HU222165B1

HU222165B1 - Villanylámpa-elrendezés és eljárás annak működtetésére

Info

Publication number: HU222165B1
Application number: HU9701872A
Authority: HU
Inventors: Benjamin Alexandrovich; Valery A. Godyak; Robert B. Piejak; Eugen Statnic
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH.
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2003-04-28
Also published as: DE69620153D1; DE69620153T2; CN1155049C; HUP9701872A2; AU6701396A; CN1165582A; EP0806054B1; KR100356960B1; WO1997010610A1; AU705741B2; EP0806054A1; US5834905A; KR970706597A; HUP9701872A3

Abstract

A találmány tárgya egyrészt villanylámpa-elrendezés, amely tartalmazegy elektród nélküli lámpát, amelynek van egy zárt hurkú, cső alakúlámpaburája (12). A lámpabura körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nálkisebb nyomású puf- fergázzal és higanygőzzel van töltve. A lámpabura(12) körül transzformátormag (22) van elhelyezve. Atranszformátormagon (22) van egy bemeneti tekercs (30), amelyrerádiófrekvenciás energiaforrás (20) van kapcsolva. A rádiófrekvenciásenergiaforrás (20) elegendő rádiófrekvenciás energiát szolgáltat ahiganygőznek és a puffergáznak a lámpaburában (12) kisüléslétrehozására, amelynek kisülési árama körülbelül 2 amperrel egyenlővagy annál nagyobb. A találmány tárgya másrészt eljárás olyanvillanylámpa működtetésére, amely tartalmaz egy elektród nélkülilámpát, amely magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát,benne puffergázzal és higanygőzzel. Az eljárás magában foglalja akövetkező lépéseket: a lámpaburában létrehozzák a higanygőz és apuffergáz 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb nyomását; és a higanygőzreés a puffergázra induktívan elegendő rádiófrekvenciás energiátcsatolnak kisülés létrehozása céljából a lámpaburában, amely kisüléskisülési árama 2 A vagy annál nagyobb. ŕ

Description

A találmány tárgya villanylámpa-elrendezés, különösen kisnyomású, nagy fényerejű fluoreszcens fényforrás, amely számottevően több, egységnyi hosszra eső fényt tud előállítani, mint a hagyományos, elektródos fénycsövek, valamint eljárás annak működtetésére.

Az igen nagy kimenőteljesítményű fénycsöveknek és a fém-halogenides, nagy fényerejű kisülési ívlámpáknak hatékony, nagy fényáram-teljesítménye és jó színvisszaadása van. Az igen nagy kimenőteljesítményű fénycsövek hagyományos elektródos fluoreszcens technikán alapulnak. Az elektródok hosszú élettartama (körülbelül 10 000 óra) érdekében ezekben a lámpákban a puffergáz nyomása körülbelül 2,68 mbar (2 torr), és a kisülési áram jellemzően 1,5 A-nél kisebb. Az ultraibolya sugárzásban a telítés minimalizálása, és így a megfelelő hatásfok nyújtása céljából az igen nagy kimenőteljesítményű fénycsövek aránylag könnyű gázzal, például neonnal működnek a puffergáz körülbelül 2,68 mbar (2 torr)-os nyomása közben. A hosszú élettartamra és hatásfokra vonatkozó követelmények határt szabnak annak a paramétertartománynak, amelyben ezek a lámpák működhetnek, és végül korlátozzák a maximális tengelyirányú fénysűrűséget, amelyet ezek a lámpák hatásosan állítanak elő. Ily módon az igen nagy kimenőteljesítményű fénycsövek, ahhoz a fénymennyiséghez képest, amit előállítanak, viszonylag hosszúak, hatásfokuk közepes, jellemzően nem több, mint 70 lumen/watt. Mindazonáltal a fénycsövek beállíthatók, hogy egyenletes, stabil és gazdag színspektrumot nyújtsanak, ezért széles körben alkalmazzák nagy üzletekben, ahol jó, stabil színvisszaadásra, valamint azonnali fel- és lekapcsolásra van szükség.

A fém-halogenides, nagy fényerejű kisülőlámpák ívlámpák, amelyek jóval kompaktabbak, mint az igen nagy kimenőteljesítményű fénycsövek. A teljes lámpa egész hossza (beleértve a védőburkot) 20,32 cm (8 inch) vagy 25,40 cm (10 inch) lehet. A nagy fényerejű kisülőlámpák élettartama jellemzően 7000-10 000 óra. A nagy fényerejű kisülőlámpák működése teljesen eltér a kisnyomású fénycsövekétől abban, hogy a nagy fényerejű kisülés jellemzően néhány atmoszféra gáznyomáson működik. Mivel ennek a gáznyomásnak az elérése 5-10 percig tart, a nagy fényerejű kisülőlámpák nem bocsátanak ki azonnal jelentős mennyiségű fényt. Ezenkívül ha kimarad az áram, akár egy pillanatra is, a nagy fényerejű kisülőlámpáknak 10 vagy több percre van szükségük az újragyulladáshoz.

