RU109328U1

RU109328U1 - HALOGEN HEATING LAMP

Info

Publication number: RU109328U1
Application number: RU2011116830/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2011-10-10

Abstract

Галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и сопряженную с ним механически светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами люминофора или смеси люминофоров, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷30 бар. A halogen incandescent lamp containing a network base and a mechanically diffusing bulb connected to it from an optically transparent material with a layer of a phosphor or a mixture of phosphors deposited on the surface or part of the surface, or introduced into the volume or in part of the volume by particles of a phosphor or mixture of phosphors, with the light emitting inside a bulb made of an optically transparent material with an infrared coating and a filament element with leads connected electrically through the leads to the base and filled with a working substance by means of a buffer gas and halogen vapor under a pressure of 2–30 bar.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников света, в том числе, предназначенных для прямой замены ламп накаливания. Полезная модель направлена на повышение светоотдачи (отношение светового потока к общей потребляемой мощности, Лм/Вт) галогенной лампы накаливания.The utility model relates to lighting engineering and can be used in the design of new energy-efficient light sources, including those intended for direct replacement of incandescent lamps. The utility model is aimed at increasing light output (ratio of luminous flux to total power consumption, Lm / W) of a halogen incandescent lamp.

Известна галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светоизлучающую колбу из оптически прозрачного материала с элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010/ «GE Lighting», 2009, С. 121).Known halogen incandescent lamp containing a network base and mechanically coupled to it, a light emitting bulb of an optically transparent material with a filament element with leads connected electrically through the leads to the base and filled with a working substance, including buffer gas and halogen pairs (Spectrum. Lamp catalog 2009/2010 / GE Lighting, 2009, p. 121).

Недостатком галогенной лампы накаливания является низкая светоотдача, что обусловлено конструкцией, значительным уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (ультрафиолетовое и инфракрасное излучение). Светоотдача известной галогенной лампы накаливания составляет менее 30 Лм/Вт.The disadvantage of a halogen incandescent lamp is its low light output, which is due to the design, a significant level of components in the radiation spectrum, lying outside the range of visible light (ultraviolet and infrared radiation). The luminous efficiency of a known halogen incandescent lamp is less than 30 Lm / W.

Известна галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010/ «GE Lighting», 2009, С. 123).Known halogen incandescent lamp containing a network base and mechanically coupled to it, a light-diffusing bulb of optically transparent material, with a light-emitting bulb of optically transparent material installed inside and a filament element with leads connected electrically through the leads to the base and filled with a working substance, including buffer gas and halogen vapors (Spectrum. Catalog of lamps 2009/2010 / GE Lighting, 2009, p. 123).

Недостатком галогенной лампы накаливания является низкая светоотдача, что обусловлено конструкцией, значительным уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (ультрафиолетовое и инфракрасное излучение), поглощением части световой энергии в объеме материала светорассеивающей колбы. Светоотдача известной галогенной лампы накаливания не превышает 28 Лм/Вт.The disadvantage of a halogen incandescent lamp is its low light output, which is due to the design, a significant level of the components in the radiation spectrum lying outside the range of visible light (ultraviolet and infrared radiation), absorption of part of the light energy in the volume of the material of the light-scattering bulb. The light output of a known halogen incandescent lamp does not exceed 28 Lm / W.

Известна галогенная лампа накаливания, содержащая сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов (Источники света. Каталог Osram/ «Osram», 2010, С. 2.10).Known halogen incandescent lamp containing a network base and mechanically conjugated to it, a light-diffusing bulb of optically transparent material, with a light-emitting bulb of an optically transparent material with an infrared coating installed inside and a filament element with leads connected electrically through the leads to the base and filled with a working a substance including buffer gas and halogen vapors (Light sources. Osram catalog / Osram, 2010, S. 2.10).

Указанная галогенная лампа накаливания является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.The specified halogen incandescent lamp is the closest in technical essence to a utility model and is selected as a prototype.

