ГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных и надежных источников света, в том числе, предназначенных для прямой замены ламп накаливания общего назначения и компактных люминесцентных ламп. Полезная модель направлена на повышение электрической прочности межэлектродного промежутка внутри внешней светорассеивающей колбы (оболочки) галогенной лампы накаливания, что обеспечивает повышение надежности работы, среднего срока службы и эксплуатационного ресурса при сохранении высокой механической прочности и технологичности конструкции, снижение стоимости и расширение области применения галогенной лампы накаливания с внешней колбой, в том числе, за счет возможного повышения светоотдачи (отношение светового потока к общей потребляемой мощности, лм/Вт).
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая предохранитель, цоколь и, сопряженную с ним механически, газополную внешнюю светорассеивающую колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, с опорной ножкой внутри, имеющей лопатку с откачным отверстием, штенгель и электроды, запрессованные в лопатку, и со светоизлучающей колбой с элементом накала и выводами, запрессованными в основание светоизлучающей колбы, изготовленной из оптически прозрачного материала и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ с добавками галогенов, элемент накала электрически соединен с контактами цоколя через выводы, электроды и предохранитель, светоизлучающая колба механически сопряжена с ножкой посредством дополнительного металлического держателя с зажимами на концах, устанавливаемого между электродами и выводами (Лампа галогеновая Novotech 456023.: http://etalonsveta.ru/id/lampa-galogenovaya-novotech).
Недостатком известной галогенной лампы накаливания является низкая электрическая прочность межэлектродного промежутка из-за наличия в конструкции металлического держателя, устанавливаемого между электродами и выводами и уменьшающего ширину электроизолирующих промежутков. Снижение давления наполняющего внешнюю колбу газа (что необходимо для обеспечения высокой светоотдачи) и теплопередача через металлический держатель приводит к дополнительному уменьшению сопротивления межэлектродного промежутка и снижению электрической прочности.
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая цоколь и, сопряженную с ним механически, газополную внешнюю светорассеивающую колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, с опорной ножкой внутри, имеющей лопатку с откачным отверстием, штенгель, полый штабик и электроды, запрессованные в лопатку, и со светоизлучающей колбой с элементом накала и выводами, запрессованными в основание светоизлучающей колбы, изготовленной из оптически прозрачного материала и заполненной рабочим веществом под давлением от 1,5 до 25 бар, включающим буферный газ с добавками галогенов, элемент накала электрически соединен с контактами цоколя через выводы и электроды, светоизлучающая колба механически сопряжена с ножкой посредством дополнительного металлического держателя, установленного одним концом в штабик, с зажимом на втором конце, закрепленным между выводами светоизлучающей колбы (Источники света. Галогенные лампы накаливания. Каталог Osrarn/ «Osram», 2010 г., С. 2.10).
Недостатком известной галогенной лампы накаливания является низкая электрическая прочность межэлектродного промежутка из-за наличия в конструкции металлического держателя, устанавливаемого между электродами и выводами и уменьшающего ширину электроизолирующих промежутков в месте запрессовки выводов светоизлучающей колбы. Снижение давления наполняющего внешнюю колбу газа (что необходимо для обеспечения высокой светоотдачи) и теплопередача через металлический держатель приводит к дополнительному уменьшению сопротивления межэлектродного промежутка и снижению электрической прочности.
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая цоколь и, сопряженную с ним механически, газополную внешнюю светорассеивающую колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, с опорной ножкой внутри, имеющей лопатку с откачным отверстием, штенгель и электроды, запрессованные в лопатку, и со светоизлучающей колбой с элементом накала и выводами, запрессованными в основание светоизлучающей колбы, изготовленной из оптически прозрачного материала и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ с добавками галогенов, элемент накала электрически соединен с контактами цоколя через выводы и электроды, светоизлучающая колба механически сопряжена с ножкой посредством дополнительного металлического держателя с зажимами на концах, устанавливаемого асимметрично относительно оси ножки (Camelion А55 42W Е27.: http://stmks.ru/p178357941-lampa-galogennaya-kolbe.html).