A nagy fényerejű kisülőlámpák színvisszaadása és összes fényáram-teljesítménye továbbá az élettartam során némileg változhat, és a lámpákat az élettartam végén ki kell cserélni elkerülendő a forró lámpa katasztrofális meghibásodását. A nagy fényerejű kisülőlámpákat elterjedten használják a szabadban, például utcai lámpaként, alagutakban vagy stadionokban.

A QL világító rendszerként ismert, induktív csatolású fénycső magában foglal egy lámpaburát, amelynek hagyományos izzólámpa alakja van homorú bemélyedéssel, egy áramcsatlakozót a homorú bemélyedésben és egy nagyfrekvenciás generátort. A QL világító rendszer felépítése viszonylag bonyolult, és hűtést igényel.

Ezenkívül a QL világító rendszer jellemzően 2,65 MHz frekvencián működik, amely frekvencián ügyelni kell a rádiófrekvenciás interferencia megakadályozására.

Elektród nélküli fénycsöveket tesznek közzé az US 3,500,118 számú (Anderson, 1970. március 10.), az US 3,987,334 (Anderson, 1976. október 19.) számú szabadalmi leírásokban és Anderson, Illuminating Engineering, 1969. április, 236-244. publikációjában. Az elektród nélküli, induktív csatolású lámpában kisnyomású higany/puffergáz kisülés áll fenn egy kisülési csőben, amely folytonos zárt villamos pályát képez. A kisülési cső pályája átmegy egy vagy több gyűrűs ferritmagon úgy, hogy a kisülési cső egy transzformátor szekunder tekercsévé válik. A kisülésre energiát kapcsolnak úgy, hogy szinuszos feszültséget adnak a kisülési csövet körülvevő gyűrűs mag körül lévő huzaltekercselés néhány menetére. A primer tekercsen átmenő áram időben változó mágneses fluxust hoz létre, amely a kisülési csőben feszültséget indukál, ami fenntartja a kisülést. A kisülési cső belső felülete foszforral van bevonva, amely látható fényt bocsát ki, ha a gerjesztett higanygázatomok által kibocsátott fotonok besugározták.

Az Anderson által ismertetett elektród nélküli lámpa kisülési árama 0,25 és 1,0 A között, a puffergáznyomás pedig 0,67 és 6,7 mbar (0,5 és 5 tón) között van. Az Anderson által ismertetett elektród nélküli lámpában puffergázként argont használtak. Az Anderson által ismertetett elektród nélküli lámpában ezenkívül körülbelül 2,5 kilogramm ferritanyagot használtak egy 32 wattos kisülés táplálására. Az Anderson által ismertetett lámpaparaméterek olyan lámpát hoznak létre, amelynek nagy a vasvesztesége, ezért rendkívül rossz hatásfokú. Ezenkívül az Anderson-féle lámpa nagyon nehéz a transzformátormagban alkalmazott ferritanyag miatt.

Találmányunk célja a bevezetőben leírt jellegű fényforrások hátrányainak kiküszöbölésével olyan elektród nélküli, kisnyomású villanylámpa megadása, amely számottevően több, egységnyi hosszra eső fényt tud előállítani, mint a hagyományos, elektródos fénycsövek.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a villanylámpa-elrendezés tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amely magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát, benne körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb nyomású puffergázzal és higanygőzzel; a lámpabura körül elhelyezett transzformátormagot; a transzformátormagon elhelyezett bemeneti tekercset; és a bemeneti tekercsre kapcsolt rádiófrekvenciás energiaforrást. A rádiófrekvenciás energiaforrás elegendő rádiófrekvenciás energiát szolgáltat a higanygőznek és a puffergáznak a lámpaburában kisülés létrehozására, amelynek kisülési árama körülbelül 2 A vagy annál nagyobb.

Az elektród nélküli lámpa előnyös módon a lámpabura belső felületén foszfort tartalmaz egy meghatározott hullámhossztartományban lévő sugárzás kibocsátására, amely a kisülés által kibocsátott ultraibolya sugárzás hatására keletkezik. A lámpabura mérete keresztmetszetben előnyös módon körülbelül 2,5-10,2 cm (körülbelül 1 -4 inch). Az első kiviteli alakban a lámpabu2

HU 222 165 Β1 ra ovális alakú. A második kiviteli alakban a lámpabura első és második párhuzamos csöveket tartalmaz, amelyek végeikkel egymáshoz csatlakozva zárt hurkot képeznek. A puffergáz előnyös módon nemesgáz, például kripton.

