Закрыть
Авторизация
Логин:
Пароль:

Забыли пароль?
Россия, 125047, г. Москва, 4-й Лесной пер., д. 4
Бизнес-центр «Лесная Плаза», 6 этаж
Тел.: +7 (495) 933 65 65 / 56 (доб. 149, 348, 426)
Факс: +7 (495) 933 65 60 

S-Лампа

Безэлектродные СВЧ-разрядные лампы (S-лампы).

Компания ЗАО "НИКФИ" представляет S-лампу - лампу квазисолнечного спектра, высокоэффективные, с широким спектром излучения, генерируемого серой, находящейся в состоянии плазмы.

История

    У новых ламп есть некоторая предыстория, не имеющая точной даты начала отсчета, но включающая в себя базовые этапы и вехи.

   Эффекты возникновения оптического излучения при взаимодействии переменного электромагнитного ВЧ, а затем и СВЧ поля с веществом наблюдались, изучались и даже использовались уже более ста лет. Еще Н. Тесла в 1891 году высказал мысль о возможности возбуждения излучающего газового разряда электромагнитным ВЧ-полем. Полвека спустя, то есть в 1942 году Г.И. Бабат вполне определенно прогнозировал использование индукционных ВЧ-разрядов для создания «высокоинтенсивных экономичных источников света». Еще через 50 лет, осветительные СВЧ- лампы с люминофорами уверенно вторглись в ряды источников света и одновременно появились безэлектродные СВЧ-газоразрядные источники света.

    В сентябре 1992 года на VI Международном симпозиуме по науке и технологии источников света в Будапеште было сделано первое сообщение о создании нового высокоэффективного источника квазисолнечного света на базе без электродной газоразрядной лампы с СВЧ-накачкой и с аргоно-серным наполнением сферической кварцевой колбы. Привлекательность нового источника света была признана специалистами, но ведущие светотехнические фирмы тогда еще не спешили заняться новыми микроволновыми световыми приборами.

    В 2000 - 2005 годах в России были изготовлены несколько экспериментальных образцов СВЧ-прожекторов, которые практически подтвердили ожидаемые высокие характеристики.

   В 2011 году LG Electronics начала производство осветителей на основе серных ламп. Линейка этих светильников получила название плазменные осветительные системы Plasma Lighting System (PLS).

ПРИНЦИП РАБОТЫ

   В микроволновых источниках света реализовано ступенчатое преобразование энергии: потребляемый из сети переменный ток преобразуется сначала в постоянный, затем ― в электромагнитные волны СВЧ-диапазона и, наконец, в оптическое излучение. Первую ступень преобразования обеспечивает источник вторичного питания, за вторую «отвечает» магнетрон, с выхода которого СВЧ-волны доставляются в резонатор, создавая в нем электромагнитное поле с заданной структурой. В зоне максимума энергии поля размещена горелка лампы.

Рис. 1. Блок-схема СВЧ-светового прибора:

1 - источник вторичного питания; 2 - магнетронный генератор СВЧ-колебаний; 3 - СВЧ-адаптер; 4 - СВЧ-тракт; 5 - СВЧ-возбудитель; 6 - светопрозрачный СВЧ-резонатор; 7 - безэлектродная серная лампа; 8 - формирователь светового потока.

Рис. 2. Схема устройства СВЧ-лампы НИКФИ

1. Блок питания, управления и контроля. 2. Магнетрон. 3. Волновод. 4. СВЧ-возбудитель. 5. Электродвигатель горелки. 6. Вентилятор. 7. Корпус лампового модуля. 8. Горелка. 9. Сетка. 10. Отражатель.

Процесс преобразования СВЧ-энергии накачки в оптическое излучение происходит в следующей последовательности:

― После включения магнетрона амплитуда СВЧ-поля в резонаторе достигает потенциала зажигания и в колбе лампы возникает разряд в смеси буферного газа (аргона) и паров серы. Лампа излучает линейчатый спектр, типичный для аргона и серы.

