TWI483287B - 感應耦合介電質屏障放電燈 - Google Patents

Description

感應耦合介電質屏障放電燈

本發明係有關一種介電質屏障放電燈。更具體地，本發明相關於可供流體處理系統、發光系統及其他應用的介電質屏障放電燈。

介電質屏障放電燈一般係已知的及使用於許多種需要特別波長電磁輻射的應用中。例如，某些應用包含廢水處理及/或飲用水殺菌。這些應用需要波長約100~280nm之間的紫外輻射。其他應用包含產生可見光用於一般照明，其需要波長約380~750nm之間。

介電質屏障放電燈一般可為任何形式。介電質屏障放電燈之一種最簡單的形式包含一外管及一同軸內管，而在其間形成環形放電室。一在內管之內的電極及一約在外管外部上的相對電極係由該環形放電室加以隔離。該室一般包含隋氣或稀有氣，例如：氙，在氣體放電時發射初級輻射，尤其是放電室內發生的介電質屏障放電。在介電質屏障放電期間，氙分子解離成為離子及電子而成為氙電漿。當氙電漿激發至一特定的能階，準分子(eximer molecules)在電漿中形成。該準分子在一定壽命周期之後加以分裂，在氙電漿方面，釋出尖峰波長約172nm的光子。經由沉澱在外管內部的發光層，這種能源能夠被轉換成為175~280nm範圍。至少該外管能由半透明材料加以形成，如石英，而傳輸紫外輻射用於水或空氣的殺菌，或其他應用。

習知系統也能夠包含一升壓器，其纏在一常見的磁核上，用於轉換主電源或第一電壓成為第二電壓，而施加至電極及相對電極。然而，升壓器一般必須包含物理連接至電源供應及燈體。在使用中，變壓器及燈體之間的該項連接(如電連接)，易受流體影響及腐蝕。此外，習知介電質屏障氣體放電燈的流體處理效率的主要障礙，係在充足處理所需水準之上或之下的流體輻射水準。

提供一種用於流體處理系統的介電質屏障放電燈總成。該燈總成能夠包含一感應二級線圈、耦合至該感應二級線圈的第一及第二電極、及一燈，其包含被插入該第一及第二電極之間的介電質屏障。該介電質屏障能夠界定一個放電室，其包含一放電氣，及該第一及第二電極之一者能夠延伸至該放電室之內。該感應二級線圈能夠適合自附近的感應初級線圈接收電能，引起介電質屏障在放電室中放電。所造成的介電質屏障放電能夠產生紫外光，用於處理空氣或水，或用於其他應用。

在一實施例中，該燈包含一內管及一相互隔離的外管，而在其間形成一放電隙。在第一及第二電極之間施加高壓，能夠在放電隙內造成放電，以便發出光，透過燈外部到達周圍流體。周圍的流體，例如水，係可選擇性地作為電極延伸。可選擇的是，該燈總成能夠包含一導電金屬網，其耦合至電極及施加到燈外部。又可選擇的是，該燈總成能夠包含一可通電構件，其與該燈相互隔離而在其間收容一流體。該可通電構件一般將該流體與第一及第二電極之一者或兩者加以隔離，用於(例如)防止流體的離子化。

在另一實施例中，提供一基地站。該燈總成能夠可移除式地收容在該基地站之內，及該基地站能夠包含感應初級線圈，以便提供無線電源至燈總成。該基地站進一步包含一設有控制器的初級電路、一燈脈衝驅動器、一燈感應器及一水流感應器。該控制器係可電耦合至該燈脈衝驅動器而以一系列的短時脈衝來驅動該感應初級線圈。該控制器能夠監視該燈感應器及水流速感應器的回饋，以便控制該燈脈衝驅動器的性能。

在另一實施例中，感應二級線圈及燈可為同軸，及該感應二級線圈能夠在燈之至少一部份周圍延伸。感應二級線圈及感應二級線圈可 安排成同心關係，其中感應二級線圈包含一磁核及界定一外徑，其小於感應初級線圈所界定的內徑。可替換的是，該感應二級線圈可界定一內徑，其大於包含有磁核之感應初級線圈所界定的外徑。該燈總成可包含一二級外罩以便至少部份地包住該感應二級線圈，且至少部份相互套合至該基地站。

在另一實施例中，該基地站可包含一流體品質感應器。該流體品質感應器可設有一輸出，其電連接至該控制器，及該流體品質感應器可加以構形而決定所處理之流體的特徵，其包含(例如)流體濁度、pH、或溫度。基於該流體品質感應器的輸出，該控制器能夠控制或改變由燈總成所發射之紫外光的強度。可選擇的是，該燈能夠包含一發光層，以便轉換該所輻射的光成為紫外波長，或該燈能夠包含一氣體，以便發出紫外輻射而無需發光層之輔助。

在另一實施例中，該燈總成能夠加以修改而由激發基地站加以驅動，其用於無線供電的氣體放電燈、無線供電的白熾燈或其他無線供電的裝置。在這個實施例中，該燈總成能夠包含一燈脈衝驅動器，其電連接在感應二級線圈及第一與第二電極之間。該燈脈衝驅動器能夠加以修改，而轉換一在感應二級線圈所感應出的第一依時改變電壓，成為一施加到該第一及第二電極的第二依時改電壓，而在放電室中感應出介電質屏障放電。

在另一實施例中，該燈總成能夠包含一RF天線及一記憶體標籤，用於通訊至該基地站及可選擇地該感應初級線圈。例如，該感應初級線圈在一通訊模式中係可操作地讀取來自該記憶體標籤的資料及寫入資料，例如，已處理水的品質、介電質屏障放電燈的照明數、及照明時間。又，該感應初級線圈係可操作地讀取來自記憶體標籤的資料，如，該標籤的累積性先前操作資料(cumulative prior operational data)及獨特的燈序號。就給定的燈總成而言，藉由比較該累積性操作資料及 所建議的限制，該基地站能夠提供(例如)有用資訊、或更換該燈總成或其他元件之正確時間，給予使用者。在操作時，於每次使用之前，該系統可加以構形而讀取該記憶體標籤的資料，及可加以構形而在每次使用後，寫入該資料至該記憶體標籤。使用該初級線圈作為RF讀/寫器線圈，也可以除去對於RF通訊所用之分離線圈的需求。

