Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа Российский патент 2023 года по МПК H01J63/06 H01J1/13 

Изобретение относится к безртутным катодолюминесцентным лампам цилиндрического типа и может быть использовано в медицинских учреждениях для обеззараживания поверхности, а также в системах очистки воздуха.

Известен цилиндрический автоэмиссионный источник излучения увеличенной мощности, в котором анодная структура представляет собой призму, состоящую из пяти вогнутых к центру элементов, покрытых катодолюминофором. Напротив каждого вогнутого элемента анода соосно располагается автоэмиссионный катод (пат. US 2013/0015758 А1 от 17.01.2013).

Недостаток этого источника заключается в неравномерности засветки катодолюминофора.

Известен также цилиндрический автоэмиссионный источник направленного излучения. В этом источнике на внутреннюю половину цилиндрической колбы нанесен анодный слой, на который, в свою очередь, нанесен слой катодолюминофора. По оси колбы расположен автокатод, выполненный в виде стержня с нанесенными на него кристаллами ZnO или углеродными нанотрубками. Для увеличения рассеивающей мощности снаружи колбы напротив анодного слоя может располагаться радиатор (пат. ЕР 2472552 А1 от 4.07.2012).

Недостаток этого источника заключается также в неравномерности засветки катодолюминофора.

Известен также автоэмиссионный источник УФ излучения цилиндрического типа, содержащий колбу, катодолюминофор, анод и соосно расположенный автокатод. Автокатод представляет проволоку, на которую по окружности нанесены углеродные нанотрубки, концы которых являются эмиттерами электронов, которые под действием электрического поля бомбардирует катодолюминофор и тем самым, вызывают УФ излучения (пат. US 10692713 В2 от 23.06.2020)

Недостаток этого источника состоит в неравномерности излучения, и, как следствие, уменьшение мощности УФ излучения.

Это изобретение выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Технический результат изобретения заключается в увеличении мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов.

Технический результат изобретения достигается тем, что в катодолюминесцентной лампе цилиндрического типа, включающей колбу, катодолюминофор, анод, катод, геттер, катод представляет собой спираль из проволоки, намотанной на направляющий стержень, а модулятор расположен соосно катоду. Существует вариант, в котором катод выполнен из вольфрамовой проволоки в виде спирали с добавлением 5% рения.

Существует также вариант, в котором катод покрыт слоем алунда и слоем (Ba, Ca, Sr)CO₃.

Существует также вариант, в котором направляющий стержень выполнен из металла.

Существует также вариант, в котором направляющий стержень выполнен из керамики.

Существует также вариант, в котором направляющий стержень выполнен из кварцевого стекла.

Существует также вариант, в котором катод выполнен с отводами, имеющими одинаковое электрическое сопротивление.

Существует также вариант, в котором модулятор выполнен в виде проволочной спирали из тугоплавкого металла с прозрачностью более 95%.

Существует также вариант, в котором модулятор выполнен в виде цилиндра из фольги тугоплавкого металла с окнами и прозрачностью не менее 90%.

На фиг. 1 изображена конструкция катодолюминесцентной лампы цилиндрического типа.

На фиг. 2 представлен вариант последовательного подключения катода.

На фиг. 3 представлен вариант параллельного подключения катода.

На фиг. 4 представлен вариант выполнения модулятора из проволочной спирали.

На фиг. 5 представлен вариант выполнения модулятора один из фольги тугоплавкого металла.

Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа включает в себя колбу 1 (фиг. 1), выполненную в виде цилиндра из стекла, например, увиолевого. На боковую поверхность внутри колбы 1 нанесен последовательно катодолюминофор 2 и анод 3, представляющий пленку алюминия толщиной 10-50 мкм. В центре колбы 1 расположен направляющий стержень 4 с намотанным на него катодом 5 в виде спирали. Катод 5 является прямонакаленым термокатодом, который дает равномерную эмиссию по всей длине лампы. Вокруг катода 5 соосно с ним расположен модулятор 6. Существует вариант, в котором катод 5 изготовлен из вольфрамовой проволоки в виде спирали с добавлением 5% рения.

Добавка рения повышает стабильность термоэмиссионного тока и долговечность работы катода 5.

Геттер 7 выполнен в виде прессованной таблетки, как правило, овальной или цилиндрической формы. Он электрически изолирован от всех электродов лампы и после отпайки лампы поддерживает стабильное давление в лампе порядка 10^-6 мм.рт.ст. в течение всего срока службы. Цоколь 8 является стандартным для всех вакуумных ламп узлом и представляет собой стеклянную плату с выводами 9 всех электродов лампы, а также как правило, содержит стеклянную трубку для откачки. Два вывода 9 используют для подсоединения катода 5. Два или три вывода 9 используют для подсоединения модулятора 6. Два или три вывода 9 используют для подсоединения анода 3. Два вывода 9 используют для подсоединения геттера 7

Существуют варианты, в которых катод 5 покрыт слоем алунда толщиной 1-5 мкм и слоем тройного карбоната (Ва, Ca, Sr)CO₃, что увеличивает долговечность катода 5 и его эмиссионную эффективность.

Существуют варианты, в которых направляющий стержень 4 выполнен из металла, например, вольфрама или молибдена, или керамики, например, алунда 22ХС, или кварцевого стекла, что расширяет спектр применения таких катодолюминесцентных ламп.

