Способ улучшения электрических и световых характеристик газоразрядных ламп

Изобретение относится к области светотехники, в частности к газоразрядным высокочастотным (ВЧ) лампам высокой мощности. Техническим результатом является увеличение мощности светового потока, электрической мощности лампы, кпд преобразования затрачиваемой электрической энергии в световую, а также уменьшение потерь полезного светового потока. Способ заключается в том, что газоразрядную лампу помещают в магнитное поле, направление которого перпендикулярно направлению протекания разрядного тока лампы, с последующим приложением напряжения к электродам лампы, возбуждением газового разряда и обеспечением возникновения разрядного тока, индукция магнитного поля постоянна по величине, значение которой составляет 90-11 мТл или периодически изменяется от 0 до этой величины в пространстве, вдоль оси лампы, причем величина разрядного тока составляет более 0,5 А при частоте его изменения свыше 1 кГц. К лампе может быть приложено дополнительное магнитное поле с такой же индукцией, как и у вышеуказанного магнитного поля и направленное под углом 80-100° к нему. 1 з.п. ф-ла, 7 ил.

 

Изобретение относится к области светотехники, в частности к газоразрядным высокочастотным (ВЧ) лампам высокой мощности.

Мощность светового потока, электрическая мощность, к.п.д. преобразования затрачиваемой электрической энергии в световую, а также уменьшение потерь полезного светового потока являются наиболее значимыми характеристиками при разработке и особенно при эксплуатации газоразрядных ламп (бактерицидных, люминесцентных и др.)

В данной области техники известны технические решения, в которых для оптимизации некоторых характеристик излучения газоразрядных ламп использовалось воздействие постоянного магнитного поля.

Известен способ подавления эффекта мерцания излучения газоразрядной лампы, который наблюдается при зажигании флуоресцентных ламп при низких температурах и значительно увеличивает время прогрева лампы. Технический эффект данного способа заключается в уменьшении времени прогрева лампы и достигается за счет наложения постоянного магнитного поля по всей длине промежутка между электродами лампы в направлении, перпендикулярном электрическому полю лампы (Патент США №441772, H01J 61/10, 1983 г.). Магнитное поле создается посредством одного или нескольких постоянных магнитов, расположенных на внешней поверхности колбы. Недостатком известного способа является его узкое применение и ограничение указанный эффектом.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ увеличения мощности интенсивности излучения и кпд лампы путем приложения постоянного магнитного поля, реализованный в описании конструкции газоразрядной лампы (Патент Японии JP 58115745, H01J 61/70, 1983 г.).

В известном способе повышение мощности излучения газоразрядной лампы и/или сокращение скорости старения ламповой колбы во время ее работы достигается путем снижения величины разрядного тока при сохранении уровня излучения лампы, наложением постоянного магнитного поля в направлении, перпендикулярном направлению протекания разрядного тока лампы. Магнитное поле создается несколькими постоянными магнитами, которые располагаются на некотором расстоянии от внешней поверхности колбы лампы друг напротив друга. Величина индукции магнитного поля составляет не менее 200 мТл. При этом эффект увеличения мощности излучения разрядной лампы от такого поля равен эффекту от увеличения разрядного тока с 0,6 А до 1,0 А, что составляет около 10%.

В прототипе предполагается питание разрядной лампы при помощи электромагнитного пускорегулирующего аппарата (ЭМПРА) с частотой изменения разрядного тока 50-60 Гц.

Однако достигнутый указанным способом рост мощности излучения недостаточно эффективен, а кпд невелик, несмотря на существенную величину прикладываемого магнитного поля, что делает его неприменимым к высокомощным лампам, особенно работающих с электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА).

В основу предложенного изобретения положена задача разработки способа, позволяющего улучшить электрические и световые характеристики газоразрядных ламп и сделать их использование наиболее эффективным.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении мощности светового потока, электрической мощности лампы, к.п.д. преобразования затрачиваемой электрической энергии в световую, а также уменьшении потерь полезного светового потока за счет осуществления возможности его перераспределения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе улучшения электрических и световых характеристик газоразрядных ламп, включающем помещение лампы в магнитное поле, направление которого перпендикулярно направлению протекания разрядного тока лампы, приложение напряжения к электродам лампы, возбуждение газового разряда и обеспечении возникновения постоянного разрядного тока, согласно изобретению индукция магнитного поля постоянна по величине и составляет 90-110 мТл, а величина разрядного тока составляет более 0,5 А при частоте свыше 1 кГц.

