TWI437613B - 以雙重管架構之介電障壁放電燈 - Google Patents

以雙重管架構之介電障壁放電燈 Download PDF

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Description

以雙重管架構之介電障壁放電燈
本發明係一種具有一個同軸雙重管架構之放電容器的介電障壁放電燈，也就是說，一根與外管同軸的內管被設置在外管內。其中內管及外管的兩個端面彼此連接，因而構成氣密的放電容器。被放電容器圍住的放電室在內管及外管之間延伸。
這種放電燈通常具有一個設置在內管內的第一電極，以及一個設置在外管的外表面上的第二電極。因此這兩個電極均位於放電容器/放電室之外。在這種情況下是一種雙面障壁放電。在以下的說明中，如果為簡化起見，有時會使用“內電極”或“外電極”的名稱，這兩個名稱指的只是在同軸雙重管架構中，電極的空間位置，也就是說，內電極指的是位於內管內的電極，外電極指的是位於外管之外表面上的電極。這兩個電極都應盡可能緊靠在放電容器的管壁上，以使發生在放電室內的介電障壁放電盡可能的均勻。
這種放電燈特別適於應用在過程技術中的紫外線照射，例如應用於表面淨化、飲用水淨化、金屬化、以及紫外線硬化。應用在這些用途的放電燈常被稱為放射器或紫外線放射器。
美國專利第4,945,290號揭示一種同軸雙重管放射器，此種放射器是以一個金屬層作為內電極。
歐洲專利第0 703 603 A1號也揭示一種同軸雙重管放射器。這種放射器是針對金屬層的蒸鍍及使用壽命提出改善方法。由於這種雙重管放射器的內管非常狹窄，因此不可能在其內蒸鍍出一個厚度均勻的金屬層，而且當金屬層的厚度大於0.01mm時，就很容易脫落。此外，放射器運轉時金屬層厚度較薄的位置容易被腐蝕，因此會縮短放射器的使用壽命。因此歐洲專利第0 703 603 A1號建議以一根在縱向上具有一道直通的細長開口的金屬管取代金屬層作為內電極。另外一種變化方式是由兩個彼此相隔一段間距的半殼構成一個管狀的內電極。這種放射器的缺點是無法消除內管在縱向上的直徑變動，以及在切線方向上的起伏及其他不平坦性。
本發明的目的是提出一種具有一個經改善之內電極的以雙重管架構之介電障壁放電燈。
為達到上述目的，本發明之介電障壁放電燈具有一個放電容器，該放電容器具有一根外管及一根內管，其中與外管同軸的內管被設置在外管內，內管及外管是以氣密方式彼此連接，因此在內管及外管之間形成一個裝有放電介質的放電室。此外，本發明之介電障壁放電燈還具有一個第一電極及至少一個第二電極，其中第一電極是由一個塗覆在內管的內表面上的導電層所構成，其特徵為，在內管內有設置一個可以承載電流的附加電極，而且該附加電極與第一電極形成導電接觸。
申請專利範圍中的附屬申請項目的內容為本發明的各種有利的實施方式。
此外，本發明之申請專利保護範圍還包括一種具有本發明之介電障壁放電燈及與其連接之供電設備的放射器系統。
本發明的基本構想是在雙重管放射器的內管內設置一個附加電極，並使該附加電極與導電層形成導電接觸。實驗結果顯示，在電功率很高的情況下，導電層無法承載所有的電流，因此會被部分燒壞。因此附加電極的任務是在放射器運轉時承載部分電流。
最好是經由附加電極與導電層盡可能均勻的接觸形成導電接觸。此外，一種有利的方式是在導電層及附加電極之間加入一種適當的連接介質，例如一種導電膏、黏膠、或其他類似物質，以改善導電接觸及盡可能長時間保持導電接觸。
為了使附加電極達到最佳的載流能力，附加電極的延伸範圍最好是涵蓋導電層的整個軸向及/或方位範圍，也就是說涵蓋導電層的整個外表面。此外，附加電極的尺寸及形狀最好是使附加電極盡可能與導電層形成良好及大面積的導電接觸。否則在電功率很高的情況下，局部電流密度可能會升高到使導電層被燒壞的程度。不過附加電極並非一定必須將內管之金屬層的整個外表面覆蓋住。在某些情況下，附加電極只需將金屬層的部分面積覆蓋住即可，例如當被黏上去的金屬條帶(最好是沿著與軸平行的方向黏貼)具有足夠的厚度時。
附加電極最好是一個導電的圓柱形物體，例如一根具有適當尺寸的金屬管或金屬軟管(最好是以金屬布或金屬線網製成)。這種附加電極很容易就可以被放到內管中，而且不會損及導電層。另外一種方式是盡可能將附加電極妥善且均勻的緊貼在導電層上，而且最好是覆蓋導電層的整個範圍。為達到這個目的，所使用的金屬管最好是帶有一道或多道細長開口。這樣可以使金屬管和金屬布一樣可以和導電層的表面配合。
例如內管的導電層(例如金屬層)是由鋁或種貴金屬(最好是鉑、鈀、或金)所構成。可以利用物理方法(例如濺鍍、真空蒸鍍、電鍍)或化學鍍膜法(例如烘漆、化學沉積、無電流電鍍)形成這個導電層。
