Газоразрядный источник света Советский патент 1980 года по МПК H01J61/06 

I

Изобретение относится к обла9ти светотехники и может быть использовано в качестве газоразрядного источника света непрерывного излучения для освещения.

Известны газоразрядные устройства, исполь уемые для освещения, в которых источник излучения света представляет собой газоразрядный прибор, в котором электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газы или пары металла. Указанные источники света состоят из прозрачной вакуумной камеры цилиндрической, щаровой или прямоугольной формы с герметично впаяннь1ми анодами и катодами. Областью излучения является положительный столб, который представляет собой больщую светящуюся зону тлеющего разряда. Основным видом излучения света в этой области является резонансное излучение газа, возникающее за счет возбуждения нейтральных частиц под действием быстрых электронов 1.

Однако из-за небольщой плотности зарядоносителей в положительном столбе интенсивность излучения указанных источников света недостаточна, а светоотдача составляет не более 7%. Из-за недостаточной щирины спектра цветопередача сильно отличается от спектра дневного света. Кроме того, вследствие узкой цилиндрической формы разрядной камеры (трубки) световой поток 5 проходит через цилиндрическую .поверхность малого радиуса и представляет собой расходящийся поток световых лучей. Вследствие этого освещение помещений является значительно неоднородным и неравномерным. Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является газоразрядный источник света, в котором источником излучения является газоразрядная плазма положительного столба. Данный источник состоит из плоской вакуумной камеры прямоугольного сечения из прозрачного кварцевого стекла, заполненной ксеноном до давления 50 тор. Анод и катод выполнены в виде двух стержневых электродов из вольфрама, расположенных на противоположных краях плоской камеры и параллельно ее про20 дольной оси. Такая конструкция источника света позволяет получить излучение через плоскую поверхность вакуумной камеры 2. Но в этом газоразрядном источнике света используется излучение газоразрядной

плазмы положительного столба, которое в тлеющем разряде не является самым интенсивным. Согласно известным исследованиям, интенсивность излучения плазмы положитель ого столба в четыре раза меньше, чем у плазмы отрицательного свечения. Потребляемая энергия положительного столба растет с увеличением длины этого столба. Вместе с тем, работа данного источника света при давлении 50 тор (которое является большим для тлеюш,его разряда) требует приложения высокого напряжения. Кроме того, излучение данного источника света не является непрерывным, так как он работает в импульсном режиме и предназначен для оптической накачки активных сред квантовки генераторов. Следовательно, для освещения бытовых, общественных и производственных помещений указанный источник света не пригоден.

Целью изобретения является повышение КПД источника света для непрерывного интенсивного освещения.

Указанная цель достигается тем, что, в газоразрядном источнике света, содержащем вакуумную камеру прямоугольного сечения из прозрачного материала с впаянными анодным и катодным узлами и наполненную газом в диапазоне давлений тлеющего разряда, анодный и катодный узлы выполнены в виде стержневых чередующихся анодных и катодных электродов, расположенных в плоскости, смещенной относительно оси сечения разрядной камеры, причем расстояние между электродами и от электродов до близлежащей поверхности разрядной камеры одинаково и равно не более одной ширины темного круксового пространства при соответствующем давлении наполняющего газа.

С целью сохранения прозрачности разрядной камеры над стержневыми катодами могут быть установлены полуцилиндрические экраны на расстоянии не более половины диаметра электродов. .

Благодаря такой конструкции в данном устройстве возникает эффект сочетания геометрии разрядного промежутка и затрудненных условий тлеющего разряда, которые создаются давлением наполняемого газа и расстоянием от катодов до анодов и до ограничивающей поверхности камеры..Источником неп)зерывного интенсивного и площадного излучения является газоразрядная плазма общего отрицательного свечения в виде плоского слоя с большой поверхностью, которая образуется в устройстве в результате сложения большого числа отрицательных свечений отдельных тлеющих разрядов.

На фиг. 1 изображен источник света, поперечный разрез; на фиг. 2 изображена электродная система.

Газоразрядный источник света состоит из газоразрядной камеры 1 прямоугольного

сечения, стержневых катодного 2 и анодного 3 электродов соответственно, выполненных из слабораспыляемого материала, плазмы 4 общего отрицательного свечения, близлежащей, ограничивающей поверхности 5

газоразрядной камеры, которая является необходимым элементом разрядного промежутка для создания затрудненных условий разряда, поверхности 6 разрядной камеры, через которую выходит излучение газ.оразрядной плазмы, тонких полуцилиндрических экранов 7 над стержневыми катодными электродами, изоляции 8 к стержневым электродам.

