Серная лампа - Sulfur lamp

В серная лампа (также серная лампа) очень эффективный полный спектр безэлектродное освещение система, свет которой генерируется сера плазма это было возбужденный от микроволновая печь радиация. Это особый тип плазменная лампа, и один из самых современных. Технология была разработана в начале 1990-х годов, но, хотя поначалу она казалась очень многообещающей, к концу 1990-х годов серное освещение было коммерчески провальным. С 2005 года лампы снова производятся для коммерческого использования.

Серная лампа

Механизм

Серная лампа состоит из мяч для гольфа -размер (30 мм) плавленый кварц колба, содержащая несколько миллиграммы из сера порошок и аргон газ на конце тонкого стеклянного шпинделя. Колба заключена в микроволновку.резонансный провод-сетка клетка. А магнетрон как и дома микроволновые печи, бомбардирует лампочку через волновод, с участием 2.45  ГГц микроволны. Энергия микроволн возбуждает газ до пяти атмосферы давление, которое, в свою очередь, сильно нагревает серу, образуя ярко светящийся плазма способен осветить большую площадь. Поскольку колба сильно нагревается, может потребоваться принудительное воздушное охлаждение, чтобы предотвратить ее плавление. Колбу обычно ставят в фокус из параболический отражатель направить весь свет в одном направлении.

Невозможно возбудить серу традиционными электроды так как сера быстро вступит в реакцию и разрушит любой металлический электрод. Патент на использование покрытых электродов обсуждается в Будущие перспективы ниже. Отсутствие электродов позволяет использовать гораздо большее разнообразие светообразующих веществ, чем те, которые используются в традиционных лампах.

Расчетный срок службы лампы составляет около 60 000 часов. Расчетная жизнь магнетрон был улучшен компанией Plasma International, базирующейся в Германии / Англии, поэтому он также может работать в течение того же периода.

Время прогрева серной лампы заметно короче, чем у других газоразрядных ламп, за исключением флюоресцентные лампы, даже при низких температурах окружающей среды. Достигает 80% окончательного световой поток в течение 20 секунд, и лампу можно перезапустить примерно через пять минут после отключения электроэнергии.

Первые опытные лампы имели мощность 5,9 кВт с эффективность системы из 80 люмен на ватт.[1] Первые серийные модели имели яркость 96,4 люмен на ватт. Более поздние модели смогли отказаться от охлаждающего вентилятора и улучшить светоотдачу до 100 люмен на ватт.[2]

Качество излучаемого света

Плазма серы состоит в основном из димер молекулы (S2), которые генерируют свет через молекулярная эмиссия. В отличие от атомная эмиссия, то спектр излучения непрерывно на протяжении всего видимый спектр. 73% испускаемого излучения находится в видимом спектре, с небольшим количеством в инфракрасный энергии и менее 1% в ультрафиолетовый свет.

Пик спектрального выхода составляет 510 нанометров, что придает свету зеленоватый оттенок. Коррелированные цветовая температура около 6000 кельвины с CRI из 79. Регулировка яркости лампы до 15% не влияет на качество света.

А пурпурный можно использовать фильтр, чтобы придать свету ощущение тепла. Такой фильтр использовался на лампах на Национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтон.[3]

Добавление в лампу других химикатов может улучшить цветопередачу. Серные лампы накаливания с бромид кальция (CaBr2) дает аналогичный спектр плюс всплеск красных длин волн на 625 нм.[4] Другие добавки, такие как иодид лития (LiI) и йодид натрия (NaI) можно использовать для изменения выходных спектров.[5][6][7]

История

Технология была задумана инженер Майкл Юри, физик Чарльз Вуд и их коллеги в 1990 году. При поддержке Министерство энергетики США, он был разработан в 1994 году компанией Fusion Lighting из Роквилл, Мэриленд, дочернее предприятие подразделения Fusion UV корпорации Fusion Systems. Его истоки лежат в источниках микроволнового разряда, используемых для ультрафиолетовых лучей. лечение в полупроводниковой и полиграфической промышленности. В Fusion UV подразделение позже было продано Spectris plc, а остальная часть Fusion Systems была позже приобретена Eaton Corporation.

Были разработаны только две серийные модели, обе со схожими техническими характеристиками: Solar 1000 в 1994 году и Light Drive 1000 в 1997 году, которые были усовершенствованием предыдущей модели.

