МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1994 года по МПК H01J61/18 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует металлогалогенные лампы, используемые для освещения.

Известна металлогалогенная лампа, содержащая кварцевую горелку с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, добавками для обеспечения горелки галогенидами индия, натрия и таллия [1] . В указанной лампе состав наполнения обеспечивает высокую световую отдачу (до 110 лм/Вт) и она используется и для общего освещения, и для светокультуры растений.

Недостатком лампы является низкая экологичность конструкции и процессов эксплуатации и изготовления вследствие использования в составе наполнения крайне токсичных ртути и галогенидов таллия.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов [2] . Лампа-прототип не имеет в составе наполнения ртути, поэтому является экологически более чистой, чем, например, лампа-аналог.

Недостатком этой лампы является относительно низкая экологичность вследствие использования в ряде составов наполнения галогенидов таллия. Иодид таллия, например, имеет предельно допустимую концентрацию (такую же, какую имеет ртуть). Давление паров галогенидов таллия при нормальных условиях примерно на три порядка ниже, чем у ртути и, как уже отмечено, экологичность лампы-прототипа гораздо выше, чем у ртутных ламп. Однако современные требования к экологии предъявляют предельно высокие критерии к применяемым материалам, особенно в таких изделиях, как осветительные лампы, которые по роду использования равномерно распределяются по всей стране.

Целью изобретения является повышение экологичности конструкции и процесса изготовления лампы.

Цель достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную газом и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, в составе наполнения использованы добавки для обеспечения горелки галогенидами натрия и кальция в количестве 4-16 и 5-32 мкмоль/см³ соответственно, молярное отношение количества натрия к количеству кальция выбрано в пределах 0,48-3, а давление инертного газа составляет 40-200 кПа.

Металогалогенная лампа по изобретению обеспечивает высокую для безртутных ламп световую отдачу, до 85 лм/Вт (что находится на уровне световой отдачи лампы-прототипа) при более высокой экологичности.

По конструкции предлагаемая лампа не отличается от известных и может быть выполнена с внешним баллоном или быть софитной.

Принцип работы лампы также не отличается от соответствующего для известных. После зажигания лампы дугового разряда в среде инертного газа по мере нагревания горелки в разряд поступают галогениды кальция и натрия. Происходят процессы возбуждения атомов излучающих добавок и их излучение, что формирует конкретный спектр.

Спектр излучения лампы показан на чертеже. На фоне непрерывного спектра заметны чувствительные линии кальция 400; 427; 442,5; 657 нм. Наибольшую мощность излучения имеет линия натрия 589 нм, при этом она уширена и излучает как в условно зеленой области ФАР (500-600 нм), так и в условно красной области ФАР (600-710 нм). С учетом линий кальция излучение лампы дает следующее распределение энергии между условно синей, зеленой и красной частями области ФАР - 35± 5: 40± 5: 25 ± 5, что является благоприятным для большинства видов растений и их рассады, так как близко к равноэнергетическому спектру в области ФАР.

Кроме использования для светокультуры растений лампа по предлагаемому техническому решению может использоваться и для общего освещения, так как имеет, как уже отмечалось, довольно высокую для безртутных ламп световую отдачу - до 85 лм/Вт. Индекс цветопередачи излучения достигает 55 ед, что, конечно, недостаточно для качественного освещения, однако приемлемо при общем освещении.

В качестве добавок для обеспечения горелок галогенидами натрия и кальция могут быть использованы непосредственно галогениды натрия и кальция; чистые кальций и натрий и галогениды неактивного металла (например, олова), реакция образования галогенидов Na и Ca при этом следующая: Ca + SnX₂ -> CaX₂ + Sn; оксиды натрия и кальция, галогенид неактивного металла и алюминий и/или кремний. Образование галогенидов Na и Ca в этом случае происходит так:
CaO + SnX₂ + Al -> CaX₂ + Al₂O₃ + Sn.

Количество добавок для обеспечения горелки галогенидами натрия и кальция определено экспериментально. Оно должно находиться в пределах 4-16 и 5-32 мкмоль/см³ соответственно для натрия и кальция. При меньших количествах добавок галогенидов натрия и кальция не хватает в горелке на весь срок службы, так как они жестятся в процессах взаимодействия с элементами внутренней конструкции горелок, адсорбции, абсорбции и т. д.

При больших количествах добавок избыток галогенидов сохраняется и к концу срока службы, поэтому положительный эффект не достигается, а затраты на приобретение, хранение и обработку компонентов наполнения растут.

Важным является молярное отношение количества натрия к количеству кальция в составе дозировки. Оно определено экспериментально и должно находиться в пределах 0,48-3. При меньших соотношениях в спектре излучения гипертрофированно растет доля излучения натрия в ущерб излучению в условно синей области ФАР. При отношении, большем 3, не достает излучения уже в зеленой части области ФАР (500-600 нм).

В качестве инертного газа используются аргон и, предпочтительно, криптон и ксенон. Это определено тем, что именно Kr и Xe обладают наибольшим градиентом потенциала дугового разряда. Последнее позволяет уменьшить размеры лампы при конкретной мощности.

Давление инертного газа определено и составляет 40-200 кПа. При меньшем давлении излишне растут размеры лампы и материалоемкость ее увеличивается. При давлении, превышающем 200 кПа, лампа становится в большой степени взрывоопасной.

Примеры конкретного исполнения лампы приведены в таблице.

Применение изобретения при сохранении эффективности лампы для светокультуры растений и общего освещения позволит повысить экологичность ее конструкции и процессов изготовления и эксплуатации. (56) 1. Light Res. and Techol, 1971, 3, N 1, p. 60-63.

2. Патент США N 4757236, кл. H 01 J 61/18, 1990.

Использование: в металлогалогенных лампах, используемых для освещения. Сущность изобретения: в составе наполнения использованы добавки для обеспечения горелки галогенидами натрия и кальция в количестве 4 - 16 и 5 - 32 мк моль/см^-3 соответственно. Молярное отношение количества натрия к количеству кальция выбрано в пределах 0,48 - 3, а давление инертного газа составляет 40 - 200 кПа. 1 табл. , 1 ил.

МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом и добавками для обеспечения ее галогенидами излучающих металлов, отличающаяся тем, что, с целью повышения экологичности конструкции и процесса изготовления лампы, в составе наполнения использованы добавки для обеспечения горелки галогенидами натрия и кальция в количестве 0,4 - 16,0 мкмоль/см³ и 5,0 - 32,0 ммоль/см³ соответственно при молярном отношении количества натрия к количеству кальция 0,48 - 3,0 и давлении инертного газа 40,0 - 200,0 кПа.