ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ РАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых безопасных энергоэффективных и высоконадежных газоразрядных источников света. Полезная модель направлена на повышение безопасности при производстве и эксплуатации люминесцентной разрядной лампы низкого давления.
Известна люминесцентная разрядная лампа низкого давления, содержащая средства для инициирования и поддержания электрического разряда и колбу из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом и инертным газом, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой из люминесцирующего вещества (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.4.12).
Средствами для инициирования и поддержания электрического разряда являются, в том числе, электроды со специальными оксидными слоями или индукторы (в безэлектродных индукционных и гибридных лампах). Люминесцентная разрядная лампа низкого давления имеет стандартные цоколи для подключения к источнику электропитания.
Недостатком люминесцентной разрядной лампы низкого давления является повышенная опасность при производстве и эксплуатации, что обусловлено конструкцией (стеклянная колба) и использованием веществ повышенной опасности (ртуть, кадмий, свинец). В качестве рабочего вещества в лампе используется ртуть. Колба из стекла обладает повышенной хрупкостью. При разрушении колбы высока вероятность попадания ртути в окружающее пространство. Части разрушенной колбы имеют острые режущие края, что не безопасно при производстве и эксплуатации. Для обеспечения требуемой механической прочности необходимо увеличение толщины стенок колбы, приводящее к повышенному расходу материалов, ухудшению характеристик и, следовательно, к дополнительному загрязнению окружающей среды при производстве люминесцентной разрядной лампы низкого давления и возрастанию экологической опасности при утилизации. Взаимодействие люминесцирующего и рабочего вещества во время работы лампы усложняет технологию утилизации, что также снижает безопасность при ее производстве и эксплуатации.
Известна линейная люминесцентная разрядная лампа низкого давления, содержащая средства для инициирования и поддержания электрического разряда и колбу из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом и инертным газом, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой из люминесцирующего вещества (Каталог ламп 2009/ 2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.44).
Недостатком известной люминесцентной разрядной лампы низкого давления является повышенная опасность при производстве и эксплуатации, что обусловлено конструкцией (стеклянная колба) и использованием веществ повышенной опасности (ртуть, свинец). В качестве рабочего вещества в лампе используется ртуть в виде амальгамы. Колба из стекла обладает повышенной хрупкостью. При разрушении разрядной колбы высока вероятность попадания ртути в окружающее пространство. Части разрушенной колбы имеют острые режущие края, что не безопасно при производстве и эксплуатации. Для обеспечения требуемой механической прочности необходимо увеличение толщины стенок колбы, приводящее к повышенному расходу материалов, ухудшению характеристик и, следовательно, к дополнительному загрязнению окружающей среды при производстве люминесцентной разрядной лампы низкого давления и возрастанию экологической опасности при утилизации. Взаимодействие люминесцирующего и рабочего вещества во время работы лампы усложняет технологию утилизации, что также снижает безопасность при ее производстве и эксплуатации. Конструкция лампы относится к электродным конструкциям. Электроды устройства имеют специальные Оксидные слои на внешней поверхности.
Известна люминесцентная разрядная лампа низкого давления, содержащая средства для инициирования и поддержания электрического разряда и колбу из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом и инертным газом (Каталог источников света. - ГУП РМ «НИИИС им. А.Н.Лодыгина», 2009. - С.5).
