(57)【要約】  誘電体バリア放電（ＤＢＤ）ランプ１は、第１及び第２の壁４，５により区切られる放電ボリューム２を有し、双方の壁４，５は、放電ボリューム２内のガス放電を励起するための電源１１により異なる電位にさらされる。放電ボリューム２内において延在し、第１及び第２の壁４，５に互いに接触する少なくとも１つの導電性の点火補助部又は点火部を設けることにより、特にランプ１の動作の長い中断後に、ランプ１の初期点火電圧の大幅な削減が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方の壁が放電ボリューム内のガス放電を励起するための電源により異なる電位にさらされる第１及び第２の壁により区切られる前記放電ボリュームと、
前記放電ボリューム内において延在し、前記第１及び第２の壁に互いに電気的に接触する少なくとも１つの導電性の点火補助部又は点火部とを有する、誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの導電性の点火補助部又は点火部は、電子が当該ランプの初期点火電圧を減少させるために前記放電ボリューム内へ電圧電界放出により開放されるように、電子の開放のための低電子親和力及び／又は低エネルギ障壁をもつ材料を有する、請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項３】
前記材料は、金属のグループから選択される、請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導電性の点火補助部又は点火部は、弾性の内側材料と、前記低電子親和力及び／又は低エネルギ障壁をもつ外側材料とを有する、請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの点火補助部又は点火部は、実質的に直線状のワイヤ又はロッドの形式で設けられる、請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの点火補助部又は点火部は、クランプの形式で設けられ、
前記クランプは、前記クランプと前記放電ボリュームの隣接する前記第１及び第２の壁との間に及ぼされた前記クランプの弾性力による機械的固定のために形成される、請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項７】
前記クランプは、前記放電ボリューム内の前記第１の壁と前記第２の壁との間に楕円の形式で実質的に延在する、請求項６に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの点火補助部又は点火部は、前記放電ボリューム内の前記第１の壁と前記第２の壁との間に配置される少なくとも１つのリング、プレート又はディスクの形式で設けられる、請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの点火補助部又は点火部は、前記放電ボリュームのサブボリューム内に配置され、
前記サブボリュームは、放射線透過型分離壁により前記放電ボリュームと分けられる、請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の誘電体バリア放電ランプを有する、流体、ガス又は固体材料の処理のためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１及び第２の壁で区切られる放電ボリュームを有し、双方の壁が、放電ボリューム内でガス放電を励起するために電源により異なる電位にさらされ、ランプが点火補助部（ignition aid）を備える誘電体バリア放電（ＤＢＤ；dielectric barrier discharge）ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
これらのランプの基本原理は、誘電体バリア放電による放射線の生成及び発光である。通常、斯様なランプの２つの電極のうち少なくとも１つは、放電ボリュームの外側に配置されている。放電ボリュームは、特にランプエンベロープ（lamp envelope）で又はその周りに放電ガスを有し、エネルギ供給は、このボリューム内においてガス放電並びに放射線の励起及び発光を開始させるために、ランプエンベロープの壁を介して放電ボリュームに容量結合することにより遂行される。
【０００３】
典型的に、これらのランプは、円筒形状、ドーム形状又は同軸構造をもち、これらは、水の内部の流れ及び／又は外部の流れにより冷却される。同軸設計の場合において、ランプは、通常、内側及び外側の石英管を有し、これらは、双方が互いに同軸上に設けられ、これらの双方の軸端部で共に溶けて、環状の放電ボリュームがこれら軸端部の間で区切られる。
【０００４】