Недостатком галогенной лампы накаливания является низкая светоотдача, что обусловлено конструкцией, значительным уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (ультрафиолетовое излучение) и не используемых, поглощением части световой энергии в объеме материала светорассеивающей колбы. Светоотдача известной галогенной лампы накаливания, относящейся к типу IRC (с покрытием, селективно отражающим инфракрасное излучение), достигает 38 Лм/Вт.The disadvantage of a halogen incandescent lamp is its low light output, which is due to the design, a significant level of the components in the radiation spectrum lying outside the range of visible light (ultraviolet radiation) and not used, absorption of part of the light energy in the volume of the material of the light-scattering bulb. The luminous efficiency of the well-known halogen incandescent lamp of the IRC type (with a coating selectively reflecting infrared radiation) reaches 38 Lm / W.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения светоотдачи галогенной лампы накаливания, что является целью полезной модели.The utility model is aimed at solving the problem of increasing the light output of a halogen incandescent lamp, which is the purpose of the utility model.

Указанная цель достигается тем, что галогенная лампа накаливания содержит сетевой цоколь и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами люминофора или смеси люминофоров, с установленной внутри светоизлучающей колбой из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷ 30 бар.This goal is achieved by the fact that the halogen incandescent lamp contains a network base and, mechanically coupled to it, a light-scattering bulb made of an optically transparent material with a layer of a phosphor or a mixture of phosphors applied to the surface or part of the surface, or phosphor particles introduced into the volume or part of the volume or a mixture of phosphors, with a light-emitting bulb installed inside of an optically transparent material with an infrared coating and an incandescent element with leads connected electrically through the leads with by a window and filled with a working substance, including buffer gas and halogen vapor under a pressure of 2 ÷ 30 bar.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение светоотдачи галогенной лампы накаливания, что обусловлено новыми принципами преобразования электрической энергии в световую, сочетанием теплового излучения и люминесценции, эффективным использованием всех составляющих спектра излучения, спецификой устройства (конструкции) и новыми элементами. Преимущества галогенной лампы накаливания: сравнительно низкая стоимость; небольшие размеры; отсутствие пуско-регулирующей аппаратуры; малое время зажигания; отсутствие токсичных компонентов и, как следствие, необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации; возможность работы как на постоянном (любой полярности), так и на переменном токе; возможность изготовления ламп на разное напряжение (от долей до сотен вольт); отсутствие мерцания и шума при работе на переменном токе; низкий спад светового потока; практически непрерывный спектр излучения; устойчивость к электромагнитному импульсу; нормальная работа при низких температурах окружающей среды; возможность использования разработанных регуляторов яркости в широких пределах; большой срок службы (до 6÷ 8 тыс. час.).A significant difference characterizing the utility model is an increase in the light output of a halogen incandescent lamp, which is due to new principles of converting electric energy into light, a combination of thermal radiation and luminescence, the effective use of all components of the radiation spectrum, the specificity of the device (design) and new elements. Advantages of a halogen incandescent lamp: relatively low cost; small sizes; lack of start-up control equipment; short ignition time; lack of toxic components and, as a consequence, the need for infrastructure for collection and disposal; the ability to work both on direct (any polarity), and on alternating current; the ability to manufacture lamps for different voltages (from fractions to hundreds of volts); lack of flicker and noise when working on alternating current; low decline in luminous flux; almost continuous spectrum of radiation; resistance to electromagnetic impulse; normal operation at low ambient temperatures; the ability to use developed brightness controls over a wide range; long service life (up to 6 ÷ 8 thousand hours).

Повышение светоотдачи галогенной лампы накаливания является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства и преобразования электрической энергии в световое излучение, особенностями новой конструкции и новыми элементами, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой галогенной лампы накаливания являются существенными.The increase in light output of a halogen incandescent lamp is a technical result due to new principles of the device and the conversion of electrical energy into light radiation, features of a new design and new elements, that is, the hallmarks of a utility model. Thus, the hallmarks of the claimed halogen incandescent bulbs are significant.

