ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА С МАЛЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ МОЩНОСТИ
LUMINESCENT LAMP WITH LOW POWER CONSUMPTION

Область техники
Настоящее изобретение относится к лампе и, более конкретно, к люминесцентной лампе с малым потреблением мощности, имеющей наполнитель, который включает ксенон.
Предшествующий уровень техники
Линейные люминесцентные лампы T5 и T8 и контактные люминесцентные лампы, имеющие диаметры 3/8-5/8 дюйма (T3, T4, T5), стали довольно популярными и начали вытеснять предыдущее поколение люминесцентных ламп T12 вследствие их более высокой эффективности и компактности. Более высокая эффективность обеспечена частично добавлением криптона в инертный наполняющий газ, который обычно содержит аргон. Добавление криптона снижает потребление энергии люминесцентными лампами, поскольку криптон, имеющий более высокий атомный вес, чем аргон, вызывает более низкий градиент электрического поля в положительном столбе с более низкими потерями на теплопроводность на единицу длины разряда в лампе. Таким образом, люминесцентные лампы, содержащие криптон в наполнителе, приводят к более низким эксплуатационным расходам, которые дают выгодную экономию для потребителя.
Сущность изобретения
Желательно дополнительно улучшить эффективность линейных люминесцентных ламп и контактных люминесцентных ламп или их конструкции для потребления меньшей энергии. Поскольку варианты применения для освещения с использованием линейных люминесцентных и контактных люминесцентных ламп составляет существенную часть общего потребления энергии, усовершенствованная энергосберегающая или потребляющая меньшую мощность люминесцентная лампа значительно снизит общее потребление энергии. Такое уменьшенное потребление энергии также преобразуется в экономию расходов для потребителя, а также к уменьшению ущерба окружающей среде, связанного с избыточным производством энергии, необходимой для соответствия текущим потребностям.
Ртутная газоразрядная лампа согласно изобретению содержит светопроницаемую оболочку, имеющую внутреннюю поверхность, поддерживающий разряд наполнитель, содержащий инертный газ, закупоренный внутри оболочки. Наполнитель имеет абсолютное давление газа 0,4-4 Торр при 25°C. Лампа выполнена с возможностью работы ниже 10 ватт на фут длины дуги. Инертный газ в наполнителе содержит (a) 0,1-99,9 мол.% ксенона и остаток, включающий в себя по меньшей мере один инертный газ или (b) 100 мол.% ксенона.
Краткое описание чертежа
На фиг.1 схематически показан частичный разрез лампы согласно настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В нижеследующем описании, когда задан предпочтительный диапазон от 5 до 25 (или 5-25), это означает предпочтительно по меньшей мере 5, и отдельно и независимо предпочтительно не более 25.
На фиг.1 показана ртутная газоразрядная лампа 10 низкого давления согласно изобретению, которая известна в данной области техники. Лампа 10 имеет светопроницаемую, предпочтительно, линейную и цилиндрическую стеклянную трубку или оболочку 12, которая предпочтительно имеет круглое поперечное сечение. Внутренняя поверхность оболочки 12 предпочтительно снабжена отражающим барьерным покрытием или слоем 14 для улучшения сохранения мягкости света и яркости со временем. Внутренняя поверхность барьерного слоя 14 предпочтительно снабжена слоем 16 люминофора, при этом барьерный слой 14 находится между оболочкой 12 и слоем 16 люминофора. Слой 16 люминофора предпочтительно является редкоземельным слоем люминофора, таким как редкоземельный трехфосфорный или многофосфорный слой или другой слой люминофора. Лампа 10 может быть люминесцентной лампой, такой как лампы T12, T10 или T8, которые в целом известны в данной области техники, номинально имеющие 48 дюймов или 4 фута в длину, цилиндрическую трубку и имеющие номинальный внешний диаметр, составляющий по меньшей мере 1 дюйм или внешний диаметр, составляющий 1 дюйм или около 1 дюйма. Лампа 10 может также иметь номинальную длину 1,5, 2, 3, 5, 6 или 8 футов. В альтернативном варианте лампа 10 может быть нелинейной, например кольцевой, или может иметь другую криволинейную форму, или может иметь номинальный внешний диаметр меньше одного дюйма, как лампы типа T5, T4 или T3, имеющие номинальные внешние диаметры, составляющие около 0,625 (5/8) дюйма, 0,5(1/2) дюйма и 0,375 (3/8) дюйма соответственно. В этом альтернативном случае лампа 10 может также иметь номинальную длину 1,5, 2, 3, 4, 5, 6 или 8 футов, или она может быть компактной люминесцентной лампой, имеющей сложенную или свернутую топологию, таким образом, что общая длина лампы намного короче, чем развернутая длина стеклянной трубки.