Производство этих ламп закончилось в 1998 году.[8] Fusion Lighting закрыла свой офис в Роквилле, штат Мэриленд, в феврале 2003 г., израсходовав около 90 миллионов долларов венчурный капитал. Их патенты были лицензированы LG Group. В Интернет-архив есть копия Несуществующий веб-сайт Fusion Lighting. Их лампы были установлены более чем в ста объектах по всему миру, но многие из них уже сняты.

В 2001 году компания Ningbo Youhe New Lighting Source Co., Ltd в г. Нинбо, Китай, произвела собственную версию серной лампы. Веб-сайт компании больше не в сети и, возможно, не работает, но информацию об этих лампах можно получить на ее веб-сайте. архивная копия в Интернет-архиве.

В 2006 г. LG Electronics начал производство серных ламп под названием Система плазменного освещения (PLS).

Серные лампы были произведены в 2010-х годах компанией Hive Lighting как Оса 1000. Его можно определить по сетке, окружающей стеклянную колбу. Позже производство было прекращено.

Электромагнитная интерференция

Магнетроны в этих лампах могут вызвать электромагнитная интерференция в Беспроводной спектр 2,4 ГГц, который используется Wi-Fi, беспроводные телефоны и спутниковое радио в Северная Америка. Опасаясь вмешательства в их передачи, Сириус и Спутниковое радио XM подал прошение в Соединенные Штаты Федеральная комиссия связи (FCC), чтобы заставить Fusion Lighting снизить электромагнитное излучение своих ламп на 99,9%. В 2001 году компания Fusion Lighting согласилась установить металлические защита вокруг своих ламп, чтобы уменьшить электромагнитное излучение на 95%.

В мае 2003 года FCC прекратила судебное разбирательство по определению пределов внеполосного излучения для радиочастотных огней, работающих на частоте 2,45 ГГц, заявив, что протокол судебного разбирательства устарел, и Fusion Lighting прекратила работу с такими лампами.[9] Приказ заключался:

Поэтому мы отказываемся предоставить запрошенное освобождение от лицензиатов спутниковой радиосвязи, чтобы запретить работу всех радиочастотных огней в диапазоне 2,45 ГГц, так как мы обнаруживаем, что запрошенный запрет является всеобъемлющим и не оправдан в зависимости от обстоятельств. Если есть доказательства того, что какая-либо организация будет стремиться использовать ВЧ-огни в Диапазон 2,45 ГГц и создают вредные помехи для спутников радиоприемники как следствие, а наши существующие ограничения оказываются недостаточными, мы предпримем соответствующие действия.

Экологические проблемы

В отличие от флуоресцентных и газоразрядные лампы высокой интенсивности, серные лампы не содержат Меркурий. Таким образом, серные лампы не представляют угрозы для окружающей среды и не требуют специальной утилизации.[нужна цитата ] Кроме того, использование серных ламп может снизить общее количество энергии, необходимой для освещения.

Системы распределения света

Поскольку количество света, производимого одной лампочкой, очень велико, обычно необходимо распределить свет по областям, удаленным от лампы. Чаще всего используется метод световые трубы.

Световые трубы

Основная статья: Световая трубка
Серные лампы со световыми трубками на потолке Музея авиации и космонавтики США в Вашингтоне, округ Колумбия.

3M световая труба длинный, прозрачный, полый цилиндр с призматический поверхность, разработанная 3 млн который равномерно распределяет свет по всей длине.[10] Световые трубы могут иметь длину до 40 метров (130 футов) и собираются на месте из более коротких модульных единиц. Световод прикреплен к параболическому отражателю серной лампы. Для более коротких труб на противоположном конце будет зеркало; для более длинных на каждом конце будет лампа. Общий вид световода сравнивают с гигантским флуоресцентная лампа. Одна серная лампа со световодом может заменить десятки HID лампы. в Национальный музей авиации и космонавтики три лампы, каждая с трубкой длиной 27 метров (89 футов), заменили 94 лампы HID, значительно увеличив количество излучаемого света.[3]

Значительно уменьшенное количество ламп может упростить техническое обслуживание и снизить затраты на установку, но также может потребоваться резервная система для областей, где освещение критично. Световые трубки позволяют размещать лампу в легкодоступном месте для обслуживания и вдали от мест, где нагрев лампы может быть проблемой.

Вторичные отражатели

Серная лампа с отражателями

Вторичный отражатель - это структура с зеркальной поверхностью, помещенная непосредственно на пути луча света, когда он выходит из параболического первичного отражателя лампы. Вторичный отражатель может иметь сложную геометрию, которая позволяет ему рассеивать свет и направлять его туда, где это необходимо. Он может освещать объект или рассеивать свет для общего освещения.