На рисунке приведена типовая конструкция галогенной (одноцокольной) лампы накаливания со стандартным сетевым цоколем.The figure shows a typical design of a halogen (single-ended) incandescent lamp with a standard mains base.

Галогенная лампа накаливания содержит сетевой цоколь 1 и, сопряженную с ним механически, светорассеивающую колбу 2 из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами 3 люминофора или смеси люминофоров, с установленной внутри светоизлучающей колбой 4 из оптически прозрачного материала с инфракрасным покрытием и элементом накала с выводами, соединенным электрически через выводы с цоколем, и заполненной рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷ 30 бар.A halogen incandescent lamp contains a network base 1 and a mechanically conjugated light-scattering bulb 2 made of an optically transparent material with a layer of a phosphor or a mixture of phosphors deposited on the surface or part of the surface, or introduced into the volume or part of the volume by particles 3 of a phosphor or mixture of phosphors, with an inner light-emitting bulb 4 made of an optically transparent material with an infrared coating and a filament element with leads connected electrically through the leads to the base and filled with tage comprising a buffer gas and a pair of pressurized 2 halogens ÷ 30 bar.

Галогенная лампа накаливания в установившемся режиме работает следующим образом. Через сетевой цоколь 1 стандартного вида лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока напрямую или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Светорассеивающая колба 2 из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами 3 люминофора или смеси люминофоров является важной частью конструкции, которая выполняет несущую, защитную, светорассеивающую и светопреобразующую функции. Слой (частицы) 3 люминофора (смеси люминофоров) также обеспечивает равномерность распределения яркости по поверхности светорассеивающей колбы 2 лампы, устраняет слепящий эффект и ультрафиолетовое излучение в спектре. Светорассеивающая колба 2 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 1. Слой или частицы 3 люминофора поглощают энергию излучения лампы (светоизлучающая колба 4) в ультрафиолетовом диапазоне и переизлучают ее в виде резонансных линий видимого света. Одновременно часть инфракрасного излучения лампы может преобразовываться слоем или частицами 3 люминофора в более коротковолновое излучение видимой области спектра (антистоксовый люминофор). Таким образом, спектр излучения новой лампы становится «смешанным» и состоит из сплошного спектра теплового излучения элемента накала и резонансных линий люминофора (частиц) 3 или смеси люминофоров. В результате светоотдача новой галогенной лампы накаливания возрастает. Светоизлучающая колба 4 из оптически прозрачного материала выполнена с инфракрасным покрытием (отражающим инфракрасное излучение и пропускающим видимое и ультрафиолетовое излучение), содержит элемент накала с выводами, соединенный электрически через выводы с цоколем 1, и заполнена рабочим веществом, включающим буферный газ и пары галогенов под давлением 2÷ 30 бар. Добавление в буферный газ паров галогенов (брома, хлора, фтора, йода или их соединений) повышает срок службы лампы до 8 тыс. часов. При этом рабочая температура элемента накала составляет примерно 3000 К. Йод (если он, например, используется) совместно с остаточным кислородом в светоизлучающей колбе 4 вступает в химическое соединение с испарившимися из элемента накала атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым. При высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Испарившиеся атомы вольфрама высвобождаются, таким образом, либо на самом элементе накала светоизлучающей колбы 4, либо вблизи него. Добавление галогенов (или их соединений) предотвращает осаждение вольфрама на оптически прозрачном материале светоизлучающей колбы 4, при условии, что температура материала выше 250÷ 300 °С. По причине отсутствия почернения светоизлучающей колбы 4 галогенной лампы накаливания из-за обратимости галогенного цикла, ее можно изготавливать с очень компактными размерами. Сравнительно малый объем светоизлучающей колбы 4 позволяет, с одной стороны, использовать большее (2÷ 30 бар) рабочее давление (что опять же ведет к уменьшению скорости испарения материала элемента накала) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять светоизлучающую колбу 4 тяжелыми инертными (буферными) газами, например, ксеноном, что ведет к уменьшению потерь энергии за счет теплопроводности. Все это также удлиняет срок службы галогенной лампы накаливания и повышает ее светоотдачу. Заявляемая лампа является так называемой IRC-галогенной лампой накаливания (IRC означает «инфракрасное покрытие»). На светоизлучающую колбу 4 лампы, в этом случае, нанесено специальное (интерференционное) покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к элементу накала. То есть, часть энергии, которая в обычных галогенных лампах накаливания преобразуется в невидимое инфракрасное излучение (более 60%), в лампах с инфракрасным покрытием преобразовывается обратно