FI72835C - Anod- och katodsystem i fluorescerande lampa. - Google Patents

Description

72835

Loistelampun anodi- ja katodi järjestely -Anod- ooh katodsystem i fluorescerande lampa

Keksintö liittyy loistevalotyyppisiin järjestelmiin. Erikoisesti keksinnön kohteena on loistevalaistusjärjestelmä, joka voi toimia tavallisesta 110 V tai 117 V liitäntäjohdosta. Keksinnön kohteena on lisäksi sellainen loistevalaistusjärjestelmä, jossa ei tarvita sytytintä ja kuristinta tai vir-ranrajoitintyyppistä laitetta koko valaistusjärjestelmän rakenteessa järjestelmän voidessa toimia tavallisesta 110 V tai 117 V liintäntäjohdosta.

Tunnetut valaistusjärjestelmät jakautuvat kahteen päätyyppiin, hehkulamppu- ja loistevalojärjestelmiin. Tunnetuissa hehkulankajärjestelmissä sähkövirta saatetaan kulkemaan johtavan langan läpi. Langan molekyylit virittyvät ja lanka alkaa kuumentuessaan hehkua sähkömagneettisen säteilyn spektrin näkyvällä osalla. Näkyvässä muodossa oleva energia säteilee lampun rakenteen ulkopuolelle. Tämän tyyppinen tunnettu lamppu on kuitenkin erittäin epätehokas ja sähkömagneettisen spektrin näkyvällä alueella olevan valon aikaansaamiseksi tarvitaan paljon energiaa. Tämä suurentaa kustannuksia ja merkitsee energiavarojen tuhlausta.

Loisteputket sisältävät yleensä jalokaasun, kuten neonin tai argonin ja sekundäärikaasun, kuten elohopean seosta. Loisteputken sisälle on tavallisesti sijoitettu kaksi hehkulanka-tyyppistä elektrodia, jotka on päällystetty aineella, joka kuumennettaessa emittoi helposti elektroneja. Kun hehkulankoihin syötetään sähkövirtaa, hehkulangat kuumenevat ja emittoivat elektroneja toisen toimiessa määrätyllä hetkellä anodina ja toisen katodina. Tämän kaltaisissa tunnetuissa loisteputkissa tarvitaan erittäin korkea jännite elektrodien välillä jalokaasupurkauksen sytyttämiseksi.

Tällainen loisteputki on siten varustettava sytyttimellä ja kuristimella tai virtaa rajoittavalla järjestelmällä. Syty- 2 72835 tintä käytetään piirin saamiseksi automaattisesti hehkulankojen lämmettyä, mikä tällöin aikaansaa kuristimen, jona tavallisesti on iduktiokela, synnyttämään suurjännitteisen sähköpulssin. Tämä suurjännitepulssi sytyttää jalokaasupurkauk-sen ja sen jälkeen elohopean tai muun metallin purkauksen. Viimeksi mainittu on itsensä ylläpitävä ja elektrodien välille muodostuu jatkuva elektronivirta. Elohopeahöyry tai muu kaasumainen metalli ionisoituu ja tuloksena syntyy sähkömagneettisen spektrin ultraviolettialueella olevaa säteilyä. Säteily törmää loistemateriaaliin, joka on kerrostettu putken sisäpintoihin ja joka loistaa absorboimalla näkymätöntä ultraviolettisäteilyä ja säteilemällä takaisin sen näkyvänä valona. Loistelamppujen on havaittu toimivan kylmempinä kuin hehkulamput ja lisäksi suurempi osa sähköenergiasta kuluu näkyvän valon lähettämiseen ja vähemmän lämmönkehityk-seen kuin hehkulampuissa. Tällaisten loisteputkien hyötysuhde on havaittu suhteellisen hyväksi, jopa viisi kertaa paremmaksi hehkulamppuihin verrattuna. Tällaiset loistevalais-tusjärjestelmät tavitsevat kuitenkin alussa runsaasti syötettyä sähköenergiaa ja lisäksi sytyttimen ja virranrajoitus-laitteiden käyttämistä itsensä ylläpitävän purkauksen sytyttämiseksi. Tämä monimutkaistaa järjestelmiä ja lisää kustannuksia.