一般的に、斯様な誘電体バリア放電ランプは、広範囲のアプリケーションにおいて従来の水銀ベースの放電ランプに対する代替手段として用いられ、特定の波長の放射線が様々な目的のために生成されなければならない。幾つかのアプリケーションは、例えば、廃水処理、ガス及び流体（特に飲用水）の消毒、超純水の脱塩素処理若しくは製造、表面の活性化及びクリーニング、ラッカー、インク若しくは塗料の硬化、オゾン発生のような工業目的のため、又は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライト若しくはコピー等のための約１７０ｎｍと約３８０ｎｍとの間の波長を伴う紫外線（ＵＶ）の生成である。
【０００５】
更に、誘電体バリア放電ランプは、特に高効率及び高放射強度を伴う狭く明確なスペクトル範囲において高輝度及び高出力の紫外線（ＵＶ）を生成及び／又は放射するための光源として、重要性を増大させている。
【０００６】
国際公開第２００６／００６１３９号パンフレットは、少なくとも１つの壁が誘電体壁であり且つ少なくとも１つの壁が少なくとも部分的に透明な部分をもつ少なくとも内壁及び外壁により少なくとも部分的に形成され及び／又は囲まれる放電ギャップと、前記放電ギャップの内側に配置された充填体と、前記外壁に接触する少なくとも第１の電気接触手段と、前記内壁に接触する第２の電気接触手段と、前記放電ギャップに隣接し、一方では特に初期点火又は長い中断後の点火のための改良及び最適化された点火補助部として機能し、他方では互いに２つの壁を容易に設けるためのガイド手段として少なくとも機能する少なくとも１つの多機能手段とを有し、これにより、特に同軸の誘電体バリア放電ランプのための最適化された放電ギャップを形成する、誘電体バリア放電ランプを開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の基本的な原理は、製造することが容易な非常に単純な構造の点火補助部、点火部又は開始補助部を有する、前記冒頭部分で述べられた誘電体バリア放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本目的は、双方の壁が放電ボリューム内でガス放電を励起するための電源により異なる電位にさらされる第１及び第２の壁により区切られる前記放電ボリュームと、前記放電ボリューム内に延在し、前記第１及び第２の壁に互いに電気的に接触する少なくとも１つの導電性の点火補助部又は点火部を有する誘電体バリア放電ランプによる請求項１に従って解決される。
【０００９】
この解決策は、前記国際公開第２００６／００６１３９号パンフレットに開示されたランプに反して、放電ギャップを取り囲む内壁及び外壁が、これらの輪郭及び形状又は何らかの伸長若しくは押し下げに対して変えられることを必要とせず、従って、本発明によるランプが、構造において非常に単純であり、製造することが容易であるという利点をもつ。
【００１０】
この解決策の他の利点は、放電ボリューム内に少なくとも１つの導電性の点火補助部又は点火部を設けることにより、初期点火のために必要とされる電圧振幅が、既知の斯様な点火補助部と比べて顕著に減少され得る。更に、特に長い動作中断の後に信頼性のある点火も達成される。放電ボリュームの輪郭及び形状を変える必要がないという事実により、ボリューム及び特にその幅は、所望の最大ランプ効率に対して特に最適化され得る。
【００１１】
従属請求項は、本発明の有利な実施形態を開示している。
【００１２】
従属請求項２及び３による点火補助部又は点火部の材料は、ランプの初期点火のための必要な電圧振幅を低減するために特に効果的である。
【００１３】
従属請求項４による実施形態は、関連した点火補助部又は点火部が、非常に容易に放電ボリューム内に機械的に固定され又は締め付けられ得るという利点を持つ。
【００１４】
従属請求項５〜８は、製造することが容易であり、ＤＢＤランプの関連した放電ボリューム内に導入することが容易である点火補助部又は点火部の種々の輪郭及び形状を開示している。
【００１５】
従属請求項９による実施形態は、点火補助部又は点火部が、放電ボリュームの活性化領域内に発生される放射線を実質的に遮断しないという利点をもつ。
【００１６】
本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、図面について本発明の好ましい及び例となる実施形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】同軸ＤＢＤランプの実質的な部分の縦断面図を示す。
【図２Ａ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第１の実施形態の実質的な部分の縦断面図を示す。
【図２Ｂ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第１の実施形態の実質的な部分の横断面図を示す。
