HU215880B - Elektród nélküli fényforrás - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya elektród nélküli fényfőrrás, gerjesztett állapőtbanmőlekűláris sűgárzásként főként látható fényt kibőcsátó, kén és szelénegyikét tartalmazó, plazmát képező töltetet tart lmazó (12) bűrával,elektrőmágneses energiát létrehőzó egységgel, a létrehőzőttelektrőmágneses energiát a töltet gerjesztésére a bűrának (12) átadóegységgel, tővábbá a bűrát (12) főrgató főrgatóegy éggel, ahől a bűra(12) legfeljebb 12,7 mm átmérőjű; az elektrőmágneses energiát abűrának (12) átadó egység a bűra (12) szükségesnél kisebb sebességűfőrgatása esetén annak belsejét csűpán részben k töltő kisüléstlétrehőzó egységként van kiképezve; és a főrgatóegység a bűrát (12),annak belsejét a töltettel létrehőzőtt kisüléssel lényegében teljesenkitöltő sebességgel főrgató főrgatóegységként van kialakítva. Atalálmány tárgya tővábbá egy elektród nélküli fényfőrrás, fényfőrrásrajűttatőtt energia megszűnése esetén kőndenzálható töltetrészttartalmazó kvarcbűrával, amely egy, a fényfőrrás ekapcsőlásakőr abűrába (12) mikrőhűllámú vagy rádiófrekvenciás teljesítményt csatőló,és legalább a fényfőrrás gyújtási fázisa sőrán a bűra (12)meghatárőzőtt, egy vagy több tartőmányában nagyőbb ér éket biztősítóanteljesítményt elősztó egységet tartalmaz, és a bűra (12) ameghatárőzőtt tartőmányban vagy tartőmányőkban vékőnyabbra vankiképezve. ŕ

Description

A találmány tárgya elektród nélküli fényforrás, gerjesztett állapotban molekuláris sugárzásként főként látható fényt kibocsátó, kén és szelén egyikét tartalmazó, plazmát képező töltetet tartalmazó burával, elektromágneses energiát létrehozó egységgel, a létrehozott elektromágneses energiát a töltet gerjesztésére a burának átadó egységgel, továbbá a burát forgató forgatóegységgel, továbbá a találmány tárgya egy elerktród nélküli fényforrás, fényforrásra juttatott energia megszűnése esetén kondenzálható töltetrészt tartalmazó kvarcburával.

Az elektród nélkül létrehozott elektromos fényforrások üzemeltetése során gyakran fordul elő az a helyzet, hogy a gázkisülés a bura belső terében csak elszigetelt tartományokban jön létre, és bár adott esetben a gázkisülésnek több elszigetelt tértartomány is képes helyt adni, mégis a gázkisülési folyamat a rendelkezésre álló térfogat egészét vagy legalábbis túlnyomó részét nem tölti ki. Ez a helyzet alakul ki például azoknál az elektród nélküli fényforrásoknál, amelyekben a burát kitöltő töltet ként vagy szelént, illetve ezeknek az elemeknek egy vagy több vegyületét tartalmazza, és maga a bura viszonylag kisméretű. A ként, illetve szelént elemi vagy vegyületek formájában befogadó töltet akkor válik különösen előnytelenné, ha a primer fénykibocsátó, sugárzó komponens éppen a kén, illetve a szelén.

A WO 92/08240 közzétételi számú nemzetközi bejelentés, amely a jelen találmány közvetlen előzményét képezi, ként, illetve szelént hasznosító és ezeket az elemeket a sugárzást alapvetően kibocsátó összetevőként tartalmazó töltettel ellátott, elektród nélküli vagy elektróddal kialakított elektromos fényforrást mutat be. Ennél a fényforrásnál jellemző, hogy a bura viszonylag kisméretű, belső átmérője általában 1,27 cm alatt van, ezért az előbb említett egyenetlen gázkisülési folyamat felléphet. Maga a fényforrás igen nagy fényerőt biztosít, és kiválóan alkalmas például folyadékkristályos televíziós rendszerekben való felhasználásra, amelyeknél szükség van arra, hogy lényegében pontszerűnek tekinthető fényforrásokat alkalmazzunk. A pontszerűség ebben az esetben azt a követelményt jelenti, hogy maga a fényforrás gömbi felületű legyen, és belső átmérője lényegében 0,7 mm-nél nagyobb ne legyen.

A kisméretű burával kialakított fényforrásoknál szokásosan alkalmazzák a mikrohullámú üreges felépítést, amely alkalmas elektromágneses teljesítmény becsatolására. Ilyet mutat be az US 4,887,192 lajstromszámú szabadalmi leírás, amely kiemeli, hogy a megoldást különösen célszerűen legfeljebb 1,27 cm belső átmérőjű burákkal ellátott fényforrásoknál lehet alkalmazni.

Az előbb említett két megoldás egy fényforrásban történő kombinálása azt az eredményt hozta, hogy kéntartalmú töltettel feltöltött és indító összetevőként argont befogadó kisméretű burával ellátott fényforrásoknál az US 4,887,192 lajstromszámú szabadalomban bemutatott mikrohullámú üreg felhasználása mellett az üzemeltetési feltételek kedvezőtlenek. Bár a gázkisülés beindítható, az térben mégis jól elkülöníthető zónában alakul ki és a bura felső felülete felé mozdul el. A folyamatosan mozgó gázkisülési zónából nyert fény spektrális összetétele nem igazán felel meg a várakozásoknak.

Az elektród nélküli fényforrások működtetése során egy további kényelmetlen jelenség is fellép, mégpedig az, hogy számos esetben a töltetből származó látható fény villog, lüktető hatást kelt. A villogás vagy lüktető hatás ez esetben olyan folyamatot jelent, amit a fényforrással megvilágított tárgy vagy objektum szemlélője jól észlel. Ez kellemetlen benyomást kelt, és amellett, hogy a megvilágított felület, illetve kép minőségét rontja, a néző szemét fárasztja.

A lüktető hatású fény létrejöttének egyik oka az lehet, hogy a bura anyaga vizuális szempontból nem megfelelő, és ezenkívül a burát az üzemeltetés során forgatják. Ha a bura alakja nem tökéletes, például excentrikus jellegű, tehát nem igazán szimmetrikus, a forgatás során kör keresztmetszetű felületet érint, amelynek nagysága a tényleges alaktól és a forgástengely ehhez viszonyított elhelyezkedésétől függ. Ezért a gázkisülés tartománya térben változó helyet foglal el, és ez a kibocsátott fény lüktető jellegével jár. Az elektród nélküli fényforrásoknál a burát úgy is szokás forgatni, mint például erre az US 4,485,332 lajstromszámú szabadalmi leírás mutat példát, hogy arra hűtő hatású fluid közeget, például sűrített levegő áramát irányítják, és ezzel biztosítják azokat a feltételeket, amelyek között maga a fényforrás a szokásosnál nagyobb teljesítménysűrűség alkalmazása mellett üzemeltethető. A bura forgatásánál az ilyen jellegű perturbációs jelenségek miatt a kisugárzott fény villogó, lüktető hatást kelt, különösen akkor, ha a hűtést a szokásos mintegy 300 1/perc forgássebesség mellett kívánják biztosítani.

Az US 4,954,756 lajstromszámú szabadalom az elektród nélküli fényforrás burájának olyan sebességgel történő forgatását javasolja, amely mellett a töltetben keletkező centrifugális erők hatására a plazma átrendeződése következik be. így a szabadalom leírásának 4. oszlopában a 30. sorban azt állapítják meg, hogy a mintegy 1,8 cm és 3,9 cm közötti átmérőjű burák esetében az 1500-2500 1/perc közötti tartományba eső fordulatszámokat kell alkalmazni. A kisebb és a nagyobb forgássebességek megválasztásának tényleges következményei a leírásból nem tűnnek ki, mivel az említett tartományban bármely fordulatszámot választunk is, a burán belül a spektrális energiaelosztás lényegében nem változik, a változás egyedül a teljesítmény térbeli eloszlásában észlelhető. Az ebben a szabadalmi leírásban bemutatott határréteg-effektus eltér attól, mint amit a továbbiakban itt lokalizált gázkisülési zónaként ismertetünk, mivel a határréteg megjelenésekor a gázkisülés a bura teljes térfogatán belül jelentkezik, de nem figyelhető meg a bura határánál. A jelen találmány előzményét jelentő megoldásoknál viszont a gázkisülés nem oszlik meg a bura teljes térfogatában. A gázkisülésnek az US 4,954,756 lajstromszámú szabadalom leírásában bemutatott átrendeződése, eloszlásának megváltozása a centrifúgális erő hatásaként jelentkezik, és ezért egy 0,6-0,7 cm belső átmérőjű burával kialakított elektromos fényforrás esetében a hasonló hatás elérése csak legalább mintegy 4500 1/perc fordulatszám mellett várható.

Az elektród nélküli elektromos fényforrások általános felépítése olyan, hogy a gázkisülésnek helyt adó

HU 215 880 Β burában nincs elektród elrendezve, a teljesítmény becsatolása céljából a bura környezetében mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás elektromágneses teret keltenek. A gázkisülés beindítása után, amit egy vagy több ismert módszer szerint hajtanak végre, a kisülési folyamatot az elektromágneses térből becsatolt teljesítménnyel tartják fenn. A gázkisülésnek helyt adó közeget, amelyet a jelen leírásban töltetnek nevezünk, úgy választják meg, hogy a gázkisülés által geijesztett sugárzás a kívánt spektrális tartományban jelenjen meg. Erre többféle megoldás ismeretes. így például ultraibolya fény előállítására viszonylag kis sűrűségű higanytartalmú töltet használható, míg ha megvilágítási célokra vagy képalkotáshoz látható fényre van szükség, a burába kerülő töltethigany mellett megfelelő fém-halogenideket tartalmaz. A látható fény kibocsátására a WO 92/08240 számú nemzetközi közzétételi irat szerint kén és/vagy szelén is használható.

Igen sok alkalmazásnál a fényforrás kis méretei mellett igény van a nagy teljesítmény biztosítására. A kis méreteket kis átmérőjű bura alkalmazásával biztosítják. Ilyen jellegű fényforrásokra különösen a gépjárműveknél, a folyadékkristályos vagy hasonló elektrooptikai vetítőrendszereknél, fotolitográfíás elrendezéseknél van szükség.

