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원편파를 이용한 무전극 고압 방전 램프 시스템에 관한 연구
A Study on Electrodeless HID Lamp Systems Using Circularly Polarized Microwaves 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.24 no.12, 2010년, pp.214 - 220  

김경신 (중앙대학교 전기전자공학부) ,  김진중 (태원전기산업(주) 조명기술연구소) ,  이승철 (중앙대학교 전기전자공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the results of a study on an electrodeless high intensity discharge (HID) lamp system that is powered by circularly polarized microwaves (CPMs). The technique to generate CPMs enables an electrodeless high intensity discharge lamp to be turned on without the retation of the bulb ...

주제어

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제안 방법

  • 2,000시간의 실험 또한 연속적으로 점등시킨 것이 아니라, 실제 사용하는 방식으로 하루 8시간씩 점등하는 방식으로 1년 동안 측정한 자료이다.
  • 광 측정 장비로는 광 스펙트럼은 Acton Research사의 스펙트로미터(SpectraPro 500i)로, 상관색온도와 평균연색성 지수는 Photo Research사의 컬러리미터(PR- 650)로 측정 하였으며, 광속은 PIMACS사의 적분구( NeoLight PL5000)를 이용하여 측정하였다.
  • 본 논문에서는 선편파에 의한 램프의 국부적 파손을 해결하는 방법으로 원편파(circularly polarized microwaves ; CPMs)방전을 도입하였고[13-14], 원편파 도파관을 포함한 무전극 고압 방전 램프(electrodeless high intensity discharge lamp ; ELS-HID lamp)시스템을 실제 제작하여, 광 특성 측정을 통해 무전극 원편파 방전 램프 시스템의 특성을 설명하였다.
  • 본 연구는 무전극 방전 램프의 플라즈마 전도율 구하여, 무전극 방전 램프 시스템에 원편파를 적용할 수 있었다. 원편파를 적용함으로써 기존의 기술 문제점을 해결 하였으며, 무전극 원편파 방전 램프의 광 특성을 측정, 분석할 수 있었다.
  • 본 연구는 무전극 방전 램프의 플라즈마 전도율 구하여, 무전극 방전 램프 시스템에 원편파를 적용할 수 있었다. 원편파를 적용함으로써 기존의 기술 문제점을 해결 하였으며, 무전극 원편파 방전 램프의 광 특성을 측정, 분석할 수 있었다.
  • 위에서 구한 램프의 Plasma 전도율을 사용하여, 전자파 해석 시뮬레이션 프로그램인 CST사의 microwave studio를 이용하여, 3D 모델링을 통해 원편파도파관의 구조, 길이, 각도 등을 조정하여, 원편파 발생 조건이 되도록 설계하였다.
  • 이러한 문제점을 해결하기 위해 무전극 방전 램프 시스템에 원편파 도파관을 설계하여 적용하였다.
  • 전도율 측정 방법은 램프 위치와 3-stub를 고정 한 후 반사계수를 측정하고, 다시 3-stub를 변경시켜 도파관의 임피던스를 변화시킨 후 반사계수를 측정한다. 위 과정을 수차례 반복하여 측정 데이터를 얻어야 하며, 이 때 3-stub의 도파관 삽입 깊이를 정확히 알아야 한다.

대상 데이터

  • 본 실험에 사용된 램프는 석영(quartz)으로 만들어진 구형 램프로, 내부에 수십 mg의 InBr 와 수 torr의 Ar을 채워 제작하였고, 고주파 발생장치로는 1[kW] 급, 2.45[GHz]대의 마그네트론을 사용하였다.
  • 표 1은 반사계수 측정값과 시뮬레이션 결과 값을 비교한 것이다. 실험과 시뮬레이션에 사용한 주파수는 2.45[GHz]이고, 화합물은 InBr, 석영 벌브의 직경은 32[mm]이고, 입사파의 전력은 약 620[W]이다. 표 1처럼 plasma 전도율을 0.

