SE501954C2 - Fluorescerande belysningsanordning - Google Patents

Description

501 954 figur 1 visade utförandet.

Figur 5 visar ett ytterligare utförande i sprängt perspektiv av en slitsad katodkonstruktion med en inåt riktad anod.

Figur 6 är ett snitt genom anod- och katodkonstruktionen i figur 5, sett efter linjen VI-VI.

Figur 7 är ytterligare ett utförande av anod- och katodkonstruk- tionen och visar katoden inuti anoddelarna.

Det utförande som visas i figurerna 1 till 4 på ritningarna är ett föredraget utförande av belysningssystemet 10'. Principen för belys- ningssystemet 10' är att den omvandlar energi inom den ultravioletta bandbredden av det elektromagnetiska spektrumet genom excitering av fluorescerande sammansättningar. Belysningssystemet 10' vilket här beskrivs, kan användas i hem och industriella miljöer istället för den vanliga typen av glödlampa och även fluorescerande belysningssystem.

Vid tidigare kända glödtrådsbelysningssystem utsätts en ledande glödtråd för elektrisk ström. De olika molekylerna i den ledande tråden blir exciterade och tråden värms upp. Uppvärmningen av tråden leder till att tråden glöder i den synliga delen av det elektromagnetiska spektrumet och ljuset alstras utåt från glödlampan. Detta sätt att alstra ljus är extremt ineffektivt med hänsyn till den mängd energi som behövs för att skapa ljus inom den synliga delen av det elektromagne- tiska spektrumet.

Fluorescerande lysrör eller belysningssystem innehåller oftast en blandning av en ädelgas såsom neon eller argon och en sekundärgas såsom kvicksilver. Inuti lysröret finns oftast två glödtrådselektroder, vilka är belagda med ett material som lätt alstrar elektroner vid uppvärmning.

När elektrisk ström påläggs på glödtråden, värms tråden upp och alstrar elektroner varvid den ena tråden agerar som anod och den andra som katod vid någon tidpunkt. Sådana tidigare kända lysrör kräver en extremt hög spänning mellan elektroderna för att starta ädelgasens urladdning.

Således förses sådana lysrör med en tändare och drossel eller belast- ningssystem. Tändaren används för att automatiskt bryta kretsen när tråden är uppvärmd vilket då orsakar att drosseln, vanligtvis en induktionsspole, producerar en puls av hög elektrisk spänning. Denna puls av hög elektrisk spänning startar ädelgasens urladdning och därmed även kvicksilvrets eller den andra metallens urladdning. Denna urladd- ning blir då självverkande med en ständig ström av elektroner mellan de 501 954 två elektroderna. Kvicksilvergasen eller någon annan metallgas blir då joniserad och en strålning produceras i det ultravioletta området av det elektromagnetiska spektrumet. Strålningen stöter sedan med direkt inverkan på ett fluorescerande material belagt på lysrörets insida, vilket lyser genom att det absorberar den osynliga ultravioletta strål- ningen och omvandlar den till synligt ljus. Fluorescerande belysning har befunnits fungera vid lägre temperaturer än glödlampor och mer elektrisk energi används för alstrande av synligt ljus och mindre energi förloras i värme än vid vanliga glödlampor. Sådana lysrör har befunnits vara relativt effektiva och kan vara ända upp till fem gånger så effektiva som glödlampor. Sådana fluorescerande belysningssystem kräver emellertid en hög startinput av elektrisk energi och behöver därmed tändare och belastningar för att starta den annars självuppehållande urladdningen.

Detta förhållande gör anordningen komplicerad och ökar kostnaderna för sådana system.

Till skillnad häremot är belysningssystemet 10' enligt den här aktuella uppfinningen avsett att producera energi inom det ultravioletta bandet av det elektromagnetiska spektrumet i reaktion med joniseringen av metallatomer, utan behov av drossel eller belastningssystem. Dessutom fungerar föreliggande belysningssystem 10' som standard i elektriska ledningar och uttag i hem eller i industrier.

I figurerna 1-4 visas alltså ett belysningssystem 10', vilket innehåller en katod 60, som är avsedd att producera energi i det ultra- violetta bandet av det elektromagnetiska spektrumet som reaktion på metallatomers jonisering. Katoden 60 består av en mängd katodöppningar 62 såsom visas i figur 2. Katodöppningarna 62 är en del av hela katod- konstruktionen vilket nedan kommer att beskrivas.

