RU2810107C1

RU2810107C1 - Cylindrical type cathodoluminescent lamp

Info

Publication number: RU2810107C1
Application number: RU2022126081A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Глазунов; Георгий Валерьевич Глазунов; Владимир Игоревич Фролов; Николай Александрович Цурков; Евгений Павлович Шешин; Иван Фэритович Ханбеков; Максим Геннадьевич Горшков; Илья Алексеевич Савичев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Торговый Дом "ХИММЕД"
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2023-12-21

Abstract

FIELD: disinfection.

SUBSTANCE: invention relates to mercury-free cathodoluminescent lamps of a cylindrical type and can be used in medical institutions for surface disinfection, as well as in air purification systems. A cylindrical cathodoluminescent lamp includes a bulb 1, a cathodoluminescent phosphor 2, an anode 3, a modulator 6, a cathode 5, and a getter 7. Cathode 5 is a spiral of wire wound on a guide rod 4, and modulator 6 is located coaxially with cathode 5. The cathode 5 is made with taps 10 of the same resistance.

EFFECT: increasing in the power of visible and UV radiation due to an increase in the uniformity of electron radiation.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к безртутным катодолюминесцентным лампам цилиндрического типа и может быть использовано в медицинских учреждениях для обеззараживания поверхности, а также в системах очистки воздуха.The invention relates to mercury-free cathodoluminescent lamps of a cylindrical type and can be used in medical institutions for surface disinfection, as well as in air purification systems.

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).A cylindrical field emission radiation source of increased power is known, in which the anode structure is a prism consisting of five elements concave to the center and coated with a cathodoluminophor. Opposite each concave element of the anode, a field emission cathode is located coaxially (US Pat. US 2013/0015758 A1 dated January 17, 2013).

Недостаток этого источника заключается в неравномерности засветки катодолюминофора.The disadvantage of this source is the uneven illumination of the cathodoluminophore.

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).A cylindrical field emission source of directed radiation is also known. In this source, an anode layer is applied to the inner half of the cylindrical flask, which, in turn, is coated with a cathodoluminophore layer. Along the axis of the flask there is a field cathode made in the form of a rod with ZnO crystals or carbon nanotubes deposited on it. To increase the dissipative power, a radiator can be located outside the flask opposite the anode layer (patent EP 2472552 A1 dated July 4, 2012).

Недостаток этого источника заключается также в неравномерности засветки катодолюминофора.The disadvantage of this source is also the uneven illumination of the cathodoluminophore.

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)A field emission source of UV radiation of a cylindrical type is also known, containing a flask, a cathodoluminophor, an anode and a coaxially located field cathode. The field cathode is a wire on which carbon nanotubes are applied along the circumference, the ends of which are emitters of electrons, which, under the influence of an electric field, bombard the cathodoluminophore and thereby cause UV radiation (patent US 10692713 B2 dated 06/23/2020)

Недостаток этого источника состоит в неравномерности излучения, и, как следствие, уменьшение мощности УФ излучения.The disadvantage of this source is the unevenness of the radiation, and, as a consequence, a decrease in the power of UV radiation.

Это изобретение выбрано в качестве прототипа предложенного решения.This invention is selected as a prototype of the proposed solution.

Технический результат изобретения заключается в увеличении мощности видимого и УФ излучения за счет увеличения равномерности излучения электронов.The technical result of the invention is to increase the power of visible and UV radiation by increasing the uniformity of electron radiation.

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.The technical result of the invention is achieved by the fact that in a cylindrical cathodoluminescent lamp, including a bulb, a cathodoluminescent phosphor, an anode, a cathode, a getter, the cathode is a spiral of wire wound on a guide rod, and the modulator is located coaxially with the cathode. There is an option in which the cathode is made of tungsten wire in the form of a spiral with the addition of 5% rhenium.

Существует также вариант, в котором катод покрыт слоем алунда и слоем (Ba, Ca, Sr)CO₃.There is also an option in which the cathode is coated with a layer of alundum and a layer of (Ba, Ca, Sr)CO ₃ .

Существует также вариант, в котором направляющий стержень выполнен из металла.There is also an option in which the guide rod is made of metal.

Существует также вариант, в котором направляющий стержень выполнен из керамики.There is also an option in which the guide rod is made of ceramic.

Существует также вариант, в котором направляющий стержень выполнен из кварцевого стекла.There is also an option in which the guide rod is made of quartz glass.