為了避免內管的很薄的金屬層在安裝附加電層時被刮傷，一種有利的方式是在安裝附加電極之前先在金屬層上加上一個耐刮傷的保護層，例如一個鎳塗層。
可承載電流的附加電極使本發明的放電燈即使是在長時間運轉及很高的電功率的情況下，也可以充分利用將一個金屬層緊貼在內管上作為內電極的優點。因此本發明提出的解決方案分成兩個部分。第一個部分是一個很薄且最適合緊貼在內管上的金屬層。第二個部分是一個可以承載電流的附加電極，其任務是輸送電流。
本發明的放射器系統除了具有本發明的介電障壁放電燈外，還具有一個供電設備。供電設備的第一個極與外電極連接，第二個極與附加電極連接。
第1a至1c圖是以示意方式顯示本發明之介電障壁放電燈(1)的第一個實施例的一個側視圖、一個局部放大圖、以及一個斷面圖。介電障壁放電燈(1)的長條狀放電容器是由同軸雙重管架構的一根外管(2)及一根內管(3)所構成，放電容器的縱軸也是由內管及外管定義出來的。典型的管子長度大約在10cm至250cm之間(視應用狀況而定)。外管(2)的直徑為44mm，壁厚為2mm。內管(3)的直徑為20mm，壁厚為1mm。兩根管子(2，3)都是以可以讓紫外線輻射通過的石英玻璃製成。此外，放電容器的兩個端面都必須是封閉的，以形成一個長條形的環形間隙狀的放電室(4)。為達到這個目的，放電容器的兩端各有一個環狀的容器段(5)。此外，在其中一個容器段(5)上一根抽氣管(未在圖式中繪出)，利用這根抽氣管先將放電室(4)抽真空，然後注入15kPa的氙氣。在外管(2)之管壁的外表面上有一層金屬線網(6)。金屬線網(6)構成介電障壁放電燈(1)的外電極。在內管(2)的內部，也就是說同樣是被放電容器圍住的放電室(4)之外，有鍍上一個厚度約100nm的金層(7)以形成管狀的內電極。此外，在內管(3)內還有一根由VA構成的金屬編織軟管(8)，以作為附加電極。為達到這個目的，編織軟管(8)的外徑必須適當，以避免在放入編織軟管(8)時損傷金屬(7)，但另一方面又可以金屬(7)及編織軟管(8)之間形成良好且均勻的接觸。為了確保編織軟管的彈性，金屬線網的厚度最好是小於0.5mm。金層(7)及編織軟管(8)的延伸範圍幾乎涵蓋內管(3)的整個長度。放電燈運轉時，金屬線網(6)(外電極)及編織軟管(8)(附加電極)分別與電子鎮流器(EVG)(9)的一個極直接連接。由於金層(7)與金屬編織軟管(8)有導電接觸，因此金層(7)能夠經由金屬編織軟管(8)與EVG(9)連接，因而形成金屬編織軟管(8)的載流作用。EVG(9)的作用是在介電障壁放電燈(1)運轉時點燃及保持放電室(4)的介電障壁放電。
第2圖至第5圖分別以示意方式顯示不同的附加電極的側視圖。第2圖顯示的是第1a至1c圖中作為附加作極的金屬編識軟管(8)。金屬編識軟管的優點是具有相當好的彈性，因此比較容易被放到內管中，而且不會損傷到金屬(7)。此外，金屬編識軟管(8)可以配合內管(3)或金屬(7)可能出現的起伏及不精確性，以確保能夠與金層(7)形成良好且平坦的導電接觸。第3圖顯示一根帶有縱向細長開口(11)的金屬管(10)，其中縱向細長開口(11)的延伸範圍幾乎涵蓋金屬管(10)的整個長度(典型的比例是涵蓋整個長度的9/10)。另外一種變化方式是縱向細長開口是直通到底的。不論是何種情況，金屬管(10)都會因為縱向細長開口(11)的存在而與內管的金屬層(7)配合得更好。第4圖及第5圖顯示另外兩種以帶有細長開口之金屬管作為附加電極的變化方式。在第4圖中，金屬管(10’)帶有多道非直通到底的細長開口(12)，這些細長開口(12)均平行於縱軸，而且從縱軸的方向看過去，這些細長開口(12)有部分重疊。這些細長開口(12)最好是分佈在金屬管(10’)的整個圓周上。在第5圖中，金屬管(10”)帶有一道在縱向上直通到底的矩形細長開口(13)。因此金屬管(10”)能夠更好的配合內管或內管內管的金屬層的微小起伏。
1．．．介電障壁放電燈
2．．．外管
3．．．內管
4．．．放電室
5．．．容器段
6．．．第二電極
7．．．第一電極
8．．．附加電極
9．．．供電設備
10~10”．．．管子
11~11”、12~13．．．細長開口
以下配合圖式及實施例對本發明的內容作進一步的說明：
第1a圖：本發明之介電障壁放電燈的一個側視圖。
第1b圖：如第1a圖之介電障壁放電燈的一個局部放大圖。
第1c圖：如第1a圖之介電障壁放電燈的一個斷面圓。
第2圖：一個附加電極的側視圖。
第3圖：一個帶有一道細長開口之附加電極的側視圓。
第4圖：一個帶有數道細長開口之附加電極的側視圖。
第5圖：一個帶有一道在縱向上直通到底的矩形細長開口之附加電極的側視圖。
1．．．介電障壁放電燈
2．．．外管
3．．．內管
4．．．放電室
5．．．容器段
6．．．第二電極
7．．．第一電極
8．．．附加電極

