Серная лампа

Серная лампа (также серная лампа ) представляет собой высокоэффективную безэлектродную систему полного спектра осветительную , свет которой генерируется серной плазмой возбуждаемой , излучением микроволновым . Это особый тип плазменных ламп , один из самых современных. Технология была разработана в начале 1990-х годов и казалась многообещающей, но к концу 1990-х годов не имела коммерческого успеха. С 2005 года лампы снова производятся для коммерческого использования.

Механизм

Серная лампа состоит из размером с мяч для гольфа (30 мм), колбы из плавленого кварца содержащей несколько миллиграммов порошка серы и газообразного аргона на конце тонкого стеклянного стержня. Лампа заключена в резонансную клетку из проволочной сетки . Магнетрон микроволновых , очень похожий на те, что используются в домашних печах , бомбардирует лампочку через волновод микроволнами с частотой 2,45 ГГц . Микроволновая энергия возбуждает газ до давления в пять атмосфер , что, в свою очередь, нагревает серу до чрезвычайной степени, образуя ярко светящуюся плазму, способную осветить большую площадь. Поскольку лампочка сильно нагревается, может потребоваться принудительное воздушное охлаждение, чтобы предотвратить ее плавление. Лампу обычно размещают в фокусе параболического отражателя, чтобы направить весь свет в одном направлении.

Было бы невозможно возбудить серу с помощью традиционных электродов , поскольку сера быстро вступит в реакцию с любым металлическим электродом и разрушит его. Ожидаемый патент на использование покрытых электродов обсуждается ниже в разделе « Перспективы на будущее» . Отсутствие электродов позволяет использовать гораздо большее разнообразие светогенерирующих веществ, чем те, которые используются в традиционных лампах.

Расчетный срок службы лампы составляет около 60 000 часов. Расчетный срок службы магнетрона был увеличен немецко-английской компанией Plasma International, поэтому он может прослужить тот же период.

Время прогрева серной лампы заметно короче, чем у других газоразрядных ламп, за исключением люминесцентных ламп , даже при низких температурах окружающей среды. Он достигает 80% своего конечного светового потока в течение 20 секунд, и лампу можно перезапустить примерно через пять минут после отключения электроэнергии.

Первые прототипы ламп имели мощность 5,9 кВт и эффективность системы 80 люмен на ватт . ^[1] Первые серийные модели имели яркость 96,4 люмен на ватт. В более поздних моделях удалось отказаться от охлаждающего вентилятора и повысить светоотдачу до 100 люмен на ватт. ^[2]

Для сравнения: доступны экономически эффективные коммерчески доступные светодиодные чипы с эффективностью около 160 люмен на ватт (2023 г.) с типичным снижением светоотдачи на 10% после 50 000 часов, в зависимости от условий эксплуатации.

Качество излучаемого света

Плазма серы состоит в основном из димерных молекул (S ₂ ), которые генерируют свет посредством молекулярного излучения . В отличие от атомной эмиссии , спектр излучения непрерывен во всем видимом спектре . Около 73% излучаемого излучения приходится на видимый спектр, небольшое количество приходится на инфракрасную энергию и менее 1% на ультрафиолетовый свет.

Максимальный спектральный выходной сигнал составляет 510 нанометров, что придает свету зеленоватый оттенок. Коррелированная цветовая температура составляет около 6000 К с индексом цветопередачи 79. Лампу можно уменьшить до 15 %, не влияя на качество света.

фильтр пурпурный Чтобы придать свету более теплый оттенок, можно использовать . Такой фильтр использовался в лампах Национального музея авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия. ^[3]

Добавление других химикатов в лампу может улучшить цветопередачу. Колбы серных ламп с добавлением бромида кальция (CaBr ₂ ) дают аналогичный спектр плюс всплеск красных волн на длине волны 625 нм. ^[4] другие добавки, такие как йодид лития (LiI) и йодид натрия (NaI). Для модификации выходных спектров можно использовать ^[5]^[6]^[7]

История

Технология была разработана инженером Майклом Ури, физиком Чарльзом Вудом и их коллегами в 1990 году. При поддержке Министерства энергетики США она получила дальнейшее развитие в 1994 году компанией Fusion Lighting из Роквилля, штат Мэриленд , дочерним предприятием подразделения Fusion UV компании Fusion UV. Корпорация «Фьюжн Системс». Его происхождение связано с источниками микроволнового разряда, используемыми для отверждения ультрафиолетом в полупроводниковой и полиграфической промышленности. Подразделение Fusion UV позже было продано компании Spectris plc , а остальная часть Fusion Systems позднее была приобретена корпорацией Eaton .

