MX2013003437A

MX2013003437A - Fuente de luz excimera.

Info

Publication number: MX2013003437A
Application number: MX2013003437A
Authority: MX
Inventors: James Randall Cooper; Ronald W Chaffee
Original assignee: Neo Tech Aqua Solutions Inc
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2014-02-27
Also published as: CA2812947C; CA3123418A1; JP6096118B2; CN103415338B; CN110459460B; JP2013541816A; RU2013118110A; US20130175454A1; US20150136999A1; AU2015206251B2; EP2622623A2; CA2812947A1; RU2592538C2; KR20140038340A; AU2015206251A1; AU2011314069B2; WO2012050916A3; CA3123418C; EP2622623A4; AU2011314069A1

Abstract

Una fuente de luz, con electrodos de polaridad alternante unidos a un substrato en una lámpara ultravioleta (UV) excímera, para generar una descarga de plasma entre cada uno de los electrodos. La forma del substrato puede formar y controlar la descarga de plasma a fin de reducir la exposición de materiales susceptibles a ataque por los halógenos. Los electrodos pueden ser localizados de modo que la descarga de plasma ocurre en una región en donde produce menos contacto de los halogénos con las áreas vulnerables del recinto de lámpara. Los materiales, tales como los electrodos, el substrato, y la cubierta, pueden seleccionarse de materiales resistentes a la corrosión. En otra modalidad, una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contiene un gas excímero son colocados entre dos electrodos.

Description

FUENTE DE LUZ EXCÍMERA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención Esta invención se relaciona generalmente con fuentes de luz con descarga de gas.

Descripción de la Técnica Relacionada Los compuestos orgánicos volátiles u otros compuestos químicos orgánicos son utilizados ampliamente como solventes, desengrasantes, refrigerantes, aditivos para gasolina y materias primas para otros compuestos químicos orgánicos sintéticos. Estos compuestos orgánicos se encuentran comúnmente como contaminantes en trazas en las corrientes de agua municipales y naturales. Como un grupo, son referidos como los carbonos oxidables totales (TOC) . Estos compuestos son muy difíciles de eliminar por medios convencionales, tales como filtración y absorción, por un medio tal como carbón activado.

La exposición a la luz ultravioleta (UV) es un medio para eliminar los TOC del agua en sistemas de agua ultrapura. La luz ultravioleta para la eliminación de los TOC en los sistemas comerciales disponibles actualmente se produce por lámparas de vapor de mercurio de baja presión, que operan en la longitud de onda de 185 nm. También existen sistemas que utilizan fuentes de luz pulsada que producen luz de amplio espectro por debajo de 250 nm. Estas fuentes de luz pulsada son típicamente lámparas de destello de xenón. Las lámparas con descarga pulsada del dímero excitado ("excímero") también se han propuesto para eliminar los TOC. También se han propuesto las fuentes de luz excímera con descarga continua. Los ejemplos de estos dispositivos se describen en la Patente de los Estados Unidos No. 7,439,663 de Cooper et al., que se incorpora en la presente como referencia .

Hasta la fecha, las fuentes de luz excimera utilizan excímeros de gas noble (por ejemplo, Xe2*, Kr2*, etc.) casi exclusivamente. Las longitudes de onda de la luz que puede generarse por los excímeros de gas noble son limitadas, y los excímeros de gas noble-halógeno (por ejemplo, ArF, KrCl, etc.) pueden generar luz a algunas longitudes de onda muy útiles, no alcanzables con los excímeros de gas noble. La razón por la que los excímeros de gas noble-halógeno se utilizan solamente en muy pocas aplicaciones se debe en parte al hecho de que los gases de halógeno (por ejemplo, F2, Cl2) que se utilizan para formar estos excímeros son altamente reactivos y atacan químicamente la mayoría de los materiales utilizados en estos dispositivos. Esto impide la operación de la fuente de luz y finalmente, la daña más allá de la reparación, usualmente antes de que se logre un tiempo de vida de operación práctico .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN El sistema, método y dispositivos de la presente invención, tienen cada uno varios aspectos, ninguno de los cuales es responsable únicamente de sus atributos deseables. Sin limitar el alcance de esta invención, sus características más prominentes se discutirán ahora brevemente. Después de considerar esta discusión, y particularmente después de leer la sección titulada "Descripción Detallada de la Invención", uno entenderá cómo las características de esta invención proporcionan las ventajas que incluyen el tratamiento del agua más efectivo en costo.