參照所附的圖式及後附的申請專利範圍，經由以下對於本發明的描述，這些以及其他本發明特徵及優點將會變得更加明顯。

本實施例係有關一種感應供電的介電質屏障放電燈總成。該燈總成通常包含一感應二級線圈、電耦合至感應二級線圈之相隔離的第一及第二電極、及一燈，其包含一插入電極之間的介電質屏障。如下所述，該燈總成係可供許多應用加以使用，包含(例如)流體處理系統及照明系統。

現在參照第一~三圖，所圖解的是依照第一實施例的燈總成，其代號為20。燈總成20包含：一感應二級線圈或二級線圈24，其適合接收來自一附近之感應初級線圈或初級線圈22之無線電能；一第一電極26，係電耦合至該二級線圈24；一第二電極28，係電耦合至該二級線圈24；及一介電質屏障放電燈體30。二級線圈24能包含任何適合回應外部依時改變電磁場而產生內部電流之元件。例如，二級線圈24能由包纏在一軸周圍一次或數次的傳導元件加以形成，而在另一實施例中，二級線圈24能夠包含一包纏在非導性基材上的壓印或印刷傳導材。第一及第二電極26、28能為二級線圈24之延伸，或分離地形成及分別電耦合至二級線圈24之端部。

燈體30能為任何包含介電質屏障之燈體，及可為管狀、平坦的或任何適合具體應用之形狀。如第二圖所示，第一電極26能沿著燈體30的長度而徑向地延伸，而在另一實施例中，該第一電極26能在燈 體30內部附近形成一格柵。燈體30能至少部份地由一流體加以包圍，例如，水，其接著能夠作為第二電極28之延伸。第一及第二電極至少由一介電質屏障31及一放電氣體加以分隔，其包含，例如，氙、稀有氣體或稀有氣體-鹵素混合物。如下文所釋，施加高壓電壓橫越第一及第二電極26、28，能夠在放電氣所佔據的區域產生放電，可選擇性地，造成光輻射，例如，紫外光，透過燈體30外部到達周圍流體。

如第一~三圖所示，燈總成20能包含一環狀磁核36，其具有一外徑小於第二繞線管34內部。例如，環狀磁核36可安置在第二繞線管34之內部，與第二線圈24在軸向上分離。而在某些應用中，磁核可能並不想要，及第二繞線圈34內部區域可由(例如)一氣體或防水灌注化合物39加以充填。二級線圈24、二級繞線管34及磁核36能由一二級外罩38加以包住，其中第一及第二電極26、28由該二級外罩38軸向地凸出。如前文所述，在需要時，二級外罩38的內部能夠由防水灌注化合物39加以充填，以密封外罩內的元件及選擇性地加以防水。如所示的實施例，o-環、密封墊或墊片40可插入二級外罩38內徑及燈體30外徑之間，以便進一步地密封外罩內部。

雖然所示的燈體30包含一藉由包住第一電極26實質部份之介電質材料而形成的外管31，但(例如)其能夠包含一安裝在外管31之內並與之分離的內管，而在其間形成放電隙。在這個構形中，內及外管之至少一者能由實質介電質材料加以形成，包含(例如)石英、玻璃或陶瓷。又，內及外管之至少一者，能由至少部份地透明材料(可選擇地為石英)加以形成，允許從燈體30內部加以傳輸。燈體30進一步地能包含一發光層或塗層，其適合轉換在燈體30內部所生的輻射成為能夠經由部份透明外管31加以發射之不同波長(例如較高者)。例如，該塗層可轉換所發射的光成為波長約在175~280nm之間的殺菌紫外光，而在另一實施例中，所發射的波長可在這個範圍之內或之外加以變動。可 替換的是，或額外地，燈體30能含有一氣體，其適合輻射出紫外光而無需螢光塗層之輔助。這種氣體能包含(例如)適合輻射出波長在約220nm~240nm(可選擇的是約230nm)的氯化氪，而在需要時，其他氣體也可加以利用於其他實施例中。

如前文所述及如第四圖所示，二級線圈24能夠感應耦合至一附有基地站42的初級線圈22。基地站42可為任何能夠提供無線電源的裝置，可選擇地，為使用點水處理系統或其他裝置。例如，該基地站42可包含Lautzenheiser等人於2009年元月12日提申之國際專利申請第PCT/US2010/020623號所揭示的使用點水處理系統，該揭示內容在此併入以供參考全文。若燈總成20係收容在基地站42之內，該初級及二級線圈22、24能彼此靠近安置而允許在其間傳輸感應電能。例如，初級及二級線圈22、24能夠選擇性地分別纏繞在第一及第二繞線管32、34，彼此在軸向上偏移。又例如，初級及二級線圈22、24能為同軸的，及以長向上端對端的關係包纏在第一及第二軸向偏移的繞線管32、34，可選擇性地包含一普通磁核。在這些構形中，燈總成20，及因此該二級線圈24，係能夠在物理上與基地站42互相分離，以便延長基地站42的使用壽命，即使在多數個燈總成20在重複使用後加以更換時亦然。在某些實施例中，基地站42係與供應水、空氣或其他流體相互連通。例如，燈總成20能夠被包圍在基地站42內的水壓容器之內，其中該水壓容器可選擇性地形成水淨化單元的外罩。因為二級線圈24及燈體30係與初級線圈22相互隔離，使用者能夠輕易地檢查、維修或更換二級線圈24及燈總成30，不會讓任何可能將燈總成20連接到合適電源供應之直接的電連接，暴露在濕氣之下。