― С ростом температуры происходит испарение серы, спектр становится сплошным и приближается к солнечному. Излучение в УФ и ИК областях составляют весьма малую его часть. Эта особенность сохраняется при различных уровнях мощности СВЧ-накачки, а при необходимости за счет введения в рабочее вещество тех или иных добавок можно смещать спектр в «синюю» или «красную» область.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

  • освещение больших площадей, интерьеров подземных и наземных сооружений, вокзалов
  • освещение военных, медицинских, спортивных, промышленных, железнодорожных и сельскохозяйственных объектов
  • освещение северных и южных территорий, где имеется ограничение в дневном интервале суток.

    Для широкого практического применения световые приборы с СВЧ-накачкой должны составить ряд, охватывающий и мощные источники света (со световым потоком в сотни кЛм с СВЧ-накачкой до 3 кВт), и маломощные, со световым потоком до десятка кЛм и СВЧ-накачкой на уровне 100 Вт. Каждая из этих систем будет иметь свои сферы применения: от освещения подьездов до стадионов.

    На практике основную экспансию совершают с СВЧ-накачкой порядка 800-1000 Вт, и световым потоком примерно до 130 кЛм. Эти системы относительно просты конструктивно, не требуют принудительного обдува горелки, позволяют использовать магнетрон, применяемый в бытовых СВЧ-печах, которые выпускаются массово, постоянно совершенствуются и имеют долговечность до 15 тыс. часов при стоимости всего 50-70 долларов. А при минимизации источника питания вполне возможно моноблочное построение легкого и малогабаритного СВЧ-светового прибора.

Рис. 3. S-лампа в моноблочном исполнении со встроенным источником питания.

    Проблемы построения оптической системы далеко не так просты, как кажется на первый взгляд. Они должны учитывать массу параметров, вплоть до направления гравитационных сил. Тем не менее существует как минимум два варианта формирования светового потока. Один на базе полых световодов (диаметром 254 или 400 мм). Второй – рефлектор, формирует световой поток как у прожектора заливающего света.

    Существует множество областей применения S-источников света в самых разнообразных сферах человеческих интересов и деятельности — вплоть до фантастического пока использования под землей, под водой и в космосе, в недалеком будущем это вполне реально.

     Уже имеются примеры реализации таких осветительных систем, причем в этих примерах просматриваются несколько целей, каждая из которых может считаться приоритетной.

   Исторически первым явилось достижение впечатляющего зрительного эффекта, при котором энергосбережение, качество цветопередачи, долговечность и безвредность — хотя и выигрышные, но лишь сопутствующие достоинства.

    Во-вторых была достигнута высокая экономичность осветительной системы в целом (включая энергосбережение, низкую частоту и стоимость обслуживания, отсутствие проблемы утилизации). Такие свойства, как отличное качество спектра излучения, возможности получения мощных световых потоков и другие достоинства — это, опять-таки, сопутствующие факторы.

    В-третьих, стала реальной полная имитация солнечного света для обеспечения комфортных условий для человека и других объектов живой природы (в первую очередь там, куда солнечный свет вообще не попадает). Долговечность, стабильность спектра, экономичность и нетребовательность в обслуживании — это важные, но вновь сопутствующие качества.

    И, наконец, появилась возможность исключить воздействие УФ и ИК излучений на некоторые объекты, для которых это опасно или вредно, особенно при высоком уровне требуемой освещенности.

   Совокупность возможностей при сохранении стольких достоинств определяет перспективность СВЧ-световых приборов и в проектировании собственно осветительных устройств и систем, и в архитектуре (сооружения, интерьеры, функциональные помещения, энергетические коммуникации), и в установках наружного освещения (улиц и других объектов городского хозяйства, архитектурных памятников и т.п.).

   Среди известных практических примеров выделяются системы освещения зданий Forrestol Building и NASM в Вашингтоне и система освещения в безоконном зале сортировки почты в Сундсвале (Швеция), в которой главное — использование квазисолнечного спектра, создающего комфортные и безопасные условия труда. Немаловажным фактором является и энергосбережение.