Было разработано только две серийные модели, обе со схожими характеристиками: Solar 1000 в 1994 году и Light Drive 1000 в 1997 году, который был усовершенствованной версией предыдущей модели.

Производство этих ламп закончилось в 1998 году. ^[8] Fusion Lighting закрыла свое представительство в Роквилле, штат Мэриленд, в начале 2002 года — феврале 2003 года, после того как вложила около 90 миллионов долларов венчурного капитала . ^[9] Их патенты были переданы по лицензии LG Group . В Интернет-архиве есть копия несуществующего веб-сайта Fusion Lighting . Их светильники были установлены более чем на ста объектах по всему миру, но многие из них уже демонтированы.

В 2001 году компания Ningbo Youhe New Lighting Source Co., Ltd в Нинбо , Китай , выпустила собственную версию серной лампы. Веб-сайт компании больше не доступен в Интернете и, возможно, не работает, но информацию об этих лампах можно получить из ее архивной копии в Интернет-архиве.

В 2006 году компания LG Electronics начала производство серных ламп под названием Plasma Lighting System (PLS).

Серные лампы производились в 2010-х годах компанией Hive Lighting как Wasp 1000 . Его можно узнать по сетке, окружающей стеклянную колбу. Позже оно было прекращено.

Электромагнитные помехи

Магнетроны в этих лампах могут вызывать электромагнитные помехи в беспроводном диапазоне 2,4 ГГц , который используется Wi-Fi , беспроводными телефонами и спутниковым радио в Северной Америке . Опасаясь помех в своем вещании, Sirius и спутниковое радио США XM обратилось в Федеральную комиссию по связи (FCC) с просьбой заставить Fusion Lighting сократить электромагнитное излучение своих ламп на 99,9%. В 2001 году компания Fusion Lighting согласилась установить металлическую защиту вокруг своих ламп, чтобы снизить электромагнитное излучение на 95%.

В мае 2003 года FCC прекратила разбирательство, которое должно было определить пределы внеполосного излучения для радиочастотных ламп, работающих на частоте 2,45 ГГц, заявив, что протокол разбирательства устарел и Fusion Lighting прекратила работу над такими лампами. ^[10] В приказе заключалось:

Поэтому мы отказываемся предоставить запрошенное разрешение от лицензиатов спутниковой радиосвязи на запрет эксплуатации всех радиочастотных фонарей в диапазоне 2,45 ГГц, поскольку мы считаем, что запрошенный запрет носит всеобъемлющий характер и не является оправданным в зависимости от обстоятельств. Если появятся доказательства того, что какая-либо организация будет стремиться использовать радиочастотные фонари в диапазоне 2,45 ГГц и, как следствие, создавать вредные помехи спутниковым радиоприемникам , а наши существующие ограничения окажутся недостаточными, мы сразу же предпримем соответствующие действия.

Экологические проблемы

В отличие от люминесцентных и газоразрядных ламп высокой интенсивности , серные лампы не содержат ртути . Поэтому серные лампы не представляют угрозы для окружающей среды и не требуют специальной утилизации. ^{[ нужна ссылка ]} Кроме того, использование серных ламп может снизить общее количество энергии, необходимой для освещения.

Системы распределения света

Поскольку серные лампы текущего производства имеют высокую мощность, часто необходимо распределять свет на участки, удаленные от лампы. Этого можно добиться, используя световоды в качестве проводника.

