NO150220B - Anordning for kontinuerlig drift av en kvikksoelvdamplampe - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for kontinuerlig drift av en kvikksølvdamplampe i en avgrenset omhylling av kvarts som er avtettet ved begge ender, og en strømleder som rager ut fra hver av nevnte ender.

En vesentlig forbedring av fotopolymeriseringsprosesser kan oppnås hvis kjemiske belegg som skal herdes dekkes med en inert atmosfære når de utsettes for ultrafiolett stråling. Hovedkilden for ultrafiolett energi er en vanlig kvikksølv-damplampe. Kvikksølvdamplamper er relativt billige og relativt effektive som generatorer for elektromagnetisk stråling i det ultrafiolette bølgelengdeområde.

For samtidig å tilveiebringe en beskyttende atmosfære ved overflaten til belegget mens overflaten utsettes for bestrål-ing, er det nødvendig å anordne kvikksølvlampene i et avgrenset rom sammen med den inerte innretning. Hvis imidlertid en eller flere kvikksølvdamplamper, særlig lamper med høy watteffekt, plasseres i den avgrensende omhylling av den inerte omgivelse, vil tilstrekkelig varme utstråles til å bevirke at omgivelsestemperaturen på omhyllingen heves betydelig. Den økede temperatur i omgivelsene vil på sin side fremskynde svikt for lampen. Slik svikt er forårsaket av en ødeleggelse av de ledende elementer i lampen, og mer spesielt oksydasjon av molybdenstrimler, som er forseglet til kvartsomhy11ingen ved motsatte ender av lampen og utstrekker seg innvendig i lampen mot wolframelektrodene. Da den inerte anordning er beregnet på gjennomføring av inert gass inn i den avgrensende omhylling, vil det bare være naturlig å anta at konstruksjonen kan modifiseres, slik at den inerte gass får den ekstra virk-ning at den kjøler endene til kvikksølvlampene. Dette ville derved være analogt til andre kjente kvikksølvlampesystemer hvor det føres luft over og rundt endene til kvikksølvlampen for å tilveiebringe kjøling. For å tilveiebringe en egnet kjøling på denne måte, kreves imidlertid ikke bare en relativt stor strøm av gass, men en ubestemt strømning som vil variere med antall lamper som benyttes og deres watteffektegenskaper og vil ikke nødvendigvis gi en jevn kjøling. Følgelig vil denne kjølingsmetode, selv om den er anvendbar, ikke kunne tilpasses til et effektivt utstyr for tilføring av inert gass. Videre vil kravene til en høy gasstrømning bety en alvorlig

økonomisk ulempe som kan være meget uheldig for den kommersi-elle bruk av et fotoherdingssystem som er avhengig av en slik strømning. Det har vært gjort betydelige anstrengelser for å utforme et inert gasstildekningssystem, som f. eks. angitt i

US patent nr. 3807 052, som vedrører et apparat for en bestrål-ing av et beveget produkt hvor den nødvendige inerte atmosfære oppnås ved anvendelsen av en meget lav strøm av inert gass og er en av hovedgrunnene til at en inert atmosfære er blitt kommersielt godtagbar. Det foran nevnte patent vedrører en innretning for tilveiebringelse av en inert atmosfære som innbefatter en omhylling med et behandlingskammer som huser to strålingskilder, såsom flere kvikksølvdamplamper, og en innløps- og utløpstunnel som rager ut fra behandlingskammeret. Patentet angir viktigheten ved geometrien og plasseringen av injektoren for den inerte gass og dens orientering i innret-ningen for å oppnå en dynamisk inert atmosfære ved. lave strøm-mer, og patentet påpeker betydningen av en ikke turbulent strøm av inert gass gjennom omhyllingen.

Teoretisk har man funnet at problemet med overoppvarming av lampens forseglede ender kunne hindres fra innsiden av lampen ved å koble de elektrisk ledende elementer ved motsatte ender av lampen til et varmeutvekslende medium utenfor lampen.

Selv om denne kobling kan gjennomføres på flere forskjellige

måter, er den mest foretrukne gjennom en direkte ledende kobling. Denne teknikk tillater en direkte overføring av varmen fra molybdenelementene som er mest utsatt for oksydasjonsødeleggelse når lampen er i drift i omgivelse med øket temperatur uten å påvirke driftskarakteristikken for lampen. Det har vist seg at ved en ledende kobling på en forutbestemt måte ikke båre forseglingsfeil forhindres, men at lampen holdes i det vesentlige uavhengig av den ytre termiske omgivelse.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse ble det funnet at feil

i en kvikksølvdamplampe på grunn av dens begrensning i et optisk lukket rom, som resulterer i omgivelse med høy temperatur kan overvinnes ved en ledende kobling av de indre elektrisk ledende elementer i lampen til en utvendig plassert var-meavledning og regulering av temperaturen til varmeavledningen for å holde en "forseglingstemperatur" på mindre enn 400°C ved de motsatte ender av lampen. Uttrykket forseglingstemperatur er ment som temperaturen ved den forseglede forbindelsesflate mellom molybdenledningsstrimmelen og den omgivende kvarts ved enden av lampen.

