Источник света

Изобретение относится к источникам света, питаемым микроволновым излучением. Лампа содержит микроволновый резонансный корпус (11) из прозрачного кварца. Корпус содержит центральный канал (16) с помещенной в него герметичной колбой (17), содержащей плазму. Колба изготовлена из кварца и ее внешний диаметр обеспечивает ее тугую посадку в канале. Колба представляет собой вытянутую кварцевую трубку (18) и содержит гладкий внутренний канал (19). Торцевые крышки (20) сплавлены с трубкой и герметизируют в колбе заряд материала, возбуждаемого микроволновой энергией для образования светоизлучающей плазмы при подаче микроволн в корпус посредством антенны (7), расположенной в канале (21) в корпусе. Размеры корпуса обеспечивают получение резонанса внутри клетки Фарадея в корпусе (11), колбе (17) и полости (22), содержащей засыпку, внутри колбы. Имеется незначительный зазор между колбой и корпусом, при этом они могут считаться одним целым в целях получения резонанса. Колба крепится в корпусе при помощи сварных швов (23). Технический результат - снижение потребляемой мощности. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Данное изобретение относится к источнику света для лампы, питаемой микроволновым излучением.

Известно, что существует способ производства света посредством возбуждения разряда в капсуле. Типичными примерами являются натриевые газоразрядные лампы и флуоресцентные лампы. Последние используют пары ртути, которые производят ультрафиолетовое излучение. В свою очередь, это заставляет флуоресцентный порошок производить свет. Такие лампы являются более эффективными с точки зрения люменов света, излучаемых на каждый ватт потребленной электроэнергии, чем лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Однако они все еще имеют недостаток, заключающийся в необходимости наличия электродов в капсуле. Поскольку они проводят ток, необходимый для разряда, они изнашиваются и, в конце концов, приходят в негодность.

Мы разработали безэлектродную лампу с колбой, как описано в наших заявках на патент PCT/GB2006/002018 для лампы (наша "лампа '2018"), PCT/GB2005/005080 для колбы лампы и PCT/GB2007/001935 для согласующей цепи лампы, питаемой микроволновым излучением. Все это относится к лампам, которые работают без электродов посредством использования микроволновой энергии для индуцирования светоизлучающей плазмы в колбах. Более ранние предложения, использующие использование атмосферных волн для подачи микроволновой энергии в колбу, были выполнены, например, Fusion Lighting Corporation в патенте США №5,334,913. При использовании воздушного волновода, лампа является громоздкой, поскольку физический размер волновода является частью длины волны микроволн в воздухе. Это не является проблемой, например, для освещения улиц, но делает этот тип освещения неприемлемым для многих вариантов практического применения. В связи с этим наша лампа '2018 использует диэлектрический волновод, который значительно уменьшает длину волны на рабочей частоте 2,4 ГГц. Данная лампа подходит для применения в бытовых приборах, таких как проекционное телевидение.

В нашей международной заявке №PCT/GB2008/003829, которая теперь публикуется под №. WO 2009/063205, мы предоставляем источник света, питаемый микроволновой энергией, при этом данный источник света содержит:

- прочный плазменный тигель из прозрачного или полупрозрачного материала, при этом данный плазменный тигель содержит герметичную полость,

- клетку Фарадея, окружающую плазменный тигель, данная клетка по меньшей мере частично пропускает свет из плазменного тигля и в то же время не пропускает микроволны,

- засыпку, расположенную в полости, материала, возбуждаемого микроволновой энергией для образования в ней светоизлучающей плазмы, и

- антенну, установленную внутри плазменного тигля для передачи засыпке микроволновой энергии, вызывающей появление плазмы, при этом данная антенна содержит:

- соединение, выходящее наружу плазменного тигля для присоединения к источнику микроволновой энергии.

Данная конструкция обеспечивает прохождение света от плазмы в полости через плазменный тигель и его излучение из тигля посредством клетки.

Как используется в данной заявке и данном техническом описании:

"прозрачный" означает, что материал, из которого выполнен предмет, описанный как прозрачный, является прозрачным или полупрозрачным;

"плазменный тигель" означает закрытый корпус, содержащий плазму, причем последняя находится в полости, когда засыпка последней возбуждается микроволновой энергией от антенны.

Целью данного изобретения является предоставление улучшенного источника света, питаемого микроволновой энергией.

