RU205117U1

RU205117U1 - Radiation source

Info

Publication number: RU205117U1
Application number: RU2020143326U
Authority: RU
Inventors: Эдуард Анатольевич Соснин; Сергей Михайлович Авдеев; Виктор Семенович Скакун; Виктор Александрович Панарин; Дмитрий Сергеевич Печеницин; Дмитрий Алексеевич Сорокин
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-06-28

Abstract

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, и может быть использована в различных областях науки и техники, например в фотохимии и в медицине. Устройство состоит из коаксиальной лампы барьерного разряда 1, колпака 2, корпуса 3, источника питания 4, электрически соединенного с электродами. Колпак 2 и корпус 3 образуют единый герметичный объем, который заполнен инертной газовой средой, за счет использования инертной газовой среды, исключается образование озона на конструктивных элементах колбы при подаче на нее высоковольтных импульсов напряжения от источника питания. Это обеспечивает озонобезопасность источника излучения. Объем может включать в себя вентилятор 6 (на чертежах показан один из вариантов его расположения). В некоторых вариантах исполнения источник может оснащаться отражателем 6 и радиатором 7.The utility model relates to gas-discharge radiation sources, in particular to barrier discharge lamps, and can be used in various fields of science and technology, for example, in photochemistry and medicine. The device consists of a coaxial barrier discharge lamp 1, a cap 2, a body 3, a power supply 4 electrically connected to the electrodes. The cap 2 and the body 3 form a single sealed volume, which is filled with an inert gaseous medium, due to the use of an inert gaseous medium, the formation of ozone on the structural elements of the flask is excluded when high-voltage pulses of voltage are applied to it from a power source. This ensures the ozone safety of the radiation source. The volume may include a fan 6 (the drawings show one of the options for its location). In some versions, the source can be equipped with a reflector 6 and a radiator 7.

Description

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, и может быть использована для осуществления фотохимических и фотобиологических процессов, для которых необходимо ультрафиолетовое излучение, в т.ч. для ультрафиолетового обеззараживания.The utility model relates to gas-discharge radiation sources, in particular to barrier discharge lamps, and can be used to carry out photochemical and photobiological processes that require ultraviolet radiation, incl. for ultraviolet disinfection.

Известны источники излучения, предназначенные для облучения жидких сред, в которых лампа помещается в кварцевый чехол, защищающий поверхность лампы от загрязнений [1, 2]. Использование чехлов меняет тепловой режим работы многих ламп, что приводит к снижению мощности излучения. Поэтому для охлаждения применяют прокачку охлаждающего вещества через чехол, но это усложняет конструкцию и увеличивает расходы на эксплуатацию источника излучения.Known radiation sources designed for irradiation of liquid media, in which the lamp is placed in a quartz cover that protects the surface of the lamp from contamination [1, 2]. The use of covers changes the thermal mode of operation of many lamps, which leads to a decrease in the radiation power. Therefore, for cooling, pumping of a coolant through the cover is used, but this complicates the design and increases the operating costs of the radiation source.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому источнику излучения является источник излучения на основе коаксиальной лампы барьерного разряда [3], выбранный в качестве прототипа. Он включает в себя лампу и источник питания. Колба лампы, заполненная рабочей смесью, образована двумя коаксиально установленными цилиндрическими трубками, выполненными из диэлектрического материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, двумя электродами, один из которых отражающий, расположен во внутренней трубке, а второй - пропускающий излучение - на внешней трубке. Электроды электрически соединены с источником питания.The closest in technical essence to the claimed radiation source is a radiation source based on a coaxial barrier discharge lamp [3], selected as a prototype. It includes a lamp and a power supply. The bulb of the lamp, filled with the working mixture, is formed by two coaxially mounted cylindrical tubes made of a dielectric material transparent to ultraviolet radiation, two electrodes, one of which is reflective, is located in the inner tube, and the other, transmitting radiation, is located on the outer tube. The electrodes are electrically connected to the power source.