Az US 4,975,625 és az US 4,877,192 lajstromszámú szabadalmi leírások azt a kitanítást tartalmazzák, hogy rezonanciaüreges mikrohullámú fényforrások építhetők meg olyan szerkezetben, amelynél a gázkisülésnek helyt adó bura viszonylag kisméretű, és az nagy intenzitású elektromágneses térben helyezkedik el. Ha azonban teljesítményt kisebb (5 mm és 8 mm közötti belső átmérőjű) burákba kívánnak becsatolni, a rezonanciaüreg rezisztív veszteségei növekszenek, míg ha a fényforrás jósági tényezője növekszik, a hagyományos magnetronok alkalmazása mellett a frekvencia instabilitása szintén növekszik.

Mikrohullámú koaxiális lámpafoglalatok elektród nélküli fényforrásban történő alkalmazására mutat be példát az US 3,993,927, az US 4,223,250 és az US 4,605,701 lajstromszámú szabadalmi leírás. A koaxiális lámpafoglalatok lényege, hogy belső vezetőjük a gázkisülésnek helyt adó bura közelében helyezkedik el, és vele szemben földelt polarizációs struktúra van, amely a burát részben körülveszi, illetve attól térközzel elválasztva van elrendezve. A befogások alapvető problémája az, hogy a burán belül a nagyobb térfogati sűrűségű és ezért nagyobb intenzitású gázkisülést eredményező tartományok a belső vezetőhöz közelebbi részekben alakulnak ki, és ezért a gázkisülés ívében egy olyan lokalizált zóna figyelhető meg, amelynél az energiasűrűség a környezethez viszonyítva sokkal nagyobb, és ez a zóna a kisülési bura falának belső felületére szinte rátapad. Az intenzív kisülés a bura anyagának hőmérsékletét akár olvadáspont fölé is emeli, ezért az üzemeltetés során az anyag igen gyorsan, adott esetben néhány másodpercen belül megolvad. Ezt ívtapadásnak nevezhetjük.

A jelen találmány feltalálói nem kívánnak elméleti fejtegetésekbe bocsátkozni, de úgy gondolják, hogy az ívtapadás akkor jön létre, amikor a bura faiához közel koncentráltan kialakuló plazma elektronokat gerjeszt, amelyek a plazma energiasűrűségét tovább növelik, és így olyan feltételek alakulnak ki, amelynél a gázkisülésnek helyt adó bura fala mentén a kisülési zóna a belső felületre szinte rátapad.

Ezt a problémát többen felismerték, és erre megoldást egyebek között az US-A 3,942,058, valamint az US 4,178,534 lajstromszámú szabadalmi leírás kíván adni. Mindkét szabadalom leírásában szerepel a P_c-P_h =P_r összefüggés, ahol P_e az elektromos gerjesztéssel nyert teljesítmény, P_h a hőhatások miatt elvesztett teljesítmény, míg P_r a kisugárzott teljesítmény. Ugyanitt megtalálható a P_e=n_euE² egyenlet is, ahol n_e az elektronsűrűség, u az elektronok mozgékonysága, míg E az elektromos tér erőssége. Ez utóbbi egyenlet a becsatolt teljesítmény sűrűségét az elektromos tér erősségével hozza kapcsolatba, mégpedig az ohmos melegítés alaptörvényével analóg módon. Mindkét szabadalom leírása olyan gerjesztési struktúrákat javasol, amelyek segítségével a gázkisülésnek helyt adó bura falának belső felülete mentén az elektromos tér sűrűsége redukálható, ezért a P_e teljesítmény addig az értékig csökkenthető, amelynél a bura falainak környezetében sugárzást biztosító gázkisülés nem alakul ki, vagyis a bura belső felületétől a gázkisülés elválik, az ívtapadás jelenségét meg lehet előzni. A szabadalmak leírásából az is kitűnik, hogy ha a gázkisülés ívének tapadását megelőzzük, a fényforrás burájának élettartama több nagyságrenddel meghosszabbítható.

A koaxiális befogások kisméretű szerkezetet jelentenek, ami számos esetben komoly előnyök forrása. Amikor azonban a bura méreteit a kisméretű, nagy fényerejű fényforrások előállítása céljából lecsökkentjük, az üzemeltetés során a gyakorlati felhasználásoknak megfelelő hullámhossz biztosítására az előzőekben említett szabadalmak leírásában javasolt eljárás megvalósítása gyakorlatilag lehetetlenné válik, mivel a fal belső felületétől elváló gázkisülés miatt a bura kis méreteit figyelembe véve nem lehet annyi helyet biztosítani, amennyire a gázkisülés változó intenzitásának létrehozásához szükség van. További hátrányt jelent, hogy optikai szempontból előnytelen, ha térben nem egyenletes eloszlású sugárforrást használnak.

A kisméretű burával ellátott mikrohullámú fényforrások kifejlesztése során a nagy térerősség biztosítása komoly problémát jelent. Erre pedig szükség van ahhoz, hogy a kisméretű, nagy fényerejű fényforrások burájába a szükséges nagy sűrűségű teljesítményt becsatolják. Az általános tapasztalat az, hogy nagy teljesítménysűrűséggel üzemelő, nagy intenzitású elektromos térben elhelyezett gázkisülő lámpák esetében az ívtapadás problémája a méretek csökkenésével egyre több gondot okoz.

A fentiekben bemutatott elektród nélküli elektromos fényforrások esetében a szakemberek korábban is felismerték, hogy a hatékonyságot növelni kell, és ehhez célszerűen a hűtést a lehető legkisebb mértékben kell fenntartani.

A hatékonyságot az elektromos fényforrásoknál úgy határozzák meg, mint a fényforrásba bevezetett elektro3

HU 215 880 Β mos energia és a hatására létrejövő fénysugárzás intenzitásának arányát. Ez a fényforrások egyik alapvető paramétere, hiszen a hatékonyság csak néhány százalékos emelése is hozzájárul ahhoz, hogy a viszonylag hosszú ideig üzemeltetett fényforrások fenntartási költségei jelentősen csökkenthetők legyenek.

További problémát okoz, hogy az elektród nélküli fényforrások üzemeltetésük során erőteljesen felmelegednek, és ezért általános az a megoldás, hogy a burát sűrített levegő áramával hűtik. A sűrített levegő áramoltatása abból a szempontból előnytelen, hogy a nagy nyomású közeg áramlását viszonylag intenzív zaj kíséri, ami annál kellemetlenebb, minél kisebb a bura, mivel a bura méreteinek csökkenésével egyre erőteljesebb hűtési igények lépnek fel. Ha azonban a lámpa hatékonyságát javítani lehet, vagyis a burába juttatott elektromos teljesítményeknek az előzőeknél nagyobb részét lehet fénnyé alakítani, a keletkező hő mennyisége csökken, és ezért a hűtés kisebb mennyiségű sűrített levegővel is megoldható, aminek következményeként az üzemeltetéssel járó zajszint lesüllyed.

A gázkisülő lámpák alkalmazásával szerzett eddigi tapasztalatok alapján úgy gondolják, hogy egy adott gázkisülő lámpa hatékonysága (fényhasznosítása) a burába vitt töltet összetételétől és sűrűségétől, továbbá a burába becsatolt teljesítmény sűrűségétől függA kondenzálható töltetet tartalmazó burával mind az elektróddal ellátott, mind pedig az elektród nélküli gázkisülő lámpáknál találkozhatunk. Ha az ilyen lámpát vagy hasonló fényforrást nem működtetjük, az hideg állapotban van, a töltet egy része szilárd vagy folyékony halmazállapotú közegként a bura belső fala mentén kicsapódik. Ezek a lámpák általában a kisebb hőmérsékleten halmazállapotát megőrző gáz alakú összetevőt is tartalmaznak. A gáz összetevő alkalmazása azért fontos, mert ez a következőkben leírt módon megkönnyíti a gázkisülés beindítását. Mivel a plazma hővezető képességét a gáz jelenléte megváltoztatja, ezért a plazmának a fényforrás üzemeltetésekor beálló paramétereit befolyásolja. Ezt a gáz alakú összetevő megválasztásánál figyelembe kell venni.

Az elektród nélküli gázkisülő fényforrások működéséhez szükséges teljesítményt kapacitív, induktív csatolással, illetve mikrohullámú gerjesztéssel lehet biztosítani. Mindegyik változatnál jellemző, hogy nem a bura anyagán közvetlenül vagy bevezetés révén áthatoló elektródokat használnak, hanem a bura belsejébe a teljesítményt kívülről, elektromágneses rezgési folyamat révén adják át. Az elektromágneses tér eloszlása az őt létrehozó külső forrás felépítésétől és üzemeltetési módjától függ. A burán belül általában mindenkor kialakulnak olyan zónák, amelyeknél, legalábbis a gázkisülés indításakor, az elektromágneses tér intenzitása a szomszédos területekhez képest nagyobb.

A kondenzálható töltettel és indítógázzal ellátott burával felépített gázkisülő lámpáknál a gázkisülés többlépcsős folyamatban indul. Az első lépésben az elektromágneses tér a töltetet átjárj a, megkezdődik a töltet ionizálása, és ennek eredményeként egy adott idő elteltével, például a környezetből származó gamma-sugárzás vagy fotoelektronok becsapódása miatt a gázkisülés beindul. Ennek a folyamatnak a beindítását külső besugárzás, például ultraibolya fény alkalmazása ugyancsak elősegíti. A töltetből vagy a bura anyagából fotoelektronok indulnak el. Az elektromágneses tér az elektronok energiáját növeli, és lavinaszerű folyamatban az indítógáz anyaga teljes mértékben ionizálódik, mégpedig egyszeresen vagy többszörösen. Ezzel belőle plazma jön létre. A folyamat kezdetekor a plazma teljesítménysűrűsége viszonylag kicsi, az őt befogadó bura belső terében az intenzitás térbeli változást mutat, és olyan értékeket vesz fel, amelyek a stabilan kialakult plazmára jellemző értékektől eltérnek. Az indítógázból létrejött plazma a bura anyagát melegíti, ezért a kondenzálható töltet elpárolog, és anyaga az ionizációs folyamat révén a gázkisülésbe megy át. A kondenzálható töltet összetevőinek elpárolgása után a gázkisülési folyamat intenzitása folyamatosan növekszik, míg a töltet minden összetevője elpárolog, és ilyenkor a kisugárzott teljesítmény állandósul, az a folyamatos üzemre jellemző értéket veszi fel. A bura, illetve a töltet által felvett teljesítmény megváltozik, mivel a bura anyagának impedanciája a kondenzálható töltet összetevőinek elpárolgásával és a belső térben uralkodó nyomás növekedésével változik. A fényforrásba jutó teljesítmény áramának megszüntetéséig a kondenzálható töltet gáz halmazállapotú marad.

