ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРИРОВАННАЯ ЛИНЕЙНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных высоконадежных люминесцентных газоразрядных источников света. Полезная модель направлена на увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными с цоколями для подключения к источнику питания, на поверхность которой нанесен слой люминофора (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.4.12).
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства, рассеиванием светового потока, что требует увеличения мощности лампы и повышенной электрической загрузки ее элементов и частей.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными с цоколями для подключения к источнику питания, на поверхность которой нанесен слой люминофора (Каталог ламп 2009/2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.44).
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства, рассеиванием светового потока, что требует увеличения мощности лампы и повышенной электрической загрузки ее элементов и частей.
Известна линейная люминесцентная лампа, содержащая разрядную колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными с цоколями для подключения к источнику питания, на поверхность которой нанесен слой люминофора (Каталог источников света. - ГУП РМ «НИИИС им. А.Н.Лодыгина», 2009. - С.5).
Указанная линейная люминесцентная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком линейной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства, рассеиванием светового потока, что требует увеличения мощности лампы и повышенной электрической загрузки ее элементов и частей.
Полезная модель направлена на решение задачи увеличения срока службы линейной люминесцентной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампе, содержащей светорассеивающую колбу в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями на концах для подключения к источнику питания, на части поверхности которой нанесен светоотражающий слой, а на другой части поверхности которой нанесен слой люминофора с защитным слоем, во внутреннем объеме которой размещены пускорегулирующий аппарат с индуктивным элементом и разрядная колба в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненная рабочим веществом, с электродами на концах, соединенными через пускорегулирующий аппарат с цоколями, индуктивный элемент выполнен, как минимум, из двух частей в виде катушек с сердечниками из ферромагнитного материала, размещенных на концах разрядной колбы.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы, что достигается за счет принятого нового гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую энергию. Световая энергия вырабатывается за счет эффективного использования энергии излучения от разрядной колбы, преобразуемого вынесенным слоем люминофора в видимый свет. Такое преобразование оптимально и позволяют создать люминесцентную газоразрядную лампу с длительным сроком службы, что обусловлено существенным замедлением деградации материала разрядной колбы и люминофора при загрязнении продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации. Люминофор защищен от загрязнения продуктами, образующимися в объеме электрического разряда, таким образом, за счет вынесения его за пределы зоны разряда. Срок службы слоя люминофора возрастает также за счет оптимизации его температурного режима. Для дополнительной защиты от неблагоприятных воздействий окружающей среды слой люминофора защищен и специальным защитным слоем, который существенно снижает скорость его деградации и увеличивает общий срок службы линейной люминесцентной лампы. Использование светоотражающего слоя позволяет уменьшить рассеивание светового потока и перенаправлять его оптимальным образом, что позволяет уменьшить мощность и, следовательно, электрическую загрузку элементов и частей устройства и увеличить, благодаря этому, срок службы. Увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы достигается в результате применения гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую энергию. Световая энергия в новой лампе вырабатывается путем использования энергии тока проводимости и энергии вихревых токов в разрядной колбе. Оба вида преобразования энергии дополняют друг друга и позволяют создать люминесцентную газоразрядную лампу с максимально длительным сроком службы, что обусловлено существенным снижением скорости износа электродов.
Увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы, является полученным техническим результатом, обусловленным новым гибридным принципом преобразования электрической энергии в световую энергию путем использования энергии от тока проводимости и вихревых токов в разрядной колбе, особенностями новой конструкции линейной люминесцентной лампы и ее элементов, наличием новых элементов в устройстве, вынесением слоя люминофора из объема электрического разряда, наличием защитного слоя люминофора и светоотражающего слоя, включением в состав устройства пускорегулирующего аппарата, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы являются существенными.
На рисунке приведен пример типовой конструкции гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы.
Гибридная интегрированная линейная люминесцентная лампа содержит светорассеивающую колбу 1 в форме трубки из оптически прозрачного материала с цоколями 2 на концах для подключения к источнику питания, на части поверхности которой нанесен светоотражающий слой 3, а на другой части поверхности которой нанесен слой люминофора 4 с защитным слоем 5, во внутреннем объеме которой размещены пускорегулирующий аппарат 6 с индуктивным элементом и разрядная колба 7 в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненная рабочим веществом, с электродами 8 на концах, соединенными через пускорегулирующий аппарат с цоколями, индуктивный элемент выполнен, как минимум, из двух частей в виде катушек 9 с сердечниками 10 из ферромагнитного материала, размещенных на концах разрядной колбы.