如前文所述，基地站42可為任何適合提供無線電源的裝置，例如，使用點水處理系統或其他裝置。現在參照第四圖，基地站42能夠選擇性地包含一微控制器44、一燈脈衝驅動器46、一燈感應器48、 一水流感應器50及一初級線圈22。又，該燈總成20能包含二級線圈24及燈體30，其中初級線圈22及二級線圈24形成可分離式的感應耦合元件。微控制器44能夠電耦合至該燈脈衝驅動器46，及係可操作而驅動該初級線圈22。在某些應用中，燈脈衝驅動器46能夠轉換AC電壓(可選擇地為主電源電壓)成為合適脈衝的DC波形，用於驅動初級線圈22。而在其他應用中，燈脈衝驅動器46能夠轉換DC電壓(如已整流的主電源電壓)成為已調節脈衝的DC波形。在這些及其他構形中，燈脈衝驅動器46能夠包含任何合適的驅動電路，用於提供已調節的輸出，其包含(例如)開關電路及/或切換模式的電源供應。在操作時，燈脈衝驅動器46能夠提供一系列的短時脈衝，其具有由微控制器44可加以控制的可變參數(如頻率、工作周期、相位、脈衝寬度、振幅等等)。經由初級線圈22內依時改變電流的操作，一相對應的依時改變電流係在感應耦合的二級線圈24內產生。例如，一脈衝DC電壓能夠被提供經過初級線圈22，然後釋放到接地。在每一脈衝釋放時，該橫越初級線圈22的電壓及/或電流迅速地改變。接著，在二級線圈24內的相對應的脈衝波形被施加通過第一及第二電極26、28，而在燈體放電隙內產生放電。二級線圈24內的脈衝波形的尖峰電壓，典型地(雖非必要的)係高於初級線圈內的脈衝波形。

第五圖係燈電壓的示意圖，例如，燈總20操作期間，橫越第一及第二電極26、28的電壓。在每一驅動脈衝之下，橫越第一及第二電極26、28的電壓迅速上升至一尖峰電壓，用於啟動介電質放電。例如在某些實施例中，該驅動脈衝能包含約4.0V~8.0V的振幅，可選擇的為6.0V，而在其他實施例中，該驅動脈衝能夠在此範圍之內或之外加以變動。橫越第一及第二電極26、28的相對應電壓，可為任何足以感應出介電質屏障放電之電壓。例如在某些實施例中，尖峰電壓能包含約3.0kV~4.0kV的電壓，可選擇的是約3.4kV，而在其他實施例中， 橫越第一及第二電極26、28的電壓可在此範圍之內或之外加以變動。

又如第五圖所示，介電質放電的頻率能夠對應驅動頻率，包含(例如)在約15微秒期間內約66.7kHz的頻率。又，該驅動頻率係可在約66.7kHz之下或之上加以變動，可選擇地包含在100kHz之上的頻率，其包含(例如)約300~600kHz之間的頻率。在這些已提升之頻率下操作，能夠在不相對應地降低燈體照明強度之下，允許較低的驅動頻率、工作周期及/或脈衝寬度，及在某些情況下，可以在離散頻率範圍(discrete frequency ranges)下取得未受預期的照明強度增強或加倍。例如，在100kHz以上頻率(包含約300kHz~600kHz之間的頻率)之下，驅動第一及第二電極26、28，能夠在衰變成標稱水準之前，取得約+3.4kV及約-3.4kV的”雙尖峰”。在驅動頻率小於100kHz時，燈電壓一般將會(例如)取得+3.4kV的單峰，接著為標稱-1.0kV值，其如第五圖所示。因為相對較高的電壓在某些情況下係必要的，以便取得在燈體30內的介電質放電，因此，為了回應幅度大於1.0kV的燈電壓(及可選擇的是大於2.0kV或3.0kV)，能發生放電。藉由改變驅動電壓的頻率及/或其他特徵，接著微控制器44能夠控制或影響在放電隙內的準分子之形成，或影響燈體30所發射的紫外光強度。

第六~七圖係依照一實施例之初級線圈22內驅動電壓及橫越第一及第二電極26、28的對應電壓之示意圖。如第六圖所示，驅動電壓包含約+/-5.0V的交流正方形波，其頻率約555.6kHz、工作周期約50%、及脈衝寬度約0.9微秒。雖然這些在第六圖內所示的驅動電壓參數及特徵通常係常數，但基地站微控制器44能夠改變這些參數之一者或更多者，以便可選擇性地回應來自該燈感應器48、水流速感應器50或其他感應器之一或更多的回饋，而控制燈體30內的照明輸出結果，其如前文所述。

又，若需要時，該驅動電壓能包含正或負的D.C.偏移。例如，該 正方形波能夠包含+5.0VD.C.偏移，以致於該波形在每一脈衝下由零振盪至+10.0V。又，該驅動電壓可為正方形波以外者，及能夠包含多種波形，其包含(例如)鋸齒波形、三角波形、正弦波形或其組合。在燈總成20操作期間，橫越第一及二電極26、28的相對應電壓，係顯示在第七圖。每一在初級線圈22內的驅動脈衝，在二級線圈24內(及因而在第一及第二電極26、28)，產生一相對應的振盪電壓。例如，5.0V、0.9微秒驅動脈衝，在t=0時，產生橫越電極26、28之+/-1.5kV尖峰電壓，造成燈體30內的多重介電質放電。在t=0.9微秒，該驅動脈衝(幾乎立即從+5.0V過渡到-5.0V)，產生橫越電極26、28之+/-2.1kV尖峰電壓，又造成燈體30內的多重介電質放電。因此，對於每一驅動脈衝而言，電極26、28能夠以具有局部最大值或最小值的依時改變電壓加以驅動，而可選擇性地在燈體內造成相對應數目的介電質放電事件。

