大功率脉冲发生器闪光灯的设计制造技术

宽带输出大功率脉冲闪光灯用于多种应用，并且当被特定优化时，可变为一个紫外线（ＵＶ）光的极好来源，其对光化学诱导材料处理应用尤其有用。涉及高能光脉冲的产品的多个因素在某些情况下可对紫外线灯工作有不利影响，从而导致灯玻壳中的微裂缝的产生，并且限制灯寿命。类似因素可以是灯部件增加吸收ＵＶ照射以及灯效率降级的原因。本发明专利技术描述了新型脉冲闪光灯设计，其使新一代大功率和高性能脉冲闪光灯能达到例如许多大规模光处理应用的要求。本发明专利技术唯一地并且有利地减轻微细龟裂以及故障的产生，显著地产生提高了的电效率，灯光学特性的稳定性，以及使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于产生高性能和极大功率(峰值和平均值)的脉冲宽带 光的脉冲闪光灯的设计，以及用于产生脉冲紫外线(PUV)光的灯。具体地， 本专利技术涉及灯的设计，以减少灯的损耗和破损，提供改进的灯冷却，以及 所期望的频镨发射带的电-光输出效率。
技术介绍
众所周知，大功率闪光灯的系统设计通常包含以下部件l)灯玻壳 或灯管，由具有针对期望频镨发射带的足够透明度的管状材料制成(例如 用于UV辐射的UV等级石英)，并且充以诸如氙气、氪气或其它适当的 气体；2)电极，位于管的相对端，被连接到高电压源，并在气体中产生 放电；3)在灯玻壳周围的适当透明材料的环绕套管或第二管，在灯的外 表面与套管的内部表面之间提供用于冷却流体(气体或液体)的循环的容 积。此类冷却流体消除了在灯工作期间产生的过多热量。虽然存在许多已知的IMt脉冲闪光灯的类型与方法，但是对于大功率 脉冲灯的操作来说通常包括三个典型操作模式的某些版本点火(ignition) 模式，变光(simmer)模式和脉冲模式。在点火模式中，用特定点火器提供 管内气体的初始电离。变光(等待)模式由支持管内恒定低电平的气体电离 的小电流提供。脉冲模式由发光管内的短、高峰值功率和高压放电产生， 放电的时长在微秒与毫秒之间，并且产生峰值功率为从一到数百兆瓦的脉 冲。在多个实例中，新型应用对提高UV处理能力的不断增长的需求，要求比在本专利技术之前生产PUV灯的能力有更加改进的闪光灯性能。较之以 前的脉沖灯设计，这种新一代的大功率和高性能的脉冲灯的物理特征是 阳极到阴极间隔更长的距离(例如，三倍或更大)，进而增加了灯的长度、 重量以及纵横比分布。较之以前的脉冲灯设计，这种新一代大功率和高性 能的脉沖灯以的电学特征为脉沖具有更大电流(峰值和/或平均量值)、更 长弧长(阳极到阴极间距)，以及所要求的更高工作电压。为了扩展功率和 性能方面的能力，使其超过先前存在的那一代所谓中到大功率的闪光灯， 要求新的方法和设计。例如，大恥漠的水消毒和改善就是一个应用，其中 老一代PUV灯显示出不足，因此行业认为其不完全适合于该任务。新一 代较大功率和高性能的脉冲紫外线灯是值得期望和有利的。UV光可有效 地清除大范围的目标病菌。与诸如氯的化学消毒剂形成鲜明对比的是， UV光在不会对水的味道、气味或安全性方面产生有害影响的情况下消毒， 尤其能有效地预防原始生物如微小隐孢子虫(Cryptosporidium Parvum)。 此外，尤其有利的是，无论任何灯和/或周围温度的改变、即时UV功率 ON和OFF循环，以;SL在0-100%的整个范围内即时改变的、准确电 平的UV功率输出，脉冲UV系统能够传送稳定的UV光输出效率。重要的是，在没有危险的汞，也没有由用于表征传统的连续波(cw)中压uv灯的高的灯玻壳温度和压力产生的易爆电位的情况下，PUV可以做到以 上所述的那样。此外，已知CW汞灯(在其它灯之中)的固有问U:由于 灯冷却套管的淤塞(矿物吸引)所引起的热梯度，CW汞灯的性能下降。因 此，建立具有满足大目UV处理应用的要求的能力的脉冲UV系统是有 利的。本领域技术人员已知的是，上代PUV灯虽然被证明具有非常吸引人 的潜在优点和好处，但是从来没有被成功地大恥漠采用过，并M面上被 归入实验室工作和/或较低功率环境中的应用。已知的问题包括难以接受的短使用寿命、无竟争力的电光输出效率、不稳定的uv输出，以及不能很好地匹配目标应用的uv频谱和功率输出。记录显示灯的使用寿命受限 于iStit下降的UV输出、退化然后提前阻止工作的过度灯老化、和/或灯 玻壳材料的灾难性失效的一个或多个组合。与典型的CW汞UV灯的近 似实际范围17%到35%相比，与i^目反，电到UV的输出效率在5%到 9。