ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА Российский патент 2005 года по МПК H01J61/67 

Изобретение относится к производству газоразрядных источников света с электродами, покрытыми эмиссионным слоем, в частности конструкции электродов газоразрядных ламп низкого давления со спиральными электродами.

Недостатком известных конструкций спиральных электродов газоразрядных ламп низкого давления является значительная скорость испарения эмиссионного вещества как в пусковой период, так и во время непрерывной работы электрода [1].

Наиболее близким к предлагаемому является электрод, который для уменьшения скорости расхода эмиссионного слоя предлагалось снабдить пористым губчатым слоем из металла, в частности из вольфрама, окружающим витки и полость внутри спирали, имеющим толщину не более 0,5 диаметра полости, а размер зерен металла составляет от 10 до 100 мкм, причем заполняющий межвитковое пространство эмиттер расположен в порах указанного металлического слоя [2].

Однако такое устройство электрода люминесцентных ламп значительно увеличивает затраты на его изготовление и снижает его виброударопрочность.

Предлагаем электрод для газоразрядных ламп, содержащий спираль, образованную, по меньшей мере, одной проволокой из тугоплавкого металла, спирализованную однократно или многократно, покрытую эмиссионным слоем. Для увеличения срока службы электрода путем уменьшения скорости расхода эмиссионного слоя на его поверхность наносится слой металла толщиной 3-6 атома, например вольфрама.

Атомный слой металла, не препятствуя выходу электронов, значительно увеличивает работу выхода ионов эмиссионного вещества как в пусковой период, так и во время непрерывной работы электрода. Это позволяет, не увеличивая потерь электрической энергии на лампе, заметно снизить скорость расхода эмиссионного вещества и увеличить ее срок службы.

Покрытие электрода атомным слоем металла делает его более защищенным от бомбардировки электронными и ионными потоками в процессе работы лампы.

Нанесение атомного слоя металла на спиральные электроды, покрытые эмиссионным слоем при изготовлении газоразрядных ламп, благодаря появлению новых технологий нанесения покрытия, в частности плазменной наплавки - напыления, позволяет при незначительном увеличении производственных затрат достичь увеличения срока службы газоразрядных ламп почти в 2 раза.

Данная заявка на получение патента является результатом анализа многолетнего использования изобретения [3].

Изобретение относится к области применения газоразрядных источников света с электродами, покрытыми эмиссионным слоем. Срок службы таких источников света в основном связан с долговечностью эмиссионного покрытия электродов. Скорость расхода этого покрытия определяется температурой электрода. Так, скорость расхода эмиссионного покрытия определяется скоростью испарения ВаО и Ва, которая резко повышается при температурах выше 1100°С.

Наблюдения за работой люминесцентных ламп показали, что в течение 70-80% от их срока службы скорость движения катодного пятна изменяется мало. На этом этапе расходуется оксидное покрытие с 35-50% витков спирали. Затем скорость движения катодного пятна начинает увеличиваться, и эмиссионное покрытие с остальных витков быстро испаряется. Это объясняется тем, что температура катодного пятна зависит от теплового режима всего электрода. При перемещении катодного пятна по спирали электрода увеличивается температура на отработанной части спирали как следствие роста протяженности и сопротивления цепи тока в катодный полупериод. Цели изобретения предлагалось достичь изменением на противоположное подключение выводов каждого электрода к электрической цепи с помощью устройства или перестановкой люминесцентной лампы, когда число светящихся витков составит 35-50% от общего числа витков.

Так как при этом штырьки (контакты, клеммы) цоколя лампы, которые были подсоединены к зажимам сети и балласту, поменяются местами со штырьками (контактами, клеммами), соединенными со стартером, то к балласту и сети подключаются концы электродов с неизрасходованным эмиссионным покрытием, и температура электродов уменьшается в основном из-за отсутствия тока через спираль в катодный полупериод. Она будет незначительно превышать температуру электродов новой лампы за счет бомбардировки отработанной части спирали ионами и электронами.