    Можно уверенно прогнозировать быстрое дальнейшее развитие и разнообразное распространение новых источников света.

ПРЕИМУЩЕСТВА S-ЛАМП

    Суммируя известные сегодня данные, можно выделить основные достоинства СВЧ-световых приборов с безэлектродными лампами, к которым относятся

— Повышенная до 100 лм/Вт световая отдача. Это сулит очень большие возможности в энергосбережении.

— Сплошной квазисолнечный спектр оптического излучения с резко пониженным уровнем излучений в УФ и ИК диапазонах и с максимумом спектра, совпадающим с максимумом кривой видности человеческого глаза. Это естественная цветопередача.

— Малогабаритность и равнояркость светящего тела, облегчающая оптимизацию оптических систем.

— Очень высокая (десятки тысяч часов) долговечность лампы. (При работе 8 часов в сутки это составит более 17 лет!)

— Экологическая чистота излучения и материалов горелки.

— Возможность регулировки силы света в широких пределах.

— регламентные работы проводятся через 10-15 тыс. часов и сводятся к замене преобразователя (стоимость 50-80 $, продолжительность 5-10 мин) и, возможно, электродвигателя (стоимость 20-50 $, продолжительность 5-10 мин), при этом дополнительная юстировка системы не требуется;

— масса составных частей (ламповый модуль и блок питания) – не более 12 кг при объеме около 8 литров.

Примечательно, что все эти качества реализуются в полной совокупности, не жертвуя чем-то одним ради другого.

Конечно, при всем многообразии преимуществ, системе свойственны и некоторые недостатки:

— Высокая температура колбы горелки, отсюда необходимость использования высококачественного кварцевого стекла и защиты от пыли.

— Относительно высокая стоимость СВЧ-светового модуля (в условиях несерийного производства 2000 - 4000 $)

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Напряжение питания / потребляемый ток

220В / <5.5А

Световой поток

120 клм

Сила света (1.7м)

9500 кд

Световая отдача

99 лм/Вт

Срок службы

> 50 000 часов

Масса

9 кг

— Повышенная до 100 лм/Вт световая отдача. Это сулит очень большие возможности в энергосбережении.

— Сплошной квазисолнечный спектр оптического излучения с резко пониженным уровнем излучений в УФ и ИК диапазонах и с максимумом спектра, совпадающим с максимумом кривой видности человеческого глаза. Это естественная цветопередача.

— Малогабаритность и равнояркость светящего тела, облегчающая оптимизацию оптических ситем.

— Очень высокая (десятки тысяч часов) долговечность лампы. (При работе 8 часов в сутки это составит более 17 лет!)

— Экологическая чистота излучения и материалов горелки.

— Возможность регулировки силы света в широких пределах.

    Достигнута высокая экономичность осветительной системы в целом (включая энергосбережение, низкую частоту и стоимость обслуживания, отсутствие проблемы утилизации).

    Стала реальной полная имитация солнечного света для обеспечения комфортных условий для человека и других объектов живой природы (в первую очередь там, куда солнечный свет вообще не попадает). Долговечность, стабильность спектра, экономичность и нетребовательность в обслуживании.

    И, наконец, появилась возможность исключить воздействие УФ и ИК излучений на некоторые объекты, для которых это опасно или вредно, особенно при высоком уровне требуемой освещенности.

    Совокупность реальных возможностей при сохранении стольких достоинств определяет перспективность СВЧ-световых приборов в проектировании собственно осветительных устройств, приборов и систем и в их производстве.

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ


СРАВНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КСЕНОНОВЫХ И S-ЛАМП

Параметр

Ксеноновая лампа

3,6 кВт

S-лампа

0,8 кВт

Соотно-шение качества

1.

Потребляемая мощность от сети, кВт

7,5

1,2

6

2.

Световой поток

13 000

13 000

1

3.

Светоотдача, Лм/Вт

1,7

10,8

6,5

4.

Диапазон регулирования света

0,65 – 1,1

0,25 – 1,2

2,5

5.

Срок службы, час:

лампы

800 - 1200

50 000

40 - 60

преобразователя

-

15 000

блока питания

50 000

50 000

6.

