KR20130118752A - 무선 전력 공급식 유전체 배리어 방전 램프, 및 무선 전력 공급식 유체 처리 시스템용 베이스 스테이션 - Google Patents

무선 전력 공급식 유전체 배리어 방전 램프, 및 무선 전력 공급식 유체 처리 시스템용 베이스 스테이션 Download PDF

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칼리스 베크지에딘스
마이클 이. 마일즈
조슈아 케이. 슈완네케
데이비드 에이. 믹호프
도노반 엘. 스콰이어스
주니어 윌리엄 티. 스토너
매튜 제이. 노르콘크
리차드 비. 빌스마
매튜 제이. 릴리
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액세스 비지니스 그룹 인터내셔날 엘엘씨
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Abstract

예를 들어, 유체 처리 시스템용 유전체 배리어 방전 램프 조립체(20)를 개시한다. 램프 조립체는, 2차 유도 코일(24), 2차 유도 코일에 결합된 제1 전극 및 제2 전극(26, 28), 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 유전체 배리어를 갖는 램프(30)를 포함할 수 있다. 유전체 배리어는 방전 가스를 포함하는 방전 챔버를 형성한다. 2차 유도 코일은 근처의 1차 유도 코일로부터 전력을 수신하여 방전 챔버 내의 유전체 배리어 방전을 촉진시키도록 구성된다. 생성된 유전체 배리어 방전은 공기 또는 물의 처리를 위해, 또는 다른 응용을 위해 자외선 광을 생성할 수 있다. 또한, 유체 처리 시스템용 베이스 스테이션을 개시하며, 이 베이스 스테이션은, 예를 들어, 유전체 배리어 방전 램프, 가스 방전 램프, 백열 램프, 또는 LED를 비롯하여 2차 유도 코일을 구비하는 램프 조립체에 무선 전력 공급원을 제공하도록 구성된 1차 유도 코일(22)을 포함한다. 베이스 스테이션은, 유체 특성에 기초하여 제어되는 시변 전압으로 1차 유도 코일을 구동하도록 구성된 구동기 회로, 및 상기 유체 특성을 검출하도록 구성된 유체 센서를 더 포함한다.

Description

무선 전력 공급식 유전체 배리어 방전 램프, 및 무선 전력 공급식 유체 처리 시스템용 베이스 스테이션{WIRELESSLY POWERED DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP, AND BASE STATION FOR A WIRELESSLY POWERED FLUID TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 유전체 배리어 방전 램프에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체 처리 시스템, 발광 시스템 및 다른 응용에 사용하기 위한 유전체 배리어 방전 램프에 관한 것이다.
유전체 배리어 방전 램프는 일반적으로 공지되어 있고 특정 파장의 전자기 방사가 요구되는 다양한 응용에 사용된다. 예를 들어, 일부 응용은 폐수 처리 및/또는 음료수의 소독을 포함한다. 이들 응용은 파장이 약 100 nm 내지 280 nm인 자외선 방사를 요구할 수 있다. 다른 응용은 파장이 약 380 nm 내지 750 nm인 것을 요구할 수 있는 일반적인 조명을 위한 가시광의 생성을 포함한다.
유전체 배리어 방전 램프는 통상 임의의 형태일 수 있다. 유전체 배리어 방전 램프의 가장 단순한 형태 중 하나는 외부 튜브 및 그와의 사이에 환형 방전 챔버를 형성하는 동축의 내부 튜브를 포함한다. 내부 튜브 내의 전극과 외부 튜브의 외측 주위의 상대전극은 환형 방전 챔버에 의해 이격된다. 챔버는 통상 가스 방전, 특히 유전체 배리어 방전이 방전 챔버 내에서 개시되자마자 1차 방사를 방출하는 크세논과 같은 희가스 또는 희귀가스를 포함한다. 유전체 배리어 방전 동안, 크세논 분자는 이온과 전자로 해리되어 크세논 플라즈마가 된다. 크세논 플라즈마가 특정 에너지 레벨로 여기되면, 엑시머 분자가 플라즈마 내에 형성된다. 엑시머 분자는 일정 수명 이후에 분리되어, 크세논 플라즈마의 경우 피크 파장이 약 172 nm인 광자를 방출한다. 이러한 에너지는 외부 튜브의 내측 상에 침착된 발광 층을 통하여 175 nm 내지 280 nm 범위로 변환될 수 있다. 적어도 외부 튜브는 석영과 같은 반투명 물질로 형성될 수 있어서, 물 또는 공기의 소독을 위해, 또는 다른 응용을 위해 자외선 방사를 방출한다.
종래 시스템은 공통 자기 코어 둘레에 권취되어 주 전압 또는 제1 전압을 전극과 상대전극을 가로질러 인가하기 위한 제2 전압으로 변환시키는 승압 변압기를 또한 포함할 수 있다. 그러나, 승압 변압기는 통상 전원 장치 및 램프 몸체에 물리적인 연결을 포함하여야 한다. 사용 중에, 변압기와 램프 몸체 사이의 연결(예를 들어, 전기적 접촉)은 유체 및 부식에 취약할 수 있다. 더욱이, 종래의 유전체 배리어 가스 방전 램프에 의한 유체의 효율적인 처리에 있어서 주요 장애는 적절한 처리를 위해 필요한 레벨보다 높거나 또는 낮은 레벨에서 유체를 조사하는 것이다.
유체 처리 시스템용 유전체 배리어 방전 램프 조립체가 제공된다. 램프 조립체는 2차 유도 코일, 2차 유도 코일에 결합된 제1 전극과 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 유전체 배리어를 포함하는 램프를 포함할 수 있다. 유전체 배리어는 방전 가스를 포함하는 방전 챔버를 형성할 수 있고, 제1 전극 및 제2 전극들 중 하나는 방전 챔버 내에 연장될 수 있다. 2차 유도 코일은 근처의 1차 유도 코일로부터 전력을 수신하도록 구성되어 방전 챔버 내에서 유전체 배리어 방전을 촉진할 수 있다. 생성된 유전체 배리어 방전은 공기 또는 물의 처리를 위한, 또는 다른 응용을 위한 자외선 광을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 램프는 외부 튜브로부터 이격된 내부 튜브를 포함하고 이들 사이에 방전 갭을 형성한다. 제1 전극과 제2 전극 사이에 고전압을 인가함으로써 램프의 외측을 통하여 그리고 주위의 유체로 광을 방출하도록 방전 갭 내에 전기 방전을 일으킬 수 있다. 주위의 유체, 예를 들어 물은 선택적으로 전극의 연장부로서 기능을 할 수 있다. 선택적으로, 램프 조립체는 전극에 결합되고 램프의 외측에 부착된 전도성 메시(mesh)를 포함할 수 있다. 또한 선택적으로, 램프 조립체는 램프로부터 이격된 전기적 유전성 부재(electrically permitable member)를 포함하여 이들 사이에 유체를 수용할 수 있다. 전기적 유전성 부재는, 예를 들어, 유체의 이온화를 방지하기 위하여 제1 전극 및 제2 전극 중 하나 또는 둘 모두로부터 유체를 통상 분리할 수 있다.