A rádiófrekvenciás energiaforrás frekvenciája előnyös módon körülbelül az 50 kHz-től körülbelül a 3 MHz-ig terjedő tartományban, még előnyösebb módon a 100 kHz-től körülbelül a 400 kHz-ig terjedő tartományban van. A transzformátormag - amely körülveszi a lámpaburát - előnyös módon gyűrűs kialakítású. A transzfonnátormag előnyös módon ferritanyagot tartalmaz. A magteljesítmény-veszteség előnyös módon kisebb vagy egyenlő, mint a rádiófrekvenciás energiaforrás által szolgáltatott összes teljesítmény 5%-a.

A találmány egy másik előnyös kiviteli alakja szerint a villanylámpa-elrendezés tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amely magában foglal egy cső alakú lámpaburát, benne körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb nyomású puffergázzal és higanygőzzel. A lámpabura első és második párhuzamos csöveket tartalmaz, amelyek egyenes csövek lehetnek, egyik végükön vagy ahhoz közel egy első oldalcsővel csatlakozva és másik végükön vagy ahhoz közel egy második oldalcsővel csatlakozva zárt hurkot képeznek. A villanylámpaelrendezés tartalmaz továbbá a lámpabura első oldalcsöve körül elhelyezett első transzformátormagot, a lámpabura második oldalcsöve körül elhelyezett második transzformátormagot, az első és a második transzformátormagon elhelyezett első, illetve második bemeneti tekercset, és az első és második bemeneti tekercsre kapcsolt rádiófrekvenciás energiaforrást. A rádiófrekvenciás energiaforrás elegendő rádiófrekvenciás energiát szolgáltat a higanygőznek és a puffergáznak a lámpaburában kisülés létrehozására, amelynek kisülési árama körülbelül 2 A vagy annál nagyobb.

A feladatot az eljárás tekintetében - amely olyan villanylámpa működtetésére szolgál, amely tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amely lámpa magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát, benne puffergázzal és higanygőzzel - úgy oldjuk meg, hogy az eljárás a következő lépéseket foglalja magában:

a lámpaburában létrehozzuk a higanygőz és a puffergáz körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb nyomását; és a higanygőzre és a puffergázra induktívan elegendő rádiófrekvenciás energiát csatolunk kisülés létrehozása céljából a lámpaburában, amely kisülés kisülési árama körülbelül 2 A vagy annál nagyobb. Az eljárás magában foglalja a lámpaburában a higanygőz és a puffergáz körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb nyomása létrehozásának lépéseit, valamint a higanygőzre és a puffergázra elegendő rádiófrekvenciás energia induktív csatolásának lépéseit kisülés létrehozása céljából a lámpaburában, amely kisülés kisülési árama körülbelül 2 A vagy annál nagyobb.

A találmány egy még további előnyös kiviteli alakja szerint a villanylámpa-elrendezés tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amely magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát, benne körülbelül 0,67 mbar (0,5 tonj-nál kisebb nyomású puffergázzal és higanygőzzel, valamint eszközöket elegendő rádiófrekvenciás energia induktív csatolásához a higanygőzre és a puffergázra kisülés létrehozása céljából a lámpaburában, amely kisülés kisülési árama körülbelül 2 A vagy annál nagyobb.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben, ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra a találmány szerinti, elektród nélküli fénycső első kiviteli alakjának vázlatos rajza, a

2. ábra a találmány szerinti, elektród nélküli fénycsőhöz vezető villamos csatlakozások vázlatos rajza, a

3. ábra a találmány szerinti, elektród nélküli fénycső második kiviteli alakjának vázlatos rajza, a

4. ábra a fényáram és a fényhasznosítás alakulásának grafikus ábrázolása a kisülési teljesítmény függvényében a 3. ábra szerinti, elektród nélküli fénycső esetében, az

5. ábra a kisülésifeszültség-, a vasveszteség- és a teljesítménytényező-értékek alakulásának grafikus ábrázolása a lámpateljesítmény függvényében a 3. ábra szerinti, elektród nélküli fénycső esetében.

