ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2012 года по МПК H01J61/73 

Область техники

Изобретение касается газоразрядной лампы постоянного тока указанного в ограничительной части пункта 1 патента рода.

Уровень техники

Газоразрядная лампа постоянного тока такого рода уже является известной из уровня техники и включает анод и катод, которые расположены внутри наполненного газом для наполнения ламп баллона разрядника напротив друг друга на заданном расстоянии. Для получения света к аноду и катоду прикладывается электрическая мощность, благодаря чему происходит возникновение газового разряда в области электрической дуги.

В качестве недостатка известных газоразрядных ламп постоянного тока следует рассматривать то обстоятельство, что продолжительность их использования существенно ограничивается почернением баллона разрядника. Это почернение возникает из-за геометрических изменений обращенной к катоду поверхности анода в горячем состоянии во время эксплуатации газоразрядной лампы постоянного тока. При этом происходит образование локальных наростов, которое приводит к концентрации отложений. В местах этих отложений возникают очень высокие температуры, которые приводят к усиленному испарению материала анода. Испаренный материал анода осаждается затем на внутренней стороне баллона разрядника и приводит к указанному почернению.

Представление изобретения

Поэтому задачей настоящего изобретения является создать газоразрядную лампу постоянного тока уже названного рода, которой свойственно меньшее почернение баллона разрядника и которая вместе с тем имеет более долгий срок службы.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью газоразрядной лампы постоянного тока с признаками пункта 1 патента. Особенно предпочтительные варианты осуществления содержатся в зависимых пунктах.

В соответствии с изобретением газоразрядная лампа постоянного тока, которой свойственно меньшее почернение баллона разрядника и которая вместе с тем имеет более долгий срок службы, создана благодаря тому, что, по меньшей мере, расстояние между анодом и катодом, электрическая мощность и геометрия анода приведены в соответствие друг с другом таким образом, что в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока обращенная к катоду область поверхности анода обладает жидкотекучестью. Другими словами, во время эксплуатации газоразрядной лампы постоянного тока путем приведения в соответствие, по меньшей мере, названных параметров материал анода приводится в жидкое состояние в области его обращенной к катоду поверхности, так что деформации поверхности, возникающие во время эксплуатации, благодаря притоку материала компенсируются автоматически и обеспечивается равномерное анодное плато. Благодаря этому надежно предотвращается возникновение локальных наростов со связанными с ним высокими температурами, так что происходит значительное уменьшение испарения анодного материала. Таким образом, газоразрядной лампе постоянного тока благодаря способности к самовосстановлению анода свойственно значительно меньшее почернение баллона разрядника и она обладает соответственно увеличенным сроком службы.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что, по меньшей мере, расстояние между анодом и катодом, электрическая мощность и геометрия анода приведены в соответствие друг с другом таким образом, что в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока обращенная к катоду область поверхности анода обладает жидкотекучестью не более 10^-8 мПас. Благодаря такого рода ограничению жидкотекучести гарантировано, что материал анода во время эксплуатации газоразрядной лампы постоянного тока обладает достаточно высокой вязкостью и даже при повышенных или частых силовых воздействиях не деформируется макроскопически. Газоразрядная лампа постоянного тока может таким образом применяться, например, также для осветительных устройств автомобилей или тому подобных.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что анод, по меньшей мере, в области поверхности, обращенной к катоду, изготовлен из вольфрама с присадкой и/или без присадки. Благодаря высокой температуре испарения и способности химического сопротивления вольфрама срок службы газоразрядной лампы постоянного тока может быть увеличен. При этом в зависимости от желательной характеристики яркости газоразрядной лампы постоянного тока возможно применение вольфрама с присадкой и/или без присадки. При этом можно также предусмотреть, чтобы дополнительно к параметрам: расстояние между электродами, электрическая мощность и геометрия анода учитывались также характеристические особенности соответствующего материала анода.

При этом также оказалось предпочтительным, чтобы анод, по меньшей мере, вдоль обращенной к катоду области длины обладал осевой симметрией. Это позволяет при горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока образоваться стабильному «пятну плавления» большой площади на поверхности анода. Благодаря равномерному воздействию электрической дуги на большую площадь удается надежно избежать возникновения рабочих температур, превышающих соответствующую температуру испарения анодного материала.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что анод, начиная от обращенной к катоду поверхности, имеет длину, равную, по меньшей мере, 5 мм. Таким образом, анод в горячем состоянии действует подобно аккумулятору тепла, благодаря чему обеспечивается наиболее равномерная температура обращенной к катоду поверхности.

