ГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников света, в том числе, предназначенных для прямой замены ламп накаливания. Полезная модель направлена на повышение светоотдачи (отношение светового потока к общей потребляемой мощности, Лм/Вт) галогенной лампы накаливания.
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светоизлучающую колбу из оптически прозрачного материала с элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010/ «GE Lighting», 2009, С. 121).
Недостатком галогенной лампы накаливания является низкая светоотдача, что обусловлено конструкцией, значительным уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (ультрафиолетовое и инфракрасное излучение). Светоотдача известной галогенной лампы накаливания составляет менее 30 Лм/Вт.
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010/ «GE Lighting», 2009, С. 123).
Недостатком галогенной лампы накаливания является низкая светоотдача, что обусловлено конструкцией, значительным уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (ультрафиолетовое и инфракрасное излучение), поглощением части световой энергии в объеме материала светорассеивающей колбы. Светоотдача известной галогенной лампы накаливания не превышает 28 Лм/Вт.
Известна галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов (Источники света. Каталог Osram/ «Osram», 2010, С. 2.10).
Указанная галогенная лампа накаливания является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком галогенной лампы накаливания является низкая светоотдача, что обусловлено конструкцией, значительным уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (ультрафиолетовое излучение) и не используемых, поглощением части световой энергии в объеме материала светорассеивающей колбы. Светоотдача известной галогенной лампы накаливания, относящейся к типу IRC (с покрытием, селективно отражающим инфракрасное излучение), достигает 38 Лм/Вт.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения светоотдачи галогенной лампы накаливания, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что галогенная лампа накаливания содержит сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами люминофора или смеси люминофоров, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷ 30 бар.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение светоотдачи галогенной лампы накаливания, что обусловлено новыми принципами преобразования электрической энергии в световую, сочетанием теплового излучения и люминесценции, эффективным использованием всех составляющих спектра излучения, спецификой устройства (конструкции) и новыми элементами. Преимущества галогенной лампы накаливания: сравнительно низкая стоимость; небольшие размеры; отсутствие пуско-регулирующей 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; низкий спад светового потока; практически непрерывный спектр излучения; устойчивость к электромагнитному импульсу; нормальная работа при низких температурах окружающей среды; возможность использования разработанных регуляторов яркости в широких пределах; большой срок службы (до 6÷ 8 тыс. час.).
Повышение светоотдачи галогенной лампы накаливания является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства и преобразования электрической энергии в световое излучение, особенностями новой конструкции и новыми элементами, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой галогенной лампы накаливания являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция галогенной (одноцокольной) лампы накаливания со стандартным сетевым цоколем.
Галогенная лампа накаливания содержит сетевой цоколь 1 и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу 2 из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами 3 люминофора или смеси люминофоров, с установленной внутри светоизлучающей колбой 4 из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷ 30 бар.
Галогенная лампа накаливания в установившемся режиме работает следующим образом. Через сетевой цоколь 1 стандартного вида лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока напрямую или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Светорассеивающая колба 2 из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами 3 люминофора или смеси люминофоров является важной частью конструкции, которая выполняет несущую, защитную, светорассеивающую и светопреобразующую функции. Слой (частицы) 3 люминофора (смеси люминофоров) также обеспечивает равномерность распределения яркости по поверхности светорассеивающей колбы 2 лампы, устраняет слепящий эффект и ультрафиолетовое излучение в спектре. Светорассеивающая колба 2 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 1. Слой или частицы 3 люминофора поглощают энергию излучения лампы (светоизлучающая колба 4) в ультрафиолетовом диапазоне и переизлучают ее в виде резонансных линий видимого света. Одновременно часть инфракрасного излучения лампы может преобразовываться слоем или частицами 3 люминофора в более коротковолновое излучение видимой области спектра (антистоксовый люминофор). Таким образом, спектр излучения новой лампы становится «смешанным» и состоит из сплошного спектра теплового излучения элемента накала и резонансных линий люминофора (частиц) 3 или смеси люминофоров. В результате светоотдача новой галогенной лампы накаливания возрастает. Светоизлучающая колба 4 из оптически прозрачного материала выполнена с инфракрасным покрытием (отражающим инфракрасное излучение и пропускающим видимое и ультрафиолетовое излучение), содержит элемент накала с выводами, соединенный электрически через выводы с цоколем 1, и заполнена рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷ 30 бар. Добавление в буферный газ паров галогенов (брома, хлора, фтора, йода или их соединений) повышает срок службы лампы до 8 тыс. часов. При этом рабочая температура элемента накала составляет примерно 3000 К. Йод (если он, например, используется) совместно с остаточным кислородом в светоизлучающей колбе 4 вступает в химическое соединение с испарившимися из элемента накала 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 светоизлучающей колбы 4, либо вблизи него. Добавление галогенов (или их соединений) предотвращает осаждение вольфрама на оптически прозрачном материале светоизлучающей колбы 4, при условии, что температура материала выше 250÷ 300 °С. По причине отсутствия почернения светоизлучающей колбы 4 галогенной лампы накаливания из-за обратимости галогенного цикла, ее можно изготавливать с очень компактными размерами. Сравнительно малый объем светоизлучающей колбы 4 позволяет, с одной стороны, использовать большее (2÷ 30 бар) рабочее давление (что опять же ведет к уменьшению скорости испарения материала элемента накала) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять светоизлучающую колбу 4 тяжелыми инертными (буферными) газами, например, ксеноном, что ведет к уменьшению потерь энергии за счет теплопроводности. Все это также удлиняет срок службы галогенной лампы накаливания и повышает ее светоотдачу. Заявляемая лампа является так называемой IRC-галогенной лампой накаливания (IRC означает «инфракрасное покрытие»). На светоизлучающую колбу 4 лампы, в этом случае, нанесено специальное (интерференционное) покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к элементу накала. 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, вследствие чего подачу электроэнергии можно снизить. Именно, за счет этого уменьшаются общие потери энергии и, как следствие, увеличивается светоотдача лампы. Одновременно удваивается срок службы новой лампы (по сравнению с обычной галогенной лампой накаливания).
По сравнению с прототипом существенно повышается светоотдача галогенной лампы накаливания при сохранении всех ее преимуществ. Это обеспечивается за счет полного использования энергии составляющих спектра излучения. За счет вынесения люминофорного слоя или частиц люминофора или смеси люминофоров за пределы конструкции светоизлучающей колбы уменьшается нагрев люминофорного слоя (за счет улучшения условий отвода тепла от люминофорного слоя и отсутствия разогрева теплопередачей от светоизлучающей колбы). Люминофорный слой (частицы люминофора или смеси люминофоров) в заявляемом устройстве, таким образом, работает при относительно низкой температуре и надежно изолирован (изолированы) от неблагоприятных температурных воздействий. Светоотдача новой галогенной лампы накаливания за счет совместного эффективного использования теплового излучения и люминесценции может быть повышена на 15÷ 20 % (до 47 лм/Вт).
Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по поверхности светорассеивающей колбы и исключения слепящего эффекта существенно расширяется область применения новой галогенной лампы накаливания. Она может быть, в частности, использована как прямая замена обычных ламп накаливания, а также галогенных ламп накаливания в различных системах освещения.
За счет сравнительно низких рабочих температур люминофорного слоя (частиц люминофора или смеси люминофоров) светорассеивающей колбы не только обеспечивается предельная светоотдача новой галогенной лампы накаливания, но и сохраняется малый временной спад светового потока при длительной эксплуатации устройства, что является дополнительным преимуществом и также расширяет область ее применения.