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  1. 2013.03.08 경화용 UV 램프 및 램프 구조

 

UV는 에너지가 높기 때문에 이 높은 에너지를 이용하기 위해 여러 산업분야에서 여러가지 UV 램프가 사용되고 있습니다. 오존 발생, 살균, UV경화, 광분해, 광합성, 노광, 표면 세정/개질 등 uv의 작용과 목적에 따라 여러가지의 uv 램프가 있습니다. 사용하는 용도에 따라 램프의 직경, 길이, 전극의 구조, 베이스(소켓부분)의 모양과 구조가 각각 다릅니다.
UV의 에너지가 높기 때문에 높은 에너지를 이용하기 위해 여러 산업분야에서 uv 램프가 사용되고 있습니다.
1). 석영관 : 직경 15-35mm의 석영관을 사용하여 만들며, 대부분의 램프는 외경 24.5-25mm의 석영관을 사용하여 만듭니다.
2). 발광 물질 : 램프 내부에는 램프 종류에 따라 수은 혹은 Metal halide salt 라는 발광 물질이 들어 있어서, 좌우의 전극에 전기가 공급되면 수은 혹은 Metal halide가 발광합니다.
**수은 혹은 Metal halide salt의 분자가 전자 충격을 받아 외곽 전자가 여기 되었다가 원래의 궤도로 복귀하면서 전자 충돌시 받은 에너지를 전자기파의 형태로 방출하는데 이러한 과정에서 빛이 나오므로 불이 켜지는 과정을 “발광”이라고 합니다.
3). 전극 : 램프 내부에는 텅스텐으로 된 전극이 램프 중심을 향하여 1개씩 있다 외부에서 공급되는 전기를 램프 내부로 연결시켜주는 통로입니다. 공급된 전기는 전자의 흐름이며, 전기가 공급되면 전극의 끝 부분에서 열전자가 방출되고, 이 열전자는 램프 내부의 수은 원자 궤도의 전자와 충돌하여 원자 궤도의 전자가 원래 위치로 복귀하면서 에너지를 전자기파의 형태로 방출합니다. 이 때 나오는 전자기파 중에서 파장이 100-370nm인 전자기파가 바로 uv입니니다. 전극은 온도가 2800-3000도로 높아지므로 고온에서 견딜 수 있는 텅스텐으로 만듭니다. 전극의 핵심은 저온에서 전자를 잘 방출하며, 불순물에 의해 전극이 산화되거나 파손되지 않도록 설계하고, 제작합니다.
**.좌우 전극의 끝 부분에서 맞은편 전극의 끝부분 까지의 길이를 극간거리 혹은 발광장(Arc Length)라고 부릅니다.
4). 버퍼 gas : 석영관의 내부에는 눈에는 보이지 않지만 아르곤, 크세논, 헬리움, 크립톤 등의 완충 가스가 수-수백 Torr 들어 있습니다. 완충 가스의 종류와 량에 따라 특정한 파장이 두껍게 혹은 얇게 나오고, 점등 전압, 흑화 진행 속도가 달라집니다.
5). 베이스 : 램프에는 수백-수천 볼트의 고전압이 인가되므로 전기가 도입되는 부분은 고압에 충분히 견뎌야 하고, 석영관은 유리처럼 잘 깨어지기 쉬운 재질이므로 석영관을 보호할 필요가 있습니다. 이러한목적으로 사용되는 것이 램프 베이스입니다. 램프 베이스는 보통 세라믹으로 되어 있으며, 황동 혹은 니켈 도금한 황동을 사용하는 램프도 있습니다.
**램프 베이스는 램프 제조회사별, 램프 모델 별로 수십 수백 가지의 모양과 크기가 있으며, 램프 구입처를 변경할 때는 베이스 모양을 알려 주는 것이 좋습니다.
6). 전선 : 램프에 전기를 인가해 주는 도체 입니다. 램프에는 수백-수천 볼트의 고전압이 인가되는데 안정기(파워 서플라이)에서 나오는 고압 전원을 램프에 연결 시켜 주어야 합니다.
**전선은 고전압과 고온을 견딜수 있는 실리콘 전선 혹은 테프론 전선이 사용됩니다.
7). 열 반사막 : 램프가 정상적으로 작동하기 위해서는 전극 주위의 온도가 800-900도로 높아야 하고, 이 부근의 온도를 높게 유지해 주어야 합니다. 그러나 전극에서 발생된 열은 투명한 석영관을 통하여 외부로 손실되므로 전극이 냉각되는데, 전극의 열손실을 방지하기 위해 열을 반사할 수 있는 열 반사막이 필요합니다. 열 반사막은 전극 주위 외부에 황색 혹은 백색의 알루미나 혹은 금 박막을 형성시켜 만듭니다.
한편, UV 램프에서는 고열이 발생하므로, 램프를 냉각 시키기 위해 차가운 공기를 공급하거나, 주위의 더운 공기를 배출해야 하는데 이때 전극도 지나치게 냉각되어 램프 내부의 수은이 응축되어 찬 석영관의 내벽에 응축하는 현상이 생깁니다. 수은이 석영관의 내벽에 응축되면 램프가 제대로 발광되지 않고 희미해 지므로 uv 경화가 되지 않습니다. 이러한 현상을 “과냉(過冷 : Overcooling)이라고 하며, 과냉을 막기 위해 전극 외부에 황색 혹은 백색의 “열반사막”이 코팅되어 있습니다.

 

 

 

 

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