Az 1. és a 2. ábrán a találmány szerinti kisülőlámpa első kiviteli alakja látható. A 10 lámpa magában foglal egy cső alakú, zárt hurkú, elektród nélküli 12 lámpaburát. A 12 lámpabura magába zár egy 14 kisülési teret (2. ábra), amely puffergázt és higanygőzt tartalmaz. A 12 lámpabura belső felületén jellemzően ki van alakítva egy 16 foszforbevonat. A 20 rádiófrekvenciás energiaforrástól jövő rádiófrekvenciás energiát induktívan csatoljuk az elektród nélküli 10 lámpára az első 22 transzformátormag és a második 24 transzformátormag révén. A 22 és 24 transzformátormag előnyös módon gyűrűs kialakítású, és körülveszi a 12 lámpaburát. A 20 rádiófrekvenciás energiaforrás az első 22 transzformátormagon lévő 30 tekercshez és a második 24 transzformátormagon lévő 32 tekercshez van kapcsolva. A 12 lámpabura külső felületén rögzített és a 20 rádiófrekvenciás energiaforráshoz villamosán csatlakoztatott 26 vezetőcsík az elektród nélküli 10 lámpában a kisülés indításának segítésére használható.

Üzem közben a rádiófrekvenciás energiát a 22 és 24 transzformátormagok révén induktívan csatoljuk a 12 lámpaburában egy kisnyomású kisülésre. Az elektród nélküli 10 lámpa a két transzformátor szekunder köreként működik. A 30 és 32 tekercseket előnyös módon fázisban lehet hajtani, és párhuzamosan lehetnek kapcsolva, ahogy a 2. ábrán látható. A 22 és 24 transzformátormagok a 12 lámpaburán úgy vannak elhelyezve, hogy a kisülésben a 22 és 24 transzformátormagok által indukált feszültségek összeadódnak. A 30 és 32 tekercsen átmenő rádiófrekvenciás áram időben változó mágneses fluxust hoz létre, amely a 12 lámpaburában feszültséget indukál, ami fenntartja a kisülést. A kisülés a 12 lámpaburában ultraibolya sugárzást bocsát ki, ami láthatófény-kibocsátást gerjeszt a 16 foszforbevonatban. Ebben a változatban a 12 lámpabura olyan anyag3

HU 222 165 Bl ból, például üvegből készült, ami átereszti a látható fényt. Alkalmas üveg például a Pyrex (kereskedelmi név). Alternatív módon a bura készülhet lágy üvegből, például nátronmészből, amelynek belső felülete záróréteggel, például alumínium-oxiddal van bevonva. Egy másik változatban az elektród nélküli lámpát ultraibolyasugár-forrásként használjuk. Ebben a változatban a 16 foszforbevonatot elhagyjuk, és a 12 lámpabura ultraibolya-áteresztő anyagból, például kvarcból készül.

A lámpabura átmérője előnyös módon körülbelül 2,5-10,2 cm (körülbelül 1-4 inch) nagy fényáram-teljesítmény esetére. A töltőanyag tartalmazhat puffergázt és kis mennyiségű higanyt, amelyből higanygőz keletkezik. A puffergáz előnyös módon nemesgáz, még előnyösebb módon kripton. Megállapítottuk, hogy kriptonnal nagyobb fényhasznosítás érhető el a lámpa közepes teljesítményterhelésen való működésekor. Nagyobb teljesítményterhelésen az argon használata előnyösebb lehet. A 12 lámpaburának bármilyen alakja lehet, ami zárt hurkot képez, beleértve az 1. ábrán látható ovális alakot vagy a kör alakot, az elliptikus alakot vagy egy sor egyenes csövet, amelyek úgy csatlakoznak egymáshoz, hogy zárt hurkot képeznek, ahogy ezt alább ismertetjük.

A 22 és 24 transzformátormag előnyös módon nagy permeabilitású, kis veszteségű ferritanyagból, például mangán-cinkferritből készül. A 22 és 24 transzformátormag zárt hurkot képez a 12 lámpabura körül, és jellemzően gyűrűs kialakítású. A gyűrű átmérője kissé nagyobb, mint a 12 lámpabura külső átmérője. A 22 és 24 transzformátormagok a 12 lámpaburára való szereléshez el vannak vágva. A vágási végek előnyös módon csiszoltak, hogy a 12 lámpaburára való szerelés után a két transzformátormag végei között keletkező rés minimális legyen.

Mivel a transzformátormag ferritanyaga viszonylag drága, ezért kívánatos a felhasznált mennyiség korlátozása. Az egyik megközelítésben a lámpabura kis szelvényét kisebb átmérőjűre vékonyítjuk, és egy kisebb átmérőjű transzformátormagot helyezünk a lámpabura kisebb átmérőjű szelvényére. A lámpabura kisebb átmérőjű szelvényének hosszát minimumon kell tartani a kisülési feszültség minimalizálása céljából. Egy másik megközelítésben egyetlen transzformátormagot alkalmazunk arra a célra, hogy rádiófrekvenciás energiát csatoljunk a kisülésre.

