ЭКОНОМИЧНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Экономичный источник света (его варианты)
Полезная модель относится к устройствам, являющимся источниками электромагнитного излучения в световом диапазоне длин волн. Устройство включает в себя излучатель, отражатель и интерференционный светофильтр. Такого рода источники света известны и могут использоваться в осветительной аппаратуре различного назначения- в кинотехнике, автомобилях, бытовых осветительных приборах и т.д.
В качестве излучателя в таких приборах используется светящееся тело, обычно- вольфрамовая спираль, которая, при прохождении через нее электрического тока, нагревается и излучает электромагнитную энергию. Спираль располагается внутри герметичного стеклянного баллона, заполненного инертным газом для предотвращения окисления материала спирали и повьпиения светоотдачи I. Нагретая спираль излучает электромагнитную энергию в широком диапазоне длин волн, включая ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области. Соотнощение энергии излучения в этих областях существенно зависит от температуры светящегося тела (спирали)чем выше температура, тем большая доля энергии излучения приходится на коротковолновую область, в которой располагается видимая зона спектра.
нагреваемого тела пропорциональна его температуре в четвертой степени и неравномерно распределена по длинам волн, причем положение максимума спектральной плотности (спектральная плотностьмощность излучения с единицы поверхности резистивного элемента на единицу его длины), зависит от температуры тела. Эти обстоятельства могут приводить к неэффективному использованию подводимой электроэнергии в такого рода источниках излучения. Например, в осветительной аппаратуре при температуре светящегося тела 3000 К, на видимую область приходится не более 10-12% всей мощности излучения, а 88...90% мощности, и соответственно, потребляемой электроэнергии, приходящейся на тепловое излучение, либо тратится непроизводительно, либо просто вредно, так как нагревает освещаемый объект.
В литературе 2 описано устройство, применяемое в оптических системах кинопроекционной аппаратуры, в котором источник света помещается в фокусе эллипсоидального или сферического зеркала-отражателя с интерференционным покрытием. В этом случае инфракрасная часть излучения, падающего на отражатель, проходит сквозь зеркало с интерференционным покрытием, а видимая часть отражается от его поверхности и освещает объект без нагрева. Однако прямое излучение, которое попадает на освещаемый объект непосредственно от источника минуя отражатель, содержит весь спектр излучения, включая инфракрасную его часть. При этом также происходит потеря примерно 90% потребляемой мощности (прототип). Таким образом, в резистивных источниках излучения электромагнитной энергии, предназначенных для работы в оптическом диапазоне, только небольщая доля подводимой электрической мощности тратится на на полезный эффект, тогда как остальная часть либо
- 2 теряется, либо приводит к нежелательным результатам.
Целью настоящей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик источника электромагнитного излучения за счет эффективного использования электроэнергии на излучение в оптическом диапазоне. С этой целью светящееся тело с малой площадью излучения, которое в идеале можно считать точечным источником, помещается внутри зеркального отражателя, выходное отверстие которого перекрывается непоглощающим интерференционным фильтром, пропускающим излучение в световом диапазоне и отражающим инфракрасное излучение, падающее на него как непосредственно от источника излучения, так и отраженного от зеркального отражателя. При этом форма отражателя, положение светящегося тела в нем и расположение фильтра выбираются таким образом, чтобы любой отраженный от фильтра луч возвращался бы к светящемуся телу,производя его разогревание. Этим требованиям удовлетворяет конструктивная схема, в которой отражатель выполнен в форме полуэллипсоида вращения или половины прямого эллиптического цилиндра, в фокусе которого располагается светящееся тело, а интерференционный фильтр установлен в плоскости перпендикулярной оси вращения эллипсоида или плоскости, проходящей через фокусы эллиптических оснований цилиндра, на расстоянии, равном половине расстояния между его фокусами.
На фиг.I приведен график спектральной плотности энергии излучения вольфрамовой спирали при температуре 3000 К, на фиг. 2 приведена конструктивная схема и ход лучей в предлагаемом устройстве, а на фиг. 3 дан пример спектральной характеристики пропускания интерференционного фильтра, которая должна быть реализована в данном устройстве для получения требуемого эффекта.
Максимум плотности излучаемой энергии, согласно графика, приведенного на фиг. I, приходится на длину волны 0, ближайшую инфракрасную область. Доля мощности излучения в видимом диапазоне 0,3...0,мкм составляет в этом случае около 12% от полной мощности. Остальная часть мощности излучается в инфракрасном диапазоне и обычно приводит к нагреванию колбы лампы, воздуха, близко расположенной арматуры и уносится в виде теплового излучения в окружающее пространство. Таким образом, осветительная лампочка мощностью 100 Вт расходует на освещение (полезный эффект) лишь около 12 Вт, а остальная часть энергии тратится бесполезно.
Предлагаемое устройство (фиг.2) содержит светящееся тело I, отражатель 2 и интерференционный фильтр 3. При этом светящееся тело I расположено в фокусе отражателя 2, имеющего форму либо полуэллипсоида вращения, либо форму прямого цилиндра, основаниями которого являются эллипсы, в последнем случае для отражателя используется половина такого цилиндра, отсеченного плоскостью, проходящей через малые оси эллипсных оснований. Интерференционный фильтр 3 располагается в плоскости, проходящей через малые оси эллипсов. При этом, для отражателя, выполненного в форме полуэллипсоида вращения, используется точечное светящееся тело, тогда как для отражателя, имеющего форму половины эллипсного цилиндра, используется линейное светящееся тело, положение которого совпадает с линией, соединяющей фокусы оснований полуцилиндрического отражателя.
Предлагаемое устройство позволяет резко повысить эффективность использования электроэнергии. Устройство функционирует следующим образом (фиг.2). Излучение светящегося тела I может
падать на фильтр 3 либо непосредственно (луч 4), либо отразившись от отражателя 2 (лучи  и 8). В любом случае излучение видимого диапазона пройдет через фильтр, а более длинноволновая ифракрасная часть излучения, отразившись от фильтра 3 и отражателя 2, возвратится обратно к светяшемуся телу (лучи 5,6,9 и 10), производя его дополнительный нагрев. В этом случае разогрев спирали элемента будет происходить под воздействием двух факторо ёзистивного за счет протекания через нее электрического тока и теплового- под действием отраженного инфракрасного излучения. Соотношение мошностей излучения в видимом и инфракрасном диапазонах показывает максимальный теоретический эффект предлагаемой конструкции по экономии электроэнергии. Характеристики фильтра выбраны таким образом,чтобы пропускать излучение в видимом диапазоне спектра с длиной волны 0, 0, мкм и отражать излучение с длиной волны 0, мкм. Характеристики интерференционного фильтра, а также взаимное расположение излучателя, отражателя и фильтра обеспечивают освещение предметов без воздействия инфракрасного излучения, которое после многократного от фильтра и отражателя, возвращается к точечному излучателю, производя его дополнительный нагрев.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет создавать экономичные,компактные и мощные источники излучения электромагнитной энергии в световом диапазоне. - 6
список ЖТЕРАТУРЫ
1.Физический энциклопедический словарь, ГНИ Советская энциклопедия М., 1962, т. 2.
2.Л.С.Гинзбург, К.Б.Данилов,Н.М.Королев. Кинопроекционная техника. М., Искусство, 1986г.