Предполагалось, что в худшем случае лампа отработает еще 70-80% от первоначального срока службы, а в лучшем после этого еще останется около трети спирали с неизрасходованным эмиссионным слоем и лампа отработает еще 20-30% от первоначального срока службы.

Таким образом, предполагалось, что использование изобретения позволит увеличить срок службы люминесцентных ламп в 1,5-1,8 раза.

Более 10 лет работы по использованию изобретения ведутся под руководством автора на десятках предприятий, учреждений и учебных заведений г.Хабаровска. Изобретение используется на люминесцентных, бактерицидных и компактных люминесцентных ламах различной мощности отечественного и иностранного производства.

Собранная статистика показала, что использование изобретения позволяет увеличить срок службы газоразрядных источников света не в 1,5-1,8 раза, а в 2,3-3 раза.

Найдено и объяснение этому.

В заявке на изобретение автор отмечал:

"При перемещении катодного пятна по спирали электрода увеличивается температура на отработанной части спирали вследствие роста протяженности и сопротивления цепи тока в катодный полупериод, а также ее бомбардировки электронами в анодный и ионами в катодный полупериод. Кроме того, нагрев этого участка спирали значительно увеличивает его сопротивление, что, в свою очередь, увеличивает рассеиваемую мощность.

В результате этот участок спирали раскаляется до свечения. Это ведет к испарению материала керна и осаждению его на оксиде, что повышает работу выхода, катодный потенциал и нагрев электрода". Оценить влияние материала керна осажденного на эмиссионном слое электрода авторы смогли, проанализировав причины реального увеличения срока службы газоразрядных источников света низкого давления при использовании изобретения.

Заметное испарение материала керна и осаждение его на эмиссионном слое происходит при отработке люминесцентной лампой более 50% срока службы. То есть тогда, когда температура в катодном пятне приближается к 1100°С.

В этих условиях работа выхода электронов практически не увеличивается, а работа выходов ионов эмиссионного слоя увеличивается незначительно, так как при такой температуре атомы материала керна имеют большие температурные колебания и вскоре переиспаряются.

При использовании изобретения [3] температура электрода в катодном пятне значительно снижается. А в этих условиях атомный слой материала керна значительно увеличивает работу выхода ионов эмиссионного слоя и, защищая этот слой от бомбардировки потоками электронов и ионов, значительно замедляют его расход и увеличивают срок службы люминесцентных ламп на 80-100% от заявленного в изобретении.

Эффективность действия атомного слоя металлического покрытия эмиссионного слоя электродов газоразрядных источников света низкого давления целесообразно использовать при производстве газоразрядных источников света.

Источники информации

1. Г.Н.Рохлин. Разрядные источники света. М., 1991 г.

2. Авторское свидетельство СССР №860172, кл. Н 01 J 61/067 (прототип).

3. Патент РФ №2006099 "Способ эксплуатации газоразрядных источников света". Патентообладатель Шапиро П.З. Кл. Н 01 J 9/50, Н 01 J 61/067.

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является снижение скорости расхода эмиссионного слоя и увеличение срока службы источника света. Электрод содержит спираль, образованную, по меньшей мере, одной проволокой из тугоплавкого металла, спирализованную однократно или многократно и покрытую эмиссионным слоем. На поверхность эмиссионного слоя нанесен слой металла толщиной 3-6 атомов, в качестве которого использован, например, вольфрам.

Электрод для газоразрядных ламп, преимущественно люминесцентных, содержащий спираль, образованную, по меньшей мере, одной проволокой из тугоплавкого металла, спирализованной однократно или многократно, покрытую эмиссионным слоем, отличающийся тем, что для увеличения срока службы электрода путем уменьшения скорости расхода эмиссионного слоя на его поверхность наносится слой металла толщиной 3-6 атома, например вольфрама.