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 виде трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, покрытую слоем люминофора, с электродами, соединенными с цоколями (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.4.12).
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрым износом электродов и быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися 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.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в виде трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, покрытую слоем люминофора, с электродами, соединенными с цоколями (Каталог ламп 2009/2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.44).
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрым износом электродов и быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися 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.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в виде трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, покрытую слоем люминофора, с электродами, соединенными с цоколями (Каталог источников света. - ГУП РМ «НИИИС им. А.Н.Лодыгина», 2009. - С.4).
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 быстрым износом электродов и быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации, отсутствием защитного слоя у люминофора, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства.
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 разрядную колбу в виде трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, покрытую слоем люминофора и защитным слоем, с электродами, соединенными с цоколями, установлены индукторы на концах в виде катушек с сердечниками из ферромагнитного материала, имеющими выводы для подключения к источнику питания.
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. Световая энергия вырабатывается за счет эффективного использования энергии тока проводимости лампы и энергии вихревых токов в разрядной колбе. Оба вида преобразования энергии оптимально дополняют друг друга и позволяют создать люминесцентную газоразрядную лампу с максимально длительным сроком службы, что обусловлено существенным снижением скорости износа электродов и замедлением деградации материала разрядной колбы и люминофора при загрязнении продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе ее эксплуатации. Люминофор защищен от загрязнения продуктами, образующимися в объеме электрического разряда, специальным защитным слоем, который существенно снижает скорость его деградации и увеличивает общий срок службы гибридной линейной люминесцентной лампы.
Увеличение срока службы гибридной линейной люминесцентной лампы, является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом преобразования энергии, особенностями новой конструкции гибридной линейной люминесцентной лампы и ее элементов, наличием новых элементов в устройстве, наличием защитного слоя люминофора, 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 электронная люминесцентная лампа содержит разрядную колбу 1 в виде трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, покрытую слоем люминофора и защитным слоем, с электродами, соединенными с цоколями 2, и индукторами 3 на концах в виде катушек с сердечниками из ферромагнитного материала, имеющие выводы 4 для подключения к источнику питания.
Гибридная линейная люминесцентная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколи 2 стандартного вида, установленные на ее концах, подключается к специальной питающей сети переменного тока (источнику питания). Разрядная колба 1 является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы гибридной линейной люминесцентной лампы (цоколи 2, индукторы 3 с выводами 4 для подключения к источнику питания), и основным рабочим элементом устройства. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется, в том числе, разрядной колбой 1. Источник питания гибридной линейной люминесцентной лампы выполняется в виде специального электронного пускорегулирующего аппарата. Электронный пускорегулирующий аппарат преобразует переменное напряжение питающей сети низкой частоты в переменное напряжение повышенной частоты, необходимое для питания разрядной колбы 1 и поддержания в ней электрического разряда за счет передачи энергии от тока проводимости, протекающего через электроды колбы 1, и от вихревых токов, возникающих за счет электромагнитной индукции (индукторы 3) в плазме электрического разряда разрядной колбы 1. При работе устройства электронный пускорегулирующий аппарат 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 колбе 1 излучает свет определенных длин волн, который преобразуется люминофором, нанесенным на ее внутреннюю поверхность, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения «белого света». Для защиты люминофора от загрязнения продуктами, образующимися в объеме электрического разряда используется специальный защитный слой. Энергия, как отмечено выше, поступает в объем разрядной колбы 1 по двум каналам преобразования: от тока проводимости и от вихревых токов, наводимых переменным электромагнитным полем индукторов (дросселей) 3, имеющих выводы 4 для подключения к электронному пускорегулирующему аппарату, за счет электромагнитной индукции. Индукторы 3 являются рабочими элементами электронного пускорегулирующего аппарата и выполняют роль ограничительных дросселей. Электромагнитная индукция (поле высокой напряженности индукторов 3) вызывает ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 1 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду и разрядная колба 1 выполняет роль вторичной обмотки эквивалентного трансформатора, первичной обмоткой которого является обмотка индуктора (дросселя) 3, а сердечником трансформатора - сердечник индуктора 3. Электрическая цепь вторичной обмотки замыкается через электроды разрядной колбы 1, в результате чего через нее дополнительно протекает ток проводимости, поддерживающий разряд. Сердечники из ферромагнитного материала индукторов 3 локализует ют магнитный поток индукторов 3 (обмотки индукторов 3) в объеме. Потоки рассеяния индукторов 3 замыкаются через части разрядной колбы 1, вызывая формирование вихревых токов в ее объеме. Ускоренные электроны плазмы возбуждают атомы рабочего вещества разрядной колбы 1. Переход атомов рабочего вещества в нормальное состояние вызывает излучение световых волн, в том числе, в ультрафиолетовом диапазоне. Индукторы 3 являются, как отмечено, компонентами схемы электронного пускорегулирующего аппарата гибридной линейной люминесцентной лампы, обеспечивая его работоспособность и ограничение тока проводимости через электроды разрядной колбы 1. Разрядная колба 1 включается в электрическую цепь устройства (лампа с источником питания) по резонансной схеме через электроды на ее концах.
