TWI459433B - 雙管結構之介電阻障式放電燈 - Google Patents

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Description

雙管結構之介電阻障式放電燈
本發明係一種介電阻障式放電燈，此種介電阻障式放電燈具有一同軸雙管結構之放電容器，也就是說將一根與外管同軸之內管設置在外管內。內管及外管的兩個端面彼此連接，因而構成氣密式放電容器。被放電容器圍繞住之放電空間的範圍在內管及外管之間。
這種放電燈通常具有一個位於內管內的第一電極，以及一個位於外管之外側上的第二電極。兩個電極均位於放電容器之外。在這種情況下，這是一種雙面介電阻障放電。為了簡化起見，如果在以下的說明中提及內部的電極(或內電極)及外面的電極(或外電極)，這些名稱指的只是電極相對於同軸雙管結構的空間位置關係，也就是說電極是位於內管內及/或位於外管的外側上。內電極一方面應緊靠在內管的管壁上，也就是說不能下垂，另一方面應盡可能易於安裝。
這種放電燈特別適於應用在製造過程中的紫外線照射，例如應用於表面清潔及表面活化、光解、產生臭氧、飲用水消毒、金屬化、以及紫外線硬化。因此也可以稱為輻射器或紫外線輻射器。
德國專利DE 42 22 130 A1揭示一種同軸雙管輻射器。此種輻射器是以螺旋狀的金屬線作為內電極。這種輻射器的缺點是內電極只有相當低的面積比例與內管接觸。此外，螺旋狀的金屬線等同於相當長的線路，因此電阻及 感抗都比較大，導致能量輸入變得比較困難。
歐洲專利EP 0 703 603 A1揭示一種同軸雙管輻射器，這種輻射器的管狀內電極在縱軸方向上有一道筆直貫通的切口。另外一種可行的方式是由兩個彼此相隔一定間距的半殼構成管狀內電極。這種輻射器的缺點是無法避免沿著內電極出現的直徑的變化及波動性，而且也無法消除在切線方向上的不平坦性。
本發明的目的是提出一種具有經改良之內電極的同軸雙管結構的介電阻障式放電燈。
為達到上述目的，本發明提出之介電阻障式放電燈的放電容器具有一根外管及一根內管，而且內管是以與外管同軸的方式設置在外管內，內管及外管是以氣密方式連接在一起，因而在內管及外管之間形成一個充滿放電介質之放電空間，此外本發明之介電阻障式放電燈還具有一個第一電極及至少一個第二電極，而且第一電極是位於內管內，本發明之介電阻障式放電燈的特徵為：第一電極是一根具有至少一道切口的管子，而且該切口的局部或至少部分段落在以管子之縱軸為準的軸向及方位角方向上都具有一個分量。
此外，作為第一電極的管子也可以具有兩道或更多道的軸向切口。
附屬申請專利項目之內容為本發明之各種有利的實施方式。
本發明的主要構想是將管子(也就是內電極)上的切口 適當的分配在管子的圓周及/或外殼表面上，而不像現有技術僅設置筆直的軸向切口。因此本發明的管子至少具有一道切口，而且如果將管子的外殼表面視為一個圓柱座標，則管子的切口的局部或至少部分段落在縱軸方向(軸向)及方位角方向上都具有一個分量。經由在方位角方向上的分量，使得在切線方向上能夠與內管的局部不平坦性達到較好的配合。這樣管狀內電極與燈的放電容器的內管就能夠形成較好的觸點接通，同時也會達到較好的力學穩定性。
如果只有一道切口，則最好是一道貫通的切口。如果有多道切口，則其中最好是只有一道貫通的切口，其他的都不是貫通的切口，以免管狀內電極被分解成多個部分段落，導致內電極變得幾乎無法處理。