При этом также оказалось предпочтительным, чтобы коэффициент Q электрической мощности в Вт и расстояния между анодом и катодом в мм в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока был выражен соотношением

a₁*A²+a₂*A+a₃ < Q < b₁*A²+b₂*A+b₃,

где:

a₁=-0,0001 Вт*мм^-7;

a₂=0,42 Вт*мм^-4;

a₃=687 Вт*мм^-1;

b₁=-0,0003 Вт*мм^-7;

b₂=0,8967 Вт*мм^-4; и

b₃=88 Вт*мм^-1,

при этом A обозначает объем анода в мм³ на первых 5 мм длины, начиная от обращенной к катоду поверхности. Это обеспечивает эксплуатацию газоразрядной лампы постоянного тока в области, в которой у газоразрядных ламп постоянного тока с достаточно длинными анодами, достигается, с одной стороны, необходимая жидкотекучесть, а с другой стороны, надежное уменьшение испарения материала анода в области поверхности.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение поясняется более подробно с помощью одного из примеров осуществления. На фигурах показано:

Фиг.1 - схематичный с частичным разрезом вид сбоку газоразрядной лампы постоянного тока согласно одному из примеров осуществления; и

Фиг.2 - схематичная диаграмма зависимости между температурой дуги и изменением температуры анода газоразрядной лампы постоянного тока, показанной на фиг. 1.

Пример осуществления изобретения

На Фиг.1 показан схематичный с частичным разрезом вид сбоку выполненной в настоящем случае в виде ксеноновой лампы с короткой дугой газоразрядной лампы постоянного тока согласно одному из примеров осуществления. Газоразрядная лампа постоянного тока включает при этом анод 10 и катод 12, которые расположены внутри наполненного ксеноном баллона 14 разрядника на заданном расстоянии напротив друг от друга. Анод 10 имеет при этом длину 1, которая, например, в зависимости от мощности газоразрядной лампы постоянного тока может быть выбрана в диапазоне от 15 мм до 50 мм. Кроме того, анод 10 и катод 12 соединены соответствующими присоединительными элементами 16a, 16b, которые проведены через закрытые газонепроницаемые трубки 18a, 18b газоразрядной лампы постоянного тока с соответствующими цокольными элементами 20a, 20b. Для получения газового разряда или, соответственно, для образования электрической дуги через цокольные элементы 20a, 20b к аноду 10 и катоду 12 прикладывается электрическая мощность P. Как анод 10, так и катод 12 обладают осевой симметрией и изготовлены оба в настоящем примере осуществления из вольфрама. Чтобы во время эксплуатации газоразрядной лампы постоянного тока сократить почернение баллона 14 разрядника и одновременно обеспечить увеличенный срок службы, расстояние r между анодом 10 и катодом 12, электрическая мощность P и геометрия анода 10 приведены в соответствие друг с другом таким образом, что в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока обращенная к катоду 12 область 22 поверхности 24 анода 10 обладает жидкотекучестью. Благодаря этому образующиеся во время эксплуатации неровности поверхности 24 за счет притока материала анода 10 снова автоматически компенсируются, благодаря чему предотвращается наступление температурных пиков, и связанное с ним выпаривание материала анода 10 в значительной степени сокращается. При этом можно, на выбор, предусмотреть, чтобы при указанном геометрическом исполнении газоразрядной лампы постоянного тока, в частности расстояния r, а также геометрии анода 10, соответственно приводилась в соответствие или, соответственно, регулировалась электрическая мощность P, чтобы намеренно гарантировать желаемую жидкотекучесть области 22. И, наоборот, можно при заданной электрической мощности P соответственно рассчитать геометрическое исполнение газоразрядной лампы постоянного тока, чтобы добиться желаемой жидкотекучести. Благодаря этому может быть соответственно обеспечено оптимальное расстояние r, а также оптимальное геометрическое исполнение анода 10 и, при необходимости, катода 12 с учетом желательных характеристик яркости газоразрядной лампы постоянного тока. Поэтому дополнительное покрытие анода 10 или принудительное снижение электрической мощности P, в противоположность уровню техники, не требуется. Вместо показанного исполнения в виде ксеноновой лампы с короткой дугой могут быть также предусмотрены альтернативные, известные специалисту варианты осуществления газоразрядной лампы постоянного тока.