Существует вариант, в котором катод 5 в зависимости от длины и мощности лампы может быть подключен последовательно через отводы 10 (фиг. 2) или частями параллельно через отводы 10 (фиг. 3). Это обеспечивает оптимальное напряжение и ток питания накала лампы.

Существуют вариант, в котором модулятор 6 (фиг. 4) выполнен в виде спирали из проволоки тугоплавкого материала, например вольфрама или молибдена с прозрачностью более 95% Спираль может быть одно и двухзаходной в зависимости от мощности и длины лампы. Например, для длины лампы до 100 мм достаточно однозаходной спирали, а при большей длине лампы лучше применить двухзаходную спираль. Для укрепления спирали может использоваться траверса крепления модулятора 11 в количестве двух или трех штук. Это увеличивает прочность конструкции.

Существует вариант, в котором модулятор 6 (фиг. 5) выполнен в виде цилиндра из фольги 12 тугоплавкого металла с окнами 13. Это особенно необходимо для ламп, работающих в условиях повышенной вибрации. Окна 13 в фольге могут быть разной формы, например, прямоугольные, круглые, ромбические, но общая прозрачность должна быть более 90%.

Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа работает следующим образом.

При подаче небольшого напряжения (единицы - десятки вольт) на катод 5, последний нагревается и начинает испускать электроны. Поток электронов регулируется потенциалом на модуляторе 6. Далее под потенциалом анода 3 (слой алюминия плюс катодолюминофор) порядка 10 кВ электроны, эмиттированные катодом 5 проскакивают слой алюминия и возбуждают катодолюминофор 2, который светит в диапазоне, соответствующему его химическому составу. Сорт стекла колбы 1 соответствует диапазону излучения катодолюминофора. Безртутная катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа с прямонакальным термокатодом и модулятором позволяет повысить равномерность свечения катодолюминофора и тем самым повысить к.п.д. лампы. Равномерность свечения такой лампы может достигать 99% по площади люминофора, что увеличивает к.п.д. лампы до максимального значения, определяемого химическим составом люминофора и спектром его излучения.

То, что в катодолюминесцентной лампе цилиндрического типа, включающей колбу 1, катодолюминофор 2, анод 3, катод 5, геттер 7, катод 5 представляет собой спираль из проволоки, намотанной на направляющий стержень 4, а модулятор 6 расположен соосно катоду 5 приводит к увеличению мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов т.к. спиральный катод 5 обладает большой равномерностью и мощностью по сравнению с прямым проволочным.

То, что катод 5 изготовлен из вольфрамовой проволоки в виде спирали с добавлением 5% рения приводит к увеличению мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов т.к. добавка рения уменьшает работу выхода сплава W-Re и увеличивает стабильность и долговечность эмиссионного тока с термоэлектронного катода такого типа.

То, что катод 5 покрыт слоем алунда и слоем тройного карбоната приводит к увеличению мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов т.к. покрытие катода алундом и слоем тройного карбоната увеличивает устойчивость катода и уменьшает работу выхода электронов.

То, что направляющий стержень 4 выполнен из металла приводит к повышению прочности конструкции.

То, что направляющий стержень 4 выполнен из керамики приводит к усилению электроизоляционных свойств конструкции и к повышению ее надежности.

То, что направляющий стержень 4 выполнен из кварцевого стекла приводит к усилению электроизоляционных свойств конструкции и к ее удешевлению.

То, что катод 5 выполнен с отводами 10 одинакового сопротивления приводит к увеличению мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов. Такой вариант выполнения катода 5 позволяет регулировать питание (как напряжения, так и токи), что влияет на равномерность излучения катода.

То, что модулятор 6 выполнен в виде проволочной спирали из тугоплавкого металла с прозрачностью более 95% позволяет просто и эффективно управлять мощностью электронного потока.

То, что модулятор 6 выполнен в виде цилиндра из фольги 12 тугоплавкого металла с окнами 13 и прозрачностью не менее 90% приводит к увеличению жесткости конструкции. Это вариант модулятора наиболее удобен для приборов, работающих в условиях повышенной вибрации.

Изобретение относится к безртутным катодолюминесцентным лампам цилиндрического типа и может быть использовано в медицинских учреждениях для обеззараживания поверхности, а также в системах очистки воздуха. Технический результат - увеличение мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов. Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа включает колбу 1, катодолюминофор 2, анод 3, модулятор 6, катод 5, геттер 7. Катод 5 представляет собой спираль из проволоки, намотанной на направляющий стержень 4, а модулятор 6 расположен соосно катоду 5. Катод 5 выполнен с отводами 10 одинакового сопротивления. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа, включающая колбу, катодолюминофор, анод, модулятор, катод, геттер, при этом катод представляет собой спираль из проволоки, намотанной на направляющий стержень, а модулятор расположен соосно катоду, отличающаяся тем, что катод выполнен с отводами одинакового сопротивления.

2. Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа по п. 1, отличающаяся тем, что направляющий стержень выполнен из керамики.

3. Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа п. 1, отличающаяся тем, что направляющий стержень выполнен из кварцевого стекла.

4. Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа по п. 1, отличающаяся тем, что модулятор выполнен в виде проволочной спирали из тугоплавкого металла с прозрачностью более 95%.

5. Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа по п. 1, отличающаяся тем, что модулятор выполнен в виде цилиндра из фольги тугоплавкого металла с окнами и прозрачностью не менее 90%.