A 30 és 32 tekercsek tartalmazhatnak néhány elegendő méretű menetet a primer áram szállítására. A két transzformátor úgy van kialakítva, hogy csökkentsék a primer feszültséget, és növeljék a primer áramot jellemzően körülbelül 5-10-szeres tényezővel. A 30 és 32 tekercsek jellemzően 8-12 menetből állhatnak.

A 20 rádiófrekvenciás energiaforrás előnyös módon körülbelül az 50 kHz-3 MHz tartományban, még előnyösebb módon körülbelül a 100 kHz-400 kHz tartományban van. Példaképpen, körülbelül 100-200 volt nagyságú primer feszültség és körülbelül 1 amper nagyságú primer áram 20-30 voltos kisülési feszültséget és körülbelül 5 amperes kisülési áramot hozhat létre.

A találmány szerinti villanylámpa-elrendezés a paraméterek olyan kombinációját alkalmazza, amely nagy fényáram-teljesítményt, nagy fényhasznosítást, kis vasveszteséget és hosszú élettartamot biztosít. Meghatároztuk, hogy körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb puffergáznyomással és a körülbelül 2,0 amperrel egyenlő vagy annál nagyobb kisülési árammal érhetők el a kívánt tulajdonságok. A puffergáznyomás előnyös módon egyenlő vagy kisebb, mint körülbelül 0,27 mbar (0,2 torr), és a kisülési áram egyenlő vagy nagyobb, mint körülbelül 5,0 amper. Nagy csőátmérők esetén a találmány szerinti lámpaelrendezés teljesítménye a hagyományos, igen nagy kimenőteljesítményű, elektródos fénycsövek fényáram-teljesítményével és fényhasznosításával megegyezik vagy túllépi ezeket.

Fontosnak bizonyult a kisülési feszültség minimalizálása induktív csatolású kisülésben, mert a ferrit vasvesztesége a kisülési feszültséggel erősen nő. Az ismert elektród nélküli fénycsövekhez képest a puffergáz atomtömege nagyobb, a csőátmérő nagyobb és a működés nagyobb áramon megy végbe, ezért a feszültség kisebb. A találmány szerinti lámpának csak 0,4 kilogramm ferritanyagra van szüksége 120 watt nagyságú kisülés gerjesztésére. A vasveszteség ebben a változatban körülbelül 3%. Általában a transzformátormag teljesítményvesztesége jellemzően kisebb vagy egyenlő, mint a találmány szerinti lámpában lévő rádiófrekvenciás energiaforrás által szolgáltatott összes teljesítmény 5%-a. A találmány szerinti lámpában továbbá a transzformátormag-térfogatnak a kisülési teljesítményhez viszonyított aránya jellemzően kisebb, mint 1 köbcentiméter per watt.

A találmány szerinti lámpa elemzése azt mutatja, hogy a kisülési áram helyes megválasztásának döntő hatása van a ferrit vasveszteségére, ami induktív kisülés létrehozásakor keletkezik. A ferrit vasvesztesége és a kisülési áram kérdése a következő elemzésből megérthető. Általában szólva a kisnyomású kisülésnek negatív feszültség/áram jelleggörbéje van. Ily módon a V_dkisülési feszültség úgy függ össze az I_d kisülési árammal, hogy a V_d kisülési feszültség arányos az I_d-^k-val. Mivel a feszültség és az áram megközelítőleg fázisban van, ezért a Pd kisülési teljesítmény arányos y-k-val. A Pc vasveszteség arányos a Vd kisülési feszültség nedik hatványával, amely egyenlő a primer feszültségnek és a transzformátormag menetszámának a hányadosával. így Pc arányos Vdⁿ-nel, ami viszont Id^kn-nel arányos. A P_c/P_d arány felírható mint ξ=Ρ_ε/Ρ₍₁=αΙ₍₁ ^_Μ^η_1>⁺¹]

Jellemzően 0,2<k<0,4 és 2,5<n<3,l. Ha k=0,3 és n=2,8 értékeket jellemző értéknek tekintjük, a fenti kifejezés így egyszerűsödik:

ξ=αΙ₃-’.5

Adott ferritmag esetén a 0,5 amperről 5 amperre növekvő kisülési áram következményeként ξ a lO-’^-ére csökken, vagy a vasveszteség körülbelül 30-szor kevesebb.