Недостатком известной галогенной лампы накаливания является низкая электрическая прочность межэлектродного промежутка из-за наличия в конструкции металлического держателя, устанавливаемого асимметрично относительно оси ножки и уменьшающего ширину электроизолирующих промежутков в месте запрессовки электродов в лопатке и выводов светоизлучающей колбы за счет зажимов держателя. Снижение давления наполняющего внешнюю колбу газа (что необходимо для обеспечения высокой светоотдачи) и теплопередача через металлический держатель приводит к дополнительному уменьшению сопротивления межэлектродного промежутка и снижению электрической прочности.
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая предохранитель, цоколь и, сопряженную с ним механически, газополную внешнюю светорассеивающую колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, с опорной ножкой внутри, имеющей лопатку с откачным отверстием, штенгель и электроды, запрессованные в лопатку, и со светоизлучающей колбой с элементом накала и выводами, запрессованными в основание светоизлучающей колбы, изготовленной из оптически прозрачного материала и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ с добавками галогенов, элемент накала электрически соединен с контактами цоколя через выводы, электроды и предохранитель, светоизлучающая колба механически сопряжена с ножкой посредством сварного соединения выводов светоизлучающей колбы с электродами (Лампа галогенная в наружной колбе (грушевидная) - Philips EcoClassic Е27 230V прозрачная 42W 630lm - 872790025198225.: http://svet-con.ru/Lamp/detail.php?ID=9809. Доступ 03.09. - 11.11.2016).
Предохранитель в известной лампе выполнен в виде в виде отрезка ферроникелевой проволоки (ленты), соединяющей один из электродов с соответствующим контактом цоколя.
Указанная галогенная лампа накаливания является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком известной галогенной лампы накаливания является низкая электрическая прочность межэлектродного промежутка из-за сравнительно малой ширины электроизолирующих (газовых) промежутков в месте запрессовки электродов в лопатке и выводов светоизлучающей колбы. Снижение давления наполняющего внешнюю колбу газа (что необходимо для обеспечения высокой светоотдачи) приводит к дополнительному уменьшению сопротивления межэлектродного промежутка и снижению электрической прочности. Известная лампа также имеет ограничение на предельную светоотдачу, низкую надежность работы, малый средний срок службы и низкий эксплуатационный ресурс, недостаточную механическую прочность конструкции, что сужает, в том числе, ее область применения.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы, среднего срока службы и эксплуатационного ресурса и расширение области применения галогенной лампы накаливания, при сохранении высокой технологичности конструкции и высокой механической прочности, что является целью полезной модели.
Техническим результатом полезной модели является повышение электрической прочности межэлектродного промежутка внутри внешней (свето-рассеивающей) колбы (внешней оболочки лампы).
Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в галогенной лампе накаливания:
1. Содержащей предохранитель, цоколь и, сопряженную с цоколем механически, герметичную внешнюю колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, с ножкой внутри, имеющей лопатку с откачным отверстием, штенгель и электроды, запрессованные в лопатку, и со светоизлучающей колбой с элементом накала и выводами, запрессованными в основание светоизлучающей колбы, изготовленной из оптически прозрачного материала и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ с добавками галогенов, элемент накала электрически соединен с контактами цоколя через выводы, электроды и предохранитель, ножка выполнена на конце в области между электродами с поверхностью сопряжения, ножка поверхностью сопряжения непосредственно механически соединена с основанием светоизлучающей колбы;
2. По п. 1, поверхность сопряжения или основание, или поверхность сопряжения и основание выполнены с мелкоструктурированным рельефом;
3. По п. 1, поверхность сопряжения или основание, или поверхность сопряжения и основание выполнены с пазами, имеющими характеристические размеры согласованные, соответственно, с шириной основания и шириной ножки в области между электродамии и соединения, ножка непосредственно механически соединена со светоизлучающей колбой посредством пазов;
4. По любому из п.п. 1, 2, 3, ножка снабжена штабиком, а поверхность сопряжения выполнена на конце штабика;
5. По любому из п.п. 1, 2, 3 ножка снабжена штабиком с линзой, а поверхность сопряжения выполнена на поверхности линзы.