如前文所述，基地站控制器44也可監視來自燈感應器48及/或水流速感應器50的回饋，而最佳化該燈驅動器46的性能。具體地說，微控制器44可依照公式或查表而決定初級線圈22電力輸出，以便提供所想要的燈輸出(如，強度、尖峰波長等等)，供特定的條件組合使用(如，流速、水品質、濁度壽命等等)。一用於操作燈總成20的方法係相關於第八圖的流程圖加以描述。在步驟62中，當水流速感應器50偵測到水流，微控制器44在步驟64中將電力傳輸到初級線圈22。如前文所述，在步驟62中待傳輸的電力水準，係由微控制器44藉由公式或使用查表而加以決定。一般而言，較低的水流速需要較低的紫外燈強度，因為水在流速較慢時，接觸曝光在紫外光下較長時間。相似地，較高的水流速需要較長的紫外燈強度，因為水在流速較快時，接觸曝光在紫外光下較短時間。而在某些應用中，該燈係可在完全強度下加以操作。除了基於流速來決定電力輸出之外，該系統也可基於水流期間來調節燈的電力傳輸。例如，水流的第一個30秒可能需要較高 的電力傳輸以便驅動較高的紫外曝光，在高電力傳輸的初始期間之後，可降低至一穩定狀態水準。相似地，可基於個別系統要求而應用其他的依照改變電力傳輸輪廓。在步驟66，微控制器44經由燈感應器48檢驗燈的操作。若燈經檢驗為在正確強度下開啟，初級電子零件42將會持續傳輸相同的電力至初級線圈22。若在步驟68時基於燈感應器48及/或水流速感應器50輸出而需要調節，系統也可調節傳輸到初級線圈22的電力。若在步驟70經決定已不再需要水處理，微控制器44能夠在步驟72停止燈驅動器46的操作。又，若嚐試燈啟動失效於預定次數之後該燈仍不亮，則該系統在提供需要服務或維修之可視的、可聽的或可觸的回饋訊息後，可加以停機。

依照第二實施例的介電質屏障放電燈總成係顯示於第九~十圖，其代號為80。燈總成80在功能及結構上係相似於前述的燈總成20，及包含一施加在燈體30外部的導電網84，及一包圍在燈體30及導電網84之內的細長管82。可替換地，該導電網84可為任何施加在燈體30外部之合適的導電層，包含金屬化的環、壓印的格柵工件、或其他相似的結構。可選擇地，如第九圖所示，管82包含第一(開啟)端83及第二(關閉)端85，其中第一端83係可密封地耦合至總成外罩。具體而言，管82的第一端83可加以固著在總成外罩86及o-環88的環狀表面之間，而至少部份地密封石英管82的內部，及允許取出燈體30，進行檢查、維修或取代。管82係可由任何適合的材料加以形成，包含(例如)石英或玻璃，以供紫外光透過。可選擇地，如第十圖所示，管82可為非透明的，其包含一開啟第二端85，允許在燈體30及管82之間區城內流動的流體在此循環。本實施例的操作係實質地如前述第一實施的相關描述，其中導電網84作為第二電極28的延伸。在第一電極26及導電網28上施加高壓電流，造成燈體30內的放電，及造成紫外光輻射，穿透過燈體30(及可選擇地管82)的外部。

一依照本發明第三實施例的介電質屏障放電燈總成係如第十一圖所示，其代號為90。本實施包含基地站水質感應器92，係異於第四圖所示的第一實施例。水質感應器92也可包含一輸出，其電連接到微控制器44。在所示的實施例中，水質感應器92可偵測高濁度，可選擇地需要較高的紫外光強度，以便取得所要的殺菌。水質感應器92也可或可替換地，偵測pH、總溶固態成份(TDS)、硬度、總有機成份(TOC)、溫度或其他相關的可測得的水質特徵。在本實施例的變型中，可處理流體而非水，及該水質特徵係可針對該特定流體而加以選擇。例如，若待處理的流體係空氣，則回饋感應器92可測量溫度、濕度、灰塵濃度或化學濃度等等特徵。依照相質相同於前述之第一實施例相關敍述的方式，微控制器44基於空氣品質感應器92的輸出，可控制燈體30所射出的紫外光強度，以合適地殺菌或處理空氣。如第十二圖所示的第三實施例之一個變型，該紫外光可由介電質屏障放電燈以外的來源加以產生。例如，緊湊型螢光燈(CFL)、管型螢光燈(TFL)、紫外LED、或紫外LED陣列，也都可作為紫外光來源30。如精於本項技藝者所熟知的，每一種紫外光源30可能需要不同控制電路以便調節紫外光強。例如，針對特定應用的需求，可能牽涉到或應用到燈電流、電壓、頻率、工作周期等等(或其任何組合)。

第三實施例的操作，可相關於第十三圖的流程圖來描述。在步驟102中，當水流受到水流速感應器50偵測時，在步驟104中，微控制器44造成電能被傳輸到初級線圈22。步驟102中所將要傳輸的電力水準，係由微控制器44藉由實質如前述之公式或使用查表而加以決定。在步驟106，微控制器44經由燈感應器108檢驗燈的操作。若燈經由檢驗為開啟及有正確強度，則燈脈衝驅動器46將持續地傳輸相同的電力至初級線圈22。在步驟108，若基於燈感應器48、水流速感應器50及/或水質感應器92的輸出而需要調節，則系統也可以調節被傳 輸到初級線圈22的電力。例如，較低濁度需要較低的紫外光強，而較高的濁度需要較高的紫外光強。相似地，較低的流速需要較低的紫外光強，而較高的流速需要較高的紫外光強。若在步驟108中燈輸出被調節之後，及在步驟110中，水處理係決定為不再需要，則在步驟112中微控制器44能夠停止燈脈衝驅動器46的操作。否則，在步驟106中重複該方法及持續到已處理水不再需要時為止。

如第十四~十五圖所示之本發明第四實施例中，燈總成20包含一RF天線及記憶標籤120。該RF天線及該記憶標籤120可為任何可供所想要之應用加以使用之適當組合，可選擇地係一安置在二級外罩38之內的RFID標籤。基地站初級電子零件42也包含一二級通訊電路122，其電連接在微控制器44及初級線圈22之間，用於驅動通訊模式中而與電源相隔離的初級線圈22(其依照前述相關於第一實施例所述)。以通訊模式進行操作時，初級線圈22係由二級通訊電路122加以驅動而傳輸一可選擇的正弦RF波形以便訊問燈總成記憶標籤120。RF天線及記憶標籤120能夠藉由傳回非原始的另一RF波形而加以回應，或藉由反射回一部份的訊問波形而回應。原始或反射回的RF波形可進一步地對於儲存在記憶標籤120內部的資料進行編碼。該回應能藉由二級通訊單元122及微控制器44加以調解及解碼，因而其驗證、計數或交互作用於該記憶標籤120。當初級線圈22以電力供應模式取代操作，該RF天線及記憶標籤120大大地未受到前述相關於第六圖所述之初級線圈22的脈衝波形之影響。又，電力傳輸模式的初級線圈22係可在或靠近一足以遠離通訊頻範圍之頻率下加以操作。在這方面，二級通訊電路122通常未受到電力傳輸模式之初級線圈22的影響。又，初級線圈22在通訊模式中可以足夠低的電力水準加以操作，以便降低在非電力傳輸模式時初級線圈及二級線圈22、24之間的不想要的電力傳輸。