В Аэропорт Сундсвалль-Хернёсанд около Сундсвалль, Швеция Освещение аэродрома обеспечивают серные лампы, установленные на вышках высотой 30 метров. Лампы направлены вверх и направляют свой свет на вторичные отражатели в форме крыльев, которые рассеивают свет и направляют его вниз. Таким образом, одна лампа может осветить площадь 30 на 80 метров (100 на 260 футов).

В штаб-квартире DONG Energy, энергетическая компания из Дании, одна серная лампа направляет свет на многочисленные зеркальные отражатели и рассеиватели, чтобы осветить вестибюль, а также несколько скульптур за пределами здания.

У входа в университетскую больницу в Лунд, Швеция вторичные отражатели на потолке покрыты пленками с высокой светоотражающей способностью, но их форма позволяет избежать бликов. Более того, поскольку эти пленки имеютпризматическая поверхность структура, которая разделяет лучи, дополнительно снижает риск проблем с бликами. Тот факт, что отражатели перемещают источник света подальше от глаз любого, кто мог бы случайно посмотреть на них, помогает еще больше устранить проблемы с бликами.[11]

Непрямое освещение

Непрямые светильники направляют большую часть своего светового потока вверх к потолку. Тогда потолок с высокой отражающей способностью может служить второстепенным источником рассеянного освещения с низкой яркостью и высоким визуальным качеством для внутренних помещений. Основными преимуществами непрямого освещения являются возможность значительно снизить вероятность непрямого ослепления и полностью исключить прямой вид от источника.[12]

На Коммунальный район Сакраменто (СМУД), две серные лампы были установлены на крышах отдельно стоящих киоски. Потолок высотой 4,2 метра (13 футов 9 дюймов) был модернизирован с высоким коэффициентом отражения (90%), белым акустическим покрытием. потолочная плитка. Лампы направляют свой свет вверх, и он отражается от потолка, создавая непрямой свет. Узкие, средние или широкие диаграммы направленности могут быть созданы путем выбора различных элементов отражателя.[13]

Прямое освещение

Даунлайты Hill AFB

Световые трубы не нужны в таких приложениях, как стадион освещение, где простой светильник может быть установлен достаточно высоко, чтобы свет мог распространяться на большую площадь. Установка на База ВВС Хилл содержит лампы со световыми трубками, а также свет приспособления, установленные высоко в самолете ангар.

Оптические волокна

Оптические волокна были изучены как система распределения для серных ламп, но на рынке не было ни одной практической системы.[14]

Другое использование

Серные лампы могут использоваться в качестве источников света в научных приборах.

Будущие перспективы

Разработка доступного, эффективного и долговечного микроволнового источника является технологическим препятствием на пути к снижению затрат и коммерческому успеху. Прототипы ламп были доступны только с высокой мощностью (1000+ Вт), что затрудняло их внедрение в приложениях, где требования к световому потоку были невысокими. У серной лампы есть проблемы со сроком службы магнетрона и двигателя, который вращает колбу, и шум от охлаждающего вентилятора. Поскольку большинство серных ламп имеет движущиеся части, надежность остается критически важной проблемой, а техническое обслуживание системы может препятствовать внедрению на рынок, однако в продаже имеются лампы новой конструкции, которые больше не требуют активного охлаждения.[2]Исследователи добились определенного успеха в устранении необходимости вращать колбу с помощью циркулярно поляризованный микроволны, чтобы раскрутить плазменный разряд.[15][16] В других экспериментах использовалось йодид натрия, скандий йодид, монобромид индия (InBr),[17][18] или теллур[19] как светообразующая среда.

21 мая 2019 г. патент США [2] была присуждена ученому-стекольнику Анатолию Кишиневскому и физику Джастину Херцигу из фирмы GlassThinkTank за серную плазменную лампу, в которой в качестве электродов используется электропроводящий карбид кремния. Патент #20070075617 находится на рассмотрении с 2006 г. на серную лампу с электродами - по сути, более традиционная газоразрядная лампа, где магнетрон не требуется. Предлагаются различные электродные покрытия для борьбы с высокой химической активностью серы. Однако, как обычно с патентами, только коммерческие приложения покажут, жизнеспособна ли эта конструкция.

