ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
LOW-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP

Изобретение относится к области светотехники, а именно к газоразрядным лампам низкого давления, в том числе амальгамным, применяемым для обработки воздушных и водных сред, в частности к ультрафиолетовым бактерицидным лампам.
При эксплуатации газоразрядных ламп большое значение имеют такие светотехнические характеристики, как электрическая мощность, КПД преобразования затрачиваемой лампой электрической энергии в световую, мощность светового потока лампы, а также стабильность рабочих параметров при колебаниях температуры окружающей или обрабатываемой среды.
Одной из значительных проблем светотехники, возникающей при разработке мощных газоразрядных ламп, в особенности амальгамных, является эффект насыщения мощности ультрафиолетового (УФ) излучения при увеличении разрядного тока лампы, сопровождаемый существенным снижением КПД генерации полезного УФ-излучения. (Д.Уэймаус «Газоразрядные лампы», Москва, Энергия, 1977., 344 с.) Данный эффект накладывает определенные ограничения на способы решения задачи повышения выхода УФ-излучения.
Питание современных газоразрядных ламп низкого давления осуществляется посредством электронного пускорегулирующего аппарата (ЭПРА), который обеспечивает стабилизированный разрядный ток с частотой порядка нескольких десятков килогерц. Для таких ламп увеличение разрядного тока с целью повышения мощности УФ-излучения с некоторого значения является нецелесообразным. Поэтому выход излучения стремятся повысить либо за счет снижения давления буферного газа (что значительно снижает ресурс лампы из-за распыления электрода), либо за счет изменения геометрии разрядной колбы, увеличивая длину разрядного промежутка или уменьшая диаметр ламповой колбы.
Известна газоразрядная лампа низкого давления, содержащая цилиндрическую газоразрядную колбу с электродами, внутри которой установлены перегородки, в которых имеются отверстия с диаметром примерно в 10 раз меньшим внутреннего диаметра разрядной трубки. Толщина перегородок меньше длины свободного пробега электрона в разрядной трубке. Отверстия расположены поочередно в центре перегородки и вне его, что позволяет увеличить эффективную длину дуги разряда. Такая конструкция уменьшает сечение колбы, тем самым сжимая разрядное пространство, за счет чего достигается увеличение падения напряжения на поперечном сечении разрядного промежутка, осуществляется регулировка тока и перераспределение мощностей между балластом и лампой, что стабилизирует работу лампы. Недостатком указанной лампы является локальное сужение разрядного пространства в 10 раз, отсутствие значительного увеличения светового потока, снижение КПД лампы, а также неактуальность проблемы для современных ламп с электронным ПРА. (Патент ЕР 0184217, H01J 61/10. 1985 г.)
Известна флуоресцентная лампа, стеклянная цилиндрическая колба которой выполнена с деформацией внутренней стенки. По всей длине колбы вдоль центральной оси выполнены два желоба определенной глубины, которая меняется от минимальной до максимальной. Желоба расположены по спирали относительно продольной и поперечной оси колбы и могут располагаться в фазе и в противофазе по отношению друг к другу.
Предложенная форма лампы позволяет за счет изменения сечения колбы и увеличения фактической длины разрядного промежутка, закрученного в спираль, повысить напряжение на лампе, увеличить эффективную мощность на единицу длины разрядного промежутка, увеличить световой поток. Однако недостаток известного технического решения состоит в том, что изготовить колбу подобной геометрии технологически очень сложно, особенно если материалом колбы служит кварц. Кроме того, подобная конструкция практически непригодна для амальгамных ламп, так как в этом случае будет сложно закрепить сплав ртути на стенке колбы, что сделает невозможным ее применение, например, в вертикальном положении. (Патент США №3560786, H01J 61/30, 1987 г.)
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции газоразрядной лампы низкого давления, в том числе и амальгамной, обладающей высокой световой и электрической мощностью при сохранении ресурса и КПД генерации полезного УФ-излучения и предназначенной для эксплуатации как в воздушной, так и в водной среде.
Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в повышении электрической мощности лампы, в том числе на единицу длины разрядного промежутка, увеличении потока УФ-излучения, снижении чувствительности мощности полезного УФ-излучения лампы к температуре среды, а также в расширении области применения до амальгамных ламп и упрощении технологии изготовления.
Сущность изобретения заключается в том, что в газоразрядной лампе низкого давления, состоящей из трубчатой колбы с внутренним переменным поперечным сечением, на концах которой установлены электроды, согласно изобретению изменение поперечного сечения колбы достигается за счет выступов, выполненных на ее поверхности и направленных внутрь колбы. Выступы на поверхности колбы могут располагаться в шахматном порядке, а также диаметрально противоположно относительно друг друга по окружности колбы. В случае применения для амальгамной лампы целесообразно поместить амальгаму в пространстве между соседними выступами.
Формирования выступов на стенке цилиндрической колбы согласно заявленному техническому решению позволяет развить и максимизировать внутреннюю поверхность колбы, увеличить ее площадь, создавая оптимальные условия для более интенсивной рекомбинации электронов и ионов на стенках колбы и возрастания скорости генерации новых частиц, что является необходимым условием для повышения выхода генерируемого УФ-излучения и электрической мощности лампы. Указанное расположение выступов на поверхности и по окружности колбы позволяет разместить максимальное количество выступов и организовать особое распределение интенсивности излучения по длине и окружности лампы. Также количество, размер и форма выступов определяется исходя из компромисса между условием максимизации площади поверхности колбы и технологичностью ее изготовления.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид лампы, а на фиг.2 - сечение колбы лампы с выступами.
Газоразрядная лампа состоит из колбы 1, заполненной смесью инертных газов, на концах которой расположены электроды 2, электрические выводы которых установлены в цоколях 3. На стенке колбы выполнены выступы 4, обращенные вершинами 5 во внутрь колбы перпендикулярно к ее продольной оси. В случае использования конструкции для амальгамной лампы амальгамный сплав 6 следует располагать между двумя выступами. Вдоль колбы проходят провода 7 для подвода питания к электродам лампы.
Устройство работает следующим образом. Описанное выше техническое решение было применено для амальгамной бактерицидной газоразрядной лампы низкого давления, излучающей УФ с длиной волны 254 нм, и предназначенной для обеззараживания воды. Для сравнения были изготовлены одинаковые по размерам лампа с гладкой цилиндрической колбой и лампа с колбой, на которой согласно изобретению были выполнены выступы. Внутренний диаметр колбы составлял 25 мм при общей длине лампы 1600 мм и расстоянием между электродами 1440 мм. Колба изготовлена из безозонового кварца и наполнена газовой смесью Ne-Ar. На стенке колбы были сформированы 4 ряда выступов высотой 8-10 мм, которые были равномерно распределены по окружности колбы по всей длине межэлектродного промежутка. Выступы располагались в шахматном порядке. Расстояние между выступами в рядах составляло 30 мм, расстояние между рядами - 45 мм, ряды смещены на 15 мм. Амальгама закреплялась посередине между двумя выступами.
Электроизлучательные параметры лампы для колбы с выступами и без них приведены в таблице.
Тип колбы
Ток лампы, А
Напряжение на лампе, В
Мощность лампы, Вт
Мощность УФ-излучения, Вт
КПД лампы, %
С выступами
3.12
130.6
404.0
141.2
35.0
Цилиндрическая
3.15
103.5
315.0
120.0
38.1
Сравнительный анализ показал улучшение следующих параметров, обусловленное предложенной конструкцией газоразрядной лампы:
- увеличение мощности лампы на 20-30% при снижении КПД генерации УФ-излучения всего на 2-3%;
- повышение мощности светового потока;
- увеличение мощность лампы на единицу длины;
- снижение чувствительности мощности УФ-излучения лампы к температуре воды (при работе в водяном чехле);
- сохранение ресурса работы лампы;
- упрощение технологии изготовления колбы по сравнению с известной желобковой лампой.