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모든 램프는수명이 길수록 좋으나 실제로는 수시간에서 최대 18,000시간 정도 사용하는 램프까지 있다.
가. 수명의 정의
필라메트형 램프(저항램프 : 백열등, 할로겐 램프)나 방전등으로 막론하고 램프는 그 자체의 고유한 수명이 있다.램프의 수명이란 램프를 실제로 사용하여 불이 켜지지 않거나 불의 밝기가 초기에 비해서 현격히 어두워졌을 때까지를 말한다.
※ 수명종료
가. 불의 밝기가 초기 100Hr의 75%로 어두워진 때나. 정상적인 정격 안정기로서 불이 켜지지 않을 때
나. UV 램프의 수명
UV 램프는 수명이 500시간-3,000시간이나 되고 소비전력이 대략 10Kw-20Kw이므로 실제 수명시험을 하지 않고 상대수명 및 UV 유지율로 나타낸다.
A. 상대수명이란 램프를 한 번 켰다가 10시간 사용한 것과 같은 비율로 램프가 손상되므로 1회 점등할 경우 10시간 켰는 것으로 계산하는 것을 말함.
B. 램프의 수명
다음과 같이 UV 램프는 사용시간에 따라 UV량에 줄어드므로 비록 불은 잘 켜진다고 해도 밝기가 초기의 75%가 되면 램프수명이 종료된 것으로 한다.
2) UV 램프의 수명 결정인자
UV 램프의 수명을 단축시키는 요인은 여러 가지가 있으나 대체로 다음과 같으며, 1~4항은 램프수명을 수십%씩 감소시키나, 5-10번 항목은 1-2시간 혹은 수십 시간만에 나타나는 현상이므로, 사용시 충분한 주의를 기울이지 않으면 고가의 UV 램프를 곧 새것으로 교체해야 한다.
① ON-OFF 회수
② 램프 전압 및 전류
③ 안정기 특성
④ 냉각-과냉 및 과열
⑤ 실링 부위의 과열로 인한 몰리브덴 산화
⑥ 전선이 타거나 쇼트가 일어나는 경우
⑦ 램프가 휘어지거나 불룩해지는 경우
⑧ 배기관 주위의 미세한 크랙
⑨ 파손
⑩ 램프 자체 불량
이상 10가지 원인을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
가. ON-OFF 회수
1회 켜서 1시간 후 OFF시켜도 10시간 사용한 것과 비슷한 경우로 수명이 짧아진다. 램프는 특성상 처음 켜서 밝아질 때의 전극에서 강한 전계(약1000V-300V)를 받아 열전자가 방출되고, 이로 인해 전극이 비산되어 전극이 마모되게 되며, 전극이 마모되는 량은 점등회수에 거의 비례하므로 1회 점등시켜서 4시간 동안만 켰다고 해도 10시간 사용한 것으로 간주한다.
나. 램프 전압 및 전류
램프는 규정된 전압 및 전류를 흘려야 되는데 자기 정격전류보다 전류가 50%쯤 많이 흐른다면 수명은 5배이상 짧아지며 램프의 정격 전압 전류에 따라 다르므로 정확히 몇 %만큼 수명이 짧아진다고 말할 수는 없으나, 정격 전류보다 과량의 전류가 흐르는 경우, 관벽부하, 정격 전압 전류 등에 따라서 다르지만 대체로 정격전류일때의 3-4승에 반비례하여 수명이 짧아진다. 예1) 정격전류가 10A이고 수명이 1000시간인 램프에 11A의 전류가 더 흐르는 경우의 수명은?
따라서 램프는 정격전류에서 사용하여야 램프 본래의 수명대로 사용할 수 있으며, 전류가 정격전류보다 많이 흐르거나 적게 흐를 경우 수명은 지극히 짧아진다.
다. 안정기(Ballast)특성
램프를 자기 수명대로 잘 사용하기 위해서는 램프 특성에 잘 부합되는 특성을 가져야 하며 안정기가 갖춰야 할 조건은 다음과 같다. A. 전압 전류 특성이 램프가 요구하는 특성에 맞을 것.B. 소음 60dB이하일 것.
C. 표면 온도가 60℃ 이하 일 것.
D. 역률이 85% 이상일 것. 안정기는 위와 같은 조건은 갖추어야 하지만 현재 국내의 안정기는 이러한 조건을 다 갖추지 못하고 있는 실정이다. UV 램프용 안정기는 램프의 시동 전압과 방전 유지전압(관전압:램프전압:Operating Voltage)이 입력전압(보통 220V 혹은380V)보다 2-10가량 높으므로 누설형의 승압 변압기와 초크코일 혹은 콘덴서를 사용한다.
| 정전류형 안정기 | 램프전압이 낮거나 높아도 램프전류가 일정하다 - 콘덴서형 안정기 예) 램프전압이 950V×7A라면 900V나 1000V라도 거의 7A로 일정하다. |
| 정전력형 안정기 | 램프전압이 높으면 전류가 낮아지고 전압이 낮으면 전류가 높아진다. 예) 램프 전압이 502V×15A라면 480V인 경우는 19A 450V인 경우는 23A 550V인 경우는 12A |
램프전압이 높아지면 램프전류가 대단히 낮아지고, 전압이 낮은 경우는 전류가 급격히 증가하여 안정기 소손의 원인이 될 수 있다.