Oppfinnelsen vedrører således en anordning for kontinuerlig drift av en kvikksølvdamplampe med høy watteffekt i en avgrenset omhylling av kvarts som er avtettet ved begge ender, og en strømleder som rager ut fra hver av nevnte ender, og anordningen er kjennetegnet ved kombinasjonen av de i og for seg kjente trekk, at a) hver leder er forbundet med en varmeavleder for å tilveiebringe en bane for leding av varme fra de forseglede ender, idet varmeavlederen har en temperatur under 100°C,

og at

b) varmeavlederne er plassert i så tett nærhet til, men frittliggende i forhold til de forseglede ender at de forseglede ender holdes ved en temperatur under 4 00°C-

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningen, som viser: fig. 1 et langsgående snitt som viser kvikksølvdamplampen utformet i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 2 et riss svarende til fig. 1 med lampen dreiet om 90° rundt en horisontal akse fra stillingen vist.på fig. 1,

fig. 3 et riss i forstørret målestokk av en av de forseglede ender på lampen som er vist på fig. 1 og 2,

fig. 4 et skjematisk riss av et foretrukket apparat for tilveiebringelse av en inert atmosfære, hvilket apparat innbefatter kvikksølvlampen som vist på fig. 1 og 2.

Anordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av fig. 1 og 2, som viser en vanlig kvikksølvdamplampe 10 og to endestykker 12 og 14, som er plassert hosliggende til hver ende på lampen 10.

Kvikksølvdamplampen 10 er f. eks. en 2,2 kw lampe av den type som fremstilles av "Sylvania Electric Products Inc." og har betegnelsen "No. H2200T4/24Q". Selv om det er vist en mellom-trykklampe med en spesiell utforming, er forbindelsen ikke be-grenset til denne lampetype, idet enhver vanlig kvikksølv-damplampe kan benyttes.

Den viste kvikksølvdamplampe 10 er forseglet ved hver ende 30 og 32, og mellom disse ender foreligger det en bueomhylling 16 av smeltet kvarts som omgir to wolframelektroder 18 og 20 som er plassert ved motsatte ende av lampen 10. Elektrodene 18 er forbundet ved den forseglede ende 3 0 til kraftlederen 22 over en mellomliggende materialstrimmel 24. Den forseglede forbindelse mellom de ledende elementer som består av wolf-ramelektroden 18, den mellomliggende strimmel 24 og kraftled-ningen 22, er vist tydeligere på fig. 3. På samme måte er elektroden 20 forbundet ved den forseglede ende 32 av lampen 10 med kraftlederen 26 over en mellomliggende materialstrimmel 28. Hver materialstrimmel 24 og- 28 er bygget opp av et bøyelig materiale som er elektrisk ledende og har et høyt smeltepunkt, såsom molybden. De forseglede ender 30 og 32 formes etter at lampen er fylt med argongass og en liten meng-de kvikksølv ved anvendelsen av vanlig kjente metoder, som f. eks. ved mekanisk sammenpressing av hver ende av lampen 10 til intim kontakt rundt de ledende strimler 24 og 28. Ved sammenpressing av endene for dannelse av en forsegling, vil endegeomtrien bli i det vesentlige rektanuglær. Alternativt kan endene til lampen 10 være vakuumtrukket og danne en lang-strakt hals som intimt omslutter molybdenstrimlene. Det er også vanlig å innkapsle de forseglede ender 30 og 32 i kera-misk materiale 35. Dessuten kan en metallisk ledende kappe plasseres over de forseglede ender 30 og 32 til lampen 10 og benyttes som en erstatning for de ytre kraftledere 22 og 26. Endestykkene 12 og 14, som er vist på fig. 1 og 2, er fortrinnsvis like i utforming og utformet av en del som er vist i form av en blokk som er termisk og fortrinnsvis elektrisk koblet til molybdenstrimlene 24 og 28. Endestykkene 12 og 14 virker, selv om de hovedsakelig er beregnet som varmeavledere, til å avskjerme de forseglede ender 30 og 32 for stråling, slik det skal forklares nærmere nedenfor, såvel som til over-føring av vekselstrøm til wolframelektrodene 18 og 20.

Den fysiske utforming og konstruksjonsmaterialene for hvert endestykke 12 og 14 er ikke kritisk for oppfinnelsen, forut-satt at de på egnet måte utøver virkningen til en varmeavleder, slik at de kan trekke tilstrekkelig varme fra de indre ledende elementer i lampen 10, og mer spesielt fra molybdenstrimlene 24 og 28 for å forhindre feil. For å oppfylle dette krav, må hvert endestykke konstrueres av et relativt godt termisk ledende materiale og ha en utforming som tillater en effektiv overføring av varme. Det er særlig foretrukket å benytte kraftledere 22 og 26 som virker som mellomliggende varmeoverføringsmedium fra molybdenstrimlene 24 og 28 til endestykkene 12 og 14. Den fysiske plassering av hvert endestykke 12 og 14 i forhold til de forseglede ender 30 og 32 på lampen 10 er kritisk' ved at hvis de er anbragt i for stor av-stand, vil den nødvendige kjøling for å unngå oksydasjon av de forseglede ender ikke bli oppnådd. Man har funnet at plasseringen av endestykkene 12 og 14 må være i en slik nærhet til de forseglede ender 3 0 og 32 at forseglingstemperaturen holdes under 400°C, og fortrinnsvis ikke over 350°C. For å holde forseglingstemperaturen ved dette nivå, er det også funnet nødvendig å sikre at temperaturen for endestykkene 12 og 14 holdes ved en temperatur som er betydelig lavere enn 350°C, og fortrinnsvis ikke over ca. 100°C. For å til-fredsstille dette krav, må endestykkene 12 og 14 kjøles med en kjølevæske, såsom vann. Graden av kjøling vil bestemme varmeuttakskraften.

