KR100725763B1 - 전계 자외선 방전등 - Google Patents

Abstract

이 발명은 내부 전극을 가지지 아니하고 관 내에 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하고 관 내의 자외선을 관 밖으로 방출하는 석영 관으로 지은 방전관과; 상기 방전관 양측 끝에서 관 내에 설치한 전계 유도 전극 홀더와; 상기 방전관 양측 끝에 열려있는 상기 홀더에 삽입되고 전기 절연층인 석영 관벽 내에 전계를 유도하는 고 전압이 인가되어 관 내에 진공방전을 일으키는 전계유도 전극을; 포함하여 구성하는 전계 자외선 방전등을 제공한다. 이 발명은 내부 전극을 가지지 아니하는 전계 자외선 방전등을 제공하고, 관 내부에 냉음극을 설치하지 아니하므로 흑화되지 아니하는 전계 자외선 방전등을 제공하고, 관 외부에 전계유도 전극을 설치하고, 방전관 양측 끝 관내에 전계유도 전극 홀더를 설치하고, 냉장실 환경과 같은 점등 특성 및 저온 점화 특성이 양호하다..

Description

전계 자외선 방전등 {Electric field ultraviolet rays Lamp}

도 1은 이 발명 자외선 방전등의 단면도

도 2는 이 발명 자외선 방전등의 제조 공정도

도 3은 이 발명 다른 실시 예 방전등의 구성도

도 4는 이 발명 다른 실시 예 방전등의 구성도

도 5는 구동회로 접속도

도 6은 종래 자외선 방전등의 일부 단면도

도면 주요부호의 설명

11,21,31은 방전관, 13,33은 홀더, 25는 전극 설치부, 15,23,35,36은 전극, 12,32는 수축부, 14,34는 결합부, 17,27,37은 전극 캡,

이 발명은 전계 자외선 방전등 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

가) (자외선) 자외선은 전자기파로 태양스펙트럼의 보랏빛 바깥쪽에 분포하고 염화은을 보다 강하게 흑화시킨다. 가시광선의 파장은 720㎚~380㎚이므로 자외선의 파장은 380㎚보다 짧다. 진공자외선의 파장은 200㎚보다 짧고 공기에 흡수 된다. 자외선은 가시광선에 비하여 양자 에너지가 크고 표백작용·형광작용이 강하다. 형광작용은 곰팡이 검출, 보석류 감정 등에 이용된다. 파장 253.7㎚의 자외선은 수은등 및 살균광선으로서 사용된다.

나) 1) (직류 방전) 냉음극 방전관을 구동하는 교류의 주파수가 수십 kHz 이하이면 방전 동작은 직류방전과 동일하다. 냉 음극에서 방출되는 전자가 관 내 전계에서 가속되고 가속된 이온이 음극에 충돌하면 2차 전자를 방출시킨다. 이 작용이 감마효과(-effect)이다. 감마효과는 DC 글로우 방전을 안정하게 유지시킨다. 2) (DC 아크 방전) 가열된 전극에서 열 전자를 방출한다. 관 내 전극은 이온과 전극과의 충돌을 유도하고 열 전자를 충분히 방출할 수 있게 설치된다. 3) (교류 방전) 방전관에 인가되는 교류 주파수가 MHz 이상일 때 방전관 내의 이온이 교류의 전계의 변화를 따라가지 못한다. 이 결과 방전개시 전압이 직류방전시보다 수배 이상이 된다. 그러나 전계 변동에 의한 전자의 왕복 운동이 충돌 전리를 일으켜 방전이 유지된다. 이러한 고주파 방전은 고압방전에 안정하고 공간적으로 균일한 플라즈마를 얻을 수 있으나 전원과 플라즈마의 결합이 전기 아크 방전에 효율이 낮다. 4) (용량형 결합 방전, capacitive coupling) 주파수가 수십 kHz 내지 수십 MHz인 RF전원을 평행 평판 두 전극에 가할 때 두 전극 사이에서 유도되는 전기장에 의해 기체가 이온화되면서 이루어지는 방전이다. 방전관의 외면에 대 전극 판을 박막으로 설치하고 교류를 인가하면 전극 판 사이에 방전이 유도된다. 이것은 외면의 전극과의 사이에 전기용량을 통하여 전류가 흐른다고 생각할 수 있다. 이 방식은 외면전극형이라고 한다.