【図３Ａ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第２の実施形態の実質的な部分の縦断面図を示す。
【図３Ｂ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第２の実施形態の実質的な部分の横断面図を示す。
【図４Ａ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第３の実施形態の実質的な部分の縦断面図を示す。
【図４Ｂ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第３の実施形態の実質的な部分の横断面図を示す。
【図５Ａ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第４の実施形態の実質的な部分の縦断面図を示す。
【図５Ｂ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第４の実施形態の実質的な部分の横断面図を示す。
【図６Ａ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第５の実施形態の実質的な部分の縦断面図を示す。
【図６Ｂ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第５の実施形態の実質的な部分の横断面図を示す。
【図７Ａ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第６の実施形態の実質的な部分の縦断面図を示す。
【図７Ｂ】本発明による同軸ＤＢＤランプの第６の実施形態の実質的な部分の横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、同軸の誘電体バリア放電ランプ１の実質的な部分の縦断面及び概略図を示している。ランプ１は、第１の外壁４及び第２の内壁５を有し、これらの間において、幅ｄをもつギャップの形式の放電ボリューム２が、放電ガスを閉じるために区切られる。
【００１９】
外壁４及び内壁５は、好ましくは、これらの軸方向端部で一緒に結合される第１の外管及び第２の内管の同軸の構成により設けられ、従って、リング形状の放電ギャップ又は空間（ランプエンベロープ）の形式の放電ボリューム２が双方の間に区切られる。
【００２０】
壁４，５のうちの少なくとも１つは、ガラス、石英又はセラミックのような誘電体材料から作られ、壁４，５のうち少なくとも１つは、ランプ１の放電ボリューム２の内部のガス放電により発生された放射線を放出するための少なくとも部分的に透明な領域をもつ。
【００２１】
更に、ランプ１は、２つの電極７，１０を有し、これらは、電気エネルギを供給するため、及び、ガス放電が放電ボリューム内において励起されるように双方の壁４，５を異なる電位にさらすための供給電圧源１１と接続される。
【００２２】
より詳細には、第１の電気的電極７は、例えば、供給電圧源１１と接触され得るように、放電ランプの内壁５（即ち、第２の内管）の外面上に適用される金属プレート、又は、（格子が放射線透過的である）導体の格子の形式で設けられる。第２の電気的電極１０は、例えば、第３の外側導電性管、又は、ランプ１の第１及び第２の管を同軸上に囲むシリンダの形式で設けられる。ランプ１の提案されたアプリケーションに依存して、第２の電極１０は、外壁４の外側に取り付けられ得、ランプにより放出されるべき放射線に対して少なくとも部分的に透過的である。しかしながら、例えば第２及び第３の管の間でガイドされる導電性の流体を処理する場合においては、第２の電気的電極１０は、放射線の透過を必要とせず、図１に示されるようにランプから離れて配置される。
【００２３】
最後に、好ましくは、放電ボリューム２の外壁４及び／又は内壁５の内面は、ガス放電の（一次）放射線の波長を、ランプ１により放出される所望のもののような放射線の他の波長に移すための発光層（図示省略；例えば蛍光体層）で少なくとも部分的にコートされ得ることが述べられなければならない。
【００２４】
特に高効率及び高出力のＤＢＤランプ１の、斯様なランプの要求された初期点火電圧は、ランプの最適な動作（ピーク）電圧の振幅よりもかなり大きいことが分かった。従って、斯様な既知のランプの信頼性のある開始を達成するために、追加の予備的な電極又は一時的な電圧のオーバーショットが多くの場合必要であり、これらは、より複雑でより高価な供給電圧源１１又はランプ駆動装置をもたらす。
【００２５】
図２〜７は、本発明による誘電体バリア放電ランプ１の第１〜第６の実施形態のそれぞれの実質的な構成要素の縦断面図（Ａ）及び横断面図（Ｂ）を概略的に示しており、それぞれが、少なくとも１つの点火補助部又は点火部（開始補助部とも呼ばれる）３１〜３４をそれぞれ有し、ＤＢＤランプ１の初期点火に必要な電圧振幅が、特にＤＢＤランプ１の長い動作中断後に、既知の斯様なＤＢＤランプと比較して大きく削減される。
【００２６】
