ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА Российский патент 2006 года по МПК H01J61/73 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к осветительным газоразрядным лампам общего и специального назначения.

Известна газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала и установленные в ней электроды, имеющие стержень из тугоплавкого материала (Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоиздат, 1991).

Недостатком лампы является высокая себестоимость вследствие сложности изготовления применяемого спирального электрода и сравнительно невысокая долговечность, обусловленная осыпанием эмиссионного вещества из межвиткового пространства вследствие перепада температуры во включенном и отключенном состояниях лампы.

Известна лампа, содержащая электрод, представляющий собой стержень из тугоплавкого материала, на котором закреплена изготовленная в виде цилиндра спеченная масса из смеси порошка тугоплавкого материала и эмиссионного вещества (Решенов С.П. Катодные процессы в дуговых источниках излучения. М.: МЭИ, 1991, с.223-225). Лампа характеризуется меньшей себестоимостью, является более простой, а спеченная масса обеспечивает электроду повышенную устойчивость при изменении температуры.

Недостатком лампы является нестабильность зажигания вследствие стихийного выбора конструкции электрода.

Наиболее близким по технической сущности решением является газоразрядная лампа (Минаев И.Ф., Литюшкин В.В., Матяш А.А., Коваленко А.И., Прасицкий В.В., Мороков В.И. Газоразрядная лампа. Патент РФ №2158043), содержащая оптически прозрачную горелку и электрод, состоящий из тугоплавкого стержня, на который надета изготовленная в виде цилиндра спеченная масса, причем пористость спеченной массы П и ее длина L, длина выдвинутой части стержня 1, массы выдвинутой части стержня и спеченной массы m_c и m_b, диаметр стержня d_c и разрядный ток I связаны соотношением

где К=1,0 мм²/А.

Достоинство такой лампы заключается в обеспечении стабильности зажигания в процессе срока службы.

Недостатком лампы является уменьшение срока ее службы, обусловленное ускоренным испарением эмиссионного вещества с участков вблизи острых ребер на поверхности спеченной массы, образованных боковой поверхностью и основаниями цилиндра.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение долговечности лампы.

Поставленная задача достигается тем, что в газоразрядной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала и электроды, имеющие стержень из тугоплавкого материала с закрепленной на нем спеченной массой, спеченная масса формируется в виде цилиндра со скругленными ребрами между его боковой поверхностью и основаниями, причем радиус скругления r_c удовлетворяет условию

где r₀ - радиус катодного пятна разряда на поверхности электрода, r и L - радиус и длина цилиндра.

В лампе по предлагаемому изобретению не происходит ускоренного испарения эмиссионного вещества с участков спеченной массы вблизи ребер, что увеличивает ее повышенную долговечность.

Механизм работы газоразрядной осветительной лампы состоит в следующем.

При подаче напряжения на электроды происходит пробой заполненного газом межэлектродного промежутка и развитие дугового разряда. При разрядных токах, характерных для дуговых осветительных ламп, разряд локализуется на поверхности электродов в пятне радиусом несколько десятков микрон (Райзер Ю.П. Физика газоразрядных процессов. М.: Наука, 1987, с.426-431). На катодном полупериоде разряда, когда данный электрод выполняет функции катода, пятно обычно располагается на ребре между боковой поверхностью и основанием цилиндрической спеченной массы (при таком расположении пятна затруднен теплооотвод из области пятна, что выгодно энергетически для разряда). Как показывают расчеты, подтвержденные экспериментальными исследованиями, повышение температуры в центре пятна относительно ее значения на основной части поверхности спеченной массы при его расположении на ребре на несколько сотен градусов превосходит соответствующее повышение в случае расположении пятна на боковой поверхности цилиндра. Повышение же температуры спеченной массы на З00К приводит к увеличению скорости испарения эмиссионного вещества с поверхности спеченной массы на порядок (Кудинцева Г.А., Мельников А.И., Морозов А.В., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды. М.: Энергия, 1966, с.223-234). Ускоренное испарение приводит к обеднению спеченной массы эмиссионным веществом и запылению колбы лампы, что уменьшает ее долговечность.