в свет. Указанное становится возможным благодаря структуре покрытия, которое возвращает инфракрасное излучение на элемент накала, где оно частично поглощается. Возврат тепла вызывает повышение температуры элемента накала, вследствие чего подачу электроэнергии можно снизить. Именно, за счет этого уменьшаются общие потери энергии и, как следствие, увеличивается светоотдача лампы. Одновременно удваивается срок службы новой лампы (по сравнению с обычной галогенной лампой накаливания).Halogen incandescent lamp in steady state works as follows. Through a standard-type mains base 1, the lamp is connected directly to a conventional AC mains supply or to a special DC network (source). A light-scattering bulb 2 made of an optically transparent material with a layer of a phosphor or a mixture of phosphors applied to the surface or part of the surface, or introduced into the volume or part of the volume by particles 3 of a phosphor or mixture of phosphors, is an important part of the structure that performs the supporting, protective, light-scattering and light-converting functions . The layer (particles) 3 of the phosphor (mixture of phosphors) also provides a uniform distribution of brightness on the surface of the light-scattering bulb 2 of the lamp, eliminates the glare effect and ultraviolet radiation in the spectrum. The light-scattering bulb 2 is rigidly mechanically connected (coupled) to the cap 1. The phosphor layer or particles 3 absorb the radiation energy of the lamp (light-emitting bulb 4) in the ultraviolet range and re-emit it in the form of resonant lines of visible light. At the same time, part of the infrared radiation of the lamp can be converted by a layer or particles of 3 phosphor into a shorter wavelength radiation of the visible region of the spectrum (anti-Stokes phosphor). Thus, the emission spectrum of a new lamp becomes "mixed" and consists of a continuous spectrum of thermal radiation of the filament element and the resonance lines of the phosphor (particles) 3 or a mixture of phosphors. As a result, the light output of the new halogen incandescent lamp increases. The light-emitting flask 4 of an optically transparent material is made with an infrared coating (reflecting infrared radiation and transmitting visible and ultraviolet radiation), contains a filament element with leads, electrically connected through the leads to cap 1, and is filled with a working substance, including buffer gas and pressure halogen pairs 2 ÷ 30 bar. Adding halogen vapors (bromine, chlorine, fluorine, iodine or their compounds) to the buffer gas increases the lamp life up to 8 thousand hours. In this case, the operating temperature of the filament element is approximately 3000 K. Iodine (if it is used, for example) together with the residual oxygen in the light emitting flask 4 enters into a chemical compound with tungsten atoms evaporated from the filament element. This process is reversible. At high temperatures, the compound breaks down into constituent substances. The evaporated tungsten atoms are thus released either on or near the glow element of the light emitting bulb 4. The addition of halogens (or their compounds) prevents the deposition of tungsten on the optically transparent material of the light emitting flask 4, provided that the temperature of the material is above 250 ÷ 300 ° C. Due to the lack of blackening of the light emitting bulb 4 of the halogen incandescent lamp due to the reversibility of the halogen cycle, it can be manufactured with very compact dimensions. The relatively small volume of the light emitting flask 4 allows, on the one hand, to use a larger (2 ÷ 30 bar) working pressure (which again leads to a decrease in the rate of evaporation of the material of the filament element) and, on the other hand, without significantly increasing the cost, fill the light emitting flask 4 with heavy inert (buffer) gases, for example, xenon, which leads to a decrease in energy loss due to thermal conductivity. All this also extends the life of the halogen incandescent lamp and increases its light output. The inventive lamp is the so-called IRC-halogen incandescent lamp (IRC means "infrared coating"). On the light-emitting flask 4 of the lamp, in this case, a special (interference) coating is applied, which transmits visible light, but delays infrared (thermal) radiation and reflects it back to the glow element. That is, part of the energy that is converted into invisible infrared radiation in conventional halogen incandescent lamps (more than 60%) is converted back into light in infrared-coated lamps. This is made possible by the structure of the coating, which returns infrared radiation to the filament element, where it is partially absorbed. Heat return causes an increase in the temperature of the filament element, as a result of which the power supply can be reduced. Namely, due to this, the overall energy loss is reduced and, as a result, the light output of the lamp increases. At the same time, the life of a new lamp doubles (compared to a conventional halogen incandescent lamp).