이론/모형

  • 도파관 구조는 십자형 모양을 기초로 설계 되었다. 중심에서 일정 각만큼 회전되어 있고.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무전극 고압 방전 램프는 무엇인가? 무전극 고압 방전 램프는 전극 없이 방전 되는 조명용 광원 시스템으로 획기적인 기술로 인식되어 왔으며, 무전극 방전 램프는 방전구 안에 전극이 없기 때문에 재래식 전극 램프에 비해 많은 장점을 갖고 있다[1-2]. 예를 들면, 전극이 없어 램프 자체의 수명이 20,000시간 이상으로 길며, 수명 기간 동안 광속 유지율이 5[%] 이내로 거의 일정하다.
무전극 고압 방전 램프가 재래식 전극 램프에 비해 많은 장점이 있는 이유는? 무전극 고압 방전 램프는 전극 없이 방전 되는 조명용 광원 시스템으로 획기적인 기술로 인식되어 왔으며, 무전극 방전 램프는 방전구 안에 전극이 없기 때문에 재래식 전극 램프에 비해 많은 장점을 갖고 있다[1-2]. 예를 들면, 전극이 없어 램프 자체의 수명이 20,000시간 이상으로 길며, 수명 기간 동안 광속 유지율이 5[%] 이내로 거의 일정하다.
무전극 고압 방전 램프의 장점은? 무전극 고압 방전 램프는 전극 없이 방전 되는 조명용 광원 시스템으로 획기적인 기술로 인식되어 왔으며, 무전극 방전 램프는 방전구 안에 전극이 없기 때문에 재래식 전극 램프에 비해 많은 장점을 갖고 있다[1-2]. 예를 들면, 전극이 없어 램프 자체의 수명이 20,000시간 이상으로 길며, 수명 기간 동안 광속 유지율이 5[%] 이내로 거의 일정하다. 방전구 안의 전극과 플라즈마간의 화학적 반응으로 인한 전극 부식과 램프 흑화를 발생시키지 않고, 전극과 유리간의 진공 접합을 필요로 하지 않아, 무전극 램프의 제작 공정은 재래식 전극 램프보다 훨씬 더 단순하며, 형광 물질을 사용하지 않는 비(非)형광 광원이다. 또한, 수은과 같은 유해 물질을 사용하지 않으므로, 수은 및 유해 물질을 발생하지 않는 친환경적이다.
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참고문헌 (15)

  1. Stephan Offermanns, “Electrodeless high-pressure microwave discharges”, J. Appl. Phys. 67, 1990. 

  2. D .O. Wharmby, “Electrodeless lamps for lighting: a review”, IEE Proceedings-A, pp. 465-473, 1993. 

  3. B. P. Turner, M. G. Ury, Y. Leng, W. G. Love, “Sulfur Lamps?Progress in Their Development”, IES Annual Conference, Paper 87, 1995. 

  4. W. P. Lapatovich, “Novel Microwave Powered high Intensity Discharge Lamps”, the 7th Int. Symp. on Light Sources, No. 42, I, pp. 139-148, 1995. 

  5. B. P. Turner, “Progress in sulfur lamp technology”, the 7th Int. Symp. on Light Sources, No. 35, 1996. 

  6. Jin J. Kim, et al., Proc. The 9th Int. Symp. on Light Sources, p. 123, 2001. 

  7. Jin J. Kim, IEEE International Conference on Plasma Science, p. 318, 2002. 

  8. C. W. Johnston, H. W. P. van der Heijden, J J A M van der Mullen, “A self-consistent LTE model of a microwave-driven, high-pressure sulphur lamp”, J. Appl. Phys. 35, 2002. 

  9. Jin J. Kim, J. T. Ko, Dong H. Won, S. S. Kim, and H-Y Chang, Appl. Phys. Lett. 84, 2004. 

  10. 김진중, 박기준, 구선근, “무전극 황전등 연구개발 최종 보고서”, 한국전력연구원, 1998. 

  11. Jin Joong Kim, “Light Sources Excited by Micro-wave High Intensity Discharges”, The 10th Int, Symp. on Light Sources, p. 85, 2004. 

  12. A. M. Donald, B. P. Turner, J. T. Dolan, D. A. Kirkpatrick, and Y. Leng, “High frequency inductive lamp and power oscillator”, U.S. Patent, 6,137,237. 

  13. J. J. Kim, K. S. Kim, K. S. Oh, D. H. Won, H. S. Yoon, “An electrodeless HID sulfur lamp system using a non-rotating bulb excited by circularly polarized micro wave discharges”, the 11th Int. Symp. on Light Sources, 2007. 

  14. K. S. Oh, J. J. Kim, K. S. Kim, D. H. Won, H. S. Yoon, “Generation of circularly polarized microwave to power electrodeless HID lamp systems”, 11th Int. Symp. on Light Sources, 2007. 

  15. D. M. Pozar, “Microwave Engineering”, John Wiley & Sons, Inc., N. Y., 1997. 

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