Высокоэкономичные и экологически чистые источники общего освещения



Скачать 110.55 Kb.
Дата01.08.2016
Размер110.55 Kb.
Высокоэкономичные и экологически чистые источники общего освещения

Введение

Одной из основных задач современности является разработка и широкое применение энергосберегающих и, главное, долговечных и экологических источников света. К данному моменту разработано большое количество различных источников света. Но основной вопрос – создание источника света общего назначения (в квартире, офисе и т.д.) пока не разрешен. Наиболее часто используемые в офисах лампы “дневного света” и приобретающие популярность лампы на светодиодах имеют ряд особенностей, неблагоприятно влияющих на зрение и общее самочувствие человека.

В настоящее время происходит активная замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы. Лампы накаливания имеют много плюсов (привычный для глаз спектр излучения, дешевизну производства, небольшие размеры, простоту в эксплуатации), но и большой недостаток, а именно, очень малый коэффициент полезного действия и небольшой срок службы. Энергосберегающие и люминесцентные лампы имеют высокую эффективность и продолжительный срок службы. Однако и они имеют существенные недостатки: содержат пары ртути, спектр излучения линейчатый, при включении мигают, а на полную яркость выходят за несколько минут. Для производства светодиодных источников света требуется применение весьма высоких и дорогих технологий, в том числе сверхчистых материалов, иногда крайне ядовитых, таких как мышьяк. Ряд материалов для полупроводниковых технологий имеют ограниченное распространение в природе, например, индий.

Источники света, которые должны выпускаться в настоящее время и в недалеком будущем должны иметь высокую световую эффективность, большой срок службы и быть максимально экологическими как в производстве и эксплуатации, так и при их утилизации. Прежде всего, это предполагает отсутствие в конструкции и при производстве вредных веществ.



Цель данной работы – создание источников света общего назначения, основанных на катодолюминесценции под действием электронов эмитируемых автокатодом из нано-структурированного углеродного материала и свободных от указанных выше недостатков.

Принцип действия катодолюминесцентных источников света с автокатодами

Работа источников света на основе нано-структурированных углеродных материалов основана на явлении автоэлектронной эмиссии. Она заключается в вытягивании электронов из катода под воздействием электрического поля без затрат энергии (рис 1). Электроны, вылетевшие из катода под действием поля модулятора, ускоряются электрическим полем анода и, ударившись в него, возбуждают световые кванты в слое люминофора, которые дают привычный для человека свет (рис. 2). Слой алюминия, показанный на рис. 2, служит для увеличения яркости свечения, т.к. излучение от зерен люминофора распространяется на 360°, а слой алюминия служит зеркалом, отражающим свет во внешнюю часть лампы.







Рис. 1. Поверхностный потенциальный барьер на границе металл-вакуум в присутствии сильного электрического поля. Волнистой линией показан эффект туннелирования электронов сквозь барьер

Рис. 2. Принципиальная схема работы катодолюминесцентного источника света с автокатодом.

Конструкция катодолюминесцентных источников света

В состав источника света (рис. 3) входит автокатод (нано-структурированный углерод), модулятор (нержавеющая сталь), анод (алюминий, телевизионный люминофор), корпус (стекло, как правило, оконное). Новизна этих источников света в автокатоде и электронном прожекторе (рис. 5), который обеспечивает засветку люминесцентного экрана.



Рис. 3. Катодолюминесцентная лампа




Автоэлектронный катод

Рис. 5. Автоэлетронный прожектор



В наших лабораториях разработаны весьма устойчивые и надежные автокатоды из нано-структурированных углеродных материалов (рис. 6,7), которые при определенных режимах эксплуатации имеют практически неограниченный эмиссионный ресурс. Это обстоятельство в основном и определяет крайне высокую долговечность ламп с такими катодами. Аналогичных автокатодов, несмотря на конкуренцию многих организаций таких стран, как США, Великобритания, Южная Корея, Япония и Китай, пока нет нигде в мире.






