KR20070103496A - 이중 튜브 구성의 유전체 장벽 방전 램프 - Google Patents

Abstract

이중 튜브 구성의 유전체 장벽 방전 램프

본 발명은 동축 이중 튜브 구성의 유전체 장벽 방전 램프(1)에 관한 것이다. 내부 튜브(3) 안에는 유연성 있는 전기 전도성 브러시 형태로 설계된 내부 전극(6)이 배열된다. 상기 브러시 타입의 전극(6)은 상대적으로 용이하게 생성될 수 있고, 유연성 때문에 상기 내부 튜브(3)에 효과적으로 삽입될 수 있다.

Description

이중 튜브 구성의 유전체 장벽 방전 램프{DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP CONFIGURED AS A DOUBLE TUBE}

본 발명은 동축 이중 튜브 장치의 방전 용기, 즉 내부 튜브가 외부 튜브 내에서 동축으로 배열되는 장치의 방전 용기를 갖는 유전체 장벽 방전 램프에 관한 것이다. 상기 장치에서는, 내부 튜브와 외부 튜브가 그들의 두 단부면들에서 상호 연결되고, 따라서 기밀 방전 용기를 형성한다. 그러므로, 방전 용기에 의해 둘러싸인 방전 공간은 상기 내부 및 외부 튜브 사이에서 연장된다.

상기 타입의 방전 램프는 통상적으로 내부 튜브 내에 배열되는 제1 전극, 및 외부 튜브의 외부에 배열되는 제2 전극을 갖는다. 따라서, 두 전극들은 방전 용기 외부에 위치된다. 이 경우, 양쪽 단부들에서 유전적으로 방해되는 방전이 존재한다. 단순화를 위해, 하기에서 내부 전극 또는 안쪽 전극 그리고 외부 전극 또는 바같쪽 전극을 언급하는 경우, 상기 표시는 결과적으로 동축 이중 튜브 장치를 기준으로 하여 관련된 전극의 공간적 배열에만 관한 것이다, 즉 내부 튜브의 안쪽 또는 외부 튜브의 바같쪽에만 관한 것이다.

상기 타입의 램프는 특히 UV 방사선 처리 엔지니어링(UV irradiation in process engineering), 예를 들면 표면 세정 및 활성화, 광분해, 오존 생성, 식수 정화, 금속배선 및 UV 경화(metallization and UV curing)를 위해 제공된다. 이러 한 상황에서, 방사기 또는 UV 방사기의 지정은 또한 통상적이다.

예를 들어 석영 유리로 만들어지는 두 개의 튜브들의 동축 장치는 매우 긴 길이를 갖는 램프들의 구성을 가능하게 한다. 긴 램프들이 고전력을 위해 중요한데, 그 이유는 램프로 커플링될 수 있는 최대 전력이 길이에 의해 증가하기 때문이다. 그러나, 내부 전극의 결합은 긴 램프들, 예를 들면 1 m보다 긴 램프들의 경우 그리고 작은 내부 튜브 직경을 갖는 램프들의 경우에 문제점들을 발생시킨다. 한편으로, 내부 전극은 내부 튜브의 벽을 굳게 지지하게 되고, 즉 늘어짐(sagging)이 발생하지 않으며, 다른 한편으로 최대한 장착하기가 용이하게 되어야 한다. 이러한 문제점들은 방전 용기가 아치형, 예를 들면 U-형태일 때 훨씬 더 민감하게 된다.

DE 196 13 502 A1은 일반적인 유전체 장벽 방전 램프를 개시한다. 여기서는, 서로에 대하여 동축으로 배열된 두 개의 석영 유리 튜브들 사이에서 환상 갭으로서 설계되는 폐쇄형 방전 공간을 갖는 엑시머 방사기가 개시된다. 상기 방전 공간은 방전 조건들 하에서 엑시머들을 형성하는 충전 가스를 포함한다. 그리드 형태의 외부 전극이 외부 석영 유리 튜브의 벽 외부에 제공되는 반면에, 내부 전극은 내부 석영 유리 튜브의 벽 내부를 지지하고 있는 와이어 나선에 의해 형성된다. 인접 전극과의 상대적으로 먼 거리 때문에, 높은 전계 강도의 영역들이 공간적으로 작은 영역에 집중화되고, 높은 전계 강도 기울기가 방사기 표면상에서 일어난다. 이로써, 필라멘트들이 상기 와이어 나선의 영역에서 더욱 용이하게 형성될 수 있 다. 전극들 사이에 고전압이 제공됨에 따라, 소위 엑시머들이 방전 공간의 충전 가스에서 형성되고, 화학적 조성에 따라 실질적으로 그러나 단색광인 비일치성(noncoherent) UV 방사선을 출력한다. 그러나, 와이어 나선 형태의 내부 전극은 공지된 엑시머 방사기의 경우에 매우 용이하게는 장착될 수 없다.