Ez az elemzés magyarázatot ad a nagyobb csatolási hatásfokra, amit nagyobb kisülési áramon kapunk. Ez azonban nem jelenti azt, hogy az ismert elektród nélküli fénycsövekben a kisülési áram egyszerű növelésével elérhető a kívánt lámpateljesítmény. Az is fontos, hogy

HU 222 165 Β1 a kisülési teljesítmény hatásosan át legyen alakítva ultraibolya sugárzássá. Ahhoz, hogy a higanyból hatásos ultraibolya sugárzás jöjjön létre nagy áramon, fontos, hogy a puffergáz nyomása körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál kisebb legyen. Ily módon fontos, hogy a nagy kisülési áramot kis puffergáznyomással kombináljuk. Az I_d kisülési áramnak előnyös módon egyenlőnek vagy nagyobbnak kell lennie, mint körülbelül 2 amper, és a puffergáz nyomásának kisebbnek kell lennie körülbelül 0,67 mbar (0,5 torr)-nál.

A találmány szerinti, elektród nélküli fénycsőben a kisülés indítása viszonylag könnyű. A rádiófrekvenciás energiaforrásnak a kisülés indítását megelőző kimenőfeszültsége jellemzően kétszerese-háromszorosa az üzemi feszültségnek. Ennek a feszültségnek a ráadása a 12 lámpaburán lévő 26 vezetőcsíkra elegendő a kisülés elindítására. A jelen találmány terjedelmén belül más indítóeszközök is alkalmazhatók. Ha szükséges, a vezetőcsík vagy más indítóeszköz a kisülés elindítása után a lámpakörből kikapcsolható.

A találmány szerinti, elektród nélküli fénycső első kiviteli alakja az 1. és a 2. ábrán látható. A lámpabura egy zárt hurkú, üveg kisülési csőből készült, amely nemesgázzal és higanygőzzel volt töltve. A lámpabura belső felülete foszforral volt bevonva. A kisülési út hossza 66 centiméter (cm) volt, a cső külső átmérője 38 mm volt. A lámpabura 0,27 mbar (0,2 torr) nyomású kriptonnal és körülbelül 0,008 mbar (6 mtorr) nyomású higanygőzzel volt töltve. Két gyűrűs ferritmagot (P típus, gyártja: Magnetics, Division of Spang and Company) két darabra vágtunk úgy, hogy a darabok végeit síkra köszörültük. A két gyűrűs magot felszereltük a lámpabura köré. A ferritmagokat hat-hat primer huzalmenet fogta körül. A magok külső átmérője 75 mm, belső átmérője 40 mm, vastagsága 12,6 mm, a két mag teljes keresztmetszete pedig 4,4 négyzetcentiméter volt. A lámpát szinuszos jelű rádiófrekvenciás energiaforrással működtettük 250 kHz frekvencián. A lámpa teljesítménye adott működési feltételek között a következő volt: kisülési áram 5 amper; kisülési teljesítmény 120 watt, 1,8 watt per centiméter; kimenő fényáram 10 000 lumen; fényhasznosítás 80 lumen per watt; a vasveszteség és a kisülési teljesítmény aránya 0,054; magtérfogat 80 köbcentiméter; a magtérfogat és a kisülési teljesítmény aránya 0,67 köbcentiméter per watt; kisülési feszültség 25 volt RMS (root mean square=négyzetes középérték); kisülési térerősség 0,37 volt per centiméter; magfluxussűrűség 0,05 T (500 gauss); vasveszteség 6,5 watt, 0,08 watt per köbcentiméter; összteljesítmény 126,5 watt.

A találmány szerinti, elektród nélküli, nagy fényerejű fénycső második kiviteli alakja a 3. ábrán látható. Az elektród nélküli 50 lámpát az 52 lámpabura alkotja, amely két egyenes 54 és 56 csövet foglal magában, egymással párhuzamosan. Az 54 és 56 csövek mindkét végükön tömítve vannak, és egyik végükön vagy ahhoz közel az 58 oldalcső révén egymáshoz csatlakoznak, másik végükön vagy ahhoz közel a 60 oldalcső révén egymáshoz csatlakoznak. Az 58 és 60 oldalcsövek biztosítják a gázösszeköttetést az 54 és 56 csövek között, ily módon zárt hurkot képezve. Az egyenes 54 és csöveknek az a fontos előnye a más alakú kialakításokkal szemben, hogy könnyű az előállításuk, és könnyű a foszforral való bevonásuk. Ahogy fentebb említettük azonban, a lámpa szinte bármilyen olyan alakban előállítható - még aszimmetrikus alakban is - ami zárt hurkú kisülési utat képez. Az egyik előnyös kiviteli alakban az 54 és 56 csövek hossza 40 cm, átmérője 5 cm volt. Az 58 és 60 oldalcsövek hossza 3,8 cm, átmérője 3,8 cm volt. Az 54 és 56 csövek átmérőjének növelésével csökken a kisülési feszültség, és ezért csökkennek a ferritveszteségek. Az 58 és 60 oldalcsövek átmérőjének csökkentésével csökkennek a ferritméretek, és szintén csökkennek a ferritveszteségek.