По сравнению с прототипом существенно повышается светоотдача галогенной лампы накаливания при сохранении всех ее преимуществ. Это обеспечивается за счет полного использования энергии составляющих спектра излучения. За счет вынесения люминофорного слоя или частиц люминофора или смеси люминофоров за пределы конструкции светоизлучающей колбы уменьшается нагрев люминофорного слоя (за счет улучшения условий отвода тепла от люминофорного слоя и отсутствия разогрева теплопередачей от светоизлучающей колбы). Люминофорный слой (частицы люминофора или смеси люминофоров) в заявляемом устройстве, таким образом, работает при относительно низкой температуре и надежно изолирован (изолированы) от неблагоприятных температурных воздействий. Светоотдача новой галогенной лампы накаливания за счет совместного эффективного использования теплового излучения и люминесценции может быть повышена на 15÷ 20 % (до 47 лм/Вт).Compared with the prototype, the light output of a halogen incandescent lamp is significantly increased while maintaining all its advantages. This is ensured by the full use of the energy of the components of the radiation spectrum. Due to the removal of the phosphor layer or particles of the phosphor or mixture of phosphors outside the design of the light emitting bulb, the heating of the phosphor layer decreases (due to improved conditions for heat removal from the phosphor layer and the absence of heating by heat transfer from the light emitting bulb). The phosphor layer (phosphor particles or a mixture of phosphors) in the inventive device, thus, operates at a relatively low temperature and is reliably isolated (isolated) from adverse temperature effects. The luminous efficiency of a new halogen incandescent lamp due to the joint effective use of thermal radiation and luminescence can be increased by 15 ÷ 20% (up to 47 lm / W).

Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по поверхности светорассеивающей колбы и исключения слепящего эффекта существенно расширяется область применения новой галогенной лампы накаливания. Она может быть, в частности, использована как прямая замена обычных ламп накаливания, а также галогенных ламп накаливания в различных системах освещения.Additionally, compared with the prototype, due to the alignment of brightness on the surface of the diffuser bulb and the elimination of the glare effect, the scope of the new halogen incandescent lamp is significantly expanded. It can be, in particular, used as a direct replacement for conventional incandescent lamps, as well as halogen incandescent lamps in various lighting systems.

За счет сравнительно низких рабочих температур люминофорного слоя (частиц люминофора или смеси люминофоров) светорассеивающей колбы не только обеспечивается предельная светоотдача новой галогенной лампы накаливания, но и сохраняется малый временной спад светового потока при длительной эксплуатации устройства, что является дополнительным преимуществом и также расширяет область ее применения.Due to the relatively low operating temperatures of the phosphor layer (phosphor particles or phosphor mixture) of the light-scattering bulb, not only is the maximum light output of the new halogen incandescent lamp, but also a small temporary decrease in the light flux during long-term operation of the device, which is an additional advantage and also expands its scope .

Claims

A halogen incandescent lamp containing a network base and a mechanically diffusing bulb connected to it from an optically transparent material with a layer of a phosphor or a mixture of phosphors deposited on the surface or part of the surface, or introduced into the volume or in part of the volume by particles of a phosphor or mixture of phosphors, with the light emitting inside a bulb made of an optically transparent material with an infrared coating and a filament element with leads connected electrically through the leads to the base and filled with a working substance by means of a buffer gas and halogen vapor under a pressure of 2–30 bar.