Технический результат достигается также тем, что индукция магнитного поля может периодически изменяться в пространстве вдоль оси лампы от 0 до указанного значения 90-110 мТл.

Так же целесообразно приложение к лампе дополнительного к первоначальному постоянного магнитного поля с такой же индукцией, что и первоначальное, направление которого составляет угол от 80 до 100 градусов с направлением первоначального магнитного поля.

В качестве средства для создания указанного магнитного поля используют сплошной постоянный магнит, расположенный вблизи внешней поверхности трубки лампы, длина которого сравнима с длиной разрядного промежутка.

В качестве средства для создания магнитного поля с периодически изменяющейся индукцией и полярностью, используют систему из нескольких разнополярных магнитов, расположенных вблизи внешней поверхности колбы лампы вдоль продольной оси лампы по всей длине разрядного промежутка, общая длина которых сравнима с его длиной.

В качестве средства для создания дополнительного магнитного поля с постоянной индукцией используют сплошной магнит, расположенный под углом от 80 до 100 градусов к сплошному магниту, создающему первоначальное магнитное поле. Дополнительное магнитное поле с периодически изменяющейся в пространстве индукцией создается за счет размещения системы из нескольких разнополярных магнитов в плоскости, составляющей угол от 80 до 100 градусов с первоначальной системой магнитов.

На фиг.1 представлено расположение сплошного магнита по длине лампы.

На фиг.2 представлен вариант расположения сплошных магнитов при наложении дополнительного магнитного поля.

На фиг.3 представлено расположение системы, состоящей из нескольких магнитов по длине лампы для создания магнитного поля, с периодически изменяющейся в пространстве вдоль оси лампы индукцией и полярностью.

На фиг.4 представлен вариант расположения систем из нескольких магнитов вдоль оси лампы при создании дополнительного магнитного поля с периодически изменяющейся индукцией и полярностью.

На фиг.5 представлено полярное распределение интенсивности излучения вокруг трубчатой лампы при наложении магнитного поля с одной из сторон.

На фиг.6 представлена зависимость магнитного поля вдоль оси лампы при использовании системы из нескольких разноориентированных магнитов.

На фиг.7 представлено полярное распределение интенсивности излучения вокруг трубчатой лампы при наложении дополнительного и первоначального магнитных полей с двух сторон.

Магнит размещают в непосредственной близости от поверхности колбы газоразрядной лампы (фиг.1) вдоль ее продольной оси. Длина магнита должна быть сравнима с межэлектродным расстоянием лампы. При этом на поверхности колбы лампы создается постоянное магнитное поле порядка 90-110 мТл, направление которого перпендикулярно направлению протекания разрядного тока лампы.

В результате мощность излучения газоразрядной лампы повышается на величину до 35%, а КПД преобразования электрической энергии в излучение повышается на величину до 8%, что в несколько раз больше по сравнению с прототипом.

Для создания магнитного поля с периодически изменяющейся в пространстве вдоль оси лампы индукцией, допускается использование системы нескольких коротких магнитов, уложенных вдоль длины лампы (фиг.3). Общая длина магнитов при этом сравнима с межэлектродным расстоянием лампы. При таком подходе магнитное поле существенно меняется вдоль длины лампы, например как на фиг.6. При этом достигается увеличение мощности излучения лампы на величину до 60% при увеличении кпд лампы на величину до 15%.

Кроме того, сокращая период изменения магнитного поля по координате и обеспечивая резкую смену ориентации магнитного поля, можно добиться еще большего эффекта увеличения мощности лампы.