6. По любому из п.п. 1, 2, 3, в месте непосредственного механического соединения ножки со светоизлучающей колбой наносится термостойкий клеящий материал с диэлектрическими свойствами и малой теплопроводностью.
7. По п. 4, в месте непосредственного механического соединения ножки со светоизлучающей колбой наносится термостойкий клеящий материал с ди- • электрическими свойствами и малой теплопроводностью;
8. По п. 5, в месте непосредственного механического соединения ножки со светоизлучающей колбой наносится термостойкий клеящий материал с диэлектрическими свойствами и малой теплопроводностью;
9. По любому из п.п. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, внешняя колба выполнена с частично зеркализованной поверхностью.
10. По любому из п.п. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, внешняя колба выполнена матированной.
Ножка выполнена на конце в области между электродами с поверхностью сопряжения, означает, что, (один из предпочтительных вариантов реализации), в частности, поверхность сопряжения лежит, например, в плоскости, перпендикулярной оси ножки.
Ножка поверхностью сопряжения непосредственно механически соединена с основанием светоизлучающей колбы, означает, что светоизлучающая колба основанием установлена (прижата непосредственно, без видимого зазора) на поверхности сопряжения.
Под осью ножки понимается прямая (основная ось), проходящая через тарелку ножки, центр ее развертки, штенгель и штабик при наличии последних в конструкции соответствующего варианта реализации (совпадающая или, точнее, совмещенная с осями тарелки, штенгеля и штабика с учетом технологических допусков на возможную несоосность или расхождение указанных элементов).
Ось светоизлучающей колбы - это оптическая ось светоизлучающей колбы, проходящая через основание и наиболее удаленную от нее точку на поверхности светоизлучающей колбы.
Как правило, оси ножки и светоизлучающей колбы совпадают при установке (соединении) светоизлучающей колбы в пределах технологических допусков или являются параллельными.
Соответствующий размер ножки (в области запрессовки электродов) - это характеристический размер (ширина, толщина, диаметр и прочее).
Поверхность сопряжения или основание, или поверхность сопряжения и основание выполнены с пазами, имеющими характеристические размеры согласованные, соответственно, с шириной основания и шириной ножки в области между электродами и соединения, означает, что соответствующий элемент ножки (поверхности сопряжения, в области соединения ножки и светоизлучающей колбы) должен размещаться (или помещаться) в пазе светоизлучающей колбы и, наоборот, элемент основания светоизлучающей колбы должен размещаться в пазе, выполненном на поверхности сопряжения ножки. Пазы, в общем случае, могут иметь любую форму сечения (например, простое углубление на соответствующей поверхности, в том числе, с криволинейной нижней частью), при этом, основным критерием является их соответствие (согласованность) по характеристическим размерам. Одним из предпочтительных вариантов выполнения (реализации) пазов является, например, выполнение их с боковыми поверхностями параллельными плоскостям, проходящим, соответственно, через ось ножки и ось светоизлучающей колбы. Основание, например, выполнено с таким пазом, имеющим ширину, равную соответствующему (характеристическому) размеру ножки в области запрессовки электродов (поверхности сопряжения), светоизлучающая колба механически соединена с ножкой посредством паза в основании, или, в вариантах исполнения, соответствующий (характеристический) размер ножки равен толщине лопатки в области соединения, толщине штабика или ширине линзы штабика, светоизлучающая колба механически соединена с лопаткой, со штабиком или с линзой посредством паза в основании.