En una modalidad, la invención comprende una lámpara ultravioleta (UV) excímera que comprende una cubierta, un gas excímero, al menos un primer electrodo alargado que se extiende al menos una parte a lo largo de la cubierta, y al menos un segundo electrodo alargado que se extiende al menos una parte a lo largo de la cubierta, y sustancialmente paralelo a al menos un primer electrodo alargado. La lámpara UV excímera puede comprender un substrato al cual al menos un primer y segundo electrodos alargados están unidos, en donde el soporte se forma de manera preferida de un material o materiales que reflejan o transmiten la luz UV. El gas excímero en la lámpara UV excimera puede comprender de manera ventajosa, fluoruro de argón.

En otra modalidad, se proporciona un sistema para tratar un fluido. El sistema puede comprender una cámara de tratamiento acoplada a una entrada del fluido y a una salida del fluido y al menos una fuente de luz con descarga de gas excimero, en donde la fuente de luz está configurada para exponer un fluido que pasa a través de la cámara de tratamiento a radiación. En esta modalidad, cada fuente de luz comprende una cubierta, un gas excimero, al menos un primer electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y al menos un segundo electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y sustancialmente paralelo a al menos un primer electrodo alargado.

También se proporcionan métodos para purificar fluidos. Tales métodos pueden comprender producir luz utilizando una fuente de luz con descarga de gas excimero, la luz tiene longitudes de onda en el intervalo de 100 nm - 400 nm y exponer un fluido a la luz. La fuente de luz con descarga de gas excimero utilizada para producir luz comprende una cubierta, un gas excimero, al menos un primer electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y al menos un segundo electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y sustancialmente paralelo a al menos un primer electrodo alargado.

En otra modalidad, una lámpara UV excimera comprende al menos dos electrodos y una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contienen un gas excimero en los mismos, la pluralidad de tubos se coloca al menos en parte entre al menos dos electrodos.

Tal lámpara puede utilizarse en un sistema, en donde un sistema para tratar un fluido comprende una cámara de tratamiento acoplada a una entrada del fluido y una salida del fluido y al menos una fuente de luz con descarga de gas excimero, en donde la fuente de luz está configurada para exponer un fluido que pasa a través de la cámara de tratamiento a radiación. En esta modalidad, al menos una fuente de luz con descarga de gas excimero comprende al menos dos electrodos y una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contienen un gas excimero en los mismos, la pluralidad de tubos se coloca al menos en parte entre al menos dos electrodos.

Además, un método para purificar fluidos de contaminantes, puede comprender producir luz utilizando una fuente de luz con descarga de gas excimero, la luz tiene longitudes de onda en el intervalo de 100 nm - 400 nm. En una modalidad, la fuente de luz con descarga de gas excimero utilizada para producir luz, comprende al menos dos electrodos y una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contienen un gas excimero en los mismos, la pluralidad de tubos se coloca al menos en parte entre al menos dos electrodos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1A describe un sistema para crear una descarga de plasma para generar luz, el sistema comprende una lámpara excimera y una fuente de voltaje.

La Figura IB describe la construcción interna de una lámpara excimera cilindrica que puede utilizarse en una modalidad del sistema descrito en la Figura 1A.

La Figura 2 ilustra dos conjuntos de seis electrodos, de acuerdo con varias modalidades de la invención .

La Figura 3 ilustra un diseño lineal de dos conjuntos de tres electrodos.

La Figura 4 ilustra dos conjuntos de seis electrodos unidos a un substrato.

La Figura 5 ilustra un diseño lineal de dos conjuntos de tres electrodos con soporte del substrato.

La Figura 6 ilustra dos conjuntos de cuatro electrodos unidos a un substrato, con cavidades formadas entre los electrodos.

La Figura 7 ilustra dos conjuntos de cuatro electrodos incluidos en un substrato.

La Figura 8 ilustra electrodos incluidos en porciones que se extienden hacia adentro de una cubierta sellada.

La Figura 9 ilustra otra modalidad de una fuente de luz con descarga de gas, comprendida de cilindros transmisivos UV llenos con un gas excimero, con los electrodos externos que producen una descarga eléctrica dentro de esos cilindros.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA La siguiente descripción detallada está dirigida a ciertas modalidades especificas de la invención. Sin embargo, la invención puede incorporarse en una multitud de diferentes formas, definidas y cubiertas por las reivindicaciones. En esta descripción, se hace referencia a los dibujos, en donde las partes similares se designan con números similares a través de la misma.

Las modalidades de la invención objeto extenderán la vida de las lámparas excimeras halogenadas mediante cualquiera o todos de lo siguiente: 1) limitar la exposición al halógeno de los materiales susceptibles a ataque por los halógenos, 2) localizar la descarga en una región en donde produce menos contacto entre los halógenos y las áreas vulnerables de la lámpara, 3) seleccionar los materiales que pueden soportar la inmersión en una atmósfera que contiene estos materiales corrosivos, y 4) utilizar una fuente de voltaje AC de alta frecuencia o pulsada, para permitir el uso de electrodos aislados y reducir al mínimo la aceleración de los iones de halógeno en los electrodos.