Den foretrukne konstruktive utforming av endestykkene 12 og 14, som vist på fig. 1 og 2, omfatter en todelt konstruksjon med hver seksjon 50 og 52 sammensatt av et materiale som er termisk og fortrinnsvis elektrisk ledende, såsom kobber eller aluminium. De to seksjoner 50 og 52 er beregnet på å sammen-kobles med bolter 54 for å passe rundt en ende av lampen 10. Hver seksjon 50 og 52 innbefatter boringer for tildannelse når de to seksjoner er kombinert, av to konsentriske avtrappede deler 56, 58, inn i hvilke den kermiske tildekning 35 ved hver forseglede ende 3 0 og 3 2 kan plasseres før man foretar en fast sammenfesting av seksjoner, og de er også utstyrt med en boring gjennom hvilken kraftlederen til hver ende er ført inn. Det er også ønskelig å ha en temmelig nær toleranse for å oppnå god overflatekontakt mellom de forseglede ender 30 og 32

og deres endestykker med kraftlederne 22 og 26 og seksjonene 50 og 52 på hvert endestykke. En kanal 60 er plassert i den øvre seksjon på hvert stykke for å føre kjølevann fra en kilde (ikke vist) gjennom hvert endestykke. Kanalen 60 kan plasseres tilstrekkelig nær kraftlederne 22 og 26 for å opprettholde en effektiv varmeoverføringsgradient mellom de ledende strimler 24 og 28 og endestykkene.

Vekselstrøm tilføres til lampen 10 fra en kilde 62, som er forbundet over endestykker 12 og 14. Alternativt kan veksel-strøm tilføres direkte over kraftlederne 22 og 26, i hvilket tilfelle endestykkene ikke behøver å være elektrisk ledende.

De avtrappede deler 56 og 58 inn i hvilke de forseglede ender på lampen er anbragt, er fortrinnsvis av en lengde som er tilstrekkelig til å danne en strålingsbeskyttelse rundt molybdenstrimlene 24 og 28. Avskjermingen av molybdenstrimlene for refleksjonsstråling begrenser graden av indre kjøling for lampen 10, som ellers ville være nødvendig for å holde forseglingstemperaturen under 4 00°C.

Et foretrukket system hvor flere lamper 10 benyttes som kilde for ultrafiolett stråling i en inert omhylling er skjematisk vist på fig. 4. Et produkt P er beregnet på å føres gjennom den inerte omhylling 70 med en forutbestemt hastighet. Omhyllingen 70 omfatter et strålingskammer 72 som inneholder flere lamper, hvorav bare en er vist, og en innløps- og en utløsptunnel 74 og 76. Hver lampe 10 er anbragt, som vist på fig. 1, i endestykker 12 og 14, som på sin side er festet til kammeret 72. En reflektor 78 dekker delvis lampen 10 for til-bakeretting av utstrålt lys mot det passerende produkt P. Kjølevannet som føres gjennom endestykkene 12 og 14 kan også benyttes for å kjøle reflektoren 78. Atmosfæren i omhyllingen 70 reguleres ved gjennomgang av inert gass som mates fra sam-lekammeret 80 gjennom injektoren 82 for den inerte gass inn i omhyllingen 70. En ikke turbulent strøm av inert gass opp-rettholdes gjennom omhyllingen.

Ved anvendelse av oppfinnelsen for ledende overføring av varme ut fra de elektrisk ledende elementer i hver lampe 10 oppnås en vesentlig grad av termisk uavhengighet mellom lampene 10 og omgivelsestemperaturen i det optisk lukkede strålingskammer 72.

Claims (1)

1. Anordning for kontinuerlig drift av en kvikksølvdamplampe i en avgrenset omhylling av kvarts som er avtettet ved begge ender, og en strømleder som rager ut fra hver av nevnte ender,karakterisert ved kombinasjonen av de i og for seg kjente trekk, at a) hver leder (22, 26) er forbundet med en varmeavleder (12, 14) for å tilveiebringe en bane for leding av varme fra de forseglede ender, idet varmeavlederen (12, 14) har en temperatur under 100°C, og at b) varmeavlederne er plassert i så tett nærhet til, men frittliggende i forhold til de forseglede ender (30, 32) at de forseglede ender holdes ved en temperatur under 400°C.