Предпочтительно выбирать давление рабочего вещества (буферный газ с добавками галогенов) в светоизлучающей колбе лампы от 0,7 до 31 бар.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение электрической прочности межэлектродного промежутка внутри внешней светорассеивающей колбы (внешней оболочки лампы) при повышении (сохранении на требуемом уровне) механической прочности и сохранении (повышении) технологичности конструкции за счет увеличения общей ширины (длины) изолирующих промежутков (или экранировки от возможного электрического разряда) и улучшения их характеристик, снижения температуры поверхностей, использования термостойкого клеящего материала с диэлектрическими (непроводящими) свойствами и малой теплопроводностью (на части изолирующего промежутка). В результате может быть, в частности, снижено остаточное давление газа во внешней колбе лампы (или вакуумирован ее объем) и повышена, в том числе, светоотдача галогенной лампы накаливания без какого-либо снижения надежности работы лампы и ее составных элементов (частей). Расширяется область применения, в том числе, и за счет повышения светоотдачи галогенной лампы накаливания на 8-10% (улучшение основных эксплуатационных характеристик). Лампа может иметь более низкую температуру внешних частей и допуск к эксплуатации, в частности, в открытых светильниках (соответствие стандарту МЭК 60598-1). Новая галогенная лампа накаливания, обладает высокой надежностью работы, большими средним сроком службы (до 5 тыс.ч) и эксплуатационным ресурсом (до 12 тыс.ч). Преимущества новой (заявляемой) галогенной лампы накаливания: сравнительно низкая стоимость (цена); надежность; небольшие размеры; отсутствие пускорегулирующей аппаратуры; малое время зажигания; отсутствие токсичных компонентов и, как следствие, необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации; возможность работы как на постоянном (любой полярности), так и на переменном токе; возможность изготовления ламп на разное напряжение (от долей до сотен вольт); отсутствие мерцания и шума при работе на переменном токе; наилучшее качество излучения среди всех известных электрических источников света; низкий спад светового потока; практически непрерывный спектр излучения; устойчивость к электромагнитному импульсу; нормальная работа при низких и повышенных температурах окружающей среды; возможность использования разработанных регуляторов яркости (диммеров) и изменения светового потока в широких пределах.
Повышение электрической прочности межэлектродного промежутка (внутри внешней светорассеивающей колбы) галогенной лампы накаливания является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства, особенностями новой конструкции (поверхность сопряжения, непосредственное соединение, мелкоструктурированный рельеф, пазы, клеящий материал со специальными свойствами, зеркализация, матирование), новыми материалами, элементами и связями, пределами давления рабочего вещества (от 0,7 до 31 бар) в светоизлучающей колбе и возможными пределами остаточного давления газа в светорассеивающей колбе, обеспечивающим повышение надежности, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой галогенной лампы накаливания являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция новой галогенной лампы накаливания со стандартным сетевым цоколем (типа Е14 или Е27).
Галогенная лампа накаливания содержит предохранитель 1, цоколь 2 и, сопряженную с ним механически, герметичную внешнюю колбу 3, изготовленную из оптически прозрачного материала, с (опорной) ножкой 4 внутри, имеющей лопатку с откачным отверстием, штенгель 5 и электроды 6, запрессованные в лопатку, и со светоизлучающей колбой 7 с элементом накала 8 и выводами 9, запрессованными в основание светоизлучающей колбы, изготовленной из оптически прозрачного материала и заполненной рабочим веществом (под давлением от 0,7 до 31 бар), включающим буферный газ с добавками галогенов. Элемент накала электрически соединен с контактами цоколя через выводы, электроды и предохранитель, ножка выполнена на конце в области между электродами с поверхностью сопряжения, ножка поверхностью сопряжения непосредственно механически соединена с основанием светоизлучающей колбы. Поверхность сопряжения или основание, или поверхность сопряжения и основание могут быть выполнены с мелкоструктурированным рельефом. Поверхность сопряжения или основание, или поверхность сопряжения и основание могут быть выполнены с пазами, имеющими характеристические размеры согласованные, соответственно, с шириной основания и шириной ножки в области между электродамии и соединения, при этом, ножка непосредственно механически соединена со светоизлучающей колбой посредством пазов. Ножка может быть снабжена штабиком 10, а поверхность сопряжения быть выполнена на конце штабика. Ножка может быть снабжена штабиком с линзой, а поверхность сопряжения быть выполнена на поверхности линзы. В месте непосредственного механического соединения ножки со светоизлучающей колбой в вариантах реализации наносится термостойкий клеящий материал 11 с диэлектрическими свойствами и малой теплопроводностью. Внешняя колба может быть выполнена с частично зеркализованной поверхностью или матированной (а также в комбинации последних признаков).
В частном случае реализации, например, поверхность сопряжения ножки 4 выполнена с пазом, имеющим боковые поверхности параллельные плоскости, проходящей через ось ножки, и ширину, равную толщине основания светоизлучающей колбы 7, и основание светоизлучающей колбы 7 выполнено с пазом, имеющим боковые поверхности параллельные плоскости, проходящей через ось светоизлучающей колбы 7, и ширину, равную соответствующему (характеристическому) размеру ножки 4 в области ее паза (области соединения), светоизлучающая колба 7 механически соединена с ножкой 4 (в вариантах исполнения) посредством пазов в ножке 4 и основании светоизлучающей колбы 7, или, в вариантах исполнения, в лопатке, штабике 10, или линзе штабика 10 и основании, а в месте непосредственного механического соединения светоизлучающей колбы 7 с ножкой 4 может быть нанесен термостойкий клеящий материал 11 с диэлектрическими свойствами и малой теплопроводностью.
Галогенная лампа накаливания в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь 2 стандартного вида (например, Е14, Е27 или В22, или иной стандартный элемент токоподвода) лампа подключается к обычной (стандартной) питающей сети переменного тока напрямую или к специальной сети (источнику) постоянного (переменного) тока. Внешняя герметичная (светорассеивающая) колба 3 (газополная или вакуумирован-ная) из оптически прозрачного материала является важной частью конструкции, которая выполняет несущую, защитную, светоотражающую, светорассеивающую и утепляющую функции. Колба 3 может быть изготовлена в прозрачном, матовом (опаловом или молочном) исполнениях и (или) с частично зеркализованной поверхностью. Матирование обеспечивает равномерность распределения яркости по поверхности светорассеивающей колбы 3, устраняет слепящий эффект и, возможно, частично снижает уровни ультрафиолетового и инфракрасного излучения в спектре лампы. Матирование внешней колбы 3 и, также, несколько снижает светоотдачу лампы. Частичная зеркализация изменяет кривую силы света лампы, перенаправляет световой поток (в заданном направлении усиливает его), устраняет, в частности, слепящий эффект (действие, показатель дискомфорта). Внешняя светорассеивающая колба 3 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 2. Колба 3 снабжена впаянными (запрессованными в опорную ножку 4) электродами 6, предназначенными для электрического соединения светоизлучающей колбы 7 с элементами внешней электрической цепи (2). Светоизлучающая колба 7, изготовленная из оптически прозрачного материала, может быть выполнена и с инфракрасным покрытием (отражающим и/или поглощающим инфракрасное излучение и пропускающим видимое и ультрафиолетовое излучение), содержит элемент накала 8 (с выводами 9), соединяемый электрически через предохранитель 1 и электроды 6 с соответствующим контактом цоколя 2, и заполнена рабочим газообразным веществом под давлением, предпочтительно в диапазоне 0,7÷31 бар, включающим буферный газ и добавки галогенов (и/или соответствующих химических соединений галогенов с другими химическими элементами, например, бромистый метил или бромистый метилен). Добавление в буферный газ галогенов (брома, хлора, фтора, йода или их соединений) повышает срок службы лампы до 5÷12 тыс.ч. При этом рабочая температура элемента накала составляет примерно 3000 К. Йод (если он, например, используется) совместно с остаточным кислородом в светоизлучающей колбе 7 вступает в химическое соединение с испарившимися из элемента накала 8 атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым. При высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Испарившиеся атомы вольфрама высвобождаются, таким образом, либо на самом элементе накала 8 светоизлучающей колбы 7, либо вблизи него. Добавление галогенов (или их соединений) предотвращает осаждение вольфрама на оптически прозрачном материале светоизлучающей колбы 7, при условии, что температура материала колбы 7 выше (обычно) 250÷300°С. По причине отсутствия почернения светоизлучающей колбы 7 галогенной лампы накаливания (из-за обратимости галогенного цикла), ее можно изготавливать с очень компактными размерами. Сравнительно малый объем светоизлучающей колбы 7 позволяет, с одной стороны, использовать большее (0,7÷31 бар) рабочее давление (что также ведет к уменьшению скорости испарения материала элемента накала 8) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять светоизлучающую колбу 7 тяжелыми инертными (буферными) газами, например, ксеноном, что ведет к уменьшению потерь энергии за счет теплопроводности. Вакуумирование внешней колбы 3 «утепляет» светоизлучающую колбу 7, что снижает потери энергии (теплоотдачу) и оптимизирует ее рабочую температуру. Обеспечивается возможность эффективного использования любых буферных газов в рабочем веществе светоизлучающей колбы 7. Диапазон рабочих давлений (при сохранении диффузионного состояния рабочего вещества в светоизлучающей колбе 7) значительно расширяется. Все это также удлиняет срок службы (эксплуатационный ресурс) галогенной лампы накаливания и повышает ее светоотдачу. Заявляемая лампа при специальном покрытии светоизлучающей колбы 7 является, так называемой, IRC-галогенной лампой накаливания (IRC означает «инфракрасное покрытие»). На светоизлучающую колбу 7 лампы, в этом случае, может быть нанесено любое специальное покрытие (например, окись олова или индия), которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к элементу накала 8. То есть, часть энергии, которая в обычных галогенных лампах накаливания преобразуется в невидимое инфракрасное излучение (более 60%), в лампах с инфракрасным покрытием преобразовывается обратно в свет. Указанное становится возможным благодаря структуре покрытия, которое возвращает инфракрасное излучение на элемент накала, где оно частично поглощается. Возврат тепла вызывает повышение температуры элемента накала 8, вследствие чего подачу электроэнергии можно снизить. В заявляемом варианте технического решения покрытие светоизлучающей колбы 7 может и частично поглощать инфракрасное излучение. За счет низкой теплоотдачи к внешней колбе 3 (вакуумирование, использование тяжелых инертных газов, снижение остаточного давления) поглощенная энергия инфракрасного излучения повышает температуру стенок светоизлучающей колбы 7, что оптимизирует галогенный цикл и повышает коэффициент полезного действия процесса. Светоизлучающая колба 7 также может быть выполнена из материала отражающего и поглощающего ультрафиолетовое излучение (например, из кварцевого стекла с абсорбирующими добавками оксидов некоторых «тяжелых» металлов). Соответствующие покрытия могут быть нанесены и навнешнюю светорассеивающую колбу 3. Часть поверхности колбы 3 может быть выполнена (как отмечено) и зеркализированной, что, в том числе, обеспечивает частичный возврат энергии на элемент накала 8. Энергия ультрафиолетового излучения, как и энергия инфракрасного излучения, практически полностью используются для повышения температуры стенок светоизлучающей колбы 7 и тела накала 8. Именно за счет этого уменьшаются общие потери энергии и, как следствие, увеличивается светоотдача лампы. Одновременно, как минимум, удваивается срок службы новой лампы (по сравнению с обычной галогенной лампой накаливания) и эксплуатационный ресурс. За счет возможного эффективного вакуумирования внешней колбы 3 температура внешних частей галогенной лампы накаливания (цоколь 2, внешняя колба 3) остается низкой, что исключает, в частности, опасность возгорания окружающих предметов. Встроенная система защиты (предохранитель 1) обеспечивает мгновенное отключение в случае аварийного нарушения электрического режима, что повышает надежность работы и безопасность при эксплуатации лампы.