Las Figuras y la descripción en la presente, ilustran y describen las estructuras para una fuente de luz, con electrodos alargados de polaridad alternante que pueden unirse a un substrato en una lámpara ultravioleta (UV) excímera, para generar una descarga de plasma entre los electrodos. La configuración del substrato puede formar y controlar la descarga de plasma para limitar la exposición de los materiales susceptibles a ataque por los halógenos. Los electrodos pueden localizarse de manera que la descarga de plasma ocurre en una región en donde produce menos contacto entre los halógenos y las áreas vulnerables del recinto de la lámpara. Los materiales, tales como los electrodos, el sopóte y la cubierta, también pueden seleccionarse para soportar los materiales corrosivos.

La Figura 1A describe un sistema para generar una descarga de plasma para generar luz, el sistema comprende una lámpara excímera cilindrica 12 y una fuente de voltaje. Se ilustran dos fuentes de voltaje, una fuente de voltaje AC 14, y una fuente de voltaje DC alterna 16. Así, una fuente de voltaje AC, DC o pulsada se conecta a, y puede accionar los extremos opuestos de la lámpara. Como se describe a continuación, las fuentes de voltaje AC y pulsadas pueden accionar los electrodos que están descubiertos o aislados, mientras que la fuente de voltaje DC, típicamente, sólo acciona los electrodos descubiertos.

La Figura IB describe la construcción interna de una lámpara excímera cilindrica que puede utilizarse en una modalidad del sistema descrito en la Figura 1A. La lámpara comprende típicamente una cubierta que contiene el gas, pero esa cubierta no se muestra por simplicidad, de manera que los electrodos en la lámpara pueden observarse más fácilmente. Como se muestra, hay dos conjuntos de cuatro electrodos conectados a los lados respectivos de la fuente de voltaje en cada extremo de la lámpara. Un conjunto se denota 20a-20d, y el otro conjunto se denota 22a-22d. Así, cada electrodo en un conjunto se une a un lado de la fuente de voltaje, vía un primer electrodo de contacto 24 para los electrodos 20a-20d, y un segundo electrodo de contacto 26 en el otro lado para los electrodos 22a-22d, y así, cada electrodo en un conjunto dado se conecta al mismo voltaje. El primer conjunto de electrodos está conectado a un lado de la fuente de voltaje en sus extremos proximales y se extiende de ese lado a lo largo de la lámpara. El primer conjunto de electrodos no está conectado al otro lado de la fuente de voltaje en sus extremos distales. El segundo conjunto de electrodos conectado al otro lado de la fuente de voltaje en sus extremos proximales, se extiende de ese lado a lo largo de la lámpara, sustancialmente paralelo con el primer conjunto de electrodos y no está conectado al otro lado de la fuente de voltaje (que está conectada al primer conjunto) en sus extremos distales. Esto produce pares de electrodos paralelos intercalados que tienen polaridad opuesta y que pueden soportar una descarga de plasma entre ellos. En varias modalidades, la separación entre los electrodos es de entre aproximadamente un micrómetro y unos cuantos milímetros. La forma del electrodo puede ser tal que de manera ventajosa, el campo eléctrico es constante en casi toda la distancia axial y no excede este valor por una gran cantidad en ninguna posición, particularmente en el extremo no conectado. Un voltaje AC, DC o pulsado puede aplicarse entre cada par de electrodos de polaridad alternante para crear una descarga eléctrica estable en la mezcla de gas circundante. La presión del gas debe ser suficientemente alta para permitir la generación eficiente del excímero, un proceso de tres cuerpos. De manera preferida, no debe estar debajo de 0.1 Torr, o encima de 5000 Torr, pero puede ser tan alta como lo permita la estructura mecánica de la cubierta del gas. La descarga de plasma ocurre entre cada uno de los electrodos de polaridad alternante. Aunque las conexiones entre los alambres y los lados respectivos del suministro de energía se hacen de manera ventajosa en los extremos opuestos de la lámpara, también sería posible tener alambres de polaridad diferente conectados a salidas separadas del suministro de energía en el mismo lado de la lámpara.