다른 실시예에서, 베이스 스테이션이 제공된다. 램프 조립체는 베이스 스테이션 내에 제거 가능하게 수용될 수 있고, 베이스 스테이션은 1차 유도 코일을 유도하여 무선 전력 공급원을 램프 조립체에 제공할 수 있다. 베이스 스테이션은 제어기, 램프 펄스 구동기, 램프 센서, 및 수류 센서(water flow sensor)를 갖는 주 회로를 더 포함할 수 있다. 제어기는 램프 펄스 구동기에 전기적으로 결합되어 일련의 짧은 지속 시간 펄스로 1차 유도 코일을 구동할 수 있다. 제어기는 램프 센서 및 수류량 센서로부터의 피드백을 감시하여 램프 펄스 구동기의 성능을 제어할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 2차 유도 코일 및 램프는 동축일 수 있고, 2차 유도 코일은 램프의 적어도 일부 둘레에 연장될 수 있다. 1차 유도 코일 및 2차 유도 코일은 서로 동심 관계로 배열될 수 있고, 2차 유도 코일은 자기 코어를 포함하고 1차 유도 코일에 의해 형성되는 외경보다 작은 외경을 형성한다. 대안적으로, 2차 유도 코일은 1차 유도 코일에 의해 형성되는 외경보다 큰 외경을 형성하고, 1차 코일이 자기 코어를 포함한다. 램프 조립체는 2차 유도 코일을 적어도 부분적으로 봉지하고 베이스 스테이션과 적어도 부분적으로 상호 끼워 맞춤되는 보조 하우징을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 베이스 스테이션은 유체 품질 센서를 포함할 수 있다. 유체 품질 센서는 제어기에 전기적으로 연결된 출력부를 가질 수 있고, 유체 품질 센서는, 예를 들어 유체 탁도, pH, 또는 온도를 포함하는, 처리되는 유체의 특성을 판단하도록 구성될 수 있다. 유체 품질 센서의 출력에 기초하여, 제어기는 램프 조립체로부터 방출된 자외선 광의 강도를 제어하거나 가변시킬 수 있다. 선택적으로, 램프는 방사된 광을 자외선 파장 광으로 변환시키는 발광 층을 포함할 수 있거나, 또는 램프는 발광 층의 도움 없이 자외선 방사를 방출하도록 가스를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 램프 조립체는 무선 전력 공급식 가스 방전 램프, 무선 전력 공급식 백열 램프, 또는 다른 무선 전력 공급식 장치를 위한 기존의 베이스 스테이션에 의해 구동되도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 램프 조립체는 2차 유도 코일과 제1 및 제2 전극 사이에 전기적으로 연결된 램프 펄스 구동기를 포함할 수 있다. 램프 펄스 구동기는 2차 유도 코일 내에 유도된 제1 시변 전압을 제1 전극 및 제2 전극을 가로질러 인가되는 제2 시변 전압으로 변환시키도록 구성되어 방전 챔버 내에 유전체 배리어 방전을 유도할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 램프 조립체는 베이스 스테이션 및 선택적으로 1차 유도 코일과 무선 통신을 위한 RF 안테나 및 메모리 태그를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 유도 코일은 처리되는 물의 수질, 유전체 배리어 방전 램프의 조명 개수, 및 조명 시간과 같은 데이터를 메모리 태그로부터 판독하고 그에 기입하도록 통신 모드에서 작동할 수 있다. 더욱이, 1차 유도 코일은 태그로부터의 누적된 이전 작동 데이터 및 고유의 램프 일련 번호와 같은 데이터를 메모리 태그로부터 판독하도록 작동할 수 있다. 누적된 작동 데이터를 주어진 램프 조립체에 대한 권장 한계와 비교함으로써, 베이스 스테이션은 사용자 및/또는 서비스 직원에게, 무엇보다도, 사용 정보 또는 램프 조립체나 다른 구성요소의 교체에 대한 정확한 시간의 표시를 제공할 수 있다. 작동 시에, 시스템은 각각의 사용 전에 메모리 태그로부터 데이터를 판독하도록 구성될 수 있고 각각의 사용 후에 메모리 태그에 데이터를 기입하도록 구성될 수 있다. RF 판독기/기입기 코일로서 1차 코일을 사용하여 RF 통신용 개별 코일에 대한 필요성을 또한 없앨 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징과 이점은 첨부된 도면 및 후속하는 특허청구범위에 따라 고려할 때 본 발명의 이하 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 유전체 배리어 방전 램프 조립체의 정면도 및 사시도이다.
도 2는 도 1의 램프 조립체의 수직 단면도이다.
도 3은 도 1의 램프 조립체의 부분 분해도이다.
도 4는 베이스 스테이션 및 램프 조립체의 블록도이다.
도 5는 시간에 따른 램프 전압을 나타내는 그래프이다.
도 6은 시간에 따른 구동 전압을 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 6의 구동 전압에 응답하는 램프 전압을 나타내는 그래프이다.
도 8은 물 처리 시스템의 작동 흐름도이다.
도 9는 전도성 메시 외부 전극을 포함하는 유전체 배리어 방전 램프 조립체의 수직 단면도이다.
도 10은 메시 외부 전극을 따라 유체가 이동하도록 구성된 도 9의 램프 조립체의 수직 단면도이다.
도 11은 베이스 스테이션 수질 센서를 포함하는 램프 조립체 및 베이스 스테이션의 블록도이다.
도 12는 UV 방출 램프 또는 LED를 포함하는 램프 조립체 및 베이스 스테이션의 블록도이다.
도 13은 수질 센서를 포함하는 물 처리 시스템의 작동 흐름도이다.
도 14는 컴퓨터 판독가능 램프 메모리를 포함하는 램프 조립체 및 베이스 스테이션의 블록도이다.
도 15는 컴퓨터 판독가능 램프 메모리 및 수질 센서를 포함하는 물 처리 시스템의 작동 흐름도이다.
도 16은 2차 코일의 코어 내에 수용된 1차 코일을 포함하는 유전체 배리어 방전 램프 조립체의 평면도 및 사시도이다.
도 17은 도 16의 램프 조립체의 수직 단면도이다.
도 18은 도 16의 램프 조립체의 부분 분해 사시도이다.
도 19는 도 16의 램프 조립체의 부분 분해 단면도이다.
도 20은 베이스 스테이션 및 개장된 램프 조립체의 블록도이다.
도 21은 필터 요소를 포함하는 도 20의 램프 조립체의 수직 단면도이다.
도 22는 전기적 유전성 외부 슬리브 및 외부 전극을 포함하는 램프의 수직 단면도이다.
본 실시예는 유도 전력 공급식 유전체 배리어 방전 램프 조립체에 관한 것이다. 램프 조립체는 대체로 2차 유도 코일, 2차 유도 코일에 전기적으로 결합되고 서로 이격된 제1 전극 및 제2 전극, 및 이들 전극 사이에 개재된 유전체 배리어를 포함하는 램프를 포함한다. 아래에서 언급된 바와 같이, 램프 조립체는, 예를 들어, 유체 처리 시스템 및 발광 시스템을 포함하여, 여러 다양한 응용에 걸쳐 사용될 수 있다.
이제 도 1 내지 도 3을 참조하여, 제1 실시예에 따른 램프 조립체가 설명되고, 이는 대체로 도면부호 20으로 표시된다. 램프 조립체(20)는 근처에 있는 1차 유도 코일 또는 1차 코일(22)로부터 무선으로 전력을 수신하도록 구성된 2차 유도 코일 또는 2차 코일(24), 2차 코일(24)에 전기적으로 결합된 제1 전극(26), 2차 코일(24)에 전기적으로 결합된 제2 전극(28), 및 유전체 배리어 방전 램프 몸체(30)를 포함한다. 2차 코일(24)은 외부 시변 전자기장에 응답하여 내부 전류를 생성하도록 구성된 임의의 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차 코일(24)은 축 둘레에 1회 이상 권취된 전도성 요소의 형태일 수 있는 한편, 다른 실시예에서 2차 코일(24)은 비전도성 기판 내의 스탬핑되거나 인쇄된 전도성 권취부를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(26, 28)은 2차 코일(24)의 연장부일 수 있거나, 또는 개별적으로 형성되어 2차 코일(24)의 각각의 단부에 전기적으로 결합될 수 있다.
램프 몸체(30)는 유전체 배리어를 포함하는 임의의 램프 몸체일 수 있고, 형태가 관형, 평탄형, 또는 특정 응용에 적합한 임의의 형상일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(26)은 램프 몸체(30)의 길이를 따라 종방향으로 연장될 수 있는 한편, 다른 실시예에서 제1 전극(26)은 램프 몸체(30)의 내측에 대해 그리드(grid)를 형성할 수 있다. 램프 몸체(30)는 적어도 부분적으로 유체, 예를 들어 물에 의해 둘러싸일 수 있으며, 이는 이어서 제2 전극(28)의 연장부로서 기능을 할 수 있다. 제1 및 제2 전극은 적어도 하나의 유전체 배리어(31) 및 예를 들어, 크세논, 희가스, 또는 희가스-할로겐화물 혼합물을 포함하는 방전 가스에 의해 이격될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로질러 고전압 전위가 인가되면 방전 가스가 차지하는 영역 내에 전기 방전이 일어날 수 있고, 선택적으로 램프 몸체(30)의 외측을 통하여 주위의 유체로 광, 예를 들어 자외선 광을 방사하게 된다.
또한 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 램프 조립체(20)는 외부 반지름이 2차 코일 보빈(34)의 내부 반지름보다 작은 환형 자기 코어(36)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기 코어(36)는 제2 보빈(34)의 내측에 배치될 수 있고, 이는 2차 코일(24)로부터 방사상으로 이격된다. 그러나, 소정 응용에서, 자기 코어는 요구되지 않을 수 있고, 제2 보빈(34)의 내측 영역은, 예를 들어, 내가스성 또는 내수성 포팅 화합물(gas or waterproof potting compound)(39)로 충전될 수 있다. 2차 코일(24), 제2 보빈(34) 및 자기 코어(36)는 보조 하우징(38)에 의해 둘러싸일 수 있고, 제1 및 제2 전극(26, 28)이 보조 하우징(38)으로부터 축방향으로 돌출된다. 위에서 언급된 바와 같이, 만일 원한다면, 보조 하우징(38)의 내측은 방수 포팅 화합물(39)로 충전되어 하우징 내측의 구성요소를 밀봉하고 선택적으로 내수성 처리를 할 수 있다. 설명된 실시예에 도시된 바와 같이, 오링, 시일 또는 개스킷(40)이 보조 하우징(38)의 내부 반지름부와 램프 몸체(30)의 외부 반지름부 사이에 개재되어 하우징 내측을 추가로 밀봉할 수 있다.