根據第一種實施方式，切口的形狀為螺旋狀。也就是說切口是以螺旋狀的方式繞管狀內電極的縱軸轉動。由於本發明之螺旋狀切口的長度大於現有技術之內電極的筆直切口，因此本發明之內電極可以作更好的局部變形，以配合內管的不平坦性及波動性。此外，經由螺旋狀切口也可以產生一個比筆直切口更均勻的電場。由於本發明之內電極與內管之間能夠達到較好觸點接通，因此可以使能量更容易被輸入放電空間，因而提高輻射效率。最佳的轉動次數取決於電極的長度、作為內電極的管子的管壁厚度、以及管子直徑。一種有利的方式是轉動次數介於1‧λ‧d至100‧λ‧d之間，或最好是介於5‧λ‧d至50‧λ‧d之間，其中λ代表內電極的長度(單位：m)，d代表內電極的管壁厚度(單位：mm)。事實證明必須保持內電極的管子 特性。內電極完全由螺旋帶構成的缺點是螺旋帶可能無法在內管的整個長度上都緊靠在內管上，而是在安裝時在內管內鬆弛後，只有內管的在某些位置(主要是內管的前端及後端)與內管緊靠在一起。
除了前面提及的螺旋形狀外，切口的形狀也可以是三角形、矩形、U形、曲折形(尤其是正弦形或波浪紋線形)。
根據另外一種有利的實施方式，管狀內電極具有兩個或更多個非完全貫穿的切口，而且這些切口最好是彼此重疊。重疊長度(單位：mm)應介於0.2‧R至8‧R之間，或最好是介於1‧R至4‧R之間，其中R代表內管的半徑(單位：mm)。這些非完全貫穿的切口使內電極更能承受外界的影響。這對於燈的運輸是很有利的，例如可以防止在運送燈的過程中發生內電極移動或甚至變形的情況。此外具有多個非完全貫穿之切口的內電極也比較容處理，例如對於燈的製造及更換內電極都比較容易。這種實施方式有多種適用的切口形狀，例如三角形、矩形、U形、曲折形(尤其是正弦形或波浪紋線形)。此外也可以使用筆直的切口，而且不論是軸向或傾斜的筆直切口都可以。但是經實驗證明最適當的方向是將縱向切口及橫向切口彼此連接。連接在一起的縱向切口及橫向切口最好是沿著內電極的整個長度剛好繞管子的圓周一圈。經由這種方式使內電極更能夠與內管的微小的不平坦性配合。
例如可以用金屬薄板製作管狀內電極。一種改良方式是使用有穿孔的金屬薄板，至於穿孔的形狀可以是圓形，也可以是矩形、菱形、或是其他的形狀。在管壁厚度相同 的情況下，相較於以沒有穿孔的金屬薄板製作的內電極，以有穿孔的金屬薄板製作的內電極具有較大的彈性，因此即使內管有非常微小的不平坦性，有穿孔的內電極也能夠與其配合。有穿孔的內電極的另外一個優點是可以提高放電容器的內管的散熱能力，這有助於延長燈的使用壽命。沒有穿孔的面積佔內電極之總面積的比例通常介於0.1至0.95之間，或最好是介於0.3至0.7之間。穿孔的最大直線距離最好是介於1mm至10mm之間，這樣才不會出現會導致輻射效率降低的局部場畸變。
在以上的圖式中，相同或相同作用的元件均以相同的元件符號標示。
第1a圖及第1b圖是以極度簡化的示意方式顯示本發明之介電阻障式放電燈(1)的第一個實施例的側視圖及/或斷面圖。燈(1)的長條形放電容器是由形成同軸雙管結構的一根外管(2)及一根內管(3)所構成，該同軸雙管結構也定義了放電容器的縱軸。外管及內管的長度應視應用上的需要而定，一般在10cm與250cm之間。外管(2)的直徑為40mm，管壁厚度為2mm。內管(3)的直徑為16mm，管壁厚度為1mm。外管(2)及內管(3)都是以可以讓紫外線透過的石英玻璃製成。此外，放電容器的兩端是封住的，因而形成一個長條形的環狀間隙狀放電空間(4)。為形成這個放電空間，放電容器的兩端各有一個具適當形狀的環形容器段(5)。此外，其中一個容器段(5)有連接一根抽氣管(未在圖式中繪出)，利用這根抽氣管可以先將放電空間(4)抽真空，然後再 注入15kPa的氙氣。在外管(2)的外管壁上有鋪上一層金屬線網(6)。金屬線網(6)構成燈(1)的外電極。在內管(3)的內部，也就是同樣位於被放電容器圍住的放電空間(4)之外的區域，有設置一根具有切口的金屬管(7)。金屬管(7)構成燈的內電極。內電極(7)是由厚度0.1mm的金屬薄板(最好是VA金屬板)製成。切口(8)沿著內電極(7)的長度L(=0.5m)轉動一圈，也就是轉動360度，因此在第1a圖顯示的斷面圖中只能在金屬管(7)的一半長度上看到這個切口。
