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基本信息

項(xiàng)目名稱：
大功率感應(yīng)耦合等離子體節(jié)能光源
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
大功率感應(yīng)耦合等離子體節(jié)能光源以提高大功率照明領(lǐng)域用電效率、改善照明光源整體特性為目的，綜合運(yùn)用電磁場(chǎng)、等離子體物理、新型材料、電力電子等多個(gè)學(xué)科知識(shí)，對(duì)感應(yīng)耦合等離子體光源的燈管、電磁能量耦合器和高頻電源三部分提出了全面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。作品具有系統(tǒng)效率高、色彩還原性好、光衰小、可瞬間反復(fù)啟動(dòng)、壽命長(zhǎng)和低成本等優(yōu)勢(shì)。作品與其它大功率光源相比，其性價(jià)比最高。
詳細(xì)介紹：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球大功率照明用電量約占總用電量的19%，而白熾燈、高壓鈉燈和高壓氣體放電(High Intensity Discharge：HID)燈等普遍使用的大功率光源存在發(fā)光效率低、色彩還原性差、壽命短等問題，面對(duì)全球能源枯竭的現(xiàn)狀和節(jié)能減排的要求，發(fā)展先進(jìn)的大功率光源勢(shì)在必行。 大功率感應(yīng)耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma：ICP)光源是一種新型光源，由高頻電源、耦合器和燈管三部分構(gòu)成，無陰極燈絲。高頻電源驅(qū)動(dòng)耦合器，產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)能量激勵(lì)燈管內(nèi)的汞原子氣體，使其外層電子受激躍遷產(chǎn)生紫外光作用在熒光粉上發(fā)出可見光。其技術(shù)內(nèi)涵豐富，涉及電磁場(chǎng)、等離子體物理、電子技術(shù)、新型材料科學(xué)、電力電子等多個(gè)學(xué)科知識(shí)。 作品針對(duì)當(dāng)前蓬勃發(fā)展的大功率ICP光源進(jìn)行了全面的技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)，在提高發(fā)光效率、顯色特性和自身安全性，以及降低成本等方面取得可喜實(shí)效。主要?jiǎng)?chuàng)新為：(1)設(shè)計(jì)了特有的電磁能量耦合裝置(耦合器)和燈管結(jié)構(gòu)，有效降低了能量損耗；(2)從E型放電特性深入分析，設(shè)計(jì)了燈管快速啟動(dòng)裝置；(3)提出了高光效、高顯色特性和低光衰的熒光粉材料配比和涂粉工藝；(4)經(jīng)科學(xué)分析和反復(fù)試驗(yàn)，提出了采用多元惰性氣體填充并控制燈管功率的新方案，有效保證了燈管功率穩(wěn)定性；(5)經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，摸索出了適合于大功率ICP節(jié)能光源的變頻功率調(diào)制方案，使高頻電源的損耗得到大幅度降低，有效解決了電磁干擾問題；(6)設(shè)計(jì)了獨(dú)立供電系統(tǒng)和異常檢測(cè)與保護(hù)電路，消除了高頻電源工作機(jī)械噪聲，有效提高了大功率ICP節(jié)能光源在燈管漏氣、耦合器開路、耦合器短路等異常狀態(tài)的適應(yīng)性，有效解決了高頻電源系統(tǒng)本身的工作安全性問題。 作品的主要技術(shù)指標(biāo)為：(1)系統(tǒng)效率達(dá)到85lm/W，與當(dāng)前大功率場(chǎng)合應(yīng)用較多的高壓鈉燈、HID燈相比，光效分別高出33.1lm/W、43.5lm/W，根據(jù)用戶的實(shí)際使用報(bào)告，作品節(jié)電超過50%；與知名廠商的同類產(chǎn)品相比，作品整體效率提高了約24%；(2)顯色指數(shù)達(dá)到89.3，比高壓鈉燈高50，比HID燈高30；(3)工作8000小時(shí)的光衰小于10%，與高壓鈉燈和HID燈相比，光衰性能優(yōu)勢(shì)突出；(4)電磁兼容符合FCC的B類標(biāo)準(zhǔn)；(5)燈管理論壽命為10萬小時(shí)；(6)啟動(dòng)時(shí)間小于1秒，相比HID燈和高壓鈉燈約15分鐘的啟動(dòng)時(shí)間，作品的啟動(dòng)特性有革命性的改善；(7)可在寬輸入電壓范圍AC150~265V下正常工作，能有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)所帶來的影響。 綜合評(píng)價(jià)，作品具有光效高、色彩還原性高、光衰小、可瞬間反復(fù)啟動(dòng)、工作溫度低、壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)無浪涌干擾、成本低等優(yōu)勢(shì)特性，是所有大功率照明光源中性價(jià)比最高的，幾乎所有的大功率照明場(chǎng)合都可以推廣應(yīng)用。比如道路、隧道、廣場(chǎng)等，對(duì)色彩還原度要求較高的如實(shí)驗(yàn)室、攝影棚、商場(chǎng)等，對(duì)安全性要求較高的場(chǎng)合如化工廠、加油站等，作品應(yīng)用前景良好。同時(shí)，作品技術(shù)在紫外殺菌、等離子微量元素檢測(cè)、化學(xué)轉(zhuǎn)化和污水處理等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。