結果，本實施例的初級線圈22能夠在每次使用之前從記憶標籤120讀取操作歷程資料，其可選擇地附加也儲存在記憶體中的獨特的燈總成序號。該操作資料包含(例如)已處理水的品質、介電質屏障放電燈總成的照明數、及照明時間。該操作資料也包含燈偏壓條件，例如，電壓、電流、頻率及工作周期，它們係個別燈體30所專有的。又，本發明的初級線圈22在每次使用後能夠將操作資料寫入記憶標籤120。藉由比較該累積性操作資料及針對特定燈體的建議限制，本發明的介電質屏障放電燈能夠提供燈體30或其他元件之正確取代時間的指示，給予使用者及/或服務人員。又，該介電質屏障放電燈能調節針對於特定燈體30之歷時施加到初級線圈22的電力，以便在燈體30壽命期間補償所估算之所想要波長的照明下降。例如，微控制器44及燈驅動器46，能夠提供一已增大的尖峰電壓歷時橫越過初級線圈22，其中已增力的尖峰電壓能夠部份地基於一公式或特定操作年齡之燈總所用的查表。再者，若在一可相容燈體群之內存有可察覺的偏壓條件變型(燈電壓、電流、頻率、工作周期等)，本發明可依照來自記憶標籤120之已知的用於所附加燈體30之偏壓條件來驅動初級線圈22。在這方面，本發明能夠延長相對應燈體30的使用壽命，而能夠提供優於習用介電質屏障放電燈總的耐用及成本效率。

第四實施例的操作係可進一步相關地描述在第十五圖的流程圖。步驟130中，當藉由(可選擇地)水流速感應器50偵測到水流時，初級線圈22以通訊模式操作，而讀取來自記憶標籤22的附加於(或收容於)步驟132之二級燈總成20的無線資料。如前述，該無線資料能包含累積性的先前操作使用資料及獨特的燈序號。在步驟134，初級線圈22能夠在微控制器44及燈驅動器46的控制下，以電力供應模式加以操作，提供電力至二級線圈24。在步驟134所施加的電量於各應用之間係可加以變動，且至少一部份能基於流體流速及累積性先前操 作資料，以便取得所想要的燈強度。在步驟136，微控制器44能夠評估或讀取燈感應器48、水流速感應器50及/或水質感應器92的輸出。在步驟138，該系統也可基於步驟136的感應器資料及已處理流體的任何流速改變，而調節傳輸到初級線圈22的電力。在步驟140，水已決定需要進一步處理，重複步驟136的方法。然，若於步驟140該水已決定不需要進一步處理(如進一步以殺菌紫外光加以輻射)，則初級線圈22轉換成通訊模式，將無線資料寫入該收容於及/或附加於步驟142之二級燈總成20的記憶標籤120。該資料能包含(例如)用於該燈體30或介電質屏障放電燈系統其他元件的累積性操作使用資料。在步驟144，微控制器44能夠停止初級線圈22的操作，一直到該方法於步驟130重複時為止。雖然以相關於水處理系統的內容加以描述，但感應供電的本發明介電質屏障放電燈20總成，能夠用於處理任何流體，其包含水以外的液態或氣態流體。

一依照第五實施例的介電質屏障放電燈總成係示於第十六~十九圖，其代號為150。燈總成150在功能及結構方面係相似於前述的燈總成20及80，及進一步包含一收容在二級線圈22核心內的初級線圈22。具體而言，初級線圈及二級線圈22、24係相彼此同心關係加以排列，其中二級線圈24界定一內徑，其大於初級線圈22所界定的外徑。初級線圈22進一步包含一磁核36，當燈總成150安放在基地站42之內時，初級線圈及二級線圈22、24可彼此在軸向上加以分離。初級線圈及二級線圈22、24可包含相同的環繞數，或在想要時為不同的環繞數，及可由不同線規的金屬絲加以形成，如第十七圖所示。燈總成150能進一步包含一內部灌注化合物39，其插在初級線圈22及二級線圈24之間，以便密封及可選擇地防水二級線圈24及第一及第二電極26、28。初級線圈22能形成一部份的基地站42及能包含第一及第二分接頭，用於電連接至燈脈衝驅動器46或其他合適的電源供應，其包含(例 如)AC及DC電源供應。在使用時，燈總成150，經由二級外罩38的軸開口152，可按壓貼合到或可移除式地固接到基地站42，允許二級線圈24對齊(register)同心的內部初級線圈22。有利的是，磁核36維持為基地站42的元件而非燈總成150元件，能夠降低燈總成150更換相關的材料及製造成本。燈總成150能夠與前述的流體處理系統合併使用，及能夠利用於其他受益於紫外、紅外或可見光譜照明的應用。例如，燈總成150可併入一裝置中，如投射燈、閃光燈、燈泡或烹飪或加工處理傢俱中，以傳輸合適的光譜至特定應用。進一步的例子包含紫外固化材料處理、一般照明應用及熱燈。

依照本發明第六實施例的介電質屏障放電燈總成係示於第二十~二十一圖，其通常代號為160。燈總成160在功能及結構上係相似於前文所述燈總成，及其進一步適合將感應耦合二級線圈內的第一驅動電壓轉換成為第一及第二電極所用的第二驅動電壓。例如，燈總成160能進一步適合轉換一般附屬於氣體放電燈(如CFL及TFL燈)及白熾燈的驅動電壓，成為適合介電質屏障放電燈所用的驅動電壓。在這方面，燈總成160能作為可用於基地站及/或鎮流器的改裝的燈總成，其一般適合驅動氣體放電燈及/或白熾燈(例如)。

