장치{AMALGAM-DOPED MERCURY LOW-PRESSURE UV IRRADIATOR}

이러한 램프들이 사용중에 있다. 이 램프들은 용수 및 폐수의 살균에 이용되며, 특히 고효율성 때문에 우수하다. 이러한 고효율성은 내부 압력이 낮은 어떤 램프에서 아말감(amalgam)(바람직하게는 인듐)에 수은을 결합시킴으로써 달성된다. 이러한 수은은 상기 램프가 약 90℃의 동작 온도에 도달할 때 기체 상태로 방출된다. 이러한 동작 온도에 대한 중요한 인자는 아말감의 온도이다.

UV 램프들의 다른 형태들로는 아말감을 구비하지 않은 저압력 램프들이 있으며, 그의 최적의 동작 온도는 약 40℃의 영역에 있으며, 이들 램프들은 더 낮은 효율성을 나타내며, 그리고 중간 압력 UV 램프들은 약 1,000mbar의 내부 압력을 나타내고, 섭씨 수백도의 동작 온도를 갖는다. 이 램프들은 킬로와트 영역의 비교적 높은 출력 전력을 갖는다. 그러나, 효율성, 따라서 원하는 파장 범위의 방사 출력과 전기적 전력 소비 간의 비율은 본원의 아말감 수은 저전압 UV 램프의 효율성보다 낮다.

전술한 약 90℃의 최적의 동작 온도에 도달하기 위해서, 일반적인 UV 램프들은 살균될 액체에 직접 잠기지 않는다. 식수 또는 폐수 영역의 일반 온도는 너무 낮아서 UV 램프의 필요한 온도를 유지할 수가 없다. 따라서, UV 램프의 내벽과 외부 사이에 공극(air gap)을 두어 경계가 정해지도록 UV 램프에 클래딩관(cladding tube)을 씌운다. 상기 UV 램프의 동작시에, 공기의 낮은 열전도성은 나중에 90℃이하로 내려가지 않게 해준다. 그러나, 기본적인 요건은 충분히 높은 전기적 전력이다.

이들 경계 조건(boundary condition)으로부터, 클래딩관 안에서 동작될 때의 일반적인 UV 램프들은 오직 제한된 정도까지만 조정될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그래서, 예를 들어, (특히 높은 초기 UV 산출량을 나타내는) 공장에서 출하된 UV 램프들에서, 전력은 UV의 방사 강도가 나중에 이 UV 램프가 오래되었을 때 방출하는 레벨로 감소될 때까지 감소될 수 없다. 그후, UV 램프는 너무 차가워지게 되어, 방사 산출량을 감소시킨다.

다른 경우, 처리될 용수가 비교적 고온 예를 들면, 60℃에 있는 동작 상태가 발생할 수 있다. 비교적 오래된 UV 램프들이 이러한 동작 상태에서 이용되는 경우, 필요한 UV 강도를 제공하기 위해서는 이 오래된 UV 램프들에 고레벨의 전기적 전력이 공급되어야 한다. 고온의 주위 온도의 결과로서, 상기 UV 램프는 저온에서 발생할 때, 최적의 동작 범위로 냉각되지 않게 된다. 상기 UV 램프의 효율성은 내려간다. 그 이유는 상기 UV 램프의 온도가 90℃보다 높게 설정되기 때문이다. 이러한 동작 상태는 바람직하지 않다.

본 발명은 아말감 수은 저압력 UV 램프에 관한 것이다.

본 발명에 대한 3가지 설계예들이 다음의 도면들을 참조하여 하기에 설명된다.

도 1은 온도에 영향을 미치는 밴드형 수단을 구비한 본 발명에 따른 UV 램프의 측면도이고;

도 2a 및 도 2b는 도 1에 따른 상기 UV 램프를 아말감의 영역에서 축방향으로 도시한 단면도이고;

도 3은 전기적 가열 수단을 구비한 UV 램프의 일예를 도시하고; 그리고

도 4는 전기적 가열 수단을 구비한 UV 램프의 다른 예를 도시한다.

