ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H01J61/76 H01J61/02 

Изобретение относится к газоразрядной технике, а именно к газоразрядным лампам низкого давления и может быть использовано для светоограждения опор и линий высоковольтных электропередач и других высотных сооружений, наличие которых в зонах движения и маневрирования воздушных судов может нарушить или ухудшить безопасность полетов.

Известен газоразрядный источник света, наполненный газом низкого давления. В источник света входит лампа с запаянным баллоном, наполненным инертным газом, например неоном, под давлением 1,5-15 мм рт ст. В баллоне установлены электроды. Электропитание лампы осуществляется от высокочастотного с частотой более 5 кГц источника напряжения (патент США № 4461981 на изобретение «LOW PRESSURE INERT GAS DISCHARGE DEVICE», МПК H01J61/76, опубл. 24.07.84г.). Недостатком этой лампы является невозможность ее работы от источника постоянного и переменного напряжения низкой (50 Гц) частоты. Работа этой лампы от высокочастотного источника питания усложняет систему жизнеобеспечения лампы и делает эту лампу неприемлемой для решения ряда задач.

Известна газоразрядная лампа низкого давления, которая содержит ножку с двумя электродами, колбу с продольной перегородкой, разделяющей электроды и образующей U-образный разрядный канал. Продольная перегородка выполнена как одно целое с колбой лампы, а ножка герметично соединена с перегородкой (заявка РФ № 96105447/07 на изобретение «ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ», МПК Н01J61/30, опубл. 20.06.98г.). Недостатком этой лампы является большой потребляемый ток при малой светоотдаче, а также невозможность работы лампы при переменном токе, что ограничивает область ее использования.

Известна газоразрядная лампа низкого давления, снабженная трубчатой колбой с электродами на противоположных концах, в которой на части длины межэлектродного промежутка расположен разрядный канал с сечением, меньшим сечения трубки. Протяженность разрядного канала составляет от x r до L - 2D, где x r - длина релаксации энергии электронов для данного газа, L -расстояние между электродами, D - внутренний диаметр разрядной колбы. Разрядный канал может быть образован внутренней стенкой разрядной трубчатой колбы или стенкой дополнительной трубки, выполненной из оптически прозрачного материала или из тугоплавкого металла. Дополнительная трубка герметично устанавливается в отверстии перегородки, расположенной перпендикулярно оси колбы и герметично с ней соединенной. Перегородка, выполненная из тугоплавкого металла (заявка на РФ № 92003657 на изобретение «ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ», МПК H01J 61/00, опубл. 1995.07.20. Недостатком известной лампы является ее низкая светоотдача из-за малой длины разрядной трубки, а также невозможность работы лампы при переменном токе .

Известна наиболее близкая по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению и выбранная в качестве прототипа газоразрядная лампа низкого давления, содержащая колбу, в которой расположены электроды и разрядный канал. Электроды выполнены в виде полых цилиндрических холодных катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного канала. Выводы электродов через противоположные торцы колбы подключены к источнику питающего напряжения, а объем газоразрядного канала и колбы заполнен инертным газом. Лампа содержит перегородку, выполненную как единое целое с колбой и разделяющая внутренний объем колбы пополам. Перегородка герметично связана с колбой, а также герметично соединена с разрядным каналом, выполненным в виде капилляра, расположенного коаксиально оси колбы. Лампа наполнена инертным газом, например неоном или смесью неона и гелия, обеспечивающим оранжево-красный цвет свечения разряда. Выводы электродов могут быть подключены к источнику переменного или постоянного напряжения (патент РФ №2299494 на изобретение «ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ», МПК H01J 61/00, опубл. 20.05.2007). Известная лампа может работать как от источника переменного, так и постоянного напряжения. Однако ее недостатком также является низкая светоотдача из-за малой длины и излучаемой проекционной площади разрядного капилляра. Кроме того, ей присуща невысокая механическая прочность конструкции из-за консольного крепления разрядного капилляра.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание надежной и высокоэффективной газоразрядной лампы низкого давления, характеризующейся улучшенными техническими показателями.

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи, заключаются в увеличении светоотдачи лампы при малых потребляемых токах, а также повышении надежности и срока службы газоразрядной лампы за счет повышения механической прочности и температурной устойчивости.

Указанный технический результат достигается тем, что газоразрядная лампа низкого давления содержит колбу, в которой расположены электроды и разрядный канал. Электроды выполнены в виде полых цилиндрических холодных катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного канала. Выводы электродов через противоположные торцы колбы подключены к источнику питающего напряжения. Объем газоразрядного канала заполнен инертным газом. Разрядный канал выполнен в виде спиралеобразной газоразрядной трубки, расположенной коаксиально оси колбы и закрепленной внутри колбы эластичными центраторами. Цилиндрические катоды закреплены внутри колбы уплотнительными кольцами. Объем колбы между уплотнительными кольцами заполнен демпфирующей жидкостью. Объем колбы между эластичными кольцами и торцами колбы заполнен эластичным компаундом.