A becsatolt teljesítmény áramának megszüntetésekor a kondenzálható töltet egyes összetevői a bura belső felülete mentén kijelölt területeken fokozatosan kicsapódnak, és ezzel a hűtési folyamatot gyorsítják. A kicsapódott összetevők azon a területen gyűlhetnek össze, ahol a külső hűtőhatás leginkább érvényesül, például a sűrített levegőt továbbító fuvóka kiömlésének közelében, vagy pedig azokon a pontokon, amelyek a kijelölt teljesítményű folyamatos üzem mellett a leghidegebbek maradnak (hidegpont).

Az indítógázból létrejövő plazma, mint már említettük, a gázkisülésnek helyt adó bura belső térfogatában térbeli változást mutat. Ha az indítógáz plazmájának sűrűsége viszonylag kicsi azokon a területeken, ahol a burában a kondenzálható töltet összetevői összegyűltek, az összetevők felmelegítése és elpárologtatósa viszonylag hosszú időt vehet igénybe, és ezzel a fényforrás indítása elhúzódik. A felépítésből adódóan lehetséges és adott esetben biztosítható is, hogy a fényforrás egyik begyújtásától a másikig a begyűjtési időtartam változik, vagyis az nem ismételhető.

A már említett US 4,485,332 lajstromszámú szabadalom leírásában jelenik meg először az a javaslat, hogy az elektród nélküli fényforrás gázkisülésnek helyt adó buráját forgassák, miközben a burát legalább egy irányban a hűtés hatásfokának javítása érdekében sűrített levegő áramával érintkeztetik. Ezen találmány létrehozása előtt a sűrített levegőt már használták álló, illetve mozdulatlan bura hűtésére, de ez nem lehetett igazán hatékony, mivel az egyenetlen melegedés, illetve a lokális túlmelegedés elkerülésére a hűtés intenzitását alacsony szinten kellett tartani vagy a fényforrást kisebb teljesítmény mellett lehetett csak üzemeltetni. A már szintén említett US 4,954,756 lajstromszámú szabadal4

HU 215 880 Β mi leírás az elektród nélküli fényforrás burájának nagy fordulatszámú forgatására tesz javaslatot, amikor is az

1.7 cm és 3,8 cm közötti belső átmérőjű burák felületi hőmérsékletének kiegyenlítésére és a fényforrások térbeli emissziós paramétereinek javítására a bura 1500-2500 1/perc közötti fordulatszámú forgatását írják elő. Ez utóbbi szabadalom leírásának kitanításából következik, hogy minél kisebb a bura átmérője, annál nagyobbra kell a fordulatszámot választani. A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy ezzel a megoldással a fényhasznosítás, vagyis a fényforrás hatásfoka csak jelentéktelen mértékben változtatható.

A találmány célja az elektród nélkül létrehozott elektromos fényforrások üzemeltetési feltételeinek javítása, az elszigetelt gázkisülési zónák és területek, az ívtapadás kialakulásának megakadályozása igen kisméretű burák alkalmazása esetén is. Ezt a célt akkor is fontosnak tartjuk, ha ezzel a lámpa hatékonyságát, a fényhasznosítást nem lehet jelentősebb mértékben javítani.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az elektród nélküli elektromos fényforrásnak a gázkisülésnek helyt adó buráját az üzemeltetés céljainak megfelelően az eddigiektől eltérő módon és sebességgel kell forgatni. Felismerésünkhöz tartozik az is, hogy a lineáris felépítésű mikrohullámú elektród nélküli elektromos fényforrások egyik csoportjánál a hűtésre szolgáló sűrített levegőt és a burába bevezetendő mikrohullámú sugárzást ugyanazon az oldalon alkalmazzuk. így a becsatolt teljesítmény megszüntetésekor a töltet az újbóli indításkor a teljesítményt fogadó oldalon gyűlik össze.

Feladatunknak tekintjük olyan elektród nélküli elektromos fényforrás létrehozását, illetve az ilyen fényforrások üzemeltetését biztosító eljárások olyan értelmű javítását, amelyeknél az ív tapadására, a létrehozott gázkisülés térbeli egyenetlenségére nem kell számítani.

A kitűzött feladat megoldásaként több változatban elektród nélküli, általában forgóburás elektromos fényforrást dolgoztunk ki.

A találmány elé kitűzött feladat megoldásaként kidolgozott forgóburás, elektród nélküli fényforrás gerjesztett állapotban molekuláris sugárzásként főként látható fényt kibocsátó, kén és szelén egyikét tartalmazó, plazmát képező töltetet tartalmazó burával, elektromágneses energiát létrehozó egységgel, a létrehozott elektromágneses energiát a töltet gerjesztésére a burának átadó egységgel, továbbá a burát forgató forgatóegységgel rendelkezik. A találmány értelmében a bura legfeljebb

12.7 mm átmérőjű; az elektromágneses energiát a burának átadó egység a bura szükségesnél kisebb sebességű forgatása esetén annak belsejét csupán részben kitöltő kisülést létrehozó egységként van kiképezve; és a forgatóegység a burát, annak belsejét a töltettel létrehozott kisüléssel lényegében teljesen kitöltő sebességgel forgató forgatóegységként van kialakítva.

Előnyös a találmány szerinti fényforrásnak az a kiviteli alakja, amelynél a bura belsejét csupán részben kitöltő kisülés szigetelt kisülés.

Előnyös továbbá a találmány szerinti fényforrásnak az a kiviteli alakja, amelynél a bura belsejét csupán részben kitöltő kisülés a burában ívtapadást okozó kisülés.

Az alkalmazási szempontok különösen kedvező figyelembevételének lehetőségét teremti meg a találmány szerinti fényforrásnak az a célszerű változata, amelynél az elektromágneses energiát előállító egység mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás energiát előállító egységként van kiképezve, és az elektromágneses energiát a burának átadó egység belső és külső vezetővel rendelkező koaxiális felépítésű egység.

Ugyancsak a találmány elé kitűzött feladat megoldását szolgálja az a forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás, amelynél a bura a belső vezető közvetlen közelében, attól térközzel elválasztva van elrendezve, és a forgatóegység a bura forgása során a bura különböző részeit a belső vezető közvetlen szomszédságába mozgató forgatóegységként van kialakítva.

Különösen előnyös a találmány szerinti fényforrásnak ennél a változatánál az a kiviteli alak, amelynél a belső vezető üreges kialakítású, továbbá hűtőközeget a belső vezetőn keresztül a burára irányítottan továbbító hűtőegységet tartalmaz.

Igen előnyös, ha a találmány szerinti fényforrásnál a belső vezető előre meghatározott átmérőjű, hűtőközeget kibocsátó nyílással rendelkezik, amely legfeljebb az előre meghatározott átmérő háromszorosát kitevő távolságban van a burától elrendezve.

A találmány szerinti fényforrás működtetése szempontjából célszerű az a kiviteli alak, amelynél a forgatóegység a burát a kibocsátott fény hatékonyságát lényegesen megnövelő sebességgel forgató forgatóegységként van kialakítva.

Utóbbi esetben előnyös, ha a forgatóegység a burát a 10%-ot meghaladó hatékonyságnövekedés mellett forgató forgatóegységként van kialakítva.

Igen előnyös, ha a találmány szerinti fényforrás hűtőközeget a hatékonyságnövekedés nélkül szükséges közegnyomásnál lényegesen alacsonyabb közegnyomáson a burára irányító eszközt tartalmaz.

Ugyancsak a találmány elé kitűzött feladat megoldását szolgálja az a forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás, amelynél az optikailag tökéletlen burához az általa kibocsátott fényt vetítő, lencsét és/vagy reflektort tartalmazó optikai elem van társítva, és a forgatóegység a burát a vetített fény lüktetését megszüntető sebességgel forgató forgatóegységként van kialakítva.

Igen előnyös, ha a találmány szerinti fényforrás burája a fényforrásra juttatott energia megszűnése esetén kondenzálható töltetrészt tartalmazó kvarcbura, továbbá a fényforrás bekapcsolásakor a burába mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás teljesítményt csatoló, és legalább a fényforrás gyújtási fázisa során a bura meghatározott egy vagy több tartományában nagyobb értéket biztosítóan teljesítményt elosztó egységet tartalmaz, és a bura a meghatározott tartományban vagy tartományokban vékonyabbra van kiképezve.

A találmány elé kitűzött feladat megoldását szolgálja önmagában az az újszerű forgóburás, elektród nélküli fényfonás is, amely fényforrásra juttatott energia megszűnése esetén kondenzálható töltetrészt tartalmazó kvarcburával rendelkezik, és a fényforrás bekapcsolásakor a burába mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás telje5

HU 215 880 Β sítményt csatoló, és legalább a fényforrás gyújtási fázisa során a bura meghatározott egy vagy több tartományában nagyobb értéket biztosítóan teljesítményt elosztó egységet tartalmaz, és a bura a meghatározott tartományban vagy tartományokban vékonyabbra van kiképezve.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az la. ábra: forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás burájának elrendezése a találmány által elkerülni kívánt üzemeltetési módban, az lb. ábra: forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás burájának elrendezése a találmány szerinti, kívánatos üzemeltetési módban, a

2. ábra: a találmány szerint létrehozott forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás egy előnyös kiviteli alakja, a

3. ábra: a találmány szerint létrehozott forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás egy másik előnyös kiviteli alakja, a

4. ábra: a találmány szerint létrehozott forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás egy további előnyös kiviteli alakja, az

5. ábra: a találmány szerinti üzemeltetési eljárás egy változatában alkalmazott hűtés egyik megvalósítási módja, a

6. ábra: az 5. ábrán bemutatott hűtés alkalmazása koaxiális elrendezésnél, a

7. ábra: a találmány szerinti üzemeltetési eljárás egy változatában alkalmazott hűtés egy másik megvalósítási módja, a

8. ábra: a találmány szerint létrehozott forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás egy újabb előnyös kiviteli alakja, a

9. ábra: a találmány szerint létrehozott forgóburás, elektród nélküli elektromos fényforrás egy előnyös megvalósításának keresztmetszete, a

10. ábra: a találmány szerint létrehozott elektród nélküli elektromos fényforrás egy még újabb előnyös kiviteli alakja, míg a

11. ábra: a 10. ábra szerinti elektromos fényforrásban alkalmazott bura vázlatos keresztmetszete.

Az la. ábrán elektród nélküli elektromos fényforrás forgatásra alkalmas 12 buráját mutatjuk be. Magát a fényforrást, illetve annak alkatrészeit nem tüntettük fel, hiszen annak alapvető elemei a szakirodalomból jól ismertek, függetlenül attól, hogy a teljesítmény becsatolására mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás sugárzás szolgái. Az elektród nélküli fényforrások számos különböző felépítése ismeretes, amelyekre most nem kívánunk kitérni.