Claims (14)

  1. 一種介電障壁放電燈(1)，具有：-- 一放電容器，具有一外管(2)及一內管(3)，其中與外管(2)同軸的內管(3)被設置在外管(2)內；內管(3)及外管(2)是以氣密方式彼此連接，因此在內管(3)及外管(2)之間形成一裝有放電介質的放電室(4)；-- 一第一電極(7)及至少一個第二電極(6)，其中第一電極(7)是由一塗覆在內管(3)的內表面上的導電層所構成；介電障壁放電燈(1)其特徵為：在內管(3)內有設置一可以承載電流的附加電極(8)，而且該附加電極(8)與第一電極(7)形成導電接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項的介電障壁放電燈(1)，其中：附加電極(8)有接觸到第一電極(7)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中可承載電流的附加電極(8)的延伸範圍涵蓋第一電極(7)的整個軸向範圍。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中可承載電流的附加電極(8)的延伸範圍涵蓋第一電極(7)的整個方位範圍。
  5. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中附加電極是一導電的圓柱形物體。
  6. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中附加電極(8)是一導電的金屬軟管。
  7. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中附加電極是一至少具有一道細長開口(11-13)的導電的管子(10-10”)。
  8. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中第一電極(7)是由鋁或一種貴金屬構成。
  9. 如申請專利範圍第8項的介電障壁放電燈(1)，其中第一電極(7)是由鉑、鈀、或金所構成。
  10. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中第一電極具有一耐刮傷的保護層。
  11. 如申請專利範圍第10項的介電障壁放電燈(1)，其中耐刮傷的保護層是由鎳構成。
  12. 如申請專利範圍第1或2項的介電障壁放電燈(1)，其中在第一電極及附加電極之間加入一種適當的連接介質。
  13. 如申請專利範圍第12項的介電障壁放電燈(1)，其中：該適當的連接介質係為一種導電膏或黏膠。
  14. 一種放射器系統，具有如申請專利範圍第1至13項中任一項的介電障壁放電燈及一供電設備(9)，其第一個極與外電極(6)連接，第二個極與附加電極(8)連接。
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