따라서 정전력형 안정기 중에서 SFE ７KW의 안정기인 경우는 램프 전압이 450V로 낮다면 램프 전압이 23A 혹은 25A이상 흐를 수 있는데 2차측 코일이 정격보다 30%(즉 15A×130% = 19.5A) 정도의 여유를 주어서 안정기를 설계하므로 25A를 장시간 흘릴 경우 안정기가 타게 된다. 과전류인 경우 안정기가 타는 것은 물론, 램프 수명도 대단히 짧아지게 된다.
라. 냉각 - 과냉 및 과열
일반 조명용 램프인 경우는 대기중에서 점등시키므로 자연 냉각이 되고 전류가 높지 않으므로 총 발열량이 많지는 않다. 그러나 UV 램프는 램프 전력이 1KW-20KW이므로 발생하는 열도 0.6KW-12KW가량 된다.
따라서 램프에서 발생되는 열을 얼마나 잘 제거해 주느냐에 따라서 램프가 자기 수명을 유지하고 UV를 효율적으로 방사하게 된다. 그러나 램프의 특성상 램프 관벽 온도가 다음과 같이 유지되어야 방전을 잘 일으킬 수 있다.
수은 UV 램프 : 800℃ + 50℃
메탈 UV 램프 : 900℃ + 50℃
램프의 온도가 상기 온도보다 낮거나 높으면 수명이나 램프 효율면에서 다음과 같은 현상이 발생하므로 램프를 사용할 경우 냉각 조건을 정확히 지켜야 한다.
메탈 UV 램프 : 900℃ + 50℃
램프의 온도가 상기 온도보다 낮거나 높으면 수명이나 램프 효율면에서 다음과 같은 현상이 발생하므로 램프를 사용할 경우 냉각 조건을 정확히 지켜야 한다.
| 과냉각일 경우 | 램프내부의 수은이 관벽에 응결되어 정격 관전압이 되지 않아 광화학 반응이 제대로 일어나지 않거나 건조가 제대로 되지 않음은 물론 수명이 짧아진다. |
| 냉각이 안 될 경우 (과열인 경우) | 다음과 같은 현상이 일어날 수 있다 1. 피건조물의 온도가 너무 높아진다. 2. 반사갓이 녹아 내려서 램프 파손의 원인이 된다. 3. 베이스 부분의 모리브덴이 산화되어 리크가 되며 램프의 불이 꺼진다. 4. 램프가 휘어지거나 불록하게 튀어나온다. 5. 전선이 타서 쇼트의 원인이 된다. |
이와 같이 과냉각이거나 과열인 경우 모두 건조가 안되거나 제품온도나 너무 높아지는 등의 문제를 안고 있으므로, 노광기 및 건조기 설계시 램프 온도를 적정하게 유지시켜주기 않으면 안된다.
이러한 냉각에 대한 문제가 있으므로 노광기가 건조기 설계에 대한 기술 축적이 잘 된 외국의 건조기는 몇 년을 사용해도 트러블이 없는 반면, 간이형을 만든 건조기에서는 계속 램프가 꺼지거나 건조가 잘 되지 않는 경우가 없다. 종합적으로 이야기하면 냉각 시스템이 어떠하냐가 UV건조기의 가장 큰 노하우(Know-how)라고 할 수 있다.
냉각이 안되어 과열된 경우는 비록 램프 사용기간이 수십-수백 시간밖에 안되었다고 해도 램프 수명은 끝나게 된다
마. 씰링부위의 과열로 인한 몰리브덴 산화
램프의 구조는 아래 그림과 같이 석영관 양쪽 전극이 있으며 전극은 몰리브덴 리본에 연결되어 전선으로 이어져 있다.
Mo의 신 팽창계수 : 5.8 × 10-6 m/m℃
석영의 신 팽창계수 : 5.5 × 10-7 m/m℃ 대체로 램프를 사용한 지 1-수일만에 램프가 켜지지 않는 경우는 베이스부(씰링부)의 온도가 높아서 몰리브덴이 산화되었거나 리크인 경우가 대부분이므로 베이스 부의 온도를 200℃이하로 유지해야하며 250℃가 넘을 경우 램프 씰링부의 리크로 인하여 램프를 못쓰게 된다.
바. 전선이 타거나 쇼트가 나는 경우
램프 양단에는 1000-수천 Volt가 인가되므로 전선의 피복이 까진 경우나전선피복이 금속에 접촉하고 있는 경우 고전압인가시 누전이 되거나 램프가 켜지지 않는다. 또 전선피복의 재질은 실리콘 혹은 테프론을 사용하는데 실리콘 및 테프론의 내열온도가 1800℃밖에 되지 않으므로 전선피복에 강한 UV가 계속적으로 조사되면 피복이 벗겨져 쇼트가 생기면서 램프에 쇼트가 나서 램프수명이 종료되는 경우도 가끔씩 생긴다.
