RU169961U1

RU169961U1 - Sodium lamp

Info

Publication number: RU169961U1
Application number: RU2016124512U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-04-11

Abstract

Полезная модель направлена на расширение области применения источника оптического излучения. Натриевая лампа содержит вакуумированную колбу 1, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода 2, с установленными внутри герметичной разрядной трубкой 3, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами 4 на концах, имеющими выводы 5, заполненной рабочим веществом с парами натрия при низком давлении, и второй герметичной разрядной трубкой 6, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами 7 на концах, имеющими выводы 8, заполненной рабочим веществом с парами натрия при высоком давлении. Разрядные трубки электрически соединены последовательно. Свободные выводы электродов разрядных трубок электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода. 1 ил.The utility model is aimed at expanding the scope of the optical radiation source. The sodium lamp contains an evacuated flask 1 made of optically transparent material, equipped with elements of an external current supply 2, installed inside a sealed discharge tube 3 made of optically transparent material, with electrodes 4 at the ends having terminals 5 filled with a working substance with sodium vapor at low pressure, and a second sealed discharge tube 6 made of optically transparent material, with electrodes 7 at the ends having leads 8 filled with a working substance with vapors Tria at high pressure. The discharge tubes are electrically connected in series. The free terminals of the electrodes of the discharge tubes are electrically connected to the corresponding contacts of the current supply elements. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых экологически чистых и энергоэффективных источников света, в том числе предназначенных для прямой замены дуговых ртутных ламп. Полезная модель направлена на расширение области применения натриевой лампы за счет повышения светоотдачи (отношение светового потока к общей потребляемой мощности, лм/Вт), качества цветопередачи, технологичности, надежности работы, среднего срока службы, эксплуатационного ресурса, расширения номенклатуры и снижения стоимости.The utility model relates to lighting engineering and can be used in the design of new environmentally friendly and energy-efficient light sources, including those intended for direct replacement of arc mercury lamps. The utility model is aimed at expanding the field of application of a sodium lamp by increasing light output (ratio of light flux to total power consumption, lm / W), color rendering quality, manufacturability, reliable operation, average life, operating life, expanding the range and reducing cost.

Известна натриевая лампа низкого давления, содержащая вакуумированную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода, с установленной внутри герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала в форме линейки с равномерно распределенными по длине выпуклостями и с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при низком давлении, выводы электродов разрядной трубки электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода (Разработка натриевой лампы низкого давления/Электрические источники света. Труды ВНИИС. - Саранск, 1972. - №4. - С. 94-104).Known low-pressure sodium lamp containing a vacuum flask made of optically transparent material, equipped with elements of an external current supply, with a sealed discharge tube installed inside, made of optically transparent material in the form of a ruler with bulges uniformly distributed along the length and with electrodes at the ends having leads filled with a working substance with sodium vapor at low pressure, the conclusions of the electrodes of the discharge tube are electrically connected to the corresponding circuit Tammy current supply elements (Development of low-pressure sodium lamp / light sources Electric Works VNIIS -.. Saransk, 1972. - №4 -. pp 94-104).

Недостатком известной натриевой лампы низкого давления является узкая область применения из-за сравнительно низкой светоотдачи, что обусловлено конструкцией, большой длиной разрядной трубки, сложностями обеспечения оптимального теплового режима работы. Для повышения светоотдачи за счет «утепления» разрядной трубки используют специальное покрытие внешней колбы, отражающее инфракрасное излучение, или применяют вторую внешнюю колбу, что делает конструкцию еще более дорогой. Светоотдача натриевых ламп низкого давления с линейными разрядными трубками не превышает 90 лм/Вт, что является низкой величиной для данного типа источников света. Известная лампа имеет и крайне низкое качество цветопередачи. Большие размеры светящегося тела не позволяют использовать стандартные конструкции световых приборов, что сужает область применения. Конструкция разрядных трубок с распределенными по длине выпуклостями является нетехнологичной. Лампа-аналог имеет также низкую надежность работы, малые средний срок службы (2÷3 тыс.ч) и эксплуатационный ресурс. Число типов ламп с линейными разрядными трубками в значительной мере ограничено.A disadvantage of the known low-pressure sodium lamp is a narrow field of application due to the relatively low light output, which is due to the design, the large length of the discharge tube, and the difficulties of ensuring optimal thermal operation. To increase light output due to the "insulation" of the discharge tube, a special coating of the outer bulb reflecting infrared radiation is used, or a second outer bulb is used, which makes the design even more expensive. The light output of low pressure sodium lamps with linear discharge tubes does not exceed 90 lm / W, which is a low value for this type of light source. The well-known lamp has an extremely low color rendering quality. The large size of the luminous body does not allow the use of standard designs of lighting devices, which narrows the scope. The design of the discharge tubes with bulges distributed along the length is not technologically advanced. An analog lamp also has low reliability, low average service life (2 ÷ 3 thousand hours) and operational life. The number of types of lamps with linear discharge tubes is largely limited.

