专利名称：带有改进的灯体冷却系统的微波激励的紫外线灯系统的制作方法
本申请要求2000年4月7日的美国临时申请60/195,566的优先权，该申请所公开的内容在这里以参考的形式全文并入本申请。
在UV灯系统中，等离子灯泡由压缩空气冷却，而压缩空气由与灯系统相连的压缩空气源提供。在大多数灯系统的设计中，压缩空气必须穿过反射器到达微波腔中安装等离子灯泡的区域。在那些采用构成微波腔一部分的金属反射器的设计中，反射器有一排或多排纵向延伸的通孔穿过反射器，该通孔可使空气流向等离子灯泡。该纵向延伸的排孔与等离子灯泡的纵轴大体平行对齐，而且通孔可采用各种不同的形状和尺寸。
作为选择，当反射器由带有涂层的玻璃制成时，由于费用太高通常不在玻璃上形成通孔，此时反射器通常由两个反射板构成，而在反射板之间形成一条纵向延伸的槽，该槽与等离子灯泡的纵轴大体对齐。在这种反射器结构中，所述槽在操作上可使空气流向等离子灯泡，使得气流分向灯泡的相对纵向两侧，从而将灯泡冷却。然而，这种反射器结构有一个缺点，即气流不能有效地完全包绕灯泡的外表面，所以灯泡的区域，特别是灯泡远离所述槽的下侧区域，就不能为气流所充分冷却。从而造成等离子灯泡的使用寿命降低和/或必须增加穿过槽的气流量以使灯泡充分冷却。
因此需要一种反射器，该反射器在结构上能够使空气有效地流向微波激励的紫外线灯系统中的等离子灯泡，从而冷却该灯泡。还需要一种反射器，该反射器在结构上能够在预定的功率水平减少等离子灯泡工作所需的冷却气流量。还需要有一种反射器，该反射器在结构上能够提高等离子灯泡的使用寿命。
根据本发明的一个方面，反射器包括一对相对安装的反射板，即在微波腔中形成镜像相对的关系，并与等离子灯泡隔开。一个纵向延伸的中间部件相对于这对反射板和等离子灯泡间隔安装。这对反射板和该中间部件组合安装而形成一对纵向延伸的槽，该槽在操作上能使空气流向等离子灯泡。这对槽相对于等离子灯泡定位，使得气流可有效地将等离子灯泡的外表面完全包绕。这对槽在定向上可使空气沿着等离子灯泡的相对纵向两侧流动，然后大体汇聚于灯泡下面远离这对槽的区域。
根据本发明的另一方面，这对纵向延伸的槽可大体平行对齐而偏离等离子灯泡的纵轴。作为选择，每一个纵向延伸的槽可以具有正弦曲线形的或其它的结构，该结构在操作上同样可使空气流向灯泡，使气流有效地将灯泡的外表面完全包绕，从而冷却该灯泡。
根据本发明的另一方面，将反射器设置为包括一对相对安装的反射板，该对反射板连接到中间部件的相对纵边上。在这种结构的反射器中，中间部件包括形成于其中的多个通孔，这些通孔在操作上可使空气流向等离子灯泡，从而使气流有效地将灯泡的外表面完全包绕起来。该孔可设置成纵向延伸的两排，每一排都大体平行而偏离等离子灯泡的纵轴。其中一排的孔可相对于另一排的孔交错布置。
结合附图及说明，本发明的上述和其它目的和优点将更加清楚。
图1是根据本发明原理的微波激励的紫外线灯系统的立体图；图2是图1中紫外线灯系统沿图1中的线2-2所得的剖面图；图3是根据本发明的第一个方面，用于图1中紫外线灯系统的反射器的俯视图；图3A是沿图3中线3A-3A所得的剖面图；图4类似于图3，其展示的是根据本发明第二方面的反射器；图4A是沿图4中线4A-4A所得的剖面图；图5类似于图3，其展示的是根据本发明第三方面的反射器；图5A是沿图5中线5A-5A所得的剖面图；图6类似于图3，其展示的是根据本发明第四方面的反射器；图6A是沿图6中线6A-6A所得的剖面图；图7类似于图3，其展示的是根据本发明第五方面的反射器；图7A是沿图7中线7A-7A所得的剖面图；图8类似于图3，其展示的是本发明根据第六方面的反射器；图8A是沿图8中线8A-8A所得的剖面图。
优选实施例详述参见附图，所示为根据本发明原理的微波激励紫外线(UV)灯系统或光源10。光源10包括一对微波发生器，即所示的一对磁控管12，其中每一个磁控管12都通过各自的波导16耦合到纵向延伸的微波腔14。每个波导16都具有一个出口18，每个出口与微波腔14的一个上端相连，从而将上述一对微波发生器12所发出的微波通过沿纵向间隔开而相邻且相对的微波腔14的两个上端耦合进微波腔14。如公知的那样，无电极等离子灯20以密封而纵向延伸的等离子灯泡的形式，安装在微波腔14中并靠近微波腔14的上端。尽管未示于图中，但可以看出光源10安装在本领域普通技术人员所公知的箱体或壳体中，该箱体或壳体包括一个压缩空气源，在操作上可将气流导入微波腔14中以冷却等离子灯泡20，如图2中的箭头22所示，这一点将在下面详细论述。