現在參照第二十~二十一圖，燈總成160能包含一二級線圈162、一電連接至該二級線圈162之脈衝驅動電路164及電連接至或位在該脈衝驅動電路164內的第一及第二電極168、170，其中至少一電極係連接到燈體166。二級線圈162相對於初級線圈172係可移除的，該初級線圈可選擇性地係附加於一基地站42，其實質地如前文相關於第四圖所述者。脈衝驅動電路164能包含任何適合轉換AC電壓成為DC電壓的電路，其包含(例如)一整流器。脈衝驅動電路164進一步能包含一開關電路，以產生所想要的驅動電壓供燈體166使用。例如，脈衝驅動電路164能轉換第一依時改變驅動電壓成為一第二依時改變驅動 電壓，其包含一系列的具有可變參數的短時脈衝。這些可變參數能夠直接地或間接地影響前述燈體166之照明輸出，及能夠包含(例如)頻率、周期、工作周期、脈衝寬、振幅及其組合。然後施加該第二依時改變電壓至第一及第二電極168、170，以便在燈體166內產生放電。

如第二十一圖所示，燈總成160能夠選擇性地包含一過濾總成，以便從移動中的流體，移除微粒物質及有機污染。在一實施例中，該過濾總成能包含一碳精塊濾器174，其位在流體源及燈體166之間的流路內。例如，碳精塊濾器174可為圓柱狀及/或加以切裁而在徑向上實質地沿著燈體166一部份長度而包圍燈體166。又如第二十一圖所示，可選擇地是，移動的流體能夠徑向地向內流過碳精塊濾器174，其能包含活性碳微粒的團塊，以便移除某百分比的微粒物質及有機污染。該流路能夠在一般軸向的方向上沿著燈體166加以延伸，使移動流體在經由一軸向安置在燈總成160之上表面的圓形環176而排出之前，增加其在燈體166之可選擇性殺菌輻射下的曝光。所示的第二電極170係從脈衝驅動電路164向下地延伸，而該電路164係電連接到一反射的及可選擇地導電的套筒178，用於形成該第二電極170的延伸。在本實施例中，該套筒178係由不鏽鋼加以形成，而在其他實施例中，該套筒178係由鋁或任何其他適合本應用的材料加以形成。又可選擇的是，該第二電極170能夠包含任何在本文中所述的構形，包含(例如)前文相關於第一~三圖所述的導電流體電極、一般相關於第九~十圖所述的網電極、或將於下文描述之相關於第二十二圖之電極及可通電套筒。

使用時，附加於基地站42的微控制器或回饋電路180，能夠在初級線圈172內產生依時改變的電流。該依時改變電流能夠基於感應器輸出而加以變動，包含(例如)燈感應器輸出182及/或水流速感應器輸出184，其實質如前述相關於第四圖所述。當二級線圈162係密切耦 合至初級線圈172時，例如當燈總成160係安放在基地站42之內時，初級線圈172能夠在二級線圈162內感應出一相對應的依時改變電流。燈總成160及(結果)該二級線圈162與濾器174能夠與該基地站42進行物理性地分離，而在多數個燈166及濾器174重複使用而加以更換下，延長基地站42的使用壽命。

一依照本發明第七實施例的介電質屏障放電燈總成係示於第二十二圖，其一般代號為190。燈總成190在功能及結構上係相似於前述的燈總成，及進一步包含一可通電的套筒192，其與燈體相隔而於其間收容有靜止的或移動中的流體。套筒192可由任何展現出所想要電通透性的材料加以形成，包含透明、半透明及不透明材料，及一般可為非導電性的。例如，套筒192可為透明介電質，如石英，或不透明或半透明材料，如陶瓷、塑膠或發泡材料，或其他所想要的合適材料。套筒192能包含一開口端194，允許移動流體在燈體30及套筒192之間區域間來回循環。燈總成190進一步包含一導電層196，其安置在套筒192外部及與移動中流體互相隔離。導電層196能電連接到第二電極28，作為第二電極28的延伸，以便在燈體30內的第一電極26以及導電層196之間提供均勻及一般徑向的電場。在這方面，移動流體係與第一及第二電極26、28相互隔離，以避免(例如)不想要的流體離子化。第一及第二電極26、28上施加高電壓差，可造成燈體30內之放電隙內的放電，形成穿透燈體30外部的光輻射(實質如前文所述)。燈體30能夠進一步包含一發光層或塗層，其適合轉換輻射光成為殺菌紫外光。可替換的是，或額外地，該燈體30能含有一氣體，例如氯化氪氣體，其適合輻射出紫外光而無需發光塗層之輔助。可選擇地，套筒192能進一步包含反射內層或塗層，而進一步增強殺菌光或其他光在燈體30及套筒192之間區域內的應用。

雖然前述系統及方法係相關於一介電質屏障放電燈而加以描 述，但應予以瞭解的是，該本發明系統及方法能夠適當地改編而相關地使用於電介屏障放電燈以外的多種燈系統，包含氣體放電燈、白熾燈及發光二極體。例如，前述系統及方法能夠基於燈輸出及/或流體特徵而改良現有或實質已開發之燈的控制。又例如，前述系統及方法能夠加以修改而與水處理系統以外者連同使用，包含(例如)利用氣體放電燈的照明系統、介電質屏障放電燈、白熾燈、發光二極體、及其他電燈，無論是現在已知者或之後開發者。

前述係本發明現有實施例的描述。在不離開本發明精神及後附權利請求項所界定之較寬廣觀點之下(其係依照包含有均等論之專利法原理加以解釋)，可作成許多更換及改變。元件的任何單數符號，例如使用冠詞”a”、”an”、”the”或”said”，並不解釋為限制該元件為單數。