Известна натриевая лампа низкого давления, содержащая вакуумированную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода, с установленной внутри герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала в форме знака U с равномерно распределенными по длине выпуклостями, и с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при низком давлении, выводы электродов разрядной трубки электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода (Источники света. Лампы SOX. Каталог Osram/Osram. - 2010. - С. 5.28).Known low-pressure sodium lamp, containing a vacuum flask made of optically transparent material, equipped with elements of an external current lead, with a sealed discharge tube installed inside, made of optically transparent material in the form of a U mark with bulges uniformly distributed along the length, and with electrodes at the ends, having leads filled with a working substance with sodium vapor at low pressure, the leads of the electrodes of the discharge tube are electrically connected to the corresponding contacts tami of current supply elements (Light sources. SOX lamps. Catalog Osram / Osram. - 2010. - P. 5.28).

В известной лампе светоотдача доведена до значения 160÷180 лм/Вт. Однако разрядная трубка остается нетехнологичной в изготовлении. Размеры светящегося тела сравнительно велики (например, при мощности 185 Вт длина лампы составляет 1120 мм). Сохраняются проблемы с обеспечением теплового режима разрядной трубки, и ограничивается использование ламп этого типа в стандартных световых приборах. Известная натриевая лампа низкого давления имеет плохое качество цветопередачи. Лампа также обладает низкой надежностью работы, имеет относительно малые средний срок службы (12÷18 тыс.ч) и эксплуатационный ресурс и высокую стоимость. Таким образом, известная натриевая лампа низкого давления также характеризуется недостатком, заключающимся в узкой области применения. Число выпускаемых типов таких ламп и объемы их производства ограничены.In the known lamp, the light output is brought to a value of 160 ÷ 180 lm / W. However, the discharge tube remains low-tech in manufacture. The dimensions of the luminous body are relatively large (for example, with a power of 185 W, the length of the lamp is 1120 mm). Problems remain with ensuring the thermal regime of the discharge tube, and the use of lamps of this type in standard lighting devices is limited. Known low pressure sodium lamp has poor color rendering quality. The lamp also has low reliability, has a relatively small average life (12 ÷ 18 thousand hours) and operational life and high cost. Thus, the known low-pressure sodium lamp is also characterized by a disadvantage in a narrow scope. The number of manufactured types of such lamps and their production volumes are limited.

Известна натриевая лампа высокого давления, содержащая вакуумированную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода, с установленной внутри герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при высоком давлении, выводы электродов разрядной трубки электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода (Источники света. Натриевые лампы высокого давления T, трубчатые, прозрачные. Каталог Osram/Osram. - 2010. - С. 5.26).Known high-pressure sodium lamp containing a vacuum flask made of optically transparent material, equipped with elements of an external current lead, installed inside a sealed discharge tube made of optically transparent material, with electrodes at the ends having leads filled with a working substance with sodium vapor at high pressure, the conclusions of the electrodes of the discharge tube are electrically connected to the corresponding contacts of the elements of the current supply (Light sources. Sodium lamps high st pressure T, tubular, transparent Osram / Osram Catalog -.., 2010. - P. 5.26).

Известная натриевая лампа высокого давления имеет более высокий индекс цветопередачи, большие средний срок службы и эксплуатационный ресурс, обладает малым размером светящегося тела, однако световая отдача у таких ламп ниже, чем у выпускаемых промышленностью натриевых ламп низкого давления (до 150 лм/Вт).The well-known high-pressure sodium lamp has a higher color rendering index, longer average life and service life, has a smaller luminous body, however, the light output of such lamps is lower than that of low-pressure sodium lamps manufactured by the industry (up to 150 lm / W).

Натриевая лампа высокого давления является наиболее близкой к рассматриваемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.A high pressure sodium lamp is closest to the utility model in question and is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является сравнительно узкая область применения. Это обусловлено, в том числе, низкой световой отдачей известной лампы, низким качеством цветопередачи и относительно низкой технологичностью конструкции. Известные лампы имеют также малые средний срок службы и эксплуатационный ресурс.The disadvantage of the prototype is a relatively narrow scope. This is due, inter alia, to the low light output of the known lamp, low color rendering quality and relatively low manufacturability of the structure. Known lamps also have a short average life and service life.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения натриевой лампы, что является целью полезной модели.The utility model is aimed at solving the problem of expanding the field of application of the sodium lamp, which is the purpose of the utility model.

Указанная цель достигается тем, что натриевая лампа содержит вакуумированную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода, с установленными внутри герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при низком давлении, и второй герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при высоком давлении, разрядные трубки электрически соединены последовательно, свободные выводы электродов разрядных трубок электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода.This goal is achieved by the fact that the sodium lamp contains a vacuum flask made of optically transparent material, equipped with external current supply elements, installed inside a sealed discharge tube made of optically transparent material, with electrodes at the ends having leads filled with a working substance with sodium vapor at low pressure, and a second sealed discharge tube made of optically transparent material, with electrodes at the ends having leads filled with p bochim substance with sodium vapor at a high pressure discharge tube is electrically connected in series, the free terminals of the electrodes of the discharge tubes are electrically connected with corresponding contacts of a current supply element.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения за счет повышения светоотдачи натриевой лампы на 10-15% и надежности работы (улучшение эксплуатационных характеристик источника света), увеличенных среднего срока службы и эксплуатационного ресурса и малой стоимости, что обусловлено новыми принципами устройства и технологичностью конструкции. Индекс цветопередачи новой лампы является наиболее высоким среди выпускаемых натриевых ламп высокого и низкого давления (спектры разрядов низкого и высокого давления в парах натрия являются взаимно дополняющими). Реализация разрядной трубки низкого давления в компактной форме оптимизирует тепловой режим разрядной трубки и лампы, уменьшает размеры светящегося тела, эффективно предотвращает явление миграции натрия. Использование синтерированных электродов увеличивает надежность работы и срок службы, снижает потери энергии, уменьшает напряжение зажигания лампы. Тепловые режимы разрядных трубок улучшаются за счет эффективного взаимного влияния. Диапазон мощностей и номенклатура натриевых ламп значительно расширяются. При этом новые лампы могут без ограничений использоваться в распространенных типах осветительных приборов (приборах традиционных конструкций).A significant difference characterizing the utility model is the expansion of the scope by increasing the light output of a sodium lamp by 10-15% and reliability (improving the operational characteristics of the light source), increased average life and service life and low cost, due to new principles of the device and manufacturability of the design. The color rendering index of the new lamp is the highest among the high and low pressure sodium lamps produced (the spectra of low and high pressure discharges in sodium vapors are mutually complementary). The implementation of the low-pressure discharge tube in a compact form optimizes the thermal regime of the discharge tube and lamp, reduces the size of the luminous body, and effectively prevents the phenomenon of sodium migration. The use of sintered electrodes increases the reliability and service life, reduces energy losses, reduces the ignition voltage of the lamp. Thermal conditions of the discharge tubes are improved due to the effective mutual influence. The range of capacities and the range of sodium lamps are expanding significantly. At the same time, new lamps can be used without limitation in common types of lighting devices (devices of traditional designs).

Расширение области применения натриевой лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства, особенностями новой (гибридной) конструкции, наличием двух различных типов разрядных трубок и новыми элементами и связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой натриевой лампы, которую можно отнести к гибридным источникам света, являются существенными.The expansion of the scope of the sodium lamp is a technical result due to new principles of the device, features of the new (hybrid) design, the presence of two different types of discharge tubes and new elements and connections, that is, the hallmarks of the utility model. Thus, the distinguishing features of the inventive sodium lamp, which can be attributed to hybrid light sources, are significant.

На рисунке приведена типовая конструкция натриевой (одноцокольной) лампы со стандартным сетевым цоколем - элементами внешнего токоподвода (типа E40).The figure shows a typical design of a sodium (single-ended) lamp with a standard network base - elements of an external current supply (type E40).

Натриевая лампа содержит вакуумированную колбу 1, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода 2, с установленными внутри герметичной разрядной трубкой 3, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами 4 на концах, имеющими выводы 5, заполненной рабочим веществом с парами натрия при низком давлении, и второй герметичной разрядной трубкой 6, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами 7 на концах, имеющими выводы 8, заполненной рабочим веществом с парами натрия при высоком давлении. Разрядные трубки электрически соединены последовательно. Свободные выводы электродов разрядных трубок электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода.The sodium lamp contains an evacuated flask 1 made of optically transparent material, equipped with elements of an external current supply 2, installed inside a sealed discharge tube 3 made of optically transparent material, with electrodes 4 at the ends having terminals 5 filled with a working substance with sodium vapor at low pressure, and a second sealed discharge tube 6 made of optically transparent material, with electrodes 7 at the ends having leads 8 filled with a working substance with vapors Tria at high pressure. The discharge tubes are electrically connected in series. The free terminals of the electrodes of the discharge tubes are electrically connected to the corresponding contacts of the current supply elements.