/。范围内。在向更高的输出功率的努力最终失败的情况下，上代PUV灯 的UV输出变得日益不稳定(就每脉冲能量和光镨特性而言)。这些限制问题的主要原因是灯的设计或脉冲功率源的设计实质上都对现有技术的全面调查揭示了不存在相对于标准脉冲灯设计的、使该技术 能够被调整为当今针对某些应用所需要的性能和功率电平的新的改变。实 际上，无法满足近年来扩展的性能标准的脉冲灯系统的设计在本质上与传 统上用于较小的、需求较少的，以及较低性能的系统的设计相同。本领域技术人员了解经过长时间建立的有关设计和驱动脉冲闪光灯 的各种标准技术的知识主体。虽然这些技术倾向于在所建立的结合了这些 设计的应用的广U础内适用，但是现在知道将这些标准的设计和方法简单扩展成W格等级的极大功率PUV灯已被证明是不能满足于该任务， 为了实现极大功率脉冲uv灯的潜在优势，有必要建立新型和独特的灯设计，使得能够实现该技术，从而专利技术全新一代的更高能力和性能的脉 冲灯。老一代较低性能和功率的闪光灯的设计方法不适于该任务，本专利技术 提供了必要的解决方案。存在对应于这种新一代高性能脉冲灯可能遭受的潜在有害应力的多 个原因，例如压缩和拉伸导致的应力、热胀冷缩导致的应力、由所导致的 变形引起的拉伸应力、导致灯玻壳弯曲的对玻壳的非对称加热和变形，以 及谐振。例如，脉冲闪光灯的典型特性是从主电流脉冲的起始开始，放电包 括薄阴极鞘(阴极发光、阴极辉光，以及所谓的暗区)和充满大部分阳 极到阴极空间的正柱区。在较高的灯压力下，该阴极鞘厚度小于一微米， 但是具有压力，施加的电压，以及与电流无关的大约150伏的电压降。虽 然由于鞘的浅深度鞘消耗的功率较小，但是每单位容积消耗的功率很高， 从而导致瞬间高温和压力，以及随后形成强冲击波。该初始的强冲击波在 几亳米内被衰减，其大量能量在包含灯玻壳的环绕电极的区域中沉积。随 后被储存在阳极与阴极之间的主柱区(main column)的主脉冲的功率沿着 孔的长度i2^加热等离子体，从而建立传播到玻壳壁的柱形冲击波，其以 极高声频(《100 kHz)反射和振荡若干次。根据对脉冲闪光灯工作的理论计算和来自其的经验数据，极大功率脉 冲可产生在灯材料中建立压缩和拉伸应力的大的作用力。具体来i兌，大功 率脉冲产生气体加热和压力增加，轴和径向力，以及穿过气体与管壁的冲 击波。结果1/轴向波穿过气体和玻壳传播，其从发光管端部被完全或 部分地反射，并且可在玻壳壁中产生干扰和建立驻波与应力点的一组多个 反射波；以及2/径向波穿过气体、玻壳壁、冷却流体和冷却套管传播，其 穿过具有不同材料性质的边界，被完全或部分地反射，并且在玻壳壁中建立驻波和各应力点。由于在灯玻壳的内层产生瞬时热加载的快速脉冲气体加热，产生了热 胀冷缩导致的应力。玻壳外层由外部冷却剂流冷却，这引起了穿过管壁的 温度梯度以及玻壳外层中的额外脉冲拉伸应力。包装材料中的变形可由高峰值内部压力引起，结合玻壳内层的加热和 软化。导热石英或玻璃的快速冷却产生变形材料的硬化，并且在内层中产 生压缩应力，连同玻壳的外层中的拉伸应力。该作用类似于当高内部水压 提高点火期间的炮筒阻力时，火炮炮筒的众所周知的处理方法(内膛挤压 硬化法)。每个短脉冲期间的非常小的改变可以累积，并且在管外层产生 足够的拉伸应力，从而管伸长并且弯曲，其可变为凸出一侧上的拉伸应力 的额外来源。由于从等离子体和外部灯布线发出，并且在某些设计中还受周围元件 布置的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲宽带和／或紫外线（ＰＵＶ）灯，包括：灯管，所述灯管包括照射透明材料、内部的灯管表面、外部的灯管表面、第一灯管端部和第二灯管端部；气体，所述气体位于所述灯管内；以及至少一个电极，所述电极至少部分地位于所述灯管内，从所述灯管所述电极在所述气体中发出放电，所述放电具有方向，并且所述放电建立一个等离子体通道；所述灯还包括以下中至少一个：用于给由于功率载荷产生的作用力提供阻力的装置；用于增强灯刚性和强度的装置；用于防止管谐振的装置；用于减少所述灯管中的拉伸负荷的装置；用于限制作用于所述灯管上的轴向压缩力的装置；或者用于消除、抑制和／或重定向冲击波的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-8-25 60/710,8661.