مصباح الكبريت
مصباح الكبريت – Sulfur lamp
من ويكيبيديا
ال مصباح الكبريت (أيضا مصباح الكبريت) عالية فعالة الطيف الكامل إضاءة كهربائية النظام الذي يتولد ضوءه كبريت بلازما لقد كان فرح بواسطة الميكروويف إشعاع. هم نوع معين من مصباح البلازما، وواحد من أكثرها حداثة. تم تطوير هذه التقنية في أوائل التسعينيات ، ولكن على الرغم من أنها بدت واعدة جدًا في البداية ، إلا أن الإضاءة الكبريتية كانت فشلاً تجارياً في أواخر التسعينيات. منذ عام 2005 ، يتم تصنيع المصابيح مرة أخرى للاستخدام التجاري.
آلية:
يتكون مصباح الكبريت من أ كرة الغولف– الحجم (30 مم) الكوارتز تنصهر لمبة تحتوي على عدة مليغرام من كبريت مسحوق و الأرجون غاز في نهاية مغزل زجاجي رفيع. المصباح محاط بميكروويف-رنين الأسلاك-شبكة قفص. أ المغنطرون، مثل تلك الموجودة في المنزل أفران الميكروويف، يقصف المصباح ، عبر أ الدليل الموجي، مع 2.45 جيجاهرتز أفران ميكروويف. تثير طاقة الميكروويف الغاز إلى خمسة أجواء الضغط ، والذي بدوره يسخن الكبريت إلى درجة قصوى مكونًا توهجًا ساطعًا بلازما قادرة على إضاءة مساحة كبيرة. نظرًا لأن المصباح يسخن بشكل كبير ، فقد يكون من الضروري توفير تبريد هواء قسري لمنعه من الذوبان. عادة ما يتم وضع المصباح في التركيز من أ عاكس مكافئ لتوجيه كل الضوء في اتجاه واحد.
سيكون من المستحيل إثارة الكبريت باستخدام الطريقة التقليدية أقطاب كهربائية لأن الكبريت سوف يتفاعل بسرعة ويدمر أي منها معدني قطب كهربائي. تمت مناقشة براءة اختراع معلقة لاستخدام الأقطاب الكهربائية المطلية في افاق المستقبل أدناه. يسمح غياب الأقطاب الكهربائية بتنوع أكبر بكثير من المواد المولدة للضوء من تلك المستخدمة في المصابيح التقليدية.
العمر الافتراضي للمصباح حوالي 60،000 ساعة. الحياة التصميمية لـ المغنطرون تم تحسينه بواسطة Plasma International ومقرها ألمانيا / إنجلترا ، لذا يمكن أن يستمر أيضًا لنفس الفترة.
وقت تسخين مصباح الكبريت أقصر بشكل ملحوظ من مصابيح تفريغ الغاز الأخرى ، باستثناء مصابيح فلورسنت، حتى في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة. تصل إلى 80٪ من نهايتها تدفق مضيئة في غضون 20 ثانية ، ويمكن إعادة تشغيل المصباح بعد حوالي خمس دقائق من انقطاع التيار الكهربائي.
كانت وحدات المصابيح النموذجية الأولى 5.9 كيلوواط ، مع وحدة كفاءة النظام من 80 لومن لكل واط.[1] كانت نماذج الإنتاج الأولى 96.4 لومن لكل واط. تمكنت الطرز اللاحقة من التخلص من مروحة التبريد وتحسين كفاءة الإضاءة إلى 100 لومن لكل واط.[2]
جودة الضوء المنبعث
تتكون بلازما الكبريت أساسًا من ثنائيات جزيئات (S.2) ، والتي تولد الضوء من خلال الانبعاث الجزيئي. على عكس انبعاث ذري، ال طيف الانبعاث مستمر في جميع أنحاء الطيف المرئي. ما يصل إلى 73 ٪ من الإشعاع المنبعث موجود في الطيف المرئي ، مع كمية صغيرة في الأشعة تحت الحمراء الطاقة وأقل من 1٪ في فوق بنفسجي ضوء.
يبلغ الخرج الطيفي ذروته عند 510 نانومتر ، مما يعطي الضوء صبغة خضراء. المترابطة درجة حرارة اللون حوالي 6000 كلفنز مع CRI من 79. يمكن تخفيت الإضاءة بنسبة 15٪ دون التأثير على جودة الإضاءة.