如图2中箭头24所示，光源10在设计和结构上可使这对微波发生器12发出的微波耦合到微波腔14中并充分激励等离子灯泡20，从而从微波腔14的底端发出紫外线辐射。尽管这里所展示并描述的是一对磁控管12，应认识到，光源10还可以仅包括一个磁控管12来激励等离子灯泡20，同样这也不背离本发明的精神和范围。
光源10包括一个启动灯泡(starter bulb)20和一对变压器28，其中每一变压器28都在电气上耦合至相应的一个磁控管12，从而如本领域技术人员所公知的那样使磁控管12的灯丝通电。磁控管12安装到波导16的入口30，使得磁控管12所产生的微波通过波导16上沿纵向隔开的出口18而射入微波腔14。优选使两个磁控管12的频率不同或有少量偏差，从而防止两者在光源10的运行过程中形成耦合。
参见图1和图2可最清楚地看出，微波腔14包括一个大体水平的顶壁32、一对基本垂直相对的端壁34以及一对大体垂直相对的侧壁36，其中每个侧壁36都在垂直相对的端壁34之间沿纵向而在等离子灯泡20相对的两侧延伸。微波腔14还包括倾斜壁38，其从侧壁36向上朝内斜向顶壁32。微波腔14的上端设置有一对开口40，该开口40与波导16的出口18对齐并相连。通过这种方式，即将这对微波腔14所产生的微波就耦合微波腔14中，并以足够能量激励等离子灯泡20来发射出紫外线辐射。当然，可能还有其它结构的微波腔14，其并不背离本发明的精神和范围。
根据本发明的原理，在微波腔14中装有一个沿纵向延伸的反射器42，用以将等离子灯泡20发射的紫外线辐射24从微波腔14的底端反射到一个基体上(图中未示)。反射器42在横断面上最好具有椭圆形结构，不过抛物形或其它的横断面结构也不背离本发明的精神和范围。在微波腔14底端安装网筛44，该网筛可使发射出的紫外线辐射24透过，但使这对磁控管12所产生的微波不能透过。
根据本发明的一个方面，如图2、3和3A所示，反射器42包括一对纵向延伸的反射板46，该反射板相对安装，即在微波腔14中形成镜像对称关系，而且与等离子灯泡20间隔开。每个反射板46都优选由带有涂层的玻璃制成，当然也可采用其它反射性和热力性合适的材料。当采用涂层玻璃时，例如每个反射板46都可使该对磁控管12所产生的微波透过，但使等离子灯泡20所发出的紫外线辐射24不能透过且将其反射。
这对反射板46通过一对纵向间隔开的固定器48安装在微波腔14中(图2)，并且每一固定器48的底端都支撑在大体水平而向内伸出的凸缘50上，该凸缘50从腔室的每一侧壁36向内伸出。根据本发明的一个方面，有一个纵向延伸的中间部件52通过一对槽54安装在微波腔14中，该对槽54形成于固定器48内(图2)。如图2、3和3A所示，中间部件52相对于反射板46和等离子灯泡20间隔安装。中间部件52可由玻璃如PYREX制成，并且可以不进行涂镀，从而对等离子灯泡20发射出来的紫外线辐射24不具有反射性。
再看图2、3和3A，每一个反射板46都包括一个纵向延伸的边56，该边56与各自反射板46的纵轴线大体平行。中间部件52包括一对纵向延伸的相对的边58，该边58与中间部件52的纵轴线大体平行。反射板的每个边56和中间部件的每个边58都最好分别具有垂直的面60和62，该面与等离子灯泡20的纵轴大体平行。
当这对反射板46和中间部件52组装到微波腔14中，形成反射器42时，反射板46的边56和中间部件52的边58之间就构成了一对纵向延伸并分隔开的槽64。根据本发明的原理，这对纵向延伸并分隔开的槽64在操作上可使以箭头22表示的空气从压缩空气源(图中未示)流向等离子灯泡20。槽64最好大体平行对齐而偏离等离子灯泡20的纵轴，使得气流22有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕，从而冷却等离子灯泡20。这对槽64在方向上应使空气沿等离子灯泡20纵向相对的侧壁流动，并大体在远离这对槽64的等离子灯泡20下方区域汇聚。
