創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈

肖崢

(甘肅省白銀市特種材料研究所，白銀市730900)

1 引言

在公眾的心目中燈對于電的利用的最佳標(biāo)志是光亮度和美感，盡管政府禁止使用白熾燈(因不節(jié)電)，但人們總是想像點(diǎn)亮白熾燈那樣方便地使用其他形式的燈。照明燈的變革，最終將會在傳統(tǒng)電燈泡和新型節(jié)能燈之間展開。因此，本發(fā)明就是為了滿足民眾的使用習(xí)慣而研發(fā)，誕生的。

在本發(fā)明之前的氣體放電照明燈，諸如:節(jié)能燈、熒光燈，都是工作于氣體放電特性的第三特性區(qū)域。即:負(fù)阻伏安弧光放電區(qū)域。因此，在本發(fā)明之前的氣體放電燈都必須使用鎮(zhèn)流器。

2 工作機(jī)理

我們?nèi)绻岩粋€環(huán)形陰極和一個環(huán)形陽極科學(xué)組地合成似環(huán)球型的形狀，使其放電的電子素形成幾乎是無縫隙的環(huán)球狀弧光。那么，就會出現(xiàn)一個夢幻般的弧光放電球;這個放電球光芒四射、堅(jiān)強(qiáng)飽滿。見圖1。

圖1 創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈示意圖

如果我們再進(jìn)一步研究這個放電環(huán)球，就會發(fā)現(xiàn)這個環(huán)球型燈芯燈實(shí)際上是氣體放電極間巧妙組合的產(chǎn)物。它是在電場分布達(dá)到了一定的條件，促使氣體放電燈的放電處于氣體放電的正伏安弧光放電區(qū)域，這就自然會產(chǎn)生一個低電壓，大電流的氣體放電效果。正如LED放電發(fā)光一樣，環(huán)球型燈芯節(jié)能燈的發(fā)光原理包含了電致發(fā)光、場致發(fā)光、熱致發(fā)光的正伏安弧光放電特性。見圖2。

圖2 氣體放電伏安特性曲線圖

圖2中的I－L區(qū)域，即創(chuàng)球型陶瓷燈芯燈的工作區(qū)域。

環(huán)球型燈芯節(jié)能燈其放電具有工作氣壓低，維持電壓低，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)濃度大的特點(diǎn)。通常，輝光放電的陰極暗區(qū)中的電子運(yùn)功狀態(tài)像垂直于陰極表面的一組平行電子束，如果電極是雙圓形，近似于空心陰極，則，電子束將會逐漸融合對方，互在一起產(chǎn)生負(fù)面光輝，發(fā)出明亮、統(tǒng)一的光線。此時，若電流密度增加，陰極位降減少，這和異常輝光放電情況是不完全相同的。環(huán)球型燈芯節(jié)能燈的放電沒有陰極位降升高和陰極發(fā)熱嚴(yán)重的情況發(fā)生，它是另一種特殊形式的氣體放電，它既不同于一般的弧光放電，也不同于異常的輝光放電。它是正暈放電和空心陰極放電有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。見圖3。

圖3 環(huán)球型陶瓷燈芯放電示意圖

創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈選擇螺旋環(huán)形陽極和居于其陽極腔內(nèi)的環(huán)形陰極構(gòu)成。見圖4。

圖4 環(huán)球型陶瓷燈芯結(jié)構(gòu)示意圖

電子是從環(huán)球型陰極的圓弧頂部的熱點(diǎn)處發(fā)射，由于陰極熱點(diǎn)附近的排斥作用，使得陰極電子熱點(diǎn)留下足夠大的功函數(shù)角動量。大多數(shù)電子并沒有直線打進(jìn)陽極，而是與環(huán)形陽極和環(huán)形陰極建立起來的球型函數(shù)對稱，電場中的電子連續(xù)做螺旋軌道運(yùn)動。且，在此螺旋軌道運(yùn)動的過程中，汞受到激發(fā)，電子也就失去了能源，軌道逐漸縮小，最后散落到了陽極。同時，汞被激發(fā)生成的汞離子由于非勻強(qiáng)電場的作用，使汞離子同樣具有足夠大的功函數(shù)角動量，汞離子也沒有直線打進(jìn)陰極的熱點(diǎn)處，而是進(jìn)入到了由環(huán)形陽極和環(huán)形陰極建立起來的環(huán)球型輻射狀的電場中，并以熱點(diǎn)為焦點(diǎn)，連續(xù)做大小不等的橢圓軌道運(yùn)動，有著雪崩式的裂變能量。