Katoden 60 består av två stycken dielektriska skivor 64 och 66 på ett avstånd från varandra i längdriktningen 68. Varje skiva 64 och 66 har ett antal öron 70 omkring och utåt riktade från periferin som visas i figurerna 3 och 4.

Katodens 60 består vid belysningssystemet 10' av ett metalliskt band 72 som lagts i slingor fram och tillbaka över skivornas öron 70 och därmed utgör ett antal längsgående sidoväggar vars ytor 74 vetter mot varandra. Metallbandet 72 kan göras av flera metallkompositioner såsom nickel, aluminium, volfram, zirkon eller liknande metall. Som framgår av ritningarna bildas katodöppningarna 62 mellan de slingorna av metall- 501 954 bandet 72.

Sidoväggarna 74 är belagda med en förutbestämd metallkomposition för att ge sidoväggarna en övergångsarbetsfunktion av omkring 3,0 elektronvolt. Generellt sett kan sidoväggarnas metallkomposition vara av en blandning huvudsakligen bestående av kalciumkarbonat och strontium- karbonat. Blandningen är oftast påbränd i vakuum på metallbandets sido- väggar 74 och kan utgöra en slutkomposition av kalcimoxid för att reducera sidoväggarnas funktion av övergångsarbete. Det bör noteras att sidoväggarna som utgörs av metallbandet 72 också kan utgöras av lantan- hexaborid.

Belysningssystemets 10'katod 60 består av ett par trådar 76 och 78 som kopplas till en på kolvens 80 utsida vanligt förekommande lamp- sockel.

Kolven 80, vilken omsluter katoden 60, består av kammaren 82, vilken innehåller en förutbestämd gaskomposition vid ett förutbestämt tryck. Gaskompositionen inuti kammaren 82 på kolven 80 kan bestå av flera olika typer av gaser och gaskombinationer som generellt klassi- ficeras som inerta gaskompositioner. Det gasmedium som finns inuti kammaren 82 kan göras från gruppen bestående av argon, neon, krypton, xenon, väte eller helium.

Trycket inuti kammaren 82 av kolven 80 och avståndet mellan sidoväggarnas 74 ytor har ett förutbestämt förhållande till varandra i enlighet med den generella formeln: 2,0 < p'd < 3,0 där: p gastrycket inuti kammaren 82 mätt i mm Hg avståndet mellan sidoväggarna 74 mätt i cm.

D. ll Belysningssystemet 10'innehåller vidare en anod 86 av en elektriskt ledande metall såsom aluminium, nickel eller liknande. Anoden 86 kan inkludera övre öron 84 och undre öron 88 som sträcker sig ut från en cylindrisk form i en längsgående riktning 68. De övre öronen 84 passar genom slitsar 90 såsom visas i figur 4 och de undre öronen 88 passar genom slitsar 92 för att skapa en stabil struktur mellan anoden 86, katoden och katodens dielektriska skivor 64 och 66. Såsom visas i figur 2 kan de undre öronen 88 bockas delvis utmed den undre skivan 66 och 501 954 hela konstruktionen monterad på staven 94 är innesluten i kolven 80.

Staven 94 kan göras av glas eller liknande material vilket vanligen används i glödlampsindustrin. De undre öronen 88 inkluderar ledningen 96 vilken kopplas till en standardsockel på samma sätt som ledningarna 76 och78 kopplas.

Monteringen av anoden 86 och katoden 60 på staven 94 inuti kolven 80 kan åstadkommas genom glaskalcinering eller liknande metod men är oväsentlig för uppfinningens princip. Vidare kan ledningarna 76 och 78 ledas inuti staven 94 på det vanligt förekommande sättet.

Anoden 86 kan således inkludera en metallisk rörliknande del vilken fixeras till motstående skivor 64 och 66 på vardera änden. Såsom visas i figurerna 3 och 4 är motstående skivor 64 och 66 axiellt i linje med varandra i den längsgående riktningen 68. Öronen 84 och 88 är således anpassade för att passera genom slitsarna 90 och 92 i skivorna 64 och 66 respektive. När anoden 86 formas som ett metalliskt rör är insidan på röret åtminstone delvis belagd med ett elektriskt motståndsmaterial.

Motståndsmaterialet kan bestå av ett kolskikt vilket kopplas till ledningen 96.

