Електрична лампа розжарювання ( варіанти ) та склад інертного газу для наповнення лампи

1 Електрична лампа розжарювання, яка містить тіло розжарення, що закріплене в колбі, наповненій інертним газом під тиском, яка відрізняється тим, що лампа наділена сферичною лінзою, яка встановлена по оптичній осі, виконана у вигляді частини світловипромінювальної поверхні колби, і має координацію світлового центру та сферичної лінзи ВІДПОВІДНО ДО умови си нусів Аббе =пПрзобр де - лінійний розмір світлового центру, Ппрзобр - ЛІНІЙНИЙ розмір зображення світлового центру, що проектується, пі - показник переломлення світла в інертному газі, П2 - показник переломлення світла в повітрі, ц>1 - кут розкриття пучка світла усередині лампи, \\>2 - кут розкриття пучка світла поза лампою 2 Електрична лампа розжарювання, яка містить тіло розжарення, що закріплене в колбі, напов Запропоновані винаходи відносяться до електротехніки, зокрема, до джерел світла, і можуть бути використані у виробництві електричних ламп розжарювання, наприклад, для застосування в шахтних світильниках, газоаналізаторах, оптичних системах та інших галузях техніки При розробці електричних ламп розжарювання важливими параметрами випромінювання є концентрація світлового потоку в заданому напрямку неній інертним газом під тиском, яка відрізняється тим, що лампа оснащена сферичною лінзою, яка встановлена по оптичній осі, виконана у вигляді частини світловипромінювальної поверхні колби, і має координацію світлового центру ВІДПОВІДНО до умови Лагранжа-Гемгольца П с в ц Х П І Х Ц / ! =ГіПрзобрхП2хЧ>2. де Псвц - лінійний розмір світлового центру, Ппрзобр - ЛІНІЙНИЙ розмір зображення світлового центру, що проектується, пі - показник переломлення світла в інертному газі, П2 - показник переломлення світла в повітрі, ц>1 - кут розкриття пучка світла усередині лампи, \\>2 - кут розкриття пучка світла поза лампою 3 Електрична лампа розжарювання за пп 1,2, яка відрізняється тим, що сферична лінза розташована опуклістю в ЗОВНІШНІЙ простір 4 Електрична лампа розжарювання за пп 1,2, яка відрізняється тим, що сферична лінза розташована опуклістю усередину колби 5 Склад інертного газу для наповнення електричної лампи розжарювання, що містить криптон і ксенон, який відрізняється тим, що зазначені компоненти узяті в співвідношенні з умови одержання коефіцієнта переломлення світла в інертному газі в межах 1,4-1,65 і визначені КІЛЬКІСНО, об Криптон Ксенон % 91,9-94,5 5,5-9,1 з одночасним забезпеченням яскравості освітлення Відома, наприклад, електрична лампа розжарювання, що містить дві або більше паралельно з'єднані нитки або секції однієї нитки розжарення Параметри спіралей можуть мати різні розміри довжини, поперечного перетину, кроку намотки Один з варіантів конструкції має спіраль із кроком намотки, який відрізняється на різних ділянках О со (О ю 56341 спіралі [європейський патент №0280475, МКИ рення, закріплене в колбі, яка наповнена інертним Н01К9/02, 1989] газом під тиском, - згідно винаходу, - наділена сферичною лінзою, яка встановлена по оптичній Лампа має підвищений термін служби в реосі, виконана у вигляді частини світловипромінюзультаті наявності паралельно включених тіл розвальної поверхні колби, і має координацію світложарювання, при перепаленні одного з яких лампа вого центру та сферичної лінзи ВІДПОВІДНО ДО умопродовжує працювати ви синусів Аббе Склад інертного газу для наповнення лампи в патенті не приведений Псв ц X Пі X Б І п Ч ^ П п р зобр X П2 X БІПЧ^, Відома електрична лампа розжарювання, що де Псвц - лінійний розмір світлового центру, містить тіло розжарення, закріплене в колбі, напоПпрзобр - лінійний розмір зображення світлововненій інертним газом під тиском [патент США го центру, що проектується, 4 №4918356, МКИ Н01 к/18, 1990] пі - показник переломлення світла в інертному Особливістю лампи є використання інертного газі, газу під тиском У процесі роботи лампи відбуваП2 - показник переломлення