Индукторы 3 лампы могут состоять, в общем случае, из одной или более частей в зависимости от конструкции разрядной колбы 1. Части индукторов 3 могут располагаться и на других участках разрядной колбы 1, например, на ее центральном участке. Обмотки индукторов 3 целесообразно выполнять из высокочастотного (многожильного) провода с изолированными жилами, что снижает электрические потери. Сердечники индукторов 3 могут быть изготовлены с дополнительными элементами охлаждения, например, со специальными радиаторами из меди (для ламп большой мощности). Электроды разрядной колбы 1, в общем случае, могут не иметь дополнительного специального (оксидного) покрытия, повышающего их эмиссионные свойства. Разрядная колба 1 может быть выполнена без люминофорного покрытия, или со специальным люминофорным покрытием, например, в лампах ультрафиолетового излучения, в том числе, амальгамных эритемных лампах. Принцип работы гибридной линейной люминесцентной лампы при этом не изменяется. Основным остается гибридный способ преобразования электрической энергии в световую энергию по двум каналам: от тока проводимости через электроды разрядной колбы 1 и от вихревых токов, возбуждаемых переменным электрическим полем индукторов 3 в объеме разрядной колбы 1.
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 гибридной линейной люминесцентной лампы. Отсутствие интенсивного распыления электродов обеспечивает повышение сроков службы и снижение скорости деградации люминофора и материала разрядной колбы, вызываемых их загрязнением продуктами, образующимися в объеме электрического разряда. Люминофор и материал разрядной колбы надежно защищаются от загрязнений специальным защитным слоем. Срок службы новой гибридной линейной люминесцентной лампы, по сравнению с прототипом, может быть увеличен, не менее чем в 4÷5 раз (до 60÷70 тыс.ч). Время наработки на отказ лампы (оценка надежности работы) увеличивается, не менее чем на 90÷120% по сравнению с прототипом.
По сравнению с прототипом, дополнительно, существенно повышается коэффициент полезного действия гибридной линейной люминесцентной лампы. 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. За счет этого может быть расширен диапазон мощностей ламп в сторону повышенных мощностей. Электронный пускорегулирующий аппарат лампы (за счет использования нового принципа) работает на оптимальной частоте с низкими потерями. Коэффициент полезного действия лампы увеличивается на 5÷7%.
Дополнительно, в новой гибридной линейной люминесцентной лампе обеспечивается более высокая светоотдача. По сравнению с прототипом светоотдача может возрасти до 110÷120 лм/Вт, что на 50÷60% выше, чем в известных лампах, использующих электрический разряд низкого давления. Может быть, в частности, снижено общее количество ртути при выполнении лампы на заданную мощность.
По сравнению с прототипом может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена (на 10÷15%) заявляемой гибридной линейной люминесцентной лампы. Это достигается за счет отсутствия необходимости применения электродов разрядной колбы в новой лампе с дополнительными (оксидными) покрытиями, уменьшения потерь мощности в элементах и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов устройства на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой.
По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой гибридной линейной люминесцентной лампы (до 7% в диаметре) за счет оптимизации конструкции. Новая лампа может работать в более широком диапазоне рабочих температур (до - 40°С), за счет улучшения условий пуска и оптимизации пусковых режимов. Новая гибридная люминесцентная лампа может быть использована в качестве наиболее оптимального узла перспективных линейных интегрированных (с встроенными электронными пускорегулирующими аппаратами) люминесцентных ламп.
Уменьшение весогабаритных показателей и расширение температурного диапазона надежной работы гибридной линейной люминесцентной лампы существенно расширяет ее область применения. Расширение области применения заявляемой лампы, по сравнению с прототипом, представляет собой новое важное потребительское качество гибридного устройства.