A 12 bura hűtésének hatékonyságát a szakirodalom úgy javasolja növelni, hogy a burát tartásra szolgáló rúdjának hossztengelyével egybeeső vagy azzal párhuzamos tengely körül forgatjuk, és felületére egy vagy több áramban hűtő hatású fluid közeget, például sűrített levegőt vezetünk. A műszaki szintet meghatározó már említett szabadalmi dokumentumok szerint a 12 burát a hűtés javításának érdekében mintegy 300 1/perc fordulatszámot elérő forgatómechanizmussal forgatjuk.

Az elektród nélküli fényforrások egyes csoportjainál az la. ábra szerinti 14 lokalizált gázkisülési zóna alakul ki, amelynek helye és/vagy mérete a 12 bura tartalmának gerjesztési módjától és/vagy a 12 burát kitöltő töltet összetételétől és/vagy a 12 bura méreteitől függ. Valószínűsíthető, hogy ezt a lokalizált gázkisülést a 12 burán belül az adott helyzetben kialakuló elektromos tér teljesítménysűrűségének eloszlása idézi elő.

Az la. ábrán látható esetben a gázkisülés nem képes a 12 bura teljes belső térfogatát kitölteni, és ezért a fényforrás viszonylag kis hatékonysággal üzemel. Egyes esetekben előfordulhat, hogy a gázkisülés jellemzői miatt a fényforrás a kiválasztott felhasználásból adódó követelményeket még minimális mértékben sem képes teljesíteni.

A jelen találmány értelmében a 14 lokalizált gázkisülési zóna kialakulását úgy kívánjuk megelőzni, hogy a 12 burát igen nagy forgássebességgel forgatjuk, amikor is olyan 15 egyenletes eloszlású gázkisülés alakul ki, amely a 12 bura teljes belső térfogatát kitölti (lb. ábra). Ezen túlmenően igen előnyös, hogy a fényforrás által kibocsátott fény intenzitása növekszik, a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés az előzőekhez képest javított karakterisztikákat mutat.

A 15 egyenletes eloszlású gázkisülés létrejöttéhez szükséges minimális fordulatszám az egyes gázkisülő fényforrásoknál a felépítéstől és a 12 burától függ. Lehetséges a fordulatszámok olyan tartománya is, amelyen belül a fordulatszámot változtatva az la. ábrán látható 14 lokalizált gázkisülési zóna és a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés véletlenszerűen változó módon jön létre, illetve egyes fordulatszámokon a két állapot közötti átmenet figyelhető meg. Ezért tapasztalati úton kell megállapítani, hogy meddig tart ez az átmeneti fordulatszám-tartomány, és a 12 burát célszerűen olyan fordulatszámon forgatjuk, amelynél már nagy bizonyossággal az lb. ábra szerinti 15 egyenletes eloszlású gázkisüléssel kell számolni.

A 2. ábra mikrohullámú energia becsatolásával üzemelő elektród nélküli forgóburás fényforrással működő rendszert mutat. Az ábra jobb oldalán 1 magnetron látható, amely 2 hullámvezető első szakaszába illeszkedik. Az 1 magnetront és a 2 hullámvezetőt úgy rendezzük el, hogy ez utóbbiban TE01 mikrohullámú módusú sugárzás jöjjön létre, amelynél az elektromos tér függőleges irányítású. A 2 hullámvezető 3 cirkulátorral kapcsolódik, amely disszipatív terheléssel, például szilíciumkarbid-anyagú tömbbel van ellátva. A 3 cirkulátor 4 kúpos hullámvezető szakasz nagyobb átmérőjű végéhez kapcsolódik, míg a csonka kúp kisebb átmérőjű végénél a 4 kúpos hullámvezető szakasz S lyukacsos csatolólemezzel van lezárva. Az 5 lyukacsos csatolólemez után 6 üreg helyezkedik el, amely felépítésében az US 4,887,192 lajstromszámú szabadalom kitanítását követi, benne 7 kimeneti szakasz és 9 reflektor van. A 9 ref6

HU 215 880 Β lektor szitaszerű 16 lyukacsos lappal van felső részén lezárva, míg alul a 7 kimeneti szakasz végéhez kapcsolódó 8 nagyobb átmérőjű részbe illeszkedik. A 2. ábra szerinti felépítésben a 9 reflektor elrendezése az említett US 4,887,192 lajstromszámú szabadalom leírásától annyiban különbözik, hogy annál a reflektor a 8 nagyobb átmérőjű rész alsó felületéből indul ki, és nem a 7 kimeneti szakasz felső felületéből.

A 12 burát 20 rúd támasztja meg, amely az elektromos tér irányával, vagyis a rajz síkjában felvett vízszintessel 60°-os szöget zár be. Ez megfelel annak a megoldásnak, amit az US 4,902,935 lajstromszámú szabadalom leírása mutat be. A 12 bura forgatását M elektromos motorral ellátott 13 hajtómű biztosítja, mégpedig a 20 rúd hossztengelyével koncentrikus tengely körül. Általában az M elektromos motor a 20 rúdhoz kapcsolódik.

A 2. ábrán látható elrendezés egy példa szerinti megvalósításánál a 12 bura lényegében gömb alakú, belső átmérője 9,5 mm. A 12 burában levő töltetet 1,8 mg kén alkotja, amely mintegy 8 kPa nyomású argonatmoszférában helyezkedik el. Egy ilyen jellegű 12 buránál a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés létrehozásához szükséges forgatás küszöbsebessége mintegy 20001/perc. Ha a fordulatszám 1500 1/perc alatt marad, a gázkisülés szinte mindenkor egyenetlen, lokalizált marad, viszont 2000 1/perc fordulatszám fölött már mindenkor a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés alakul ki. A két említett fordulatszám között tehát az 15001/percnél gyorsabb és 2000 1/percnél lassúbb forgatás esetén előfordulhat, hogy a 14 lokalizált gázkisülési zóna és a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés akár ugyanannál a fordulatszámnál is időben egymás után jelentkezik, ezért célszerű, ha a fordulatszámot legalább 2000 1/perc értéken tartjuk, és így a gázkisülés változásait, egyenetlenségeit elkerüljük.

A 2. ábrán bemutatott vizsgált elrendezésnél a forgássebességet, mint említettük, legalább 20001/perc értékre kell beállítani ahhoz, hogy a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés kialakulhasson, de ez egyáltalában nem jelenti azt, hogy más típusú, eltérő felépítésű 12 burák esetében a gázkisülés stabilizálásához szükséges fordulatszám szintén ekkora lenne. Nyilvánvaló, hogy a 12 bura különböző típusainál mindenkor megfelelő kísérletek, vizsgálatok útján, változtatható fordulatszámú M elektromos motor segítségével kell megtalálni azt a fordulatszámot, amelynél a 15 egyenletes eloszlású gázkisülés létrejön.

A 2. ábra szerinti elrendezésnél célszerűnek bizonyult olyan dielektromos anyagú 9 reflektor beépítése, amely a mikrohullámú 6 üregbe illesztve az optikai elrendezés hatékonyságának javítását teszi lehetővé. A 9 reflektor szükség szerint ellipszoid vagy paraboloid alakú lehet, ha például folyékony kristályos vetítőrendszer részét képezi. Egy másik lehetőség szerint film vetítésére szolgáló elrendezéseknél, például vetítőgépeknél a 9 reflektor ellipszoid alakú.

A 9 reflektorban 17 és 21 nyílás van kiképezve. A 17 nyílásba hűtőfluidumot, például sűrített levegőt a 12 bura környezetébe juttató 10 füvóka van beillesztve, míg a 21 nyíláson a 12 bura forgatására szolgáló 20 rúd van átvezetve. A 17 nyílásban elrendezett 10 füvóka beömlése 11 levegőforrásra van vezetve, amely sűrített levegőt szolgáltat. A 11 levegőforrást például kompresszor alkotja.

A találmány szerinti fényforrásnak a 2. ábrán bemutatott elrendezése alkalmas az elektród nélküli fényforrásoknál jelentkező villogás, illetve lüktetés megszüntetésére, és így a látható fény kellemetlen hatásainak elkerülésére. Mint említettük, a 12 bura anyagának, külső alakjának vagy belső terének az ideális formától, illetve összetételtől eltérő kialakítása esetén, például excentrikus 12 bura alkalmazásakor a forgatás eredményeként villogó, lüktető fény jelentkezhet. Az excentricitás szinte mindig jelen van, hiszen általában nem sikerül az elképzeltet pontosan követő alakú 12 burát készíteni, az a gyártási tűrésnek megfelelően a szimmetrikustól mindig egy kicsit eltérő alakú. Ha a 12 burában gerjesztett fényt optikai rendszerrel, például a 9 reflektorral és/vagy lencsékkel irányítjuk, a villogó vagy lüktető hatás felerősödik, és ez a megfigyelő, a néző számára kellemetlen hatást kelthet. Úgy találtuk, hogy ez a hatás megszüntethető, ha a 12 burát megfelelően nagy fordulatszámú forgásba hozzuk.

A 2. ábra szerinti elrendezés előbb ismertetett megvalósításánál alkalmazott 12 bura esetében a tapasztalat szerint a 2000 1/perc és 2500 1/perc közötti fordulatszámok beállításával olyan feltételek jönnek létre, amelynél a fényhatás egyenetlensége, tehát a lüktetés, a villogás nem lép fel. Ha a 12 bura fényét optikai rendszeren át továbbítjuk, inkább a nagyobb fordulatszámot kell választani.

A műszaki szint feltárásakor utaltunk az ívtapadás káros és sokszor az elektród nélküli fényforrás élettartamát rendkívüli módon megrövidítő hatására. A találmány különösen a 3. ábrán bemutatott elrendezés megvalósításakor alkalmassá válik az ívtapadás kiküszöbölésére. Az itt látható fényforrásnál 31 befogáshoz 32 tápellátó rendszer juttat teljesítményt, és ez utóbbit a találmány szerinti fényforrás megvalósításának igényeit figyelembe véve hoztuk létre.

A 32 tápellátó rendszer felépítése a következő. Bemenetét 33 mikrohullámú teljesítményforrás, például háztartási célokra szolgáló mikrohullámú sütő magnetronja alkotja, amely szükség szerinti, néhányszor 10 Wtól több száz W-ig terjedő teljesítményt biztosít, mégpedig a 2,45 GHz-es ISM-frekvencián. A 33 mikrohullámú teljesítményforrás 34 hárombemenetes cirkulátorra kapcsolódik, amely a 33 mikrohullámú teljesítményforrást megvédi attól, hogy a 31 befogástól visszaverődő teljesítmény rá káros hatással legyen. A 34 hárombemenetes cirkulátor 35 teljesítménymérővel kapcsolódik, amely az előrejutó és a visszavert teljesítményt egyaránt méri, továbbá hozzá 36 disszipatív terhelés is kapcsolódik, amely a visszavert teljesítményt abszorbeálja. A 33 mikrohullámú teljesítményfoirás és a 34 hárombemenetes cirkulátor, ez utóbbi és a 35 teljesítménymérő, valamint a 32 tápellátó rendszer és a 31 befogás bemenete között 37 vezeték teremt kapcsolatot. A 35 teljesítménymérő kimenete után a 31 befogáshoz kapcsolódóan 37a vezeték van elrendezve.