Существует также вариант, в котором катод выполнен с отводами, имеющими одинаковое электрическое сопротивление.There is also an option in which the cathode is made with leads having the same electrical resistance.

Существует также вариант, в котором модулятор выполнен в виде проволочной спирали из тугоплавкого металла с прозрачностью более 95%.There is also an option in which the modulator is made in the form of a wire spiral made of refractory metal with a transparency of more than 95%.

Существует также вариант, в котором модулятор выполнен в виде цилиндра из фольги тугоплавкого металла с окнами и прозрачностью не менее 90%.There is also an option in which the modulator is made in the form of a cylinder made of refractory metal foil with windows and a transparency of at least 90%.

На фиг. 1 изображена конструкция катодолюминесцентной лампы цилиндрического типа.In fig. 1 shows the design of a cylindrical type cathodoluminescent lamp.

На фиг. 2 представлен вариант последовательного подключения катода.In fig. Figure 2 shows an option for connecting a cathode in series.

На фиг. 3 представлен вариант параллельного подключения катода.In fig. Figure 3 shows an option for parallel connection of the cathode.

На фиг. 4 представлен вариант выполнения модулятора из проволочной спирали.In fig. Figure 4 shows an embodiment of the modulator made of a wire spiral.

На фиг. 5 представлен вариант выполнения модулятора один из фольги тугоплавкого металла.In fig. Figure 5 shows an embodiment of the modulator, one made of refractory metal foil.

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.A cylindrical cathodoluminescent lamp includes a flask 1 (Fig. 1), made in the form of a cylinder made of glass, for example, uviol. On the side surface inside the flask 1, a cathodoluminophor 2 and an anode 3, representing an aluminum film with a thickness of 10-50 microns, are successively applied. In the center of the flask 1 there is a guide rod 4 with a cathode 5 wound on it in the form of a spiral. Cathode 5 is a directly heated thermal cathode, which gives uniform emission along the entire length of the lamp. A modulator 6 is located around the cathode 5 coaxially with it. There is a variant in which the cathode 5 is made of tungsten wire in the form of a spiral with the addition of 5% rhenium.

Добавка рения повышает стабильность термоэмиссионного тока и долговечность работы катода 5.The addition of rhenium increases the stability of the thermionic current and the service life of the cathode 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 7Getter 7 is made in the form of a pressed tablet, usually oval or cylindrical. It is electrically isolated from all electrodes of the lamp and, after unsoldering the lamp, maintains a stable pressure in the lamp of the order of 10 ^-6 mmHg. throughout the entire service life. Base 8 is a standard unit for all vacuum lamps and is a glass board with leads 9 of all lamp electrodes, and also, as a rule, contains a glass tube for pumping. Two pins 9 are used to connect the cathode 5. Two or three pins 9 are used to connect the modulator 6. Two or three pins 9 are used to connect the anode 3. Two pins 9 are used to connect the getter 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.There are options in which the cathode 5 is covered with a layer of alundum 1-5 μm thick and a layer of ternary carbonate (Ba, Ca, Sr)CO ₃ , which increases the durability of the cathode 5 and its emission efficiency.

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.There are options in which the guide rod 4 is made of metal, for example, tungsten or molybdenum, or ceramics, for example, alundum 22XC, or quartz glass, which expands the range of applications of such cathodoluminescent lamps.

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.There is an option in which the cathode 5, depending on the length and power of the lamp, can be connected in series through taps 10 (Fig. 2) or in parts in parallel through taps 10 (Fig. 3). This ensures optimal voltage and current for the lamp filament.

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.There is an option in which the modulator 6 (Fig. 4) is made in the form of a spiral made of wire of a refractory material, for example tungsten or molybdenum with a transparency of more than 95%. The spiral can be single or double, depending on the power and length of the lamp. For example, for a lamp length up to 100 mm, a single-thrust spiral is sufficient, but for a longer lamp length it is better to use a double-threaded spiral. To strengthen the spiral, a traverse for fastening the modulator 11 can be used in the amount of two or three pieces. This increases the strength of the structure.

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%.There is an option in which the modulator 6 (Fig. 5) is made in the form of a cylinder made of refractory metal foil 12 with windows 13. This is especially necessary for lamps operating in conditions of high vibration. Windows 13 in foil can be of different shapes, for example, rectangular, round, rhombic, but the overall transparency must be more than 90%.

Катодолюминесцентная лампа цилиндрического типа работает следующим образом.A cylindrical type cathodoluminescent lamp works as follows.