Газоразрядный источник света работает следующим образом.

Газоразрядная камера заполняется одним из светоизлучающих газов. В зависимости от расстояний между электродами давление наполняемого газа находится в интервале 0,01-5 тор. При включении анодного напряжения в газоразрядном устройстве устанаэливается короткий тлеющий разряд. Вследствие того, что электродами 2 и 3 и ограничивающей поверхностью 5 камеры созданы односторонние условия затрудненного разряда, отрицательное свечение каждого катода 2 смещается в свободное пространство, расположенное между плоскостью электродов 2 и 3 и ограничивающей поверхностью 5 камеры. Поскольку каждое отрицательное свечение находилось в непосредственном соприкосновении с подобными свечениями, все они, сливаясь, создавали одно общее отрицательное свечение 4. Плазма этого свечения имела форму плоского слоя толщиной 25-30 мм. Эта толщина может меняться в зависимости от давления, рода

J газа и аномальности разряда. Интенсивность излучения плазмы общего свечения, согласно спектральным измерениям, значительно сильнее излучения плазмы отрицательного свечения,разряда с плоскопараллельным промежутком. Площадь газоразрядной плазмы 4 общего свечения точно соответствует площади, занимаемой плоскостью электродов 2 и 3.

Вследствие того, что источник света работает на излучении плазмы общего отрицательного свечения тлеющего разряда, изобретение по сравнению с известными источниками имеет следующие преимущества.

1.В предлагаемом разрядном устройстве газоразрядная плазма плоской формы может

0 иметь площадь непрерывного интенсивного и равномерного излучения до нескольких квадратных метров, что сравнимо с площадью окна стандартного здания. Светильники такой формы и размеров могут создавать более равномерное освещение помеще НИИ.

2.Известно, что излучение отрицательного свечения разряда плоскопараллельного промежутка по интенсивности в четыре раза выще, чем интенсивность положительного столба. Согласно проведенным спектральным измерениям, излучение газоразрядной плазмы общего отрицательного свечения в свою очередь выше интенсивности излучения отрицательного свечения разряда с плоскопараллельным промежутком. В связи с этим КПД предлагаемого газоразрядного источника света во много раз выше, чем у суш,ествуюш,их газоразрядных источников света, работающих на положительном столбе тлеющего разряда.

3.Спектр излучения плазмы общего свечения, согласно спектральным измерениям,, имеет более широкий диапазон длин волн по сравнению со спектрами излучения положительного столба и отрицательного свечения разряда с плоским промежутком. Следовательно, предлагаемый источник света имеет лучшую цветопередачу.

4.Согласно известным исследованиям, газоразрядный источник света имеет высокую стабильность в том случае, если она обеспечивается коллективными и идентичны.ми элементарными процессами. В данном газоразрядном устройстве работает большое число идентичных коротких разрядов, в которых формируются сходные элементарные процессы. Измерение интенсивно-сти элементарных процессов, например, на одном из катодов, слабо отразится в целом на всем разряде. Следовательно, неустойчивости, характерные для тлеющего разряда, согласно законам вероятности, в данном устройстве с большим числом разрядов будут значительно ослаблены, а излучение газоразрядного источника света более стабильно.

Таким образом, данный газоразрядный источник света по сравнению с существующими имеет высокий КПД, хорошую стабильность, лучшую цветопередачу и большую пло щадь излучения. Освещение, создаваемое данным источником света, по своим светотехническим характеристикам более близко к дневному освещению. В связи с этим данное изобретение может найти широкое применение в светотехнике для освещения помещений, улиц и площадей.

Формула изобретения

I. Газоразрядный источник света, содержащий вакуумную камеру прямоугольного сечения из прозрачного материала с впаянными анодным и катодным узлами и наполненную газом в диапазоне давлений тлеющего разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД источника, анодный и катодный узлы выполнены в виде стержневых чередующихся анодных и катодных электродов, расположенных в плоскости, смещенной относительно оси сечения разрядной камеры, причем расстояние между электродами и от электродов до близлежащей поверхности разрядной камеры одинаково и равно не более одной ширины темного круксового пространства при соответствующем давлении наполняющего газа.

2. Газоразрядный источник по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен полуцилиндрическими экранами, установленными над катодными электродами на расстоянии не более половины диаметра электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3439209, кл. 313-229, 1969.

2.Авторское свидетельство № 415752, кл. Н 01 3 61/07В, 1972.

ifJ I

«vt

CSl (V)

+