다) (자외선 방전등) 소량의 수은과 적은 양의 알곤 가스를 봉입한 석영 관 내에 냉음극을 설치하고 저 주파 교류를 인가하여 구동한다. 실용신안공보 실1994-7492호에 기재된 자외선 방전등은 수은 및 알곤 가스를 봉입한 석영 관 양측 끝 내부에 설치된 관상 냉음극에 200~220V/60Hz인 교류를 인가하여 구동한다. 특징은 관상 냉음극 중심에 양극인 점화 전극을 설치하므로 저온 점화 특성을 개선한 것이다. 냉음극을 내부전극으로 설치한 자외선 방전등들은 전자를 방출하는 내부전극 주위에서 흑화를 진행된다. 자외선 방전관의 수명이 흑화 진행 정도에 의존되고 있다.

이 발명은 내부 전극을 가지지 아니하는 전계 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 관 내부에 냉음극을 설치하지 아니하므로 방전관의 수명을 결정하는 흑화의 원인이 제거된 전계 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 관 외부에 전계유도 전극을 설치한 전계 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 전계 부여 전극을 하나 이상을 설치한 전계 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 하나 이상의 전계 부여 전극을 선택적으로 사용함에 의해 장기간 구동이 필요한 공기정화기류에 사용되는 저출력 자외선 방전등과 식기 살균기, 순간 살균기 등에 사용되는 고출력 자외선 방전관의 두가지 출력을 구현하는 전계 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 방전관 내측으로 전극 홀더를 설치한 전계 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 저온 점화 특성이 양호한 자외선 방전등을 제공하려는 것이다. 이 발명은 이러한 자외선 방전등의 제조 방법을 제공하려는 것이다.

이 발명 관 내의 냉음극을 가지지 아니하는 전계 전극 자외선 방전등(I)은 수은과 알곤 가스를 봉입하고 자외선을 관 밖으로 방출하는 석영 관으로 지은 방전관(11)과; 상기 방전관의 양측 끝에 외측으로 열리게 관 내에 설치한 전계 유도 전극 홀더(13)와; 상기 방전관의 외부에서 방전관 양측 끝의 홀더(13)에 삽입되고 고 전압이 인가되어 상기 방전관 양측에 전계를 유도하고 방전관 내에 진공방전을 일으키는 전계유도 전극(15)을; 포함하여 구성하였다.

이 발명 상기 자외선 방전등(I)은 석영 관(11)을 일정한 길이로 절단하는 단계(i); 석영 전극 홀더(13)를 제작하는 단계(ii); 전극 홀더(13) 결합부(14) 조성을 위해 석영관 양측 끝의 관경을 수축시키는 단계(iii); 석영 관 양측 끝 결합부(14)에 전극 홀더(13)를 삽입하고 녹여 붙이는 단계(iv); 석영 관(11a) 내부를 진공으로 조성하고 수은과 알곤 가스를 봉입하는 단계(v)로; 제작하였다.

상기 단계 iii에서 절단된 석영 관의 끝 둘레 수축부(12)를 가열하고 연화시키고 수축시켜 홀더(13)의 외경이 수축부(12) 내경에 삽입 될 수 있게 하고, 홀더(13)를 삽입 한 다음 결합부를 녹여 붙여 제조한다. 상기 전극(15)은 홀더(13)에 미리 삽입한 전극 또는 캡(17)의 중앙에 먼저 설치하고 캡(17)을 방전관에 조립할 때 홀더(13)에 삽입되는 도전성 고무 전극을 선택적으로 사용 할 수 있다.

이 발명 상기 전극(15)에 인가되는 전계 유도 전압은 4000~6000v이다. 이 발명 상기 전계 유도 전류는 20~50KHz인 교류가 권장된다. 실시 예 구동 전원장치(P) 는 승압 트랜스를 포함하고 있으며, 승압 트랜스의 2차 측 출력 25KHz/5000v 전류를 소켓(S) 내부의 전극을 통하여 자외선 램프(UL)에 공급한다.