一种脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，包括灯管，所述灯管包括照射透明材料、内部的灯管表面、外部的灯管表面、第一灯管端部和第二灯管端部；气体，所述气体位于所述灯管内；以及至少一个电极，所述电极至少部分地位于所述灯管内，从所述灯管所述电极在所述气体中发出放电，所述放电具有方向，并且所述放电建立一个等离子体通道；所述灯还包括以下中至少一个用于给由于功率载荷产生的作用力提供阻力的装置；用于增强灯刚性和强度的装置；用于防止管谐振的装置；用于减少所述灯管中的拉伸负荷的装置；用于限制作用于所述灯管上的轴向压缩力的装置；或者用于消除、抑制和/或重定向冲击波的装置。2. 如权利要求1所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述灯管还包括可选的灯管设计，所述可选的灯管设计包括以下中至少一个所述内表面或所述外表面还包括翼肋，至少 一个所述翼肋从包括纵向 翼肋、环形翼肋、螺旋翼肋、外表面翼肋、环形圏翼肋、以及非连续翼肋的一组翼肋中被选择；所述内表面或所述外表面还包括突出；所述内表面或所述外表面还包括凹陷，至少一个所述凹陷从包括纵向 凹陷、环形凹陷、螺旋凹陷、外表面凹陷、环形圏凹陷、以及非连续凹陷的一组凹陷中被选择；所述灯管还包括横截面，其从包括圆形、非圆形、椭圆、卵形、三角 形、矩形、多面形、具有圆角的多面形、以及菱形的一组横截面中被选择；所述灯管沿着纵向扭曲；或者所述灯管具有类似波紋的表面。3. 如权利要求1所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，还包括至少一个第二管，其中所述灯管在所述第二管的至少一部分内，或其 中所述第二管在所述灯管的至少一部分上，所述第二管包括内部第二管表面和外部第二管表面；以及在所迷灯管和所述第二管之间的通道。4. 如权利要求3所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，其中所述第二 管包括所述至少 一个电极的至少 一部分。5. 如权利要求3所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述内部第二 管表面包括翼肋，其中所述翼肋接近于所述外部的灯管表面或在至少一个 位置与所述外部的灯管表面接触。6. 如权利要求3所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述外部的灯 管表面包括翼肋，其中所述翼肋接近于所述内部的第二管表面或在至少一 个位置与所述内部第二管表面接触。7. 如权利要求3所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述第二管内 表面包括以下中至少一个纵向翼肋、环形翼肋、螺旋翼肋、外表面翼肋、 环形圏翼肋、非连续翼肋、纵向凹陷、环形凹陷、螺旋凹陷、外表面凹陷、 环形團凹陷、非连续凹陷或突出。8. 如权利要求3所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述灯管和所 述第二管中每个均包括螺旋翼肋，其中所述灯管的所述螺旋翼肋和所述第 二管的所述螺旋翼肋均沿相同方向螺旋或均沿不同方向螺旋。9. 如权利要求3所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述灯管或所 述第二管还包括翼肋，所述翼肋^^供所述灯管与所述第二管之间的至少部 分接触。10. 如权利要求3所述的脉沖宽带和/或紫外线(PUV)灯，包括间隔物，其中所述灯管与所述第二管通过所述间隔物被至少间断地连 接，并且其中所述间隔物调节所述灯管的至少一点处的至少一个径向压缩 或所述灯管的至少一点处的轴向压缩。11. 如权利要求10所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，所述间隔物 包括弹性物。12. 如权利要求10所述的脉冲宽带和/或紫外线(PUV)灯，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特M兰蒂斯，博里斯兹洛丁，彼得乌兰，弗拉基米尔普罗西尼克，加富尔扎伊涅夫，
申请(专利权)人：光束科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]