概して、点火補助部又は点火部３１〜３４は、導電性であり、例えば、ワイヤ、ロッド、クランプ、リング若しくはディスクの形式、又は、内壁５及び外壁４に接触するような形状をした同様の形式をもち、従って、放電の局所的短絡が達成され、電界放出により供給される電子のためのソースが提供される。
【００２７】
より詳細には、点火補助部又は点火部３１〜３４は、電子の開放のための低電子親和力及び低エネルギ障壁（低仕事関数）を伴う材料から作られ、点火補助部又は点火部３１〜３４の材料から放電ボリューム２への電子の電界放出を利用する。材料は、好ましくは、金属のグループから選択され、好ましくは、ＤＢＤランプ１を閉じる前に非導電性表面の酸化物が点火補助部又は点火部３１〜３４から除去されるような手法で予め処理され、これらの非導電性表面の酸化物は、例えば非酸化雰囲気中の熱処理により除去される。
【００２８】
点火補助部又は点火部３１〜３４は、点火部の特定の形状に依存して、放電ボリューム２の軸方向に対して、平行方向の成分と、垂直方向の成分とで電界を生成することにより機能する。これらの電界成分のうちの少なくとも１つは、点火補助部又は点火部３１〜３４から放電ボリューム２への電子の電界放出を生成するのに十分大きい電界を点火補助部又は点火部３１〜３４の表面で生成する。
【００２９】
好ましくは、点火補助部又は点火部３１〜３４は、弾性の内部材料を有する不均質体と、電子の放出に適した上述した材料を有する保護膜とを有する。弾性の内部材料により及ぼされた弾性力により、点火補助部又は点火部３１〜３４は、放電ボリューム２の内壁５と外壁４との間で機械的に固定される。
【００３０】
以下において、本発明の６つの例となる実施形態が、図２〜７をそれぞれ参照して説明される。これらの図面において、同一若しくは類似又は対応するパーツ及び構成要素は、図１における同一又は対応する参照符号で示され、従って、これらのパーツ及び構成要素は、再び説明されるべきではなく、図１に対するこれらのパーツ及び構成要素並びに前記の関連した説明を参照する。
【００３１】
図２は、本発明による誘電体バリア放電ランプ１の第１の実施形態を示しており、これは、ランプ１の軸方向に沿った実質的にいずれかの位置で、放電ボリューム２内の内壁５と外壁４との間、並びに、内管及び外管の同軸構成の放射方向に延在する、直線状の導電性のロッド又はワイヤ３１の形式の第１の点火補助部又は点火部３１を有する。
【００３２】
図３は、斯様なＤＢＤランプ１の第２の実施形態を例示的に示しており、第１の点火補助部又は点火部３１が、同様に、放電ボリューム２内の内壁５と外壁４との間、並びに、内管及び外管の同軸構成の放射方向に延在する直線状の導電性のロッド又はワイヤ３１の形式で再び設けられるが、内管及び外管が一緒にシールされる位置でのランプ１の軸端部のうちの１つで延在する。この位置においては、点火補助部又は点火部３１は、放射線が点火補助部又は点火部３１により阻害又は遮断されず励起されるように、ランプの活性化エリアの実質的に外側に配置される。
【００３３】
図４は、本発明によるＤＢＤランプ１の第３の実施形態を例示的に示しており、これは、リング形状の放電ボリューム２に沿って円周方向に延在し、内壁５を外壁４と電気的に接続するような形状をなす開口クランプ３２の形式の第２の点火補助部又は点火部３２を有する。この実施形態の利点は、クランプ３２が、放電ボリューム２の隣接壁４，５に対してクランプ３２より及ぼされた弾性力によりランプ１の軸方向に沿った実質的にいずれかの位置で放電ボリューム２の内部に容易に取り付けられて、確実に固定され得ることである。
【００３４】
図５は、図４の第３の実施形態と同様の、本発明によるＤＢＤランプ１の第４の実施形態を例示的に示しており、第３の点火補助部又は点火部３３は、図５Ｂの横断面図によれば、放電ボリューム２内の内壁５と外壁６との間に楕円の形式で実質的に延在し、これにより双方の壁４，５に接触する閉クランプ３３の形式で設けられる。第３の点火補助部又は点火部３３も、ランプ１の軸方向に沿って実質的にいずれかの位置に配置され得る。
【００３５】
図６は、本発明によるＤＢＤランプ１の第５の実施形態を例示的に示しており、少なくとも１つであるが好ましくは２つの第４の点火補助部又は点火部３４が、リング、プレート及び／又はディスク３４の形式でそれぞれ設けられ、これ／これらは、放電ボリューム２内に配置され、同じように接触するために内壁５及び外壁４の隣接部分の間に延在する。好ましくは２つのリング、プレート及び／又はディスク３４は、好ましくは、図６Ｂの横断面図に示されるように、円周方向における双方の間の放射方向の角度が約１８０°になるように、環状の放電ボリューム２内において互いに反対側に配置される。しかしながら、３又はそれ以上の斯様なリング、プレート及び／又はディスク３４が、放電ボリューム２の円周方向において好ましくは同等の距離で同様に配置されてもよい。
【００３６】