作品圖片

  • 大功率感應(yīng)耦合等離子體節(jié)能光源
  • 大功率感應(yīng)耦合等離子體節(jié)能光源
  • 大功率感應(yīng)耦合等離子體節(jié)能光源

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)、發(fā)明目的：全球大功率照明用電量約占總用電量的19%，常用的大功率光源存在效率低、壽命短等問題。面對(duì)全球能源枯竭的現(xiàn)狀和節(jié)能減排的要求，發(fā)展先進(jìn)的大功率光源勢(shì)在必行。設(shè)計(jì)了一種效率高、壽命長(zhǎng)、可瞬間反復(fù)啟動(dòng)、色彩還原性好、低光衰等優(yōu)勢(shì)的大功率感應(yīng)耦合等離子體(ICP)節(jié)能新型光源。 基本思路：大功率ICP節(jié)能光源由高頻電源、耦合器和燈管構(gòu)成，無陰極燈絲。高頻電源驅(qū)動(dòng)耦合器，產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)能量激勵(lì)燈管內(nèi)的汞原子氣體，使其外層電子受激躍遷產(chǎn)生紫外光作用在熒光粉上發(fā)出可見光。作品運(yùn)用電磁場(chǎng)、等離子體物理和電力電子等學(xué)科知識(shí)，進(jìn)行了全面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，得到了系統(tǒng)效率高、壽命長(zhǎng)、色彩還原性好、低光衰、可反復(fù)快速啟動(dòng)等優(yōu)勢(shì)的綠色節(jié)能光源。 創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)：(1)設(shè)計(jì)了特有的電磁能量耦合裝置和燈管結(jié)構(gòu)，有效降低了能量損耗；(2)從E型放電深入分析，設(shè)計(jì)了快速啟動(dòng)裝置；(3)提出了高光效、高顯色指數(shù)和低光衰的熒光粉配比方法；(4)提出了采用多元惰性氣體填充燈管的新方案，有效保證了燈管功率穩(wěn)定性；(5)設(shè)計(jì)了變頻功率調(diào)制方案，有效提高了高頻電源效率，有效解決了電磁干擾；(6)設(shè)計(jì)了獨(dú)立供電系統(tǒng)和異常檢測(cè)與保護(hù)電路，解決了燈管漏氣、耦合器開路/短路等異常狀態(tài)的安全性問題。 主要技術(shù)指標(biāo)：系統(tǒng)效率85lm/W；光衰<10%(8kh)；顯色指數(shù)89.3；符合FCC的B類EMI限值；寬輸入電壓AC150~265V；燈管理論壽命10萬小時(shí)；啟動(dòng)時(shí)間<1s。

科學(xué)性、先進(jìn)性

常見大功率光源有白熾燈、高壓鈉燈和HID燈。白熾燈光效低、壽命短，已面臨淘汰；高壓鈉燈、HID燈復(fù)啟動(dòng)特性不佳，且系統(tǒng)效率和顯色指數(shù)偏低；LED/OLED在大功率應(yīng)用中技術(shù)還不成熟；大功率ICP節(jié)能光源在大功率照明領(lǐng)域最具發(fā)展前景。 作品設(shè)計(jì)了特有的耦合器和燈管結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了快速啟動(dòng)裝置；填充多元惰性氣體解決了燈管功率穩(wěn)定性問題；設(shè)計(jì)變頻功率調(diào)制算法、異常檢測(cè)與保護(hù)電路、獨(dú)立供電系統(tǒng)等創(chuàng)新方案，提高了作品的綜合性能。經(jīng)系統(tǒng)效率、光衰、色彩還原性、反復(fù)啟動(dòng)特性等技術(shù)參數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，作品的性價(jià)比是當(dāng)前已見到的大功率光源中最高的。 與高壓鈉燈、HID燈相比，光效分別高出33.1和43.5lm/W；8千小時(shí)光衰小于10%，比HID燈和高壓鈉燈少30%以上；顯色指數(shù)達(dá)89.3，比高壓鈉燈高50，比HID燈高30；啟動(dòng)時(shí)間小于1s，遠(yuǎn)小于HID燈和高壓鈉燈約15min的時(shí)間。 作品與同類產(chǎn)品相比，高頻電源溫度低5~12℃、體積減少近40%，燈管溫度低14~17℃；整體效率提高約24%。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

尚未報(bào)獎(jiǎng)及鑒定

作品所處階段

作品已經(jīng)進(jìn)入了中試階段，進(jìn)行了小批量生產(chǎn)并推廣應(yīng)用，實(shí)際使用情況反映，節(jié)能效果顯著。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