如图2、3和3A所示，中间部件52尽管相对其纵轴而沿横向轻微弯曲，但大体上是矩形长条材料，并且具有如图3和3A所示的大体矩形的横截面结构。作为选择，根据图6和6A所示的本发明另一方面，纵向延伸的中间部件52a可采用玻璃杆的形式，其横截面大体为圆形结构。根据本发明的这一方面，中间部件52a还在位置上相对于这对反射板46和等离子灯泡20分开设置。中间部件52a的纵轴大体平行于相应反射板46的纵轴。
当这对反射板46和中间部件52a组装到微波腔14中，形成图6和6A所示的反射器42a时，反射板46的边56和中间部件52a的圆柱面66之间就构成了一对纵向延伸并分开的槽64a。这对纵向延伸并分开的槽64a在操作上可使空气如上面参考图2、3和3A所作描述一样流向等离子灯泡20。该槽64a最好大体平行对齐而偏离等离子灯泡20的纵轴，使得气流有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕，从而冷却等离子灯泡20。当然，其它形状的中间部件52a也可能会产生类似的效果，这同样不背离本发明的精神和范围。
现参见图4和图4A，图中所示为根据本发明的另一方面的沿纵向延伸的反射器42b。反射器42b包括一对沿纵向延伸的反射板46b，它们在微波腔14内相对地而与等离子灯泡20分开地布置。纵向延伸的中间部件52b与这对反射板46b间隔开且与等离子灯泡20间隔开安装。
每个反射板46b都包括一个纵向延伸的边56b，该边56b沿其纵向有一个或多个凸起68和/或凹槽70。中间部件52b包括一对纵向延伸的相对的边58b，每个边58b都沿其纵向有一个或多个凸起74和/或凹槽76。如图4所示，反射板的边56b和中间部件的边58b大体具有正弦曲线结构，并且沿反射板的边56b所形成的凸起68与沿着中间部件的边58b所形成的凹槽76相对布置。
当这对反射板46b和中间部件52b组装到微波腔14中，形成反射器42b时，反射板46b的边56b和中间部件52b的边58b之间就形成了一对纵向延伸并分开的槽64b。这对纵向延伸并分开的槽64b在操作上可使空气流向等离子灯泡20，从而使气流有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕。如图4所示，每一个槽64a大体都具有正弦曲线结构并大体偏离等离子灯泡20的纵轴。槽64b构造为可使空气气流沿等离子灯泡20的纵向长度而变化。当然，其它结构的反射板边56b和中间部件边58b所形成的一对槽64b也可能产生类似的效果，这也不背离本发明的精神和范围。
现在参见图5和图5A，图中所示为根据本发明的另一方面的沿纵向延伸的反射器42c。与上面所大体描述的反射器42、42a、42b相同，反射器42c有一对沿纵向延伸的反射板46c和一个沿纵向延伸的中间部件52安装在微波腔14中。在本实施例中，每个反射板46c都沿着边56c的轴向设置有一个或多个凸起68c和/或凹槽70c。中间部件52包括一对纵向延伸的相对的边58，每个边58都大体平行于中间部件52的纵轴。反射板46c相对于中间部件52间隔安装，从而使沿一个反射板边56c形成的凸起68c与沿着另一反射板边56c形成的凸起68c构成相对关系。
当这对反射板46c和中间部件52组合安装到微波腔14中，形成反射器42c时，反射板46c的边56c和中间部件52的边58之间就形成了一对纵向延伸并分开的槽64c。这对纵向延伸并分开的槽64c在操作上可使空气流向等离子灯泡20，从而使气流有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕。如图5A所示，每一个槽64c都沿着等离子灯泡20的长度方向有一个增大的区域76，使得更多空气流到等离子灯泡20长度方向的特定区域。最好，这些气流量增大的区域与等离子灯泡20的加热区域大体重合。
图8和图8A所示为本发明另一个方面的纵向延伸的反射器42d。大体如上面所描述的反射器42和反射器42a～c一样，反射器42d有一对沿纵向延伸的反射板46和一个沿纵向延伸的中间部件52d安装在微波腔14中。在本实施例中，每个反射板46都有一个纵向延伸的边56，边56与反射板46的纵轴大体平行。中间部件52d包括一对纵向延伸的相对的边58d，并且每个边58d都带有一个或多个凸起72d和/或凹槽74d。
当这对反射板46和中间部件52d组合安装到微波腔14中，形成反射器42d时，反射板46的边56和中间部件52d的边58d之间就形成了一对纵向延伸并分开的槽64d。这对纵向延伸并分开的槽64d在操作上可使空气流向等离子灯泡20，从而使气流有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕。如图8A所示，每一个槽64c都具有增大的区域76d，沿等离子灯泡20的长度而使区域76d定位，使得更多空气流到等离子灯泡20长度方向的特定区域。最好，这些气流量增大的区域与等离子灯泡20的加热区域大体重合。
现在参见图7和图7A，图中所示为根据本发明又一方面的沿纵向延伸的反射器42e。在本实施例中，反射器42e有一对沿纵向延伸而相对布置的反射板46e，该反射板46e沿其相对的纵边58e与一个中间部件52e相连。该中间部件52e可由氟聚物如TEFLON制成，并且可以不具备反射性。反射板46e和中间部件52e相对于等离子灯泡20间隔安装在微波腔14中。中间部件52e包括有通孔78，孔78在操作上可使空气流向等离子灯泡20，使得气流有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕，从而对等离子灯泡20进行冷却。孔78沿纵向至少布置成两行80。每一行都优选与等离子灯泡20的纵轴平行对齐而偏开一定的距离。如图7所示，其中一行80相对于另一行80的孔78可交错布置。当然，其它结构的孔78和行80也有可能获得相同的结果，其也在本发明的精神和范围之内。
本发明的反射器结构通过使气流有效地将等离子灯泡20的外表面完全包绕而使等离子灯泡20的冷却性能有所提高。每种结构的反射器都包括一对纵向延伸的槽，该槽使空气以所需方式流向等离子灯泡20。本发明的反射器结构能够有效地对等离子灯泡20进行冷却，从而在预定的功率水平上减少等离子灯泡20工作所需的冷却气流量。此外，本发明反射器所提供的有效冷却能够延长等离子灯泡20的使用寿命。
尽管这里是以各种实施例的方式对本发明进行了详细地说明，然而申请人并不想将后面权利要求书所请求保护的范围限定到如此的详细。显然，本领域的普通技术人员很容易对其做出其它的修改。因此，从广义上讲本发明并不限于特别的细节、代表装置和方法以及所展示的实施例。所以，在本发明的精神和范围之内可以抛开这些细节。本申请所请求保护的范围由权利要求书确定。
权利要求
1.一种在带有等离子灯泡的微波激励紫外线灯系统中使用的反射器，其包括一个沿纵向延伸的第一反射板，其适于对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；一个沿纵向延伸的第二反射板，其适于对所述第一反射板以相对的关系安装，而对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；以及一个沿纵向延伸的中间部件，其适于同所述的第一和第二反射板以及该等离子灯泡以间隔开的关系安装，所述的第一和第二反射板以及所述中间部件在组合安装后构成一对纵向延伸的槽，该槽在操作上能使空气流向该等离子灯泡。
2.如权利要求1的反射器，其中所述的第一和第二反射板中的每一个反射板都具有一个纵向延伸的边，该边平行于对应的所述反射板的纵轴。
3.如权利要求1的反射器，其中所述的第一和第二反射板中的每一个反射板都具有一个纵向延伸的边，每一所述边都构造为沿其长度方向至少具有一个凸起或凹槽。
4.如权利要求1的反射器，其中所述中间部件具有一对纵向延伸的相对的边，并且每条该边都平行于所述中间部件的纵轴。
5.如权利要求2的反射器，其中所述中间部件具有一对纵向延伸的相对的边，每一所述边都构造为沿其长度方向至少具有一个凸起或凹槽。
6.如权利要求3的反射器，其中所述中间部件具有一对纵向延伸的相对的边，每一所述边都构造为沿其长度方向至少具有一个凸起或凹槽。
7.如权利要求6的反射器，其中沿所述的第一和第二反射板的板边长度方向所形成的所述至少一个凸起适于以相对关系而安装到沿所述中间部件的每条边长度方向所形成的至少一个凹槽中。
8.如权利要求6的反射器，其中所述的第一和第二反射板以及所述中间部件的所述每一条纵向延伸的边都大体为正弦曲线结构。
9.如权利要求1的反射器，其中所述中间部件在横截面上大体为矩形结构。
10.如权利要求1的反射器，其中所述中间部件在横截面上大体为圆形结构。
11.如权利要求1的反射器，其中所述中间部件不具有反射性。