Натриевая лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь 2 (элементы внешнего токоподвода) стандартного вида (E27, E40, B22, BY22d) лампа подключается к питающей сети переменного тока (источнику питания) через специальный электромагнитный или электронный пускорегулирующий аппарат. Возможно также подключение натриевой лампы к источнику постоянного тока через электронный пускорегулирующий аппарат. В общем случае натриевая газоразрядная лампа представляет собой электрический источник света, светящимся телом которого служит газовый разряд низкого (в натриевых лампах низкого давления) или высокого давления (в натриевых лампах высокого давления) в парах натрия. Таким образом, можно натриевые лампы классифицировать на лампы низкого и высокого давления. Натриевые лампы низкого и высокого давления являются одной из наиболее эффективных групп источников видимого излучения. Они имеют самую высокую световую отдачу среди всех известных разрядных ламп и характеризуются незначительным спадом светового потока при длительном сроке службы. К недостатком натриевых ламп следует отнести низкое качество цветопередачи. Из-за того что светящимся телом (основным источником видимого излучения) в натриевых лампах является газовый разряд в парах натрия, преобладающим в спектре натриевых ламп является резонансное излучение натрия (лампы дают яркий оранжево-желтый свет, в натриевых лампах низкого давления - линии 589 и 589,6 нм, в натриевых лампах высокого давления - сильно уширенные D-линии натрия с самообращением, а также интенсивные линии в сине-зеленой части спектра). Монохроматичность излучения - специфическая особенность натриевых ламп низкого давления. В качестве рабочего вещества в разрядных трубках (3) таких ламп используют смесь паров натрия и инертного газа (или смеси инертных газов, например неона и аргона). Натриевые лампы низкого давления отличаются также и рядом других особенностей, существенно затрудняющих как их производство, так и эксплуатацию. Во-первых, пары натрия при высокой температуре агрессивно воздействуют на материал разрядной трубки (3), разрушая его. Из-за этого разрядные трубки (3) натриевых ламп низкого давления обычно выполняются из специальных стекол (типа СЛ53-1 или накладных - химически стойкое известково-натриевое стекло с тонким покрытием из боратного стекла), устойчивых к воздействию паров натрия при высокой температуре. Во-вторых, эффективность натриевых ламп низкого давления сильно зависит от температуры окружающей среды. Максимум излучения в них достигается при давлении паров натрия 0,2÷1 Па и температуре 270÷300°C. Для натриевых ламп высокого давления максимум излучения имеет место при давлении около 10 кПа (соответствует второму максимуму на кривой зависимости световой отдачи излучения натриевого разряда от давления паров натрия). Это давление насыщенных паров натрия достигается при 650÷750°C. Рабочее вещество разрядных трубок (6) натриевых ламп высокого давления содержит смесь паров натрия, а также, возможно, ртути, цинка, меди или висмута и «зажигающего» газа - ксенона. Ртуть (цинк, медь, висмут) вводится в качестве буферного вещества для повышения температуры разряда (снижения тепловых потерь) и градиента потенциала в разрядном столбе. Вклада в излучение ртуть (цинк, медь, висмут) практически не вносит. Натрий, имеющий наиболее низкие потенциалы возбуждения и ионизации, является основным рабочим веществом (источник излучения, ионов и электронов). Рабочее давление паров натрия в разрядной трубке (6) высокого давления составляет 4,0÷14 кПа (давление ртути или других буферных паров может быть равно 40÷300 кПа). Ксенон вводится при холодном давлении 2,6÷4,5 кПа. Ксенон повышает световую отдачу натриевого разряда высокого давления за счет снижения теплопроводности плазмы. Для уменьшения напряжения зажигания натриевого разряда при высоком давлении можно использовать смесь неона с аргоном (смесь Пеннинга). Натриевые лампы высокого давления имеют сравнительно низкий индекс цветопередачи (реальные значения индекса цветопередачи равны 26÷30, цветовая температура составляет 1900÷2200 К). Индекс цветопередачи и цветовая температура излучения натриевого разряда высокого давления могут быть повышены за счет увеличения давления паров натрия и ксенона и частично за счет ограниченного увеличения диаметра разрядной трубки (6), но при этом происходит значительное снижение светоотдачи и среднего срока службы. Разрядные трубки (6) высокого давления изготавливаются из поликристаллического (поликор, люкор) или монокристаллического (лейкосапфир) материала (окиси алюминия). В спектре натриевого разряда высокого давления (за счет самообращения) имеется «провал» на резонансных линиях натрия. Этот провал может быть восполнен за счет излучения натриевого разряда низкого давления. Качество цветопередачи гибридного источника света при этом возрастет естественным образом. Для обеспечения приемлемого температурного режима разрядных трубок (3, 6) последние и помещаются во внешнюю (стеклянную) колбу (1), играющую роль, своего рода, «термоса». Внешнюю колбу (1) для снижения потерь тепла вакуумируют (давление не выше 0,01 Па). Внешняя вакуумированная (светорассеивающая) колба 1 из оптически прозрачного материала является важной частью конструкции лампы, которая выполняет несущую, защитную, светорассеивающую и «утепляющую» функции. Колба 1, изготовленная из оптически прозрачного материала, в общем случае может быть выполнена в прозрачном, матовом, опаловом или молочном исполнениях. Матирование обеспечивает равномерность распределения яркости по поверхности светорассеивающей вакуумированной колбы 1, устраняет слепящий эффект. Матирование внешней колбы 1 также и несколько снижает световую отдачу лампы (поэтому, например, в натриевых лампах низкого давления известных конструкций в настоящее время не применяется из-за большого размера светящегося тела, но применяется в натриевых лампах высокого давления). Внешняя светорассеивающая колба 1 жестко механически соединена (сопряжена) с элементами внешнего токоподвода (цоколем) 2. Колба 1 снабжена впаянными электропроводящими элементами, предназначенными для электрического