KR890003378B1 - 백열등 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

백열등

제1도는 백열전구의 정면도.

제2도 및 제3도는 본 발명을 설명하기 위한 그래프.

본 발명은 주택 또는 다른 주거지의 조명설비에 일반적으로 사용되는 형태의 백열전구에 관한 것으로써, 특히 이러한 백열전구에서 수명을 연장시키고 동작효율을 높이는 것에 관한 것이다.

종래의 가정에서 조명용으로 사용되어온 백열전구는 와트수가 약 40-150와트 사이이며 가스가 채워진 A-라인 전구로써 일반적으로 알려진 것이다. 이러한 백열전구에 대한 구조 파라미터는 상이한 제조업자중에서도 실질적으로 동일하며, 정격전압 120볼트, 교류 60사이클에 표준전력 40, 60, 75, 100 및 150와트에서 동작하도록 설계되었다. 이러한 백열전구는 동작 수명이 평균값의 것이며, 표준 전구에 대한 정격수명은 1,000시간 또는 이보다약간 작은 것이 전형적이다. 이러한 것은 수명이 1,000시간에서 몇년으로 연장된 공지의 백열전구에 비교하면 수명이 짧은 것으로 부를 수 있다. 일반적으로, 주어진 백열전구의 수명은 하락된 온도에서 텅스텐 필라멘트를 동작시킴으로써 연장되며, 또한 필라멘트 설계를 변경 시킴으로써 연장되어 진다. 전형적인 100와트 백열전구에서 필라멘트는 직경 0.0635MM이고 풀어놓은 길이가 577mm인 텅스탠 코일선이며, 이것의 동작온도는 2577℃이고 평균 동작수명은 750시간이다. 백열전구의 수명은 동일한 규격의 와트수를 유지하는 반면 낮은 온도에서 동작하도록 필라멘트 형상을 변화시킴으로써 증가될 수 있으나 와트당 루멘에 대한 효율은 감소될 것이다.

백열전구의 동작수명을 연장시키는 다른 방법은 필라멘트의 걸리는 유효전압을 감소시키는 것이다. 이것은 정류 다이오드를 필라멘트와 직렬로 연결하여서 공급전압의 선택적인 반주기만이 필라멘트에 인가되도록 한것으로써 종래의 기술에서 사용되었다. 이것은 전압의 시평균값이 정류되지 않은 공급전압에 의해 발생한 시평균값의 약 0.7배로 감소시키는 효과를 갖는다. 따라서, 필라멘트는 실질적으로 낮은 온도에서 동작하며 와트당 루멘에 대해 낮은 효율을 갖는다. Muneson씨에 허여된 특허 제 3,450,893호, Beining씨에 허여된 특허 제 3,963,956호, Borneman씨에 허여된 특허 제 3,823,339호는 백열전구의 필라멘트와 직렬로된 정류다이오드의 용도를 설명하며, 여기에서 다이오드는 전구의 소켓에 설치되었다. Pearson씨에 허여된 특허 제 3,148,305호 Anderson씨와 그의 동료에게 허여된 특허 제 3,869,631호는 백열전구의 구조에 포함된 다이오드가 있는 백열전구를 설명한다.

백열전구의 수명을 연장하기 위하여 다이오드를 사용하는데 있어서 직면하는 어려움은, 필라멘트 설계변경이 필라멘트 온도를 상당히 감소시키고 전구의 출력광이 실질적으로 감소되게 하지 않으면서 유효전압을 감소시키는데 있다. 예로써, 상기한 표준 100와트 백열전구는 다이오드없이 2577℃의 온도에서 동작하며 출력광이 1750루멘이다. 이 백열전구에 필라멘트와 직렬로 다이오드가 있으때, 동작온도는 2164℃로 감소하고 출력광이 510루멘이다. 다이오드는 100와트에서 58.8와트로 전력소모를 감소시키는 효과가 있다. 다이오드가 없는 백열전구의 평균동작 수명은 750시간이며 다이오드가 있는 동일한 백열전구는 8.6년(약 8년 7개월)정도이다.

위의 Anderson씨 및 그의 동료에 허여된 특허 제 3,869,631호는 필라멘트와 직렬로 있는 다이오드가 있는 백열전구의 단점을 극복하기 위해 시도한 것이다. 이 특허의 백열전구는 특수용으로써 무게가 전구에 통상 사용되는 것보다 약 50퍼센트 더 무거운 텅스텐 선으로 만들어진 필라멘트를 이용한다. 이 백열전구는 필라멘트 온도가 최소한 2600°K온도에서 작동한다. 이 특허에 따르면, 이 백열전구를 변형하는 것은, 변형되지 않은 필라멘트와 이 회로의 다이오드가 있는 백열전구에 비해 와트수를 정격 와트수로 복구시키며 와트당 루멘의 효율을 개선시킨다.