HU 215 880 Β

A 37 és 37a vezetékek mindegyike négyszögletes keresztmetszetű hullámvezetőt alkot. A 36 disszipatív terhelés közvetlenül a 34 hárombemenetes cirkulátorra csatlakozik. A 3. ábra szerinti elrendezés kereskedelmi forgalomba kerülő megvalósítás esetén célszerűen egyszerűbb 32 tápellátó rendszerrel készíthető el, amelynél a 35 teljesítménymérőre, a 34 hárombemenetes cirkulátorra és a 36 disszipatív terhelésre nincs szükség, mint ezt például a 4. ábra szerinti megoldás mutatja.

A 3. ábra szerinti elrendezésnél a 31 befogás a négyszögletes keresztmetszetű hullámvezetőként létrehozott 37a vezeték 38 felső oldallapjának középponti vonala mentén van elrendezve. A 37 és 37a vezetékek, mint négyszögletes keresztmetszetű hullámvezetők, kialakításuk révén biztosítják a TE10 módusú mikrohullám terjedését, amelynél az elektromos tér a 37a vezeték 38 felső oldallapjára merőlegesen polarizált. A 38 felső oldallap középponti vonalában 40 nyílás van kiképezve, amelybe a 38 felső oldallapra merőleges helyzetben csőszerű szerkezetet képező 39 üreges belső vezető van beillesztve. A 40 nyílás valamivel nagyobb méretű, mint a beléje illesztett 39 üreges belső vezető, így olyan rés alakul ki, amely a 39 üreges belső vezető és a 38 felső oldallap közötti szigetelés befogadására alkalmas, illetve ilyen szigetelést biztosít. A 39 üreges belső vezetőt a 38 felső oldallap felső felületén teflonból készült 41 pámalemez fogja meg, amelyen az nejlonból készült 42 csavarral van rögzítve. A teflonanyagú 41 pámalemez két 43 és 43’ távtartón nyugszik, amelyekhez egy-egy 41a fémcsavarral kapcsolódik (a 3. ábrán ez utóbbiak közül egyet mutatunk be). A 41a fémcsavarok a teflonanyagú 41 pámalemezbe be vannak mélyítve, hogy ezzel elkerüljük az ívkisülés, szikrázás létrejöttét. A 43,43’ távtartók feladata a 41 pámalemez helyzetének biztosítása a 31 befogás kis intenzitású elektromos térrel átjárt zónájában, mivel így elkerülhető, hogy a 31 befogás a mikrohullámú jelet abszorbeálja, vagy azzal interferenciajelenségeket keltsen. A 39 üreges belső vezető első lemezének közelében gázkisülésnek helyt adó 42 bura 42a gömb alakú burarésze helyezkedik el. A 39 üreges belső vezető hosszát a rezonanciafeltételek beállításához szükséges értékre választjuk. A 39 üreges belső vezető alsó része a 37a vezeték mint hullámvezető felső felületéből a belső térbe benyúlik, mégpedig a hullámvezető magasságának mintegy 1/6 részét kitevő távolságig. Ezt a benyúló részt azért célszerű kialakítani, hogy így a 31 befogás és a 37a vezeték között a jó csatolás feltételeit megteremtsük. A 39 üreges belső vezetővel koncentrikusan és külső felületéhez csatlakozóan, a 40 nyílással és a 41 pámalemezzel koncentrikusan a 38 felső oldallapon 44 külső vezető is meg van támasztva. A 44 külső vezető szilárd anyagú külső 44a hengeres falrészt tartalmaz, amely a 38 felső oldallapból kiindulóan van elrendezve, hozzá lényegében csonka kúp alakú 44b hálós falrész kapcsolódik, amelynek felső felületét a hálós szerkezet alkotja, alsó szintje üres. A 44a hengeres és a 44b hálós falrész együttesen a 44 külső vezető által meghatározott kamrát határolja. A 42 bura rúdrésze a 44b hálós falrészen van átvezetve, és itt kapcsolódik az M elektromos motort tartalmazó 45 hajtómű tengelyéhez.

Az M elektromos motor megtámasztása ismert módon történik, ezért azt a 3. ábrán nem mutatjuk be. A 42 bura rúdja általában a 39 üreges belső vezető hossztengelyére merőlegesen helyezkedik el.

A 42 burához illeszkedően, de attól térközzel elválasztottan 46 füvóka kiömlése van elrendezve, amely hűtőlevegő 48 forrásából áramló hűtőközeget juttat a 42a gömb alakú burarészre. A hűtőközeg árama a 44b hálós falrészt átjáqa. A 46 füvóka úgy is elrendezhető, hogy a 42 bura rúdjára irányítsa a hűtőlevegőt, és ezzel egyúttal a 39 üreges belső vezető hűtését is biztosítsa, vagyis a fúvóka, a 42 bura hosszúkás része és a 39 üreges belső vezető egymáshoz képest merőlegesen vannak elrendezve.

A 37a vezeték mint hullámvezető belső terében vezetett csúszó hangolóelem helyezhető el, amelynek segítségével szükség szerint a frekvencia hangolható, beállítható.

A 3. ábra szerinti fényforrást gyakorlatban szintén megvalósítottuk. Az üzemeltetéshez 2,45 GHz frekvenciájú mikrohullámú sugárzást biztosítottunk, mégpedig WR284 típusú hullámvezető felhasználásával, amely mind a 37, mind a 37a vezeték felépítéséhez szolgált. A 39 üreges belső vezető külső átmérője 0,76 mm, hossza 48,3 mm volt, és a 37a vezeték belső terébe 6,9 mm hosszúságban nyúlt be. A 44 külső vezető 44a hengeres falrészének belső átmérője 25,4 mm, magassága 32,3 mm volt. A 44b hálós falrész alsó szintjének átmérője 27,9 mm, míg felső szintjének átmérője

12,7 mm és magassága 22,9 mm volt. A 42a gömb alakú burarész belső átmérője 6,5 mm volt, térfogata 0,144 cm³ és falvastagsága 0,5 mm. A 42a gömb alakú burarész alsó szintje a 39 üreges belső vezető felső szintjét kijelölő síktól 0,76 mm távolságon volt elrendezve. A 42 bura és a 42a gömb alakú burarész mintegy 1 mg kénből és mintegy 8 kPa nyomású argonból álló töltetet tartalmazott, míg felületéhez a 46 fúvóka 1,27 mm átmérőjű nyílásán keresztül mintegy 105 kPa nyomású sűrített levegőt továbbítottunk. A magnetron, vagyis a 33 mikrohullámú teljesítményforrás 200 W és 300 W közötti teljesítményt biztosított. A 42 bura fordulatszáma 3000 1/perc volt. Szakember számára nyilvánvaló, és itt is ez a helyzet, hogy a forgássebességet a 42 bura típusától, a töltet összetételétől (például az elektronegativitás fokától) és az alkalmazott teljesítménytől függően kell megválasztani.

A 4. ábrán a 3. ábrán bemutatotthoz hasonló elrendezésű fényforrást láthatunk. Az azonos elemeket azonos számok jelölik. A 33 mikrohullámú teljesítményforrás a 37 és 37a vezetékeken mint hullámvezetőkön át 50 befogásban elrendezett fényforrást táplál. A 37a vezetékben 37b lépcsőzetes szakasz és 37c kis magasságú szakasz van egymás után kiképezve. A 37b lépcsőzetes szakasz két lépcsőt tartalmaz, ahol a második lépcső lényegében a 37c kis magasságú szakasszal egyenlő magasságú. A lépcsőzetes kialakítás célja az, hogy a 37, illetve 37a vezeték impedanciáját az 50 befogás impedanciájához illesszük. Az 50 befogás a 37c kis magasságú szakasz 51 felső oldalsó lemezén van elrendezve, és benne 52 belső vezető van kialakítva. A 37c kis ma8

HU 215 880 Β gasságú szakaszon a hullámvezetőhöz 53 széles alsó falrész illeszkedik, míg az 52 belső vezető az 51 felső oldalsó lemezben kiképzett 54 nyíláson nyúlik át. Az 52 belső vezető 52a felső felülete a 42 bura gömb alakú falrészben végződő felületének szomszédságában helyezkedik el, ahhoz rendkívül közel, akár századmilliméter távolságban. A 4. ábrán látható megvalósításnál az 52 belső vezető 52a felső felülete gömbi alakú, amely a 42 bura hozzá csatlakozó felületével koncentrikusan helyezkedik el. A 42 bura alsó és az 52 belső vezető 52a felső felülete közötti egyenletes nagyságú rést azért hozzuk létre, hogy így az 52 belső vezetőhöz közeli felületen a 42 burát a lehető legegyenletesebb teljesítményeloszlással lehessen terhelni.

A 48 forrás 55 vezetéken keresztül hűtőlevegőt biztosít az 52 belső vezető alsó szintjénél, mégpedig a 37c kis magasságú szakasz 53 széles alsó falrészénél, ahol az 52 belső vezető hosszának megfelelő nagyságú 52b átvezetés van kialakítva, amely egy vagy több 52c füvókanyílásban végződik, mégpedig az 52a felső felületnél, ahonnan a hűtőlevegő a 42 bura felületéhez áramlik. Itt is az 52 belső vezetővel koncentrikusan külső vezető van elrendezve, amely az 51 felső oldalsó lemezhez kapcsolódó 56 hengeres falrészből és ehhez csatlakozó 57 félgömb alakú hálós borításból áll. Az 56 hengeres falrész magassága nagyjából azonos az 52 belső vezető hosszával. Az 57 félgömb alakú hálós borítás célja a gerjesztőenergia visszatartása a 42 bura kimenetének továbbításáig. A 42 bura körül az 57 félgömb alakú hálós borításon belül 58 dielektromos belső reflektor, míg az 57 félgömb alakú hálós borításon kívül 59 fémes külső reflektor van elrendezve. Az 58 dielektromos belső reflektor és az 59 fémes külső reflektor egymásban folytatódó vonal mentén van elrendezve.

A 42 bura rúdja az 57 félgömb alakú hálós borításban kiképzett nyíláson van az M elektromos motorhoz vezetve, amely a 45 hajtóművön keresztül biztosítja a kívánt sebességű forgatást. A 42 bura elrendezése olyan, hogy az 52 belső vezető 52a felső felületének közelében elhelyezkedő részei forgatás közben állandóan változó helyzetet foglalnak el, és így az ívtapadás jelensége megelőzhető.