En la modalidad de la Figura 1, la lámpara es un cilindro alargado. Por ejemplo, la lámpara puede, en algunas modalidades, ser de aproximadamente 5 mm-50 mm de diámetro, y hasta aproximadamente 1.828 metros (seis pies) de longitud. Aunque no se muestra, una cámara llena con agua a ser purificada puede rodear la lámpara. La cámara puede contener de manera preferida, una manga transmisiva UV que aisla la lámpara de contacto directo con el agua. La manga puede diseñarse para permitir que la lámpara se retire fácilmente para el reemplazo. Así, los principios descritos en la presente pueden utilizarse para producir una lámpara de descarga con una configuración física ventajosa para purificar agua.

Las lámparas con descarga que tienen la estructura mostrada en la Figura 1, pueden contener una variedad de gases excímeros. Por ejemplo, una lámpara excímera de xenón produce una salida UV a 172 nm. Esta longitud de onda penetra aproximadamente 0.1 mm (disminuye en aproximadamente 0.1 mm a 1/e de su valor inicial) a través del agua. Debido a que la absorbancia del agua cae dramáticamente entre 175 y 200 nm, puede ser ventajoso utilizar longitudes de onda ligeramente más largas cuando se utilizan lámparas *UV para purificar agua. Los gases excimeros de halógeno pueden proporcionar estas longitudes de onda. Por ejemplo, el fluoruro de argón tiene una longitud de onda ligeramente más larga (193 nm) , que es ligeramente menos energética, pero disminuye en aproximadamente 10 cm a 1/e de su valor inicial, y por lo tanto, puede penetrar el agua a una distancia mucho mayor que la radiación excimera de Xe. Sin embargo, el gas flúor requerido para generar el fluoruro de argón es muy corrosivo, y puede atacar y destruir finalmente los componentes de la lámpara. Estos efectos se reducen al mínimo empleando las modalidades descritas a continuación. Así, los principios descritos en la presente pueden utilizarse para producir una fuente de luz UV con descarga de halógeno que tiene una salida de la longitud de onda ventajosa para purificar agua, que tiene una vida útil larga. Puede utilizarse una variedad de gases halogenados en las lámparas descritas en la presente. Además del fluoruro de argón con una longitud de onda de 193 nm, la lámpara puede contener fluoruro de kriptón a una longitud de onda de 248 nm o yoduro de kriptón a una longitud de onda de 184 nm. Otras posibilidades incluyen cloruro de kriptón y cloruro de argón.

Se apreciará que cualquier gas o mezcla de gases halogenados puede utilizarse de manera ventajosa con los diseños de la lámpara descritos en la presente, que dependiendo del gas, podrían producir una longitud de onda o longitudes de onda de salida de, por ejemplo, aproximadamente 170 nm a aproximadamente 310 nm.

En las Figuras 2 hasta 8, se describen siete diferentes disposiciones físicas de la lámpara junto con algunas opciones para los materiales para los componentes que comprendes esas estructuras. Cada una de estas estructuras pueden contenerse en una cubierta transmisiva UV, y las estructuras en las Figuras 2-8 se ilustran como rodeadas por una cubierta transmisiva UV cilindrica 30.

La separación entre los electrodos y la presión del gas de relleno 32 en las lámparas puede ser tal, que la presión de la mezcla de gases multiplicada por la distancia más pequeña entre los electrodos, o la distancia más pequeña entre las dos superficies recubiertas que cubren los electrodos, está en el intervalo de 0.1-5000 Torr-cm. Además, la separación entre los dos electrodos, o la distancia más pequeña entre las dos superficies recubiertas que cubren los electrodos, es normalmente menor que 1 mm en tal estructura con microdescarga .

La cubierta que rodea el substrato y los electrodos puede ser cilindrica, sellada, transmisiva a la luz, y hecha de, o recubierta con uno o más de los materiales del substrato, de manera que la cubierta transmisiva a la luz sea resistente a los efectos corrosivos de la mezcla de gases contenida dentro de la misma.

La Figura 2 ilustra una sección transversal de una estructura con un arreglo de dos conjuntos de seis electrodos con polaridad del voltaje alternante, colocados en un circulo, rodeados por una cubierta transmisiva UV, de acuerdo con varias modalidades de la invención. Un conjunto de electrodos se conecta a un lado de la fuente de voltaje, y el otro conjunto de electrodos se conecta al otro lado de la fuente de voltaje. Por convención, los electrodos 36 designados mediante "x", representan una polaridad, mientras que los electrodos 38 designados por "o" representan la polaridad opuesta. Estos dos conjuntos de electrodos tienen una diferencia de potencial entre ellos, creando una descarga de plasma entre los electrodos con polaridad opuesta adyacente .