Светящееся тело, мм

4 х Ø2

Ø 20

0,2

7.

Габариты лампы

400 х Ø60

100 х Ø36

8.

Количество электродов

2

0

9.

Габариты блока питания, л

200 - 400

6 - 10

20 - 70

10.

Вес блока питания, кг

120 - 300

6 - 10

20 - 30

11.

Стоимость, $

лампы

1000

1000

1

преобразователя

-

50

блока питания

3000

1000

3

12.

Стоимость:

оборудования для эксплуатации в течение 50000 час, $

55 000

3150

17,5

электропитания для эксплуатации, руб/час

11

1,5

7,5

суммарная, руб/час

45

3,4

13

13.

Спектр:

УФ область

~ 10 %

~ 1 %

10

Видимая область,

~25-28 %

~90 %

3

ИК область

~60-65 %

~10 %

6

Форма спектра видимой области

Близка к солнечному, линейчатая

Близка к солнечному, сплошная

14.

Форсированное охлаждение

требуется

не требуется

15.

Системы тепловой разгрузки

требуется

не требуется

16.

Системы вытяжной вентиляции

требуется

не требуется

17.

Тепловое выцветание фильмокопии

есть

нет

18.

Время выхода в рабочее состояние

0,5-1,5 с

12 - 15

0,1

19.

Время полного прогрева

3 - 4 мин

1 - 1,5 мин

2 - 3

20.

Взрывоопасность

есть

нет

21.

Экологическая опасность

есть

нет

ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Высокие технические, эксплуатационные и экологические характеристики S-источников света позволяют прогнозировать в недалеком будущем их широкое и разнообразное применение, в том числе и в областях, курируемых ОАО РЖД.

МАЧТОВАЯ ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

При многократном увеличении ресурса практически отпадает потребность в высотных работах по техническому обслуживанию мачтовых прожекторов. Существенное уменьшение электропотребления осветительного оборудования, снижение его стоимости и расходных материалов к нему позволят окупить работы по замене традиционных источников света на S-источники за 6-12 месяцев.

ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ДЛЯ ПЛОЩАДЕЙ ПЛАТФОРМ КРУПНЫХ ЗАЛОВ

Существенное уменьшение электропотребления осветительного оборудования позволит в 5-7 раз снизить прямые расходы на их освещение. Многократное увеличение ресурса оборудования позволит в несколько раз снизить расходы на его эксплуатацию, так как практически отпадает потребность в работах по техническому обслуживанию мачтовых светильников. Снижение стоимости оборудования и расходных материалов к нему позволят быстро окупить работы по замене традиционных источников света на S-источники.

ГРАЖДАНСКИЙ КОМПЛЕКС.

Внешнее освещение охраняемых объектов, охраняемых зон и прилегающих к ним территорий, а также внутреннее пожаровзрывобезопасное освещение помещений вышеперечисленных и других объектов.

МЕДИЦИНА

    Бестеневое холодное освещение хирургических операционных, освещение залов, складов, коридоров и других крупноразмерных помещений. Внешнее освещение зданий и прилегающих к ним территорий. Камеры СВЧ- и ультрафиолетового обеззараживания инструментария и инвентаря. Обеззараживание воды и продуктов питания. Бактерицидное освещение «чистых» помещений.

СПОРТ

    Освещение спортзалов, бассейнов, стадионов, спортивных баз, тренировочных площадок и других объектов.

ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО

    Антивандальное освещение лестничных площадок, подъездов, подземных переходов. Освещение дворов и прилегающих территорий, улиц, площадей, скверов, парков.

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

    Экономичное освещение крупных и протяженных складских, переработочных и торговых помещений, а также животноводческих и птицеводческих комплексов, теплиц, парников, оранжерей и др.


Россия, 125047, г. Москва, 4-й Лесной пер., д. 4
Бизнес-центр «Лесная Плаза», 6 этаж
Тел.: +7 (495) 933 65 65 / 56 (доб. 149, 348, 426)
Факс: +7 (495) 933 65 60