Указанная люминесцентная разрядная лампа низкого давления является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком известной люминесцентной разрядной лампы низкого давления является повышенная опасность при производстве и эксплуатации, что обусловлено конструкцией (стеклянная колба) и использованием веществ повышенной опасности (ртуть, свинец). В качестве рабочего вещества в лампе используется ртуть. Устройство имеет в выходном спектре повышенную долю опасного ультрафиолетового излучения. Стеклянная колба обладает повышенной хрупкостью. При разрушении разрядной колбы высока вероятность попадания ртути в окружающее пространство. Части разрушенной колбы имеют острые режущие края, что не безопасно при производстве и эксплуатации. Для обеспечения требуемой механической прочности необходимо увеличение толщины стенок колбы, приводящее к повышенному расходу материалов, ухудшению характеристик и, следовательно, к дополнительному загрязнению окружающей среды при производстве люминесцентной разрядной лампы низкого давления и возрастанию экологической опасности при утилизации. Взаимодействие люминесцирующего и рабочего вещества во время работы лампы усложняет технологию утилизации, что также снижает безопасность при ее производстве и эксплуатации. Конструкция лампы относится к электродным конструкциям. Электроды устройства имеют специальные эмитирующие оксидные слои на внешней поверхности.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения безопасности при производстве и эксплуатации люминесцентной разрядной лампы низкого давления, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в люминесцентной разрядной лампе низкого давления, содержащей средства для инициирования и поддержания электрического разряда и колбу из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом и инертным газом или смесью инертных газов, на внешнюю поверхность или на часть поверхности нанесена полимерная пленка с наполнителем из люминесцирующего вещества.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение безопасности при производстве и эксплуатации люминесцентной разрядной лампы низкого давления, что достигается за счет принятого нового принципа преобразования электрической энергии в световую энергию и новой конструкции. Снижается опасность разрушения разрядной колбы лампы и попадания опасных веществ в окружающее пространство. Повышается механическая прочность конструкции. Улучшается за счет действия люминесцирующего вещества выходной спектр излучения. Исключается отравление люминесцирующего вещества продуктами электрического разряда. Снижается материалоемкость и повышается безопасность технологий производства и утилизации при браке, выходе из строя, разрушении колбы и при окончании срока эксплуатации. Световая энергия вырабатывается за счет эффективного использования энергии излучения от разрядной колбы, преобразуемого вынесенным слоем люминесцирующего вещества полимерной пленки в видимый свет. Такое преобразование энергии наиболее оптимально и позволяет создать люминесцентную разрядную лампу низкого давления с максимально длительным сроком службы, что обусловлено существенным замедлением деградации (отравления) люминесцирующего вещества при загрязнении продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации. Люминесцирующее вещество защищено от загрязнения продуктами, образующимися в объеме электрического разряда за счет вынесения его за пределы зоны разряда, а также от отравления в результате химических реакций взаимодействия со стеклом разрядной колбы. Срок службы люминесцирующего наполнителя возрастает также за счет оптимизации его температурного режима. Для защиты от неблагоприятных воздействий окружающей среды люминесцирующий наполнитель помещен в полимерную основу, которая существенно снижает скорость его деградации и увеличивает общий срок службы люминесцентной разрядной лампы. Кроме того, повышается световая эффективность конструкции, что позволяет оптимизировать технологию производства и снизить неблагоприятное воздействие производства на окружающую среду.
Повышение безопасности при производстве и эксплуатации люминесцентной разрядной лампы низкого давления, является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом преобразования энергии, особенностями новой конструкции лампы и ее элементов, наличием новых элементов в устройстве, вынесением люминесцирующего вещества, наличием защитного слоя полимерной пленки, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой люминесцентной разрядной лампы низкого давления являются существенными.
На рисунке приведен пример типовой конструкции люминесцентной разрядной лампы низкого давления.
Представленная конструкция лампы относится к, так называемым, электродным конструкциям. Возможны также и аналогичные конструкции индукционных, электродноиндукционных и гибридных ламп с разрядными колбами различных форм (линейные, шаровые, призматические и другие).
Люминесцентная разрядная лампа низкого давления содержит средства 1 для инициирования и поддержания электрического разряда и колбу 2 из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом и инертным газом или смесью инертных газов 3, на внешнюю поверхность или на часть поверхности которой нанесена полимерная пленка 4 с наполнителем 5 из люминесцирующего вещества.