Los electrodos en la Figura 2 pueden estar descubiertos o aislados. Los ejemplos de materiales descubiertos y aislados que resisten la corrosión del halógeno incluyen: metal refractario descubierto, molibdeno descubierto, hafnio descubierto, metal recubierto/electrorrevestido con hafnio descubierto, metal electrorrevestido con níquel descubierto, electrodo aislado con PTFE, electrodo aislado con Mg 2, electrodo aislado con CaF2, electrodo aislado con AI2O3 y electrodo aislado con Ti02. También pueden hacerse de un material resistivo, tal como compuestos de carbono, o un material dieléctrico recubierto con capas delgadas de un material resistente a la corrosión .

Si los electrodos están descubiertos, el material o el recubrimiento del electrodo (por ejemplo, los materiales de electrodo discutidos anteriormente) , pueden seleccionarse para resistir la corrosión por la mezcla de gases. En una modalidad, los electrodos están descubiertos. Los electrodos no aislados pueden utilizarse con voltaje AC, DC o pulsado. Si los electrodos están aislados, el voltaje de descarga se proporciona de una fuente pulsada o AC. Para las fuentes AC o pulsadas, una frecuencia más alta o un ancho del impulso más corto, proporcionados a los electrodos, puede reducir al mínimo la aceleración de los iones de halógeno en los electrodos. En una modalidad, la fuente de voltaje suministra un voltaje por debajo de las radiofrecuencias a las frecuencias de microondas (por ejemplo, entre aproximadamente 20 kHz y aproximadamente 300 GHz) . Una fuente de voltaje AC de alta frecuencia (por ejemplo, de más de 100 MHz), acelera los electrones libres en el plasma, pero no acelera de manera apreciable los iones de halógeno pesados, de manera que estos iones no son acelerados de manera indeseable en los elementos estructurales de la lámpara. En su lugar, los iones de flúor sólo se mueven lentamente hacia las estructuras de la lámpara, lo que reduce la velocidad de corrosión en comparación con los iones acelerados en las estructuras. La corrosión es un problema debido a que rompe las propiedades esenciales de la estructura, que reacciona con los átomos de halógeno, empobreciendo la concentración de halógeno, y reduciendo la salida de la luz excimera de la lámpara. Asi, la vida útil de una lámpara puede mejorarse cuando se opera a alta frecuencia, debido a que los electrones libres son acelerados a una alta velocidad por el campo, pero los iones pesados no son acelerados en los materiales de la lámpara.

La Figura 3 ilustra una estructura de diseño lineal de dos conjuntos de electrodos 36, 38. A diferencia de las figuras previas, que ilustran un arreglo circular de electrodos, esta figura muestra una estructura de un diseño lineal básico. Aunque se muestra con una cubierta cilindrica, una cubierta con forma rectangular o con forma de hoja es adecuada con este arreglo de electrodos.

Los arreglos de electrodos pueden sostenerse físicamente por un substrato 40 para mejorar la practicabilidad y la durabilidad. La Figura 4 muestra una de tales opciones para sostener un arreglo circular de los electrodos. Esta figura ilustra dos conjuntos de seis electrodos unidos a un substrato 40. El substrato puede hacerse de un material sustancialmente transmisivo o reflexivo UV que también es resistente a los efectos corrosivos de la mezcla de gases. El substrato puede ser resistente al halógeno y transmitir o reflejar (no absorber) la luz UV por debajo de 300 nm (y en particular, por debajo de 200 nm) . Los ejemplos de materiales sustancialmente transmisores y reflectores que pueden utilizarse para un sustrato incluyen: fluoruro de magnesio (MgF2) , fluoruro de calcio, fluoruro de bario, fluoruro de litio, PTFE, dióxido de titanio (Ti02) y/o alúmina/zafiro (A1203) .

La cubierta 30 que rodea el substrato 40 y los electrodos 36, 38 puede ser cilindrica, u otra forma arbitraria, cerrada, sellada, transmisiva a la luz, y hecha de, o recubierta con uno o más de los materiales de substrato, de manera que la cubierta transmisiva a la luz es resistente a los efectos corrosivos de la mezcla de gases contenida en la misma.

La Figura 5 ilustra una estructura de diseño lineal de dos conjuntos de electrodos con un soporte del substrato 40. El substrato 40 proporciona soporte adicional a los electrodos .

La Figura 6 ilustra dos conjuntos de cuatro electrodos unidos a un substrato 40 con cavidades formadas entre los electrodos. Esta figura ilustra una refinación 1 adicional, en donde el substrato 40 se forma para tener hendiduras 42 que forman cavidades entre las ubicaciones del electrodo para formar y contener la descarga de plasma, asi como para reducir al mínimo el contacto del plasma con el material del substrato. Además, hay muy poca descarga de plasma adyacente a la cubierta sellada, transmisiva a la luz. Esto reduce la corrosión potencial de la cubierta debido a la descarga. Las cavidades pueden formarse conforme se necesite para proporcionar el mejor desempeño. Como en las otras figuras, se crea una descarga del voltaje entre los electrodos. En esta figura, se crean ocho descargas, una descarga entre cada par de electrodos adyacentes.