Som ett alternativ kan anoden 86 formas av ett dielektriskt material och kan bestå av ett rör av glas fastsatt på skivorna 64 och 66. I detta fall skulle de övre öronen 84 och de undre öronen 88 inte vara nödvändiga och hela anodkonstruktionen kan formas som ett cylindriskt rör eller liknande. I sådant fall ska det dielektriska röret förses med ett elektriskt ledande skikt på dess yttre yta. När anoden 86 är gjord av glas bör det finnas in inre yta som är åtminstone till en del belagd med ett motståndsmaterial som ska kopplas med det elektriskt ledande materialet på rörets utsida.

På så sätt är katoden 60 och anoden en 86 hermetiskt tätade och omslutna av kolven 80. Det hermetiska tätningsmedel som kan användas för kolven 80 kan vara av samma typ som används vid tillverkningen av vanliga kolvlampor. Kolven 80 har en inre yta 96 som är belagd med ett fluorescerande material 98 som påverkas av ultraviolett energi uppkommen av reaktionen till metalljoner vilka i sin tur är uppkomna från reak- tionen mellan anoden 86 och katoden 60. Det fluorescerande materialet 98 kan vara en fosforkomposition som vanligen används vid tillverkningen av fluorescerande lampor.

Den ultravioletta strålningen som riktas mot det fluroescerande 501 954 materialet 98 genereras av en gasplasma som uppstår i ett negativt glimljus mellan sidoväggarna 74 i katodens öppningar 62. Den producerade energin kommer från joniserade metallatomer vilka frigörs från katodens ytor 74 och huvudsakligen består av den joniserade metallens största spektralinjer vilka oftast finns i det ultravioletta bandet av det elektromagnetiska strålningsspektrumet.

Således består belysningssystemet 10'i figurerna 1-4 av en katod 60 som är anpassad för att producera energi i det ultravioletta bandet av det elektromagnetiska spektrumet i respons till metallatomens joni- sering. Såsom har visats består katoden 60 av ett flertal katodöppningar 62 formade från ett i slingor lagt metallband 72. Varje katodöppning 62 utgörs av två metallsidoväggar med inåtvända ytor 74 vars avstånd till varandra är av förutbestämt mått. Sidoväggarnas inåtvända ytor är belagda med en förutbestämd metall vars övergångsarbete är mindre än cirka 3,0 elektronvolt.

I detta utförande av belysningssystemet 10'är anoden 86 placerad innanför och på bestämt avstånd i förhållande till katoden 60 för att aktivera joniseringen av katodens 60 metallatomer i respons till den elektriska aktivering från ett standarduttag av 110-117 volt växelström vid 60 Hz eller som alternativ 110-117 volt likström.

Kolven 80 omsluter katoden 60 och anoden 86 i en hermetiskt tätad sammanslutning. Kolven 80 innehåller en förutbestämd gaskomposition vid ett förutbestämt tryck. Kolven 80 är på sin inre yta 96 belagd med ett fluroescerande material 98 som uppfångar ultraviolett energi som uppkommer i respons till metalljonisering. Det har beskrivits att gasmediet inuti kolven 80 joniseras av ett elektriskt fält mellan anoden 86 och katoden 60. Gasjoner som slår emot metallbandets 72 sidoväggar joniserar metallatomerna och producerar ultraviolett energi, som upp- fångas av det fluorescerande materialet 98 som i sin tur alstrar synligt ljus inom det elektromagnetiska spektrumet.

Allmänt utgörs gasmediet i kolven 80 av en väsentligen inert gaskomposition och kan bestå av argon, neon; krypton, xenon, väte, helium eller en kombination av dessa gaser. De metalliska sidoväggarnas beläggning kan formas av en blandning av huvudsakligen kalciumkarbonat och strontiumkarbonat. Framställningen av denna glasblandning kan ske genom att blandningen upphettas i vakuum för att få den slutliga bland- ningen av kalciumoxid som har till uppgift att reducera sidoväggarnas §Ävergångsarbete. Vidare har lantan-hexaborid med lyckat resultat använts för att belägga metallbandet 72.

Vidare kan det fluorescerande materialet 98 skyddas från stötjoner genom att materialet beläggs med ett transparent skyddsskikt. Ett antal kommersiellt tillgängliga medel kan användas som ultraviolett skyddsskikt av vilka ett är tantal-pentoxid.

Således har beskrivits en metod för energistrålning i det synliga bandet av det elektromaganetiska spektrumet, vilken metod innefattar ett första steg med åtminstone en katod 60 med öppningar 62 som är formade med åtminstone två metalliska sidoväggar med inåtvända ytor 74 på ett förutbestämt avstånd från varandra. De metalliska sidoväggarnas ytor 74 är belagda med ett skikt av förutbestämd sammansättning för att reducera de metalliska väggarnas funktion av övergångsarbete till ett värde som är mindre än cirka 3,0 elektronvolt. En anod 60 placeras på ett bestämt avstånd från katoden 60.