종래 기술에 있어서, 백열전구 작동중에 에너지 손실을 감소시키기 위해 적외방사선을 필라멘트로 다시 반사시킬 목적으로 열반사기를 사용하는 것은 알려진 사실이다. 이러한 구성은 Hoffman씨에 허여된 특허 제 1,425,967호 Freeman시에 허여된 특허 제 3,209,188호 Florington씨 및 그의 동료에게 허여된 특허 제4,160,929호에 서 설명되었다.

이들 특허에서 설명된 백열전구에서, 유리관은 가시관선을 실질적으로 투과하고 적외선 에너지를 고도로 반사시키는 물질의 층으로 되어 있다. Florinton 및 그의 동료에게 허여된 특허는 적외선 에너지를 다시 필라멘트로 반사시킬 목적으로 백열전구의 스템(stem)에 설치된 반사되는 재료로된 방패모양의 물건이 있다는 점에서 중요하다.

본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술의 단점을 극복하고 동작수명을 연장시키고 효율이 높아진 개량된 백열전구를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라, 동작효율이 높고 동작수명이 연장된 개량된 백열전구가 제공되어 있다. 이것은 필라멘트와 백열전구의 베이스 사이의 유리관에서 가시광선을 반사시키는 반사기와, 텅스텐 필라멘트와 직렬로 연결되었으며 베이스에 인접하여 배치된 정류 다이오드를 이용함으로써 이루어진다. 반사기는 유리관의 구형부분과 목부분의 접합부 근방의 스템에서 바람직하게 지지되어 이들 사이의 틈새를 실질적으로 폐쇄시켜서 유리관의 목부분에서 대류전류가 최소화 되도록 한다. 다이오드는 반사기와 백열전구의 베이스 사이에 배치되었으며, 반사기에 의해 백열전구의 높은 온도로부터 보호된다. 연장된 수명 및 와트당 루멘에 대한 높은 효율은 텅스텐 필라멘트를 약 2550℃아래에서 동작시키면 이루어진다.

반사기는 필라멘트를 향하는 볼록면으로 구성되어 가시광선을 유리관의 구형부분을 통하여 밖으로 반사시켜 분산되게 하는 것이 바람직하다. 반사기는 본체가 볼록한 컵 형태인 하나의 박판금속이며 이 볼록면은 단면이 포물선이다. 또한, 준대기압에서 크립톤(krypton)과 아르곤(argon)가스의 혼합체를 유리관에 채우는 것이 바람직하다.

첨부도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

흔히 가정조명용으로 사용되는 소위 A-라인 전구라 불리는 백열전구에 대해 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되었다. 백열전구는 구형부분(12) 및 목부분(14)가 포함되어 있는 유리관(10)으로 구성되었다. 유리관은 여기서 스템(16)이라고 언급되는 유리 융기부를 만들어 완성되는데, 이 유리융기부의 플레어(flare)는 목부분과 연결되어 있다. 백열전구는 스템(16)을 통해 확장된 도입선(20,22)의 쌍을 포함하며, 텅스텐 코일 필라멘트(26)은 도입선(20,22)의 단부사이에서 지지된다.

반사기(28)은 스템(16)에서 지지되며 구형부분(12)와 목부분(14)사이의 통로에 배치되었다. 반사기(28)은 백열전구의 목부분과 베이스에서 충돌하거나 그렇지 않으면 손실로써 낭비될 필라멘트(26)에서 나오는 가시광선을 반사하는 볼록면을 갖는다. 반사기(28)은 단면이 포물선인 스커어트(skirt)의 형태이며, 이것은 알루미늄 같은 적당한 박판금속을 스탬핑하고 늘려서 개구측면이 있는 스커어트의 형태로 만드는 것이 바람직하다.

반사기는 스템 주위를 스커어트로 둘러싸서 자유변부가 겹쳐지게 하고 이 변부를 용접함으로써 스템에 적합하게 설치되며, 이것은 스템을 유리관으로 삽입하기전에 이루어진다.

반사기의 외부 림(rim)은 목부분(14)의 내부 직경보다 약간 작은 직경이 되도록 하여 이들 사이에 틈새가 거의 없도록 한다. 이러한 구성은 구형부분과 목부분사이의 대류전류를 흐르지 못하게 하는데 효과적이며 따라서 백열전구의 베이스를 통하여 발생하는 열손실을 최소한도로 적게한다.

백열전구는 공지된 실시예에 따라 가스혼합물로 채운다, 백열전구는 준대기압에서 크립톤과 아른곤과 같은 전구의 효율을 높여주는 것으로 알려진 혼합물로 채워지며 혼합물은 크립톤 85퍼센트와 아르곤 15퍼센트의 비율로 된 것이 바람직하다. 유리관을 가스로 채우는 것은 배기관(30)을 통하여 이루어지며 도면은 이의 밀봉 또는 끝처럼 된 상태를 도시한다.

백열전구에는 유리관의 목부분에 부착된 종래의 베이스가 있으며, 베이스는 나사형 금속 스리브(34)와 절연 플러그(36) 및 중심금속 접촉부(38)로 구성되었다. 베이스는 종래의 백열전구 소켓에 끼워지도록 되어 있으며, 통상 120볼트의 교류이며 60사이클의 공급전압이 소켓을 통하여 중심금속 접촉부(38)과 나선형 금속스리브(34) 양단에 인가된다.