방사선의 생성은 문서 EP 733 266 B1에서 기술되는 바와 같이 적합한 전극 장치들과 함께 작동의 전기 모드에 대한 적합한 선택에 의해 더욱 효율적으로 맞추어질 수 있다. 내부 전도체(캐소드 측)에 음의 고전압이 제공됨에 따라, 그 정점이 캐소드 측에 놓이게 되는 Δ형 방전 구조들이 형성된다. 실질적으로 산만하게 빛나는 상기 방전이 내부 전도체에서 폐쇄형 전극 표면을 제공함으로써 달성된다.

문서 EP 767 484 A1은 방사기 축 방향으로 진행되는 길이방향 슬롯을 갖는 금속 튜브 형태로 내부 전극이 설계되는 경우에 유전체 장벽 방전 램프의 실시예에 대하여 개시한다. 내부 전극을 장착하기 위하여, 슬롯된 금속 튜브가 살짝 말아 올려지고 그런 다음에 내부 튜브에 삽입된다. 이것은 내부 전극이 내부 튜브 벽을 굳게 지지하여 방전 공간에서 형성된 다수의 방전 필라멘트들이 실질적으로 균일하게 분포되도록 한다. 그러나, 상기 필라멘트들은 램프 축이 수직으로 향해질 때 길이방향 슬롯을 따라 이동하는 경향이 있다.

문서 DE 198 56 428에서는, 금속 스트립이 내부 전극으로서 나선 형태로 설치된다. 이것은 필라멘트들이 균일하게 분포되고 심지어 수직으로 설치된 공간에서도 고정되는 장점을 갖는다. 내부 전극을 생성하는 것이 여전히 매우 간단하지 않다는 사실이 단점이다. 그러나, 금속 스트립 나선을 이용하는 경우에도, 방전이 사실상 배타적으로 이루어지는 제한된 영역들이 나타난다.

다른 가능성은 내부 튜브의 내부에 전도성 코팅을 제공하는 것이다. 상기 방법 역시 매우 비싼데, 왜냐하면 긴 건조 및 베이킹 시간이 요구되기 때문이다.

본 발명의 목적은 향상된 내부 전극을 갖는 동축 이중 튜브 장치의 유전체 장벽 방전 램프를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 내부 튜브가 외부 튜브 내부에 배열되고, 상기 내부 튜브 및 외부 튜브가 기밀 방식으로 서로 연결되어 결과적으로 방전 매체로 채워진 방전 공간이 상기 내부 및 외부 튜브들 사이에 형성되는 상기 외부 튜브 및 내부 튜브를 갖는 방전 용기, 그리고 내부 튜브 내부에 배열되는 제1 전극 및 하나 이상의 추가 전극을 구비한 유전체 장벽 방전 램프에 의해 달성되는데, 이때 상기 제1 전극이 전기 전도성 브러시 형태로 설계되는 것이 특징이다.

특히 유용한 세부예들은 종속항들에서 발견될 것이다.

도입부에 기재된 유전체 장벽 방전에서 시작하여, 본 발명에 따르면, 내부 전극은 예를 들어 얇은 금속 필라멘트들, 끈 와이어들(the braid wires) 또는 털들(bristles)이 꼬인 와이어들로도 또한 불리는 두 개의 서로 꼬인 금속 와이어들로 엮임에 따라 형성되는 전도성 브러시 형태로 설계된다. 이 경우, 상기 꼬인 와이어들은 축방향으로 진행되고, 털 다발들의 상기 끈 와이어들은 내부 튜브의 내벽 방향으로 방사형으로 진행되어 팁들을 이용하여 접촉된다. 대안적으로, 상기 끈 와이어들은 또한 긴 축방향 캐리어(an elongated axial carrier)에 방사형으로 삽입될 수 있다. 임의의 경우, 개별 전극들을 갖는 방사기의 내부 표면의 균일한 고밀도 커버링은 내부 전극으로서 본 발명의 전도성 브러시에 의해 달성된다. 균일한 방전 구조는 가능한 방전 지점들의 다중성 때문에 유지된다. 또한, 그러나, 시동 전압 또는 작동 전압을 감소시키는 근소하게 지역적인 전계 증가의 장점도 있다.