0,5 мм




Рис. 6. Автокатод из углеродных волокон

Рис. 6. Автокатод из терморасширенного графита

В технологии изготовления автокатода используются углеродные материалы, промышленно производимые в Российской Федерации. Среди множества углеродных материалов наиболее перспективны углеродные волокна и терморасширенный графит. Их исходное структурное строение наилучшим образом подходит для автокатодов источников света по необходимой энергии электронов, необходимой для наиболее эффективного возбуждения катодолюминофор.

Для увеличения эмиссионного ресурса автокатода исходный материал подвергаеися дополнительной обработке, которая осуществляется в несколько этапов:



  • предварительная обработка исходного материала, как правило, температурная — она позволяет улучшить наноструктурированность исходного материала;

  • формовка эмиссионной поверхности автокатода потоками ионов или фотонов — способствует вскрытию и увеличению числа эмиссионных центров и формообразованию автокатода;

  • тренировка автокатода при термо-вакуумной обработке лампы на финишном этапе.

В результате такой обработки удается получить автокатоды с высокой стабильностью и долговечностью. Лампы можно производить по стандартной технологии электровакуумного производства без дополнительных усилий по улучшению вакуумных условий в лампе, т.е. можно использовать обычное электровакуумное оборудование, которое имеется в наличии в Российской Федерации.

По совокупности примененных решений катодолюминесцентные лампы с автокатодами имеют следующие достоинства:



  • высокая световая эффективность и яркость;

  • благоприятный для человека спектр излучения;

  • экологическая чистота – отсутствие вредных и ядовитых веществ;

  • мгновенная готовность к работе;

  • широкий диапазон рабочих температур (от –196 оС до +150 оС);

  • большая площадь светоизлучающей поверхности;

  • срок службы более 50 тысяч часов;

  • в производстве ламп используются простая технология и широко распространенные в природе и дешевые материалы.

Основное применение разработки — экономичное и экологическое общее освещение (белого цвета) и подсветка различных объектов светом любого спектрального состава (R - красный, G - зеленый, B - синий) в видимом диапазоне.

На сегодняшний день разработано несколько прототипов катодолюминесцентных источников света с большим сроком службы, часть из которых представлена на рис. 7. Для общего освещения можно использовать плоские катодолюминесцентные лампы (рис. 7,а), а также лампы, выполненные в виде традиционных люминесцентных (рис. 7,б). Заметим, что форма ламп может быть разнообразной. Кроме общего освещения катодолюминесцентные лампы можно использовать для цветной подсветки и видео экранов большого размера.




а

в



б



г



д


Рис. 7. Экспериментальные образцы источников света: а, б – лампы для освещения; в – лампы для светофоров и семафоров; г – лампы для подсветки и видео экранов; д – модуль видео экрана.

Сравнительные характеристики основных современных источников света

В большом спектре всевозможных источников света и выпускаемых в настоящее время промышленностью мы выбираем только те, которые могут быть использованы как лампы общего назначения. Ниже в таблице приведены сравнительные характеристики предлагаемого к производству катодолюминесцентного источника света и промышленно производимых источников света.



Основные параметры

Катодолюминес-центная лампа

Лампы накаливания

Люминесцентная лампа

Энергосберегающая лампа

Лампы на светодиодах

Тип лампы

безнакальная, вакуумная

накаливания

газоразрядная

газоразрядная

полупровод-никовая

Мощность лампы, Вт

25

60

40

20

5

Световой поток, лм

700-1500

720

2800

1000

120

Эффективность, лм/Вт

30-60

12

70

50

24

Время включения, с

0,0005

0,1

1-3

1-3

0,0005

Чувствительность к перепадам напряжения

Средняя

Средняя

Высокая

Высокая

Высокая

Стабильность светового потока

Высокая

Средняя

Высокая

Высокая

Высокая

Устойчивость к внешней среде

Высокая

-196 ÷ +150 ºС



Низкая

Средняя

Средняя

Высокая

-40 ÷ +85 ºС



Срок службы, ч.