соединения последовательной цепи светоизлучающих разрядных трубок 3 и 6 с элементами внешнего токоподвода 2 и внешней электрической цепью (источником питания или питающей сетью). Колба 1 (как и разрядная трубка 3) может быть также, для улучшения теплового режима разрядной трубки 3, выполнена с инфракрасным покрытием (отражающим инфракрасное излучение и пропускающим видимое резонансное излучение). Для зажигания и развития разряда в разрядную трубку 3 вводят инертный газ (в частности, неон при давлении 1,0÷1,5 кПа с добавкой 0,5÷1,0 аргона для снижения напряжения зажигания - смесь Пеннинга), а в разрядную трубку 6 могут вводить смесь инертного газа (обычно, ксенона) с добавками буферного вещества (например, ртути). Для подвода электрической энергии к разряду разрядные трубки 3 и 6 снабжены электродами, соответственно 4 и 7, на концах, имеющими выводы 5 и 8. Свободные выводы 5 и 8 электродов (4 и 7) разрядных трубок 3 и 6 электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода (цоколя) 2. При этом разрядные трубки 3 и 6 через противоположные выводы (5, 8) электродов (4, 7) соединены в последовательную электрическую цепь. Электроды 4 могут представлять собой самокалящиеся оксидные, в частности триспиральные, конструкции (в виде бифиляра) или подобные применяемым в линейных люминесцентных лампах низкого давления. Использование синтерированного (спеченного) электрода 4 вследствие размещения оксидного активатора в объеме электрода (4), а не на его поверхности (как у традиционно применяемых спиральных электродов) позволяет увеличить количество активатора приблизительно в 10÷15 раз. Высокая теплопроводность конструкции синтерированного электрода (4) обеспечивает пониженную (на 300÷400°C) температуру электродов 4 лампы (по сравнению с традиционным - спиральным) и, как следствие, значительное снижение скорости испарения активатора и работы выхода электронов. Активному испарению активатора препятствует также наполняющий разрядную трубку 3 инертный газ. В результате существенно повышается устойчивость и надежность работы разрядной трубки 3 низкого давления в режимах частых включений (выключений) и в условиях превышения напряжения питающей сети. Электроды 7 разрядной трубки 6 высокого давления выполняются подобно любой из известных конструкций электродов разрядных трубок натриевых ламп высокого давления (в том числе, синтерированных). Благодаря всему вышеперечисленному срок службы лампы возрастает (на 15÷20%) и значительно уменьшается спад светового потока в процессе эксплуатации лампы и осветительного прибора на ее основе. «Утепление» разрядной трубки 3 низкого давления, например, имеющей компактную форму, с помощью нагрева от работающей разрядной трубки 6 высокого давления в вакуумированной внешней колбе 1 является наиболее эффективным и качественным. Явление миграции натрия при определенной форме разрядной трубки 3 устраняется естественным образом. Разрядные трубки 3 и 6, таким образом, взаимно дополняют друг друга, и в результате обеспечиваются оптимальные условия для их работы и оптимальные тепловые режимы.The sodium lamp in steady state operates as follows. Through the cap 2 (external current supply elements) of a standard type (E27, E40, B22, BY22d), the lamp is connected to the AC mains supply (power source) through a special electromagnetic or electronic ballast. It is also possible to connect a sodium lamp to a direct current source through an electronic ballast. In the general case, a sodium discharge lamp is an electric light source, the luminous body of which is a gas discharge of low (in low pressure sodium lamps) or high pressure (in high pressure sodium lamps) in sodium vapor. Thus, sodium lamps can be classified into low and high pressure lamps. Low and high pressure sodium lamps are one of the most effective groups of visible radiation sources. They have the highest light output among all known discharge lamps and are characterized by a slight decrease in luminous flux with a long service life. The disadvantage of sodium lamps is the poor color rendering quality. Due to the fact that the luminous body (the main source of visible radiation) in sodium lamps is a gas discharge in sodium vapors, the resonant radiation of sodium prevails in the spectrum of sodium lamps (the lamps give a bright orange-yellow light, in low-pressure sodium lamps - lines 589 and 589.6 nm, in high-pressure sodium lamps - strongly broadened sodium D-lines with self-reversal, as well as intense lines in the blue-green part of the spectrum). Monochromatic radiation is a specific feature of low-pressure sodium lamps. As a working substance in the discharge tubes (3) of such lamps, a mixture of sodium vapor and an inert gas (or a mixture of inert gases, such as neon and argon) is used. Low-pressure sodium lamps also differ in a number of other features that significantly complicate both their production and operation. Firstly, sodium vapor at high temperature aggressively acts on the material of the discharge tube (3), destroying it. Because of this, the discharge tubes (3) of low-pressure sodium lamps are usually made of special glasses (such as SL53-1 or overhead - chemically resistant soda-lime glass with a thin coating of borate glass) that are resistant to sodium vapor at high temperature. Secondly, the efficiency of low pressure sodium lamps is highly dependent on the ambient temperature. The maximum radiation in them is achieved at a vapor pressure of 0.2 ÷ 1 Pa and a temperature of 270 ÷ 300 ° C. For high pressure sodium lamps, the maximum radiation occurs at a pressure of about 10 kPa (corresponds to the second maximum on the curve of the light return of the sodium discharge radiation from sodium vapor pressure). This pressure of saturated sodium vapor is reached at 650 ÷ 750 ° C. The working substance of the discharge tubes (6) of high-pressure sodium lamps contains a mixture of sodium vapor, as well as, possibly, mercury, zinc, copper or bismuth, and an “igniting” gas - xenon. Mercury (zinc, copper, bismuth) is introduced as a buffer substance to increase the discharge temperature (reduce heat loss) and the