이 발명 관 내의 냉음극을 가지지 아니하는 다른 전계 자외선 방전등(II)은 관 내에 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하고 관 내의 자외선을 관 밖으로 방출하는 석영 관으로 지은 방전관(21)과; 상기 방전관 양측 끝 둘레에 구비되는 전계 유도 전극 설치부(25)와; 상기 방전관 양측 끝 전계 유도 전극 설치부(25)에 접속되고 전기절연 층인 석영 관 벽 내에 전계를 유도하는 고 전압이 인가되어 관 내에 진공방전을 일으키는 전계 유도 전극(23)을 포함하여 구성하였다. 전계 유도 전극(23)은 방전관의 둘레 전극 설치부에 밀착되는 도전성 고무캡을 사용할 수 있다.

이 발명 상기 전극(23)에 인가되는 전계 유도 전압은 4000~6000v이다. 실시 예 구동 전원장치(P)는 승압 트랜스를 포함하고 있으며, 승압 트랜스의 2차 측 출력 25KHz/5000v 전류를 소켓(S) 내부의 전극을 통하여 자외선 램프(UL)에 공급한다.

이 발명의 다른 전계 자외선 방전등(III)은 자외선 방전등(I)과 자외선 방전등(II)의 결합형이다. 내부 전극을 가지지 아니하고 관 내에 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하고 관 내의 자외선을 관 밖으로 방출하는 석영 관으로 지은 방전관(31)과; 상기 방전관 양측 끝 결합부(34)에 고정하여 관 내에 설치한 전계 유도 전극 홀더(33)와; 상기 방전관 양측 끝에 열려있는 상기 홀더에 삽입되고 전기 절연층인 석영 관벽 내에 전계를 유도하는 고 전압이 인가되어 관 내에 진공방전을 일으키는 전계유도 전극(35)과; 상기 방전관 양측 끝 둘레인 전계 유도 전극 설치부에 접속되고 동시에 고 전압이 인가되어 전기 절연층인 석영관 내벽에 전계를 유도하고, 이로써 관 내에 진공방전을 일으키는 전계 유도 전극(36)을; 포함하여 전계 자외선 방전등을 제조한다. 상기 방전등 둘레 전계 유도 전극 설치부와 전극 홀더를 함께 구비하는 자외선 방전등은 저출력 방전등으로 사용하고자 할 때 자외선 방출 량에 따라 둘레 전극 또는 홀더 전극의 어느 하나만을 사용한다. 고 출력 자외선 방전관으로 사용하고자 할 때 두 전극 곧, 둘레전극과 홀더 전극을 함께 동일한 전극의 구동전류를 인가하여 구동한다. 이와 달리 저온 점화 특성을 개선하고자 할 때 둘레 전극과 홀더 전극에 반대 극성을 구동 전류를 인가한다. 이때 둘레 전극과 홀더전극의 어느 하나에 인가하는 전류는 감압 저항의 출력접속한다.

이 발명 상기 전극(35,36)에 인가되는 전계 유도 전압은 4000~6000v이다. 실시 예 구동 전원장치(P)는 승압 트랜스를 포함하고 있으며, 승압 트랜스의 2차 측 출력 25KHz/5000v 전류를 소켓(S) 내부의 전극을 통하여 자외선 램프(UL)에 공급한다.

실시 예 1

저출력 자외선 방전관 실시 예

석영관 직경 8mm, 방전관 길이 150mm, 석영관 두께 1mm, 전극 홀더 길이 15mm, 전극홀더 직경 4mm인 도1의 자외선 방전관을 제작하고, 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하였다. 방전관 양측 끝 전극홀더에 전극을 삽입하고 홀더전극에 25KHz, 5000v의 전류를 인가하였다. 25KHz, 5000v의 전류는 12v 직류 전원을 25KHz, 5000v 교류로 출력하는 전원장치를 사용하였다. 방전관에 구동전류를 인가했을 때 방전관이 구동되어 자외선이 방출되었다.

실시 예 2

저출력 자외선 방전관 실시 예

석영관 직경 8mm, 방전관 길이 150mm, 석영관 두께 1mm인 도3의 자외선 방전관을 제작하고, 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하였다. 방전관 양측 끝 둘레의 전극설치부에 전극을 접속하고 둘레전극에 25KHz, 5000v의 전류를 인가하였다. 방전관에 구동전류를 인가했을 때 방전관이 구동되어 자외선이 방출되었다.