أ أرجواني يمكن استخدام الفلتر لمنح الضوء إحساسًا بالدفء. تم استخدام هذا المرشح على المصابيح في المتحف الوطني للطيران والفضاء في واشنطن العاصمة.[3]
قد تؤدي إضافة مواد كيميائية أخرى في المصباح إلى تحسين عملية تحويل اللون. لمبات مصباح الكبريت مع بروميد الكالسيوم (CaBr2) ينتج طيفًا مشابهًا بالإضافة إلى ارتفاع في الأطوال الموجية الحمراء عند 625 نانومتر.[4] إضافات أخرى مثل يوديد الليثيوم (LiI) و يوديد الصوديوم (NaI) يمكن استخدامها لتعديل أطياف الإخراج.[5][6][7]
التاريخ
تم تصميم التكنولوجيا بواسطة مهندس مايكل أوري ، فيزيائي تشارلز وود وزملاؤهم في عام 1990. بدعم من وزارة الطاقة الأمريكية، تم تطويره في عام 1994 بواسطة Fusion Lighting of روكفيل ، ماريلاند، وهي جزء من قسم Fusion UV التابع لشركة Fusion Systems Corporation. تعود أصوله إلى مصادر ضوء تفريغ الميكروويف المستخدمة للأشعة فوق البنفسجية علاج في صناعة أشباه الموصلات والطباعة. ال Fusion UV تم بيع القسم لاحقًا إلى Spectris plc، واستحوذت شركة شركة إيتون.
تم تطوير نموذجين فقط للإنتاج ، كلاهما بمواصفات متشابهة: Solar 1000 في 1994 و Light Drive 1000 في 1997 ، والذي كان تحسينًا للطراز السابق.
انتهى إنتاج هذه المصابيح في عام 1998.[8] أغلقت Fusion Lighting موقعها في Rockville ، MD في فبراير 2003 ، بعد أن استهلكت ما يقرب من 90 مليون دولار في رأس المال الاستثماري. تم ترخيص براءات الاختراع الخاصة بهم إلى مجموعة LG. ال أرشيف الإنترنت لديه نسخة من موقع الويب البائد لشركة Fusion Lighting. تم تركيب مصابيحهم في أكثر من مائة منشأة في جميع أنحاء العالم ، ولكن تم بالفعل إزالة العديد منها.
في عام 2001 ، قامت شركة Ningbo Youhe New Lighting Source Co. ، Ltd ، في نينغبو, الصين، أنتجت نسخة مصباح الكبريت الخاصة بها. لم يعد موقع الشركة على الإنترنت على الإنترنت وقد يكون معطلاً ، ولكن المعلومات حول هذه المصابيح متاحة من موقعه نسخة مؤرشفة في أرشيف الإنترنت.
في 2006، إل جي إلكترونيكس بدأت في إنتاج مصابيح الكبريت ، ودعا نظام إضاءة البلازما (الرجاء).
تم إنتاج مصابيح الكبريت في 2010 من قبل Hive Lighting باسم دبور 1000. يمكن التعرف عليه من خلال الشبكة التي تحيط بالمصباح الزجاجي. تم إيقافه لاحقًا.
التداخل الكهرومغناطيسي
قد تسبب المغنطرونات في هذه المصابيح التداخل الكهرومغناطيسي في ال طيف لاسلكي 2.4 جيجا هرتز، والذي يستخدمه واي فايوالهواتف اللاسلكية و راديو الأقمار الصناعية في أمريكا الشمالية. خوفا من التدخل في بثهم ، سيريوس و راديو الأقمار الصناعية XM التماسا للولايات المتحدة لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) لإجبار نظام Fusion Lighting على تقليل الانبعاثات الكهرومغناطيسية لمصابيحها بنسبة 99.9٪. في عام 2001 ، وافقت Fusion Lighting على تركيب المعدن التدريع حول مصابيحهم لتقليل الانبعاثات الكهرومغناطيسية بنسبة 95٪.
في مايو 2003 ، أنهت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) الإجراء الذي كان من شأنه أن يحدد حدود الانبعاثات خارج النطاق لأضواء التردد اللاسلكي التي تعمل عند 2.45 جيجاهرتز ، قائلة إن سجل الإجراء قد أصبح قديمًا وأن Fusion Lighting قد توقفت عن العمل على هذه المصابيح.[9] وخلص الأمر:
لذلك ، فإننا نرفض تقديم الإعفاء المطلوب من مرخصي راديو الأقمار الصناعية لحظر تشغيل جميع أضواء التردد اللاسلكي في النطاق 2.45 جيجاهرتز ، حيث وجدنا أن الحظر المطلوب شامل وغير مبرر بناءً على الظروف. إذا كان هناك دليل على أن أي كيان سوف يسعى إلى تشغيل مصابيح RF في نطاق 2.45 جيجا هرتز وتسبب تداخلا ضارا بالقمر الصناعي مستقبلات الراديو نتيجة لذلك ، وثبت أن حدودنا الحالية غير كافية ، فسوف نتخذ الإجراء المناسب في ذلك الوقت.