50 000

1 000

10 000

10 000

50 000

Средняя продажная цена при массовом производстве

2,2-5 $

0,2 $

3-4 $

2-3 $

3-5 $

Предлагаемый источник света сопоставим по параметрам с наилучшими современными образцами, но превосходит их по рабочему температурному диапазону в 2-5 раз, равномерности свечения, низкой цене производства, использованию в производстве не дорогих, доступных, широко распространенных в природе и экологически чистых материалов и технологий. Спектр излучения катодолюминесцентной лампы зависит от состава люминофора. Для ламп общего назначения он может быть выбран наиболее приближенным с естественному солнечному свету.

Но есть ещё одно стратегическое преимущество: все материалы, технология и разработки – российские, т.е. независимы от внешних поставок. Кроме того, в стране имеются все предпосылки (разработки, производства) для организации массового изготовления таких ламп, которые могут обеспечить (за счет ноу-хау) не только российский рынок, но и мировой.

Приведенные выше образцы ламп были разработаны для других программ и имеют соответствующие люминофоры и конструкцию. В настоящее время, к сожалению, не существует разработанных ламп общего назначения с автоэлектронным катодом ни у нас, ни за рубежом. Поэтому на первом этапе необходимо разрабатывать рабочий прототип такой лампы.

Новые электронные энергосберегающие приборы

с наноструктурированными углеродными автокатодами




Тип приборов

Область применения

Состояние разработки

1.

Катодолюминесцентный источник света пальчикового типа (1060мм.)

1. Большие («стандартные») цветные экраны.

2. Светофоры.

3. Семафоры.

4. Информационные и рекламные табло.

5. Источник света для спасательных устройств (лодки, жилеты и т.д.)


Разработки приборов вышли на уровень ОКР

2.

Источник общего и специального освещения

Новое поколение энергосберегающих экологичных ламп освещения (весь спектр условных мощностей)

Опытные образцы

3.

Плоский дисплейный экран низкого разрешения (шаг 2-10мм.)

1. Большие телевизоры.

2. Информационные и рекламные табло.

3. Многоцветные излучатели.

4. Визуально невидимые с земли летательные аппараты.



Опытные образцы

4.

Плоский дисплейный экран высокого разрешения (шаг до 0,2мм.)

Дисплеи и телевизионные мониторы различного назначения

В стадии разработки

5.

Лампа подсветки для ЖК экранов

Жидкокристаллические панели различного назначения

Опытный образец

6.

Миниатюрная рентгеновская трубка

1. Таможня.

2. Дефектоскопия.

3. Медицина.


Опытные образцы

7.

Ультрафиолетовые источники

1. Дефектоскопия

2. Обеззараживание воды и воздуха

3. Накачка специальных лазеров


В стадии разработки

8.

Проекционный малогабаритный дисплей

Дисплеи индивидуального и коллективного использования

Техническая проработка проекта

9.

Микроволновая (4мм.) антенна с фазовым управлением

Локация точного местоположения объектов

Техническая проработка проекта.

Предварительные эксперименты



10.

Автоионизационный источник

Уменьшение трения при полетах летательных аппаратов в атмосфере

Предварительная проработка проекта


Все разработки инновационные, патентоспособные и основаны на ресурсах России.
Примечание: Для всех электронных приборов, чтобы обеспечить их технические преимущества, необходима разработка источников питания и управления.

Каталог: 16d779f05271bda37972dfed80fd0124 -> forums -> attaches
attaches -> Проект 03160 шифр "Раптор"
attaches -> Пскр-800 (до 22 1978 мпк-12), с 28 1996 Беркут
attaches -> Пограничные сторожевые корабли проекта 745П
attaches -> Начало освоения на Балтийском флоте нового типа кораблей. Формирование
attaches -> Закончены гос испытания/принят в состав вмф/поднят флаг Войсковая часть, первый командир, соединение, флот, списание
attaches -> Флот россии вчера, сегодня, завтра 101 2 ─ Проект 1826
attaches -> Название корабля
attaches -> 1. 6 Тяжелый авианесущий крейсер ─ тавкр


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница