ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения. Полезная модель направлена на расширение области применения электрической лампы.
Известна электрическая лампа, содержащая герметичную колбу с элементом внешнего токоподвода, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде спирали из тугоплавкого металла и ножкой внутри, имеющей электроды, вакуумированную, источник питания, электроды соединены с контактами элемента токоподвода, выводами светоизлучающего тела и контактами источника питания через контакты элемента токоподвода (Характеристики ламп накаливания. Каталог / «ГУП РМ Лисма», 2011, С. 32).
В качестве источника питания известной лампы, относящейся к лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть.
Недостатком электрической вакуумной лампы накаливания является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, малым сроком службы, значительным спадом светового потока в процессе эксплуатации и сравнительно низкой цветовой температурой, высоким уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (инфракрасное излучение), обедненностью спектра излучения в коротковолновой области, высокой температурой поверхности колбы и цоколя, что в определенных условиях может привести к возгоранию окружающих предметов. Светоотдача известной электрической вакуумной лампы накаливания не превышает 10 лм/Вт.
Известна электрическая лампа, содержащая герметичную колбу с элементом внешнего токоподвода, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде спирали из вольфрама и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания, электроды соединены с контактами элемента токоподвода, выводами светоизлучающего тела и контактами источника питания через контакты элемента токоподвода, в качестве буферного газа используют смесь, содержащую от 84 до 86% азота и от 14 до 16% аргона при давлении от 0,5 до 0,8 бар (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010/ «GE Lighting)), 2009, С. 63).
В качестве источника питания известной лампы, относящейся к лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть.
Недостатком аргоновой электрической лампы накаливания является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, малым сроком службы, значительным спадом светового потока в процессе эксплуатации и сравнительно низкой цветовой температурой, высоким уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (инфракрасное излучение), обедненностью спектра излучения в коротковолновой области, высокой температурой поверхности колбы и цоколя, что в определенных условиях может привести к возгоранию окружающих предметов. Светоотдача известной электрической лампы накаливания не превышает 14 лм/Вт.
Известна электрическая лампа, содержащая герметичную колбу с элементом внешнего токоподвода, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде спирали из вольфрама и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания, электроды соединены с контактами элемента токоподвода, выводами светоизлучающего тела и контактами источника питания через контакты элемента токоподвода, в качестве основы буферного газа используют криптон при давлении от 0,5 до 0,8 бар (Лампы накаливания. Каталог ламп / «Philips», 2007, С. 16).
В качестве источника питания известной лампы, относящейся к лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть.
Недостатком криптоновой электрической лампы накаливания является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, малым сроком службы, значительным спадом светового потока в процессе эксплуатации и сравнительно низкой цветовой температурой, высоким уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (инфракрасное излучение), обедненностью спектра излучения в коротковолновой области, высокой температурой поверхности колбы и цоколя, что в определенных условиях может привести к возгоранию окружающих предметов. Светоотдача известной электрической лампы накаливания составляет менее 17 лм/Вт.
Известна электрическая лампа, содержащая колбу, установленную на корпусе с охладителем и элементом внешнего токоподвода, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде светодиодной матрицы, источник питания, светоизлучающее тело установлено на охладителе и подключено к выходу источника питания, размещенного внутри корпуса, контакты элемента токоподвода соединены с контактами источника питания (П. 100637. Интегрированная светодиодная лампа / Е.М. Сил-кин // Опубл. 20.12.2010 Бюл. №35).
Подобную конструкцию имеют большинство электрических ламп со светодиодами и светодиодными матрицами. Лампа не является герметичной. Светоизлучающее тело и источник питания (драйвер) не изолированы от внешней среды и подвержены ее влиянию. Элементы лампы находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль.
Недостатком электрической лампы является узкая область применения, что обусловлено сравнительно низкой светоотдачей, пониженным сроком службы, высокой температурой корпуса (что затрудняет ее применение в замкнутых световых приборах), не герметичностью элементов (что делает не возможным использование при наружном освещении), технологической сложностью. Светоотдача известной лампы, относящейся к типу светодиодных, достигает 70 лм/Вт, что является сравнительно низкой величиной.
Известна электрическая лампа, содержащая герметичную колбу с элементом внешнего токоподвода в форме цоколя, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде нескольких светодиодных матриц и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания, размещенный внутри цоколя, электроды соединены с контактами источника питания и контактами светоизлучающего тела, контакты цоколя соединены с входом источника питания, в качестве буферного газа используют смесь криптона и ксенона при давлении от 0,5 до 0,8 бар (Лампы СТАРТ с нитевидным светодиодом. Каталог ламп / «ООО Старт», Новгород, 2014).
Лампа относится к типу так называемых филаментных ламп, использующих в конструкции матрицы последовательно соединенных маломощных светодиодов в форме линеек (технология СОВ). Светоизлучающее тело в филаментных лампах изолировано от окружающей среды. Источник питания остается неизолированным от влияния окружающей среды. Размещение источника питания в цоколе лампы ограничивает размер платы источника питания и не позволяет выполнить его с высокими техническими параметрами.