Предпочтительно, чтобы на торцах колбы были закреплены стаканы, на которые посредством резьбового соединителя установлены фланцы с электродными узлами.

Предпочтительно также, чтобы электродные узлы были соединены гибкими проводниками с выводами катодов и подключены к питающему напряжению.

Предпочтительно, чтобы колба была выполнена из кварцевого стекла.

Предпочтительно, чтобы в качестве инертного газа была использована смесь неона и аргона, предпочтительно, в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30.

В отдельных случаях исполнения выводы электродов подключены к источнику постоянного напряжения.

В других случаях исполнения выводы электродов подключены к источнику переменного напряжения.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- выполнением разрядного канала выполнен в виде спиралеобразной газоразрядной трубки;

- выполнением газоразрядной трубки закрепленной внутри колбы эластичными центраторами;

- выполнением цилиндрических катодов закрепленными внутри колбы уплотнительными кольцами;

- выполнением объема колбы между уплотнительными кольцами заполненной демпфирующей жидкостью;

- выполнением объемов колбы между эластичными кольцами и торцами колбы заполненными эластичным компаундом.

В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- наличием стаканов, закреплённых на торцах колбы;

- наличием фланцев с электродными узлами, установленных на стаканах посредством резьбового соединения;

- выполнением электродных узлов, соединенных гибкими проводниками с выводами катодов и подключенных к питающему напряжению;

- выполнением колбы из кварцевого стекла;

- использованием в качестве инертного газа смеси неона и аргона, предпочтительно, в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30.

Выполнение разрядного канала в виде спиралеобразной газоразрядной трубки позволяет значительно удлинить газовый разряд и увеличить проекционную площадь излучаемой поверхности, что обеспечивает при малом токопотреблении высокую светоотдачу. Поддерживающие газоразрядную трубку центраторы и демпфирующая жидкость в зоне разрядного канала повышают как механическую прочность, так и температурную устойчивость лампы, что обеспечивает увеличение срока службы устройства. Использование смеси газов неона и аргона обеспечивает оранжево-красный цвет свечения разряда и низкие энергетические затраты на поддержание разряда. Использование смеси неона и аргона в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении определяемом формулой 15≤рd≤30 обеспечивает заданный спектр светоизлучения разрядного канала и снижает энергопотребление. Наличие стаканов, закрепленных на концах колбы, и фланцев с электродными узлами, установленных на стаканах посредством резьбового соединения; выполнение электродных узлов соединенных гибкими проводниками с выводами катодов и подключенными к питающему напряжению повышают эксплуатационную надежность лампы.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемным чертежом, представленным на фиг. 1.

В предпочтительном варианте газоразрядная лампа низкого давления содержит колбу 1 из кварцевого стекла, в которой расположены электроды, выполненные в виде полых цилиндрических холодных катодов 2 и разрядный канал, выполненный в виде спиралеобразной газоразрядной трубки 3, расположенной коаксиально оси колбы 1 и закрепленной внутри колбы эластичными центраторами 4. Открытые концы газоразрядной трубки 3 входят в полости полых цилиндрических холодных катодов 2 на одну треть их длины. Выводы электродов 2 через противоположные торцы колбы 1 подключены к источнику питающего напряжения (на чертеже не показан). При работе лампы от переменного напряжения катодные электроды 2 попеременно выполняют функцию либо анодов, либо холодных катодов. Цилиндрические катоды 2 закреплены, внутри колбы 1 уплотнительными кольцами 5. На торцах колбы 1 закреплены (например, с помощью компаунда) стаканы 6, на которые посредством резьбового соединения установлены фланцы 7 с электродными узлами 8. Электродные узлы 8 гибкими проводниками (например, гибкими монтажными лентами) соединены с выводом катодного электрода 2. Электродные узлы 8 предназначены как для подключения к питающему напряжению, так и для закрепления лампы при ее эксплуатации. Лампу откачивают, оттренировывают и наполняют смесью из рабочих газов неона и аргона, в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30 (например, в соотношении 300:1 при суммарном давлении 10 мм рт ст.). Давление рабочих газов оптимизировано исходя из обеспечения высокой долговечности холодного катода и максимальной яркости свечения разряда. Объем колбы 1 между уплотнительными кольцами 5 заполнен демпфирующей жидкостью, а объемы колбы между эластичными кольцами 5 и торцами колбы 1 заполнены эластичным компаундом. Выводы электродов 2 могут быть подключены к источнику постоянного или переменного напряжения.