更に、少なくとも２つの第４の点火補助部又は点火部３４を用いる場合において、これらは、好ましくは、必要ではないが、図６Ａの縦断面図に示されるように、ランプ１の長さ方向に沿って同一軸上の位置に（ランプ１の軸方向に沿った実質的にいずれかの位置で再び）配置される。
【００３７】
図７は、本発明によるＤＢＤランプ１の第６の実施形態を例示的に示しており、これは、図６による第５の実施形態に類似するが、放電ランプ２が、ランプ１の少なくとも１つの軸端部に配置され、放電ガスを同様に有するサブボリュームを有する。サブボリュームは、残りの放電ボリューム（大部分の放電ボリューム）２からサブボリュームを分離する放射線透過型分離壁６により設けられる。
【００３８】
前記の第５の実施形態におけるような少なくとも１つのリング、プレート及び／又はディスク３４の形式で設けられる少なくとも１つの第４の点火補助部又は点火部３４は、このサブボリューム内に配置される。リング、プレート及び／又はディスク３４の数、並びに、ＤＢＤランプ１の円周方向の放電ランプ２に沿って配置させることに関しては、第５の実施形態及び図６に関連する上記の説明が参照される。
【００３９】
この実施形態においてガス放電がサブボリューム内に点火される場合には、このガス放電により発生された光子は、透過型分離壁６を通過し、主要な放電ボリューム２における主要なガス放電の点火を利用、サポート又は刺激する。
【００４０】
図２〜５を参照して上述された第１、第２又は第３の点火補助部又は点火部３１〜３３は、同様に、斯様なサブボリューム内に配置されてもよい。
【００４１】
概して、サブボリュームは、主要な放電ボリューム２における主要なガス放電からの放射線がサブボリュームによっては遮断又は阻止されないように、ＤＢＤランプ１の少なくとも１つの軸端部に配置される。しかしながら、これが特定の関連性をもたない場合には、サブボリュームは、図２，４，５及び６における点火補助部又は点火部３１〜３４の場合であり、これらに関するように、ランプの軸方向に沿った実質的にいずれかの位置で同様に設けられてもよい。
【００４２】
最後に、図２〜７で示される種々の点火補助部又は点火部３１〜３４は、本発明によるＤＢＤランプ１の単一の実施形態においても同様に組み合わせられ得る。例えば、図２による少なくとも１つのワイヤ又はロッド状の点火補助部又は点火部３１が、単一のランプの図６による少なくとも１つのリング、ディスク又はプレート状の点火補助部又は点火部３４と組み合わせられてもよい。適宜、他の組み合わせも同様に可能であり、異なる点火補助部又は点火部３１〜３４が、同様に、（図３〜７による軸端部を含む）ランプ１の長さ方向に沿った異なる軸上の位置に配置されてもよい。
【００４３】
更に、放電ボリューム２が内管及び外管の同軸構成により設けられるのではなくドーム形状又は他の構造により設けられる場合においても、本発明による種々の点火補助部又は点火部３１〜３４が、誘電体バリア放電ランプ１の放電ボリューム２内に設けられてもよい。上述した本発明の原理及び点火補助部又は点火部３１〜３４の機能性は、内管及び外管の開示された同軸構成に依存するのではなく、他の構成及び放電ボリューム又は放電空間において同様に適用され得る。
【００４４】
本発明は、図面及び上述した説明において詳細に図示され説明された一方で、斯様な図示及び説明は、例示又は例と見なされるべきであり限定的ではなく、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。上述における説明された発明の実施形態に対する変更は、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく可能である。
【００４５】
本発明の説明及び請求項に用いられた"含む"，"有する"，"組み入れる"，"からなる"，"もつ"，"である"のような表現は、非排他的な態様において考慮されるべきことが意図され、即ち、明確に述べられない項目、構成要素又は要素が存在することを可能にする。特許請求の範囲における括弧内に含まれた符号は、請求項の理解を補助することが意図されるものであり、これらの請求項に記載された主題を限定するものと考慮されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ−２Ｂ】
2010525514.tif 000004
【図３Ａ−３Ｂ】
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【図４Ａ−４Ｂ】
2010525514.tif 000006
【図５Ａ−５Ｂ】
2010525514.tif 000007
【図６Ａ−６Ｂ】
2010525514.tif 000008
【図７Ａ−７Ｂ】
2010525514.tif 000009
【国際調査報告】
2010525514.tif 000010
2010525514.tif 000011
2010525514.tif 000012