사. 램프가 휘어지거나 불룩해지는 경우
수분-수시간동안 정격전류의 2-3배의 전류가 램프에 흐르면서 냉각이 충분히 되지 않는다면 50cm이상의 긴 램프는 휘어져서 램프가 벨트 쪽으로 쳐지게 되어 제품과 충돌하여 램프가 깨어진다. 길이가 짧은 램프(극간 거리50-300nm)는 과전류가 흐르게 되어 석영관의 온도가 석영의 연화점(Softening Point)이상 높아지면 램프 내부의 압력 때문에 램프가 불룩해지거나 고무풍선처럼 터져서 수명이 종료된다.(불룩학 pqnvns 상태에서 램프를 계속 사용하면 건조도 안되면서 안정기가 탄다) 램프의 전류가 지나치게 높으면 앞에 예시한대로 수명이 짧아지는 것을 물론 계속 사용하면 수십시간내에 램프수명이 종료된다.아. 배기관 주위의 미세한 크랙
램프에는 진공 배기를 시키기 위한 배기관이 있으며, 배기관은 진공배기완료 후 짧게 잘라낸다. (Tip-Off) 잘라낸 자리의 유리 두께는 일정하지 않으므로 같은 조건으로 어닐링(Annealing)해도 스트레인이 남아 있는 경우가 있다. 스트레인이 남아 있는 경우에는 작은 충격에도 배꼽부위에 미세한 크랙이 발생하게 되므로 충격을 주어서는 절대 안된다.
자. 파손
램프를 갈아 끼울 때 한 손으로 베이스 부위를 잡거나, 다른 물체에 부딪쳐서 램프를 파손하는 경우가 있다. 램프는 아무리 고가라고 해도 유리로 된 제품이므로 조금만 충격을 주어도 깨어지게 된다.(이는 수억원을 초과하는 도자기 일지라도 살짝 부딪히면 깨어지는 것과 마찬가지이다.)가끔 식은 램프가 휘어진 상태에서 제품이 지나가다가 램프에 부딪혀서 파손되거나 제품이 램프하우징에 부딪혀서 램프가 파손되는 경우도 있다. 램프는 기본적으로 유리제품이므로 취급시에는 다음사항을 유의해야 한다.
가. 포장을 풀기전에 주위를 깨끗이 정리정돈하고 청소한다.
나. 포장을 풀고 장갑 낀 손으로 램프를 취급하되 베이스 부위를 한손으로 잡으면 안된다.
다. 램프를 램프 하우스에 끼울 때 구멍의 센타가 잘 맞지 않는다고 무리한 힘을 가하면 깨어진다.
라. 볼트를 체결하거나 베이스 홀더의 볼트를 체결하기 전에 램프가 정위치에 놓였는가를 확인하고 볼트를 체결해야 하며, 이때 너무 무리한 힘을 가하면 십중팔구 부러진다.
마. 만일 램프에 이물질이나 지문이 묻으면 UV량이 작아지므로 반드시 깨끗한 장갑을 끼고 만져야 하며, 지문이나 불순물이 묻었을 경우는 가제에 알콜을 묻혀서 닦아주어야 한다.
차. 램프 자체불량
가장 문제되는 것이 램프 자체의 불량이다. 특히 UV램프는 산업용으로 사용하므로, UV 방사량이 낮거나 램프가 꺼졌을 경우 생산공정의 한 부분이 완전 DOWN되므로 신뢰도가 높은 램프를 쓰지 않으면 안된다. 웅진테크에서 만든 UV램프의 품질은 몇 가지 항목으로 나누어서 체크했을 때 일본, 독일 램프보다 열등한 것은 사실이다. 램프 사용중, 방전개시전압이 너무 높아서 점등되지 않거나 UV효율이 낮아졌을 경우 램프의 품질이 나쁘다고 보면 무리가 없다.
어떤 메이커의 램프를 막론하고 다음과 같은 경우는 불량램프라고 할 수 있다.
가. UV 효율 : 입력에너지 대비 전 UV방사량이 10% 이하인 경우
나. 흑 화 : 램프 사용 후 전극 주위가 새카맣게 변색되고 검은 부분의 길이가 30mm이상인 경우
다. 점 등 : 정상적인 안정기로서 램프가 점등되지 않을 만큼 방전개시전압이 높을 때-램프내부에 불순물의 농도가 너무 높아서 정격안정기로 방전개시가 되지 않는 경우
나. 흑 화 : 램프 사용 후 전극 주위가 새카맣게 변색되고 검은 부분의 길이가 30mm이상인 경우
다. 점 등 : 정상적인 안정기로서 램프가 점등되지 않을 만큼 방전개시전압이 높을 때-램프내부에 불순물의 농도가 너무 높아서 정격안정기로 방전개시가 되지 않는 경우