ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H01J61/00 

Изобретение относится к газоразрядной технике, а именно к газоразрядным лампам низкого давления, и может быть использовано как источник света, в частности, для сигнальной подсветки опор высоковольтных линий электропередач и других высотных сооружений.

Известно газоразрядное устройство с инертным газом низкого давления. Устройство имеет лампу с запаянным баллоном, наполненным инертным газом, например неоном, под давлением 1,5÷15 мм рт.ст. В баллоне установлены электроды. Электропитание лампы осуществляется от источника электроэнергии с частотой более 5 кГц.

[См. патент США №4461981, кл. 315-246, опубл. 24.07.84 г.]

Недостатком этого устройства является невозможность работы такой лампы от источника постоянного и переменного напряжения низкой (50 Гц) частоты. Работа этой лампы от высокочастотного источника электроэнергии усложняет систему жизнеобеспечения лампы и делает такую лампу неприемлемой для решения ряда задач.

Известна разрядная лампа низкого давления, которая состоит из наружной и расположенной соосно с ней внутренней колбы. Колбы заполнены газом. Во внутренней колбе установлены два противоположных электрода, в том числе накаленный катод и постоянный магнит. Магнит во внутренней колбе установлен так, чтобы к разрядной плазме прикладывались магнитные силы, которые вращали бы ее вокруг оси лампы.

[См. заявка Японии №59-35147, кл. Н01J 61/50, опубл. 27.08.84 г.]

Недостатком таком лампы является наличие накаленного катода, что делает лампу ненадежной и недолговечной. Кроме того, для обеспечения функционирования лампы необходимо постоянное напряжение с большим током потребления.

Все это делает такую лампу неприемлемой для решения ряда задач.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является газоразрядная лампа низкого давления, которая содержит ножку с электродами, колбу с перегородкой, разделяющей электроды и образующей U-образный разрядный канал. При этом продольная перегородка выполнена как единое целое с колбой лампы, а ножка герметично соединена с перегородкой.

[Заявка РФ №96105447/07, кл. H01J 61/30, опубл. 20.06.98 г. - прототип]

Недостатком этого устройства является большой потребляемый ток при малой светоотдаче, а также невозможность работы лампы при переменном токе, что ограничивает круг ее использования.

Все вышеперечисленные недостатки отсутствуют в предлагаемом устройстве. Сущность изобретения заключается в следующем.

Задачей предлагаемого изобретения является создание надежной, с малым потреблением электрической мощности и большой светоотдачей лампы, способной работать при малых потребляемых токах на постоянном или переменном напряжении. Технический результат достигается за счет предложенного конструктивного выполнения разрядного канала и электродов, обеспечивающих малое токопотребление при большой светоотдаче и возможность работы лампы при постоянном и переменном питающем напряжении.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в газоразрядной лампе низкого давления, содержащей колбу, в которой расположены электроды, разрядный канал и перегородка, герметично связанная с колбой, перегородка, разделяющая внутренний объем колбы пополам, также герметично соединена с разрядным каналом, выполненным в виде капилляра, расположенного коаксиально оси колбы, а электроды выполнены в виде полых со сферическим дном цилиндрических катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного капилляра, при этом выводы катодов через противоположные торцы колбы подключены к источнику питающего напряжения, а объем колбы заполнен инертным газом.

Кроме того, газоразрядная лампа отличается тем, что давление газа (в колбе) р и диаметр разрядного капилляра d, рабочая поверхность холодного катода S и разрядный ток I, диаметр холодного катода D и его длина L связаны соотношениями:

10≤p·d≤20,

где d - мм,

р - мм рт.ст.;

где I - мА,

S - см²;

где D - мм,

L - мм.

А также газоразрядная лампа отличается тем, что газовое наполнение инертным газом, например неоном или смесью неона и гелия, обеспечивает оранжево-красный цвет свечения разряда.

И, кроме того, газоразрядная лампа отличается тем, что выводы электродов подключены к источнику переменного напряжения.

Для обеспечения спектрального состава светоизлучения разрядного канала и долговечности лампа наполняется смесью неона и гелия в соотношении 1:3÷1:9 при давлении р, определяемом по формуле:

10≤p·d≤20.

Перегородка, разделяющая внутренний объем лампы пополам, позволяет распространяться разряду только по каналу капилляра и замыкаться на катодах. Капилляр разрядного канала обеспечивает высокую плотность разрядной плазмы при малых токах и, как следствие этого, большую яркость разряда. Наличие двух холодных катодов позволяет их использовать для поддержания столба разряда как от источника постоянного, так и переменного напряжения. В последнем случае функцию анодного электрода каждый катод выполняет попеременно с частотой переменного напряжения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже изображена структурная схема лампы.

Лампа содержит колбу 1, в которой коаксиально расположен разрядный капилляр 2. Капилляр 2 герметично запаян в перегородке 3, которая в свою очередь герметично соединена с колбой 1. С обоих торцов колбы 1 установлены электроды 4 в виде полых цилиндров со сферическим дном. Электроды 4 попеременно выполняют функции либо холодных катодов, либо анодов и установлены коаксиально относительно колбы 1 и разрядного капилляра 2. Разрядный капилляр 2 открытыми концами входит во внутреннюю полость катодов 4 на одну треть их длины.

