PL175753B1 - Lampa do wytwarzania światła widzialnego - Google Patents

Abstract

1. Lampa do wytwarzania swiatla widzial- nego, zawierajaca banke lampy z materialu przepuszczajacego swiatlo, która ma wypel- nienie zawierajace co najmniej jeden sklad- nik wybrany z grupy obejmujacej siarke, selen i tellur oraz elementy do sprzegania energii elektromagnetycznej z wypelnie- niem, znamienna tym, ze stosunek objetosci banki lampy do jej powierzchni zewnetrznej wynosi co najmniej 0,45 cm, skladnik wypel- nienia wystepuje w stezeniu mniejszym niz 1,75 mg/cm3 , a gestosc mocy energii elektro- magnetycznej dostarczanej do wypelnienia wynosi 5-10 W/cm3 . FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotowy wynalazek dotyczy lampy do wytwarzania światła widzialnego.

Znane są bezelektrodowe lampy stosowane do celów oświetleniowych, zasilane energią elektromagnetyczną, w tym energią mikrofalową i energią o częstotliwości radiowej.

Ze zgłoszenia USA nr 0,71,027 z dnia 3 czerwca 1993 roku oraz z publikacji międzynarodowej nr WO 92/08240 znane są takie lampy zawierające wypełnienie, w których emisja jest wywoływana za pomocą siarki lub selenu, albo ich związku.

Jak wiadomo, ważną miarą dobroci lampy jest jej sprawność, to znaczy moc wyjściowa światła widzialnego w stosunku do mocy elektrycznej doprowadzonej do lampy. Sprawność ta określa koszt pracy lampy.

Lampa według wspomnianej wyżej publikacji międzynarodowej ma dużą sprawność, ale przedmiotowy wynalazek wykazuje, że w znacznym stopniu można ją jeszcze poprawić przez zapewnienie specjalnych warunków pracy lampy.

Lampa do wytwarzania światła widzialnego, zawieraj ąca bańkę z materiału przepuszczaj ącego światło, której wypełnienie stanowi co najmniej jeden ze składników wybrany z grupy obejmującej siarkę, selen i tellur oraz mająca elementy do sprzęgania energii elektromagnetycznej z wypełnieniem, jest charakterystyczna tym według wynalazku, że stosunek objętości bańki lampy do jej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej 0,45 cm, składnik wypełnienia występuje w stężeniu mniejszym niż 1,75 mg/cnU a gęstość mocy energii elektromagnetycznej dostarczanej do wypełnienia wynosi 5-100 W/cm³.

Korzystnym jest gdy składnikiem wypełnienia lampy jest siarka albo selen, albo tellur a stosunek objętości bańki lampy do jej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej 0,6 cm.

Zapewnienie dużego stosunku objętości bańki do pola jej powierzchni zmniejsza do minimum ciepło tracone poprzez ściankę bańki lampy. Ponieważ doprowadzona moc elektryczna jest przetwarzana albo na światło, albo na ciepło, zwiększenie stosunku objętości do pola powierzchni powoduje zwiększenie sprawności emisji światła. W przypadku bańki kulistej stosunek objętości do pola powierzchni wzrasta gdy zwiększa się średnicę bańki.

175 753

Ograniczenie stężenia głównej substancji emitującej światło do wartości mniejszej niż

1,75 mg/cm³ i zapewnienie gęstości mocy energii elektromagnetycznej dostarczanej do wypełnienia 5-100 W/cm3 daje nieoczekiwany efekt znacznego polepszenia sprawności lampy.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia lampę według wynalazku w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia lampę z fig. 1 w widoku z boku, fig. 3 przedstawia widmo emitowanego światła w przypadku gdy wypełnieniem jest siarka, fig. 4 przedstawia widmo emitowanego światła w przypadku gdy wypełnieniem jest selen, zaś fig. 5 przedstawia widmo emitowanego światła w przypadku gdy wypełnieniem jest tellur.

Przedstawiona na fig. 1 lampa 2, jest zasilana energią mikrofalową, przy czym jest zrozumiałe , żc możliwe jest również stosowanie energii o częstoliiwości radiow'ej.