따라서, 본 발명의 목적은 용수의 온도에 상관없이 동작되고, 가변 UV 출력으로 동작될 수 있는 방식으로 아말감 수은 저압력 UV 램프를 개선시키기는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1항의 특징을 갖는 UV 램프에 의해 달성된다.

상기 UV 램프의 축선(axial line)에서, 아말감 저장소의 축 위치에서, 아말감의 온도에 영향을 미치는 수단이 제공되기 때문에, 아말감 온도가 낮은 경우, 그 온도를 올릴 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도에 영향을 미치는 수단은 또한 아말감의 온도가 최적의 동작 범위에 비해 너무 높은 경우, 또한 그 온도를 낮출 수 있도록 설계된다.

본 발명의 바람직한 설계는 램프와 클래딩관 사이에 금속 밴드를 삽입하는 것이다. 상기 밴드는 바람직하게는 UV 램프의 둘레 방향으로 아말감의 축위치까지 연장한다. 본 발명의 개선에 따르면, 이 밴드는 적어도 부분적으로 바이메탈(bimetal)로 만들어질 수 있어, 공간 배치가 온도에 따라 변한다. 상기 밴드가 아말감의 영역에서 UV 램프에 대해 고정되어, UV 램프에 대해 방사상으로 이동하는 영역(상기 영역은 클래딩관의 내부에 부착할 수 있음)이 제공되는 경우, 상기 밴드는 아말감의 영역으로부터 열을 분산시킴으로써 온도를 낮추는데 이용될 수도 있다.

본 발명의 다른 설계는 아말감의 영역에서 UV 램프의 외부에 구성된 전기적 가열기 요소를 제공하는 것이다. 이 가열기 요소는 옴 저항기 또는 PTC 저항기의 형태로 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 저항기는 아말감의 영역에서의 UV 램프의외부에 그리고 클래딩관의 내부에 인접하게 배치되어, 상기 가열기 요소에 전류가 흐르게 하지 않고도, 열이 램프로부터 클래딩관으로 전달될 수 있으며, 이러한 방식으로 아말감은 냉각될 수 있다. 이 가열기 요소가 램프의 나선형 권선 필라멘트와 병렬로 접속되어 있다면, 상기 가열기 요소의 매우 간단한 배선(wiring)이 가능하다. 그 다음, 상기 가열기는 가열 전류를 이용하여 가열 필라멘트를 스위치 온(on)시킬 수 있다. 또한, 상기 전기적 가열기 요소를 UV 램프의 접속부에 병렬로 접속할 수 있어, 상기 가열기는 UV 램프의 동작 전압에 따라 동작한다.

도 1에는, 본 발명에 따른 UV 램프 유닛의 측면도가 도시되어 있다. 상기 램프 유닛은 아말감 수은 저압력 UV 램프의 형태로 UV 램프(2)를 둘러싸는 외부 클래딩관(1)을 나타낸다. 상기 클래딩관(1)과 상기 UV 램프(2) 사이에는 공극(3)이 있다. 상기 UV 램프(2)는 백열 전압(incandescent voltage)과 동작 전압으로 각각 가스 방전을 개시하고 유지하도록 전력을 공급받을 수 있는 나선형 권선 필라멘트들(4)을 표준 방식으로 나타낸다. 좌측의 나선형 권선 필라멘트(4)로부터의 축상의 거리에서, 또한 표준 방식으로, 예를 들어, 인듐-수은 아말감으로 구성될 수 있는 아말감 저장소가 제공된다. 이 아말감은 상기 UV 램프를 동작시키는데 있어 특히 매우 효율적이다.

상기 아말감 저장소(5)의 축 연장을 약간 넘어가는 금속 코일(6)이 UV 램프(2)상에서 외부로 아말감 저장소(5)의 영역에 고정되고, 클래딩관(1)과 UV 램프(2) 사이의 공극(3)에 놓인다.

도 1의 램프 유닛을 라인(Ⅱ-Ⅱ)을 따라 절취한 단면 구조가 도 2a 및 도 2b에 상세하게 도시된다.

도 2a는 낮은 동작 온도에서 살균될 액체(10)로 둘러싸여진 클래딩관(1)을 갖는 램프 유닛을 도시한다. 상기 코일(6)은 열을 전도하도록 도면 부호 11에서 상기 UV 램프(2)의 외면에 접속되며, 여기에는 예를 들면, UV-저항성 접착제가 발라진다. 위치(11)로부터 시작하여, 상기 코일(6)은 UV 램프(2)의 원주에 대략적으로 평행으로 그의 자유단(free end)까지 이어진다. 이러한 설계예에서, 상기 코일(6)은 바이메탈로 만들어지며, 저온 동작에서 공간적으로 상기 UV 램프(2)의 둘레에 대략적으로 일치하게 된다. 그래서, 상기 코일(6)은 그의 자유단까지 상기 UV 램프에 가깝게 인접한다.

도 2b에는, 더 높은 동작 온도에서의 도 2a에 따른 구성이 도시된다. 상기코일(6)은 온도의 효과로 인해 팽창하고, 위치(11)에서의 잠금장치가 상기 코일(6)을 위치(11)에 단단하게 고정시킨다. 상기 코일(6)의 자유단은 클래딩관(1)에 접근한다. 중간 영역에서, 상기 코일(6)은 상기 UV 램프(2)의 표면으로부터 올라간다.

동작시에 상술된 램프 유닛은 다음과 같이 작동한다.

먼저, 상기 UV 램프(2)가 점등되면, 상기 UV 램프(2)의 내부에서 가스 방전이 일어나게 된다. 가스 방전의 결과로서, 상기 UV 램프(2)는 가열된다. 상기 UV 램프(2)에서 발생된 열은 공극을 통해 클래딩관(1)에 분산되고, 액체(10)에 방출되어, 상기 UV 램프안의 온도가 평형 상태에 도달할 때까지, 상승하기 시작한다. 살균될 액체(10)가 저온일 경우(폐수 및 식수 영역에서는 흔히 저온임)에는, 상기 UV 램프(2)안의 평형 온도가 아말감 저장소(5)내의 아말감을 최적의 동작 온도(90-95℃의 범위의 온도)에 이르게 하기에 충분하지 못한 상황이 발생할 수 있다. 이 경우들에서, 도 2a에서와 같은 UV 램프(2)에 대해 가깝게 인접하는 상기 코일(6)은 아말감 저장소(5)의 축위치로의 방사 출력을 UV 램프(2)의 내부에 반사시켜, 이 지점에서 UV 램프의 온도가 올라간다. 또한, 상기 코일(6)은 UV 램프가 발산하는 열을 흡수한다. 또한, 상기 코일은 UV 램프(2)로부터의 흡수된 방사 선속(radiation flux)의 결과로 인해 가열된다. 상기 코일은 가열되어, 이 열을 위치(11)에서의 열전도 접속부를 통해 아말감 저장소(5)에 전달함으로써, 처음 시동 단계에서보다 더 급속하게 가열하게 되어, 상기 UV 램프(2)가 그의 동작 온도에 도달하게 되고, 이에 따라 통상의 구성들과 비교하여 보다 신속하게 우수한 열효율성에 도달한다. 동작시에, 상기 코일(6)은, 저온의 액체(10)에서도 온도가 UV 램프(2)의 동작 온도아래로 떨어지지 않게 함으로써, 우수한 효율성을 지속할 수 있게 해준다. 또한, 상기 동작 상태가 허용하는 경우, UV 램프(2)에 공급되는 전력이 감소될 수 있다. 이러한 전력의 감소는 예를 들어, 살균될 액체(10)의 흐름 속도가 낮은 경우에 바람직할 수 있으며, 이에 따라 낮은 UV 강도로도 충분한 살균을 행할 수 있게 된다. 감소된 전력은 UV 램프(2)의 내부에서의 평형 온도의 감소를 야기한다. 이러한 온도 감소는 아말감 저장소(5)에 대한 상기 설명된 코일(6)의 효과를 방해한다.