القضايا البيئية
على عكس الفلورسنت و مصابيح التفريغ عالية الكثافةلا تحتوي مصابيح الكبريت الزئبق. لذلك ، لا تشكل المصابيح الكبريتية تهديدًا للبيئة ولا تتطلب التخلص الخاص.[بحاجة لمصدر] بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام مصابيح الكبريت لديه القدرة على تقليل إجمالي كمية الطاقة المطلوبة للإضاءة.
أنظمة توزيع الضوء
نظرًا لأن كمية الضوء الناتجة عن لمبة واحدة كبيرة جدًا ، فمن الضروري عادةً توزيع الضوء على مناطق بعيدة عن المصباح. الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة هي أنابيب خفيفة.
أنابيب خفيفة
المقال الرئيسي: أنبوبة ضوئية
مصابيح كبريتية مع أنابيب إنارة على سقف متحف الطيران والفضاء الأمريكي في واشنطن العاصمة.
3M أنبوب خفيف هو طويل وشفاف وجوف اسطوانة مع منشوري تم تطوير السطح بواسطة 3 م يوزع الضوء بشكل موحد على طوله.[10] يمكن أن يصل طول أنابيب الإضاءة إلى 40 مترًا (130 قدمًا) ويتم تجميعها في الموقع من وحدات معيارية أقصر. يتم توصيل أنبوب الضوء بالعاكس المكافئ لمصباح الكبريت. بالنسبة للأنابيب الأقصر ، ستكون هناك مرآة في الطرف المقابل ؛ لفترة أطول ، سيكون هناك مصباح في كل طرف. تمت مقارنة المظهر العام للأنبوب الخفيف بالمظهر ذي الحجم العملاق أنبوب الفلورسنت. يمكن لمصباح كبريت واحد مع أنبوب ضوئي أن يحل محل العشرات من مصابيح HID. في ال المتحف الوطني للطيران والفضاء، ثلاثة مصابيح ، كل منها يحتوي على أنبوب طوله 27 مترًا (89 قدمًا) ، استبدلت 94 مصباحًا عالي التفريغ عالي الكثافة مع زيادة كمية الضوء التي يتم تسليمها بشكل كبير.[3]
قد يؤدي انخفاض عدد المصابيح بشكل كبير إلى تبسيط الصيانة وتقليل تكاليف التركيب ، ولكنه قد يتطلب أيضًا نظامًا احتياطيًا للمناطق التي تكون فيها الإضاءة حرجة. تسمح أنابيب الإضاءة بوضع المصباح في منطقة يسهل الوصول إليها للصيانة وبعيدًا عن الأماكن التي قد تكون فيها حرارة المصباح مشكلة.
عواكس ثانوية
مصباح كبريت مع عاكسات
العاكس الثانوي هو هيكل بسطح عاكسة يوضع مباشرة في مسار شعاع الضوء حيث يخرج من العاكس الأساسي المكافئ للمصباح. يمكن أن يكون للعاكس الثانوي هندسة معقدة تسمح له بتفكيك الضوء وتوجيهه إلى المكان المطلوب. يمكن أن يسلط الضوء على شيء ما أو ينشر الضوء للإضاءة العامة.
في مطار سوندسفال-هارنوساند قريب سوندسفال, السويد، يتم توفير إضاءة المطار بواسطة مصابيح كبريتية مثبتة على أبراج يبلغ ارتفاعها 30 مترًا. يتم توجيه المصابيح لأعلى وتسليط الضوء على عاكسات ثانوية على شكل جناح تنشر الضوء وتوجهه نحو الأسفل. بهذه الطريقة ، يمكن لمصباح واحد أن يضيء مساحة 30 × 80 مترًا (100 × 260 قدمًا).
في مقر طاقة دونغ، وهي شركة للطاقة في الدنمارك ، يوجه مصباح كبريت واحد ضوءه إلى العديد من العاكسات والناشرات المرآوية لإضاءة قاعة المدخل بالإضافة إلى العديد من المنحوتات خارج المبنى.