Lampa 2 zawiera rezonator mikrofalowy 4 zbudowany z metalowego, cylindrycznego członu 6 i metalowej siaski 8. Siatka 8 umożliwia wychodzenie światła z rezonatora 4 ale zatrzymuje energię mikrofalową wewnątrz niego. W rezonatorze 4 umieszczona jest żarówka 10, która w pokazanym przykładzie realizacji jest kulista.

Jak pokazano na fig. 2, żarówka 10 jest wsparta na nóżce 12, połączonej z silnikiem 14 przeznaczonym do obracania żarówki 10. Obrót ten przyczynia się do stabilnego działania l ampy.

Energia mikrofalowa jest wytwarzana przez magnetron 16, a falowód 18 przekazuje tę energię do szczeliny (nie pokazano) w ściance rezonatora 4, skąd jest ona podawana do wnętrza rezonatora 4, a w szczególności do wypełnienia żarówki 10. Wypełnieniem bańki żarówki 10 może być siarka, selen lub tellur, albo też związek jednej z tych substancji. Przykładami substancji, które mogą być używane jako wypełnienie, są InS, AS2S3, S₂Cl2, CS2, ImS3, SeS, SeO2, SeClą, SeTe, SCe2, P2SE5, Se3As2, TeO, TeS, TeCl5, TeBr5 Tels.

Dodatkowo można stosować inne związki siarki, selenu i telluru, zwłaszcza takie, które mają stosunkowo niskie ciśnienie pary w temperaturze pokojowej, to znaczy znajdują się w stanie stałym lub ciekłym, ale ciśnienie pary w temperaturze pracy' jest wystarczające do utrzymania użytecznej mocy wyjściowej światła.

Według jednego aspektu wynalazku stosunek objętości do pola powierzchni bańki lampy wynosi co najmniej 0,45 cm co przyczynia się do podwyższenia sprawności lampy. Korzystny stosunek objętości do pola powierzchni bańki lampy wynosi jednak powyżej 0,6 cm. Użyte tu sformułowanie pole powierzchni w zwrocie stosunek objętości do pola powierzchni odnosi się do pola powierzchni zewnętrznej bańki żarówki (objętość zaś odniesiona jest do wnętrza bańki).

Ponadto stężenie siarki, selenu lub telluru podczas pracy lampy jest mniejsze niż

1,75 mg/cm3, a gęstość mocy jest mniejsza niż około 100 W/cm3 i większa niż 5 W/cm3.

Godne uwagi jest to, że lampa według wynalazku działa przy gęstości mocy mniejszej niż 20 W/cm3. Sformułowanie gęstość mocy odnosi się do mocy doprowadzanej do żarówki podzielonej przez objętość żarówki. W lampach według wynalazku stosuje się dowolne wypełnienie zawierające jeden materiał wypełniający lub jego związek, które przy temperaturze pracy lampy i przy wybranej gęstości mocy daje wystarczające stężenie siarki, selenu i/lub telluru w bańce, zapewniając użyteczne oświetlenie.

Lampa ma moc wyjściową o zmniejszonej ilości energii widmowej w zakresie podczerwieni, przy czym zauważono, że widmo przesuwa się wraz ze zmianami gęstości mocy. Przy większych gęstościach mocy może być potrzebne wymuszone chłodzenie powietrzem.

Przykład I. Poddano testom specyficzny przykład realizacji wynalazku, w którym zastosowano lampę z kulistą żarówką o średnicy zewnętrznej 4,7 cm, grubości ścianki 1,5 mm, tj. o stosunku objętości bańki do pola powierzchni równym 0,64 cm. Wielkość doprowadzonej mocy wynosiła 1100 W, wypełnieniem była siarka o stężeniu 1,3 mg/cm3, co daje gęstość mocy

19,5 W/cm3, a żarówka obracana była z prędkością 300 obr/min. Widmo wytwarzanego światła widzialnego pokazane jest na fig. 3. Średnia sprawność wokół żarówki wynosiła 165 lumenów/wat (energii mikrofalowej). Stosunek wytwarzanej mocy widma widzialnego do mocy widma podczerwieni wynosił 10 do 1. Jest to typowe w lampach zwykłego typu, których wypełnienie zawiera gaz obojętny, zwłaszcza argon pod ciśnieniem 19,99836 kPa.