Согласно изобретению, предоставляется источник света, питаемый микроволновой энергией, при этом данный источник содержит:

- диэлектрик из прозрачного материала, пропускающего свет,

- полость внутри диэлектрика,

- клетку Фарадея, окружающую диэлектрик, которая не пропускает микроволны,

- диэлектрик, расположенный внутри клетки Фарадея, который образует полость с микроволновым резонансом,

- герметичное ограждение плазмы, выполненное из прозрачного материала и расположенное в полости внутри диэлектрика,

- средство для размещения ограждения плазмы внутри полости относительно диэлектрика,

- засыпку, герметично закрытую в ограждении плазмы, материала, возбуждаемого микроволновой энергией для образования светоизлучающей плазмы, и

- антенну, установленную внутри клетки Фарадея для передачи засыпке микроволновой энергии, вызывающей появление плазмы, при этом данная антенна содержит:

- соединение, выходящее наружу корпуса для присоединения к источнику микроволновой энергии.

Как правило, корпус и ограждение выполнены из одного и того же материала, предпочтительно кварца.

Предпочтительно, герметичное ограждение плазмы выполнено из вытянутой кварцевой трубки, при этом вытянутая форма трубки обеспечивает гладкий внутренний канал. Трубка может располагаться с зазором в канале, расположенном в диэлектрике. Данная конструкция обеспечивает гладкий канал ограждения и изолирует какие-либо трещины, концентрирующие механическое напряжение в диэлектрике, от сильного жара плазмы. Предпочтительно, величина зазора является незначительной, применительно к микроволновому резонансу в корпусе, внутри клетки Фарадея.

Предусмотрено, что трубчатое ограждение может герметично закрываться кварцевыми крышками с помощью сплавления и вся конструкция может помещаться в канал, расположенный в корпусе. Крышки могут сплавляться с корпусом, особенно если он изготовлен из кварца. Однако изготовление подобной конструкции является сложным.

Обычно, ограждение образуется путем сужения трубки ограждения. После заполнения и запечатывания, суженные части могут опираться на диски, припаянные на концах полости.

В другом варианте осуществления, по меньшей мере одна трубчатая часть, расположенная снаружи суженной части трубки ограждения, расширяется и припаивается к корпусу. Одна или несколько трубчатых частей, расположенных снаружи суженной части, могут быть расширены для подгонки к полости и сплавления с ней. В качестве альтернативы, одна или две трубчатые части снаружи суженных частей трубки ограждения сплавлены с одним или двумя соответствующими трубчатыми частями, присоединенными к поверхности или поверхностям корпуса в полости, содержащей ограждение.

Ограждение может поддерживаться лишь с одного конца с помощью трубчатой части, при этом другой конец полости открыт. В качестве альтернативы, ограждение также может поддерживаться лишь с одного конца с помощью трубчатой части, при этом другой конец полости закрыт.

Выгодно, если канал в корпусе больше наружного диаметра ограждения плазмы, что обеспечивает тепловой барьер между ограждением и корпусом.

В одном варианте осуществления, ограждение запечатывается с небольшим сужением, при этом остается присоединенной часть исходной трубки. Это предоставляет место для размещения антенны в корпусе без необходимости в выполнении в корпусе отдельного канала для антенны. В данном варианте осуществления, трубка направлена наружу от корпуса и присоединена к следующей трубке, направленной обратно к корпусу, благодаря чему обеспечивается длинный тепловой путь между ограждением и корпусом.

Любой зазор между ограждением и корпусом предпочтительно герметично закрыт независимо от ограждения. Зазор может содержать вакуум для дальнейшей тепловой изоляции, или зазор может быть заполнен газом, обычно инертным газом, таким как азот. Хотя может ожидаться небольшая конвекция азота, данная конструкция по-прежнему предоставляет существенную изоляцию ограждения плазмы от диэлектрика.

Для лучшего понимания изобретения, конкретный вариант осуществления изобретения будет описан при помощи примера и со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:

Фигура 1 является схематическим перспективным изображением источника света согласно изобретению;

Фигура 2 является поперечным сечением боковой проекции микроволнового резонансного корпуса, содержащего колбу, которая содержится в источнике света по Фигуре 1;

Фигура 3 является подобным видом второго резонансного корпуса;

Фигура 4 является подобным видом третьего резонансного корпуса;

Фигура 5 является подобным видом четвертого резонансного корпуса; и

Фигура 6 является подобным видом варианта четвертого резонансного корпуса.

Как изображено на графических материалах, лампа 1, согласно изобретению, питается магнетроном 2 посредством соединительной цепи 3. Подробности относительно последней представлены в нашей заявке на патент, находящейся на рассмотрении, №0907947.6 от 8 мая 2009. Так как они по существу не является частью данного изобретения, они не будут присутствовать в дальнейшем подробном описании.