도 2b는 고온의 동작 상태하에서 도 2a에 따른 UV 램프를 도시한다. 상기 코일(6)은 바이메탈 성질 때문에 팽창한다. 공극(3)에서, 상기 코일(6)은 클래딩관(1)에 더 가깝게 접근하거나 또는 온도가 계속하여 상승할 경우 상기 클래딩관에 인접할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 코일(6)은 아말감 저장소(5)로부터 위치(11)에서의 열전도 접속부의 영역에서 흡수되는 열을, 클래딩관(1)의 냉각 클래딩관 벽에 전도한다. 이러한 방식으로, 전력 또는 고온의 액체(10)에서, 상기 아말감 저장소(5)의 온도가 과도하게 증가하지 않도록 상기 아말감 저장소(5)를 냉각시킨다. 따라서, 상기 코일(6)은 최적 동작 온도의 범위를 넘어서 상기 아말감 저장소(5)의 임의의 가열을 방해할 수 있다. 이는 우수한 효율성을 보증하는 상기 동작 온도가 유지되도록 보증한다.

바이메탈 코일을 구비한 도 1 및 도 2에 도시된 설계에 더하여, 예를 들면, 형상 기억 금속들(shape memory metals)로서 알려진 것의 특정한 특성을 이용하는 디바이스들과 같은 다른 기계적 해결책들이 또한 가능하다. 그래서, 예를 들면, 아말감 저장소(5)와 클래딩관(1) 사이에, 온도에 따라 UV 램프(2)의 방사 방향 또는축 방향으로 이동되는 스크린을 배치하는 것이 또한 가능하다. 아말감 저장소(5)에 정대향하는 UV 램프(2)의 측면에 방사 반사기를 배치하는 것이 또한 가능하다. 이 방사 반사기는 램프에서 발생하는 방사 출력만을 아말감 저장소(5)에 재반사하고, 필요한 경우 온도에 따라 반사 특성을 변경한다.

도 3 및 도 4에 본 발명의 다른 설계가 도시된다. 이 설계는 아말감 저장소(5)의 온도에 영향을 미치는 기계적 장치를 제공하는 것이 아니라, 전기적 가열 장치(12)를 제공하는 것이다. 상기 가열 장치(12)는 아말감 저장소(5)의 영역과 마주하도록 UV 램프(2)의 외면에 열전도체로서 고정된다. 상기 가열 장치(12)는 예를 들어, 단순 가열 저항기, PTC(positive temperature coefficient: 포지티브 온도 계수) 저항기 또는 VDR(voltage-dependent resistor:전압 의존 저항기)로 이루어질 수 있다. 도 3의 상기 가열 소자(12)는 나선형 권선 필라멘트(4)에 평행인 접속선들(13과 14)을 통해 접속되어, 상기 나선형 권선 필라멘트(4)에 대한 가열 전압이 스위치 온 될 때, 상기 가열 소자(12)에 대한 가열 전압도 또한 존재하게 된다. 이런 식으로, 아말감 저장소(5)내의 아말감은 시작 단계로부터 바로 가열된다. 이것은 더 빨리 동작 온도에 도달할 수 있게 한다. 공급 전력이 감소된다면, 상기 가열 전압이 다시 스위치 온 될 수 있어, UV 램프가 냉각되지 않게 한다. 바람직하게는, 상기 가열 소자(12)의 열전도 외면이 클래딩관(1)에 인접하고 있어, 가열 전압이 공급되지 않고도, 상기 가열 소자(12)는 그 자신의 열전도성으로 인해, 상기 아말감 저장소(5)로부터 상기 클래딩관에 열을 분산시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 UV 램프(2)내의 온도가 최적의 범위보다 높게 올라간 경우, 동작 온도의감소에 기여한다.