La Figura 7 ilustra dos conjuntos de cuatro electrodos incluidos en un substrato 40. En esta construcción alternativa, los electrodos están incluidos dentro del substrato, en donde el substrato transmite o refleja (pero no absorbe de manera apreciable) , la luz generada por la descarga de plasma. También, como se describió anteriormente, el substrato está configurado de manera que se crea una cavidad 44 para formar y controlar la descarga de plasma. Las cavidades 44 también sirven para reducir al mínimo el contacto del plasma con la cubierta.

Es posible además, que el substrato 40 y la cubierta 30 se formen como una sola estructura con los electrodos incluidos en la misma. En estas modalidades, una región central llena con un gas excimero 32 de un substrato hueco puede formar la región de la descarga. Tal modalidad se ilustra en la Figura 8. En esta modalidad, los electrodos están incluidos en porciones que se extienden hacia dentro 48, de una cubierta hueca, sellada. El gas excimero está presente en la cavidad hueca interna. Las descargas se generan en la cavidad hueca entre las regiones 50 entre las porciones que se extienden hacia dentro, en las cuales están incluidos los electrodos.

En algunas modalidades ventajosas, la cubierta/substrato está hecho de cuarzo. Como se muestra en la Figura 8, la superficie interna de esta cubierta/substrato puede tener un recubrimiento 54 con los materiales del substrato transmisivo descritos anteriormente. La modalidad de la Figura 8 puede producirse colocando cada electrodo dentro de un tubo pequeño, y a continuación colocando cada uno de estos electrodos recubiertos alrededor de la superficie interna de un tubo más largo. Puede utilizarse entonces un tratamiento con calor para fundir los tubos pequeños a la superficie interna del tubo más largo. Antes del tratamiento con calor, los tubos pequeños podrían mantenerse en su lugar con un molde central que tiene un coeficiente de expansión térmica más alto que el de los materiales del tubo. El molde central puede deslizarse dentro del tubo más largo con los tubos más pequeños en la superficie interna del mismo, y durante el tratamiento con calor, el molde central puede expandirse contra los tubos más pequeños, presionándolos contra la superficie interna del tubo más largo. Después del enfriamiento, el molde central puede deslizarse hacia fuera. Aunque puede utilizarse una variedad de materiales como la cubierta en esta modalidad, el cuarzo es ventajoso. Después del tratamiento con calor, un recubrimiento 54 de, por ejemplo, fluoruro de magnesio (MgF2) , fluoruro de calcio (CaF2) , fluoruro de bario (BaF2) , fluoruro de litio (LiF) , PTFE, dióxido de titanio (Ti02) y/o alúmina/zafiro (A12C>3) , puede proporcionarse en la superficie interna para mejorar la longevidad, dependiendo del gas excimero que se utiliza. Esta modalidad es ventajosa debido a su construcción simple, esencialmente de una sola pieza.

La Figura 9 ilustra otra modalidad de un arreglo de dos o más tubos 60 que están llenos con un gas excimero de descarga. Los tubos 60 se muestran como cilindros en este caso, pero pueden ser de cualquier forma arbitraria. Los tubos están llenos con un gas excimero, a la presión apropiada, a continuación se sellan. Un voltaje pulsado o AC se aplica a continuación por los electrodos 62a y 62b para producir un campo eléctrico transversal a través de los tubos, lo que conduce a una descarga eléctrica dentro de los tubos. Se muestran dos electrodos, pero puede ser ventajoso intercalar más electrodos entre los elementos del arreglo de tubos para mejorar el desempeño a las averias. Los electrodos 62a, 62b pueden ser de metal descubierto o pueden estar cubiertos con un recubrimiento reflexivo y/o eléctricamente aislante para evitar la absorción de la luz generada dentro de los tubos, y para asegurar que hay menos probabilidad de averia eléctrica entre los electrodos opuestos. Los electrodos no necesitan abarcar o rodear completamente los tubos, sólo necesitan ser de un tamaño suficiente y estar en una ubicación con respecto a los tubos, para ser capaces de causar la descarga excimero en los mismos .