제1 전극(26)의 상당한 부분을 봉지하는 유전체 재료로 형성된 외부 튜브(31)를 포함하는 것으로 도시되면서, 램프 몸체(30)는 예를 들어 외부 튜브(31) 내에 끼워 맞춤되고 그로부터 이격된 내부 튜브를 포함하여 이들 사이에 방전 갭을 형성할 수 있다. 이러한 구성에서, 내부 튜브 및 외부 튜브 중 적어도 하나는, 예를 들어, 석영, 유리 또는 세라믹을 포함하는 적합한 유전체 재료로 형성될 수 있다. 더욱이, 내부 튜브 또는 외부 튜브 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 투명한 재료, 선택적으로 석영으로 형성될 수 있어서, 램프 몸체(30)의 내부로부터 투광을 허용할 수 있다. 램프 몸체(30)는 램프 몸체(30) 내에서 생성된 방사선을, 부분적으로 투명한 외부 튜브(31)를 거쳐 방출될 수 있는, 상이한 (예를 들어, 더 높은) 파장으로 변환시키기에 적합한 발광 층 또는 코팅을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 방전된 광을 파장이 대략 175 nm 내지 대략 280 nm인 살균력 있는 자외선 광으로 변환할 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 방출된 파장은 이러한 범위 내에서 또는 그 이외에서 변할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 램프 몸체(30)는 형광 코팅의 도움 없이 자외선 광을 방출하도록 구성된 가스를 함유할 수 있다. 이러한 가스는 파장이 대략 220 nm 내지 대략 240 nm, 선택적으로는 대략 230 nm인 광을 방사하도록 구성된 크립톤 클로라이드(krypton chloride)를 예를 들어 포함할 수 있는 한편, 다른 가스는 요구되는 바와 같이 다른 실시예에서 이용될 수 있다.
위에서 언급되고 도 4에 도시된 바와 같이, 2차 코일(24)은 베이스 스테이션(42)과 연계된 1차 코일(22)과 유도 결합될 수 있다. 베이스 스테이션(42)은 무선 전력 공급원을 제공하도록 구성된 임의의 장치, 선택적으로 사용 현장의 물 처리 시스템 또는 다른 장치일 수 있다. 예를 들어, 베이스 스테이션(42)은, 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 원용되고 2009년 1월 12일자로 출원된 라우첸하이저(Lautzenheiser) 등의 국제 특허 출원 PCT/US2010/020623호에서 설명된 사용 현장의 물 처리를 포함한다. 램프 조립체(20)가 베이스 스테이션(42) 내에 수용될 때, 1차 및 2차 코일(22, 24)은 서로 근접하게 위치되어 이들 사이에 유도 전력 변환을 허용할 수 있다. 예를 들어, 1차 및 2차 코일(22, 24)은 서로로부터 방사상으로 오프셋된 동심의 제1 및 제2 보빈(32, 34) 둘레에 각각 선택적으로 권취될 수 있다. 또한, 예로서, 1차 및 2차 코일(22, 24)은 동축일 수 있고, 선택적으로는 공통 자기 코어를 포함하는, 종방향 단부 대 단부의 관계로 축방향으로 오프셋된 제1 및 제2 보빈(32, 34) 둘레에 권취될 수 있다. 이들 구성에서, 램프 조립체(20), 및 그 결과 2차 코일(24)은, 다수의 램프 조립체(20)가 반복 사용에 걸쳐 교체되더라도, 베이스 스테이션(42)의 유효 수명을 연장시키기 위하여 베이스 스테이션(42)으로부터 물리적으로 분리 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스 스테이션(42)은 물, 공기 또는 다른 유체의 공급부와 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 램프 조립체(20)는 베이스 스테이션(42) 내의 물 압력 용기 내에 둘러싸일 수 있는데, 물 압력 용기는 물 정화 유닛의 하우징을 선택적으로 형성할 수 있다. 2차 코일(24) 및 램프 몸체(30)가 1차 코일(22)로부터 분리 가능하기 때문에, 사용자는 램프 조립체(20)를 적절한 전원 장치에 달리 연결할 수 있는 임의의 직접 전기 접속부에 수분을 노출시키지 않고서 2차 코일(24) 및 램프 몸체(30)를 용이하게 검사, 수리 또는 교체할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 베이스 스테이션(42)은 무선 전력 공급원을 제공하도록 구성된 임의의 장치, 예를 들어 사용 현장의 물 처리 시스템 또는 다른 장치일 수 있다. 이제 도 4를 참조하면, 베이스 스테이션(42)은 선택적으로 마이크로 제어기(44), 램프 펄스 구동기(46), 램프 센서(48), 수류 센서(50) 및 1차 코일(22)을 포함할 수 있다. 더욱이, 램프 조립체(20)는 2차 코일(24)과 램프 몸체(30)를 포함할 수 있고, 여기서 1차 코일(22) 및 2차 코일(24)은 유도 결합하는 개별 구성요소를 형성한다. 마이크로 제어기(44)는 램프 펄스 구동기(46)에 전기적으로 결합될 수 있고 1차 코일(22)을 구동하도록 작동할 수 있다. 일부 응용에서, 램프 펄스 구동기(46)는 AC 전압, 선택적으로 주 전압을 1차 코일(22)을 구동하기에 적합한 펄스형 DC 파형으로 변환할 수 있다. 그러나, 다른 응용에서, 램프 펄스 구동기(46)는 DC 전압, 예를 들어 정류된 주 전압을 조정된 펄스형 DC 파형으로 변환할 수 있다. 이들 및 다른 구성에서, 램프 펄스 구동기(46)는, 예를 들어, 스위칭 회로 및/또는 스위치 모드 전원 장치를 포함하여, 조정된 출력을 제공하기에 적합한 임의의 구동기 회로를 포함할 수 있다. 작동 시에, 램프 펄스 구동기(46)는 마이크로 제어기(44)에 의해 제어 가능한 가변 파라미터(예를 들어, 주파수, 듀티 사이클, 위상, 펄스폭, 진폭, 등)를 갖는 일련의 짧은 지속 시간 펄스를 제공할 수 있다. 1차 코일(22) 내의 시변 전류의 작동을 통하여, 상응하는 시변 전류가 유도 결합된 2차 코일(24) 내에 생성된다. 예를 들어, 펄스형 DC 전압은 1차 코일(22)을 가로질러 제공될 수 있고, 이어서 접지로 방출될 수 있다. 각각의 펄스에서의 방출 시, 1차 코일(22)을 가로지르는 전압 및/또는 전류는 신속하게 변한다. 이어서, 2차 코일(24) 내의 상응하는 펄스형 파형은 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로질러 인가되어 램프 몸체 방전 갭 내에 전기 방전을 생성한다. 2차 코일(24) 내의 펄스형 파형은 반드시는 아니지만 전형적으로 1차 코일 내의 펄스형 파형보다 높은 피크 전압을 갖는다.
도 5는 램프 조립체(20)의 작동 중의 램프 전압, 예를 들어 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로지르는 전압을 설명한다. 각각의 구동 펄스에서, 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로지르는 램프 전압은 유전체 방전의 개시를 위한 피크 전압으로 신속히 상승한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 구동 펄스는 대략 4.0 V 내지 대략 8.0 V의, 선택적으로는 대략 6.0 V의 진폭을 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서 구동 펄스는 이러한 범위 내에서 또는 그 이외에서 변할 수 있다. 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로지르는 상응하는 피크 전압은 유전체 배리어 방전을 유도하기에 충분한 임의의 전압일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 피크 전압은 대략 3.0 kV 내지 대략 4.0 kV의, 선택적으로는 대략 3.4 kV의 전압을 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 전극(26, 28)들을 가로지르는 피크 전압은 이러한 범위 내에서 또는 그 이외에서 변할 수 있다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 유전체 방전의 주파수는, 예를 들어 대략 15 마이크로초의 주기에 대해 대략 66.7 kHz의 주파수를 포함하는, 구동 주파수에 상응할 수 있다. 더욱이, 구동 주파수는 대략 66.7 kHz 미만 또는 초과로 변할 수 있는데, 선택적으로는, 예를 들어 대략 300 kHz 내지 대략 600 kHz의 주파수를 포함하여, 100 kHz 초과의 주파수를 포함한다. 이러한 상승된 주파수에서의 작동은, 램프 몸체 발광 강도의 상응하는 감소 없이, 감소된 구동 전압, 듀티 사이클 및/또는 펄스폭을 허용할 수 있으며, 일부 경우에 개별 주파수 범위에서의 발광 강도의 예상 밖의 증가 또는 배가를 달성할 수 있다. 예를 들어, 대략 300 kHz 내지 대략 600 kHz의 주파수를 포함하여, 100 kHz 초과의 주파수에서 제1 및 제2 전극(26, 28)을 구동하여 공칭 레벨로 하강하기 전에 대략 +3.4 kV 및 대략 -3.4 kV의 "이중-피크"를 달성할 수 있다. 100 kHz 미만의 구동 주파수에서, 램프 전압은 정상적으로는 예를 들어 +3.4 kV에서 단일 피크를, 그리고 이어서 도 5에 도시된 공칭 -1.0 kV 값을 달성할 것이다. 비교적 고전압이 일부 경우에 램프 몸체(30) 내에서 유전체 방전을 달성하는 데 필요할 수 있기 때문에, 방전은 크기가 1.0 kV보다 큰, 그리고 선택적으로 2.0 kV보다 큰, 또는 3.0 kV보다 큰 램프 전압에 응답하여 발생할 수 있다. 구동 전압의 주파수 및/또는 다른 특성(들)을 가변시킴으로써, 그에 따라서 마이크로 제어기(44)는 방전 갭 내에 엑시머의 형성을 제어할 수 있거나 또는 그에 영향을 줄 수 있고, 그에 의해 램프 몸체(30)로부터 방출된 자외선 광의 강도를 제어할 수 있거나 또는 그에 영향을 줄 수 있다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따라 1차 코일(22) 내의 구동 전압과 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로지르는 상응하는 전압을 추가로 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 구동 전압은 대략 555.6 kHz의 주파수, 대략 50%의 듀티 사이클, 및 대략 0.9 마이크로초의 펄스폭을 갖는 대략 +/- 5.0 V 교류 전류의 구형파를 포함한다. 구동 전압의 이들 파라미터 또는 특성이 대체로 일정한 것으로 도 6에 도시되는 한편, 베이스 스테이션 마이크로 제어기(44)는 이들 파라미터의 하나 이상을 가변시켜, 선택적으로는 램프 센서(48), 수류량 센서(50), 또는 다른 센서 중 하나 이상으로부터의 피드백에 응답하여, 전술된 바와 같이 램프 몸체(30) 내의 생성된 발광 출력을 제어할 수 있다. 더욱이, 구동 전압은, 원하는 경우, 양의 또는 음의 D.C. 오프셋을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구형파는 각각의 펄스에서 영(0)으로부터 +10.0 V까지 진동하도록 +5.0 V D.C. 오프셋을 포함할 수 있다. 더욱이, 구동 전압은 구형파와 상이할 수 있으며, 예를 들어 톱니 파형, 삼각 파형, 사인 파형, 또는 이의 조합을 포함하는 다양한 파형을 포함할 수 있다. 램프 조립체(20)의 작동 중에 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로지르는 상응하는 전압이 도 7에 도시되어 있다. 1차 코일(22) 내의 각각의 구동 펄스는 2차 코일(24) 및 그에 따른 제1 및 제2 전극(26, 28)에서 상응하는 진동 전압을 생성한다. 예를 들어, t = 0에서 5.0 V, 0.9 마이크로초의 구동 펄스가 전극(26, 28)들을 가로질러 +/-1.5 kV의 피크 전압을 생성하여, 램프 몸체(30) 내에서 다수의 유전체 방전을 일으킨다. 시각 t = 0.9 마이크로초에서, +5.0 V에서 -5.0 V로 거의 순간적으로 천이된 구동 펄스가 전극(26, 28)을 가로질러 +/-2.1 kV의 피크 전압을 생성하여, 램프 몸체(30) 내에서 다수의 유전체 방전을 다시 일으킨다. 따라서, 각각의 구동 펄스의 경우, 전극(26, 28)은 다수의 국부 최대 또는 최소를 갖는 시변 전압으로 구동될 수 있고, 선택적으로 램프 몸체 내에서 상응하는 수의 전기 방전을 일으킬 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 베이스 스테이션 마이크로 제어기(44)는 또한 램프 센서(48) 및/또는 수류량 센서(50)로부터의 피드백을 감시하여 램프 구동기(46)의 성능을 최적화할 수 있다. 특히, 마이크로 제어기(44)는 공식 또는 룩업 테이블(look-up table)에 따라 1차 코일(22) 출력을 판단하여 주어진 세트의 조건(예를 들어, 유량, 수질, 전구 수명, 등)에 대하여 원하는 램프 출력(예를 들어, 강도, 피크 파장, 등)을 제공할 수 있다. 램프 조립체(20)를 작동시키는 공정이 도 8의 흐름도와 함께 설명될 수 있다. 단계(62)에서 수류량 센서(50)에 의해 수류가 감지되면, 마이크로 제어기(44)는 단계(64)에서 전력이 1차 코일(22)로 전송되도록 한다. 위에서 언급된 바와 같이, 단계(62)에서 전송되는 전력의 레벨은 공식에 의해 또는 룩업 테이블의 사용을 통하여 마이크로 제어기(44)에 의해 결정된다. 일반적으로, 낮은 유량은 낮은 자외선 램프 강도를 요구하는데, 이는 자외선 광에 대한 물 접촉 노출이 유동이 느릴 때 더 길어지기 때문이다. 마찬가지로, 수류량이 높으면, 더 높은 자외선 강도가 대체로 요구되는데, 이는 자외선 광에 대한 물 접촉 노출이 유동이 빠를 때 더 짧아지기 때문이다. 그러나, 소정의 응용에서, 램프는 최대 강도에서 작동할 수 있다. 더욱이, 유량을 기초로 하여 출력을 결정하기 위하여, 시스템은 또한 수류의 지속 시간을 기초로 하여 램프의 전력 전송에 조정될 수 있다. 예를 들어, 처음 30초의 수류가 높은 전력 전송의 초기 이후에 안정된 상태의 레벨로 감소될 수 있는 높은 자외선 노출을 구동하도록 높은 전력 전송을 필요로 할 수 있다. 마찬가지로는, 다른 시변 전력 전송 프로파일이 특정 시스템의 필요성을 기초로 하여 적용될 수 있다. 단계(66)에서, 마이크로 제어기(44)는 램프 센서(48)를 통하여 램프의 작동을 확인한다. 만일 램프가 켜져 있고 정확한 강도에 있는 것으로 확인되면, 주 전자 장치(42)는 1차 코일(22)에 동일한 전력을 계속 전송할 것이다. 만일 램프 센서(48) 및/또는 수류량 센서(50)의 출력을 기초로 하여 단계(68)에서 조절이 필요하면, 시스템은 또한 1차 코일(22)로의 전력 전송을 조절할 수 있다. 만일 물 처리가 단계(70)에서 더 이상 요구되지 않는 것으로 판단되면, 마이크로 제어기(44)는 단계(72)에서 램프 구동기(46)의 작동을 멈출 수 있다. 더욱이, 만일 소정 횟수의 실패한 램프 스타트 시도 이후에 램프가 여전히 켜지지 않으려고 하면, 시스템은 시각, 청각 또는 촉각 피드백 메시지를 제공하여 서비스 또는 수리에 대한 필요성을 나타낸 후에 종료될 수 있다.