도 4에서, 램프 유닛은 또한 상기 설명된 바와 같은 가열 저항기(12)를 구비한다. 그러나, 도 4에서는 접속부들(13과 15)이, 가열 소자(12)의 가열 전압이 정대향하는 나선형 권선 필라멘트들(4) 사이에 인가된 전압으로부터 분기(tap)되게 하는 방식으로 설계되어 있다. 따라서, 상기 가열 전압(12)은 UV 램프의 동작 전압으로부터 얻어진다.

이러한 구성은, 상기 UV 램프가 동작시에 전류를 통해 제어될 때, 이에 따라 예를 들면, 정전류로 동작될 때 이용될 수 있다. 동작 상태에 따라서, 특히 UV 램프내의 온도에 따라서, 상기 UV 램프에서 인가된 전압이 자체 조정될 것이다. 그러한 경우에는, 높은 램프 전압은 아말감 저장소(5)의 온도가 너무 낮음을 표시한다. 도 4에 도시된 회로에 있어서, 상기 UV 램프 전압이 소정의 값 보다 높게 올라갔더라면, 본원에서는 VDR로서 예시적으로 설계되어 있는 가열 소자(12)에서의 온도가 증가되었을 것이다. 상기 아말감 저장소(5)내의 온도는 공급된 열 출력 때문에, 또한 올라가게 되어, 동작 전압이 다시 떨어지게 된다. 점차적으로, 가열 저항기(12)가 적절하게 설계될 때, 최적의 동작 온도의 범위에 있도록 제어된 평형이 나타날 것이다. 또한, 이러한 구성에 있어서, 상기 가열 소자(12)에 가열 전압이 공급되지 않고도, 아말감 저장소(5)로부터의 임의의 과열이 클래딩관(1)에 방출될 수 있어, 더 높은 출력 또는 더 높은 외부 온도가 존재할 때 상기 아말감 저장소(5)가 냉각되게 된다.

Claims (11)

1. 적어도 하나의 아말감 저장소를 포함하는 수은 저압력 아말감 램프와 상기 램프를 둘러싸는 클래딩관을 구비하며, 상기 클래딩관과 상기 램프 사이에 공극이 존재하는 UV 램프 유닛으로서,

   하나의 아말감 저장소의 최소 영역에서 상기 램프의 하나의 축방향으로, 상기 아말감의 온도에 영향을 미치는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아말감의 온도에 영향을 미치는 수단은 적어도 하나의 아말감 저장소의 축 위치상에 배치되는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 아말감의 온도에 영향을 미치는 수단은 상기 램프와 상기 클래딩관 사이에 배치된 금속 재료로 이루어진 밴드인 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
4. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

   상기 아말감의 축위치에 있는 밴드는 상기 램프의 주변부 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
5. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

   상기 밴드는, 공간적 배치가 온도에 따라 변경하도록 적어도 부분적으로 바이메탈로 만들어진 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
6. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

   상기 밴드는 상기 아말감의 영역에서 상기 램프에 고정되고, 상기 클래딩관에서 내부적으로 인접할 수 있는, 상기 램프에 대해 방사상으로 이동가능한 영역이 제공되는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
7. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

   상기 아말감의 영역과 마주하도록 상기 램프의 외부에 전기적 가열 소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
8. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

   상기 가열 소자는 옴 저항기 또는 PTC 저항기의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
9. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

   상기 저항기가 상기 아말감의 영역에서 상기 램프의 외부에 또는 상기 클래딩관의 내부에 인접하게 배치되어, 상기 가열 소자에 전류를 인가하지 않고도, 상기 램프로부터 상기 클래딩관에 열이 전달될 수 있으며, 이러한 방식으로 상기 아말감은 냉각될 수 있는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
10. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

    상기 가열 소자는 상기 램프의 나선형 권선 필라멘트에 평행으로 접속되는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.
11. 선행하는 항들 중 한 항에 있어서,

    상기 전기적 가열 소자는 상기 램프의 공급 전압의 접속부들에 평행으로 접속되는 것을 특징으로 하는 UV 램프 유닛.