Гибридная интегрированная линейная люминесцентная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколи 2 стандартного вида (например, G13), установленные на ее концах, подключается к питающей сети переменного тока (источнику питания). Светорассеивающая колба 1 в форме трубки из оптически прозрачного материала является несущей конструкцией, на которой или во внутреннем ее объеме устанавливаются все остальные элементы гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы (в том числе, цоколи 2 для подключения к источнику питания, пускорегулирующий аппарат 6, разрядная колба 7 с электродами 8, катушки 9 с сердечниками 10), и одним из основных рабочих элементов устройства. На ее поверхности нанесены светоотражающий слой 3 и слой люминофора 4 с защитным слоем 5. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется, в том числе, светорассеивающей колбой 1 и разрядной колбой 7. Блок питания гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы выполняется в виде специального пускорегулирующего аппарата 6. Пускорегулирующий аппарат преобразует переменное напряжение питающей сети низкой частоты в переменное напряжение, например, повышенной частоты, необходимое для питания разрядной колбы 7 и поддержания в ней электрического разряда за счет передачи энергии от тока проводимости, протекающего через электроды 8 разрядной колбы 7 и плазму электрического разряда разрядной колбы 7, выполненной в форме трубки из оптически прозрачного материала, заполненной рабочим веществом. Одновременно энергия в плазму электрического разряда поступает и от вихревых токов, возникающих за счет электромагнитной индукции (индукторы в виде катушек 9 с сердечниками 10) в плазме электрического разряда разрядной колбы 7. При работе устройства 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 разрядной колбе 7 излучает свет определенных длин волн, который преобразуется слоем люминофора 4, нанесенным на поверхность светорассеивающей колбы 1 из оптически прозрачного материала, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения «белого света». Для защиты люминофора 4 от загрязнения продуктами, образующимися в объеме электрического разряда, и температурных воздействий, он вынесен за пределы разрядной колбы 7. Для дополнительной защиты слоя люминофора 4 от неблагоприятных воздействий окружающей среды (влага, агрессивные газы, пыль) используется специальный защитный слой 5. Энергия, как отмечено выше, поступает в объем разрядной колбы 7 от тока проводимости, протекающего через электроды 8, соединенные с цоколями 2 для подключения к источнику питания через пускорегулирующий аппарат 6, и от вихревых токов, возбуждаемых за счет электромагнитной индукции. Индукторы (индуктивный элемент) 9 с сердечниками 10 являются рабочими элементами пускорегулирующего аппарата и выполняют роль ограничительного дросселя. Электроны, эмитируемые с электродов 8 разрядной колбы 7, а также электроны, возникающие за счет ионизации атомов рабочего вещества разрядной колбы 7 электромагнитным полем, ускоренные электрическим полем, вызывает лавинную ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 7 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду. Электрическая цепь замыкается через электроды 8 разрядной колбы 7, в результате чего протекает ток проводимости, поддерживающий разряд. Ускоренные полем электроны плазмы возбуждают атомы рабочего вещества разрядной колбы 7. Переход атомов рабочего вещества в нормальное состояние вызывает излучение световых волн, в том числе, и в ультрафиолетовом диапазоне. Ультрафиолетовое излучение от разрядной колбы 7 воздействует на слой люминофора 4, что и вызывает генерацию видимого света. Плазма в разрядной колбе 7 выполняет функцию вторичной обмотки эквивалентного трансформатора, первичной обмоткой которого является индуктивный элемент (9, 10). Сердечники 10 из ферромагнитного материала индуктивного элемента локализуют магнитный поток катушек (индукторов) 9 в объеме. Потоки рассеяния индукторов 9 замыкаются через части разрядной колбы 7, что и вызывает формирование вихревых токов в ее объеме. Индуктивный элемент (9. 10) обеспечивает работоспособность пускорегулирующего аппарата 6 и ограничение тока проводимости через электроды 8 разрядной колбы 7. Разрядная колба 7 включается в электрическую цепь устройства (лампа с пускорегулирующим аппаратом 6), например, по известной резонансной схеме через электроды 8 на ее концах.