Световые трубы

3М Световод представляет собой длинный прозрачный полый цилиндр с призматической поверхностью, разработанный 3М , который равномерно распределяет свет по длине. ^[11] Световоды могут иметь длину до 40 метров (130 футов) и собираются на месте из более коротких модульных блоков. Световод прикреплен к параболическому отражателю серной лампы. Для более коротких труб на противоположном конце будет зеркало; у более длинных на каждом конце будет лампа. Общий вид световода можно сравнить с люминесцентной трубкой гигантского размера . Одна серная лампа со световодом может заменить десятки газоразрядных ламп . В Национальном музее авиации и космонавтики три лампы, каждая с трубой длиной 27 метров (89 футов), заменили 94 лампы HID, значительно увеличив при этом количество подаваемого света. ^[3]

Уменьшенное количество отдельных ламп может упростить обслуживание и снизить затраты на установку, но также может потребовать резервной системы для зон, где освещение имеет решающее значение. Световоды позволяют размещать лампу в легкодоступном для обслуживания месте и вдали от мест, где нагрев лампы может стать проблемой.

Вторичные отражатели

Вторичный отражатель — это конструкция с зеркальной поверхностью, расположенная непосредственно на пути луча света при выходе из параболического основного отражателя лампы. Вторичный отражатель может иметь сложную геометрию, которая позволяет ему рассеивать свет и направлять его туда, куда нужно. Он может освещать объект или рассеивать свет для общего освещения.

В аэропорту Сундсвалль-Хернесанд недалеко от Сундсвалля , Швеция , освещение аэродрома обеспечивается серными лампами, установленными на башнях 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 энергетической компании DONG Energy в Дании единственная серная лампа направляет свой свет на многочисленные зеркальные отражатели и рассеиватели, освещая вестибюль, а также несколько скульптур за пределами здания.

У входа в университетскую больницу в Лунде , Швеция , вторичные отражатели на потолке покрыты высокоотражающей пленкой, но имеют такую форму, чтобы избежать бликов. Более того, поскольку эти пленки имеют микропризматическую структуру поверхности , которая разделяет лучи, риск возникновения бликов еще больше снижается. Тот факт, что отражатели перемещают источник света далеко от глаз любого, кто может в них посмотреть, помогает еще больше устранить проблемы с бликами. ^[12]

Непрямое освещение

Светильники непрямого света направляют большую часть своего светового потока вверх, к потолку. Потолок с высокой отражающей способностью может служить второстепенным источником рассеянного света низкой яркости и высокого визуального качества для внутренних помещений. Основными преимуществами непрямого освещения являются возможность значительно снизить вероятность непрямого ослепления и исключить просмотр прямого источника. ^[13]

В здании штаб-квартиры муниципального коммунального округа Сакраменто (SMUD) на верхушках отдельно стоящих киосков были установлены две серные лампы . Потолок высотой 4,2 метра (13 футов 9 дюймов) был модернизирован белой акустической потолочной плиткой с высоким коэффициентом отражения (90%) . Лампы направляют свет вверх и отражаются от потолка, обеспечивая непрямой свет. Узкую, среднюю или широкую диаграмму направленности можно создать, выбирая различные элементы отражателя. ^[14]

Прямое освещение

Световоды не потребуются в таких приложениях, как освещение стадионов , где простой светильник можно установить достаточно высоко, чтобы свет мог распространяться на большую площадь. Инсталляция на базе ВВС Хилл содержит лампы со световыми трубками, а также светильники направленного освещения, установленные высоко в авиационном ангаре .

Оптические волокна

Оптические волокна изучались в качестве системы распределения серных ламп, но ни одна практическая система никогда не продавалась. ^[15]

Другое использование

Серные лампы можно использовать в качестве источников света в научных приборах.

Перспективы на будущее

Разработка доступного, эффективного и долговечного источника микроволнового излучения является технологическим препятствием на пути снижения затрат и коммерческого успеха. Прототипы ламп были доступны только с высокой мощностью (более 1000 Вт), что препятствовало их внедрению в приложениях, где требования к светоотдаче не были высокими. У серной лампы проблемы со сроком службы магнетрона и двигателя, вращающего колбу, а также шум вентилятора охлаждения. Поскольку большинство серных ламп имеют движущиеся части, надежность остается критической проблемой, а обслуживание системы может препятствовать внедрению на рынке, однако коммерчески доступны лампы новой конструкции, которые больше не требуют активного охлаждения. ^[2]Исследователи добились определенного успеха в устранении необходимости вращать лампу, используя вместо этого микроволны с круговой поляризацией для вращения плазменного разряда. ^[16]^[17] В других экспериментах использовались йодид натрия , скандия йодид , монобромид индия (InBr), ^[18]^[19] или теллур ^[20] в качестве светогенерирующей среды.