第2圖是以示意方式顯示包含內電極之內管(3)的側視圖。為了使圖面易於辨識，第2圖並未將具有外電極的外管繪出。從第2圖可以清楚的看到以螺旋狀繞管狀內電極(7)之縱軸轉動的貫穿的切口(8)，在這個實施例中，這個切口僅繞內電極(7)的整個長度L轉動一圈。重要的是切口(8)的長度會大於沿著內電極之縱軸行進的筆直切口的長度。因此內電極(7)可以在局部作比較好的變形，以緊靠在內管(3)的內壁上，即使是與通常都會有局部不平坦性的石英玻璃管也能夠配合的很好。此外，經由螺旋狀切口(8)也可以產生一個比筆直切口更均勻的電場。由於內電極(7)與內管(3)之間能夠達到較好觸點接通，因此可以使能量更容易被輸入放電空間(4)(參見第1a圖)，因而提高輻射效率。
第3圖至第5圖顯示其他不同的具有切口的內電極(7)，而且這些切口和第2圖一樣，都是貫穿的切口。第3圖至第5圖分別顯示曲折形切口(9)、矩形切口(10)、以及波浪紋線形切口(11)。
6圖至第11圖顯示具有不同形狀之非貫穿切口的內電 極(12)。這些非完全貫穿的切口使內電極(12)更能承受外界的影響。這對於燈的運輸是很有利的，例如可以防止在運送燈的過程中發生內電極移動或甚至變形的情況。此外內電極(12)的處理也比較容易，例如對於燈的製造及更換內電極(12)都比較容易。
在第6圖至第9圖中，切口平行於內電極(12)的縱軸，而且從縱軸的方向看過去，這些切口有彼此重疊。第6圖至第9圖分別顯示筆直切口(13)、曲折形切口(14)、矩形切口(15)、以及波浪紋線形切口(16)。這些切口不是沿著內電極(12)的整個縱軸長度設置(第9圖)，就是至少是沿著縱軸的大部分長度設置(第6、7、8圖)。此外，這些切口最好是分佈在內電極(12)的整個圓周上。
第10圖顯示多個縱向切口(17)與橫向切口(18)連接的實施方式。這些實施方式的優點是內電極更能夠與內管的微小的不平坦性配合。第11圖顯示將多個筆直切口(19)傾斜配置，也就是使切口(19)不平行於內電極(12)的縱軸。
根據第2圖至第11圖的變化方式(未在圖式中繪出)，內電極是有穿孔的。穿孔的形狀可以是圓形，也可以是矩形、菱形、或是其他的形狀。在管壁厚度相同的情況下，相較於沒有穿孔的的內電極，有穿孔的內電極具有較大的彈性，因此即使內管有非常微小的不平坦性，有穿孔的內電極也能夠與其配合。
【簡單圖式說明】
以下配合圖式及實施例對本發明的內容做進一步的說明。
第1a圖：本發明之介電阻障式放電燈的一個斷面圖。
第1b圖：如第1圖之放電燈的一個斷面圖。
第2圖：如第1圖之放電燈的內管(包括內電極)的-個側視圖。
第3圖：內管(包括具有貫穿之切口的內電極)的一個側視圖。
第4圖及第5圖：具有貫穿之切口的內電極的側視圖。
第6圖：內管(包括具有非貫穿之切口的內電極)的一個側視圖。
第7圖至第11圖：具有非貫穿之切口的內電極的側視圖。
1‧‧‧介電阻障式放電燈
2‧‧‧外管
3‧‧‧內管
4‧‧‧放電介質/放電空間
5‧‧‧容器段
6‧‧‧第二電極/金屬線網
7‧‧‧第一電極/金屬管
12‧‧‧第一電極/放電管/內電管
8-11，13-19‧‧‧切口
12‧‧‧電極管/放電管
1‧‧‧介電阻障式放電燈
2‧‧‧外管
3‧‧‧內管
4‧‧‧放電介質/放電空間
5‧‧‧容器段
6‧‧‧第二電極/金屬線網