На Фиг.2 показана схематичная диаграмма зависимости между температурой дуги и изменением температуры анода газоразрядной лампы постоянного тока, показанной на фиг. 1. При этом температура дуги, соответствующая подводу энергии к газоразрядной лампе постоянного тока, характеризуется коэффициентом Q (Вт/мм) электрической мощности P в Вт и расстояния r в мм между анодом 10 и катодом 12 в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока. Соответствующее потерям энергии изменение температуры анода характеризуется количеством материала в области 22 поверхности 24 и вместе с тем объемом A (мм³) анода 10 на первых 5 мм длины (1/2), начиная от обращенной к катоду 12 поверхности. Приведенные на чертеже символы, ромбы, квадраты и треугольники соответствуют параметрам Q, A различных реальных ламп. При этом двумя полиноминальными аппроксимационными кривыми IIa и IIb ограничена соответствующая параметрическая область, внутри которой обеспечивается оптимальная температура поверхности 24 с желательной жидкотекучестью области 22 и связанное с этим уменьшение почернения баллона 14 разрядника. При этом верхняя аппроксимационная кривая IIa описывается формулой:

Q=a₁*A²+a₂*A+a₃,

где:

a₁=-0,0001 Вт*мм^-7;

a₂=0,42 Вт*мм^-4; и

a₃=687 Вт*мм^-1,

а нижняя аппроксимационная кривая IIb описывается формулой:

Q=b₁*A²+b₂*A+b₃,

где:

b₁=-0,0003 Вт*мм^-7;

b₂=0,8967 Вт*мм^-4; и

b₃=88 Вт*мм^-1.

В области, расположенной над аппроксимационной кривой IIb, из-за слишком высокой энергетической нагрузки наступают нежелательные оплавления анода 10, нестабильности электрической дуги, а также усиленное испарение материала анода 10. В области, расположенной под аппроксимационной кривой IIa, наоборот, не достигается достаточная жидкотекучесть и из-за этого стабильное в течение продолжительного времени «пятно плавления» на поверхности 24 анода 10, так что восстановление возникающих во время эксплуатации неровностей поверхности невозможно. Только лампы, параметры Q и A которых попадают в среднюю область, которая практически ограничена двумя аппроксимационными кривыми IIa и IIb, отличаются хорошими эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к области электротехники и относится к газоразрядной лампе постоянного тока с анодом (10) и катодом (12), которые расположены внутри наполненного газом для наполнения ламп баллона (14) разрядника напротив друг друга на заданном расстоянии (г). При этом к аноду (10) и катоду (12) прикладывают электрическую мощность (Р) для получения газового разряда, при этом, по меньшей мере, расстояние (r) между анодом (10) и катодом (12), электрическая мощность (Р) и геометрия анода (10) приведены в соответствие друг с другом таким образом, что в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока обращенная к катоду (12) область (22) поверхности (24) анода (10) обладает жидкотекучестью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газоразрядная лампа постоянного тока с анодом (10) и катодом (12), которые расположены внутри наполненного газом для наполнения ламп баллона (14) разрядника напротив друг друга на заданном расстоянии (r), при этом к аноду (10) и катоду (12) прикладывается электрическая мощность (Р) для получения газового разряда, в которой, по меньшей мере, расстояние (r) между анодом (10) и катодом (12), электрическая мощность (Р) и геометрия анода (10) приведены в соответствие друг с другом таким образом, что в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока обращенная к катоду (12) область (22) поверхности (24) анода (10) обладает жидкотекучестью, при этом анод (10), начиная от обращенной к катоду (12) поверхности (24), имеет длину, равную, по меньшей мере, 5 мм, отличающаяся тем, что
отношение Q электрической мощности (Р) в Вт и расстояния (r) между анодом (10) и катодом (12) в мм в горячем состоянии газоразрядной лампы постоянного тока выражено соотношением
b₁·A²+b₂·A+b₃<Q<a₁·A²+a₂·A+a₃,
где
a₁-0,0001 Вт·мм^-7;
а₂=0,42 Вт·мм^-4;
а₃=687 Вт·мм^-1;
b₁=-0,0003 Вт·мм^-7;
b₂=0,8967 Вт·мм^-4 и
b₃=88 Вт·мм^-1,
при этом А обозначает объем анода (10) в мм³ на первых 5 мм длины, начиная от обращенной к катоду (12) поверхности (24).

2. Газоразрядная лампа постоянного тока по п.1, отличающаяся тем, что анод (10), по меньшей мере, в области (22) поверхности (24), обращенной к катоду (12), изготовлен из вольфрама с присадкой и/или без присадки.

3. Газоразрядная лампа постоянного тока по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что анод (10), по меньшей мере, вдоль обращенной к катоду (12) области (1) длины обладает симметрией относительно вращения.