제2 실시예에 따른 유전체 배리어 방전 램프 조립체가 도 9 및 도 10에 도시되고, 이는 대체로 도면부호 80으로 표시된다. 램프 조립체(80)는 앞에서 언급된 램프 조립체(20)와 기능 및 구조가 유사하며, 램프 몸체(30)의 외측에 부착된 전도성 메시(84)와, 램프 몸체(30) 및 전도성 메시(84) 둘 모두를 둘러싸는 장형 튜브(82)를 포함한다. 전도성 메시(84)는, 대안적으로 금속 칼라, 압인된 그리드 부분 또는 다른 유사한 구조를 포함하는 램프 몸체(30)의 외측에 부착된 임의의 적합한 전도층일 수 있다. 도 9에 선택적으로 도시된 바와 같이, 튜브(82)는 제1 (개방) 단부(83) 및 제2 (폐쇄) 단부(85)를 포함하고, 여기서 제1 단부(83)는 조립체 하우징에 밀봉식으로 결합된다. 특히, 튜브(82)의 제1 단부(83)는 조립체 하우징(86)의 환형 표면과 오링(88) 사이에서 고정되어 석영 튜브(82)의 내측을 적어도 부분적으로 밀봉할 수 있고 검사, 수리 또는 동일물과의 교체를 위하여 램프 몸체(30)에 대한 접근을 허용할 수 있다. 튜브(82)는 자외선 광을 투과시키기 위해 예를 들어 석영 또는 유리를 포함하는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 선택적으로 도 10에 도시된 바와 같이, 튜브(82)는 투명하지 않을 수 있고, 램프 몸체(30)와 튜브(82) 사이의 영역에 이동 유체의 순환을 허용하도록 하는 개방된 제2 단부(85)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예의 작동은 전도성 메시(84)가 제2 전극(28)의 연장부로서 기능을 하는 제1 실시예와 관련하여 위에서 대략 설명된 바이다. 제1 전극(26) 및 전도성 메시(84)를 가로질러 고전압 전류를 인가하여 램프 몸체(30) 내에 전기 방전을 일으킬 수 있고, 램프 몸체(30)의 외측을 통한 그리고 선택적으로 튜브(82)를 통한 생성된 자외선 광의 방사를 일으킬 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 유전체 배리어 방전 램프 조립체가 도 11에 도시되고 이는 대체로 도면부호 90으로 표시된다. 본 실시예는 베이스 스테이션 수질 센서(92)를 포함하여 도 4에 도시된 제1 실시예와 상이하다. 수질 센서(92)는 또한 마이크로 제어기(44)에 전기적으로 연결된 출력부를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 수질 센서(92)는 높은 탁도를 검출할 수 있고, 선택적으로 원하는 소독을 달성하기 위하여 더 높은 자외선 강도를 요구할 수 있다. 수질 센서(92)는 또한 또는 대안적으로 pH, 총용존 고형물(TDS), 경도, 총유기 함량(TOC), 온도 또는 다른 관련된 측정 가능한 수질 특성을 검출할 수 있다. 본 실시예의 변형예에서, 물 이외의 유체가 처리될 수 있고, 유체의 품질 특성이 주어진 유체에 대해 선택될 수 있다. 예를 들어, 만일 처리되는 유체가 공기이면, 피드백 센서(92)는 온도, 습도, 먼지 농도 또는 화학적 농도와 같은 특성을 측정할 수 있다. 제1 실시예와 관련하여 전술된 바와 대략 동일한 방식으로, 마이크로 제어기(44)는 램프 몸체(30)로부터의 방출된 자외선 광의 강도를 제어하여, 공기 품질 센서(92)의 출력을 적어도 부분적으로 기초로 하여 공기를 적절히 소독 또는 처리할 수 있다. 제3 실시예의 변형예로서 도 12에 도시된 바와 같이, 자외선 광은 유전체 배리어 방전 램프와 상이한 광원에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 컴팩트 형광 램프(CFL), 튜브 형광 램프(TFL), 자외선 LED, 또는 자외선 LED의 어레이가 자외선 광원(30)으로서 역할을 할 수 있다. 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이 자외선 광원(30)의 각각의 유형은 자외선 강도를 조정하기 위한 상이한 제어 회로를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 램프 전류, 전압, 주파수, 듀티 사이클 등(또는 이들의 임의의 조합)이 주어진 응용에 필요한 바와 같이 포함되거나 적용될 수 있다.
제3 실시예의 작동은 도 13의 흐름도와 함께 설명될 수 있다. 수류가 단계(102)에서 수류량 센서(50)에 의해 감지되면, 마이크로 제어기(44)는 단계(104)에서 전력이 1차 코일(22)에 전송되도록 한다. 대략 위에서 설명된 바와 같이, 단계(102)에서 전송되는 전력의 레벨은 공식에 의해 또는 룩업 테이블의 사용을 통하여 마이크로 제어기(44)에 의해 결정된다. 단계(106)에서, 마이크로 제어기(44)는 램프 센서(108)를 통하여 램프의 작동을 확인한다. 만일 램프가 켜져 있고 정확한 강도에 있는 것으로 확인되면, 램프 펄스 구동기(46)는 1차 코일(22)에 동일한 전력을 계속 전송할 것이다. 만일 램프 센서(48), 수류량 센서(50) 및/또는 수질 센서(92)의 출력을 기초로 하여 단계(108)에서 조절이 필요하면, 시스템은 또한 1차 코일(22)로의 전력 전송을 조절할 수 있다. 예를 들어, 낮은 탁도는 낮은 자외선 램프 강도를 요구할 수 있는 한편, 높은 탁도는 높은 자외선 램프 강도를 요구할 수 있다. 마찬가지로, 낮은 유량은 낮은 자외선 램프 강도를 요구할 수 있는 한편, 높은 유량은 높은 자외선 램프 강도를 요구할 수 있다. 만일 램프 출력이 단계(108)에서 조절된 후에, 물 처리가 단계(110)에서 더 이상 요구되지 않는 것으로 판단되면, 마이크로 제어기(44)는 단계(112)에서 램프 구동기(46)의 작동을 멈출 수 있다. 그렇지 않다면, 공정은 단계(106)에서 재개되어 처리된 물이 더 이상 필요하지 않을 때까지 계속된다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같은 본 발명의 제4 실시예에서, 램프 조립체(20)는 RF 안테나 및 메모리 태그(120)를 포함한다. RF 안테나 및 메모리 태그(120)는 원하는 응용, 선택적으로 보조 하우징(38) 내에 위치된 RFID 태그를 위한 임의의 적합한 조합일 수 있다. 베이스 스테이션 주 전자 장치(42)는 또한 제1 실시예와 관련하여 위에서 설명된 전력 공급 모드와는 별개인 통신 모드에서 1차 코일(22)을 구동하기 위하여 마이크로 제어기(44)와 1차 코일(22) 사이에 전기적으로 연결된 보조 통신 회로(122)를 포함한다. 통신 모드에서 작동하는 동안, 1차 코일(22)은 보조 통신 회로(122)에 의해 구동되어 선택적인 사인파형의 RF 파형을 전송하여 램프 조립체 메모리 태그(120)에 질의 신호를 보낸다. RF 안테나 및 메모리 태그(120)는 원래부터 다른 RF 파형을 다시 전송함으로써, 또는 질의 파형의 일부를 다시 반사시킴으로써 응답할 수 있다. 원래부터의 또는 다시 반사된 RF 파형은 메모리 태그(120)의 내부에 저장된 데이터를 추가로 인코딩할 수 있다. 응답은 보조 통신 유닛(122) 및 마이크로 제어기(44)에 의해 복조 및 디코딩될 수 있고, 그에 의해 메모리 태그(120)를 식별, 계수, 또는 그 외에 그와 상호작용한다. 1차 코일(22)이 대신에 전력 공급 모드에서 작동하고 있는 경우, RF 안테나 및 메모리 태그(120)는 도 6과 관련하여 위에서 설명된 1차 코일(22) 내의 펄스형 파형에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 더욱이, 전력 전송 모드에서의 1차 코일(22)은 통신 주파수 범위의 주파수로부터 충분히 멀리 떨어진 주파수에서 또는 그 주파수 근처에서 작동할 수 있다. 이러한 점에 있어서, 보조 통신 회로(122)는 일반적으로 전력 전송 모드에서 1차 코일(22)에 의해 영향을 받지 않는다. 더욱이, 1차 코일(22)은 통신 모드에서 충분히 낮은 전력 레벨에서 작동하여 전력 전송 모드가 아닐 때 1차 코일(22)과 2차 코일(24) 사이에서 원하지 않는 전력 전송을 최소화할 수 있다.