바람직한 세부예에서는, 내부 전극이 원형 브러시로서 설계된다. 원형 브러시 전극은 예를 들면 둘 이상의 나선형으로 감긴 캐리어 와이어들(꼬인 와이어들)에 엮여진 전도성 물질(털들)로 이루어진 미세 필라멘트들로 구성될 수 있다. 하나 이상의 상기 꼬인 와이어들이 전기적으로 전도적이다. 상기 털들은 상기 꼬인 와이어들에 사실상 수직으로 정렬되고, 털 다발들의 꼬인 와이어들 둘레에서 공간적으로 엉킨다. 이 경우에 원형 브러시의 외부 직경은 신뢰할만한 접촉을 보장하기 위하여 내부 튜브의 내부 직경보다 조금 더 크다. 압력-이완 상태에서(in the stress-relieved state) 내부 튜브의 내부 직경과 비교되는 브러시의 상기 큰 외부 직경은 상기 털들 또는 미세 금속 와이어들이 바람직하게도 그들의 팁들을 이용하여서만 지지하지 않음을 보장한다. 압력-이완 상태에서 상기 직경은 브러시가 설치되지 않은 경우에 발견될 것이다. 여기서, 외부 직경은 브러시의 종단축에 수직인 단면의 최대 직경으로서 이해된다. 원치 않는 비싼 지역적 전계 강도 증가의 효과가 또한 상기 언급된 브러시들의 약간의 지지에 의해 감소한다. 내부 전극의 상기 나선형은 방전 필라멘트들의 원치 않는 이동을 매우 효과적으로, 특히 방전 램프의 공간적 방위(the spatial orientation)와 무관하게 방지한다. 원형 브러시의 바람직한 탄력적 변형가능성은 내부 튜브에서의 장착을 용이하게 한다. 게다가, 따라서 형성된 내부 전극은 아치형 내부 튜브들을 위해 또한 적합하다.

압력-이완 상태에서 털 다발 내에서 털들의 간격은 유용하게도 0.01 mm 내지 1 mm이다. 이웃 털들 사이의 선택된 갭이 더 작을수록, 즉 털들의 밀도가 증가할수록 방전이 더욱 균일하게 된다. 그러나, 털 간격이 조밀하게 됨에 따라 브러시의 변형가능성의 저하가 발생하고, 이것은 장착이 더욱 어렵게 한다. 간격은 바람직하게는 0.05 mm와 0.2 mm 사이이다.

0.005 mm와 0.5 mm 사이, 바람직하게는 0.02 mm와 0.2 mm 사이의 직경을 갖는 털들이 특히 효과적임이 증명되었다.

0.2 mm와 2 mm 사이의 두께들을 갖는 꼬인 와이어들이 그들의 탄력적 변형가능성에 있어서 유용함이 증명되었다.

바람직하게는 스테인리스 스틸이 꼬인 와이어들과 털들 모두를 위한 재료로서 적합하다.

본 발명에 따라 설계된 브러시 형태의 내부 전극이 아치형 내부 튜브를 갖는 방전 램프들에 바람직하게 적합하다. 그 유연성 때문에, 본 발명에 따른 내부 전극은 내부 튜브의 굴곡부(the bend)에 적응될 수 있다. 상기 굴곡부는 꼬임으로서 및 연속적인 커브 모두로서 실시될 수 있다. 내부 튜브의 원형, 반원형, 바나나형 또는 U형 만곡부(curvature)가 예로써 언급될 수 있다.

본 발명에 따른 내부 전극은 내부 튜브의 내부 표면의 균일한 커버링과 장착의 용이함을 결합시키고, 결과적으로 방전 용기 내부의 균일한 방전이 이루어지도록 한다. 게다가, 제조하기가 용이하다.

통상적으로 외부 튜브의 외부에는 하나 이상의 추가 전극이 배열된다. 그리드 타입과 스트립형 및/또는 선형 전극들 모두 외부 전극으로서 특히 고려된다. 접지 전극으로서 동시에 동작할 수 있는, 바람직하게는 알루미늄으로 이루어지는 반사기는 본 발명에 따른 램프의 뒷면, 즉 광 방사를 위해 제공되는 면의 반대면에 지향성 방사를 위해 제공될 수 있다. 대안적으로, 본 발명에 따른 램프는 다음 차례의 다수의 램프들을 포함하여, 예를 들면 알루미늄으로 이루어진 금속 블록 내에 실시될 수 있다. 상기 변형예에서, 금속 블록은 바람직하게는 접지 전위에서 외부 전극으로서 동작한다. 부가하여 냉각 시스템을 연결시키는 것도 가능하다.