Поскольку между электродами и поверхностью лампы всегда есть микроскопические зазоры, а питание осуществляется высоковольтными импульсами напряжения на частотах единицы-десятки кГц, то при работе лампы на воздухе в указанных зазорах происходит коронирование и образуется озон. В целом ряде приложений, например, при обеззараживании воздуха помещений, озон является вредным фактором. Кроме того, поверхность колбы и электроды постоянно находятся под воздействием факторов внешней среды - температуры, влажности, пыли т.п., что со временем приводит к их загрязнению и снижению интенсивности излучения. В этом случае очистка колбы является трудоемким процессом и отнимает много времени, т.к. сопряжена с удалением электродов, очисткой колбы и установкой новых чистых электродов взамен старых. Таким образом, недостатками прототипа являются наличие повышенной концентрации озона и сложная процедура обслуживания источника излучения.Since there are always microscopic gaps between the electrodes and the lamp surface, and the power supply is carried out by high-voltage voltage pulses at frequencies of one to tens of kHz, then when the lamp is operated in air, corona occurs in these gaps and ozone is formed. In a number of applications, for example, in the disinfection of indoor air, ozone is a harmful factor. In addition, the surface of the bulb and the electrodes are constantly under the influence of environmental factors - temperature, humidity, dust, etc., which eventually leads to their contamination and a decrease in radiation intensity. In this case, cleaning the flask is laborious and time-consuming. associated with the removal of electrodes, cleaning the flask and installing new clean electrodes to replace the old ones. Thus, the disadvantages of the prototype are the presence of an increased concentration of ozone and a complex procedure for servicing the radiation source.

Задачей полезной модели является обеспечение озонобезопасности источника излучения, расширение диапазона условий его эксплуатации с сохранением энергетической светимости излучения, а также упрощение процедуры его обслуживания.The task of the utility model is to ensure the ozone safety of the radiation source, expand the range of its operating conditions while maintaining the radiant luminosity of the radiation, and simplify the procedure for its maintenance.

Указанная задача достигается тем, что источник излучения содержит коаксиальную лампу барьерного разряда и источник питания, электрически соединенный с заземленным электродом лампы, расположенным на внешней трубке лампы и высоковольтным электродом, расположенным во внутренней трубке лампы, согласно техническому решению, лампа находится под прозрачным для ультрафиолетового излучения колпаком, источник питания размещен в корпусе, колпак и корпус образуют единый герметичный объем, объем заполнен инертной газовой средой, не образующей озон под действием разряда и ультрафиолетового излучения, например Ne, Ar, N₂, при этом корпус выполнен из теплопроводящего материала.This task is achieved in that the radiation source contains a coaxial barrier discharge lamp and a power source electrically connected to the grounded electrode of the lamp located on the outer tube of the lamp and the high-voltage electrode located in the inner tube of the lamp, according to the technical solution, the lamp is under the transparent for ultraviolet radiation cap, the power source is located in the housing, the cap and the housing form a single sealed volume, the volume is filled with an inert gas medium that does not generate ozone under the action of a discharge and ultraviolet radiation, for example Ne, Ar, N ₂ , while the housing is made of a heat-conducting material.

Кроме того, объем источника излучения дополнительно содержит вентилятор, установленный либо в корпусе, либо под колпаком, обеспечивая теплоперенос от лампы к корпусу.In addition, the volume of the radiation source additionally contains a fan installed either in the housing or under the hood, providing heat transfer from the lamp to the housing.

Предложенное решение обеспечивает три функции.The proposed solution provides three functions.

Во-первых, за счет использования инертной газовой среды, исключается образование озона на конструктивных элементах колбы при подаче на нее высоковольтных импульсов напряжения от источника питания. Это обеспечивает озонобезопасность источника излучения.First, due to the use of an inert gas environment, the formation of ozone on the structural elements of the flask is excluded when high-voltage pulses of voltage are applied to it from the power source. This ensures the ozone safety of the radiation source.

Во-вторых, лампа защищена от неблагоприятных внешних воздействий, что снимает необходимость в ее периодическом обслуживании. Очистку колпака выполнить проще и быстрее, чем колбу и электроды лампы.Secondly, the lamp is protected from adverse external influences, which eliminates the need for periodic maintenance. Cleaning the hood is easier and faster than the bulb and lamp electrodes.

В-третьих, за счет конвекции инертная газовая обеспечивает теплоперенос от лампы к внутренней поверхности корпуса. Корпус выполнен из теплопроводящего материала и служит стоком для тепла во внешнюю среду. Теплоперенос может обеспечиваться за счет естественной конвекции, либо за счет специально установленного вентилятора. Увеличение теплопереноса предотвращает перегрев лампы, увеличивая срок службы источника, тем самым упрощая процедуру периодического обслуживания.Thirdly, due to convection, inert gas provides heat transfer from the lamp to the inner surface of the housing. The body is made of a heat-conducting material and serves as a heat sink to the external environment. Heat transfer can be provided by natural convection, or by a specially installed fan. Increased heat transfer prevents overheating of the lamp, extending the life of the source, thereby simplifying periodic maintenance.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично представлен поперечный разрез заявляемого источника излучения с одной колбой; на фиг. 2 вариант конкретного исполнения источника излучения.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 schematically shows a cross-section of the inventive radiation source with one bulb; in fig. 2 variant of the specific execution of the radiation source.