Лампа 10 герметично закупорена основаниями 20, прикрепленными к обоим концам, и электроды или электродные структуры 18 (для создания дугового разряда), соответственно, установлены на основаниях 20. Поддерживающий разряд наполнитель 22 находится в герметизированной стеклянной оболочке, причем наполнитель содержит или является инертным газом, или смесью инертных газов при низком давлении в комбинации с малым количеством ртути для обеспечения работы лампы при низком давлении пара.
Мощности могут быть измерены при помощи известной контрольной схемы быстрого запуска стандарта IES на 60 Гц. В альтернативном варианте мощности могут быть измерены при помощи известной стандартной высокочастотной контрольной схемы согласно рабочим характеристикам, определенным Международным Стандартом IEC 60081 (2000) для двухцокольных люминесцентных ламп. Лампа 10 может работать при 15-50, 15-40, 15-30, 15-25, 15-24, 15-23, 15-22, 15-21 или около 20, 19, 18, 17, 16 или 15 ватт. Предпочтительно лампа 10 работает при 4-15, предпочтительно 4-12, предпочтительно 4-10, предпочтительно 4-8 или приблизительно, 5, 5,5, 6, 6,5, 7 или 7,5 ватт на фут длины дуги. Другими словами, например, 4-футовая люминесцентная лампа T8 согласно настоящему изобретению может работать при приблизительно 7 ватт на фут длины дуги, что приравнивается приблизительно к 28 ваттам, поскольку 4-футовая лампа T8 обычно имеет полную длину дуги, составляющую приблизительно 4 фута. Длина дуги представляет собой расстояние между электродными структурами 18 лампы 10 согласно настоящему изобретению. Например, 4-футовая лампа T8 обычно имеет длину дуги приблизительно 4 фута, поскольку расстояние между электродными структурами 18 равно приблизительно длине оболочки 12. Таким образом, во многих отношениях длина дуги лампы 10 обычно равна полной длине светопроницаемой оболочки 12 лампы при условии, что основания 20 и/или электродная структура 18 не составляют существенную часть полной длины лампы 10.
2
Общая структура покрытия предпочтительно описана в патенте США №5602444. Эта структура покрытия известна в данной области техники. Как описано в патенте №5602444, барьерный слой 14 содержит смесь частиц гамма- и альфа-оксида алюминия, которые составляют предпочтительно 5-80, или 10-65, или 20-40 вес.% гамма-оксида алюминия и 20-95, или 35-90, или 60-80 вес.% альфа-оксида алюминия. Слой 16 люминофора нанесен на внутреннюю поверхность барьерного слоя 14 и предпочтительно имеет вес покрытия 1-5, или 2-4 мг/см, или другой обычный вес покрытия. Слой 16 люминофора предпочтительно содержит смесь красного, зеленого и синего излучающих редкоземельных люминофоров, предпочтительно трехфосфорную смесь. В слое 16 люминофора могут использоваться смеси редкоземельных люминофоров, содержащие другие количества редкоземельных люминофоров, такие как смеси с 4 или 5 редкоземельными люминофорами.
Инертный газ в наполнителе предпочтительно содержит ксенон и по меньшей мере один другой инертный газ, такой как неон, аргон или криптон. Инертный газ содержит 0,1-99,9, предпочтительно 0,1-80, предпочтительно 0,1-60, предпочтительно 0,1-50, предпочтительно 0,1-40, предпочтительно 0,1-30, предпочтительно 0,1-25, предпочтительно 0,1-20, предпочтительно 0,1-15 или около или меньше чем 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 или 14 мол.% ксенона и баланс, включающий в себя инертный газ или смесь инертных газов. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения инертный газ имеет по меньшей мере 15 мол.% ксенона и баланс, включающий в себя инертный газ или смесь инертных газов, таких как криптон, аргон или неон, или их комбинации. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения инертный газ включает в себя меньше чем приблизительно 5, 10, 15, 20, 25, 30 или 35 мол.% ксенона и остаток из инертного газа или смеси инертных газов, такой как больше чем приблизительно 50, 60, 65, 70, 75 или 80 мол.% криптона или меньше чем приблизительно 5, 10, 15 или 20 мол.% аргона. В альтернативном варианте инертный газ может представлять собой по существу 100%-ный чистый ксенон или содержащий приблизительно 100 мол.% ксенона. Полное давление наполнителя 22 (включая ртутный пар и инертный газ) составляет предпочтительно 0,4-4, предпочтительно 0,4-2, предпочтительно 0,4-1,8, более предпочтительно около 0,4-1,6 Торр при обычной температуре наполнителя, известной в данной области техники, например 25°C.