La distancia transversal a través del tubo y la presión del gas dentro de los tubos, son tales que el producto de la presión por la distancia está en el intervalo de 0.1-5000 Torr-cm para una operación con micródescarga apropiada. Los tubos mismos pueden hacerse de una variedad de materiales. En esta modalidad, el cuarzo es ventajoso. Los tubos pueden incluir un recubrimiento de, por ejemplo, fluoruro de magnesio (MgF ) , fluoruro de calcio (CaF2) , fluoruro de bario (BaF2) , fluoruro de litio (LiF) , PTFE, dióxido de titanio (Ti02) y/o alúmina/zafiro (A1203) , que pueden proporcionarse en la superficie interna del tubo para mejorar la longevidad, dependiendo del gas excimero utilizado. Otras modalidades pueden utilizar uno o más de estos materiales de recubrimiento para formar los tubos completos, eliminando la necesidad de un paso de recubrimiento separado. El montaje completo puede o no estar contenido dentro de una cubierta transmisiva UV externa, mostrada de manera alterna como 64 y 66 para la protección para el manejo y/o propósitos de enfriamiento del gas o liquido. Como se muestra por las dos posibles configuraciones de la cubierta en la Figura 9, los electrodos en un dispositivo con una cubierta externa pueden estar dentro (por ejemplo, con la cubierta 64) o fuera de la cubierta (por ejemplo, con la cubierta 66) .

Esta modalidad puede ser ventajosa, debido a que los tubos sellados pueden contener sólo o esencialmente sólo gas, sin electrodos u otros materiales o componentes funcionales dentro (aparte de la superficie interior del tubo, que puede recubrirse como se describió anteriormente) , que entren en contacto con, y que puedan degradarse por el gas excimero. Esto proporciona una lámpara UV de larga duración con una construcción simple y barata.

Aunque la descripción detalla anterior ha mostrado, descrito e indicado las características novedosas de la invención aplicada a varias modalidades, se entenderá que varias omisiones, sustituciones y cambios en la forma y detalles del dispositivo o proceso ilustrado, pueden hacerse por aquellos con experiencia en la técnica sin apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, puede ser ventajoso utilizar los electrodos como resistores de balastra. Si esto se hace, la lámpara puede enfriarse con agua corriente a través de uno o más canales que se extienden axialmente a través del cuerpo del substrato. El alcance de la invención está indicado por las reivindicaciones anexas, más que por la descripción anterior. Todos los cambios que entren dentro del significado e intervalo de equivalencia de las reivindicaciones, están abarcados dentro de su alcance.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una lámpara ultravioleta (UV) excimera, que comprende : una cubierta; un gas excimero; al menos un primer electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta; y al menos un segundo electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y sustancialmente paralelo a al menos un primer electrodo alargado.

2. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un soporte al cual se unen al menos un primer y segundo electrodos alargados.

3. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el soporte refleja o transmite la luz UV.

4. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la cubierta y el soporte se forman como una sola pieza de material.

5. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el gas excimero comprende un gas noble, un halógeno o una mezcla de los mismos .

6. La lámpara UV excímera de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el gas excimero comprende un gas noble seleccionado de argón, kriptón y xenón, mezclados con un halógeno seleccionado de cloro, bromo, flúor y yodo.

7. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el gas excimero comprende fluoruro de kriptón.

8. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el gas excimero comprende cloruro de kriptón.

9. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el gas excimero comprende fluoruro de argón.

10. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos uno del primer y segundo electrodos alargados está aislado.

11. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque comprende además una fuente de voltaje conectada a través del primer y segundo electrodos alargados.

12. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la fuente de voltaje comprende una fuente de voltaje pulsada.

13. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la frecuencia del impulso es de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 300 GHz.

1 . La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la fuente de voltaje comprende una fuente de voltaje AC.

15. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la frecuencia del voltaje AC es de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 300 GHz.

16. Un sistema para tratar un fluido, que comprende : una cámara de tratamiento acoplada a una entrada del fluido y una salida del fluido; y al menos una fuente de luz con descarga de gas excimero, en donde la fuente de luz se configura para exponer un fluido que pasa a través de la cámara de tratamiento a radiación, en donde cada fuente de luz comprende: una cubierta; un gas excimero; al menos un primer electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta; y al menos un segundo electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y sustancialmente paralelo a al menos un primer electrodo alargado.

17. El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la cámara de tratamiento rodea la cubierta.

18. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la cámara de tratamiento comprende una manga que aisla el fluido del contacto con la cubierta.

19. El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el gas excimero comprende un gas noble, un halógeno, o una mezcla de los mismos .