Выдающиеся инсталляции

Многие из ламп были установлены только в целях тестирования, но осталось несколько объектов, где лампы используются в качестве основного источника освещения. Возможно, самым заметным из них будет стеклянный атриум Национального музея авиации и космонавтики .

См. также

Примечания

^ Сравните это с 12–18 люменами на ватт для обычных вольфрамовых ламп накаливания.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Серная лампа на 1000 Вт готова» . Информационный бюллетень IAEEL . № 1. IAEEL. 1996. Архивировано из оригинала 18 августа 2003 года.
^ Перейти обратно: ^а ^б Фрэнк А. Флорентайн (сентябрь 1995 г.). «Следующее поколение фонарей: безэлектродные» . Palimpsest.stanford.edu . Проверено 19 сентября 2014 г.
^ «Технические обзоры НАСА - Серная лампа с добавкой CaBr2 для ускорения роста растений» . Nasatech.com. 1 июля 2000 года . Проверено 29 ноября 2008 г.
^ «Дональд А. МакЛеннан, Брайан П. Тернер, Дж. Т. Долан, МГУри и П. Густафсон - эффективная, долговечная, нетоксичная микроволновая лампа полного спектра для выращивания растений» . Ncr101.montana.edu. Архивировано из оригинала 13 сентября 2009 года . Проверено 29 ноября 2008 г.
^ «Wayback Machine не заархивировала этот URL» . Проверено 23 июля 2023 г. ^{[ мертвая ссылка ]}
^ "Тревога!!!" . Проверено 26 июня 2006 г.
^ «Информационный бюллетень IAEEL 2/98» . Iael.org. Архивировано из оригинала 10 октября 2008 года . Проверено 29 ноября 2008 г.
^ «Серное освещение больше не на ходу» . Август 2005.
^ «FCC отклоняет петицию спутникового радио о запрете радиочастотного освещения в диапазоне 2,45 ГГц» . Radio World NewsBytes . Издательская группа ИМАС. 16 ноября 2004 г. Архивировано из оригинала 13 февраля 2005 г. Проверено 29 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ LightingResource.com, онлайн-справочная библиотека для светотехнической промышленности, http://www.lightingresource.com , http://www.click2lighting.com , http://www.thelightingcenter.com, http://www.click2technology. ком . «Поиск продукта по осветительным ресурсамpcats33d0 — Светильники для световодов — Ресурс по освещению — Отображение категории 33» . Lightingresource.com . Проверено 29 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ «Информационный бюллетень IAEEL 4/94» . Iael.org. Архивировано из оригинала 10 октября 2008 года . Проверено 29 ноября 2008 г.
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2007 года . Проверено 7 августа 2007 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ «Демонстрация серной лампы и приспособлений на выставке SMUD» . Eetd.lbl.gov. Архивировано из оригинала 14 ноября 2007 года . Проверено 29 ноября 2008 г.
^ [1] Архивировано 10 сентября 2005 г., в Wayback Machine.
^ «Мир лазерной фокусировки — новости» . Lfw.pennnet.com . Проверено 29 ноября 2008 г.
^ «Обзор — Письма по прикладной физике» . Архивировано из оригинала 16 июля 2012 года . Проверено 8 июня 2006 г.
^ Безэлектродная лампа имитирует солнечный свет - 01.11.2000 - Design News. Архивировано 30 сентября 2007 г., в Wayback Machine.
^ Масая Шидо; Тацуя Накамура; Такуя Серита; Хиронобу Мацуо; и др. (2003). «СВЧ-разряд малой мощности высокого давления с использованием антенны с кольцевой щелью в верхней части коаксиальной трубки» . Архивировано из оригинала 18 июля 2011 года . Проверено 28 февраля 2009 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ «Microsoft Word — Экологичный высокоэффективный источник света.doc» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 февраля 2008 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

