ГИБРИДНАЯ ЛИНЕЙНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных высоконадежных люминесцентных газоразрядных источников света. Полезная модель направлена на увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями на концах для подключения к источнику питания, с нанесенным слоем люминофора, заполненную рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными с цоколями (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.4.12).
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися при распылении оксидного покрытия электродов в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства, рассеиванием светового потока, что требует увеличения мощности лампы и повышенной электрической загрузки ее элементов и частей.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями на концах для подключения к источнику питания, с нанесенным слоем люминофора, заполненную рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными с цоколями (Каталог ламп 2009/2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.44).
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися при распылении оксидного покрытия электродов в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства, рассеиванием светового потока, что требует увеличения мощности лампы и повышенной электрической загрузки ее элементов и частей.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями на концах для подключения к источнику питания, с нанесенным слоем люминофора, заполненную рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными с цоколями (Каталог источников света. - ГУП РМ «НИИИС им. А.Н.Лодыгина», 2009. - С.5).
Указанная линейная люминесцентная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися при распылении оксидного покрытия электродов в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства, рассеиванием светового потока, что требует увеличения мощности лампы и повышенной электрической загрузки ее элементов и частей.
Полезная модель направлена на решение задачи увеличения срока службы линейной люминесцентной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в гибридной линейной люминесцентной лампе, содержащей светорассеивающую колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями на концах для подключения к источнику питания, во внутреннем объеме которой размещены пускорегулирующий аппарат с дросселем и разрядная колба в форме трубки из оптически прозрачного материала с нанесенным слоем люминофора, заполненная рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными через пускорегулирующий аппарат с цоколями, дроссель выполнен из двух частей в виде индукторов, размещенных на концах разрядной колбы.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы, что достигается за счет принятого нового гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую энергию. Новая лампа является интегрированной, то есть, имеет встроенный пускорегулирующий аппарат с дросселем. Световая энергия вырабатывается за счет эффективного использования энергии излучения от разрядной колбы, преобразуемого слоем люминофора в видимый свет. Энергия в разрядную плазму поступает по двум каналам: от тока проводимости и от вихревых токов, которые наводятся в плазме разряда электромагнитным полем индукторов. Такое преобразование оптимально и позволяет создать люминесцентную газоразрядную лампу с длительным сроком службы, что обусловлено существенным замедлением деградации материала разрядной колбы и люминофора при загрязнении продуктами, образующимися при распылении оксидного покрытия электродов в электрическом разряде в процессе эксплуатации. Гибридный принцип преобразования электрической энергии в световую энергию позволяет уменьшить мощность и, следовательно, электрическую загрузку элементов и частей устройства и дополнительно увеличить, благодаря этому, срок службы. Оба используемых вида преобразования энергии дополняют друг друга и позволяют создать люминесцентную газоразрядную лампу с максимально длительным сроком службы, что обусловлено существенным снижением скорости износа оксидного покрытия электродов.
Увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы, является полученным техническим результатом, обусловленным новым гибридным принципом преобразования электрической энергии в световую энергию путем использования энергии от тока проводимости и вихревых токов в разрядной колбе, особенностями новой конструкции линейной люминесцентной лампы и ее элементов, наличием новых элементов в устройстве, включением в состав устройства пускорегулирующего аппарата, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой гибридной линейной люминесцентной лампы являются существенными.
На рисунке приведен пример типовой конструкции гибридной линейной люминесцентной лампы.
Гибридная линейная люминесцентная лампа содержит светорассеивающую колбу 1 в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями 2 на концах для подключения к источнику питания, во внутреннем объеме которой размещены пускорегулирующий аппарат 3 с дросселем и разрядная колба 4 в форме трубки из оптически прозрачного материала с нанесенным слоем люминофора, заполненная рабочим веществом, с электродами 5 на концах, соединенными через пускорегулирующий аппарат с цоколями, дроссель выполнен из двух частей в виде индукторов 6, размещенных на концах разрядной колбы.