Филаментная электрическая лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения электрической лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что электрическая лампа содержит герметичную колбу с элементом внешнего токоподвода, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде светодиодной матрицы или нескольких светодиодных матриц и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания, электроды соединены с контактами элемента токоподвода и контактами источника питания, отличающаяся тем, что в качестве буферного газа используют смесь, содержащую более 91% азота и менее 9% аргона или азот, или технически чистый воздух, или неон, или гелий, или смеси перечисленных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар, светоизлучающее тело установлено непосредственно на плату источника питания.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения электрической лампы за счет повышения светоотдачи, увеличения срока службы, уменьшения цены, возможности эффективного использования в осветительных приборах ограниченного объема и для внешнего освещения, что достигается повышением технологичности конструкции, изоляцией источника питания от воздействия окружающей среды и возможностью его выполнения с более высокими техническими характеристиками, улучшением условий охлаждения светоизлучающего тела, новой конструкцией и новыми связями элементов. Расширение области применения электрической лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства и особенностями новой конструкции, составом буферного газа и новыми связями элементов, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой электрической лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой электрической (одноцокольной) лампы со стандартным элементом внешнего токоподвода (сетевым цоколем E27).
Электрическая лампа содержит герметичную колбу 1 с элементом внешнего токоподвода 2, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом 3 в виде светодиодной матрицы или нескольких светодиодных матриц и ножкой 4 внутри, имеющей электроды 5, заполненную буферным газом, источник питания 6, электроды соединены с контактами элемента токоподвода 2 и контактами источника питания 6. В качестве буферного газа используют смесь, содержащую более 91% азота и менее 9% аргона или азот, или технически чистый воздух, или неон, или гелий, или смеси указанных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар. Светоизлучающее тело 3 установлено непосредственно на плату источника питания 6.
Электрическая лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через элемент внешнего токоподвода 2 (например, сетевой цоколь стандартного вида) электрическая лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока непосредственно или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Колба 1 из оптически прозрачного материала является важной частью конструкции электрической лампы, которая выполняет несущую, защитную, светорассеивающую функции и функцию герметизации рабочего пространства. Колба 1 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 2. Контакты цоколя 2 через электроды 5, установленные на ножке 4, соединены с контактами платы источника питания 6. Светодиодные матрицы светоизлучающего тела 3 установлены непосредственно на плату источника питания 6 и электрически соединены с его выходом. Вся конструкция размещается внутри колбы 1 и изолирована от окружающей среды. Колба 1 заполнена буферным газом. В качестве буферного газа используют смесь, содержащую более 91% азота и менее 9% аргона или азот, или технически чистый воздух, или неон, или гелий, или смеси указанных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар. Состав буферного газа и его давление обеспечивают наилучший теплоотвод и достаточную электрическую прочность. При прохождении электрического тока через светодиоды матриц они излучают световые волны, в частности, видимый свет. Возможно также, например, излучение в ультрафиолетовой области спектра, что обеспечивается типом применяемых светодиодов. В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности применяемых буферных (изолирующих) газов при температуре близкой к нулю градусов по Цельсию.
Из таблицы следует, что из инертных газов лучшей теплопроводностью обладает гелий. Необходимость в применении смесей газов продиктована требованиями по электрической прочности. Важное значение имеет также цена используемых газов, влияющая на конечную цену изделия при производстве.
Технически чистый воздух (осушенный, без механических примесей и пыли) также возможно применить в качестве изолирующего газа. Теплопроводность воздуха приблизительно в 2,6 раза выше теплопроводности криптона, что позволяет снизить температуру внутри колбы 1.
По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения электрической лампы. Повышается светоотдача лампы при сохранении всех известных ее преимуществ. Это обеспечивается за счет возможности снижения рабочей температуры светоизлучающего тела 3 и электрических потерь в соединительных элементах конструкции и источнике питания 6. Светоотдача новой электрической лампы за счет оптимизации состава буферного газа может быть повышена на величину от 5 до 40% (в зависимости от вида буферного газа).
Рабочие элементы новой электрической лампы изолированы от окружающей среды и более эффективно охлаждаются, что позволяет применять ее в световых приборах ограниченного рабочего объема и для внешнего освещения. Это существенно расширяет области применения новой электрической лампы.
Срок службы заявляемой электрической лампы превышает срок службы лампы-прототипа в 1,5 раза за счет улучшения условий работы светодиодных матриц и источника питания 6. Увеличение срока службы расширяет область применения новой электрической лампы.
Используемый в новой лампе буферный газ имеет более низкую стоимость. Кроме того, повышение светоотдачи позволяет использовать в лампах с заданными параметрами светодиодные матрицы, имеющие меньшую цену. Новая лампа более технологична (по сравнению с лампой-прототипом), что также снижает конечную цену. Снижение цены расширяет области применения заявляемой электрической лампы.