20‧‧‧燈總成

22‧‧‧初級線圈

24‧‧‧二級線圈

26‧‧‧第一電極

28‧‧‧第二電極

30‧‧‧介電質屏障放電燈體

31‧‧‧介電質屏障

32‧‧‧第一繞線管

34‧‧‧第二繞線管

36‧‧‧環狀磁核

38‧‧‧二級外罩

39‧‧‧防水灌注化合物

40‧‧‧o-環、密封墊或墊片

42‧‧‧基地站

44‧‧‧微控制器

46‧‧‧燈脈衝驅動器

48‧‧‧燈感應器

50‧‧‧水流感應器

80‧‧‧燈總成

82‧‧‧細長管

83‧‧‧第一(開啟)端

84‧‧‧導電網

85‧‧‧第二(關閉)端

86‧‧‧總成外罩

88‧‧‧o-環

90‧‧‧介電質屏障放電燈總成

92‧‧‧基地站水質感應器

108‧‧‧燈感應器

120‧‧‧記憶標籤

122‧‧‧二級通訊電路

150‧‧‧介電質屏障放電燈總成

152‧‧‧軸開口

160‧‧‧介電質屏障放電燈總成

162‧‧‧二級線圈

164‧‧‧脈衝驅動電路

166‧‧‧燈體

168‧‧‧第一電極

170‧‧‧第二電極

172‧‧‧初級線圈

174‧‧‧碳精塊濾器

176‧‧‧圓形環

178‧‧‧套筒

180‧‧‧回饋電路

182‧‧‧燈感應器輸出

184‧‧‧水流速感應器輸出

190‧‧‧介電質屏障放電燈總成

192‧‧‧套筒

194‧‧‧開口端

196‧‧‧導電層

62‧‧‧步驟：是否有水流？

64‧‧‧步驟：開燈使其強度配合流體

66‧‧‧步驟：讀取燈感應器

68‧‧‧步驟：基於感應器及流體資料調節燈輸出

70‧‧‧步驟：水是否仍需要處理？

72‧‧‧步驟：關閉初級線圈

102‧‧‧步驟：是否有水流？

104‧‧‧步驟：開燈使其強度配合流體

106‧‧‧步驟：讀取燈感應器及水質感應器

108‧‧‧步驟：基於感應器及流體資料調節燈輸出

110‧‧‧步驟：水是否仍需要處理？

112‧‧‧步驟：關閉初級線圈

130‧‧‧步驟：是否有水流？

132‧‧‧步驟：讀取來自二級燈總成的無線資料

134‧‧‧步驟：開燈使其強度配合流體或二級燈總成的資料

136‧‧‧步驟：讀取燈感應器

138‧‧‧步驟：基於感應器及流體資料調節燈輸出

140‧‧‧步驟：水是否仍需要處理？

142‧‧‧步驟：寫入二級燈總成的無線資料

144‧‧‧步驟：關閉初級線圈

第一圖係一介電質屏障放電燈總成的正視圖及透視圖。

第二圖係第一圖之燈總成的垂直方向橫斷面視圖。

第三圖係第一圖之燈總成的部份分解視圖。

第四圖係一基地站及一燈總成的方塊圖。

第五圖係圖解燈電壓歷時的圖表。

第六圖係圖解驅動電壓歷時的圖表。

第七圖係圖解燈電壓在回應第六圖之驅動電壓下的圖表。

第八圖係一水處理系統的操作流程圖。

第九圖係一介電質屏障放電燈總成在垂直方向上的橫斷面視圖，其包含一導電網外部電極。

第十圖係第九圖之燈總成在垂直方向上的橫斷面視圖，其經由修改而允許流體沿著網外部電極移動。

第十一圖係包含有基地站水質感應器之基地站及燈總成的方塊圖。

第十二圖係包含有UV發射燈或LED之基地站及燈總成的方塊圖。

第十三圖係包含有水質感應器之水處理系統的操作流程圖。

第十四圖係包含有電腦可讀之燈記憶之基地站及燈總成的方塊圖。

第十五圖係包含有水質感應器及電腦可讀之燈記憶之水處理系統的操作流程圖。

第十六圖係一介電質屏障放電燈總成的正視圖及透視圖，其包含有收容在二級線圈核心內之初級線圈。

第十七圖係第十六圖之燈總成在垂直方向上的橫斷面視圖。

第十八圖係第十六圖之燈總成的部份分解視圖。

第十九圖係第十六圖之燈總成的部份分解的橫斷面視圖。

第二十圖係一基地站及一經改裝的燈總成之方塊圖。

第二十一圖係第二十圖之燈總成在垂直方向上的橫斷面視圖，其包含一過濾元件。

第二十二圖係一燈在垂直方向上的橫斷面視圖，其包含一外部電極及一可通電的外套筒。

20‧‧‧燈總成

22‧‧‧初級線圈

28‧‧‧第二電極

30‧‧‧介電質屏障放電燈體

31‧‧‧介電質屏障

32‧‧‧第一繞線管

Claims (36)