Гибридная линейная люминесцентная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколи 2 стандартного вида (например, G13), установленные на ее концах, подключается к питающей сети переменного тока (источнику питания). Светорассеивающая колба 1 в форме трубки из оптически прозрачного материала является несущей конструкцией, на которой или во внутреннем ее объеме устанавливаются все остальные элементы гибридной линейной люминесцентной лампы (в том числе, цоколи 2 для подключения к источнику питания, пускорегулирующий аппарат 3, разрядная колба 4 с электродами 5, индукторы 6), и одним из основных рабочих элементов устройства. На поверхности разрядной колбы 4 нанесен слой люминофора. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется, в том числе, светорассеивающей колбой 1 и разрядной колбой 4. Вторичный блок питания гибридной линейной люминесцентной лампы выполняется в виде специального пускорегулирующего аппарата 3 с дросселем для ограничения тока. Пускорегулирующий аппарат 3 преобразует переменное напряжение питающей сети низкой частоты в переменное напряжение, например, повышенной частоты, необходимое для питания разрядной колбы 4 и поддержания в ней электрического разряда за счет передачи энергии от тока проводимости, протекающего через электроды 5 разрядной колбы 4 и плазму электрического разряда разрядной колбы 4, выполненной в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненной рабочим веществом. Одновременно энергия в плазму электрического разряда поступает и от вихревых токов, возникающих за счет электромагнитной индукции (индукторы 6) в плазме электрического разряда разрядной колбы 4. При работе устройства пускорегулирующий аппарат 3 обеспечивает требуемые параметры преобразования напряжения питающей сети (низкие пульсации выходного напряжения и тока лампы, стабилизированный выходной ток, высокий коэффициент мощности и коэффициент полезного действия). Электрический разряд в разрядной колбе 4 из оптически прозрачного материала излучает свет определенных длин волн, который преобразуется слоем люминофора, нанесенным на ее поверхность, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения «белого света». Энергия, как отмечено выше, поступает в объем разрядной колбы 4 от тока проводимости, протекающего через электроды 5, соединенные с цоколями 2 для подключения к источнику питания через пускорегулирующий аппарат 3, и от вихревых токов, возбуждаемых за счет электромагнитной индукции. Индукторы 6 являются рабочими элементами пускорегулирующего аппарата 3 и выполняют роль ограничительного дросселя. Электроны, эмитируемые с оксидного покрытия электродов 5 разрядной колбы 4, а также электроны, возникающие за счет ионизации атомов рабочего вещества разрядной колбы 4 электромагнитным полем, ускоренные электрическим полем, вызывает лавинную ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 4 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду. Электрическая цепь замыкается через электроды 5 разрядной колбы 4, в результате чего протекает ток проводимости, поддерживающий разряд. Ускоренные полем электроны плазмы возбуждают атомы рабочего вещества разрядной колбы 4. Переход атомов рабочего вещества в нормальное состояние вызывает излучение световых волн, в том числе, и в ультрафиолетовом диапазоне. Ультрафиолетовое излучение от разрядной колбы 4 воздействует на слой люминофора, что и вызывает генерацию видимого света. Плазма в разрядной колбе 4 выполняет функцию вторичной обмотки эквивалентного трансформатора, первичной обмоткой которого является дроссель (индукторы 6). Потоки рассеяния индукторов 6 замыкаются через части разрядной колбы 4, что и вызывает формирование вихревых токов в ее объеме. Дроссель обеспечивает работоспособность пускорегулирующего аппарата 3 и ограничение тока проводимости через электроды 5 разрядной колбы 4. Разрядная колба 4 включается в электрическую цепь устройства (лампа с пускорегулирующим аппаратом 3), например, по известной резонансной схеме через электроды 5 на ее концах.
Индукторы 6 лампы могут состоять, в общем случае, из одной или более частей в зависимости от конструкции разрядной колбы 4. Электроды 5 разрядной колбы 4 могут не иметь специального оксидного покрытия, повышающего их эмиссионные свойства. Разрядная колба 4 может быть выполнена без люминофора, например, в лампах ультрафиолетового излучения, в том числе, амальгамных. Принцип работы гибридной линейной люминесцентной лампы при этом не изменяется.
Светорассеивающая колба 1 выполняется из обычного стекла или оптически прозрачного полимерного материала (например, поликарбоната). Пускорегулирующий аппарат 3 реализуется по любой из известных схем, обеспечивающих заданную частоту преобразования. Цоколи 2 имеют стандартную конструкцию, например, двухштырьковую типа G13.
Снижение влияния интенсивного распыления оксидного покрытия электродов разрядной колбы на слой люминофора обеспечивает увеличение сроков службы и снижение скорости деградации люминофора и материала разрядной колбы, вызываемых их загрязнением продуктами, образующимися в объеме электрического разряда. В результате существенного уменьшения электрической нагрузки на электроды снижается их износ, в частности, распыление оксидного покрытия, если оно наносится, что увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой лампы. За счет исключения рассеивания светового потока может быть существенно снижена электрическая нагрузка на элементы и части устройства, что увеличивает общий срок службы. Срок службы новой гибридной линейной люминесцентной лампы может быть увеличен, не менее чем на 80% (до 30÷40 тыс.ч). Время наработки на отказ заявляемой лампы увеличивается, по сравнению с прототипом, не менее чем на 80÷90%.
По сравнению с прототипом, дополнительно, повышается коэффициент полезного действия гибридной линейной люминесцентной лампы, в том числе, в процессе длительной эксплуатации за счет меньшего спада светового потока. В результате, в распространенных осветительных системах, могут использоваться лампы с меньшим запасом по световому потоку и на меньшую мощность. Электрическая энергия преобразуется в световую энергию по двум каналам: от тока проводимости и от вихревых токов за счет электромагнитной индукции. В результате, каждый элемент лампы является оптимальным и может быть выполнен с минимальными потерями энергии. Пускорегулирующий аппарат лампы (за счет использования нового гибридного принципа) работает на оптимальной частоте с низкими потерями. Коэффициент полезного действия лампы увеличивается на 10÷12%.
Дополнительно, в новой линейной люминесцентной лампе обеспечивается более высокая светоотдача (на 60÷90%) за счет более эффективного гибридного способа преобразования электрической энергии в световую энергию. По сравнению с прототипом светоотдача может возрасти до 110÷120 лм/Вт. Может быть также снижено общее количество ртути при выполнении лампы на заданную мощность и световой поток.
По сравнению с прототипом может быть расширена область применения линейной люминесцентной лампы за счет выполнения ее в интегрированном виде, улучшения и повышения надежности пусковых режимов. Заявляемая лампа может эффективно работать в более широком диапазоне рабочих температур (до - 20°С), за счет улучшения пусковых режимов и условий эксплуатации разрядной колбы. За счет применения нового гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую может быть расширен диапазон мощностей ламп (в сторону более высоких мощностей).
По сравнению с прототипом может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена (на 3÷5%) заявляемой лампы. Это достигается за счет возможности использования элементов устройства на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой, сокращения расхода дорогостоящих материалов. При сравнимых технических характеристиках цена комплекта (лампа и пускорегулирующий аппарат) оказывается более высокой, чем цена интегрированной гибридной линейной люминесцентной лампы с встроенным пускорегулирующим аппаратом.