Esillä oleva keksintö kohdistuu sitä vastoin sellaiseen lois-tevalaistusjärjestelmään, eli järjestelmään, johon liittyy sähkömagneettisen spektrin ultraviolettialueella olevan energian kehittäminen metalliatomien ionisoitumisen seurauksena, jossa ei tarvita kuristinta tai virranrajoitusjärjestelmää. Lisäksi ehdotettu valaistusjärjestelmä voi toimia tavanomaisesta asunto- tai laitosjohdosta syötettynä.

Keksinnön mukainen loistevalaistusjärjestelmä käsittää läpikuultavan ulkopuolisen kupuelimen, joka on sisäpuolelta päällystetty ultraviolettivalon alaisena fluoresoivalla aineella ja jonka sisällä on kaasukoostumusta, joka sisältää atomeja, jotka kykenevät ionisoitumaan ja lähettämään ultravioletti-

II

3 72835 säteilyä ulkopuolisen kuvun sisälle suljetun katodi- ja anodi järjestelmän kehittämien elektronien törmäyksien vaikutuksesta, ja joka tunnetaan siitä, että katodi- ja anodijärjes-telmä käsittää i) katodin vaipan muodossa, joka on suljettu toisesta päästään ja toisesta päästään tiivistetty kantaelimeen il-manpitävästi suljetun katodikammion muodostamiseksi, johon on suljettu sisään oleellisesti inerttiä katodikaasua, jonka paine, suhteessa vaipan sisähalkaisijaan, on seuraavissa rajoissa 2,0 < p-d < 3,0 1,33 jossa p = kaasun paine millibar'eissa ja d on vaipan sisähalkaisi ja cm:nä (tai 2,0 < p*-d < 3,0, jos p* on paine mmHg:nä), ii) lisäanodin katodikammion sisällä, ja iii) toisen anodin katodin ulkopuolella, jota katodia kuumentaa purkaus lisäanodin ja katodin välillä, jolloin katodin ulkopinnalta emittoituneet elektronit kiihdytetään anodin vaikutuksesta kaasukoostumukseen kuvussa.

Esillä olevaa keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin seu-raavassa oheistettuun piirustukseen liittyen, jossa: kuvio 1 on sivuleikkauskuvanto valaistusjärjestelmän parhaana pidetystä toteutusmuodosta, jossa on esitetty koko järjestelmää ympäröivän kupuelimen sisälle asennettu katodi, kuvio 2 on perspektiivinen kuvanto katodista ja ensimmäisestä anodista toisistaan erotettuina, ja kuvio 3 on osittain leikattu kuvanto katodista, jonka sisälle on asennettu ensimmäinen anodi.

Kuvioissa 1-3 esitetty keksinnön mukainen valaistusjärjestelmä 10 perustuu ajatukseen käynnistää elektronivirta katodin 12 ulkopinnalta. Katodi 12 kuumenee, kun ensimmäisen anodin 14 ja katodin 12 välille tuodaan jännite. Tämä aikaansaa 4 72835 elektronien irtautumisen. Tämä elektronien irtautuminen ionisoi kumulatiivisesti enemmän sisällä olevaa kaasua. Kumulatiivisesta ionisoitumisesta seuraa katodin 12 kuumeneminen kauttaaltaan. Kuumennusprosessi irroittaa elektroneja katodin 12 ulkopinnalta ja niitä kiihdytetään katodin 12 ulkopuolelle asennetulla toisella anodilla 16. Katodista 12 lähtevät elektronit törmäävät ja ovat vuorovaikutuksessa kuvun 18 sisällä olevan metallihöyryn kanssa. Kaasuatomit ionisoituvat ja säteilevät sähkömagneettisen spektrin ultraviolet-tialueella. Ultraviolettienergia törmää kupuelimen 18 sisäpintaa peittävään loisteaineeseen 20. Loisteaine säteilee tällöin sähkömagneettisen säteilyn spektrin näkyvällä alueella.