12.一种在带有等离子灯泡的微波激励紫外线灯系统中使用的反射器，其包括一个沿纵向延伸的第一反射板，其适于对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；一个沿纵向延伸的第二反射板，其适于对所述第一反射板以相对的关系安装，而对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；以及一个沿纵向延伸的中间部件，其与所述的第一和第二反射板连接，并适于同该等离子灯泡以间隔开的关系安装，所述中间部件具有多个通孔，这些通孔在操作上能使空气流向该等离子灯泡。
13.如权利要求12的反射器，其中所述中间部件至少具有两排沿纵向延伸的通孔。
14.如权利要求13的反射器，其中一排所述沿纵向延伸的孔相对于另一排所述沿纵向延伸的孔交错布置。
15.如权利要求12的反射器，其中所述中间部件不具有反射性。
16.一种用来产生紫外线的装置，包括一个纵向延伸的微波腔；一个纵向延伸的等离子灯泡，其安装在所述微波腔中；至少一个微波发生器，其与所述微波腔相连，并在操作上能在所述腔内产生微波能量场，从而激励所述等离子灯泡而从所述腔的底端发射出紫外线辐射；安装在所述微波腔内的一个反射器，其在操作上反射所述等离子灯泡产生的紫外线辐射，所述反射器包括一个沿纵向延伸的第一反射板，其适于对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；一个沿纵向延伸的第二反射板，其适于对所述第一反射板以相对的关系安装，而对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；以及一个沿纵向延伸的中间部件，其适于同所述的第一和第二反射板以及该等离子灯泡以间隔开的关系安装，所述的第一和第二反射板以及所述中间部件在组合安装后构成一对纵向延伸的槽，该槽在操作上能使空气流向该等离子灯泡。
17.一种用来产生紫外线的装置，包括一个纵向延伸的微波腔；一个纵向延伸的等离子灯泡，其安装在所述微波腔中；至少一个微波发生器，其与所述微波腔相连，并在操作上能在所述腔内产生微波能量场，从而激励所述等离子灯泡而从所述腔的底端发射出紫外线辐射；安装在所述微波腔内的一个反射器，其在操作上反射所述等离子灯泡产生的紫外线辐射，所述反射器包括一个沿纵向延伸的第一反射板，其对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；一个沿纵向延伸的第二反射板，其对所述第一反射板以相对的关系安装，而对该等离子灯泡以间隔开的关系安装；以及一个沿纵向延伸的中间部件，其与所述的第一和第二反射板连接，并适于同该等离子灯泡以间隔开的关系安装，所述中间部件具有多个通孔，这些通孔在操作上能使空气流向该等离子灯泡。
18.一种冷却微波激励紫外线灯系统中的等离子灯泡的方法，该系统具有一个反射器，该反射器带有一对纵向延伸的槽，所述方法包括使空气通过其中一个所述沿纵向延伸的槽流向该等离子灯泡；使空气通过其中另一个所述沿纵向延伸的槽流向该等离子灯泡；以及使气流有效地将该等离子灯泡的外表面完全包绕，从而冷却该等离子灯泡。
19.如权利要求18的方法，其进一步包括使空气通过这对槽流到该等离子灯泡的相对纵向侧面的步骤。
全文摘要
一种反射器(42)，其用于以微波激励的具有等离子灯泡(20)的紫外线灯系统(10)。该反射器(42)包括一对纵向延伸的反射板(46)，该反射板为相对布置，即相对于等离子灯泡(20)镜像对称。在这对反射板(46)和等离子灯泡(20)之间安装有一个沿纵向延伸的中间部件(52)。反射板(46)和中间部件(52)构成了一对纵向延伸的槽(64)，该槽在操作上可使空气流向等离子灯泡(20)从而有效地将灯泡的外表面完全包绕。作为选择，这对反射板(46e)可与中间部件(52e)沿纵向延伸的边(58e)相连。该中间部件(52e)包括多个通孔，这些通孔在操作上可使空气流向灯泡(20)从而有效地将灯泡的外表面完全包绕。本发明还公开了一种在微波激励的紫外线灯中冷却等离子灯泡(20)的方法。
文档编号H05B41/24GK1422436SQ01807698
公开日2003年6月4日 申请日期2001年4月6日 优先权日2000年4月7日
发明者J·W·施米肯斯, J·M·博苏克 申请人:诺德森公司