potential gradient in the discharge column. Mercury (zinc, copper, bismuth) practically does not contribute to radiation. Sodium, which has the lowest potentials of excitation and ionization, is the main working substance (source of radiation, ions and electrons). The working vapor pressure of sodium in the discharge tube (6) of high pressure is 4.0 ÷ 14 kPa (the pressure of mercury or other buffer vapors may be 40 ÷ 300 kPa). Xenon is introduced at a cold pressure of 2.6 ÷ 4.5 kPa. Xenon increases the light output of a high-pressure sodium discharge by reducing the thermal conductivity of the plasma. To reduce the ignition voltage of a sodium discharge at high pressure, you can use a mixture of neon with argon (Penning mixture). High pressure sodium lamps have a relatively low color rendering index (real values of the color rendering index are 26–30, the color temperature is 1900–2200 K). The color rendering index and color temperature of the radiation of a high-pressure sodium discharge can be increased by increasing the vapor pressure of sodium and xenon and partly due to a limited increase in the diameter of the discharge tube (6), but at the same time there is a significant decrease in light output and average life. High-pressure discharge tubes (6) are made of polycrystalline (polycor, lucor) or monocrystalline (leucosapphire) material (aluminum oxide). In the spectrum of the high-pressure sodium discharge (due to self-reversal) there is a “dip” in the resonance lines of sodium. This failure can be made up by radiation from a low pressure sodium discharge. The color rendering quality of the hybrid light source will naturally increase. To ensure an acceptable temperature regime of the discharge tubes (3, 6), the latter are placed in an external (glass) flask (1), which plays the role of a kind of “thermos”. The outer flask (1) is evacuated to reduce heat loss (pressure not higher than 0.01 Pa). An external evacuated (light-scattering) bulb 1 made of optically transparent material is an important part of the lamp design, which performs the bearing, protective, light-scattering, and "warming" functions. The flask 1, made of optically transparent material, in the General case can be made in a transparent, matte, opal or milk versions. Matting provides a uniform distribution of brightness on the surface of a light-scattering evacuated bulb 1, eliminates the glare effect. The matting of the outer bulb 1 also slightly reduces the light output of the lamp (therefore, for example, in low-pressure sodium lamps of known designs it is not currently used due to the large size of the luminous body, but it is used in high-pressure sodium lamps). The external light-scattering bulb 1 is rigidly mechanically connected (paired) with the elements of the external current supply (base) 2. The bulb 1 is equipped with soldered conductive elements intended for electrical connection of a series circuit of light-emitting discharge tubes 3 and 6 with elements of the external current supply 2 and an external electric circuit (power source or mains). The bulb 1 (as well as the discharge tube 3) can also be, with the aim of improving the thermal regime of the discharge tube 3, made with an infrared coating (reflecting infrared radiation and transmitting visible resonant radiation). In order to ignite and develop the discharge, an inert gas is introduced into the discharge tube 3 (in particular, neon at a pressure of 1.0 ÷ 1.5 kPa with the addition of 0.5 ÷ 1.0 argon to reduce the ignition voltage - a Penning mixture), and into the discharge tube 6 may inject a mixture of an inert gas (usually xenon) with additives of a buffering agent (e.g. mercury). To supply electric energy to the discharge, the discharge tubes 3 and 6 are equipped with electrodes 4 and 7, respectively, at the ends having leads 5 and 8. Free leads 5 and 8 of the electrodes (4 and 7) of the discharge tubes 3 and 6 are electrically connected to the corresponding contacts of the elements current supply (cap) 2. In this case, the discharge tubes 3 and 6 through the opposite leads (5, 8) of the electrodes (4, 7) are connected to a serial electric circuit. The electrodes 4 may be self-heating oxide, in particular tri-spiral, structures (in the form of a bifilar) or the like used in linear low-pressure fluorescent lamps. The use of sintered (sintered) electrode 4 due to the placement of the oxide activator in the volume of the electrode (4), and not on its surface (as with traditionally used spiral electrodes), allows to increase the amount of activator by approximately 10-15 times. The high thermal conductivity of the structure of the synthesized electrode (4) ensures a low (by 300 ÷ 400 ° C) temperature of the electrodes of 4 lamps (compared to the traditional spiral) and, as a result, a significant decrease in the evaporation rate of the activator and the electron work function. Active evaporation of the activator is also prevented by an inert gas filling the discharge tube 3. As a result, the stability and reliability of the low-pressure discharge tube 3 are significantly increased in the conditions of frequent switching on (turning off) and under conditions of excess voltage of the supply network. The electrodes 7 of the discharge tube 6 of the high pressure are made like any of the known designs of the electrodes of the discharge tubes of high pressure sodium lamps (including sintered ones). Due to all of the above, the lamp life increases (by 15 ÷ 20%) and the decrease in the luminous flux during operation of the lamp and the lighting device based on it is significantly reduced. "Warming" of the discharge tube 3 low pressure, for example, having a compact shape, by heating from a working discharge tube 6 high pressure in a vacuum external bulb 1 is the most efficient and high quality. The phenomenon of sodium migration with a certain shape of the discharge tube 3 is eliminated in a natural way. The discharge tubes 3 and 6, thus, mutually complement each other, and as a result, optimal conditions for their operation and optimal thermal conditions are ensured.