Valaistusjärjestelmän 10 perusrakenteeseen sisältyy katodi 12, jonka tehtävänä on emittoida elektroneja ulkopinnaltaan. Katodi 12 sisältää vaippaelimen 22 ja kantaelimen 24. Katodin vaippaelin 22 on ääriviivoiltaan oleellisesti sylinteri-mäinen ja siinä on vastakkain olevat suljettu pää 26 ja avoin pää 28. Katodin vaippaelin 22 voi sisältää laipan 30, joka ympäröi katodin avoimen pään 28 kehää seuraavissa kappaleissa selitettyä tarkoitusta varten. Kuten edellä todettiin, katodin vaippaelin 22 voi olla ääriviivoiltaan sylinterimäi-nen ja muodostettu metalleista tai metalliseoksista, joita tavallisesti käytetään valmistettaessa epäsuorasti hehkutettuja oksidikatodeja, jotka ovat tunnettuja ja joita on kaupallisesti saatavilla. Vaippaelin 22 voi olla muodostettu molybdeenistä, tantaalista, zirkonista, wolframista, nikkelistä tai muista kyseisten hehkutettujen oksidikatodien valmistuksessa yleisesti käytetyistä metalliseoksista. Katodin vaippaelin 22 ja siihen liittyvä katodin laippa 30 voidaan valmistaa yhtenä kappaleena ja se on edullisesti valmistettu kokonaisuudessaan saumattomasti.

Katodin kantaelin 24 on asennettu katodin laippaan 30 ja tiivistetty ilmatiiviiksi katodin vaippaelimeen 22. Kuten kuviossa 3 on esitetty, kantaelimen 24 ja katodin vaippaelimen 22 yhdistetty rakenne muodostaa katodin sisäisen kammion 32.

5 72835

Katodin vaipan 22 ja kantaelimen 24 välinen ilmanpitävä tiivistys voidaan saada aikaan useilla tunnetuilla menetelmillä, joissa käytetään hyväksi adheesiomekanismeja, kuten la-sisulatetiivistystä tai vastaavaa menetelmää, joka ei ole tärkeä tässä esitetyn keksinnöllisen ajatuksen kannalta.

Katodin kantelin 24 voi olla muodostettu joko dielektrisestä aineesta, kuten keraamisesta koostumuksesta tai samasta tai samankaltaisesta metalliskoostuksesta kuin vaippaelin 22. Kun katodin kantaosa 24 on muodostettu samankaltaisesta metallista kuin katodin vaippaelin 22, ensimmäisen anodin 14 pinnan ja katodin kantaelimen 24 ympärille on sijoitettava eristyselin.

Sen jälkeen kun vaippaelin 22 on tiivistetty kantaelimeen 24, katodin sisäiseen kammioon 32 tuodaan katodikaasukoostu-mus määrätyllä paineella. Jalokaasuja, kuten heliumia, neonia, argonia, kryptonia, xenonia tai vetyä samoin kuin näiden seoksia on käytetty hyvällä menestyksellä.

Käytännössä on välillä 4,0-6,0 mmHg (53-80 N/mm2) oleva mi-nimipaine havaittu käyttökelpoiseksi, kun putkimaisen vaippa-elimen 22 halkaisijana on käytetty arvoa 0,5 cm. Jännitettä ensimmäisen anodin 14 ja katodin 12 välille tuotaessa on olemassa määrätty läpilyöntiä vastaava jännite, jota Paschenin laki kuvaa. Tämän lain mukaan kahden, kaasun ympäröimän elektrodin välinen läpilyönti jännite on yleisesti verrannollinen paineen ja elektrodien välimatkan tuloon. On havaittu edulliseksi, että kaasukoostumuksen ennalta määrätty paine katodin sisäisessä kammiossa 32 pidetään likimain seuraavan kaavan mukaisena 2,0 < p*d < 3,0, _ - Τ' -- 6 72835 jossa ρ = ennalta määrätty kaasukoostumuksen paine yksikkönä mmHg, d = ennalta määrätty vaippaelimen halkaisija cm.