결과적으로, 본 실시예의 1차 코일(22)은, 선택적으로 메모리에 또한 저장된 고유의 램프 조립체 일련 번호와 연계하여, 각각의 사용 이전에 메모리 태그(120)로부터 이력 작동 데이터를 판독할 수 있다. 작동 데이터는, 예를 들어 처리된 물의 양, 유전체 배리어 방전 램프 조립체의 조명 개수, 및 조명 시간을 예로서 포함할 수 있다. 작동 데이터는, 개별 램프 몸체(30)에 특정적인, 전압, 전류, 주파수 및 듀티 사이클과 같은 램프 바이어스 조건을 또한 포함할 수 있다. 추가로, 본 발명의 1차 코일(22)은 각각의 사용 이후에 작동 데이터를 메모리 태그(120)에 기입할 수 있다. 누적 작동 데이터를 주어진 전구 몸체에 대한 권장 한계와 비교함으로써, 본 발명의 유전체 배리어 방전 램프는 램프 몸체(30) 또는 다른 구성요소를 교체하기 위한 정확한 시간을 사용자 및/또는 서비스 직원에게 알려 줄 수 있다. 더욱이, 유전체 배리어 방전 램프는 시간에 따라 1차 코일(22)에 인가된 전력을 조절하여 주어진 램프 몸체(30)가 램프 몸체(30)의 수명에 걸쳐 원하는 파장(들)에서 발광의 추정된 감소를 보상할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 제어기(44) 및 램프 구동기(46)는 시간에 따라 1차 코일(22)을 가로질러 증가된 피크 전압을 제공할 수 있는데, 증가된 피크 전압은 주어진 작동 수명의 전구 몸체에 대한 룩업 테이블 또는 공식을 부분적으로 기초로 할 수 있다. 더욱이, 만일 양립 가능한 램프 몸체들의 집단 중에서 바이어스 조건(램프 전압, 전류, 주파수, 듀티 사이클 등) 중에 주목할 만한 변동이 있는 경우, 본 발명은 부착된 램프 몸체(30)에 대한 메모리 태그(120)로부터 공지의 바이어스 조건에 따라서 1차 코일(22)을 구동할 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명은 상응하는 램프 몸체(30)의 내용 연한을 연장시켜 공지된 종래 기술의 유전체 배리어 방전 램프 시스템에 비하여 더 강인하고 비용 효율적인 선택을 잠재적으로 제공할 수 있다.
제4 실시예의 작동은 도 15의 흐름도와 함께 추가로 설명될 수 있다. 수류가 단계(130)에서, 선택적으로 수류량 센서(50)에 의해, 감지되면, 1차 코일(22)은 통신 모드에서 작동하여 단계(132)에서 2차 램프 조립체(20)와 연계된 (또는 그 내부에 포함된) 메모리 태그(120)로부터 무선 데이터를 판독한다. 위에서 언급된 바와 같이, 무선 데이터는 누적 이전 작동 사용 데이터 및 고유의 램프 일련 번호를 포함할 수 있다. 단계(134)에서, 1차 코일(22)은 전력을 2차 코일(24)에 제공하기 위하여 마이크로 제어기(44) 및 램프 구동기(46)의 제어 하에서 전력 공급 모드에서 작동할 수 있다. 단계(134)에서 인가된 전력의 크기는 응용예마다 변할 수 있고, 유체 유량 및 누적된 이전 작동 데이터를 적어도 부분적으로 기초로 하여 원하는 램프 강도를 달성할 수 있다. 단계(136)에서, 마이크로 제어기(44)는 램프 센서(48), 수류량 센서(50) 및/또는 수질 센서(92)의 출력을 평가하거나 판독할 수 있다. 단계(138)에서, 시스템은 단계(136)로부터의 센서 데이터 및 처리되는 유체의 체적 유량의 임의의 변화를 기초로 하여 1차 코일(22)로의 전력 전송을 또한 조절할 수 있다. 만일 단계(140)에서 물이 추가 처리를 요구하는 것으로 판단되면, 공정은 단계(136)에서 재개된다. 그러나, 만일 단계(140)에서 물이 추가의 처리(예를 들어, 살균력 있는 자외선 광에 의한 조사)를 요구하지 않는 것으로 판단되면, 1차 코일(22)은 통신 모드로 복귀하여 단계(142)에서 2차 램프 조립체(20) 내에 포함된 그리고/또는 그와 연계된 메모리 태그(120)에 무선 데이터를 기입한다. 그러한 데이터는, 예를 들어, 유전체 배리어 방전 램프 시스템의 램프 몸체(30) 또는 다른 구성요소에 대한 누적된 작동 사용 데이터를 포함할 수 있다. 단계(144)에서, 마이크로 제어기(44)는 공정이 단계(130)에서 다시 재개될 때까지 1차 코일(22)의 작동을 정지시킬 수 있다. 물 처리 시스템과 관련하여 설명되는 동안, 본 실시예의 유도 전력 공급식 유전체 배리어 방전 램프(20)의 조립체는 물 이외의 액체 또는 기체 상태의 유체를 포함하는 임의의 유체를 처리하는 데 이용될 수 있다.
제5 실시예에 따른 유전체 배리어 방전 램프 조립체가 도 16 내지 도 19에 도시되고, 이는 대체로 도면부호 150으로 표시된다. 램프 조립체(150)는 위에서 언급된 램프 조립체(20, 80)와 기능 및 구조가 유사하며, 2차 코일(24)의 코어 내에 수용되는 1차 코일(22)을 더 포함한다. 특히, 1차 및 2차 코일(22, 24)은 서로 동심인 관계로 배열되고, 2차 코일(24)은 1차 코일(22)에 의해 형성되는 외경보다 큰 외경을 형성한다. 1차 코일(22)은 자기 코어(36)를 더 포함할 수 있고, 1차 및 2차 코일(22, 24)은 램프 조립체(150)가 베이스 스테이션(42) 내에 안착될 때 서로로부터 방사상으로 이격될 수 있다. 1차 및 2차 코일(22, 24)은 동일한 수의 권취, 또는 필요한 경우 상이한 수의 권취를 포함할 수 있고, 도 17에 도시된 바와 같이 상이한 치수의 와이어로 형성될 수 있다. 램프 조립체(150)는 1차 코일(22)과 2차 코일(24) 사이에 개재된 내부 포팅 화합물(39)을 더 포함하여 2차 코일(24)과 제1 및 제2 전극(26, 28)을 밀봉하고 선택적으로 내수성 처리를 할 수 있다. 1차 코일(22)은 베이스 스테이션(42)의 일부를 형성할 수 있고, 예를 들어 AC 및 DC 전원 장치 둘 모두를 포함하여, 램프 펄스 구동기(46) 또는 다른 적합한 전원 장치에 전기적인 연결을 위한 제1 및 제2 탭을 포함할 수 있다. 사용 중에, 램프 조립체(150)는 보조 하우징(38) 내의 축방향 개구(152)를 통하여 베이스 스테이션(42)에 억지 끼워 맞춤될 수 있거나 또는 달리 제거 가능하게 고정될 수 있어서, 2차 코일(24)이 동심의 내부 1차 코일(22) 둘레에 정합되도록 한다. 유리하게는, 자기 코어(36)는 램프 조립체(150)가 아닌 베이스 스테이션(42)의 구성요소로 남아 있어서, 교체 램프 조립체(150)와 관련된 재료 및 제조 비용을 잠재적으로 낮춘다. 램프 조립체(150)는 위에서 언급된 바와 같은 유체 처리 시스템과 조합하여 사용될 수 있고, 자외선, 적외선 또는 가시선 스펙트럼에서의 조명으로부터 이익을 얻는 다른 응용에 대해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 램프 조립체(150)는 스포트라이트, 섬광, 램프와 같은 장치에 또는 요리 또는 제조 공정 도구에 포함되어 적절한 스펙트럼의 광을 주어진 응용에 전송할 수 있다. 추가의 예로는 자외선 경화 재료 처리, 일반적인 조명 적용, 및 열 램프가 포함된다.
제6 실시예에 따른 유전체 배리어 방전 램프 조립체가 도 20 및 도 21에 도시되고, 이는 대체로 도면부호 160으로 표시된다. 램프 조립체(160)는 앞에서 언급된 램프 조립체와 기능 및 구조가 유사하며, 유도 결합성 2차 코일 내의 제1 구동 전압을 제1 및 제2 전극을 위한 제2 구동 전압으로 변환시키도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 램프 조립체(160)는 전형적으로 가스 방전 램프(예를 들어, CFL 및 TFL 램프) 및 백열 램프와 관련된 구동 전압을 유전체 배리어 방전 램프에 적합한 구동 전압으로 변환시키도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 점에 있어서, 램프 조립체(160)는, 예를 들어 가스 방전 램프 및/또는 백열 램프를 구동하도록 통상 구성된 밸러스트 및/또는 베이스 스테이션을 위한 개장된 램프 조립체로서 기능을 할 수 있다.