світла в повітрі, ється зменшення швидкості випару вольфрамово4*1 - кут розкриття пучка світла усередині ламго тіла розжарення в результаті впливу інертного пи, газу на масу тіла розжарення При цьому одночас4*2 - кут розкриття пучка світла поза лампою но з ростом світловіддачі збільшуються втрати Електрична лампа пропонується в двох варіавиробленої потужності Для зменшення втрат понтах на основі умови синусів Аббе та другий варітужності застосовують гази з більшою молекулярант - ВІДПОВІДНО до умови Лагранжа-Гемгольца ною масою ВІДПОВІДНО ДО другого варіанта відома консВідомий, наприклад, склад інертного газу для трукція лампи розжарювання, що містить тіло рознаповнення лампи, що містить технічний криптон, жарення, закріплене в колбі, наповненій інертним який складається з криптона і ксенона [Е И Афагазом під тиском - ВІДПОВІДНО ДО винаходу, наділенасьева, В М Скобелев, "Источники света и аппана сферичною лінзою, яка встановлена по оптичратура пускорегулирующая,", М Энергоатомизній осі, виконана у вигляді частини світловипромідат, 1986, стр 39] Цей склад забезпечує нювальної поверхні колби, і має координацію збільшення терміна служби тіла розжарення з одсвітлового центру та оптичної лінзи ВІДПОВІДНО до ночасним збільшенням світловіддачі умови Лагранжа-Гемгольца Більш ВИСОКИЙ ступінь світловіддачі має елексв ц X Г11 X т і - Г 1 р зобр X ГІ2 X Т 2 , трична лампа розжарювання рудничного типу, яка де Псв ц - лінійний розмір світлового центру, містить тіло розжарення у вигляді основної і резеПпрзобр - лінійний розмір зображення світловорвної спіралей, закріплених на електродному вузлі го центру, що проектується, в середині колби, заповненої ксеноном під тиском пі - показник переломлення світла в інертному (патент України № 29573, 6Н01К1/14, Н01/18, газі, Н01К9/02, 2000г) П2 - показник переломлення світла в повітрі, Указана лампа приймається в якості прототипу 4*1 - кут розкриття пучка світла усередині ламваріантів винаходу - "Електричної лампи розжарюпи, вання", який входить у групу винаходів, що заяв4*2 - кут розкриття пучка світла поза лампою ляються Загальний винахідницький задум у розробці У якості прототипу винаходу - "склад інертного двох варіантів електричних ламп розжарювання газу для наповнення лампи" приймається склад, полягає в створенні гомоцентричного пучка світла що містить криптон, ксенон і азот при наступному усередині і поза лампою на основі єдиної законоспіввідношенні компонентів, об % мірності, що складає суть умов синусів Аббе і ЛагКриптон 79,8-83,7, ранжа-Гемгольца, та зміни аналогічних оптикоКсенон 4,2-6,3, механічних параметрів Азот 10-16, Причинно-слідчий зв'язок між сукупністю [авторське посвідчення СРСР №1458907, ознак, що заявляється, і технічним результатом 4Н01К1/50, 1989р] полягає в наступному Істотною конструктивною особливістю відомих У лампу розжарювання введена сферична лінаналогів та прототипу запропонованої лампи є за, встановлена на и оптичній осі Сферична лінза встановлена фіксація світлового центру випроміє межею поділу двох середовищ складу інертного нювання При цьому відбувається розсіювання газу для наповнення лампи і повітря поза лампою світлового потоку як по оптичній осі лампи, так і в Запропоновані оптико-механічні параметри забезпоперечному напрямку, що заважає концентрації печують створення параксіального пучка світлових світлового потоку і стигматичній передачі зони променів гомоцентричного типу, що забезпечує розжарювання в заданому напрямку передачу стигматичного зображення джерела свіУ зв'язку з цим розроблена конструкція електтла, тобто одержання відображення зони розжаричної лампи розжарювання, в якій шляхом створювання лампи в просторі без викривлень рення параксіального (приосьового) пучка світла Сферична лінза в лампі може розташовуватита підтримки його гомоцентричнесті (однорідності) ся опуклістю в ЗОВНІШНІЙ простір або усередину після виходу з лампи, забезпечується стигматична колби, що дозволяє