Kuten kuviosta 3 ilmenee, ensimmäinen anodi 14 on asennettu katodin kantaosaan 24 ja se ulottuu kammion 32 sisälle. Kuten seuraavista kappaleista selvästi ilmenee, katodin 12 kuumentuminen aikaansaa elektronien emittoitumisen katodin ulkopinnalta 34. Rakenteeltaan ensimmäinen anodi 34 voi olla sähkölankaa tai sähköä johtavaa koostumusta oleva elektrodi. Ensimmäinen anodi 14 on kyketty sähköisesti ensimmäisen anodin syöttöjohtimeen 36, joka on johdettu tavanomaiseen asunto- tai laitosverkon liitäntään. Kuten havaitaan, katodi 12 on myös kytketty tavanomaiseen liitäntäjohtoon katodijohti-men 38 avulla. Koko järjestelmän tehokkuuden maksimoimiseksi johtimeen 38 voidaan sijoittaa vastus katodin 12 kanssa sarjaan. Tähän tarkoitukseen on käytetty menestyksellisesti vastusta, jonka arvo on 250 Ω. Kun ensimmäisen anodin 14 ja katodin 12 välille tuodaan jännite, katodi 12 tehdään oleellisesti negatiiviseksi. Purkaus syttyy välittömästi ja riippuen lähteen sisäisen lämpöimpedanssin sallimasta purkausvirrasta katodin 12 metalliseinämät lämpenevät nopeasti. Katodin ulkopinta 34 on päällystetty oksidikalvolla 40. Katodin oksi-dikalvo 40 voi olla barium-, strontium- tai kalsiumoksidia tai muu vastaava kuumennettaessa voimakkaasti elektroneja emittoiva metallioksidipäällyste.

Este-elin 42, joka näkyy selvästi kuvioissa 2 ja 3, ympäröi ensimmäistä anodia 14 huomattavalla osalla sisäiseen kammioon 32 ulkonevan jatkeen pituudesta. Este-elin 42 on tehty di-elektrisestä ainekoostumuksesta, esimerkiksi lasista. Kuten havaitaan, este-elin 42 ei ole kosketuksessa ensimmäiseen anodiin 14. Este-elin 42 on asennettu katodin kantaelimelle 24 sen suhteen kiinteästi suojavaikutuksen aikaansaamiseksi metalliatomeilla, joita voi irrota katodin sisäpinnalta 44.

7 72835

Kun ensimmäisen anodin 14 ja katodin 12 välille tuodaan jännite, kammion 32 sisällä oleva kaasu ionisoituu. Törmäykset sisäpintaan 44 aikaansaavat metalliatomien irtautumista katodin 12 seinämistä. Metalliatomit asettuvat satunnaisesti kaikkialle katodin 12 sisällä. Jos sisäpinnalta 44 lähtevät metalliatomit asettuvat silla tavoin, että ensimmäisen anodin 14 ja kantaelimen 24 tai katodin vaippaelimen 22 välille muodostuu sähköä johtava tie, näiden eri potentiaaleissa olevien elektrodien välille muodostuu oikosulku. Katodin 12 sisälle laskeutuneen metallin aiheuttaman oikosulun todennäköisyyden minimoimiseksi ensimmäisen anodin 14 ympärille on asetettu este-elin 42 siten, että se ei ole kosketuksessa tähän anodiin.