Сферическое дно холодных катодов 4 и вхождение разрядного капилляра 2 в полость цилиндров на одну треть их длины исключает замыкание газового разряда на острые участки конструкции катодов, что предотвращает распыление материала холодного катода. Геометрия цилиндров холодных катодов оптимизирована формулой исходя из условия равномерного токораспределения по рабочей поверхности. Во избежание распыления подготовленной рабочей поверхности холодного катода величина разрядного тока I ограничена соотношением , где I - разрядный ток (мА), S - площадь рабочей поверхности катода (см²). Для подключения электродов к питающему напряжению предусмотрены выводы 5. Выводы 5 герметично соединены с ножкой 6, которая также связана с колбой 1 герметично. Лампа откачана, оттренирована и наполнена рабочим инертным газом, например смесью гелия и неона. Давление рабочего газа оптимизировано исходя из обеспечения высокой долговечности холодного катода и получения максимальной яркости свечения разряда. При выбранных рабочих токах оно определяется фомулой 10≤p·d≤20, где р - давление рабочего газа в мм рт.ст., d - разрядный диаметр капилляра в мм. Цвет свечения разряда оранжево-красный подбирается соотношением рабочих газов неона и гелия от 1:3 до 1:9.

Лампа работает следующим образом. На выводы электродов 5 подается рабочее напряжение (постоянное или переменное). При постоянном рабочем напряжении один из электродов работает как катод. Поскольку перегородка 3 герметично изолирует два электрода по колбе, то разряд распространяется внутри капилляра 2. При переменном рабочем напряжении электроды 4 в качестве катода работают попеременно, в зависимости от прилагаемого в данный момент потенциала переменного напряжения на конкретный электрод. Газовый разряд внутри узкого капилляра 2 даже при малых токах (единицы миллиампер) имеет высокую плотность разрядной плазмы, а потому имеет яркое свечение. Это свечение и позволяет использовать лампу как источник света. Конструктивно колба лампы выполняет функцию держателя разрядного капилляра и электродов и, кроме того, как буферного объема рабочего газа, что позволяет обеспечить высокую долговечность лампы.

Предлагаемая лампа имеет высокую надежность, долговечность и яркость свечения при малых разрядных токах.

Приводим пример, доказывающий возможность практической реализации предлагаемой лампы - это двухэлектродная газоразрядная лампа, наполненная смесью гелия и неона в соотношении 9:1 при общем давлении 3,5 мм рт.ст. Рабочее напряжение лампы (вместе с балластными резисторами на электродах по 40 кОм) - 1,4 кВ. Лампа работает как от источника постоянного напряжения, так и от источника переменного (50 Гц) напряжения. Рабочий ток лампы - 4÷6 мА. Яркость свечения лампы при рабочем токе составляет 5·10³ кд/м². Габаритные размеры лампы - ⊘35×350 мм.

Предлагаемая лампа проста в эксплуатации, надежна, долговечна, имеет малую потребляемую электрическую мощность. Малое потребление электрической мощности и возможность работы такой лампы от источника переменного напряжения открывает большие перспективы использования ее для обозначения опор высоковольтных передач с питанием непосредственно за счет емкостной связи с токоведущими проводами линии электропередач.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к газоразрядной технике, а именно к газоразрядным лампам низкого давления, и может быть использовано для светоограждения опор ЛЭП и других высотных сооружений. Техническим результатом является повышение надежности и расширение области применения за счет использования при постоянном и переменном токе при малых потребляемых мощностях и большой светоотдаче. Газоразрядная лампа содержит колбу (1), в которой расположены разрядный капилляр (2), два электрода (4) и перегородка (3). Два электрода (4) имеют форму цилиндров со сферическим дном и выполняют функцию холодных катодов. Подключение электродов (4) к высоковольтному источнику питания переменного или постоянного напряжения производится через выводы (5), герметично установленные в ножках (6) по торцам колбы. Перегородка (3) выполнена как единое целое с колбой (1) лампы. Разрядный капилляр (2) герметично соединен с перегородкой (3) и концами входит в цилиндры холодных катодов на одну треть их длины. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоразрядная лампа низкого давления, содержащая колбу, в которой расположены электроды, разрядный канал и перегородка, герметично связанная с колбой, отличающаяся тем, что перегородка, разделяющая внутренний объем колбы пополам, герметично соединена с разрядным каналом, выполненным в виде капилляра, расположенного коаксиально оси колбы, а электроды выполнены в виде полых со сферическим дном цилиндрических холодных катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного капилляра, при этом выводы электродов через противоположные торцы колбы подключены к источнику питающего напряжения, а объем колбы заполнен инертным газом.2. Газоразрядная лампа по п.1, отличающаяся тем, что давление инертного газа в колбе р и диаметр разрядного капилляра d, диаметр катода D и его длина L, рабочая поверхность катода S и разрядный ток I связаны соотношениями:

10≤p·d≤20;