Лампа 10 согласно настоящему изобретению, хотя номинально более дорогостоящая вследствие материальных затрат, в целом потребляет меньше энергии вследствие уменьшенной мощности, требуемой для работы лампы при использовании в связи с существующими балластами. Номинальная мощность существующей высокоэффективной люминесцентной лампы T8, такой как лампа General Electric F28T8 Ultramax, составляет около 28 ватт. Как показано в Примере 1 ниже, в предпочтительном варианте осуществления изобретения лампа 10 согласно изобретению предпочтительно работает при мощности меньше или около 25 ватт (то есть около 6,25 ватт на фут длины дуги для 4-футовой линейной люминесцентной лампы) при стандартных условиях контрольной фотометрии в цепи 120 В, 60 Гц или на около 10% меньшим потреблением мощности, чем вышеупомянутая стандартная высокоэффективная люминесцентная лампа T8. Выход светового потока или световая отдача лампы 10 согласно настоящему изобретению может регулироваться для согласования с выходом светового потока или световой отдачи существующих высокоэффективных люминесцентных ламп с малым потреблением мощности посредством замены или модификации материалов, которые составляют слой 16 люминофора лампы 10.
Представляется, что одно преимущество изобретения состоит в том, что добавление или замена ксенона в инертном газе приводит к получению лампы 10 с максимальной световой отдачей при рабочей температуре в колбе или оболочке более чем по меньшей мере 40, предпочтительно 42, предпочтительно 44, предпочтительно 46 или около 47, 48, 49 или около 50°C. Часто имеет место то, что существующие люминесцентные лампы работают при температурах оболочки или колбы, которые выше, чем оптимальный температурный диапазон световой отдачи для инертного газа или газов в наполнителе, таких как криптон или аргон. Следовательно, представляется, что лампы 10 согласно настоящему изобретению потребляют меньше энергии и имеют пиковую световую отдачу при рабочих температурах колбы, которая выше таковой у высокоэффективных люминесцентных ламп, известных в данной области техники.
Изобретение будет лучше понято при ознакомлении с конкретными примерами, дополнительно описанными ниже.
Пример 1
Измерения давления в этом примере выполнены при 25°C. Ряд 4-футовых ламп T8 с малым потреблением мощности согласно настоящему изобретению был испытан в стандартной цепи 120 В, 60 Гц, как указано выше, при стандартных условиях фотометрии. Среднее использование мощности 3 таких ламп сравнили с использованием 3 стандартных 4-футовых ламп T8, имеющих составы инертного газа из криптона, аргона или их смесей в той же цепи. Результаты показаны ниже в табл.1. Результаты измерений мощности (в ваттах) в табл.1 указывают эффективную мощность дуги испытанных ламп. Измерение мощности дуги исключает мощность, потребленную катодами контрольной цепи. Нормальные варианты применения лампы 10 настоящего изобретения не включают в себя измерения мощности на катоде, концевых потерь или мощности, не производящей света, и, таким образом, они исключены из результатов измерений мощности в табл.1.