Люминесцентная разрядная лампа низкого давления в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколи 1 стандартного вида (например, G13, Е27 и другие)), установленные на ее концах и соединенные с электродами (средства для инициирования и поддержания электрического разряда), подключается к специальной питающей сети переменного тока (источнику питания). Разрядная колба 2 является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы люминесцентной разрядной лампы (цоколи 1 для подключения к источнику питания, полимерная пленка 4), и основным рабочим элементом устройства, ограничивающим объем разряда. Колба 2 заполняется рабочим веществом и инертным газом или смесью инертных газов 3. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов лампы. Отвод тепла осуществляется, в том числе, разрядной колбой 2 и светорассеивающей полимерной пленкой 4 с люминесцирующим наполнителем 5. Источник питания люминесцентной разрядной лампы низкого давления выполняется в виде специального электронного пускорегулирующего аппарата. Электронный пускорегулирующий аппарат преобразует переменное напряжение питающей сети низкой частоты в переменное напряжение, например, повышенной частоты, необходимое для питания разрядной колбы 2 и поддержания в ней электрического разряда за счет передачи энергии от тока проводимости, протекающего через электроды 1 колбы 2 и плазму электрического разряда колбы 2. 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 2 излучает свет определенных длин волн, который преобразуется люминеецирующим веществом 5, введенным в объем полимерной пленки 4. Полимерная пленка 4 с наполнителем из люминесцирующего вещества 5 наносится на внешнюю поверхность разрядной колбы 2 из оптически прозрачного материала. Люминесцирующее вещество 5 восстанавливает недостающие части спектра излучения разряда (рабочее вещество и инертный газ или смесь инертных газов 3) с целью получения «белого света». Для защиты люминесцирующего вещества 5 от загрязнения продуктами, образующимися в объеме электрического разряда, и температурных воздействий, он вынесен за пределы объема (области) разряда разрядной колбы 2. Для дополнительной защиты люминесцирующего вещества 5 от неблагоприятных воздействий окружающей среды (влага, агрессивные газы, пыль) используется полимерная пленка 4. Одновременно полимерная пленка 4 обладает повышенной механической прочностью и эластичностью. Она, с одной стороны, «утепляет» область разряда, а с другой стороны препятствует попаданию частей разрядной колбы и рабочего вещества в окружающее пространство. Энергия, как отмечено выше, поступает в объем разрядной колбы 2 от тока проводимости, протекающего через электроды, соединенные с цоколями 1 для подключения к электронному пускорегулирующему аппарату (источнику питания). Электроны, эмитируемые с электродов (1) разрядной колбы 2, ускоренные электрическим полем, вызывает ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 2 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду. Электрическая цепь замыкается через электроды (1) разрядной колбы 2, в результате чего через нее протекает ток проводимости, поддерживающий электрический разряд в колбе 2. Ускоренные электроны плазмы возбуждают атомы рабочего вещества разрядной колбы 2. Переход атомов рабочего вещества в нормальное состояние вызывает излучение световых волн, в том числе, в ультрафиолетовом диапазоне. Ультрафиолетовое излучение от разрядной колбы 2 воздействует на люминесцирующее вещество 5 полимерной пленки 4, что и вызывает преобразование излучения разряда в видимый (белый) свет.
Разрядная колба 2 может быть выполнена из кварцевого стекла, или другого оптически прозрачного материала, пропускающего видимое и ультрафиолетовое излучение. Полимерная пленка 5 выполняется, в частности, из оптически прозрачного фторполимера или иного эластичного оптически прозрачного полимерного материала, стойкого к излучению разряда.
По сравнению с прототипом повышается безопасность при производстве и эксплуатации люминесцентной разрядной лампы низкого давления, что достигается за счет принятого нового принципа преобразования электрической энергии в световую энергию и новой конструкции лампы. Снижается опасность разрушения разрядной колбы лампы и попадания опасных веществ в окружающее пространство. Повышается механическая прочность конструкции. Улучшается за счет действия люминесцирующего вещества выходной спектр излучения. Исключается отравление люминесцирующего вещества продуктами электрического разряда. Снижается материалоемкость и повышается безопасность технологий производства и утилизации при браке, выходе из строя, разрушении колбы и при окончании срока эксплуатации.
В результате вынесения слоя люминесцирующего наполнителя за пределы объема разряда и внутреннего объема разрядной колбы, эффективной защиты, исключения неблагоприятных термических воздействий, возрастает срок его службы, что, в целом, увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой люминесцентной разрядной лампы. Снижение влияния интенсивного распыления электродов разрядной колбы на люминесцирующее вещество обеспечивает увеличение сроков службы и снижение скорости деградации (отравления) люминофора и материала разрядной колбы, вызываемых их загрязнением продуктами, образующимися в объеме электрического разряда. Люминесцирующее вещество надежно защищаются от загрязнений защитным слоем полимерной пленки и материалом разрядной колбы. Срок службы новой люминесцентной разрядной лампы низкого давления, по сравнению с прототипом, может быть увеличен, не менее чем на 25% (до 20÷25 тыс.ч).
Дополнительно, в новой люминесцентной разрядной лампе низкого давления обеспечивается более высокая светоотдача. По сравнению с прототипом светоотдача может возрасти до 90÷100 лм/Вт, что на 5÷7% выше, чем в прототипе и других известных лампах, использующих электрический разряд низкого давления. Может быть также снижено общее количество ртути при выполнении лампы на заданную мощность и световой поток.
По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой люминесцентной разрядной лампы (до 3÷5%) за счет оптимизации конструкции и возможности применения новых материалов, а также возможности снижения материалоемкости. Заявляемая лампа может эффективно работать в более широком диапазоне рабочих температур (до -20°С), за счет улучшения условий эксплуатации разрядной колбы. Новая люминесцентная разрядная лампа может быть использована в качестве оптимального узла перспективных линейных интегрированных (с встроенными электронными пускорегулирующими аппаратами) люминесцентных ламп.
Повышение безопасности при производстве и эксплуатации, уменьшение весогабаритных показателей и расширение температурного диапазона надежной работы люминесцентной разрядной лампы низкого давления существенно расширяет ее область применения. Расширение области применения заявляемой лампы, по сравнению с прототипом, представляет собой важное новое потребительское качество заявляемого устройства