Устройство состоит из коаксиальной лампы барьерного разряда 1, колпака 2, корпуса 3, источника питания 4, электрически соединенного с электродами (на чертежах не показаны). Колпак 2 и корпус 3 образуют единый герметичный объем, который заполнен инертной газовой средой, не образующей озон под действием разряда и ультрафиолетового излучения, например, Ne, Ar, N₂. Объем может включать в себя вентилятор 5 (на чертежах показан один из вариантов его расположения).The device consists of a coaxial barrier discharge lamp 1, a cap 2, a housing 3, a power supply 4 electrically connected to the electrodes (not shown in the drawings). The hood 2 and the body 3 form a single sealed volume, which is filled with an inert gas medium that does not generate ozone under the action of a discharge and ultraviolet radiation, for example, Ne, Ar, N ₂ . The volume may include a fan 5 (the drawings show one of the options for its location).

Устройство работает следующим образом. В источнике излучения лампа 1 располагается в герметичном объеме, образованном прозрачным для ультрафиолетового излучения колпаком 2 и корпусом 3, заполненным газовой средой, не образующей озон под действием разряда и ультрафиолетового излучения, например, Ne, Ar, N₂. Между стенками лампы и внутренней стенкой колпака имеются промежутки. Лампа зажигается от источника питания 4 и нагревается. Благодаря разнице температур в непосредственной близости от лампы и на удалении, а также разнице между объемом внутренней полости лампы и объемом между колпаком и внешней стенкой лампы, газовая среда конвективно перемешивается и переносит тепло к стенкам корпуса 3. Процесс усиливается, если источник оснастить вентилятором 5. Как результат происходит охлаждение лампы, за счет сброса тепла на корпус из теплопроводящего материала, а применяемая газовая среда препятствует образованию озона, поскольку не содержит кислорода. Охлаждение лампы также способствует сохранению энергетической светимости лампы.The device works as follows. In the radiation source, the lamp 1 is located in a sealed volume formed by a cover 2 transparent for ultraviolet radiation and a housing 3 filled with a gas medium that does not generate ozone under the action of a discharge and ultraviolet radiation, for example, Ne, Ar, N ₂ . There are gaps between the walls of the lamp and the inner wall of the dome. The lamp ignites from the power supply 4 and heats up. Due to the temperature difference in the immediate vicinity of the lamp and at a distance, as well as the difference between the volume of the inner cavity of the lamp and the volume between the cap and the outer wall of the lamp, the gaseous medium convectively mixes and transfers heat to the walls of the case 3. The process is enhanced if the source is equipped with a fan 5. As a result, the lamp cools down by dumping heat onto the body made of a heat-conducting material, and the gas medium used prevents the formation of ozone, since it does not contain oxygen. Cooling the lamp also helps to maintain the luminous intensity of the lamp.

Пример конкретного исполнения источника излучения 1.An example of a specific implementation of a radiation source 1.

Коаксиальная лампа барьерного разряда 1 помещена в колпак 2 длиной 20 см. Колпак и корпус 3 образуют герметичный объем, заполненный азотом. На торце лампы, со стороны корпуса 3 установлен вентилятор (на чертеже не показан). Испытания такого источника излучения проводились на лампе барьерного разряда на эксиплекных молекулах KrCl*, имеющей среднюю по длине энергетическую светимость 12 мВт/см². Десятиминутная работа этого источника без колпака в закрытой комнате объемом 40 м³ на воздухе приводила к превышению ПДК по озону. С установленным колпаком, в случае заполнения источника излучения азотом, даже спустя 1.5 часа после включения превышения ПДК по озону не происходило, а энергетическая светимость лампы оставалась постоянной.A coaxial barrier discharge lamp 1 is placed in a cap 2 20 cm long. The cap and body 3 form a sealed volume filled with nitrogen. At the end of the lamp, from the side of the housing 3, a fan is installed (not shown in the drawing). Tests of such a radiation source were carried out on a barrier discharge lamp based on exciplex KrCl * molecules, having an energy luminosity averaged over the length of 12 mW / cm ² . A ten-minute operation of this source without a hood in a closed room with a volume of 40 m ³ in air led to an excess of the maximum permissible concentration for ozone. With the cap installed, in the case of filling the radiation source with nitrogen, even 1.5 hours after switching on, the ozone MPC was not exceeded, and the radiant luminosity of the lamp remained constant.

Пример 2.Example 2.