Anoden 86 och katoden 60 är hermetiskt tätt inneslutna inuti kolven 80 vilken innehåller ett gasmedium vid ett förutbestämt tryck. Kolven 80 har en inre yta 96 som är belagd med ett fluroescerande material 98.

Strålningsmetoden innebär vidare att en elektrisk potential påläggs mellan anoden 86 och katoden 60 för 1) jonisering av gasmediet och 2) jonisering av en metallatom från den metalliska sidoväggen med den joniserade metallatomen som utger strålning i det ultravioletta bandet av det elektromagnetiska spektrumet. Slutligen appliceras den ultra- violetta strålningen på det fluorescerande materialet 98 för omvandling till det synliga bandet av det elektromagnetiska spektrumet.

Figurerna 5 och 6 visar ytterligare ett utförande av en katod- och anodkonstruktion av belysningssystemet 102 I detta utförande är anoden 86'omgiven av katoden 602 Katoden 60' är formad av en dielektrisk rördel som utsträcker sig i längsgående riktning 68 och utgör en cylin- dervägg 100. Cylinderväggen 100 bildar en mängd slitsar 102 som formas genom cylinderväggen 100. Som ritningarna visar består slitsarna 102 av inåtvända sidoväggar 104. Sidoväggarna 104 är belagda med ett elektriskt ledande skikt. Som beskrivits i fallet ovan kan den metalliska sido- väggskompositionen utgörs av en blandning av kalciumkarbonat och stron- tiumkarbonat. Vidare kan beläggningen bestå av lantan-hexaborid eller liknande komposition.

Två dielektriska skivor 106 och 108 fixeras i ändarna av anoden 501 954 86' såsom visas i figur 5. Anoden 86' utsträcker sig i den vertikala riktningen 68 huvudsakligen på samma centrumlinje som katoden 602 Anoden 86' kan formas av ett metallrör 110 mellan motsatta skivor 106 och 108. När anoden 86' formas av ett metallrör 110 finns det ett internt axiellt hål 112 med en inre yta 114. Anodens inre yta 114 är belagd med ett elektriskt motståndsskikt, t ex en kolkomposition som kopplas till anodens ledning på ett sätt som beskrivits tidigare i samband med andra utföranden såsom visats i figurerna 1-4.

Figur 7 visar ytterligare ett utförande av belysningssystemets 10' konstruktion. I detta utförande är katoden 60" monterad innanför och omringas av anoden 86". Vid denna uppbyggnad är katoden 60" fast monterad till keramiska skivor 106' och 108'. Fixeringen kan göras med en glastyp av bonding eller någon liknande teknik. Katodmekanismen 60" kan göras av aluminium, nickel eller liknande metallkomposition. Vidare kan katoden 60" bestå av ett flertal ringformade ribbor 116 på ett avstånd från varandra i förutbestämd relation så som tidigare beskrivits i samband med Paschens lag. Vidare består de ringformade ribborna 116 av inåtvända motstående sidor 118, vilka beläggs med en metallkomposition på samma sätt som beskrivits tidigare.

Anoden 86" formas av en tråd som slingras från skiva till skiva i vertikal riktning 68 och runt skivornas 106' och 108' periferier. Tråden kan monteras i små slitsar runt skivorna 106' och 108' eller kan sättas fast i skivorna med någon standardteknik.

Claims (7)

501 954 Patentkrav

1. En fluorescerande belysningsanordning bestående av en herme- tiskt tillsluten genomskinlig yttre kolv (80) innehållande ett joniserbart gasmedium av ett förutbeståmt tryck och invändigt belagd med ett skikt (98) av ett material, vilket fluorescerar vid exponering mot ultraviolett strålning, och där det tätande inneslutet inuti kolven (80) finns ett katodorgan (60; 60'), vilket vid aktivering kan avge elektroner till gasmediet och åstadkomma en jonisering av detta, samt en anod (86), som har förmågan att aktivera katoden att åstadkomma den nämnda elektronavgivningen, kännetecknad av att katodanordningen (60, 60') är placerad inuti kolven (80) och på ett bestämt avstånd inrymmer anoden l86; 86'), och där katoden har en ytteryta, som är försedd med ett flertal öppningar (62; 102), vilkas sidoväggar (74; 104) är belagda med en metall, som vid aktivering av katoden själv undergår jonisering av metallatomerna i väggarna med åtföljande avgivnlng av strålning inom den ultravioletta bandbredden av det elektromagnetiska spektrat och fluorescens av beläggningen (98) på kolven (80) till följd av att strålningen träffar beläggningen, och varvid metallen eller metallföreningen är sådan att den ger den metalllska sidoväggen en arbetsfunktion, som är mindre än omkring tre elektronvolt, och där avståndet (d) mellan de motsatta sidoväggarna med öppningarna är sådant att förhållandet mellan trycket (p) på det joniserbara gasmediet inuti kolven (80) och avståndet (dl representeras av uttrycket: 2,0 < p x d < 3,0 där p är trycket på gasen i mm Hg och d är avståndet mellan sidoväggarna mätt i cm.