Сущность предлагаемого изобретения пояснена на Фиг.1 и Фиг.2, где схематически изображена лампа и укрупненно изображен электрод, состоящий из тугоплавкого металла (1), на который надета цилиндрическая спеченная масса (2) (изображение горелки вследствие ее распространенной формы не приводится). Для увеличения теплоотвода из области катодного пятна разряда при его локализации на ребре спеченной массы и снижения испарения эмиссионного вещества с этого участка ее поверхности на ребрах выполнены скругления с радиусом r_c.

Интервал допустимых значений величины r_c определяется из следующих изображений. Исследования показали, что повышение температуры поверхности спеченной массы в центре пятна относительно ее значения на основной части поверхности спеченной массы при расположении пятна на ребре спеченной массы незначительно превосходит повышение температуры в центре пятна при его расположении на гладком участке ее поверхности, если радиус скругления ребра r_c не менее чем в пять раз превосходит радиус пятна r₀, т.е. при r_c≥5r₀. При увеличении радиуса r_c скругления ребра цилиндра происходит уменьшение объема спеченной массы, а следовательно, и массы эмиссионного вещества в ней, что может привести к невыполнению указанного в прототипе условия стабильного зажигания разряда. Уменьшение объема спеченной массы, обусловленное скруглением ребер, не оказывает заметного влияния, если оно не превосходит 10%, что, как показали расчеты, имеет место, если радиус скругления r_с удовлетворяет неравенству

Таким образом, существенное увеличение теплоотвода из области ребер спеченной массы без существенного уменьшения количества эмиссионного вещества в ней достигается, когда радиус скругления удовлетворяет условию

Пример конкретного исполнения лампы.

В ртутных дуговых осветительных лампах высокого давления ДРЛ 250 используются электроды, представляющие собой вольфрамовый стержень, на который напрессована спеченная масса из смеси порошков вольфрама и оксидов щелочноземельных металлов в виде цилиндра радиусом r=1,35 мм и длиной L=3,5 мм. Размер катодного пятна в таких лампах составляет r₀=40-60 мкм (Bötticher R., Bötticher W. Numerical modeling of arc attachment to cathodes of high-intensity discharge lamps // J. Phys. D: Appl. Phys., 2000, V.33, pp.367-375). Для указанных размеров допустимый интервал значений радиуса скругления ребра спеченной массы дается неравенством 0,30 мм ≤r₀≤0,77 мм. Была изготовлена партия ламп с электродами указанных размеров, причем в соответствии с предлагаемым техническим решением ребра спеченной массы были скруглены с радиусом r_c=0,5 мм. Испытания ламп показали, что их долговечность увеличилась на 15%. При цене лампы 150 руб. и производстве 6 млн. штук в год это дает годовой экономический эффект порядка 60 млн.руб.

Изобретение относится к области электротехники, в частности усовершенствует электрод газоразрядной лампы. Техническим результатом изобретения является увеличение долговечности лампы путем предотвращения ускоренного испарения активатора. Осветительная газоразрядная лампа высокого давления содержит горелку из оптически прозрачного материала и электроды, имеющие стержень из тугоплавкого материала с закрепленной на нем спеченной массой. Спеченная масса формируется в виде цилиндра со скругленными ребрами между ее боковой поверхностью и основаниями, причем радиус скругления r_с удовлетворяет условию где r₀ - радиус катодного пятна. 2 ил.

Газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала и электроды, имеющие стержень из тугоплавкого материала с закрепленной на нем спеченной массой, отличающаяся тем, что ребра между боковой поверхностью и основаниями спеченной массы скруглены, причем радиус округления удовлетворяет условию , где r и L - радиус и длина цилиндрической спеченной массы, а r₀ - радиус катодного пятна дугового разряда на ее поверхности.