從圖4可以看出，創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈的環(huán)形陰極和環(huán)形陽極為非平行設(shè)置，其安裝腳互為垂直。且，其環(huán)形陰極居于其環(huán)形陽極內(nèi)腔的中央。此設(shè)置產(chǎn)生空心陰極放電時電子繞著陽極環(huán)振蕩，其振蕩的半徑因激發(fā)和電離及電場力的強(qiáng)度所決定。最終，環(huán)形陰極和環(huán)形陽極間產(chǎn)生球形狀電子云，這是環(huán)球型燈芯節(jié)能燈成為全面創(chuàng)新產(chǎn)品的基礎(chǔ)理論原理及技術(shù)核心。

3 燈芯驅(qū)動

環(huán)球型燈芯節(jié)能燈使用直流電源驅(qū)動點(diǎn)燈，環(huán)形陰極的兩根導(dǎo)絲與電源負(fù)極聯(lián)接，環(huán)形陽極的兩根導(dǎo)絲與電源正極聯(lián)接。環(huán)球型燈芯節(jié)能燈的球形燈芯間滿足正伏安弧光放電的條件，正極到負(fù)極儲備著輻射狀的非勻強(qiáng)電場;環(huán)形陽極周圍也產(chǎn)生正面的電暈放電，參加放電的環(huán)形陽極僅起傳導(dǎo)電流的作用，這將大大緩解陽極的發(fā)燒現(xiàn)象;環(huán)形陰極涂層厚度和電離電暈放電是成正比的力量，放電具有正阻特性;不需要衡流電阻，僅用電容器限流，放電燈穩(wěn)定工作，能源效率高。見圖5。

圖5 創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈驅(qū)動電路圖

環(huán)球型燈芯節(jié)能燈的環(huán)形陽極和環(huán)形陰極構(gòu)成環(huán)球形燈芯放電系統(tǒng)，電子從熱點(diǎn)發(fā)射出來后，大多數(shù)電子調(diào)速方向不指向環(huán)形陽極;它們將沿著環(huán)形陰極軌道，在朝向環(huán)形陽極的空間受到電場的加速，在背離環(huán)形陽極的空間受到電場的減速;結(jié)果，電子發(fā)射將繞著環(huán)形陽極做往復(fù)振動來回踱步;帶正電的陽離子繞著環(huán)形陰極的熱點(diǎn)，也按照同樣的機(jī)制來回往復(fù)式振動;這將達(dá)到直流電源交換工作潛能的效果，不會顯得整流和汞游泳的現(xiàn)象。

環(huán)球型燈芯節(jié)能燈由于采用了環(huán)球型燈芯這獨(dú)一無二的正柱放電的工作模式，原正柱放電所特有的一系列明暗相間的區(qū)域沒有了，取而代之的是渾然一體的弧光放電環(huán)球;其特有的環(huán)球形燈芯放電具有很高的放電電流密度，極低的電極位降;若提高放電燈的電流，可以獲得更高的光輸出;這就為提高光效，提高功率創(chuàng)造了條件。

由于支撐螺旋陰極燈絲的兩根外導(dǎo)絲與電源的負(fù)極連接，陰極的電位基本上處處相等;放電光會出現(xiàn)兩個以上的熱點(diǎn)。當(dāng)電流取值在陰極零場發(fā)射電流的90%以下時，燈的管壓基本恒定;燈功率與點(diǎn)燈電流同步變化，實(shí)現(xiàn)了恒壓做功的效能。

常規(guī)正柱放電的雙端陰極燈不宜一點(diǎn)就亮，想要瞬時啟動，必須在燈內(nèi)設(shè)置啟動電極。創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈的環(huán)形陽極起了極好的啟動電極的作用，使燈能在瞬間點(diǎn)亮。且，陰極起動損傷極小。因?yàn)椴恍枰A(yù)熱啟動，點(diǎn)燈中無需對燈絲加熱，減少了預(yù)熱陰極的無功功率損耗。

對紫外殺菌燈而言紫外線是殺傷細(xì)菌，可見光和紅外線是培養(yǎng)細(xì)菌;減少殺菌燈內(nèi)的熱輻射將提升紫外線的殺菌效果;對于熒光燈而言，顯然為提高光效相當(dāng)有益。見圖6。

[55] “Japan supports but won’t join U.S. operations in South China Sea: Inada”, Japan Times, February 5, 2017, https://www.japantimes.co.jp/news/2017/02/05/national/sdf-wont-join-u-s-operations-south-china-sea-inada/#.WgRIr0xtbVo.