عند مدخل المستشفى الجامعي في لوند, السويد، عواكس ثانوية في السقف مغطاة بأغشية عاكسة للغاية ، ولكن تم تشكيلها بطريقة تمنع أي وهج. علاوة على ذلك ، لأن هذه الأفلام لديها مايكروسطح موشوري الهيكل الذي يقسم الحزم ، يتم تقليل خطر حدوث مشاكل الوهج بشكل أكبر. تساعد حقيقة أن العاكسات تحرك مصدر الضوء بعيدًا عن أعين أي شخص قد ينظر إليها على التخلص من مشاكل الوهج بشكل أكبر.[11]
إضاءة غير مباشرة
توجه التركيبات غير المباشرة معظم تدفقها الضوئي إلى الأعلى نحو السقف. يمكن بعد ذلك أن يعمل السقف العاكس كمصدر ثانوي للإضاءة المنتشرة والمنخفضة الجودة والإضاءة عالية الجودة للمساحات الداخلية. تتمثل المزايا الأساسية للإضاءة غير المباشرة في الفرصة لتقليل إمكانية التوهج غير المباشر بشكل كبير والقضاء تمامًا على عرض المصدر المباشر.[12]
في ال منطقة المرافق البلدية ساكرامنتو مبنى المقر الرئيسي (SMUD) ، تم تركيب مصباحين كبريتيين في قمم قائمة بذاتها الأكشاك. تم تعديل السقف المرتفع الذي يبلغ ارتفاعه 4.2 مترًا (13 قدمًا 9 بوصات) مع انعكاس عالٍ (90٪) وصوتي أبيض بلاط السقف. تقوم المصابيح بتوجيه ضوءها إلى الأعلى ، وينعكس عن السقف مما يوفر إضاءة غير مباشرة. يمكن إنشاء أنماط شعاع ضيقة أو متوسطة أو عريضة باختيار عناصر عاكسة مختلفة.[13]
الإضاءة المباشرة
هيل AFB النازل
لن تكون أنابيب الضوء ضرورية في تطبيقات مثل ملعب الإضاءة ، حيث يمكن تركيب تركيبات عادية عالية بما يكفي بحيث ينتشر الضوء على مساحة كبيرة. التثبيت في قاعدة هيل الجوية يحتوي على مصابيح ذات انابيب ضوئية كذلك النازل تركيبات عالية في طائرة حظيرة.
الألياف البصرية
الألياف البصرية تمت دراستها كنظام توزيع لمصابيح الكبريت ، ولكن لم يتم تسويق أي نظام عملي على الإطلاق.[14]
استخدامات اخرى
يمكن استخدام مصابيح الكبريت كمصادر للضوء في الأدوات العلمية.
افاق المستقبل
يعد تطوير مصدر ميكروويف ميسور التكلفة وفعال وطويل الأمد عقبة تكنولوجية لخفض التكلفة والنجاح التجاري. كانت النماذج الأولية للمصباح متاحة فقط بالوات العالية (1000+ واط) ، مما أعاق اعتمادها في التطبيقات التي لم تكن فيها متطلبات خرج الضوء كبيرة. يعاني مصباح الكبريت من مشاكل في عمر المغنطرون والمحرك الذي يقوم بتدوير المصباح والضوضاء الصادرة عن مروحة التبريد. نظرًا لأن معظم مصابيح الكبريت تحتوي على أجزاء متحركة ، تظل الموثوقية مشكلة حرجة ، وقد تعيق صيانة النظام اعتماد السوق ، ولكن مصابيح التصميم الأحدث التي لم تعد تتطلب تبريدًا نشطًا متوفرة تجارياً.[2]حقق الباحثون بعض النجاح في التخلص من الحاجة إلى تدوير المصباح باستخدام مستقطبة دائرية الموجات الدقيقة لتدوير تفريغ البلازما بدلاً من ذلك.[15][16] استخدمت تجارب أخرى يوديد الصوديوم, سكانديوم يوديد, أحادي بروميد الإنديوم (InBr) ،[17][18] أو التيلوريوم[19] كوسيلة لتوليد الضوء.
في 21 مايو 2019 براءة اختراع أمريكية [2] حصل على جائزة عالم الزجاج أناتولي كيشينفسكي والفيزيائي جاستن هيرزيغ من شركة GlassThinkTank ، عن مصباح بلازما كبريت يستخدم كربيد السيليكون موصل كهربائيًا كأقطاب كهربائية. براءة اختراع #20070075617 معلق منذ عام 2006 لمصباح كبريت مع الأقطاب الكهربائية – في الواقع ، مصباح تفريغ غازي تقليدي حيث لا يلزم وجود مغنطرون. تم اقتراح طلاءات إلكترود مختلفة لمكافحة النشاط الكيميائي العالي للكبريت. وكالمعتاد مع براءات الاختراع ، فإن التطبيقات التجارية فقط هي التي ستكشف ما إذا كان هذا التصميم قابلاً للتطبيق.
منشآت بارزة
كانت العديد من تركيبات المصابيح لأغراض الاختبار فقط ، ولكن لا يزال هناك عدد قليل من المواقع حيث يتم استخدام المصابيح كمصدر أساسي للإضاءة. ربما يكون الزجاج هو الأكثر وضوحًا الأذينين في ال المتحف الوطني للطيران والفضاء.