하기에서는 예시적인 실시예들을 이용하여 더욱 상세하게 본 발명이 기재된다.

도 1a는 원형 브러시 형태의 내부 전극을 갖는 본 발명에 따른 방전 램프에 대한 측면도,

도 1b는 도 1a의 예시적 실시예의 단면도,

도 2는 세그먼트 내부 전극을 갖는 본 발명에 따른 방전 램프의 측면도,

도 3a는 반원형 브러시 형태의 내부 전극을 갖는 본 발명에 따른 방전 램프의 측면도,

도 3b는 도 3a의 예시적 실시예의 단면도, 및

도 4는 원형 브러시 형태의 내부 전극을 갖는 본 발명에 따른 U형 방전 램프 의 측면도.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 램프(1)의 제1 예시적 실시예에 대한 측면도 및 단면도를 각각 개략적으로 나타낸다. 램프(1)의 긴 방전 용기는 방전 용기의 종단축을 규정하는 동축 이중 튜브 장치의 외부 튜브(2) 및 내부 튜브(3)로 구성된다. 20 W의 전력 소비를 위해 설계된 유전체 장벽 방전 램프(1)의 길이는 20 cm이다. 외부 튜브(2)는 40 mm의 직경과 1 mm의 벽 두께를 갖는다. 내부 튜브(3)는 11 mm의 직경과 1.2 mm의 벽 두께를 갖는다. 두 개의 튜브들(2, 3)은 UV 방사선을 투과시키는(transparent) 석영 유리로 구성된다. 또한, 방전 용기는 자신의 두 단부면들에서 밀봉되어 환형 갭 형태로 긴 방전 공간(4)이 형성되도록 한다. 이를 위해, 상기 방전 용기는 적합하게 형상화된 환형 타입의 용기 섹션들(5)을 자신의 두 단부들에 각각 갖는다. 또한, 용기 섹션들(5) 중의 하나에는 방전 공간(4)이 먼저 진공화되고 후속하여 15 kPa의 크세논으로 채워지도록 하는 배기 튜브(도시되지 않음)가 제공된다. 전체 8개가 균일하게 분포된, 1 mm의 폭을 갖는 선형 외부 전극들(5)이 외부 튜브(2)의 벽 외부에서 방전 용기의 종단축에 평행하게 배열된다. 원형 브러시 형태의 내부 전극(6)은 내부 튜브(3)의 내부에서 배열된다, 방전 공간(4)의 외부가 방전 용기에 의해 둘러싸이는 것과 마찬가지이다. 내부 전극은 축방향 캐리어 엘리먼트(7)(여기서는 간단하게만 도시됨)와 다수의 털들(8)을 포함한다. 상기 캐리어 엘리먼트(7)는 각각의 직경이 1 mm인 두 개의 서로 엮여진 스테인리스 스틸 와이어들(꼬인 와이어들)(도시되지 않 음)로 형성된다. 캐리어 엘리먼트(7)에 대하여 방사형으로 지향되고 털들(8)로서 동작하는, 각각의 직경이 0.06 mm인 다수의 스테인리스 스틸 와이어들은 캐리어 엘리먼트(7)의 전체 길이를 따라 나선형으로 캐리어 엘리먼트(7)의 두 꼬인 와이어들에 다발이 되는 방식으로 엮여진다.

도 2는 도 1a 및 도 1b에서와 동일한 특징들이 동일한 참조부호들을 갖는, 추가의 예시적 실시예를 나타낸다. 개략적으로 도시된 유전체 장벽 방전 램프(9)는 내부 전극이 다섯 개의 세그먼트들(10-14)로 세분화된 점에서만 도 1a 및 도 1b에 도시된 램프와 상이하다. 캐리어 엘리먼트(7)는 방사형으로 진행되는 털들(8)을 갖는 전체 둘레에 걸쳐 세그먼트들(10, 12, 14) 내에서 제공된다. 상기 세그먼트들(10, 12, 14)은 털들이 존재하지 않는 세그먼트들(11, 13)과 교대로 있다. 결과적으로, 작동 동안에 램프(9)는 바람직하게도 세그먼트들(10, 12, 14)의 하위영역들에서 방사하고, 반면에 세그먼트들(11, 13)에서는 방전이 형성되지 않는다.