Лампа содержит микроволновый резонансный корпус 11 из прозрачного кварца. Он опирается на торцевую поверхность 4 алюминиевой концевой детали 5 соединительной цепи 3. Корпус и концевая деталь являются круглыми и имеют одинаковый диаметр, вследствие чего клетка Фарадея 12, которая пересекает торцевую поверхность 14 корпуса и его округлую сторону 15 и присоединяется с помощью хомута 6 к концевой детали соединения, присоединяет корпус к концевой детали. Данная деталь по существу подобна описанной в нашей заявке на патент №0907947.6, ссылка на которую была приведена чуть ранее.

Корпус содержит центральный канал 16 с помещенной в него герметичной колбой 17, содержащей плазму. Колба также изготовлена из кварца, и ее внешний диаметр обеспечивает ее тугую посадку в канале. Колба представляет собой вытянутую кварцевую трубку 18 и содержит гладкий внутренний канал 19. Торцевые крышки 20 сплавлены с трубкой и герметизируют в колбе заряд материала, возбуждаемого микроволновой энергией для образования светоизлучающей плазмы при подаче микроволн в корпус посредством антенны 7, расположенной в канале 21 в корпусе. Размеры корпуса обеспечивают получение резонанса внутри клетки Фарадея в корпусе 11, колбе 17 и полости 22, содержащей засыпку, внутри колбы. Имеется незначительный зазор между колбой и корпусом, при этом они могут считаться одним целым в целях получения резонанса. Колба крепится в корпусе при помощи уплотнений 23.

Данная конструкция исключает возможность возникновения трещин, включая микротрещины, которые могут оставаться после высверливания канала 16, и подвергаться очень высоким температурам плазмы, индуцированной в возбуждаемом материале в полости при эксплуатации. Вместо этого плазма и газ, поддерживающий ее, содержатся в гладком канале колбы, не содержащем микротрещин.

На Фигуре 3 изображена альтернативная конструкция колбы, в которой колба 31 выполнена из вытянутой кварцевой трубки, содержащей суженные уплотнения 32. Трубка также плотно посажена в канале 33 внутри корпуса 34. На концах канала суженные части расширяются 35 и прикрепляются с помощью уплотнений 36 внутри канала. В результате получается конструкция с небольшими пространствами 37 внутри уплотнений 36, но которая является эффективной для получения резонанса, содержит прочный корпус с единственной полостью 38 для плазмы в колбе 31.

На Фигуре 4 изображен вариант, в котором колба 51 вытянутой кварцевой трубки, со суженными уплотнениями 52, имеет меньший диаметр, чем канал 53 в корпусе 54. Колба поддерживается в корпусе с помощью своих суженных частей 55, которые опираются на диски с отверстиями 56. Они присоединены с помощью уплотнений к суженным частям и к корпусу. В результате этого колба обеспечена тепловой изоляцией от диэлектрика и способна работать при более высоких температурах, при этом корпусу передается меньше тепла посредством суженных частей. Так как кварц обладает низким коэффициентом теплового расширения, ожидается, что конструкция будет устойчива к тепловым напряжениям, вызванным неравномерным расширением колбы и корпуса. Тем не менее колба может располагаться в канале 53 таким образом, что лишь один ее конец опирается на диск с отверстиями 56, а диск на ее другом конце не содержит отверстий. Из герметичного пространства 57, окружающего колбу, перед герметизацией может откачиваться воздух или данное пространство может заполняться инертным газом, таким как азот. Независимо от того, содержит ли данное пространство вакуум или газ, оно оказывает небольшое и теоретически определенное воздействие на частоту микроволн, при которой в корпусе возникает резонанс.

Дальнейший вариант осуществления, изображенный на Фигуре 5, содержит колбу 71 также вытянутой кварцевой трубки, содержащей суженное уплотнение 72 с одного конца, за которым трубка 81 направляется от уплотнения 72 и ее диаметр является полным диаметром трубки. Как и в вышеупомянутых вариантах осуществления, трубка является вытянутой и имеет гладкую внутреннюю поверхность, устойчивую к трещинам. Конец 82 колбы, удаленный от уплотнения 72, герметично закрывается, и колба содержит заряд или засыпку возбуждаемого материала, способного поддерживать плазму. Колба поддерживается в канале 73 в прозрачном резонансном кварцевом корпусе 74. Канал герметично закрывается с одного конца, соответствующего концу 82 колбы, с помощью части кварцевой трубки 83 большего диаметра, которая присоединяется с помощью плавления к корпусу, затем сужается и герметично закрывается.