도입선(20)은 나선형 금속 스리브(34)에 직접 연결되었으며, 도입선(22)는 다이오드(40)를 통하여 중심금속 접촉부(38)에 연결되었다. 따라서 필라멘트(26)과 다이오드(40)은 중심금속접촉부와 나선형 금속스리브(34) 사이에서 직렬로 연결되어 있다. 다이오드의 방향, 즉, 회로에서 이것의 극성은 별로 중요하지 않다.

다이오드(40)은 실리콘 다이오드이고, 정격 피이크 역전압이 400볼트이며 정격전류가 1암페어인 IN 4003이 적합하다. 다이오드에는 유리 캡슐이 있으며 작동온도는 이의 도선에서 260℉(약 126.7℃)로 규정되었다. 다이오드는 베이스에 인접하고, 필라멘트(26)과 필라멘트 열에 의해 발생되는 대류전류를 차단하는데 효과적인 반사기의 열로부터 격리되어 배치되었다. 따라서 다이오드는 백열전구내부에서 비교적 서늘한 부분에 배치되었으며 신뢰도 및 오랜수명을 유지할 수 있는 온도에서 작동한다.

필라멘트(26)은 필라멘트가 약 2550℃보다 약간 작은 온도에서 동작하면서 백열전구의 정격 와트수에서 동작하는 그러한 철사의 크기 및 형상이다. 이 온도에서, 백열전구는 와트당 루멘에 대해 양호한 효율을 유지하면서 연장된 동작수명을 갖는다.

동작중, 다이도드(40)은 공급전압을 정류하여 필라민트가 선택적인 반-사이클, 즉 동일한 방향의 펄스열에서 에너지를 공급받도록 한다. 주어진 입력전력에 있어서, 다이오드가 있는 백열전구는 다이오드가 없는 동일한 백열전구보다 와트당 높은 루멘 값을 만들어낸다. 이러한 관계는 제2도에서 도시되었으며 여기서 동일한 종류의 백열전구에 대해 곡선 A는 다이오드가 있는 것을 나타내며 곡선 B는 다이오드가 없는 것을 나타낸다. 곡선 A,B는 동일한 입력 와트수를 얻기 위해 상이한 전압에서 두개의 시험 백열전구의 작동을 나타낸다. 반사기(28)은 유리관의 구형부분을 통하여 가시광선을 반사분산시키고 그렇지 않은 가시광선은 유리관의 목부분으로 분산시킴으로써 동작효율을 증가시키는데 효과적이다. 더우기 효율은 반사기(28)이 대류전류를 차단하여 백열전구의 베이스를 통한 열손실이 최소한도가 되게 하므로 증가된다. 이것은 다이오드(40)의 동작온도가 긴수명 및 신뢰성을 위해 하락된 값에서 유지되게 한다. 반사기의 유익한 효과는 루멘으로 표시되는 백열전구 출력을 와트로 표시되는 백열전구 입력의 함수로써 도시한 제3도에서 설명된다. 곡선 C는 다이오드는 있지만 반사기가 없는 백열전구를 나타내며 곡선 D는 다이오드와 반사기가 있는 백열전구를 나타낸다.

Claims (6)

1. 구형부분과 목부분 및 스템을 포함하는 유리관과, 나선형 금속스리브와 이곳의 절연 플러그 및 플러그 내부에 있는 중심금속 접촉부를 포함하는 베이스와, 하나는 이 중심금속 접촉부에 그리고 다른 하나는 상기 나선형 금속 스리브에 전기적으로 연결되고 스템을 통하여 확장된 한쌍의 도입선 및 이 도입선 사이에 연결되어 유리관내에 배치된 필라멘트로 구성된 백열전구에 있어서, 다이오드가 이 도입선중 하나와 중심금속 접촉부 사이에 연결되어 베이스에 인접한 유리관의 목부분에 배치되고, 반사기가 상기 구형부분과 목부분사이의 접합부에 인접한 스템에 지지되어 있으면서 이들 사이의 통로를 실질적으로 폐쇄시켜 대류 전류가 감소되도록 함을 특징으로 하는 백열전구.
2. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트가 약 2550℃이하의 온도에서 동작함을 특징으로 하는 백열전구.
3. 제1항에 있어서, 상기 반사기가 필라멘트로 향하는 볼록면으로 구성되었으며, 이 볼록면이 가시광선을 고도로 잘 반사시킴을 특징으로 하는 백열전구.
4. 제3항에 있어서, 상기 반사기가 스템에 지지된 박판금속 스커트임을 특징으로 하는 백열전구.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 볼록면의 단면이 포물선임을 특징으로 하는 백열전구.
6. 제3항에 있어서, 상기 유리관이 준대리압에서 크립톤과 아르곤 가스의 혼합물로 채원진 것임을 특징으로 하는 백열전구.

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