По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения натриевой лампы.Compared with the prototype, the scope of application of the sodium lamp is significantly expanded.

Новую натриевую лампу можно эффективно использовать в закрытых и открытых (без защитного стекла) светильниках для внутреннего и наружного освещения традиционных (разработанных) конструкций, при отрицательных температурах (до - 60°C), в условиях тряски и ограниченных ударов (освещение складов, товарных станций, промышленных объектов, автострад туннелей, шельфовых платформ, объектов архитектуры). Благодаря желтому свету с достаточно высоким качеством цветопередачи, обеспечивающему превосходную видимость и разрешающую способность органов зрения, в том числе при низких уровнях освещенности, и хорошее прохождение в тумане и в условиях запыленной атмосферы, натриевые лампы предлагаемой конструкции могут найти широкое применение и в светосигнальных системах (установках).The new sodium lamp can be effectively used in indoor and outdoor (without protective glass) luminaires for indoor and outdoor lighting of traditional (developed) structures, at low temperatures (up to - 60 ° C), under conditions of shaking and limited shocks (lighting of warehouses, freight stations , industrial facilities, freeways tunnels, offshore platforms, architectural objects). Due to yellow light with a sufficiently high color rendering quality, which provides excellent visibility and resolution of the organs of vision, including at low light levels, and good transmission in fog and in dusty atmospheres, sodium lamps of the proposed design can be widely used in light-signal systems ( installations).