Изобретение работает следующим образом.

На электродные узлы 8 подается рабочее напряжение (постоянное или переменное). В капилляре газоразрядной трубки 3 загорается разряд. При постоянном рабочем напряжении электроды 2 работают как анод и катод, в зависимости от приложенных потенциалов, а при переменном рабочем напряжении электроды 2 в качестве анода и катода работают попеременно.

Газовый разряд внутри узкого капилляра газоразрядной трубки 3 даже при малых рабочих токах (в пределах 10 мА) имеет высокую яркость свечения, а большая его длина за счет спиралеобразного выполнения разрядного канала позволяет обеспечить большой световой поток в лампе.

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

Пример практической реализации предлагаемой лампы: двухэлектродная газоразрядная лампа с разрядным капилляром спиралеобразной конструкции, наполненная смесью газов неона и аргона в соотношении 300:1 при общем давлении 10 мм рт ст. Рабочее напряжение лампы – 3,6 кВ. лампа работает как от источника постоянного напряжения, так и от источника переменного (50 Гц) напряжения. Испускаемый при разрядном токе 10 мА световой поток составляет 900 лм. Габаритные размеры лампы – Ø55х965 мм.

Заявляемая газоразрядная лампа низкого давления проста в эксплуатации, надежна, долговечна и имеет малую потребляемую электрическую мощность, малое потребление электрической энергии и возможность работы от источника переменного напряжения, что позволяет использовать ее для обозначения опоры линий электропередач и проводов ЛЭП с питанием непосредственно за счет емкостной связи с токоведущими проводами высоковольтной линии.

Изобретение относится к газоразрядной технике, а именно к газоразрядным лампам низкого давления, и может быть использовано для светоограждения опор и линий высоковольтных электропередач и других высотных сооружений, наличие которых в зонах движения и маневрирования воздушных судов может нарушить или ухудшить безопасность полетов. Технический результат - увеличение светоотдачи лампы при малых потребляемых токах и повышение надежности и срока службы газоразрядной лампы за счет повышения механической прочности и температурной устойчивости. Газоразрядная лампа низкого давления содержит колбу, в которой расположены электроды и разрядный канал. Электроды выполнены в виде полых цилиндрических холодных катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного канала. Выводы электродов через противоположные торцы колбы подключены к источнику питающего напряжения. Объем газоразрядного канала заполнен инертным газом. Разрядный канал выполнен в виде спиралеобразной газоразрядной трубки, расположенной коаксиально оси колбы и закрепленной внутри колбы эластичными центраторами. Цилиндрические катоды закреплены внутри колбы уплотнительными кольцами. Объем колбы между уплотнительными кольцами заполнен демпфирующей жидкостью. Объем колбы между эластичными кольцами и торцами колбы заполнен эластичным компаундом. Предпочтительно, чтобы на торцах колбы были закреплены стаканы, на которые посредством резьбового соединителя установлены фланцы с электродными узлами. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоразрядная лампа низкого давления, содержащая колбу, в которой расположены электроды и разрядный канал, при этом электроды выполнены в виде полых цилиндрических холодных катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного канала; выводы электродов через противоположные торцы колбы подключены к источнику питающего напряжения, а объем газоразрядного канала заполнен инертным газом, отличающаяся тем, что разрядный канал выполнен в виде спиралеобразной газоразрядной трубки, расположенной коаксиально оси колбы и закрепленной внутри колбы эластичными центраторами; цилиндрические катоды закреплены внутри колбы уплотнительными кольцами; объем колбы между уплотнительными кольцами заполнен демпфирующей жидкостью, а объемы колбы между эластичными кольцами и торцами колбы заполнены эластичным компаундом.

2. Газоразрядная лампа по п.1, отличающаяся тем, что на торцах колбы закреплены стаканы, на которые посредством резьбового соединения установлены фланцы с электродными узлами.

3. Газоразрядная лампа по п.2, отличающаяся тем, что электродные узлы соединены гибкими проводниками с выводами катодов и подключены к питающему напряжению.

4. Газоразрядная лампа по п.1, отличающаяся тем, что колба выполнена из кварцевого стекла.

5. Газоразрядная лампа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инертного газа использована смесь неона и аргона.

6. Газоразрядная лампа по п.5, отличающаяся тем, что в качестве инертного газа использована смесь неона и аргона в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30.

7. Газоразрядная лампа по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что выводы электродов подключены к источнику постоянного напряжения.

8. Газоразрядная лампа по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что выводы электродов подключены к источнику переменного напряжения.