В источнике с конструктивным исполнением аналогичным описанному в примере 1, проводились испытания на лампе барьерного разряда на эксиплекных молекулах XeCl*, имеющей среднюю по длине энергетическую светимость 15 мВт/см². Двадцатиминутная работа этого источника без колпака в закрытой комнате объемом 40 м³ на воздухе приводила к превышению ПДК по озону. С установленным колпаком, в случае заполнения источника излучения азотом, даже спустя 2 часа после включения превышения ПДК по озону не происходило, а энергетическая светимость лампы оставалась неизменной.In a source with a design similar to that described in example 1, tests were carried out on a barrier discharge lamp on exciplex molecules XeCl *, having an average radiant luminosity of 15 mW / cm ² along the length. A twenty-minute operation of this source without a hood in a closed room with a volume of 40 m ³ in air led to an excess of the maximum permissible concentration for ozone. With the cap installed, in the case of filling the radiation source with nitrogen, even 2 hours after switching on, the ozone MPC was not exceeded, and the radiant luminosity of the lamp remained unchanged.

При работе ламп в т.н. агрессивных внешних условиях (помещения животноводческих комплексов, пыльные производства, агропредприятия, эксплуатация источника излучения в полевых условиях) факторы внешней среды (пыль, влага, испарения и т.п.) приводят к загрязнению поверхности ламп. Предложенное нами техническое решение позволяет упростить и ускорить обслуживание источника излучения при его эксплуатации в широком диапазоне неблагоприятных условий. Механическая очистка колпака от пыли и влаги для восстановления его прозрачности занимает несколько секунд. После этого источник излучения вновь готов к работе, обеспечивая заданный уровень энергетической светимости.When working lamps in the so-called. aggressive external conditions (premises of livestock complexes, dusty production facilities, agricultural enterprises, operation of a radiation source in the field) environmental factors (dust, moisture, fumes, etc.) lead to contamination of the lamp surface. The technical solution proposed by us makes it possible to simplify and accelerate the maintenance of the radiation source during its operation in a wide range of unfavorable conditions. Mechanical cleaning of the hood from dust and moisture to restore its transparency takes a few seconds. After that, the radiation source is again ready for operation, providing a given level of energy luminosity.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает озонобезопасность источника излучения, расширяет диапазон условий его эксплуатации с сохранением энергетической светимости излучения, а также упрощает процедуру его обслуживания.Thus, the proposed solution provides ozone safety of the radiation source, expands the range of its operating conditions while maintaining the radiant luminosity of the radiation, and also simplifies the procedure for its maintenance.

Источники информации:Information sources:

1. Васильев А.И., Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н. Ламповый модуль // Патент RU 2273914 C1. H01J 61/24. Заявка №2004127571/09. Приоритетная дата 16.09.2004. Опубл.: 10.04.2006, Бюл. №10.1. Vasiliev A.I., Vasilyak L.M., Kostyuchenko S.V., Kudryavtsev N.N. Lamp module // Patent RU 2273914 C1. H01J 61/24. Application No. 2004127571/09. The priority date is 09.16.2004. Published: 10.04.2006, Bul. No. 10.

2. Душкин С.С, Омельченко Е.М., Беляев В.И., Нечипоренко В.М., Готовчиков П.З. Устройство для обеззараживания воды // А.с.SU 1776639 A1. С02А 1/48. Заявка №487282/26. Приоритетная дата 11.10.1992. Опубл.: 23.11.1992, Бюл. №43.2. Dushkin S.S., Omelchenko E.M., Belyaev V.I., Nechiporenko V.M., Gotovchikov P.Z. Device for water disinfection // AS SU 1776639 A1. C02A 1/48. Application No. 487282/26. Priority date 11.10.1992. Publ .: 23.11.1992, Bul. No. 43.

3. Авдеев С.М., Зверева Г.Н., Соснин Э.А. Исследование условий эффективной люминесценции I₂* (342 нм) в барьерном разряде в смеси Kr-I₂ // Оптика и спектроскопия. 2007. Т. 103. №6. С. 946-955.3. Avdeev S.M., Zvereva G.N., Sosnin E.A. Investigation of the conditions for effective luminescence of I ₂ * (342 nm) in a barrier discharge in a Kr-I ₂ mixture // Optics and Spectroscopy. 2007. T. 103. No. 6. S. 946-955.

Claims

1. A radiation source containing a coaxial barrier discharge lamp and a power source electrically connected to the grounded electrode of the lamp located on the outer tube of the lamp and a high-voltage electrode located in the inner tube of the lamp, characterized in that the coaxial barrier discharge lamp is located under transparent to ultraviolet radiation by a cap, the power source is in the housing, the cap and the housing form a single sealed volume, the volume is filled with an inert gas medium that does not generate ozone under the action of a discharge and ultraviolet radiation, for example Ne, Ar, N ₂ , the body is made of a heat-conducting material.

2. The radiation source according to claim 1, characterized in that the volume additionally contains a fan installed either in the housing or under the hood, providing heat transfer from the lamp to the housing.