이제 도 20 및 도 21을 참조하면, 램프 조립체(160)는 2차 코일(162), 2차 코일(162)에 전기적으로 연결된 펄스 구동기 회로(164) 및 펄스 구동기 회로(164)에 또는 그 내에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극(168, 170)을 포함할 수 있는데, 이들 전극 중 적어도 하나는 램프 몸체(166)에 연결된다. 2차 코일(162)은 1차 코일(172)에 대해 제거 가능할 수 있으며, 1차 코일은 실질적으로 도 4와 관련하여 위에서 설명된 베이스 스테이션(42)과 선택적으로 연계된다. 펄스 구동기 회로(164)는, 예를 들어 정류기를 포함하여, AC 전압을 DC 전압으로 변환시키도록 구성된 임의의 회로를 포함할 수 있다. 펄스 구동기 회로(164)는 램프 몸체(166)에 대한 원하는 구동 전압을 생성하기 위하여 스위칭 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄스 구동기 회로(164)는 제1 시변 구동 전압을 가변 파라미터를 갖는 일련의 짧은 지속 시간 펄스를 포함하는 제2 시변 구동 전압으로 변환할 수 있다. 이들 가변 파라미터는 앞에서 설명된 바와 같이 램프 몸체(166)의 발광 출력에 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 줄 수 있고, 예를 들어 주파수, 주기, 듀티 사이클, 펄스폭, 진폭 및 그의 조합을 포함할 수 있다. 이어서, 제2 시변 전압은 제1 및 제2 전극(168, 170)을 가로질러 인가되어 램프 몸체(166) 내에 전기 방전을 생성한다.
도 21에 또한 도시된 바와 같이, 램프 조립체(160)는 이동 유체로부터 입자 물질 및 유기 오염물을 제거하기 위한 필터 조립체를 선택적으로 포함한다. 일 실시예에서, 필터 조립체는 유체 공급원과 램프 몸체(166) 사이의 유동 경로 내에 위치된 탄소 블록 필터(174)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 블록 필터(174)는 실린더형일 수 있고 그리고/또는 램프 몸체(166)를 그의 길이의 상당 부분을 따라 방사상으로 둘러싸도록 크기가 정해질 수 있다. 또한 선택적으로 도 21에 도시된 바와 같이, 이동 유체는, 소정 비율의 입자 물질과 유기 오염물을 제거하기 위하여 다량의 활성탄 입자를 포함하는 탄소 블록 필터(174)를 통하여 방사상으로 내향 유동할 수 있다. 유동 경로는 램프 몸체(166)를 따라 대체로 축방향으로 연속하여, 램프 몸체(166)로부터의 선택적으로 살균력 있는 방사선에 대한 이동 유체의 노출을 증가시킬 수 있고, 이어서 램프 조립체(160)의 상부 표면 상에 축방향으로 배치된 환형 링(176)을 통하여 방전된다. 제2 전극(170)은 펄스 구동기 회로(164)로부터 하향으로 연장된 것으로 도시되는데, 이는 제2 전극(170)의 연장부를 형성하기 위하여 반사성이고 선택적으로는 전도성인 슬리브(178)에 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서, 슬리브(178)는 스테인레스강으로 형성되는 한편, 다른 실시예에서, 슬리브(178)는 알루미늄 또는 응용에 적합한 임의의 다른 재료로 형성된다. 또한 선택적으로, 제2 전극(170)은, 예를 들어 도 1 내지 도 3과 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 전도성 유체 전극, 도 9 및 도 10과 관련하여 위에서 대체로 설명된 바와 같은 메시 전극, 또는 도 22와 관련하여 아래에서 설명되는 전극 및 전기적 유전성 슬리브를 포함하여, 본 명세서에서 설명된 구성들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
사용 시에, 베이스 스테이션(42)과 연계된 마이크로 제어기 또는 피드백 회로(180)가 1차 코일(172) 내에 시변 전류를 생성할 수 있다. 시변 전류는 대략 도 4와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 예를 들어 램프 센서 출력부(182) 및/또는 수류량 센서 출력부(184)를 포함하여, 출력 센서를 기초로 하여 변할 수 있다. 2차 코일(162)이 1차 코일(172)에 가깝게 결합될 수 있는 경우, 예를 들어, 램프 조립체(160)가 베이스 스테이션(42) 내에 안착되는 경우, 1차 코일(172)은 2차 코일(162) 내에 상응하는 시변 전류를 포함할 수 있다. 램프 조립체(160)와 그에 따른 2차 코일(162) 및 필터(174)는, 다수의 램프(166) 및 필터(174)가 반복 사용 동안 교체됨에 따라 베이스 스테이션(42)의 내용 연한을 연장시키도록 베이스 스테이션(42)으로부터 물리적으로 분리될 수 있다.
제7 실시예에 따른 유전체 배리어 방전 램프 조립체가 도 22에 도시되고, 이는 대체로 도면부호 190으로 표시된다. 램프 조립체(190)는 앞에서 언급된 램프 조립체와 기능 및 구조가 유사하며, 램프 몸체(30)로부터 이격된 전기적 유전성 슬리브(192)를 더 포함하여 이들 사이에 정지 또는 이동 유체를 수용한다. 슬리브(192)는, 투명, 반투명 및 불투명 재료를 포함하여, 바람직한 전기적 유전율을 나타내는 임의의 재료로 형성될 수 있고, 대체로 비전도성일 수 있다. 예를 들어, 슬리브(192)는 석영 또는 유리와 같은 투명한 유전체, 또는 세라믹, 플라스틱 또는 폼(foam)과 같은 불투명 또는 반투명 유전체, 또는 요구되는 경우 다른 적합한 재료일 수 있다. 슬리브(192)는 램프 몸체(30)와 슬리브(192) 사이의 영역으로 그리고/또는 그로부터 이동 유체의 순환을 허용하도록 개방 단부(194)를 포함할 수 있다. 램프 조립체(190)는 슬리브(192)의 외측 둘레에 배치되고 이동 유체의 체적부로부터 이격된 전도층(196)을 더 포함할 수 있다. 전도층(196)은 제2 전극(28)에 전기적으로 연결될 수 있어서, 제2 전극(28)의 연장부로서 기능하여 램프 몸체(30) 내의 제1 전극(26)과 전도층(196) 사이에 균일하고 대체로 반경 방향인 전기장을 제공한다. 이러한 점에서, 이동 유체는 제1 및 제2 전극(26, 28)으로부터 격리되어, 예를 들어 유체의 원하지 않는 이온화를 방지한다. 제1 및 제2 전극(26, 28)을 가로질러 높은 전압차를 인가하여 램프 몸체(30) 내에서 방전 갭 내에 전기 방전을 일으켜서, 대략 위에서 설명된 램프 몸체(30)의 외측을 통한 광의 방사를 야기한다. 램프 몸체(30)는 방사된 광을 살균력 있는 자외선 광으로 변환시키기에 적합한 발광 층 또는 코팅을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 램프 몸체(30)는 형광 코팅의 도움 없이 자외선 광을 방사하도록 구성된 가스, 예를 들어 크립톤 클로라이드 가스를 함유할 수 있다. 선택적으로, 슬리브(192)는 반사 내부 층 또는 코팅을 더 포함하여 램프 몸체(30)와 슬리브(192) 사이의 영역 내에 살균력 있는 광 또는 다른 광의 적용을 추가로 향상시킬 수 있다.