Индукторы (9, 10) лампы могут состоять, в общем случае, из одной или более частей в зависимости от конструкции разрядной колбы 7. Электроды 8 разрядной колбы 8, в общем случае, могут не иметь дополнительного специального (оксидного) покрытия, повышающего их эмиссионные свойства. Светорассеивающая колба 1 может быть выполнена без люминофора 4, например, в лампах ультрафиолетового излучения, в том числе, амальгамных. Принцип работы гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы при этом не изменяется.
Разрядная колба 7 может быть выполнена из кварцевого стекла, или другого оптически прозрачного материала, пропускающего видимое и ультрафиолетовое излучение. Светорассеивающая колба 1 выполняется из обычного стекла или оптически прозрачного полимерного материала (например, поликарбоната), допускающего нанесение слоя люминофора 4, защитного 5 и светоотражающего 3 слоев. Пускорегулирующий аппарат 6 реализуется по любой из известных схем, обеспечивающих заданную частоту преобразования. Цоколи 2 имеют стандартную конструкцию, например, двухштырьковую типа G13.
В результате вынесения слоя люминофора за пределы объема разряда и разрядной колбы, эффективной защиты, исключения неблагоприятных термических воздействий, возрастает срок его службы, что, в целом, увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы. Снижение влияния интенсивного распыления электродов разрядной колбы на слой люминофора обеспечивает увеличение сроков службы и снижение скорости деградации люминофора и материала разрядной колбы, вызываемых их загрязнением продуктами, образующимися в объеме электрического разряда. Люминофор защищается и дополнительным специальным защитным слоем. В результате существенного уменьшения электрической нагрузки на электроды снижается их износ, в частности, распыление оксидного покрытия, если оно наносится, что увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой лампы. За счет исключения рассеивания светового потока может быть существенно снижена электрическая нагрузка на элементы и части устройства, что увеличивает общий срок службы. Срок службы новой гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы может быть увеличен, не менее чем на 100% (до 40÷50 тыс.ч). Время наработки на отказ заявляемой лампы увеличивается, по сравнению с прототипом, не менее чем на 80÷90%.
По сравнению с прототипом, дополнительно, повышается коэффициент полезного действия гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы, в том числе, в процессе длительной эксплуатации за счет меньшего спада светового потока. В результате, в распространенных осветительных системах, могут использоваться лампы с меньшим запасом по световому потоку и на меньшую мощность. Электрическая энергия преобразуется в световую энергию по двум каналам: от тока проводимости и от вихревых токов за счет электромагнитной индукции. В результате, каждый элемент лампы является оптимальным и может быть выполнен с минимальными потерями энергии. Пускорегулирующий аппарат лампы (за счет использования нового гибридного принципа) работает на оптимальной частоте с низкими потерями. Коэффициент полезного действия лампы увеличивается на 15÷18%.
Дополнительно, в новой линейной люминесцентной лампе обеспечивается более высокая светоотдача (на 60÷90%) за счет более эффективного гибридного способа преобразования электрической энергии в световую энергию. По сравнению с прототипом светоотдача может возрасти до 130÷160 лм/Вт. Может быть также снижено общее количество ртути при выполнении лампы на заданную мощность и световой поток.
По сравнению с прототипом может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена (на 3÷5%) заявляемой лампы. Это достигается за счет возможности использования элементов устройства на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой, сокращения расхода дорогостоящих материалов. При сравнимых технических характеристиках цена комплекта (лампа и пускорегулирующий аппарат) оказывается выше, чем цена гибридной интегрированной линейной люминесцентной лампы с встроенным пускорегулирующим аппаратом.
По сравнению с прототипом может быть расширена область применения линейной люминесцентной лампы за счет выполнения ее в интегрированном виде, улучшения и повышения надежности пусковых режимов. Заявляемая лампа может эффективно работать в более широком диапазоне рабочих температур (до - 20°С), за счет улучшения пусковых режимов и условий эксплуатации разрядной колбы. За счет применения нового гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую может быть расширен диапазон мощностей ламп в сторону более высоких мощностей.