圖6 環(huán)球心陶瓷燈芯燈結(jié)構(gòu)圖

4 特性及效果

本發(fā)明專利創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈工作在氣體放電特性的正伏安弧光放電區(qū)域。在此之前的所有的氣體放電燈，諸如:節(jié)能燈、熒光燈、高壓汞燈、鈉燈、HID燈和金屬鹵化物燈等，都是工作于氣體放電特性的第二或第三特性區(qū)域。即:輝光放電或負(fù)伏安弧光放電區(qū)域。因此，在此之前的所有氣體放電燈都必須使用鎮(zhèn)流器才能正常工作。創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈解決了之前所有氣體放電燈的缺陷，做出了前所未有的成果。

4.1 本發(fā)明的創(chuàng)新特點(diǎn)

① 一種環(huán)球型燈芯節(jié)能燈，其特征在于:所述燈為環(huán)形球狀電極，燈的環(huán)形陽極在燈的環(huán)形陰極之外。

② 根據(jù)創(chuàng)新特點(diǎn)①所述的環(huán)球型燈芯節(jié)能燈，其特征在于:所述燈為燈的環(huán)形陰極居于燈的環(huán)形陽極內(nèi)腔的中央。

③ 根據(jù)創(chuàng)新特點(diǎn)①所述的環(huán)球型燈芯節(jié)能燈，其特征在于所述燈支撐環(huán)形陰極的兩根導(dǎo)絲相并后與電源負(fù)極連接，支撐環(huán)形陽極的兩根導(dǎo)絲相并后與電源正極連接。

④ 根據(jù)創(chuàng)新特點(diǎn)①所述的環(huán)球型燈芯節(jié)能燈，其特征在于所述燈的玻璃殼由透紫材料做成則為紫外燈，或其玻璃殼內(nèi)壁涂敷熒光粉則為熒光燈。

⑤ 根據(jù)創(chuàng)新特點(diǎn)①所述的環(huán)球型燈芯節(jié)能燈，其特征在于所述燈的環(huán)形陰極涂覆有稀土納米電子陶瓷。

⑥ 根據(jù)創(chuàng)新特點(diǎn)①所述的環(huán)球型燈芯節(jié)能燈，其特征在于所述燈是單端電極燈，或是雙端電極燈。

4.2 本發(fā)明的有益效果

①本發(fā)明的光效超過113 lm/W，比白熾燈泡的光效提高10倍，比節(jié)能燈的光效提高1.5倍。且，燈的造型小巧美觀，燈的使用方式靈活簡便，燈的用途范圍非常廣泛。

② 本發(fā)明的壽命超過6萬小時，使用壽命超過10年。比白熾燈泡提高60倍，比節(jié)能燈提高10倍。且，即開即亮，不受任何環(huán)境的影響(適宜環(huán)境溫度:－45℃～+60℃)。

③ 本發(fā)明真正做到了物美價廉，其制造成本是節(jié)能燈的1/2、無極燈的1/10，可光效和壽命卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了節(jié)能燈及無極燈。

5 結(jié)束語

創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈技術(shù)使白熾燈企業(yè)有了翻身的機(jī)遇、使節(jié)能燈企業(yè)脫離了復(fù)雜的電子鎮(zhèn)流器、使無極燈企業(yè)不再因高反差的性價比卻步不前、還使LED燈企業(yè)不再盲從追隨而苦澀。

科研中細(xì)節(jié)決定成敗，創(chuàng)新光源環(huán)球型燈芯節(jié)能燈其夢幻般的放電球星開創(chuàng)了一個新的電光源領(lǐng)域。其技術(shù)使白熾燈和熒光燈產(chǎn)業(yè)有了重組的機(jī)遇。且，其技術(shù)產(chǎn)品給人類照明事業(yè)提供了一個卓著的商機(jī)。

［1］中國專利．環(huán)球形燈芯電光源．2010.11.16

［2］周太明，周詳，蔡偉新．電光源原理與設(shè)計(jì)．復(fù)旦大學(xué)出版社，2006.12