Таблица 1
Сравнение ламп согласно изобретению и стандартных люминесцентных ламп
Лампа
Состав наполняющего инертного газа (мол.%)
Полное давление (Торр)
Мощность (ватт)
Стандартная Т8
100% Kr
1,6
25,1
Стандартная Т8
50% Kr50% Ar
1,6
28,4
Стандартная Т8
75% Kr25% Ar
1,6
26,8
Согласно изобретению Т8
75% Kr25% Xe
1,6
22,6
Согласно изобретению Т8
50% Kr50% Xe
1,6
19,8
Стандартная Т8
100% Kr
1,8
25
Согласно изобретению Т8
90% Kr10% Xe
1,8
24,8
Согласно изобретению Т8
75% Kr25% Xe
1,8
23
Стандартная Т8
100% Ar
2
31,2
Согласно изобретению Т8
70% Ar30% Xe
2
26,4
Согласно изобретению Т8
100% Xe
2
15,9
Как следует из табл.1, лампы T8, соответствующие изобретению, потребляют меньшую мощность, чем стандартные люминесцентные лампы T8, имеющие в качестве инертного наполняющего газа криптон, аргон или их смеси. При полном давлении наполнителя, составляющем 1,6 Торр, стандартные лампы T8 (то есть стандартная лампа T8 с 100%-ным Kr) вырабатывали уровень мощности в 25,1 ватт, в то время как лампы Т8 (то есть лампы Т8 согласно изобретению с 50% Kr и 50% Хе) согласно изобретению вырабатывали уровень мощности в 19,8 ватт или приблизительно на 20% меньше мощности, чем самая маломощная стандартная лампа T8. При полном давлении 1,8 Торр стандартная лампа Т8 (то есть стандартная лампа Т8 с 100%-ным Kr) вырабатывала уровень мощности в 25 ватт, в то время как лампы Т8, соответствующие изобретению (то есть лампы Т8, соответствующие изобретению, с 75% Kr и 25% Хе), вырабатывали уровень мощности в 23 ватт или приблизительно на 8% меньше мощности. При полном давлении 2 Торр стандартная лампа Т8 (то есть стандартная лампа Т8 с 100%-ным Ar) вырабатывала уровень мощности в 31,2 ватт, в то время как лампы Т8, соответствующие изобретению (то есть лампы T8, соответствующие изобретению, с 100%-ным Хе), вырабатывали уровень мощности в 15,9 ватт или приблизительно на 50% меньше мощности. Таким образом, лампы Т8 согласно изобретению приводят к уменьшению потребления мощности в диапазоне полных давлений наполняющего газа и составов в мол.% Хе в наполняющем газе. 4-футовая линейная лампа T8 с малым потреблением мощности предпочтительно потребляет не больше чем 24,8, 24,2, 23,6, 23, 22,6, 22, 21,6, 21, 20,6, 20, 19,6, 19, 18, 17, 16 или 15,9 ватт (то есть не больше чем 6,2, 6,05, 5,9, 5,75, 5,65, 5,5, 5,4, 5,25, 5,15, 5, 4,9, 4,5, 4,25, 4 или 3,98 ватт на фут длины дуги) при работе в контрольной цепи 120В, 60 Гц. Добавление или замена ксенона в инертном газе наполнителя во всех случаях приводит к снижению потребления мощности лампой 10 при измерении в контрольной цепи по сравнению с подобным образом конфигурированной лампой, не содержащей ксенон в инертном газе наполнителя. Подобные снижения потребляемой мощности достигнуты при помощи лампы согласно изобретению, имеющей другие конфигурации, отличные от лампы, такой как лампа T5, T4, T3 или контактная люминесцентная лампа. Следовательно, возможны вариации диаметра лампы (то есть больше или меньше, чем диаметр T12 или T3 соответственно), длины и других параметров без отхода от объема изобретения.
Пример 2
Измерения давления в этом примере проводились при 25°C. Ряд ламп согласно настоящему изобретению был испытан с высокочастотным балластом на 26 кГц согласно рабочим характеристикам, определенным Международным Стандартом IEC 60081 (2000) для двухцокольных люминесцентных ламп. Мощность ламп согласно настоящему изобретению сравнивали со стандартными лампами, содержащими только аргон и криптон в наполнителе, в той же цепи. Результаты приведены ниже в табл.2.