Предохранитель 1 может быть выполнен, как отмечено выше, например, в виде отрезка ферроникелевой проволоки. Предохранитель 1 может быть размещен в объеме цоколя 2 или внешней колбы 3, или быть встроенным в светоизлучающую колбу 7 (и иметь иную известную конструкцию).
В состав конструкции лампы может входить также дополнительный защитный элемент. Последний может представлять собой терморезистор, сопротивление которого значительно снижается по мере разогрева, или обычный резистор (конденсатор), закорачиваемый после окончания интервала времени предварительного разогрева элемента накала 8 светоизлучающей колбы 7 на пониженном (ограниченном) токе любой из известных электронных схем или биметаллическим контактом. Дополнительный защитный элемент также устанавливается в объеме цоколя 2 или в объеме (на основе, в частности, биметаллического контакта) внешней колбы 3.
Ножка 4 выполняется с лопаткой (конструкция аналогична конструкции распространенных ламп накаливания) и имеет откачное отверстие и полый штенгель 5. Штенгель 5 предназначен для откачки, вакуумирования или заполнения внешней колбы 3 необходимым газом при заданном давлении. После вакуумирования (заполнения газом) штенгель 5 отпаивается. Снижение давления и заполнение внешней колбы 3 тяжелым инертным газом снижает теплоотдачу от светоизлучающей колбы 7 и оптимизирует работу элемента накала 8 (светоотдача лампы возрастает). С другой стороны, снижение остаточного давления газа во внешней колбе 3 может снизить электрическую прочность межэлектродного промежутка. Для повышения электрической прочности следует использовать тяжелые электроотрицательные газы. Повышение температуры во внешней светорассеивающей колбе 3 снижает электрическую прочность межэлектродного промежутка. Малая электрическая прочность может привести к возникновению электрической дуги и выходу галогенной лампы накаливания из строя. Повысить электрическую прочность межэлектродных (межвыводных) промежутков внутри герметичной внешней колбы 3 возможно «экранированием» (за счет непосредственного соединения или прижима светоизлучающей колбы 7 к ножке 4, к ее поверхности сопряжения, выполняемой на лопатке, штабике или линзе). При этом более эффективным является выполнение поверхности сопряжения или основания, или поверхности сопряжения и основания с мелкоструктурированным рельефом. Дополнительно, в этом случае, повышается прочность (жесткость) соединения, технологичность при изготовлении лампы и уменьшается теплоотвод от светоизлучающей колбы 7 (при значительном росте электрической прочности промежутков между электродами 6 и выводами 9.