도 3a 및 도 3b는 추가의 예시적 실시예에 대한 측면도 및 단면도를 각각 매우 개략적으로 나타낸다. 또한, 여기서, 도 1a 및 도 1b에서와 동일한 특징들은 동일한 참조부호들을 갖는다. 개략적으로 도시된 유전체 장벽 방전 램프(9)는 내부 전극이 반원통형 방식으로만 방사형 털들(8)을 갖는다는 점에서 도 1a 및 도 1b에 도시된 램프와 상이하다. 또한, 외부 튜브(2)의 벽 외부는 외부 튜브(2)의 전체 길이를 따라 연장되는, 알루미늄으로 이루어진 외부 전극(16)을 하프 셜(half shell) 형태로 갖는다. 이러한 배열에서, 외부 전극(16)은 반원형 브러시 형태의 내부 전극에 바로 반대편이 되도록 지향된다. 이것은 방사를 위해 바람직한 방향 을 달성한다. 외부 전극(16)은 예를 들어 기상 증착되고, 접착되거나 플러깅될 수 있다. 게다가, 외부 전극은 램프가 부분적으로 내장되는 금속 블록에 의해 또한 형성될 수 있다.

도 5는 방전 용기 그리고 결과적으로 내부 튜브(17) 및 외부 튜브(18)가 U형으로 구부러진 예시적 실시예를 개략적으로 나타낸다. 본 발명에 따른 유연성 있는 내부 전극(6)은 어떠한 문제없이 상기 굴곡부를 따라갈 수 있다. 또한, 내부 전극(6)은 캐리어 엘리먼트 및 털들 모두의 유연성 때문에 문제점들로부터 상대적으로 자유롭게 내부 튜브에 삽입될 수 있다.

Claims (15)

1. 외부 튜브(2)와 상기 외부 튜브(2) 내에 배열되는 내부 튜브(3)를 갖는 방전 용기 - 상기 내부 튜브(3) 및 외부 튜브(2)는 기밀 방식으로 서로에 연결되어 결과적으로 방전 매체로 채워진 방전 공간(4)이 상기 내부 및 외부 튜브들 사이에 형성됨 -; 및

   상기 내부 튜브(3) 내에 배열되는 제1 전극(6)과 하나 이상의 추가 전극(5)을 구비한 유전체 장벽 방전 램프(1)로서,

   상기 제1 전극(6)은 전기 전도성 브러시 형태로 설계되는,

   유전체 장벽 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   브러시 형태의 상기 제1 전극(6)은, 사실상 방사형으로 배열되고 내부 튜브(3)의 벽까지 사실상 연장되는 털들(bristles)(8)과 긴 캐리어 엘리먼트(an elongated carrier element)(7)를 갖는,

   유전체 장벽 방전 램프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 캐리어 엘리먼트(7)와 상기 털들(8)은 유연성 있는 물질로 구성되는,

   유전체 장벽 방전 램프.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 유연성 있는 물질은 금속, 바람직하게는 스테인리스 스틸인,

   유전체 장벽 방전 램프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캐리어 엘리먼트(7)는 원형 브러시 방식으로 전체 둘레의 적어도 일부분에서 털들을 갖는,

   유전체 장벽 방전 램프.
6. 제 5 항에 있어서,

   원형 브러시 타입의 전극(6)의 직경은 분해 상태에서(in the dismantled state) 상기 방전 용기의 내부 튜브(3)의 내부 직경보다 더 큰,

   유전체 장벽 방전 램프.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   각각의 털(8)은 하나의 와이어로 구성되는,

   유전체 장벽 방전 램프.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 털 와이어의 직경은 0.005 mm 내지 0.5 mm, 바람직하게는 0.02 mm 내지 0.2 mm인,

   유전체 장벽 방전 램프.
9. 제 7 항에 있어서,

   분해 상태에서 브러시 타입 전극의 털 와이어들의 상호 평균 간격은 0.01 mm 내지 1 mm, 바람직하게는 0.05 mm 내지 0.2 mm인,

   유전체 장벽 방전 램프.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 캐리어 엘리먼트는 둘 이상의 서로 꼬인 와이어들로 구성되는,

    유전체 장벽 방전 램프.
11. 제 10 항에 있어서,

    각각의 꼬인 와이어의 직경은 0.2 mm 내지 2 mm인,

    유전체 장벽 방전 램프.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하나 이상의 추가 전극(5)은 상기 외부 튜브(2)의 외부에 배열되는,

    유전체 장벽 방전 램프.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 하나 이상의 추가 전극(5)은 그리드 타입, 또는 스트립형 또는 선형인,

    유전체 장벽 방전 램프.
14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유전체 장벽 방전 램프는 추가 전극으로 동작하는 금속 블록에 적어도 부분적으로는 내장되는,

    유전체 장벽 방전 램프.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 방전 튜브는 아치형인,

    유전체 장벽 방전 램프.

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