Tässä tapauksessa kerrostuneen metallin olisi tunkeuduttava este-elimen 42 sisälle rengasmaisen aukon 46 kautta ja päällystettävä este-elimen 42 sisäpinta ennen kuin se saavuttaa kantaelimen 24 voidakseen oikosulkea koko järjestelmän. Tällä on valaistusjärjestelmän 10 elinikää pidentävä vaikutus ja se aikaansaa oikosulkusuojauksen koko järjestelmälle. Katodin kantaelimelle 24 ensimmäistä anodia 14 ympäröimään asennettu este-elementti 42 ylläpitää siten ensimmäisen anodin 14 ja katodin kantaelimen 24 välistä sähköistä eristystä edellä selitettyjä tarkoituksia ja päämääriä varten.

Toinen anodi 16 sijaitsee katodin 12 ulkopuolella ja sitä käytetään ulkopinnalta 34 ja päällysteestä 40 emittoituvien elektronien kiihdyttämiseen, kun toisen anodin johtimeen 48 syötetään jännite. Toinen anodi 16 aktivoidaan tavallisesta verkkoliitännästä kuten katodi johdin 38 ja ensimmäisen anodin johdin 36. Toinen anodi 16 voi olla asennettu laippaan 30 eristekannattimen 50 avulla tai muulla samankaltaisella menetelmällä, joka ei ole tärkeä tässä esitetyn keksinnöllisen ajatuksen kannalta paitsi, että toisen anodin 16 on oltava sähköisesti eristetty katodista 12.

Toinen anodi 16 on esitetty rengastyyppisenä rakenteena. Kuitenkin on selvää, että toinen anodi voi muodostua johdinlan- 8 72835 gasta tai sillä voi olla muuntyyppinen muoto, jolta vaaditaan vain, että sen on oltava välimatkan päässä katodista 12. Toisen anodin 16 tarkoituksena on kiihdyttää päällysteestä 40 lähteviä elektroneja. Kun toisella anodille 16 tuodaan sen katodin 12 suhteen positiiviseksi tekevä jännite, katodin 12 ja toisen anodin 16 välille syntyy purkaus. Koska kupuelimen 18 sisällä pidetty kaasunpaine (kuten seuraavissa kappaleissa selitetään) on pienempi kuin sisäisen kammion 32 paine, emittoitujen elektronien vapaa matka on paljon suurempi.

Kuten lamppujärjestelmissä on tavanomaista, katodi 12, toinen anodi 16 ja ensimmäinen anodi 14 voidaan asentaa tukieli-melle 52, joka on sijoitettu ja kiinnitetty kiinteästi kupu-elimen 18 sisäpintoihin. Tukielin 52 voi olla tehty lasista tai vastaavasti koostumuksesta, joka ei ole tärkeä tässä selitetyn keksinnöllisen ajatuksen kannalta. Tukielintä 52 käytetään vain valaistusjärjestelmän 10 elementtien asennusalus-tana.

Kupuelin 18 ympäröi katodia 12, toista anodia 16 ja ensimmäistä anodia 14, kuten ilmenee selvästi kuviosta 1. Kuvun sisäisen kammion 54 aikaansaamiseksi muodostetaan ilmanpitä-vä tiivistys ja kammion sisällä on määrättyä kaasukoostumus-ta, kuten esim. elohopeahöyryä määrätyssä paineessa. Kupuelin 18 voidaan muodostaa lasikoostuksesta, kuten kaupallisten valaistusjärjestelmien yhteydessä on tavanomaista. Kupuelimen sisäpinta 56 on lisäksi päällystetty esitetyllä tavalla loisteaineella 58. Loisteaineena voi olla jokin standardi-fosforikoostumus. Kammioon 54 lisätään pieniä määriä metal-likoostumusta ja esimerkiksi elohopeaa lisättäessä sisäisen kammion 54 paineeksi aikaansaadaan noin 10-·* mmHg (0,13 N/ mm^). Kokonaisuutena tarkasteltuna elohopeaa tai vastaavaa metallia sisältävän kaasukoostumuksen atomit ionisoituvat ja säteilevät sähkömagneettisen spektrin ultraviolettialueella. Loisteaine 58 pysäyttää kaasukoostumuksen atomien ionisoitu-misesta syntyvän ultraviolettienergian ja säteilee sen takaisin näkyvän valon alueella.