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.When a small voltage (units - tens of volts) is applied to the cathode 5, the latter heats up and begins to emit electrons. The flow of electrons is regulated by the potential on the modulator 6. Then, under the potential of the anode 3 (aluminum layer plus cathodoluminophor) of the order of 10 kV, the electrons emitted by the cathode 5 jump through the aluminum layer and excite the cathodoluminophor 2, which shines in the range corresponding to its chemical composition. Bulb glass grade 1 corresponds to the emission range of the cathodoluminophore. A mercury-free cathodoluminescent lamp of a cylindrical type with a directly heated thermal cathode and a modulator makes it possible to increase the uniformity of the cathodoluminescent phosphor glow and thereby increase the efficiency. lamps. The uniformity of luminescence of such a lamp can reach 99% of the phosphor area, which increases efficiency. lamps to the maximum value determined by the chemical composition of the phosphor and its emission spectrum.

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.The fact that in a cylindrical cathodoluminescent lamp, including a bulb 1, a cathodoluminescent phosphor 2, anode 3, cathode 5, getter 7, cathode 5 is a spiral of wire wound on a guide rod 4, and the modulator 6 is located coaxially with the cathode 5 leads to an increase in power visible and UV radiation due to increased uniformity of electron radiation since spiral cathode 5 has greater uniformity and power compared to a straight wire cathode.

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.The fact that cathode 5 is made of tungsten wire in the form of a spiral with the addition of 5% rhenium leads to an increase in the power of visible and UV radiation due to an increase in the uniformity of electron radiation since The addition of rhenium reduces the work function of the W-Re alloy and increases the stability and durability of the emission current from a thermionic cathode of this type.

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.The fact that the cathode 5 is covered with a layer of alundum and a layer of ternary carbonate leads to an increase in the power of visible and UV radiation due to an increase in the uniformity of electron radiation since Coating the cathode with alundum and a layer of ternary carbonate increases the stability of the cathode and reduces the electron work function.

То, что направляющий стержень 4 выполнен из металла приводит к повышению прочности конструкции.The fact that the guide rod 4 is made of metal increases the strength of the structure.

То, что направляющий стержень 4 выполнен из керамики приводит к усилению электроизоляционных свойств конструкции и к повышению ее надежности.The fact that the guide rod 4 is made of ceramic enhances the electrical insulating properties of the structure and increases its reliability.

То, что направляющий стержень 4 выполнен из кварцевого стекла приводит к усилению электроизоляционных свойств конструкции и к ее удешевлению.The fact that the guide rod 4 is made of quartz glass leads to an increase in the electrical insulating properties of the structure and to its reduction in cost.

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.The fact that the cathode 5 is made with taps 10 of the same resistance leads to an increase in the power of visible and UV radiation due to an increase in the uniformity of electron radiation. This embodiment of the cathode 5 allows you to regulate the power supply (both voltages and currents), which affects the uniformity of the cathode radiation.

То, что модулятор 6 выполнен в виде проволочной спирали из тугоплавкого металла с прозрачностью более 95% позволяет просто и эффективно управлять мощностью электронного потока.The fact that modulator 6 is made in the form of a wire spiral made of refractory metal with a transparency of more than 95% makes it possible to simply and effectively control the power of the electronic flow.

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.The fact that the modulator 6 is made in the form of a cylinder made of refractory metal foil 12 with windows 13 and a transparency of at least 90% leads to an increase in the rigidity of the structure. This version of the modulator is most convenient for devices operating in conditions of high vibration.

Claims

1. A cathodoluminescent lamp of a cylindrical type, including a bulb, a cathodoluminescent phosphor, an anode, a modulator, a cathode, a getter, wherein the cathode is a spiral of wire wound on a guide rod, and the modulator is located coaxially with the cathode, characterized in that the cathode is made with taps of the same resistance .

2. A cylindrical cathodoluminescent lamp according to claim 1, characterized in that the guide rod is made of ceramic.

3. Cathodoluminescent lamp of the cylindrical type item 1, characterized in that the guide rod is made of quartz glass.

4. A cylindrical cathodoluminescent lamp according to claim 1, characterized in that the modulator is made in the form of a wire spiral made of refractory metal with a transparency of more than 95%.

5. A cylindrical cathodoluminescent lamp according to claim 1, characterized in that the modulator is made in the form of a cylinder made of refractory metal foil with windows and a transparency of at least 90%.