Другая часть трубки 84 большого диаметра присоединяется с помощью плавления к противоположному концу корпуса и окружает трубку 81 колбы, на расстоянии от колбы. Дальние концы данных двух трубок соединятся вместе с помощью плавления путем сужения внешней трубки к внутренней трубке, сплавляя их и удаляя лишние части каждой трубки. Удобно, что данная операция выполняется перед сужением и герметичным закрытием противоположного конца трубки 83, сужение и герметичное закрытие которого устраняет внешнюю атмосферу из герметичного пространства 77 между колбой и каналом резонансного корпуса.

Конструкция:

размещает колбу по центру внутри канала 73;

обеспечивает изолирующий зазор между колбой и корпусом;

обеспечивает длинный проводящий путь вдоль трубок 81, 84 от колбы к каналу;

обеспечивает место расположения 85, расположенное по центру трубки 81 колбы, для антенны 77, которая проводит микроволны в корпус.

В варианте, изображенном на Фигуре 6, где режим резонанса внутри корпуса зависит лишь от диаметра корпуса, а не от его осевой длины, корпус имеет более длинные пропорции и внешняя трубка 841 составляет очень малую часть его длины. Данная конструкция обеспечивает большее пропорциональное удлинение антенны 771 внутрь корпуса 741.

Предусмотрено, что варианты осуществления по Фигурам 4, 5 и 6, в частности, обеспечат эксплуатацию при более низкой мощности, благодаря чему колбы 51,71 смогут работать на более высоких температурах благодаря лучшей теплоизоляции. Таким образом, засыпка будет оставаться достаточно горячей для излучения света при более низких мощностях.

1. Источник света, питаемый микроволновой энергией, при этом данный источник содержит:
- диэлектрический корпус из прозрачного материала, пропускающего свет,
- полость внутри диэлектрического корпуса, образованную сквозным каналом,
- клетку Фарадея, окружающую диэлектрический корпус, которая не пропускает микроволны,
- диэлектрический корпус, расположенный внутри клетки Фарадея, образующий полость с микроволновым резонансом,
- герметичное ограждение плазмы, выполненное из прозрачного материала и расположенное в полости внутри диэлектрического корпуса,
- средство для размещения ограждения плазмы внутри полости относительно диэлектрического корпуса,
- засыпку, герметично закрытую в ограждении плазмы, материала, возбуждаемого микроволновой энергией для образования светоизлучающей плазмы, и
- антенну, проходящую внутри клетки Фарадея для передачи засыпке микроволновой энергии, вызывающей появление плазмы, при этом данная антенна содержит:
- соединение, проходящее наружу корпуса для подсоединения к источнику микроволновой энергии.

2. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что корпус и ограждение выполнены из кварца.

3. Источник света по п. 1 или 2, отличающийся тем, что герметичное 2
ограждение плазмы располагается в канале с зазором между ограждением и каналом.

4. Источник света по п. 3, отличающийся тем, что герметичное ограждение плазмы выполнено из тянутой трубки.

5. Источник света по п. 4, отличающийся тем, что:
- трубчатое ограждение содержит кварцевые крышки, которые прикреплены с помощью плавления и герметично закрывают его концы,
- конструкция, содержащая ограждение и диски, размещены с помощью сплавления крышек с корпусом, при этом ограждение находится в полости.

6. Источник света по п. 4, отличающийся тем, что трубка ограждения содержит суженные, герметично закрытые части.

7. Источник света по п. 6, отличающийся тем, что суженные, герметично закрытые части поддерживаются дисками, присоединенными с помощью плавления к концам полости.

8. Источник света по п. 6, отличающийся тем, что по меньшей мере одна трубчатая часть, расположенная снаружи суженной части трубки ограждения, расширена и припаяна к корпусу.

9. Источник света по п. 8, отличающийся тем, что одна или несколько трубчатых частей, расположенных снаружи суженной части, расширены для подгонки к полости.

10. Источник света по п. 6, отличающийся тем, что одна или две трубчатые части снаружи суженных частей трубки ограждения сплавлены с одним или двумя соответствующими трубчатыми частями, присоединенными к поверхности или поверхностям корпуса в полости, содержащей ограждение.

11. Источник света по п. 10, отличающийся тем, что ограждение поддерживается лишь с одного конца с помощью трубчатой части, при этом другой конец полости открыт.

12. Источник света по п. 10, отличающийся тем, что ограждение поддерживается лишь с одного конца с помощью трубчатой части, при этом другой конец полости закрыт.

13. Источник света по любому из пп. 8-12, отличающийся тем, что единственная или одна из трубчатых частей является открытой и предоставляет место для расширения антенны внутрь корпуса.

14. Источник света по п. 13, отличающийся тем, что в зазоре между ограждением и корпусом создается вакуум и данный зазор герметично закрыт независимо от ограждения.

15. Источник света по п. 12, отличающийся тем, что зазор, содержащий вакуум, заполнен инертным газом.