|j

Claims (8)

1. 9 72835 Siten syötettäessä jännite toisen anodin 16 ja katodin 12 välille saadaan suurivirtatiheyksinen ulkopinnan 34 päällysteestä 40 lähtevien elektronien lähde. Katodin 12 ja toisen anodin 16 välinen jännite-ero aikaansaa purkauksen ja koska suljetun tilan tai kammion 54 sisällä vaikuttava paine on oleellisesti pienempi kuin kammion 32 paine, elektronien vapaa matka on suurempi. Tässä tilanteessa koko sisäinen kammio 54 täyttyy säteilystä, joka on lähtöisin elektroneista, jotka kulkevat pitemmän matkan ennen törmäämistään kammion 54 täyttävän elohopean tai vastaavan metallisen kaasun atomien kanssa. Elektronien törmäykset kammiossa 54 olevan kaasun atomien kanssa aikaansaavat ultraviolettisäteilyn muodostumisen, joka säteily törmää loisteaineeseen 58 näkyvän valon alueella olevaa takaisinsäteilyä varten.
2. 1. Loistelampun anodi- ja katodijärjestely, joka lamppu käsittää läpikuultavan ulkopuolisen kupuelimen (18), joka on sisäpuolelta päällystetty ultraviolettivalon alaisena fluoresoivalla aineella ja jonka sisällä on kaasukoos tuimista, joka sisältää atomeja, jotka kykenevät ionisoitumaan ja lähettämään ultraviolettisäteilyä ulkopuolisen kuvun (18) sisälle suljetun katodi- ja anodi järjestelmän kehittämien elektronien törmäyksien vaikutuksesta, tunnettu siitä, että katodi- ja anodi järjestelmä käsittää i) katodin (12) vaipan (22) muodossa, joka on suljettu toisesta päästään (26) ja toisesta päästään tiivistetty kan-taelimeen (24) ilmanpitävästi suljetun katodikammion (32) muodostamiseksi, johon on suljettu sisään oleellisesti inert-tiä katodikaasua, jonka paine, suhteessa vaipan sisähalkai-sijaan, on seuraavissa rajoissa 2,0 < p»d < 3,0 1,33 jossa p = kaasun paine millibar'eissa ja d on vaipan sisä- 10 72835 halkaisija cm:nä (tai 2,0 < p**d < 3,0, jos p* on paine mmHg:nä), ii) lisäanodin (14) katodikammion (32) sisällä, ja iii) toisen anodin (16) katodin (12) ulkopuolella, jota katodia kuumentaa purkaus lisäanodin (14) ja katodin (12) välillä, jolloin katodin (12) ulkopinnalta emittoituneet elektronit kiihdytetään anodin (16) vaikutuksesta kaasukoostu-
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnet-t u siitä, että lisäanodi (14) kulkee katodin kantaelimen (24) läpi ja on kiinnitetty siihen kiinteästi.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että katodin kantaelin (24) on muodostettu dielektrisestä aineesta.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että katodin vaippa (22) on muodostettu sähköäjohtavasta aineesta ja että lisäanodi (14) on sähköisesti eristetty kantaelimestä.
6. 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että katodikaasuna on argon, neon, krypton, xenon, vety tai helium.
7. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että anodi (16) on sama-akselisesti katodin (12) vaipan (22) ympärille asennetun renkaan muotoinen.
8. 1. Anod- och katodsystem i fluorescerande lampa, som omfattar ett genomskinligt yttre kuporgan (18), vilket pa insidan är belagt med ett material som fluorescerar vid ex-ponering för ultraviolett ljus och som innehäller en gaskom-position omfattande atomer, vilka kan joniseras och utsända ultraviolett straining vid bombardering av elektroner gene-rerade av ett katod- och anodsystem inneslutet i den yttre kupan (18), kännetecknat därav, att katod- och II