실시 예 3

고출력 자외선 방전관 실시 예

석영관 직경 8mm, 방전관 길이 150mm, 석영관 두께 1mm, 전극 홀더 길이 15mm, 전극홀더 직경 4mm인 도4의 자외선 방전관을 제작하고, 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하였다. 방전관 양측 끝에 열려있는 전극홀더에 전극을 삽입하고 및 방전관 양측 끝 둘레의 전극 설치부에 전극을 접속하고 이쪽 홀더전극 및 둘레전극과 저쪽 홀더전극 및 둘레전극에 각각 같은 극성의 25KHz, 5000v의 전류를 인가하였다. 25KHz, 5000v의 전류는 12v 직류 전원을 25KHz, 5000v 교류로 출력하는 전원장치를 사용하였다. 방전관에 구동전류를 인가했을 때 방전관이 구동되어 자외선이 방출되었다.

실시 예 4

저출력 자외선 방전관 실시 예

석영관 직경 8mm, 방전관 길이 150mm, 석영관 두께 1mm, 전극 홀더 길이 15mm, 전극홀더 직경 4mm인 도4의 자외선 방전관을 제작하고, 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하였다. 방전관 양측 끝 둘레의 전극 설치부에 전극을 접속하고 이쪽 홀더전극 및 둘레전극과 저쪽 홀더전극 및 둘레전극에 각각 같은 극성의 25KHz, 5000v의 전류를 인가하였다. 25KHz, 5000v의 전류는 12v 직류 전원을 25KHz, 5000v 교류로 출력하는 전원장치를 사용하였다. 방전관에 구동전류를 인가했을 때 방전관이 구동되어 자외선이 방출되었다.

실시 예 5

저온 점화 특성을 개선한 방전관 실시 예

석영관 직경 8mm, 방전관 길이 150mm, 석영관 두께 1mm, 전극 홀더 길이 15mm, 전극홀더 직경 4mm인 도4의 자외선 방전관을 제작하고, 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하였다. 방전관 양측 끝에 열려있는 점화 전극홀더에 전극을 삽입하고 및 방전관 양측 끝 둘레의 전극 설치부에 둘레 전극을 접속하고, 이쪽 둘레전극과 저쪽 둘레전극에 각각 서로 다른 극성의 25KHz, 5000v의 전류를 인가하고, 이쪽 점화 전극과 저쪽 점화 전극에 100㏁의 저항을 통해 극성이 반대인 전류 25KHz, 5000v를 인가하였다. 25KHz, 5000v의 전류는 12v 직류 전원을 25KHz, 5000v 교류로 출력하는 전원장치를 사용하였다. 방전관에 구동전류를 인가했을 때 방전관이 구동되어 자외선이 방출되었다. 저온 점화특성이 개선되었다.

실시 예 6

냉음극 자외선 방전관 실시 예

내부에 니켈 냉음극을 설치한 석영관 직경 12mm, 방전관 길이 150mm, 석영관 두께 1mm의 종래 자외선 방전관을 제작하고, 방전관에 미량의 수은과 알곤 가스를 봉입하였다. 방전관 냉음극에 60Hz, 220v의 상용 전류를 인가하였다.

실시 예 6 (자외선 측정실험)

실시 예 1 내지 실시 예 5의 자외선 방전등을 다음 장치를 이용하여 자외선 방출량을 측정하였다.

1) 측정기: 일본 TOPCON사 제품 모델명 UVR-1 (파장 254㎚광선 측정기)

2) 측정조건: 상온/상습환경

3) 구동전류: 12v 전류를 5000v/25 KHz 교류로 변환하여 인가함

표 1

실시 예	자외선 강도 (㎽/㎠)	소비 전류 (㎃)	출력 전압 (V)	소비 전력 (W)	비고
1	1.2	400	5200	4.8	중심 홀더전극
2	2.8	450	5180	5.4	둘레전극
3	3.6	600	5050	7.2	혼합형
4	2.7	450	5180	5.4	혼합형 일 전극사용
5	2.6	550	5180	6.6	반대 극성 혼합형
6	4.0	35	148	7.7	AC 220V/ 60Hz 사용