전술된 시스템 및 방법이 유전체 배리어 방전 램프와 관련되는 것으로 설명되지만, 가스 방전 램프, 백열 램프 및 발광 다이오드를 포함하는, 유전체 배리어 방전 램프 이외의 다양한 램프 시스템과 함께 사용하기에 적합하게 구성될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 전술된 시스템 및 방법은 램프 출력에 기초하여 그리고/또는 유체의 특성에 기초하여 기존의 또는 이후에 개발될 램프의 제어를 향상시킬 수 있다. 또한 예로서, 전술된 시스템 및 방법은, 예를 들어 현재 공지되어 있든 또는 이후에 개발되든, 가스 방전 램프, 유전체 배리어 방전 램프, 백열 램프, 발광 다이오드, 및 다른 램프를 이용한 발광 시스템을 포함하는, 물 처리 시스템 이외의 것과 함께 사용하도록 구성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 현 실시예에 대한 것이다. 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 넓은 태양으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있는데, 이는 등가물의 교시를 포함하여 특허법의 원리에 따라서 해석되어야 한다. "한"(a, an), "그"(the) 또는 "상기"(said)를 포함하여 임의의 요소를 단수로 언급하는 것은 그 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (36)

  1. 램프 조립체로서,
    1차 유도 코일로부터 전력을 수신하도록 구성되고 상기 1차 유도 코일로부터 분리 가능한 2차 유도 코일;
    상기 2차 유도 코일에 전기적으로 결합되고 서로 이격된 제1 전극과 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 유전체 배리어를 포함하는 램프를 포함하고,
    제1 전극 및 제2 전극 중 하나는 상기 램프의 유전체 배리어의 외측을 따라 종방향으로 연장되고, 상기 2차 유도 코일은 상기 1차 유도 코일로부터 전력을 수신하도록 구성되고 전력을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 공급하도록 구성되어 상기 램프 내에 유전체 배리어 방전을 촉진하는, 램프 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체 배리어는 유전체 가스를 포함하는 방전 챔버를 형성하는, 램프 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나는 램프 내에서 적어도 부분적으로 연장된, 램프 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2차 유도 코일을 적어도 부분적으로 둘러싸는 보조 하우징을 더 포함하고, 상기 보조 하우징은 상응하는 주 하우징과 적어도 부분적으로 상호 끼워 맞춤되도록 구성된, 램프 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 램프와의 사이에 유체를 허용하도록 상기 램프로부터 이격된 전기적 유전성 슬리브(electrically permitable sleeve)를 더 포함하는, 램프 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 램프 조립체 내에 대체로 방사상으로 배향되는 전기장을 유도하도록 상기 슬리브를 대략 둘러싸는 전도성 요소를 더 포함하는, 램프 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 2차 유도 코일은 상기 1차 유도 코일에 의해 형성되는 내부 반지름보다 작은 외부 반지름을 형성하고, 상기 2차 유도 코일 및 상기 1차 유도 코일은 대략 동축인, 램프 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 2차 유도 코일은 상기 1차 유도 코일에 의해 형성되는 외부 반지름보다 큰 내부 반지름을 형성하고, 상기 2차 유도 코일 및 상기 1차 유도 코일은 대략 동축인, 램프 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 2차 유도 코일과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 상기 2차 유도 코일에 의해 수신된 제1 전압을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 가로질러 인가되는 제2 전압으로 변환시키는 펄스 구동기 회로를 더 포함하는, 램프 조립체.
  10. 유체 처리 시스템으로서,
    시변 전류를 생성하도록 구성된 1차 유도 코일을 포함하고 유체 유동 경로를 형성하는 베이스 스테이션; 및
    상기 베이스 스테이션에 의해 탈착가능하게 지지되도록 구성되고, 상기 2차 유도 코일, 이격된 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 유전체 배리어를 포함하고 상기 1차 유도 코일 내의 시변 전류에 응답하여 유전체 배리어 방전을 촉진하는 방전 챔버를 포함하는 램프 조립체를 포함하고,
    상기 유전체 배리어 방전은 상기 베이스 스테이션의 유체 유동 경로 내의 유체를 처리하기 위하여 살균력 있는 광을 생성하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는, 상기 방전 챔버의 외측을 따라 종방향으로 연장된, 유체 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방전 챔버는 방전 가스를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 상기 유전체 챔버 내에서 연장된, 유체 처리 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 램프 조립체는 자외선 광을 방사하도록 작동 가능한, 유체 처리 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 2차 유도 코일은 상기 1차 유도 코일에 의해 형성되는 내부 반지름보다 작은 외부 반지름을 형성하고, 상기 2차 유도 코일 및 상기 1차 유도 코일은 대략 동축인, 유체 처리 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 2차 유도 코일은 상기 1차 유도 코일에 의해 형성되는 외부 반지름보다 큰 내부 반지름을 형성하고, 상기 2차 유도 코일 및 상기 1차 유도 코일은 대략 동축인, 유체 처리 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 베이스 스테이션은 유체의 특성을 감지하도록 작동 가능한, 유체 처리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 램프는 출력을 형성하고, 상기 베이스 스테이션은 상기 유체의 감지된 특성에 기초하여 램프 출력을 변화시키는 마이크로 제어기를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 램프 출력은 하나 이상의 살균력 있는 파장에서의 발광 강도를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  19. 제10항에 있어서, 상기 1차 유도 코일은 전력 전송 모드에서 작동 가능하고 통신 모드에서 작동 가능한, 유체 처리 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 램프 조립체는 상기 1차 유도 코일과의 통신을 위하여 RF 안테나 및 연계된 메모리 태그를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  21. 제10항에 있어서, 상기 2차 유도 코일과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 2차 유도 코일에 의해 수신되는 제1 전압을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 가로질러 인가되는 제2 전압으로 변환시키는 펄스 구동기 회로를 더 포함하는, 유체 처리 시스템.
  22. 램프 조립체를 형성하는 방법으로서,
    방전 가스를 함유하도록 구성된 유전체 챔버를 형성하는 유전체 배리어를 제공하는 단계;
    시변 전자기장에 응답하여 교류 전류를 생성하도록 구성되고 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 2차 유도 코일을 제공하는 단계; 및
    상기 2차 코일로부터 분리 가능한 1차 코일로부터 전력을 수신하도록 구성된 자급식(self-contained) 램프 조립체를 형성하도록 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 유전체 배리어를 개재하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 유전체 챔버의 외측을 따라 종방향으로 연장되는, 램프 조립체의 형성 방법.
  23. 제22항에 있어서, 자외선 광을 방사하도록 발광 층을 상기 유전체 배리어에 부착하는 단계를 더 포함하는, 램프 조립체의 형성 방법.
  24. 제22항에 있어서, 보조 하우징 내에 자급식 램프 조립체를 안착시키는 단계를 더 포함하고, 상기 보조 하우징은 상응하는 주 하우징과 탈착 가능하게 상호 끼워 맞춤되도록 구성되는, 램프 조립체의 형성 방법.
  25. 램프 조립체를 작동시키는 방법으로서,
    1차 유도 코일을 포함하는 베이스 스테이션을 제공하는 단계;
    2차 유도 코일, 이격된 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 유전체 배리어를 포함하여 방전 챔버를 형성하는 램프를 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나가 상기 방전 챔버의 외측을 따라 종방향으로 연장된, 램프 조립체를 제공하는 단계; 및
    상기 램프 내에 유전체 배리어 방전을 유도하기 위하여 100 kHz보다 높은 주파수를 갖는 시변 전류를 상기 1차 유도 코일 내에 생성하는 단계를 포함하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 대략 300 kHz 내지 600 kHz의 주파수를 갖는 시변 전류를 상기 1차 유도 코일 내에 생성하는 단계를 포함하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 시변 전류는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 가로질러 펄스형 구동 전압을 유도하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  28. 제25항에 있어서, 램프 출력의 함수로서 상기 주파수를 가변시키는 단계를 더 포함하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 램프 출력은 하나 이상의 살균력 있는 파장에서의 발광 강도를 포함하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  30. 제25항에 있어서, 듀티 사이클 및 펄스폭 중 하나를 상기 시변 전류와 함께 정의하는 단계와 상기 듀티 사이클 및 상기 펄스폭 중 상기 하나를 램프 출력의 함수로서 가변시키는 단계를 더 포함하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  31. 제25항에 있어서, 상기 2차 유도 코일 내에 유도된 제1 시변 전압을 제2 시변 전압으로 변환시키는 단계와 상기 램프 내에 유전체 배리어 방전을 유도하도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 가로질러 제2 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는, 램프 조립체의 작동 방법.
  32. 유체 유동 경로를 갖는 유체 처리 시스템으로서,
    2차 유도 코일, 방전 챔버, 및 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 상기 방전 챔버의 외측을 따라 종방향으로 연장된, 램프 조립체; 및
    베이스 스테이션을 포함하고,
    상기 베이스 스테이션은,
    무선 전력 공급원을 상기 램프 조립체에 제공하도록 구성된 1차 유도 코일,
    상기 1차 유도 코일에 전기적으로 결합되고 시변 전압으로 상기 1차 유도 코일을 구동하도록 구성된 구동기 회로, 및
    상기 유체 유동 경로 내에서 유체 특성을 검출하도록 구성된 유체 센서를 포함하고,
    상기 구동기 회로는 검출된 유체 특성에 기초하여 상기 1차 유도 코일 내의 시변 전압을 제어하도록 구성된, 유체 처리 시스템.
  33. 제31항에 있어서, 유체 특성은 유량, 온도, pH, 탁도, 총유기 함량, 총용존 고형물, 경도 및 이들의 조합 중 하나를 포함하는, 베이스 스테이션.
  34. 제31항에 있어서, 램프 출력을 검출하도록 구성된 램프 센서를 더 포함하고, 구동기 회로는 검출된 램프 출력에 기초하여 작동 가능한, 베이스 스테이션.
  35. 제34항에 있어서, 상기 램프 출력은 하나 이상의 살균력 있는 파장에서의 발광 강도를 포함하는, 베이스 스테이션.
  36. 제35항에 있어서, 검출된 유체 특성 및 검출된 램프 출력에 기초하여 구동기 회로의 작동을 제어하도록 구성된 마이크로 제어기를 더 포함하는, 베이스 스테이션.
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