Дальнейшее чтение

Сапли, Курт, «Министерство энергетики зажигает ослепительную лампочку», The Washington Post , 21 октября 1994 г.
Сапли, Курт, «Новый вид освещения, которое горит ярко, но не гаснет», The Washington Post , 24 октября 1994 г.
Холуша, Джон, «Источник света для замены многих лампочек», The New York Times , 26 октября 1994 г.
«Серное освещение на ходу», «Новости экологического строительства» , июль 1995 г.
Шредер, Майкл, и Дризен, Йочи , «Энергосберегающие лампочки на спутниковом радио», The Wall Street Journal , 6 августа 2001 г.
«Серное освещение больше не работает», «Новости экологического строительства» , август 2005 г.

[1] Сравните это с 12–18 люменами на ватт для обычных вольфрамовых ламп накаливания.

[1000-watt_sulfur_lamp_now_ready-2] Перейти обратно: ^а ^б «Серная лампа на 1000 Вт готова» . Информационный бюллетень IAEEL . № 1. IAEEL. 1996. Архивировано из оригинала 18 августа 2003 года.

[autogenerated1-3] Перейти обратно: ^а ^б Фрэнк А. Флорентайн (сентябрь 1995 г.). «Следующее поколение фонарей: безэлектродные» . Palimpsest.stanford.edu . Проверено 19 сентября 2014 г.

[4] «Технические обзоры НАСА - Серная лампа с добавкой CaBr2 для ускорения роста растений» . Nasatech.com. 1 июля 2000 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

[5] «Дональд А. МакЛеннан, Брайан П. Тернер, Дж. Т. Долан, МГУри и П. Густафсон - эффективная, долговечная, нетоксичная микроволновая лампа полного спектра для выращивания растений» . Ncr101.montana.edu. Архивировано из оригинала 13 сентября 2009 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

[6] «Wayback Machine не заархивировала этот URL» . Проверено 23 июля 2023 г. ^{[ мертвая ссылка ]}

[7] "Тревога!!!" . Проверено 26 июня 2006 г.

[8] «Информационный бюллетень IAEEL 2/98» . Iael.org. Архивировано из оригинала 10 октября 2008 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

[9] «Серное освещение больше не на ходу» . Август 2005.

[10] «FCC отклоняет петицию спутникового радио о запрете радиочастотного освещения в диапазоне 2,45 ГГц» . Radio World NewsBytes . Издательская группа ИМАС. 16 ноября 2004 г. Архивировано из оригинала 13 февраля 2005 г. Проверено 29 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )

[11] LightingResource.com, онлайн-справочная библиотека для светотехнической промышленности, http://www.lightingresource.com , http://www.click2lighting.com , http://www.thelightingcenter.com, http://www.click2technology. ком . «Поиск продукта по осветительным ресурсамpcats33d0 — Светильники для световодов — Ресурс по освещению — Отображение категории 33» . Lightingresource.com . Проверено 29 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[12] «Информационный бюллетень IAEEL 4/94» . Iael.org. Архивировано из оригинала 10 октября 2008 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

[13] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2007 года . Проверено 7 августа 2007 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[14] «Демонстрация серной лампы и приспособлений на выставке SMUD» . Eetd.lbl.gov. Архивировано из оригинала 14 ноября 2007 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

[15] [1] Архивировано 10 сентября 2005 г., в Wayback Machine.

[16] «Мир лазерной фокусировки — новости» . Lfw.pennnet.com . Проверено 29 ноября 2008 г.

[17] «Обзор — Письма по прикладной физике» . Архивировано из оригинала 16 июля 2012 года . Проверено 8 июня 2006 г.

[18] Безэлектродная лампа имитирует солнечный свет - 01.11.2000 - Design News. Архивировано 30 сентября 2007 г., в Wayback Machine.

[19] Масая Шидо; Тацуя Накамура; Такуя Серита; Хиронобу Мацуо; и др. (2003). «СВЧ-разряд малой мощности высокого давления с использованием антенны с кольцевой щелью в верхней части коаксиальной трубки» . Архивировано из оригинала 18 июля 2011 года . Проверено 28 февраля 2009 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[20] «Microsoft Word — Экологичный высокоэффективный источник света.doc» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 февраля 2008 года . Проверено 29 ноября 2008 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]