175 753

Dla porównania przetestowano lampę, według przykładu realizacji ze wspomnianej wyżej publikacji międzynarodowej. Lampa z bezelektrodową żarówką kwarcową o kształcie kulistym, mająca średnicę wewnętrzną 2,84 cm i średnicę zewnętrzną 30 mm (stosunek objętości do pola powierzchni bańki wynosi więc 0,43 cm) była wypełniona siarką o stężeniu 1,98 mg/cm³ i argonem pod ciśnieniem 7,999344 kPa. Przy pobudzeniu energią mikrofalową o gęstości mocy około 280 W/cm3 sprawność wokół lampy wynosiła 140 lumenów/wat.

Przykład II. Kulista żarówka o średnicy zewnętrznej 40 mm (średnica wewnętrzna 37 mm), tj. o stosunku objętości do pola powierzchni bańki wynoszącym 0,53 cm, wypełniona była 34 mg selenu i gazowym ksenonem pod ciśnieniem 39,99672 kPa, co powodowało stężenie selenu 1,28 mg/cm³. Lampa była zasilana energią mikrofalową o mocy 1000 W wewnątrz rezonatora mikrofalowego. Widmo wytwarzanego światła widzialnego pokazane jest na fig. 4. Średnia sprawność wokół żarówki przekroczyła 180 lumenów/wat.

Dla porównania przetestowano lampę, według przykładu realizacji ze wspomnianej wyżej publikacji międzynarodowej, z bezelektrodową żarówką kwarcową o objętości 12 cm3 (grubość ścianki 1,5 mm). Lampa napełniona była 54 mg selenu i argonem pod ciśnieniem 7,999344 kPa. Żarówka umieszczona była w rezonatorze mikrofalowym i pobudzana była energią mikrofalową o mocy 3500 W. Średnia sprawność wokół żarówki wynosiła około 120 lumenów/wat.

Przykład III. Kulista żarówka o średnicy zewnętrznej 40 mm i średnicy wewnętrznej 37 mm, tj. o stosunku objętości do pola powierzchni bańki wynoszącym 0,53 cm, została wypełniona 20 mg telluru i ksenonem pod ciśnieniem 13,33224 kPa, co oznaczało stężenie telluru 0,75 mg/cm³. Lampa była zasilana mocą 110 W wewnątrz rezonatora mikrofalowego. Widmo światła widzialnego jakie było wytwarzane przez tę lampę jest pokazane na fig. 5. Średnia sprawność wokół żarówki wynosiła co najmniej 105 lumenów/wat.

Z powyższych przykładów widać, że określone warunki pracy lampy dają znaczną poprawę jej sprawności.

Claims (7)

1. Lampa do wytwarzania światła widzialnego, zawierająca bańkę lampy z materiału przepuszczającego światło, która ma wypełnienie zawierające co najmniej jeden składnik wybrany z grupy obejmującej siarkę, selen i tellur oraz elementy do sprzęgania energii elektromagnetycznej z wypełnieniem, znamienna tym, że stosunek objętości bańki lampy do jej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej 0,45 cm, składnik wypełnienia występuje w stężeniu mniejszym niż 1,75 mg/cm³, a gęstość mocy energii elektromagnetycznej dostarczanej do wypełnienia wynosi 5-10 W/cm3.

2. Lampa według zastrz. 1, znamienna tym, że składnik wypełnienia stanowi siarka.

3. Lampa według zastrz. 2, znamienna tym, że objętość bańki lampy do jej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej 0,6 cm.

4. Lampa według zastrz. 1, znamienna tym, że składnik wypełnienia stanowi selen.

5. Lampa według zastrz. 4, znamienna tym, że objętość bańki lampy do jej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej 0,6 cm.

6. Lampa według zastrz. 1, znamienna tym, że składnik wypełnienia stanowi tellur.

7. Lampa według zastrz. 6, znamienna tym, że objętość bańki lampy do jej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej 0,6 cm.