одержати довгофокусну або передача зони розжарювання в заданому напрямкороткофокусну оптичну систему Для комплексноку з орієнтацією щодо оптичної осі лампи го вирішення завдання пропонується новий склад Для досягнення цього рішення відома конструінертного газу для наповнення електричної лампи кція лампи розжарювання, що містить тіло розжаЗагальний винахідницький задум у створенні групи П 56341 винаходів полягає в тому, що розроблено нове криптона і ксенона Докладна характеристика кількісне співвідношення компонентів інертного складу приведена в розділі опису, що стосується газу, яке забезпечує потрібний коефіцієнт перелоконкретного його виконання Лампа наділена сфемлення світла в інертному газі, що дозволяє виричною лінзою 8, встановленою по оптичній осі 2, тримувати додержання умов синусів Аббе і Лагравиконаною у вигляді частини світловипромінюванжа-Гемгольца з одночасним підвищення льної поверхні колби Сферична лінза 8 розміщена світловіддачі у зоні виходу з колби параксіального пучка світлової енергії У даному типі лампи сферична лінза Відомий склад газу - прототип, має меншу сорозташована опуклістю 9 у напрямку зовнішнього бівартість у порівнянні зі складом на основі одного простору 10 ксенона та більш високу світловіддачу порівняно зі складом, який використовує технічний криптон При координації світлового центру 11 ВІДПОВІОднак відомий склад не забезпечує одержання ДНО до умови синусів Аббе розрахункова залежнеобхідного коефіцієнта переломлення світла з ність оптико-механічних параметрів має вид одночасним підвищенням світловіддачі Псв ц X Пі X Sin4 i = h зобр X П X S i n 4 , У зв'язку з цим поставлено завдання створенде Псв ц - лінійний розмір світлового центру, ня складу, у якому шляхом добору КІЛЬКІСНОГО Ппрзобр - лінійний розмір зображення світловоспіввідношення компонентів забезпечується новий го центру, що проектується, технічний результат - одержання необхідного коепі - показник переломлення світла в інертному фіцієнта переломлення з одночасним збільшенгазі, ням світловіддачі П2 - показник переломлення світла в повітрі, Для вирішення поставленого завдання у відо4^1 - кут розкриття пучка світла усередині ламмому складі інертного газу для наповнення електпи, ричної лампи, що містить криптон і ксенон, останні 4^2 - кут розкриття пучка світла поза лампою взяті в співвідношенні з умови одержання коефіціЛІНІЙНИЙ розмір світлового центру п С В ц прийняєнта переломлення світла в інертному газі в метий рівним довжині поверхні спіралі, що випромі/ / np жах 1,4-1,65 і визначені КІЛЬКІСНО, об % Криптон 91,9-94,5 Ксенон 5,5-9,1 Збільшення ксенона в запропонованому співвідношенні компонентів і саме співвідношення, при одночасному усуненні азоту зі складу газу, дозволяє змінити характер падіння світлових променів на сферичну поверхню лінзи й одержати необхідний показник переломлення при одночасному підвищенні світловіддачі лампи Запропонований винахід "Електрична лампа розжарювання" пояснюється схематичним кресленням, на якому подані Фіг 1 - лампа зі сферичною лінзою, розташованою опуклістю в ЗОВНІШНІЙ простір, Фіг 2 - лампа зі сферичною лінзою, розташованою опуклістю усередину колби, Фіг 3 - лампа рудничного типу з основною і резервною спіраллю і сферичною лінзою, Фіг 4 - вид зверху на лампу з місцевим виривом по спіралі (фіг 1), Фіг 5 - лампа руднична з розташуванням спіралі перпендикулярно оптичній осі, виконана на основі умови Лагранжа-Гемгольца, Фіг 6 - розрахункова схема оптико-механічних параметрів лампи Запропонована електрична лампа розжарювання може бути виконана різних типів ла основі умови синусів Аббе, або умови ЛагранжаГемгольца Тип І (фіг 1) Електрична лампа розжарювання має прозору скляну колбу 1, по оптичній осі 2 якої встановлене тіло розжарення у вигляді спіралі 3, що закріплена на двох електродах 4, 5 Електроди впаяні в скляну ніжку 6 і мають виводи, які припаяні до ВІДПОВІДНИХ частин цоколю 7 Прозора скляна колба 1 забезпечує