7‧‧‧第一電極/金屬管
8‧‧‧切口

Claims (15)

  1. 一種介電阻障式放電燈(1)，具有：一放電容器：該放電容器具有一外管(2)及一內管(3)，其中該內管(3)是以與該外管(2)同軸的方式設置在該外管(2)內；該內管(3)及該外管(2)是以氣密方式彼此連接，因而在該內管及該外管之間形成一充滿放電介質(4)的放電空間；一第一電極(7；12)及至少一第二電極(6)，其中該第一電極(7；12)是位於該內管(3)內；該介電阻障式放電燈的特徵為：該第一電極(7；12)建構成為管，該管設置有至少一道切口(8-11；13-19)，該切口係相對於該管的縱軸局部地或至少部分地在軸向及方位角方向上都具有一分量；其中，該第一電極(12)具有多道沿著該第一電極(12)配置的切口(13-19)。
  2. 如申請專利範圍第1項的燈，其中在該等切口(13-16；19)中至少有部分切口彼此重疊，而且重疊長度在此情況下是介於0.2‧R至8‧R之間，其中R代表內管的半徑(單位：mm)。
  3. 如申請專利範圍第2項的燈，其中該重疊長度介於1‧R至4‧R之間。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的燈，其中在切口(13-19)中至少有若干切口是設置在該第一電極(12)的該 圓周上的不同位置。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的燈，其中該等切口(13)的形狀為直線形。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的燈，其中該等切口(14)的形狀為三角形。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的燈，其中該等切口(15)的形狀為矩形或U形。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的燈，其中該等切口(16)的形狀為曲折形。
  9. 如申請專利範圍第8項的燈，其中該等切口(16)的形狀是正弦形或波浪曲線形。
  10. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的燈，其中該等切口(13-17)設置成平行於該電極管(12)的縱軸。
  11. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的燈，其中該等切口(19)設置成傾斜於該電極管(12)的縱軸。
  12. 如申請專利範圍第2項的燈，其中部分切口(17)係設置成平行於該電極管(12)的該縱軸之縱向切口，而且其中上述縱向切口(17)係藉由橫向切口(18)彼此連接。
  13. 一種介電阻障式放電燈(1)，具有：一放電容器：該放電容器：具有一外管(2)及一內管(3)，其中該內管(3)係同軸地設置在外管(2)內；該內管(3)及該外管(2)是以氣密方式彼此連接，因而在內管及外管之間形成一 充滿放電介質(4)的放電空間；一第一電極(12)及至少一第二電極(6)，其中該第一電極(12)是位於該內管(3)內；該介電阻障式放電燈的特徵為：該第一電極(12))建構成為管，其中該管設置有兩道或更多道軸向切口(8-11；13-19)。
  14. 如申請專利範圍第13項的燈，其中該第一電極是以金屬薄板製成。
  15. 如申請專利範圍第14項的燈，其中該第一電極具有穿孔。
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