Выполнение пазов в элементах ножки 4 (лопатке, штабике 10 и линзе) и основании светоизлучающей колбы 7 увеличивает межэлектродное (межвыводное) расстояние (длину пути) и повышает электрическую прочность. Если ножка (лопатка) выполняется без штабика 10, основание светоизлучающей колбы располагается обычно под углом к (плоскостям) лопатке. При этом оси (симметрии) ножки 4 и светоизлучающей колбы 7, как правило, отмечено, параллельны (или совпадают с учетом допусков, в частности, на несоосность). Ножка 4 может быть выполнена со штабиком 10, имеющим, в том числе, линзу на конце (конструкции этих элементов ножки и их назначение аналогичны известным конструкциям ламп накаливания). Штабик 10 или его линза, в этом случае, выполняет функцию опорного элемента. Пазы в ножке 4 (ее элементах) и основании светоизлучающей колбы 7 предназначены для непосредственного механического соединения светоизлучающей колбы 7 с ножкой 4 (в том числе, с такими ее элементами как лопатка, штабик 10 и линза штабика) внешней (светорассеивающей) колбы 3 и обеспечивают механическую прочность всей конструкции и электрическую прочность межэлектродного (межвыводного) промежутка. Размеры элементов конструкции (ширина пазов в основании, толщина лопатки, толщина штабика 10, ширина линзы) согласованы с учетом технологических допусков и возможности механического соединения (сопряжения). Нанесение термостойкого клеящего материала (11) с диэлектрическими свойствами и малой теплопроводностью (любого известного состава, например, стеклоцемента с соответствующими свойствами) в месте сопряжения светоизлучающей колбы 7 и ножки 4 (ее элементов) исключает наличие газовых промежутков с низкой электрической прочностью и дополнительно повышает механическую прочность конструкции галогенной лампы накаливания и электрическую прочность общего межэлектродного (межвыводного) промежутка.
По сравнению с прототипом существенно повышается электрическая прочность межэлектродного промежутка внутри герметичной внешней светорассеивающей колбы (за счет экранирования, увеличения длины пути и геометрии межэлектродного промежутка, а также возможного исключения газовых промежутков, имеющих более низкую электрическую прочность). При этом новая галогенная лампа накаливания имеет конструкцию, обеспечивающую высокую механическую прочность.
Повышаются надежность работы лампы, средний срок службы и эксплуатационный ресурс (в частности, за счет большей электрической прочности межэлектродного промежутка, высокой механической прочности конструкции, отсутствия дополнительных металлических держателей для светоизлучающей колбы).
Расширяется область применения новой галогенной лампы накаливания (широкая номенклатура климатических исполнений, высокая светоотдача). Новую лампу можно использовать в закрытых и открытых (без защитного стекла) светильниках для внутреннего и наружного освещения, при отрицательных температурах (до - 60°С) и в условиях тряски и ограниченных ударов.
Светоотдача галогенной лампы накаливания повышается при сохранении всех ее преимуществ. Это обеспечивается за счет возможного полного использования энергии составляющих спектра излучения и снижения теплоотдачи от конструктивных элементов. Светоотдача новой галогенной лампы накаливания (за счет совместного эффективного использования теплового излучения и энергии излучения в ультрафиолетовом диапазоне, снижения тепловых потерь) может быть повышена на 5÷10% (до 33 лм/Вт).
Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет значительного снижения температуры внешних частей конструкции, возможности выравнивания яркости по поверхности светорассеивающей колбы и исключения слепящего эффекта (матирование, зеркализация), снижения стоимости (упрощение технологии, отсутствие специальных металлических держателей) также расширяется область применения новой галогенной лампы накаливания.
Заявляемая галогенная лампа накаливания может быть, в частности, использована не только как прямая замена обычных ламп накаливания, а также распространенных галогенных ламп, но и для замены компактных люминесцентных в различных системах освещения (энергетический коэффициент полезного действия компактных люминесцентных ламп ниже, чем у новой галогенной лампы накаливания).
Аналогичный принцип устройства может быть применен, если галогенная лампа накаливания комплектуется более одной светоизлучающей колбой. Галогенная лампа накаливания с несколькими светоизлучающими колбами будет (при соответствующих условиях) иметь, в частности, более высокую надежность работы.
Аналогичную конструкцию может иметь и газонаполненная светодиодная лампа, если заменить светоизлучающую колбу с элементом накала на светоизлучающую колбу со светодиодами, например, капсульную (или на несколько таких колб), используя, при этом, соответствующее газовое наполнение герметичной внешней светорассеивающей колбы с высокой теплопроводностью и низкой вязкостью (гелий, водород, азот).