尚未轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

作品實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

作品具有光效高、色彩還原性高、光衰小、可瞬間反復(fù)啟動(dòng)、壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)勢(shì)，是已見大功率光源中性價(jià)比最高的，可以應(yīng)用在各種大功率照明場(chǎng)合，在紫外殺菌、等離子微量元素檢測(cè)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010 年中國(guó)發(fā)電總量為41923億kWh，燃煤發(fā)電量占73.3%，在2011年日本大地震引發(fā)的核電危機(jī)背景下，燃煤發(fā)電在未來幾十年內(nèi)還將繼續(xù)。按一噸標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電3000kWh，產(chǎn)生2.62噸二氧化碳、0.715噸粉塵、8.5千克二氧化硫、7.4千克氮化物、0.22克汞等物質(zhì)計(jì)算，燃煤發(fā)電總計(jì)排放25.6億噸二氧化碳、6.99億噸粉塵、831萬噸二氧化硫、723萬噸氮化物、215噸汞。 2010 年，中國(guó)大功率照明用電占總用電量的13%，根據(jù)實(shí)際使用情況，作品比HID燈和高壓鈉燈節(jié)電超過50%。如果廣泛采用本作品在我國(guó)大功率照明領(lǐng)域推廣應(yīng)用，則每年預(yù)期可減排1.66億噸二氧化碳、4550萬噸粉塵、54萬噸二氧化硫、47萬噸氮化物、13.98 噸汞。作品非常符合節(jié)能減排的要求。

同類課題研究水平概述

1991年日本松下公司推出一款無極燈，飛利浦與此同時(shí)研制出高頻無極燈，但由于成本高、散熱功能差等一系列問題，使無極燈一直沒有商業(yè)化。從2005年以來，多個(gè)國(guó)家對(duì)LED照明技術(shù)進(jìn)行鼓勵(lì)和推廣應(yīng)用，但由于其相關(guān)技術(shù)的成熟度不夠，在大功率場(chǎng)合的發(fā)展受阻；而一直承擔(dān)大功率照明應(yīng)用的高壓鈉燈、HID燈在始終存在不能瞬間(反復(fù))啟動(dòng)、色彩還原性差、光衰嚴(yán)重、燈管工作溫度高、系統(tǒng)效率低、抗振性差等問題。于是，照明行業(yè)開始尋求新型大功率照明技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的電光源學(xué)者和工程師們將目光投向了無極燈技術(shù)。2008-2010年初，中國(guó)福建源光亞明、上海宏源等公司開始研發(fā)新式無極燈技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)無極燈企業(yè)已有近百家，發(fā)展速度較快，但行業(yè)內(nèi)存在較多的問題。主要體現(xiàn)為：大多企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)設(shè)備落后；對(duì)無極燈本身的原理和技術(shù)的研究深度不夠；對(duì)照明行業(yè)相關(guān)知識(shí)及現(xiàn)狀認(rèn)識(shí)不足；在無極燈系統(tǒng)學(xué)科、技術(shù)原理等方面內(nèi)缺乏學(xué)識(shí)全面的工程技術(shù)人員，缺乏創(chuàng)新，宣傳少、可持續(xù)研發(fā)投入少、無序競(jìng)爭(zhēng)；業(yè)內(nèi)目前的無極燈產(chǎn)品總體檔次偏低。 大功率ICP節(jié)能光源是一種新型光源，涉及電磁場(chǎng)理論、等離子體物理、電子技術(shù)、新型材料科學(xué)、電力電子等交叉學(xué)科和技術(shù)，具有非常豐富的學(xué)科和技術(shù)內(nèi)涵。大功率ICP節(jié)能光源具有光效高、色彩還原性高、光衰小、可瞬間反復(fù)啟動(dòng)、工作溫度低、壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)無浪涌干擾、成本低等優(yōu)勢(shì)特性，在當(dāng)前的所有大功率照明光源中，是性價(jià)比最高的。 預(yù)期在未來的10年內(nèi)，大功率照明場(chǎng)所將會(huì)普遍采用大功率ICP節(jié)能光源。幾乎所有的大功率照明場(chǎng)合均可推廣使用。比如，一般的道路、礦區(qū)等大功率照明場(chǎng)合，對(duì)色彩還原性要求很高的實(shí)驗(yàn)室、攝影棚、商場(chǎng)、工業(yè)生產(chǎn)車間等，對(duì)安全性要求較高的化工廠、加油站等。應(yīng)用前景良好。同時(shí)，大功率感應(yīng)耦合光源技術(shù)在紫外殺菌、等離子微量元素檢測(cè)、化學(xué)轉(zhuǎn)化和污水處理等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。本作品所提出的大功率感應(yīng)耦合等離子體節(jié)能光源將具有很大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?
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