2. En fluorescerande belysningsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att gasmediet består av en eller flera av gaserna argon, neon, krypton, xenon, vätgas eller helium.

3. En fluroescerande belysingsanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att katoden (60) bildas av ett metallband (72), som är lindat kring dielektriska stöd (64, 66) vid de motsatta ändarna, och som är utformat med öppningar (62) i lângdriktningen mellan intilliggande bandlängder, och där bandet är belagt med en metallförening för att åstadkomma den nämnda arbetsfunktionen hos metallsidoväggen om mindre än 3 elektronvolt, och där anoden (86) utgörs av ett längsgående organ, vilket är beläget inuti katoden. (Fig. 2-4) 10 501 954

4. En fluorescerande belysningsanordning enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad av att katoden (60') har formen av en slítsförsedd cylinder, som är monterad runt den längsgående anoden (86'), och där slitsarna (102) i katodcylindern har mot varandra vända sidoväggar (104) belagda med en sådan metallförening som kan åstadkomma metallsidoväggarnas arbetsfunktion om mindre än 3 elektronvolt, och varvid anoden består av ett längsgående metallrör (110) beläget inuti katoden (60'). (Fig 5-6)

5. En fluorescerande belysningsanordning enligt krav 4, kännetecknad av att katoden utgörs av ett metallrör, som är försett med slitsar, och där de motsatta sidoväggarna (104) som begränsar slitsarna i katoden är belagda med ett material valt ur gruppen kalciumkarbonat, strontiumkarbonat, kalciumoxid eller lantanhexaborid. (Fig 5-6)

6. En fluorescerande belysningsanordning bestående av en herme- tiskt tillsluten genomskinlig yttre kolv (80) innehållande ett joniserbart gasmedium av ett förutbestämt tryck och invändigt belagd med ett skikt (98) av ett material, vilket fluorescerar vid exponering mot ultraviolett strålning, och där det tätande inneslutet inuti kolven (80) finns ett katodorgan (60"), vilket vid aktivering kan avge elektroner till gasmediet och åstadkomma en jonisering av detta, samt en anod (86"l. som har förmågan att aktivera katoden att åstadkomma den nämnda elektronavgivningen, kännetecknar) av att katoden (60") har formen av ett metallrör med ett flertal ringformade ribbor (116) på ytterytan med mot varandra vända sidoväggar (118) anordnade på ett bestämt avstånd från varandra och belagda med en metallförening, som vid aktivering av katoden siälv undergår jonisering av metallatomerna i väggarna med åtföljande avgivning av strålning inom den ultravioletta bandbredden av det elektromagnetiska spektrat och fluorescens av beläggníngen (98) på kolven (80) till följd av att strålningen träffar beläggníngen, och varvid metallen eller metallföreningen är sådan att den ger den metalliska sidoväggen en arbetsfunktion, som är mindre än omkring tre elektronvolt, och där avståndet (d) mellan de motsatta sidorna (118) är sådant att förhållandet mellan trycket (pl på det joniserbara gasmediet inuti kolven (80) och avståndet (d) representeras av uttrycket: 2,0 < p x d < 3,0 där p är trycket på gasen i mm Hg och d är avståndet mellan sidoväggarna mätt i cm, och där anoden l86") består av en tråd (120), som är lindad i vertikal riktning mellan fast monterade keramiska skivor (106', 108') vid de 11 501 954 motsatta ändarna runt skivornas periferier, så att den bildar en trådanod anordnad runt katoden (60"l. lFig. 7)

7. En fluorescerande belysningsanordning enligt krav 6, kännetecknad av att gasmediet består av en eller flera av gaserna argon, neon, krypton, xenon, vätgas eller helium.