A 3. ábrán látható lámpát 0,27 mbar (0,2 tón) nyomású kripton puffergázzal és 0,008 mbar (6 mtorr) nyomású higanygőzzel töltöttük meg. Az 58 oldalcső köré szereltük a 62 transzformátormagot, a 60 oldalcső köré szereltük a 64 transzformátormagot. A két transzformátormag BE2 gyűrűs ferritmag, amelyeket két-két darabra vágtunk, és végeiket leköszörültük. Nyolc huzalmenetből álló primer tekercs fogta körül a ferritmagokat. Mindkét ferritmag külső átmérője 8,1 cm, belső átmérője 4,6 cm, keresztmetszete 4,4 cm², térfogata 88 cm³volt. A primer tekercseket szinuszos jelű rádiófrekvenciás energiaforrással működtettük 250 kHz frekvencián, ahogy a 2. ábrán látható.

A 3. ábra szerinti lámpa fényáram-teljesítményét és fényhasznosítását a 4. ábrán a kisülési teljesítmény függvényeként ábrázoltuk. A fényáram-teljesítményt a 70 görbe, a fényhasznosítást a 72 görbe mutatja. A méréseket 40 °C-os hidegponti hőmérsékleten 100 üzemóra után végeztük. Ahogy a 4. ábrán látható, a fényáram-teljesítmény a kisülési teljesítménnyel nő, míg a fényhasznosításnak 150 watton maximuma van. A fényhasznosítási görbe maximumán 14 000 lumen a fényáram, a hatásfok (beleértve a ferrit vasveszteségét) 92 LPW. Ezen a fényhasznosításon a tengelyirányú fény áramsűrűség 163 lumen per centiméter (415 lumen per inch), ami 2,75-szor nagyobb, mint a hagyományos, igen nagy kimenőteljesítményű fénycsövek esetében. A kisülési áram 150 watton körülbelül 6 amper. Az itt közzétett paraméterekkel való működés lehetővé teszi, hogy a találmány szerinti lámpával egyidejűleg viszonylag nagy fényáram-teljesítményt, nagy hatásfokot és nagy tengelyirányú fényáramsűrűséget éljünk el, ami a lámpát vonzó alternatívává teszi a hagyományos, igen nagy kimenőteljesítményű fénycsövekhez és a nagy fényerejű, nagynyomású kisülőlámpákhoz.

A 3. ábra szerinti lámpa kiválasztott villamos jelleggörbéit az 5. ábrán a lámpateljesítmény függvényeként ábrázoltuk. A kisülési feszültséget a 76 görbe, a vasveszteséget a 78 görbe, a teljesítménytényezőt a 80 görbe mutatja. A kisülési feszültséget és a vasveszteséget a bal ordinátára, a teljesítménytényezőt a jobb ordinátára vonatkoztattuk. Ahogy a lámpateljesítmény nő, a kisülési feszültség csökken. A csökkent kisülési feszültség a vasveszteség megfelelő csökkenését eredményezi. Az 5. ábra a kisülési feszültség kis értéken való tartásának fontosságát hangsúlyozza. A vasveszteség 50 watton a lámpa összteljesítményének 40%-a, míg 150 watton a

HU 222 165 Bl lámpa összteljesítményének csak körülbelül 6%-a. A fényhasznosításnak a 4. ábrán látható növekedése a kisülési teljesítménnyel 150 wattig elsősorban a vasveszteség megfelelő csökkenésével van összefüggésben. A lámpa kiváló általános tulajdonságai az üzemi paraméterek (elsősorban a gáznyomás, a hőmérséklet, a kisülési cső átmérője és a kisülési áram) választásának tulajdoníthatók. A BE2 maganyag nem tekinthető az optimális maganyagnak. A mérések szerint a vasveszteség majdnem a felére csökkenthető elsőrendű maganyaggal, például a Philips által gyártott 3F3 maganyaggal.