Повышается светоотдача натриевой лампы при сохранении всех ее известных преимуществ. Это обеспечивается за счет гибридного устройства, снижения потерь энергии в результате улучшения теплового режима разрядных трубок и потерь при поддержании электрического разряда высокого и низкого давления (снижение работы выхода электронов, падения потенциала на электродах), полного использования энергии составляющих спектра излучения и снижения теплоотдачи от конструктивных элементов. Светоотдача новой натриевой лампы может быть повышена до 172 лм/Вт (что соответствует световой отдаче современных натриевых ламп низкого давления и значительно превышает соответствующий параметр для натриевых ламп высокого давления). Повышение светоотдачи расширяет область применения.The light output of a sodium lamp is increased while retaining all its known advantages. This is ensured by a hybrid device, reduction of energy losses as a result of improving the thermal regime of discharge tubes and losses while maintaining an electric discharge of high and low pressure (reducing the work function of electrons, decreasing potential on the electrodes), making full use of the energy of the components of the radiation spectrum and reducing heat transfer from structural elements. The light output of a new sodium lamp can be increased to 172 lm / W (which corresponds to the light output of modern low-pressure sodium lamps and significantly exceeds the corresponding parameter for high-pressure sodium lamps). Increased light output expands the scope.

Дополнительно, по сравнению с прототипом за счет улучшения качества цветопередачи (до 50÷75), возможного уменьшения размеров светящегося тела, значительного снижения температуры внешних частей конструкции, выравнивания яркости по поверхности светорассеивающей колбы и исключения слепящего эффекта (матирование при малых размерах светящегося тела) также расширяется область применения натриевой лампы низкого давления.Additionally, in comparison with the prototype due to improved color rendering quality (up to 50 ÷ 75), a possible reduction in the size of the luminous body, a significant decrease in the temperature of the external parts of the structure, equalization of brightness on the surface of the light-scattering bulb and elimination of the glare effect (matting at small sizes of the luminous body) the scope of the low pressure sodium lamp is expanding.

Новая натриевая лампа имеет повышенную надежность работы, увеличенный средний срок службы и большой эксплуатационный ресурс за счет улучшения работы электродных систем и условий функционирования разрядных трубок. Улучшение эксплуатационных характеристик расширяет область применения натриевой лампы.The new sodium lamp has increased reliability, increased average life and long service life due to improved operation of electrode systems and the conditions for the functioning of discharge tubes. Improved performance expands the scope of the sodium lamp.

Предложенная конструкция натриевой лампы обеспечивает высокую технологичность (монтаж разрядных трубок), позволяет расширить диапазон рабочих мощностей и номенклатуру выпускаемых типов ламп, значительно снижает конечную стоимость изделий на соответствующие световые потоки. Область применения ламп за счет возможного увеличения номенклатуры и снижения стоимости также расширяется.The proposed design of the sodium lamp provides high adaptability (installation of discharge tubes), allows you to expand the range of operating capacities and the range of manufactured types of lamps, significantly reduces the final cost of the products for the corresponding light fluxes. The scope of lamps due to the possible increase in the range and lower cost is also expanding.

Claims

Натриевая лампа, содержащая вакуумированную колбу, изготовленную из оптически прозрачного материала, снабженную элементами внешнего токоподвода, с установленными внутри герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при низком давлении, и второй герметичной разрядной трубкой, изготовленной из оптически прозрачного материала, с электродами на концах, имеющими выводы, заполненной рабочим веществом с парами натрия при высоком давлении, разрядные трубки электрически соединены последовательно, свободные выводы электродов разрядных трубок электрически соединены с соответствующими контактами элементов токоподвода.A sodium lamp containing a vacuum flask made of an optically transparent material, equipped with external current supply elements, installed inside a sealed discharge tube made of an optically transparent material, with electrodes at the ends having leads filled with a working substance with sodium vapor at low pressure, and a second sealed discharge tube made of optically transparent material with electrodes at the ends having leads filled with a working substance with sodium vapor When the high pressure discharge tube is electrically connected in series, the free terminals of the electrodes of the discharge tubes are electrically connected with corresponding contacts of a current supply element.