실시 예 1은 중심 홀더전극에 구동전류를 인가하여 1.2 ㎽/㎠의 자외선 출력을 보였다. 실시 예 2는 둘레 전극에 구동전류를 인가하여 2.8 ㎽/㎠ 출력을 보였다. 실시 예 3은 홀더전극과 둘레 전극에 동일한 극성의 구동전류를 인가하여 3.6 ㎽/㎠의 자외선 출력을 보였다. 실시 예 4는 혼합형 자외선 방전관의 둘레전극에 구동전류를 인가하여 2.7 ㎽/㎠의 자외선 출력을 보였다. 실시 예 5는 혼합형 자외선 방전등의 둘레전극과 홀더전극에 다른 극성의 구동전류를 인가하여 2.6 ㎽/㎠의 자와선 출력을 보이면서 -20℃의 저온 환경에서 점화속도가 개선되었다.

방전관의 크기가 동일한 실시 예 1부터 5까지 인용된 자외선 방전등의 자외선 강도는 이보다 방전관의 직경이 큰 실시 예 6의 냉음극 자외선 방전등의 자외선 강도 4.0 ㎽/㎠와 비교할 때 낮은 수치를 보이고 있다. 이와 함께 실시 예 1부터 5까지 인용된 자외선 방전등은 실시 예 6의 자외선 방전등에 비교하여 전력 소비량도 낮게 조사되었다. 이 실험 결과에서 전계 자외선 방전등은 방전관의 크기를 냉음극 자외선 방전등보다 크게 제조하여 같은 전력을 소비하게 하므로 동등한 자외선 방출강도를 가지는 자외선 방전등을 제조할 수 있을 것으로 전망되었다.

상기와 같이 이 발명은 내부 전극을 가지지 아니하는 전계 자외선 방전등을 제공하고, 관 내부에 냉음극을 설치하지 아니하므로 방전관의 수명을 결정하는 흑 화의 원인이 제거된 전계 자외선 방전등을 제공하고, 관 외부에 전계유도 전극을 설치한 전계 자외선 방전등을 제공하고, 전계 부여 전극을 하나 이상을 설치한 전계 자외선 방전등을 제공하고, 하나 이상의 전계 부여 전극을 선택적으로 사용함에 의해 저출력과 정격출력 두가지 출력을 구현하는 전계 자외선 방전등을 제공하고, 방전관 내측으로 전극 홀더를 설치한 전계 자외선 방전등 및 그 제조방법을 제공하고, 저온 점화 특성이 양호한 자외선 방전등을 제공한다.

Claims (7)

1. (삭제)
2. (삭제)
3. 내부 전극을 가지지 아니하고 관 내에 수은과 알곤 가스를 봉입하고 관 내의 자외선을 관 밖으로 방출하도록 석영 관으로 지은 방전관과;

   상기 방전관의 양측 끝에 외측으로 열리게 관 내에 설치한 전계 유도 전극 홀더와;

   상기 방전관의 외부에서 방전관 양측 끝의 홀더에 삽입되고 고 전압이 인가되어 상기 방전관 양측에 전계를 유도하고 방전관 내에 진공방전을 일으키는 전계유도 전극을;

   포함하여 구성하는 전계 자외선 방전등.
4. (삭제)
5. (삭제)
6. 제3항에 있어서, 저온 점화 특성을 개선하기 위하여 상기 전극 홀더 전극에 인가한 전류 극성에 대하여 반대 극성의 전류를 상기 방전관 양측 끝의 둘레에 인가한 전계 자외선 방전등.
7. 석영 관을 일정한 길이로 절단하는 단계;

   석영 전극 홀더를 제작하는 단계;

   전극홀더 결합부 조성을 위해 석영관 양측 끝의 관경을 수축시키는 단계;

   석영 관 양측 끝 결합부에 전극 홀더를 삽입하고 녹여 붙이는 단계;

   석영 관 내부를 진공으로 조성하고 수은과 알곤 가스를 봉입하는 단계를;

   포함하는 전계 자외선 방전등의 제조방법.

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