150 watton az átlagos villamos térerősség a kisülésben körülbelül 0,29 volt per centiméter (körülbelül 0,75 volt per inch). Az ilyen kis villamos térerősség egy elektródos kisülésben meglehetősen kis hatásfokú fényforrást eredményezne, mivel az elektród-feszültségesés észlelhető lenne (gyakorlatilag nem jön fény az elektródfeszültségesési tartományból) a teljes kisülési feszültséghez képest. Tekintettel a katódelgőzölgésre és a hatásfokra az elektródos kisülés ilyen körülmények között nem lenne képes hosszú ideig működni. A találmány szerinti lámpának ezzel szemben várhatólag rendkívül hosszú az élettartama elektród nélküli felépítése miatt.

A találmánynak ugyan a jelenleg előnyösnek tekintett kiviteli alakjait ismertettük és mutattuk be, de az adott szakterületen járatos szakemberek számára nyilvánvaló, hogy annak módosításai és változatai is lehetségesek a találmány terjedelmétől való eltérés nélkül.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Villanylámpa-elrendezés, amely tartalmaz egy elektród nélküli lámpát (10), amely magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát (12), benne puffergázzal és higanygőzzel;

a lámpabura (12) körül elhelyezett ferritanyagú transzformátormagot (22);

a transzformátormagon (22) elhelyezett bemeneti tekercset (30); és a bemeneti tekercsre (30) kapcsolt rádiófrekvenciás energiaforrást (20), amely elegendő rádiófrekvenciás energiát szolgáltat a higanygőznek és a puffergáznak a lámpaburában (12) kisülés létrehozására, azzal jellemezve, hogy a puffergáz nyomása kisebb, mint 0,67 mbar (0,5 forr), és a kisülési áram legalább körülbelül 2 A.
2. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy az elektród nélküli lámpa (10) a lámpabura (12) belső felületén a kisülés által kibocsátott ultraibolya sugárzás hatására egy meghatározott hullámhossztartományban lévő sugárzást kibocsátó foszfort tartalmaz.
3. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a rádiófrekvenciás energiaforrás (20) frekvenciája az 50 kHz-től a 3 MHz-ig teqedő tartományban van.
4. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a rádiófrekvenciás energiaforrás (20) frekvenciája a 100 kHz-től a 400 kHz-ig terjedő tartományban van.
5. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a puffergáz nemesgázt tartalmaz.
6. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a puffergáz kriptont tartalmaz.
7. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a cső alakú lámpabura (12) átmérője 2,5-10,2 cm (1-4 inch).
8. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátormag (22) gyűrű alakú.
9. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá egy második transzformátormagot (24) a lámpabura körül (12) és egy második bemeneti tekercset (32) a második transzformátormagon (24), amely a rádiófrekvenciás energiafonáshoz (20) van kapcsolva.
10. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lámpabura (12) ovális alakú.
11. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lámpabura (52) első és második párhuzamos csöveket (54, 56) tartalmaz, amelyek végeikkel egymáshoz csatlakozva zárt hurkot képeznek.
12. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a magteljesítmény-veszteség kapcsolatban van a transzformátormaggal (22); az összes energiát a rádiófrekvenciás energiaforrás (20) szolgáltatja; és a magteljesítmény-veszteség kisebb vagy egyenlő, mint a rádiófrekvenciás energiaforrás (20) által szolgáltatott összteljesítmény 5%-a.
13. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátormag (22) térfogatának és az elektród nélküli lámpa (10) kisülési teljesítményének aránya kisebb, mint 2 cm³/W.
14. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lámpaburában (12) lévő nyomás egyenlő vagy kisebb, mint körülbelül 0,27 mbar (0,2 tón), és a kisülési áram legalább körülbelül 5 A.
15. Az 1. igénypont szerinti villanylámpa-elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lámpabura (12) ultraibolya-áteresztő anyagból van, és az elektród nélküli lámpa (10) ultraibolya sugárzást bocsát ki.
16. Eljárás olyan villanylámpa működtetésére, amely tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amely magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát, benne puffergázzal és higanygőzzel, ahol a lámpaburában a higanygőz és a puffergáz nyomása kisebb, mint 0,67 mbar, azzal jellemezve, hogy a higanygőzre és a puffergázra induktívan elegendő rádiófrekvenciás energiát csatolunk körülbelül 2 A vagy annál nagyobb kisülési áramú kisülés létrehozásához.
17. Eljárás olyan villanylámpa működtetésére, amely tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amely magában foglal egy zárt hurkú, cső alakú lámpaburát, benne puffergázzal és higanygőzzel, ahol a lámpaburában a higanygőz és a puffergáz nyomása kisebb, mint 0,27 mbar, azzal jellemezve, hogy a higanygőzre és a puffergázra induktívan elegendő rádiófrekvenciás energiát csatolunk körülbelül 5 A vagy annál nagyobb kisülési áramú kisülés létrehozásához.