Размещая постоянные магниты определенным образом, можно регулировать приоритетные направления излучения трубчатой разрядной лампы. Например, во многих светильниках половина излучения лампы уходит на потолок или стену, а не на предназначенную для освещения полезную площадь. Этот эффект можно сгладить, используя постоянные магниты. Например, при расположении двух магнитов по всей длине лампы в перпендикулярных плоскостях (фиг.2) или в плоскостях, раположенных под углом в от 80 до 100° друг к другу, достигаем перераспределения потока излучения на полезную площадь освещения (фиг.7) одновременно с его увеличением. При этом кпд лампы, с учетом перераспределения излучения, тоже повышается.

Для перераспределения излучения вокруг лампы используется и система магнитов, приведенная на фиг.3. При размещении двух таких систем в плоскостях, раположенных под углом в от 80 до 100° друг к другу, например в перпендикулярных плоскостях, как показано на фиг 4, можно увеличить мощность излучения лампы при увеличении кпд разряда.

Изобретение реализуется следующим образом

Пример 1. При использовании кварцевой амальгамной бактерицидной лампы с диаметром трубки ⊘19 и межэлектродным расстоянием 144 см, заполненной неонаргоновой газовой смесью, мощностью 250 Вт, с разрядным током 2,0 А, при частоте 45 кГц, была получена мощность УФ-излучения 95 Вт.

При наложении магнитного поля 105±5 мТл, создаваемого сплошным постоянным магнитом, расположенным с одной стороны колбы вдоль всей длины лампы по ее продольной оси, средняя мощность УФ-излучения лампы возросла до 128 Вт, а электрическая мощность лампы при стабилизации разрядного тока возросла до 310 Вт. Соответственно, кпд лампы увеличился с 38.0% до 41.3%.

Кроме эффекта увеличения мощности излучения лампы зафиксировано перераспределение интенсивности излучения вокруг лампы, показанное на фиг.5.

Пример 2. К рассмотренной выше лампе приложено магнитное поле с периодически изменяющейся индукцией и ориентацией, создаваемое системой магнитов. Индукция магнитного поля составляла 95±5 мТл с периодом изменения поля по координате 700 мм, а ориентация поля с этим же периодом резко изменялась на противоположную. При этом средняя мощность УФ-излучения увеличилась до 155 Вт, электрическая мощность лампы увеличивается до 350 Вт, а кпд - до 43.7%.

Таким образом, для высокомощных газоразрядных ламп, работающих с ЭПРА, обеспечивающего частоту изменения разрядного тока более 1 кГц, с мощностью более 250 Вт и разрядным током более 0,5 А, применяя поля постоянных магнитов с индукцией порядка 100 мТл, достигнуто увеличение интенсивности светового излучения лампы на 30-35%, существенное увеличение электрической мощности лампы, причем общее кпд преобразования электроэнергии в излучение повышается на 5-8% по сравнению с кпд в отсутствии магнитного поля.

При наложении магнитного поля, резко меняющегося в пространстве по величине к индукции и ориентации вдоль продольной оси лампы, эффект возрастания интенсивности излучения достигает 60%, с повышением кпд источника на величину до 15%.

При разрядных токах лампы, величина которых составляет менее 0,5 А и частотах изменения менее 1 кГц, эффект выражен очень слабо и практического применения не имеет. Создание полей с индукцией более 110 мТл требует больших энергозатрат и не является эффективным для данного способа.

При помощи размещения постоянных магнитов в разных плоскостях относительно друг друга можно осуществлять перераспределение светового потока вокруг лампы (фиг.5, 7) с увеличением кпд за счет снижения потерь на освещение ненужной площади.

1. Способ улучшения электрических и световых характеристик газоразрядной лампы, состоящий в увеличении мощности излучения и КПД лампы, посредством помещения газоразрядной лампы в магнитное поле, направление которого перпендикулярно направлению протекания разрядного тока лампы, с последующим приложением напряжения к электродам лампы, возбуждением газового разряда и обеспечением возникновения разрядного тока, отличающийся тем, что индукция магнитного поля постоянна по величине, значение которой составляет 90-110 мТл или периодически изменяется от 0 до этой величины в пространстве вдоль оси лампы, а величина разрядного тока лампы составляет более 0,5 А при частоте его изменения свыше 1 кГц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к лампе прикладывают магнитное поле с такой же индукцией, что и у первоначального магнитного поля, и направленное под углом 80-100° к нему.