20. El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el gas excimero comprende fluoruro de argón.

21. El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el gas excimero comprende fluoruro de kriptón.

22. El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el gas excimero comprende cloruro de kriptón.

23. Un método para purificar fluidos de contaminantes, que comprende: producir luz utilizando una fuente de luz con descarga de gas excimero, la luz tiene longitudes de onda en el intervalo de 100 nm-400 nm; y exponer un fluido a la luz, en donde la fuente de luz con descarga de gas excimero utilizada para producir la luz comprende: una cubierta; un gas excimero; al menos un primer electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta; y al menos un segundo electrodo alargado que se extiende a lo largo de la cubierta, y sustancialmente paralelo a al menos un primer electrodo alargado.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda entre aproximadamente 170 nm y 310 nm.

25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda de aproximadamente 193 nm.

26. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda de aproximadamente 222 nm.

27. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda de aproximadamente 248 nm.

28. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el fluido consiste esencialmente de agua .

29. Una lámpara UV excimera que comprende: al menos dos electrodos; y una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contienen un gas excimero en los mismos, la pluralidad de tubos se coloca al menos en parte entre al menos dos electrodos.

30. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque el gas excimero comprende un gas noble, un halógeno o una mezcla de los mismos .

31. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 30, caracterizada porque el gas excimero comprende fluoruro de argón.

32. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 30, caracterizada porque el gas excimero comprende fluoruro de kriptón.

33. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 30, caracterizada porque el gas excimero comprende cloruro de kriptón.

3 . La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque al menos uno de al menos dos electrodos está aislado.

35. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además una fuente de voltaje conectada a través de al menos dos electrodos .

36. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 35, caracterizada porque la fuente de voltaje comprende una fuente de voltaje pulsado.

37. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 36, caracterizada porque la frecuencia del impulso es de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 300 GHz .

38. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 35, caracterizada porque la fuente de voltaje comprende una fuente de voltaje AC.

39. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 38, caracterizada porque la frecuencia del voltaje AC es de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 300 GHz.

40. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque los tubos sellados están formados de cuarzo.

41. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque los tubos sellados están recubiertos en una superficie interior de la misma.

42. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el recubrimiento comprende uno o más de fluoruro de magnesio (MgF2) , fluoruro de calcio (CaF2) , fluoruro de bario (BaF2) , fluoruro de litio (LiF) , PTFE, dióxido de titanio (Ti02) y alúmina/zafiro (A1203) .

43. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque los tubos sellados están formados de uno o más de fluoruro de magnesio (MgF2) , fluoruro de calcio (CaF2) , fluoruro de bario (BaF2) , fluoruro de litio (LiF) , PTFE, dióxido de titanio (Ti02) y alúmina/zafiro (A1203)

44. La lámpara UV excimera de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque los tubos sellados contienen esencialmente solo gas.

45. Un sistema para tratar un fluido, que comprende : una cámara de tratamiento acoplada a una entrada del fluido y una salida del fluido; y al menos una fuente de luz con descarga de gas excimero, en donde la fuente de luz está configurada para exponer un fluido que pasa a través de la cámara de tratamiento a radiación, en donde al menos una fuente de luz con descarga de gas excimero comprende: al menos dos electrodos; y una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contienen un gas excimero en los mismos, la pluralidad de tubos sellados está colocada al menos en parte entre al menos dos electrodos.

46. El sistema de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque la cámara de tratamiento rodea la cubierta.

47. El sistema de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque la cámara de tratamiento comprende una manga que aisla el fluido del contacto con la fuente de luz.

48. El sistema de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el gas excimero comprende un gas noble, un halógeno o una mezcla de los mismos .

49. El sistema de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque el gas excimero comprende fluoruro de argón.

50. El sistema de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque el gas excimero comprende fluoruro de kriptón.

51. El sistema de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque el gas excimero comprende cloruro de kriptón.

52. El sistema de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque los tubos sellados contienen esencialmente solo gas.

53. Un método para purificar fluidos de contaminantes, que comprende: producir luz utilizando una fuente de luz con descarga de gas excimero, la luz tiene longitudes de onda en el intervalo de 100 nm-400 nm; y exponer un fluido a la luz, en donde la fuente de luz con descarga de gas excimero utilizada para producir la luz comprende: al menos dos electrodos; y una pluralidad de tubos sellados, al menos algunos de los cuales contienen un gas excimero en los mismos, la pluralidad de tubos sellados se coloca al menos en parte entre al menos dos electrodos.

5 . El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda entre aproximadamente 170 nm y 310 nm.

55. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda de aproximadamente 193 nm.

56. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda de aproximadamente 222 nm.

57. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque la fuente de luz con descarga de gas produce luz que de manera predominante, tiene una longitud de onda de aproximadamente 248 nm.

58. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque el fluido consiste esencialmente de agua .

59. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque los tubos sellados contienen esencialmente solo gas.