1. 一種燈總成，其包括：一感應二級線圈，適合接收來自一感應初級線圈的電能，該感應二級線圈係與該初級線圈加以分離；第一及第二電極，係電耦合至該感應二級線圈，該第一及第二電極係彼此互相分開；一燈，包含一被插入該第一及第二電極之間的介電質屏障，其中該第一與第二電極其中之一者沿著該燈的介電質屏障外部呈縱向延伸，且其中該感應二級線圈係適合接收來自感應初級線圈的電能，並適合供應該電能至該第一及第二電極，促使一介電質屏障在該燈中放電。
2. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，其中該介電質屏障界定一放電室，其包含一介電氣。
3. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，其中第一及第二電極之一者至少有一部份在該燈內延伸。
4. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，進一步包含一二級外罩，其至少部份包圍該感應二級線圈，該二級外罩係適用於至少部份與一相對應的初級外罩相互套合。
5. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，進一步包含一與該燈相隔離的電可通透套筒，而在其間允許流體進入。
6. 如申請專利範圍第5項所述的燈總成，進一步包含一感應元件，其電連接至該第二電極並實質地包圍該電可通透套筒，使其在燈總內感應出一一般徑向定位的電場。
7. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，其中該感應二級線圈界定 一外半徑，其小於該感應初級線圈所界定的內半徑，該感應二級線圈及感應初級線圈係實質地同軸。
8. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，其中該感應二級線圈界定一內半徑，其大於感該應初級線圈所界定的外半徑，該感應二級線圈及該感應初級線圈係實質地同軸。
9. 如申請專利範圍第1項所述的燈總成，進一步包含一脈衝驅動電路，其電連接在該感應二級線圈及該第一與第二電極之間，以便轉換感應該二級線圈所接收的第一電壓成為一施加通過該第一及第二電極的第二電壓。
10. 一種流體處理系統，其包括：一基地站，包含一感應初級線圈，其適於產生依時改變的電流，該基地站界定一流體流路；及一燈總成，適於可移除式地由該基地站加以支撐，該燈總成包含一感應二級線圈，相隔離的第一及第二電極，以及一放電室，其包含一被插入該第一及第二相隔離電極之間的介電質屏障，以便回應該感應初級線圈內的依時改變電流而促進一介電質屏障放電，其中該介電質屏障放電產生殺菌光，用於處理基地站流體流路內的流體，且其中該第一與第二相隔離電極之一者係沿著該放電室的外部呈縱向延伸。
11. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，其中該放電室包含一放電氣。
12. 如申請專利範圍第11項所述的流體處理系統，其中該第一及第二相隔離電極之一者在該介電室內延伸。
13. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，其中該燈總成係可操作而輻射出紫外光。
14. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，其中該感應二級線圈界定一外半徑，其小於該感應初級線圈所界定的內半徑，該感應二級線圈及感應初級線圈係實質地同軸。
15. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，其中該感應二級線圈界定一內半徑，其大於該感應初級線圈所界定的外半徑，該感應二級線圈及感應初級線圈係實質地同軸。
16. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，其中該基地站係可操作以便感應該流體的特徵。
17. 如申請專利範圍第16項所述的流體處理系統，其中該燈總成界定一輸出，且其中該基地站包含一微控制器用以根據所感應的流體特徵而改變該燈總成的輸出。
18. 如申請專利範圍第17項所述的流體處理系統，其中該燈總成的輸出包含在一或更多殺菌波長上的發光強度。
19. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，其中該感應初級線圈在電能傳輸模式中係可操作的，且在通訊模式中係可加以操作的。
20. 如申請專利範圍第16項所述的流體處理系統，其中該燈總成包含一RF天線及一附屬的記憶標籤，用於與該感應初級線圈進行通訊。
21. 如申請專利範圍第10項所述的流體處理系統，進一步包含一脈衝驅動電路，其電連接在該感應二級線圈及該第一與第二相隔離電極之間，以便轉換感應二級線圈所接收的第一電壓成為可施加通過該第一及第二相隔離電極的第二電壓。
22. 一種用於形成燈總成的方法，其包括：提供一介電質屏障，其界定一適於含有放電氣的介電室； 提供一感應二級線圈，其適於回應依時改變的電磁場而產生交流電，該感應二級線圈包含第一及第二電極；及在第一及第二電極之間插入該介電質屏障，以形成一自足的燈總成，其適合接收來自一與該二級線圈相隔離之初級線圈的電能，其中該第一與第二電極之一者係沿著該介電室的外部呈縱向延伸。
23. 如申請專利範圍第22項所述的方法，進一步包含施加發光層至該介電質屏障以便輻射出紫外光。
24. 如申請專利範圍第22項所述的方法，進一步包含安置該自足的燈總成於一二級外罩內，該二級外罩係適於可移除式地相互套合至一相對應的初級外罩。
25. 一種操作燈總成的方法，其包括：提供一基地站，其包含一感應初級線圈；提供一燈總成，其包含一感應二級線圈，相隔離的第一及第二電極，及一燈，其包含被插入該第一及第二相隔離電極之間的介電質屏障，進而界定一放電室，其中該第一與第二相隔離電極之一者係沿著該放電室的外部呈縱向延伸；及在該感應初線圈內產生一頻率大於100kHz的依時改變電流，以便在該燈內感應一介電質屏障放電。
26. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該產生步驟包含在該感應初線圈內產生一頻率約介於300~600kHz之間的依時改變電流。
27. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該依時改變電流包含一橫越該第一及第二相隔離電極的脈衝驅動電壓。
28. 如申請專利範圍第25項所述的方法，進一步包含依照一燈輸出而改變該頻率。
29. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中該燈輸出包含在一或更多殺菌波長上的發光強度。
30. 如申請專利範圍第25項所述的方法，進一步包含以依時改變電流加以界定一工作周期及一脈衝寬度之一者，並依照燈輸出加以改變該工作周期及脈衝寬度之一者。
31. 如申請專利範圍第25項所述的方法，進一步包含轉換在該感應二級線圈內所感應出的第一依時改變電流，使其成為一第二依時改變電壓，及施加該第二時變電壓橫越通過該第一及第二相隔離電極，以便在該燈內感應一介電質屏障放電。
32. 一種具有流體流路之流體處理系統，該流體處理系統包含：一燈總成，包含一感應二級線圈、一放電室，以及第一與第二電極，其中該第一與第二電極之一者係沿著該放電室的外部呈縱向延伸；與一基地站，其包含：一感應初級線圈，適於提供無線電力電源至該燈總成；一驅動電路，係電耦合至該感應初級線圈，且適於以一依時改變的電流來驅動該感應初級線圈；及一流體感應器，係適於偵測在該流體流路內之流體特徵，其中該驅動電路係適於根據該所偵測到的流體特徵來控制在該感應初級線圈內的依時改變電壓。
33. 如申請專利範圍第32項所述的流體處理系統，其中該流體特徵包含以下之一者：流速、溫度、pH、濁度、總有機成份、總已溶固態成份、硬度及以上之組合者。
34. 如申請專利範圍第32項所述的流體處理系統，進一步包含一燈 感應器，其適於偵測一燈輸出，該驅動電路可依據該所偵測的燈輸出而加以操作。
35. 如申請專利範圍第34項所述的流體處理系統，其中該燈輸出包含一在一或更多殺菌波長上的發光強度。
36. 如申請專利範圍第35項所述的流體處理系統，進一步包含一微控制器，其適於依據所偵測到的流體特徵及所偵測到的燈輸出，進而控制該驅動電路的操作。