ІЗОЛЯЦІЮ спіралі від зовнішнього середовища Порожнина колби відкачана від повітря і заповнена інертним газом під тиском, який представляє собою склад 2 2 нює, З При координації світлового центру 11 ВІДПОВІДНО до умови Лагранжа-Гемгольца розрахункова залежність має вид Псв ц X Пі X 4 ^ = ГіПр зобр X П 2 X 4^ 2 , де Псв ц - лінійний розмір світлового центру, Ппрзобр - лінійний розмір зображення світлового центру, що проектується, пі - показник переломлення світла в інертному газі, П2 - показник переломлення світла в повітрі, 4^1 - кут розкриття пучка світла усередині лампи, 4*2 - кут розкриття пучка світла поза лампою Координація світлового центру на основі вищенаведеній розрахунковій залежності виконуєтьу у у ся при малих кутах 4 , у такому випадку sin 4 « 4 Геометричні параметри і схема світлового випромінювання приведені на фіг 1 Аналогічні параметри і схема застосовуються у всіх інших типах ламп Тип II (фіг 2) Електрична лампа розжарювання має прозору скляну колбу 12, по оптичній осі 13 якої встановлене тіло розжарення у вигляді спіралі 14, яка розташована перпендикулярно оптичній осі 13 Спіраль 14 закріплена на електродах 15, 16, упаяних у скляну ніжку 17, які мають виводи, припаяні до різних частин цоколю 18 Порожнина прозорої скляної колби 12 відкачана від повітря і заповнена інертним газом під тиском, що представляє собою склад криптона і ксенона Докладна характеристика складу приведена в розділі опису, що стосується його конкретного виконання Лампа наділена сферичною лінзою 19, що встановлена по оптичній осі 13 і виконана у вигляді частини світловипромінювальної поверхні колби Сферична лінза 19 розміщена у зоні виходу з колби 12 параксіального пучка світлової енергії, та встановлена опуклістю 20 усередину прозорої 56341 скляної колби 12 Координація світлового центру 12 виконується ВІДПОВІДНО до умови синусів Аббе, або умови Лагранжа-Гемгольца, приведених при характеристиці типу 1 лампи Тип III (фігЗ) Електрична лампа розжарювання рудничного типу має прозору скляну колбу 22, по оптичній осі 23 якої встановлене тіло розжарення у вигляді основної і резервної спіралей 24, 25, закріплених на Г-подібних електродах 26, 27 Електроди впаяні в скляну ніжку 28 і мають виводи, які припаяні до ВІДПОВІДНИХ частин цоколю 29 Порожнина колби відкачана від повітря і заповнена інертним газом під тиском КІЛЬКІСНИЙ склад інертного газу, який складається з криптона і ксенона, приведений у розділі опису, що стосується його конкретного виконання Лампа наділена сферичною лінзою ЗО, що встановлена по оптичній осі 23 і виконана у вигляді частини світловипромінювальної поверхні колби Сферична лінза ЗО розміщена у зоні виходу з колби 22 параксіального пучка світлової енергії У даному типі лампи сферична лінза ЗО розташована опуклістю 31 усередину лампи Координація світлового центру 32 виконується ВІДПОВІДНО до умови синусів Аббе, або умови Лагранжа-Гемгольца, приведених при характеристиці типу І лампи Тип IV (фіг 5) Електрична лампа розжарювання виконана з координацією світлового центру на основі умови Лагранжа-Гемгольца Лампа має прозору скляну колбу 33 по оптичній осі 34 якої встановлене тіло розжарення у вигляді спіралі 35, яка закріплена на двох електродах 36, 37 Електроди впаяні в скляну ніжку 38 і мають виводи, які припаяні до ВІДПОВІДНИХ частин цоколю 39 Порожнина колби відкачана від повітря і заповнена інертним газом під тиском Інертний газ складається з криптона і ксенона, КІЛЬКІСНИЙ склад якого приведений у розділі опису, що стосується його конкретного виконання Лампа наділена сферичною лінзою 40, що встановлена по оптичній осі 34 і виконана у вигляді частини світловипромінювальної поверхні колби Сферична лінза 40 встановлена у зоні виходу з колби 33 параксіального пучка світлової енергії і встановлена опуклістю 41 усередину лампи Координація світлового центру 42 і сферичної лінзи 41 виконується ВІДПОВІДНО до умови Лагранжа-Гемгольца Нижче приведений приклад розрахунку оптико-механічних параметрів запропонованої конструкції електричної лампи розжарювання (фіг 6) Варіанти лампи розжарювання за умовою синусів Аббе Псвц Х П і X S i n т 1 ~ П пр зобр X П2 X Псвц=2мМ , пі=1,5, п2=1,004, О л ,нзи=16ММ, ¥і=35, sin¥i=0,5736, sin¥2=0,0349, 8 Ола (діаметр активної частини лінзи) = 14мм, Шуканий параметр Ппр зобр Псв ц X Пі X Б І п Ч - ^ П п р зобр X П2 X БІпЧ-'г, 2 х 1,5 х 0,5736 = гін в х 1,004 х 0,0349, пПр зобр = 4 9 , 1 1 м м Для варіанта лампи на основі умови ЛагранжаТем гольца Псвц X Пі X Т | - Ппр зобр X П2 X х 2, Псвц=2мМ пі=1,5, п2=1,004, Олінзи та Ола визначаються за результатами розрахунку оптико-геометричних параметрів, пПр зобр - 2 м м Шуканий параметр Псвц Х П і X Т | - Ппр зобр X П2 X 2x1,5x1 = 2 х 1 , 0 0 4 х ¥ Т2 2 У зв'язку з аналогією схеми світлового випромінювання для всіх чотирьох наведених типів ламп як приклад приведений опис роботи лампи типу І Нагрівання спіралей 3 відбувається при підведенні струму через цоколь 7, електроди 4, 5 Пучок світла, обумовлений кутом розкриття 24^1, надходить від нагрітої спіралі 3, що умовно видається світловим центром 11, через сферичну лінзу 8 у ЗОВНІШНІЙ простір 10 Розкриття світлового пучка в зовнішньому просторі відбувається під кутом 24^2 Подання світлових променів здійснюється вузьким конусом у формі параксіального пучка Після переломлення через сферичну лінзу світловий пучок збігається також в одну точку, обумовлену Ппрзобр, що є зображенням світлового центру лампи в зовнішньому просторі Кожній ТОЧЦІ ЗОНИ розжарювання спіралі відповідає одна точка зображення, в такому випадку досягається стигматичне зображення Встановлена сукупність оптико-механічних параметрів забезпечує необхідну координацію світлового центру та сферичної лінзи і, у результаті, стигматичну передачу зони розжарювання в простір поза лампою з орієнтацією щодо оптичної осі Другий винахід групи винаходів, що заявляються, - склад інертного газу для наповнення електричної лампи розжарювання - має наступну структуру і технологію виготовлення Склад готують шляхом змішування на молекулярному рівні вихідних компонентів -криптона і ксенона в наступних пропорціях Криптон 91,9-94,5 Ксенон 5,5-9,1 У процесі добору компонентів вимірюють коефіцієнт переломлення світла у випробуваному складі Добір ведуть у межах переломлення світла в інертному газі 1,4-1,65 Заповнення газу в балон лампи роблять при температурі 20°С і тиску - 85-90кПА, що виключає можливість розриву лампи надлишковим тиском при збільшенні температури и роботи У таблиці1 приведені приклади конкретного 56341 виконання ламп із запропонованим та відомим складами Були виготовлені лампи розжарювання з запропонованим і відомим складами Концентрація світлової енергії в заданому напрямку і передача 10 форми зони випромінювання спіралі забезпечувалася при одержанні складу, що заявляється, з інтервалом коефіцієнта переломлення в межах 1,41,65 Таблиця 1 Компоненти Криптон Ксенон коефіцієнт млення Зміст компонентів, об % 2 3 92,7 94,5 7,3 5,5 1 91,9 9,1 перело 1,4 1,57 4 (прототип) 79,8 4,2 1,65 1,72 Таблиця 2 ВІДПОВІДНО ДО прото ВІДПОВІДНО ДО винаходу Характеристики Середня потужність, Вт Середня світлова віддача, лм/Вт 1 3,75 2 3,75 3 3,75 типу 4 3,75 15,5 15,4 15,1 13,14 Як видно з таблиці 2, запропонований склад інертного газу для наповнення електричної лампи розжарювання забезпечує збільшення середньої світлової віддачі в порівнянні з відомим складомпрототипом Група винаходів, що заявляється, - "Електрична лампа розжарювання (її варіанти) та склад іне 1шр.зобр. ФІГ. 1 ртного газу для наповнення лампи" забезпечує, у порівнянні з відомими вирішеннями, новий технічний результат - стигматичну передачу зони розжарювання лампи в заданому напрямку з орієнтацією щодо оптичної осі лампи й одночасним збільшенням світловіддачі Ьпр.зобр. д Фіг. 2 11 56341 12 Ьдр,зобр. З О 40 33 Фіг. 4 38 35 Фіг. 6 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 34