Таблица 2
Сравнение ламп согласно изобретению и стандартных люминесцентных ламп
Лампа
Состав наполняющего инертного газа (мол.%)
Полное давление (Торр)
Мощность (ватт)
Согласно изобретению 5-футовая, Т5
96% Ar4% Xe
3
33,6
Стандартная 5-футовая, Т5
89% Ar
3
36,6
Стандартная 5-футовая, Т5
76% Ar24% Kr
3
34
Согласно изобретению 4-футовая, Т5
77% Ar23% Xe
3
19,3
Стандартная 4-футовая, Т5
89% Ar11% Kr
3
28,2
Стандартная 4-футовая, Т5
87% Ar13% Kr
3
27,8
Стандартная 4-футовая, Т5
78% Ar22% Kr
3
26,9
Стандартная 4-футовая, Т5
76% Ar24% Kr
3
26,5
Стандартная 4-футовая, Т5
68% Ar32% Kr
3
25,6
Согласно изобретению 2-футовая, Т5
96% Ar4% Xe
3
12
Стандартная 2-футовая, Т5
100% Ar
3
14,3
Стандартная 2-футовая, Т5
90% Ar10% Kr
3
13,8
Стандартная 2-футовая, Т5
80% Ar20% Kr
3
13,2
Стандартная 2-футовая, Т5
76% Ar24% Kr
3
13,2
Как указано в табл.2, лампы Т5, соответствующие изобретению, потребляют меньше мощности, чем стандартные лампы T5, имеющие инертный наполняющий газ, из криптона и аргона. Например, стандартные 5-футовые лампы T5 (то есть стандартные 5-футовые лампы Т5 с 76% Ar и 24% Kr) вырабатывали уровень мощности по меньшей мере в 34 ватт, в то время как 5-футовая лампа Т5, соответствующая изобретению (то есть 5-футовая лампа T5 с 96% Ar и 4% Хе), вырабатывала уровень мощности в 33,6 ватт. Стандартные 4-футовые лампы T5 (то есть стандартные 4-футовые лампы Т5 с 68% Ar и 32% Kr) вырабатывали уровень мощности по меньшей мере в 25,6 ватт, в то время как 4-футовая лампа Т5, соответствующая изобретению (то есть 4-футовая лампа T5, соответствующая изобретению, с 77% Ar и 23% Хе), вырабатывала уровень мощности в 19,3 ватт. Стандартные 2-футовые лампы Т5 (то есть стандартные 2-футовые лампы Т5 с 76% Ar и 24% Kr) вырабатывали уровень мощности по меньшей мере в 13,2 ватт, в то время как 2-футовая лампа Т5, соответствующая изобретению (то есть 2-футовая лампа T5, соответствующая изобретению, с 96% Ar и 4% Хе), вырабатывала уровень мощности в 12 ватт. Таким образом, лампы Т5, соответствующие изобретению, дают уменьшение потребления мощности в диапазоне мол.% Хе в наполняющем газе. 4-футовая линейная лампа Т5 с малым потреблением мощности, соответствующая изобретению, предпочтительно потребляет не больше чем 20, 19,6, 19,3, 18,6, 18,2, 17,6, 17,2, 16,8, 16,2, 15,8 или 15 ватт (то есть не больше чем 5, 4,9, 4,83, 4,65, 4,55, 4,4, 4,3, 4,2, 4,05, 3,95 или 3,75 ватт на фут длины дуги) при работе в контрольной цепи согласно Международному Стандарту IEC 60081 (2000) для двухцокольных люминесцентных ламп. Добавление или замена ксенона в инертном газе наполнителя во всех случаях приводит к снижению потребляемой мощности лампой 10, измеренной в контрольной цепи, определенной Международным Стандартом IEC 60081 (2000) для двухцокольных люминесцентных ламп по сравнению с подобным образом конфигурированной лампой, не содержащей ксенон в инертном газе наполнителя. Подобные снижения мощности достигнуты при помощи лампы, соответствующей изобретению, имеющей конфигурации, отличные от лампы Т5, такие как T4, T3 или контактные люминесцентные лампы. Следовательно, возможны вариации диаметра лампы, длины и других параметров без отхода от объема изобретения.
Лампа 10 согласно настоящему изобретению будет иметь по существу подобные характеристики индекса цветопередачи по сравнению с эквивалентными доступными на рынке люминесцентными лампами. Следовательно, лампы, соответствующие изобретению, могут использоваться фактически во всех вариантах применения для освещения, где используются существующие лампы T8, T5, T4, T3 или контактные люминесцентные лампы. В этом отношении характеристики индекса цветопередачи могут подобным образом регулироваться посредством надлежащего подбора весовых процентных отношений трехфосфорного состава в слое 16 люминофора.
Хотя изобретение было описано со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понято, что могут быть сделаны различные изменения, и его элементы могут быть заменены их эквивалентами, не отходя от объема изобретения. Кроме того, много модификаций могут быть сделаны для приспособления конкретной ситуации или материала к идее изобретения, не отступая от его сущности. Таким образом, предполагается, что изобретение не ограничено конкретным вариантом осуществления, раскрытым как лучший вариант осуществления этого изобретения, но что изобретение будет включать в себя все варианты осуществления, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.