Выдающиеся установки

Основная статья: Список установок серных ламп

Многие установки ламп предназначались только для целей тестирования, но остается несколько мест, где лампы используются в качестве основного источника освещения. Возможно, самым заметным из них будет стекло. предсердие в Национальный музей авиации и космонавтики.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Сравните это с 12–18 люмен на ватт для обычных вольфрамовых ламп накаливания.
  2. ^ а б "Серная лампа 1000 Вт готова". Информационный бюллетень IAEEL (1). IAEEL. 1996. Архивировано с оригинал 18 августа 2003 г.
  3. ^ а б Франк А. Флорентийский. «Следующее поколение света: безэлектродное». Палимпсест.stanford.edu. Получено 2014-09-19.
  4. ^ "Краткие сведения о НАСА - серная лампа с добавкой CaBr2 для улучшения роста растений". Nasatech.com. 1 июля 2000 г.. Получено 2008-11-29.
  5. ^ "Дональд А. МакЛеннан, Брайан П. Тернер, Дж. Т. Долан, М. Г. Юри и П. Густафсон - эффективная, долговечная, нетоксичная микроволновая лампа полного спектра для выращивания растений". Ncr101.montana.edu. Архивировано из оригинал на 2009-09-13. Получено 2008-11-29.
  6. ^ http://science.empas.com/search/kisti_detail.html?q%3D%C3%B5%B0%F8+%B9%E6%BB%E7%C8%D6%B5%B5%26i%3D40028%26au% 3D% 26rs% 3D% 26jn% 3D% 26m% 3DT. Получено 2006-06-07. Отсутствует или пусто | название = (Помогите)[мертвая ссылка ]
  7. ^ "Тревога!!!". Получено 2006-06-26.
  8. ^ "Информационный бюллетень IAEEL 2/98". Iaeel.org. Архивировано из оригинал на 2008-10-10. Получено 2008-11-29.
  9. ^ "FCC отклоняет петицию спутникового радио о запрете радиочастотного излучения в диапазоне 2,45 ГГц". Radio World NewsBytes. Издательская группа IMAS. 16 ноября 2004 г. Архивировано с оригинал 13 февраля 2005 г.. Получено 29 ноя, 2008.
  10. ^ LightingResource.com, Справочная онлайн-библиотека для индустрии освещения, http://www.lightingresource.com, http://www.click2lighting.com, http: //www.thelightingcenter.com, http://www.click2technology.com. "Поиск продукта в ресурсах освещенияpcats33d0 - Светильники для световодов - Ресурсы освещения - Категория Display33". Lightingresource.com. Получено 2008-11-29.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  11. ^ "Информационный бюллетень IAEEL 4/94". Iaeel.org. Архивировано из оригинал на 2008-10-10. Получено 2008-11-29.
  12. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-04-02. Получено 2007-08-07.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  13. ^ «Демонстрация серной лампы и светильников на SMUD». Eetd.lbl.gov. Архивировано из оригинал 14 ноября 2007 г.. Получено 2008-11-29.
  14. ^ [1] В архиве 10 сентября 2005 г. Wayback Machine
  15. ^ "Laser Focus World - Новости". Lfw.pennnet.com. Получено 2008-11-29.
  16. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-07-16. Получено 2006-06-08.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  17. ^ Безэлектродная лампа имитирует солнечный свет - 01.11.2000 - Новости дизайна В архиве 30 сентября 2007 г. Wayback Machine
  18. ^ Масая Шидо; Тацуя Накамура; Такуя Серита; Хиронобу Мацуо; и другие. (2003). «Маломощный микроволновый разряд высокого давления с использованием антенны с кольцевым пазом в верхней части коаксиальной трубки». Архивировано из оригинал на 2011-07-18. Получено 2009-02-28. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  19. ^ "Microsoft Word - Экологичный высокоэффективный источник света.doc" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 29 февраля 2008 г.. Получено 2008-11-29.

дальнейшее чтение

  • Супли, Курт, «Энергетический департамент приносит свет ослепительной лампочке», Вашингтон Пост, 21 октября 1994 г.
  • Супли, Курт, «Новый вид освещения, которое ярко горит, но не гаснет», Вашингтон Пост, 24 октября 1994 г.
  • Холуша, Джон, «Источник света для замены многих лампочек», Нью-Йорк Таймс, 26 октября 1994 г.
  • "Серное освещение на трассе", Новости экологического строительства, Июль 1995 г.
  • Шредер, Майкл и Дризен, Йочи, "Энергосберегающие лампочки Мар Спутниковое Радио", Журнал "Уолл Стрит, 6 августа 2001 г.
  • "Серное освещение больше не на ходу", Новости экологического строительства, Август 2005 г.