A találmány kidolgozása során elvégzett vizsgálatok azt mutatták, hogy ha a 42 burát az 52 belső vezető tengelyével párhuzamos vonal mentén forgatjuk, vagyis a 42 bura mindig egyazon részével marad az 52 belső vezető 52a felső felületének közelében, az ívtapadás jelensége néhány másodpercen belül bekövetkezik, és ezt követően igen rövid időn belül a 42 bura tönkremegy.

A 4. ábra szerinti elrendezésnél igen célszerű, hogy az 55 vezeték kiömlésén elhelyezkedő 52c fúvókanyílások a 42 burához rendkívül közel helyezhetők el. Ezt még részletesebben az 5., 6. és 7. ábra mutatja, amelyeknél 60 koaxiális középponti vezető látható. Ebben több 62 járat van elrendezve, és a 62 járatok mindegyike 64 hűtőfolyadékot továbbító fúvókéban végződik, amelyek nyílásai a 62 járatok kiömléseit képezik. A találmány értelmében célszerűnek találtuk, ha a 64 hűtőfolyadékot továbbító fúvókák nyílásai kör keresztmetszetűek, természetesen a feltételeknek megfelelő átmérőjűek és a 42 bura felületétől az átmérő háromszorosának megfelelő távolságon helyezkednek el. Ez a méretezés akkor is célszerű, ha nem koaxiális jellegű vezetékkel biztosítjuk a hűtőközeg továbbítását a fúvókákhoz. Az 5., 6. és 7. ábra szerinti célszerű kialakításnál azt találtuk, hogy előnyös, ha a 64 hűtőfolyadékot továbbító fúvókák nyílásainak átmérője 0,83 mm és a nyílások a 66 bura alsó felületétől 0,5 mm nagyságú A távolságon helyezkedtek el, míg belső járatukra nagyjából 1,5 mmes B távolság volt jellemző, így a 62 járat végétől a 66 buráig a távolság nagyjából 2,0 mm volt.

Ha a 64 hűtőfolyadékot továbbító füvókákat a 66 burához lehető legközelebb helyezzük el, ezzel az üzemeltetéssel járó zajszintet csökkentjük. A hűtőfolyadék áramoltatásával bekövetkező zaj sok esetben problémát okoz, és a zaj szintje az áramoltatás! úttal növekszik. Azt találtuk, hogy a fúvókák kiömlését a 66 burához igen közel elrendezve elkerülhető a 66 bura környezetében levő meleg levegő intenzív áramoltatása, és ez a hűtés hatékonyságát javítja.

A 8. ábrán a találmány szerinti elektród nélküli elektromos fényforrás egy újabb célszerű megvalósítására mutatunk be példát. A fényforrás ez esetben 90 befogásba illeszkedik, és a működéséhez szükséges energiát kísérleti célokból a 8. ábra szerint előkészített 72 tápellátó rendszerrel biztosítjuk, amelynek felépítése a következő:

A szükséges teljesítményt 73 rádiófrekvenciás teljesítményforrás biztosítja, amelynek beállításával lehetővé válik, hogy a fényforrás 82 burájába, annak térfogategységére (minden cm³-re) néhány száz W-tól mintegy tízezer W-ig terjedő teljesítményt csatoljunk be.

A 73 rádiófrekvenciás teljesítményforrás 77 négyszög keresztmetszetű hullámvezetőn keresztül 74 hárombemenetes cirkulátorra kapcsolódik, amelynek feladata a 90 befogástól visszavert, és így nem abszorbeált teljesítménynek a 73 rádiófrekvenciás teljesítményforrástól való elszigetelése. A 74 hárombemenetes cirkulátor szintén a 77 négyszög keresztmetszetű hullámvezetőn át 75 teljesítménymérőbe van vezetve, amely a továbbított és a visszavert teljesítményt méri. A 74 hárombemenetes cirkulátor egy további kimenete 76 disszipatív terhelésre kapcsolódik, amely a visszavert teljesítményt abszorbeálja. A 75 teljesítménymérőből kivezetett 77 négyszög keresztmetszetű hullámvezető 77a vezetőszakaszban folytatódik, amely a 90 befogáshoz kapcsolódik. A 76 disszipatív terhelés közvetlenül van a 74 hárombemenetes cirkulátorra vezetve. A tömegtermelésben megvalósítandó változatnál a

8. ábra szerinti elrendezés 72 tápellátó rendszere jelentősen leegyszerűsíthető, hiszen a mindennapos használatban a 75 teljesítménymérőre, a 74 hárombemenetes cirkulátorra és a 76 disszipatív terhelésre a 72 tápellátó rendszer rögzítése és pontos beállítása esetén nincs szükség.

A négyszög keresztmetszetű hullámvezetőt alkotó 77a vezetőszakasz 77b lépcsőzetes szakaszban és 77c kis magasságú szakaszban folytatódik. A 77b lépcsőzetes szakasz két lépcsőből áll. A lépcsők ez esetben is arra szolgálnak, hogy az impedancia transzformátoraként a

HU 215 880 Β négyszög keresztmetszetű hullámvezető és a 77a vezetőszakasz impedanciáját a 90 befogás impedanciájához illesszük. A 90 befogás a 77c kis magasságú szakasz 91 felső oldalsó lemezének felső felületén van befogva. Ez esetben is 92 belső vezetőt használunk, amely a 77c kis magasságú szakasz 93 széles alsó falrészén van megtámasztva, és a 91 felső oldalsó lemezen átnyúlva az utóbbiban kiképzett 94 nyílásba illeszkedik. A 92 belső vezetőt kijelölt helyzetében 100 csavarokkal rögzítjük. A 91 felső oldalsó lemezben kialakított 94 nyílás méreteit úgy választjuk meg, hogy a 91 felső oldalsó lemez és a 92 belső vezető között szigetelést biztosító szélességű rés maradjon. A 92 belső vezető 92a felső felületben végződik, amely a 82 burával szomszédosán, annak gömbi felülete alatt helyezkedik el. A 92 belső vezető 92a felső felülete célszerűen résekkel van kiképezve. A 92 belső vezetőhöz 95 vezeték kapcsolódik, amelynek beömlésén hűtőlevegőt biztosító 80 levegőforrás helyezkedik el. A 95 vezeték a hűtőlevegőt a 92 belső vezetőben a 93 széles alsó falrésznél kiképzett 92b belső furatba vezeti, és az a 92 belső vezetőben áramolva jut a 92a felső felületben kiképzett nyílásokhoz (résekhez), amelyek fuvókaként működve a 82 bura hűtésére szolgálnak. A rajzon nem bemutatott, a 92a felső felületben kiképzett rések célszerűen kör keresztmetszetűek, általában elegendő, ha két 0,9 mm átmérőjű rést hozunk létre a 82 bura egyenlítői vonala mentén és ugyancsak két rést, mégpedig egyenként 0,5 mm átmérővel biztosítunk az erre merőleges tengely mentén a 82 bura sarkainak megfelelő helyeken. A 82 bura 83 rúddal van ellátva, amely az egyik saroknál csatlakozik a 82 burához. A 92a felső felületben a nyílásokat célszerűen 3,0 mm átmérőjű, a 82 bura gömbi részével koncentrikus kör mentén képezzük ki. A 92 belső vezetőt külső vezetőként felülről nyitott 96 hengeres fal veszi körül, amely a 91 felső oldalsó lemezre támaszkodik. A külső vezető a 92 belső vezetőnél nagyobb magasságú. A kísérleti vizsgálatok során azt találtuk, hogy a 96 hengeres fal felső részénél a sugárzás egy kis részének a környezetbe jutása nem elkerülhető, hacsak célszerűen felépített záróelemet nem helyezünk el rajta, például a 96 hengeres fal nyitott végét lapos vagy gömb alakú fedéllel zárhatjuk le. A 96 hengeres fal adott esetben áttört jellegű vagy hálószerű kialakításban is elkészíthető, vagyis amellett, hogy külső vezetőként szolgál, egyúttal lényegében áttetsző vagy átlátszó lehet, tehát biztosíthatja a 82 burában geqesztett fény áteresztését. A 82 bura környékén célszerűen megválasztott anyagból készült 99 fémes reflektort rendezünk el. A 92 belső vezető és a külső vezetőt alkotó 96 hengeres fal koaxiális gerjesztőrendszert képez, amellyel olyan nagy térerősségű elektromágneses terek geqeszthetők, amilyenre a kisméretű, nagy teljesítményű, elektród nélküli gázkisülő fényforrások táplálásához szükség van.

A 82 bura 83 rúdja a 96 hengeres falban és a 99 fémes reflektorban kiképzett nyíláson keresztül M elektromos motorral kapcsolódó 85 hajtómű tengelyére kapcsolódik, és a mechanikai csatolás révén az M elektromos motor a 82 burát a 83 rúd tengelyével egybeeső tengely körül képes forgatni.

A 92 belső vezető és a 96 hengeres fal mint külső vezető által alkotott koaxiális gerjesztőstruktúrában a 82 bura és a 92 belső vezető 92a felső felületének környezetében igen erős elektromágneses terek gerjeszthetők. A nagy térerősség hatására a 82 bura és a 92 belső vezető között ívkisülés létrejöttéhez kedvező feltételek alakulhatnak ki, ha a 92a felső felületen kialakított rések révén a 92 belső vezető nem biztosítaná a 82 bura hűtését. Habár a rajz szerint a 96 hengeres falra jellemző átmérő nem sokkal nagyobb, mint a 92 belső vezető átmérője, nyilvánvaló, hogy a külső vezető és így a 96 hengeres fal sokkal nagyobb átmérőjű lehet, és így egyrészt reflektorként, másrészt befogásként, tehát kétféle módon hasznosítható.

A találmány értelmében a 82 bura is nagy forgássebességgel forog, és a forgássebességet úgy választjuk meg, hogy ezzel a fényforrás hatékonyságát növeljük.

A találmány szerinti fényforrás 12, 42, 66, 82 burájába kerülő töltet összetételét úgy választjuk meg, hogy ezzel molekuláris sugárzást hozzunk létre, amely a látható elektromágneses sugárzás tartományába esik. Az összetevők között célszerű a gerjesztett állapotban polimerizált struktúra alkotására képes vagy hajlamos elemek felhasználása, és ezért igen előnyös, ha a töltet ként és/vagy szelént tartalmaz. Kén esetében például jól ismert, hogy az S₂ összetételű molekulák mellett S₄ és S₆ összetételű polimerizált struktúrák is létrejönnek, amit a gázkisülés feltételei segítenek elő.

A töltetben a kén vagy a szelén mennyiségét úgy választjuk meg, hogy ezzel a látható fény geqesztését tegyük lehetővé. Az elemi kén és az elemi szelén mellett számos vegyület is szóba jöhet, egyebek között az InS, As₂S₃, S₂C1₂, CS₂, In₂S₃, SeS, SeO₂, SeCl₄, SeTe, CSe₂, P₂Se és SeAs. A lista korántsem teljes, a fénykibocsátásra alkalmas egyéb könnyű kén- és szelénvegyületek mindegyike lényegében szóba jöhet. A töltetet célszerűen úgy is összeállíthatjuk, hogy szobahőmérsékleten kis parciális gáznyomású, a fényforrás üzemeltetési hőmérsékletén nagy parciális gáznyomású keveréket alkosson, de a szobahőmérsékleten már nagynyomású töltetek ugyancsak alkalmasak lehetnek a találmány céljainak elérésére.

A 12, 42, 66, 82 bura átmérője és a M elektromos motorral biztosított forgás sebessége között az előzőekből is kitűnően fordított arányosság áll fenn. Ha a töltetet kéntartalmú anyaggal vagy kénnel készítjük el, és a 12,42, 66, 82 burába legalább 150 W nagyságú mikrohullámú teljesítményt csatolunk, az M elektromos motorral w forgássebességet biztosítunk, és a forgástengelyhez viszonyítva a 12, 42, 66, 82 bura átmérőjét r jelöli, úgy találtuk, hogy a hatékonyság jelentős növelése akkor érhető el, ha a w²r szorzat értéke legalább 1,75-10⁵ cm/s².

A találmány szerinti eljárás megvalósítására, illetve a fényforrás kialakítására most két példát ismertetünk.

1. példa

A találmány szerinti fényforrás egy példakénti, a 3. ábrán bemutatott felépítést követő megvalósítása a kö10

HU 215 880 Β vetkező volt. Kvarcból álló, 5 mm belső átmérőjű és 0,5 mm vastagságú gömb alakú 42 bura belső terébe töltetként 0,3 mg ként és 20 kPa nyomáson argont vittünk be. Egy 3,0 mm átmérőjű kör kerülete mentén a 39 üreges belső vezető felső szintjén a zárófelületben négy, egyenként 0,76 mm átmérőjű nyílást készítettünk két, egymásra merőleges átmérő mentén. A 39 üreges belső vezető átmérője 4,75 mm volt, és végét axiálís irányban a 42 bura gömbi felületétől 2,0 mm távolságra helyeztük el. A magnetront 2,45 GHz frekvenciájú mikrohullámú sugárzás gerjesztésére állítottuk be és így biztosítottuk, hogy a 42 burába 220 W teljesítményt lehessen becsatolni.

A vizsgálat céljaira a reflektor előtt a mikrohullámú sugárnyaláb középpontjában fényteljesítmény mérésére alkalmas eszközt rendeztünk el, amivel a 42 burával előállított fény intenzitását kívántuk mérni. A reflektor jelenlétében a mérőről leolvasott értékek nem jellemzők a világítás minőségére, mivel a 42 bura nem adott izotrop sugárzást. A reflektor ugyan a 42 bura minden részéből származó fénysugárzást összegyűjti, tehát a mérőberendezéssel ebben az esetben a 42 bura által kibocsátott fény átlagos intenzitását lehet megmérni. A 42 burát 3400 1/perc fordulatszámon forgattuk. Ez a forgássebesség elegendőnek bizonyult ahhoz, hogy a gázkisülés a 42 bura teljes belső terét betöltse, és egyúttal az ív a 42 bura falához ne tapadjon hozzá.

A 42 bura üzemeltetése során a hőmérséklet jelentősen megemelkedik, adott esetben túllépi az élettartam optimális biztosításához szükséges 1000 °C értéket. Ezért hűtőlevegő áramát irányítottuk a 42 burára, mégpedig 70 kPa nyomáson. Az áramló hideg levegő 83 dB szintű zajt eredményezett, amit olyan decibelmérő eszközzel mértünk, amely az emberi fülhöz hasonló érzékelési karakterisztikát mutat. A rendszert különböző forgássebességek mellett is megvizsgáltuk, ehhez változtatható fordulatszámú motort alkalmaztunk, és úgy találtuk, hogy 2000 1/perc és 3800 1/perc fordulatszám között a hatékonyság nem változott.

2. példa

Az 1. példa megvalósításánál alkalmazott modellt építettük meg újra, de az előzőtől eltérő meghajtást alkalmaztunk, mivel az elektromos motorral

000 1/perc fordulatszámot kellett biztosítani. A működtetés során a hűtőlevegőt ugyancsak 70 kPa nyomáson áramoltattuk ki. Ekkora fordulatszám és a hűtőlevegővel végzett hűtés mellett elértük, hogy a 42 bura fényhasznosítása mintegy 6%-kal javult, és hőmérséklete az 1. példához viszonyítva további mintegy 100 °C értékkel csökkent. Amikor a hűtőlevegő nyomását mintegy 35 kPa-ra csökkentettük, a 42 bura hőmérséklete újból elérte a mintegy 1000 °C értéket, de a fényhasznosítás tovább javult, mégpedig a kiindulási (forgatás nélküli) értékhez képest 15%-kal. A kisebb nyomás eredményeként a füvókából áramló gáz 71 dB zajszintet okozott, amit mindenekelőtt a nyomás csökkentésének lehet betudni. Ez a példa tehát arra utal, hogy a magas fordulatszám két fontos előnnyel járhat, egyrészt a fényhasznosítás javulásával, másrészt pedig a fényforrás üzemeltetésével okozott zaj csökkentésével. Megállapítható tehát, hogy a nagy fordulatszámú forgatás eredményeként a plazma energiaátalakítási hatékonysági karakterisztikái megváltoznak, a fényforrás fényhasznosítása javul, a becsatolt teljesítmény kisebb része alakul át hővé.

A fentiekben leírt kisméretű 42 burák esetében célszerű tehát a kénalapú töltet alkalmazása, a legalább 8000 1/perc fordulatszám a hatékonyság javulásával jár. Mivel a találmány szerinti elrendezés, illetve eljárás többféle méretű 42 burával alkalmazható, a forgássebesség a bura maximális r sugarával és w szögsebességgel hozható egyértelmű kapcsolatba oly módon, hogy a hatásfok (fényhasznosítás) növeléséhez arra van szükség, hogy a w^{2 * *}r szorzat értéke legalább 1,75 · 10⁵ cm/s² legyen.

A fenti összefüggésből adódó küszöbérték elérése után a fordulatszám növelése már a hatékonyság növelését biztosítja. A tapasztalat szerint a hatékonyság (fényhasznosítás) a fordulatszámmal először monoton módon nő, majd csúcstartományt ér el, ahol a fordulatszám növekedése vagy csökkentése esetén a hatékonyság változása nem figyelhető meg. Az 1. és 2. példában bemutatott fényforrásnál például mintegy 13 000 1/perc az a küszöbérték, amely fölött ez a csúcstartomány megkezdődik. A forgássebesség küszöbértékét és a csúcstartományhoz tartozó forgássebesség értékét követve megállapíthattuk, hogy mindkettő a 42 burába becsatolt teljesítménytől függ, és minél nagyobb a becsatolt teljesítmény, annál nagyobb fordulatszámokat kell biztosítani.

A fentiekben leírt fényforrás nagy fényerejű eszköz, amely viszonylag nagy fényhasznosítás mellett üzemeltethető. Vetítőrendszerekben különösen jól hasznosítható. Bár az előzőekben mindenekelőtt a gömbi formájú burákra tértünk ki, nyilvánvaló, hogy nem feltétlenül kell a burának gömbszerűnek lennie. Bizonyos alkalmazásoknál, például folyadékkristályos vetítőrendszerekben előnyös azonban, ha a bura maximális és minimális belső méreteinek aránya legfeljebb 5.

Az előzőekben bemutatott előnyös kiviteli alakoknál a 90 befogás a 82 burához elektromágneses energiát becsatoló koaxiális elrendezés. A további kiviteli alakoknál is alapvetően a koaxiális elrendezést mutattuk be, de az elektromágneses energia mikrohullámú üreggel, induktív csatolótekerccsel vagy kapacitív csatolóelektródokkal és más hasonló energiaátadó eszközökkel ugyancsak a 82 burához juttatható.

A találmány szerinti fényforrás egy további megvalósítási lehetőségét a 9. ábra kapcsán mutatjuk be, amelyen a fényforrás fénykibocsátó elemeinek keresztmetszete látható. A fénykibocsátás alapja 150 gázkisülő bura és 112 rúd, ahol az utóbbi a 150 gázkisülő bura sarkait kijelölő tengelyt határoz meg. A 150 gázkisülő bura belső felületéhez mintegy 5 mm átmérőjű gömbi felület tartozik. A 150 gázkisülő bura sarki tengelyére merőleges egyenlítőjéhez képest ±30° értékekkel határolt szöghelyzetben 60°-os szögtartományt lefedően 154 egyenlítői sávot jelölünk ki, ahol a 150 gázkisülő bura falvastagsága 0,5 mm, és ezt ±0,05 mm pontosság11

HU 215 880 Β gal tartjuk be. Mint említettük, az egyenlítő helyzetét a 112 rúd határozza meg, amely a sarki tengelyt jelöli ki. A sarki tengely végeit 156 és 158 pólusok jelentik, amelyeknél a 150 gázkisülő bura falvastagságát 0,6 mm értékre állítjuk be, és ezt szintén 10,05 mm tűréssel tartjuk. A 150 gázkisülő bura falvastagsága a 60° szélességű 154 egyenlítői sávra jellemző kisebb értéktől fokozatosan növekszik a 156 és 158 pólusoknál biztosított nagyobb értékre.

Ha a 150 gázkisülő bura tápellátását megszüntetjük, az azt kitöltő töltet anyaga a 154 egyenlítői sáv vékonyabb falú zónájában kondenzálódik.

A 112 rúd több részből áll. A 150 gázkisülő burához 160 vékonyabb szakasz kapcsolódik, amely 162 kúpos rész közbeiktatásával nagyobb átmérőjű 164 lezárószakaszba megy át. A 160 vékonyabb szakasz átmérője 1,5 mm, hossza mintegy 23 mm. A vele kapcsolódó 162 kúpos rész 5 mm hosszúságú, míg a 164 lezárószakasz hossza 25 mm körül van, átmérője 4 mm. A 164 lezárószakasz végét úgy alakítjuk ki, hogy azzal a 150 gázkisülő bura forgatását biztosító motor tengelyéhez lehessen kapcsolódni. Ezt a 164 lezárószakaszban kiképzett 166 árok teszi lehetővé, amelyhez 168 csatolófelület kapcsolódik, és ez a két alkotóelem a szakmában ismert módon biztosítja a tengelyhez való kapcsolódást. Kialakításukhoz például az US 4,947,080 lajstromszámú szabadalom leírása ad kitanítást.

A találmány értelmében a 150 gázkisülő bura töltetét olyan mennyiségű kondenzálható anyaggal készítjük el, amelynél a gőznyomás biztosítja, hogy az összetevők legalább egy része a fényforrás kikapcsolt állapotában lecsapódik. A töltet összetevői között megemlíthető a higany, amelyet például fém-halogenid-adalékokkal egészítünk ki vagy hozzá fémek oxihalogenidjeit adjuk, de ugyanúgy megfelel a kén is, mint a töltet alapanyaga. A töltetbe célszerűen a fényforrás hideg állapotában gáz halmazállapotú, bekapcsoláskor a gázkisülés beindítását megkönnyítő összetevőt szintén adagolhatunk, például a neont, argont, kriptont, xenont egyedül vagy keverékben. A kiegészítő gáz mennyisége célszerűen akkora, hogy a hozzá tartozó parciális nyomás mintegy 100 Pa értéktől több tíz kPa értékig terjed, célszerűen szobahőmérsékleten mintegy 100 Pa és 130 kPa között van, de általában elegendő a 2,5 kPa és a 25 kPa közötti parciális nyomások beállítása. Mint említettük, különösen célszerűnek tartjuk a töltetben kén vagy kéntartalmú vegyület felhasználását. A ként a töltetben sok különféle anyaggal vihetjük be, így megvizsgáltuk és különösen célszerűnek tartjuk az elemi kén, továbbá a kénvegyületek közül az InS, As₂S₃, S₂C1₂, CS₂, In₂S₂ és SeS használatát. Ez a lista egyáltalában nem meríti ki az összes lehetőséget. A töltetet olyan mennyiségben készítjük el, hogy az a burában üzemeltetés közben mintegy 100 kPa és mintegy 2 MPa közötti nyomású közeget alkosson, és legalább mintegy 50 W/cm³ teljesítménysűrűségű becsatolt sugárzással gerjeszthető legyen. Ezt a célt például az 1. és 2. ábrán bemutatott elrendezésnél alkalmazott 12 bura esetében 0,3 mg kén és 2 kPa nyomású argon felhasználásával érhetjük el.

A találmány szerinti fényforrásnak a 9. ábrán bemutatott változatánál a működés kezdetén, a gázkisülési folyamat beindulásakor a gázkisülés az irodalomból is jól ismert kísérleti eredményeknek megfelelően a bura egyenlítői tartományában és a koaxiális belső vezető végéhez közel az egyenlítő közelében jön létre. Ha a gerjesztőteljesítmény betáplálását megszüntetjük, a kondenzálható összetevők a 154 egyenlítői sávban gyűlnek össze a 150 gázkisülő bura belső felületén. A fényforrás begyújtásakor a 154 egyenlítői sávban lerakodott anyag gyorsan elpárolog, hiszen az egyenlítő közelében létrejövő gázkisülés erőteljes melegítőhatást okoz.

A találmány szerinti fényforrás megvalósításának egy további lehetőségére a 10. és 11. ábra ad példát. Az ábrán nem bemutatott hullámvezetők a mikrohullámú teljesítményt 131 és 131’ csatolónyíláson keresztül juttatják az elrendezésbe, ahol azt 132 hatlapú üreg fogadja. A becsatolt teljesítmény hatására TM110 módusú elektromágneses sugárzás alakul ki. A TM110 módusba nem tartozó elektromágneses térösszetevő is megjelenik, mégpedig a 131 és 131’ csatolónyílások jelenléte miatt keletkező sugárzás formájában. A 132 hatlapú üreg teljes felső felületét 133 háló borítja, amely a keletkező optikai sugárzás számára nem jelent lényeges akadályt. A 132 hatlapú üregen belül 134 és 134’ dielektromos reflektorok vannak elrendezve, amelyek együttesen bevonatuk révén interferenciaelven működő reflektorok párját alkotják. A 134 és 134’ dielektromos reflektorok között 135 elektród nélküli gázkisülő bura helyezkedik el, amely elnyújtott, csőszerű alakú testet képez. A benne levő töltet például higanyt, fém-halogenid-adalékokat és indítógázt tartalmaz. A töltet összetételére nem kell különösen kitérnünk, hiszen a szakirodalom rendkívül sokféle változatot ismertet. A 135 elektród nélküli gázkisülő bura hűtésére 137 hűtőnyíláson át áramoltatott levegőt biztosítunk, ahol a 137 hűtőnyílások a 132 hatlapú üreg alsó szintjében helyezkednek el és elrendezésükkel biztosítják, hogy a hűtőlevegő felfelé áramolva közvetlenül a 135 elektród nélküli gázkisülő bura környezetébe jut. A 137 hűtőnyílások száma akkora, hogy jelenlétükkel a 135 elektród nélküli gázkisülő bura teljes hossza mentén az egyenletes hűtés feltételei jöjjenek létre.

A 135 elektród nélküli gázkisülő bura keresztmetszetét all. ábra mutatja be. Ezen jól látható, hogy a 13 5 elektród nélküli gázkisülő bura 135A és 135A’ kis vastagságú szakaszt tartalmazó, egyébként egyenletes vastagságú fallal van kiképezve. A 135A és 135A’ kis vastagságú szakasz elrendezése olyan, hogy az összeállított fényforrás esetén ezek a 131 és 131’ csatolónyílásokhoz a lehető legközelebb helyezkednek el.

A 10. ábrán bemutatott elrendezésnél a becsatolt teljesítmény megszüntetésekor a töltet a 135A és 135A’ kis vastagságú szakaszoknál csapódik le. Mivel ezek a szakaszok a 131 és 131’ csatolónyílásokhoz viszonylag közel vannak, a nagy térerejű elektromágneses mező a fényforrás bekapcsolásakor elsősorban ezekre hat, és így a töltet kondenzálható összetevőinek elpárologtatását, a gázkisülés beindítását megkönnyítő feltételek alakulnak ki.

HU 215 880 Β

Bár a találmányt az előzőekben különböző kiviteli alakok példái kapcsán mutattuk be, szakember az itt foglaltak alapján számos olyan útmutatást nyerhet, amelyekből köteles tudására támaszkodva további lehetőségeket dolgozhat ki. Éppen ezért oltalmi igényünket a csatolt igénypontok és nem az itt ismertetett példák határozzák meg.

Claims (13)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Elektród nélküli fényforrás, gerjesztett állapotban molekuláris sugárzásként főként látható fényt kibocsátó, kén és szelén egyikét tartalmazó, plazmát képező töltetet tartalmazó burával, elektromágneses energiát létrehozó egységgel, a létrehozott elektromágneses energiát a töltet gerjesztésére a burának átadó egységgel, továbbá a burát forgató forgatóegységgel, azzal jellemezve, hogy a bura (12) legfeljebb 12,7 mm átmérőjű; az elektromágneses energiát a burának (12) átadó egység a bura (12) szükségesnél kisebb sebességű forgatása esetén annak belsejét csupán részben kitöltő kisülést létrehozó egységként van kiképezve; és a forgatóegység a burát (12) annak belsejét a töltettel létrehozott kisüléssel lényegében teljesen kitöltő sebességgel forgató forgatóegységként van kialakítva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a bura (12) belsejét csupán részben kitöltő kisülés szigetelt kisülés.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a bura (12) belsejét csupán részben kitöltő kisülés a burában ívtapadást okozó kisülés.
4. 4. A 3. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy az elektromágneses energiát előállító egység mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás energiát előállító egységként van kiképezve, és az elektromágneses energiát a burának (12) átadó egység belső és külső vezetővel rendelkező koaxiális felépítésű egység.
5. 5. A 4. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a bura (12) a belső vezető közvetlen közelében, attól térközzel elválasztva van elrendezve, és a forgatóegység a bura (12) forgása során a bura (12) különböző részeit a belső vezető közvetlen szomszédságába mozgató forgatóegységként van kialakítva.
6. 6. A 4. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a belső vezető üreges kialakítású, továbbá hűtőközeget a belső vezetőn keresztül a burára (12) irányítottan továbbító hűtőegységet tartalmaz.
7. 7. A 6. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a belső vezető előre meghatározott átmérőjű, hűtőközeget kibocsátó nyílással rendelkezik, amely legfeljebb az előre meghatározott átmérő háromszorosát kitevő távolságban van a burától (12) elrendezve.
8. 8. Az L, 2. vagy 4. igénypontok bármelyike szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a forgatóegység a burát (12) a kibocsátott fény hatékonyságát lényegesen megnövelő sebességgel forgató forgatóegységként van kialakítva.
9. 9. A 8. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a forgatóegység a burát (12) a 10%-ot meghaladó hatékonyságnövekedés mellett forgató forgatóegységként van kialakítva.
10. 10. A 7. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy hűtőközeget a hatékonyságnövekedés nélkül szükséges közegnyomásnál lényegesen alacsonyabb közegnyomáson a burára (12) irányító eszközt tartalmaz.
11. 11. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy az optikailag tökéletlen burához (12) az általa kibocsátott fényt vetítő, lencsét és/vagy reflektort tartalmazó optikai elem van társítva, és a forgatóegység a burát (12) a vetített fény lüktetését megszüntető sebességgel forgató forgatóegységként van kialakítva.
12. 12. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti fényforrás, azzal jellemezve, hogy a bura (12) a fényforrásra juttatott energia megszűnése esetén kondenzálható töltetrészt tartalmazó kvarcbura, továbbá a fényforrás bekapcsolásakor a burába (12) mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás teljesítményt csatoló, és legalább a fényforrás gyújtási fázisa során a bura (12) meghatározott egy vagy több tartományában nagyobb értéket biztosítóan teljesítményt elosztó egységet tartalmaz, és a bura (12) a meghatározott tartományban vagy tartományokban vékonyabbra van kiképezve.
13. 13. Elektród nélküli fényforrás, fényforrásra juttatott energia megszűnése esetén kondenzálható töltetrészt tartalmazó kvarcburával, azzal jellemezve, hogy egy, a fényforrás bekapcsolásakor a burába (12) mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás teljesítményt csatoló, és legalább a fényforrás gyújtási fázisa során a bura (12) meghatározott egy vagy több tartományában nagyobb értéket biztosítóan teljesítményt elosztó egységet tartalmaz, és a bura (12) a meghatározott tartományban vagy tartományokban vékonyabbra van kiképezve.