БЕЗРТУТНАЯ НАТРИЕВАЯ ЛАМПА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H01J61/22 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве источников света.

Известна натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную инертным газом и амальгамой натрия, содержащую от 49 до 90 мас. % ртути (Л-1).

Недостаток - наличие ртути, являющейся одним из наиболее токсичных металлов.

Наиболее близкой по технической сущности является взятая за прототип безртутная натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную ксеноном и натрием, на противоположных концах которой установлены электроды.

В связи с тем, что при прочих равных условиях исключение из состава наполнения ртути приводит к снижению градиента потенциала, длина разрядной трубки увеличена (на 30-45% ) и соответственно уменьшен ее диаметр по сравнению с разрядными трубками соответствующей мощности, содержащими ртуть. С вышеуказанными особенностями конструкции и наполнения разрядной трубки связаны следующие недостатки лампы:
повышенное напряжение зажигания из-за увеличения межэлектродного расстояния и уменьшения диаметра разрядной трубки. Повышенное напряжение зажигания в свою очередь снижает срок службы ламп, так как со сроком службы напряжение зажигания ламп возрастает и одной из причин выхода ламп из строя является его повышение выше предельно допустимого значения;
большой разброс электрических параметров от лампы к лампе;
в ряде случаев лампы не могут эффективно эксплуатироваться в стандартных светильниках из-за ухудшения светораспределения светильника, связанного со значительными изменениями габаритов светящего тела (разрядной трубки).

Целью изобретения является снижение напряжения зажигания, повышение срока службы, уменьшение разброса электрических параметров и обеспечение возможности работы лампы в стандартных светильниках.

Поставленная цель достигается тем, что в безртутной натриевой лампе высокого давления, включающей заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную инертным газом и натрием, на противоположных концах которой установлены электроды, разрядная трубка дополнительно содержит цинк при следующем соотношении металлов, мас. % : натрий 16N90 (предпочтительно 50N80); цинк 84N10 (предпочтительно 50N20), причем суммарное количество натрия и цинка выбрано в пределах 0,3-50 мг/см³ внутреннего объема разрядной трубки, а давление инертного газа 1-100 кПа.

Добавка к натрию цинка при соотношении металлов: натрий 16-90 мас. % , цинк 84-10 мас, % обеспечивает повышение градиента потенциала на 15-45% без значительного изменения спектрального состава излучения и световой лампы, так как в этих условиях излучение цинка незначительно и излучает в основном натрий.

Повышение градиента потенциала позволяет получить оптимальные электрические параметры при сохранении габаритов безртутной разрядной трубки, близких к габаритам стандартной разрядной трубки, содержащей ртуть, что при прочих равных условиях обеспечивает снижение напряжения зажигания и повышение срока службы по сравнению с лампами согласно прототипу и позволяет эффективно использовать лампы в стандартных светильниках.

При содержании натрия 16 мас. % и соответственно цинка 84 мас. % в спектре излучения разряда появляются достаточно интенсивные линии цинка в ультрафиолетовой и синей областях спектра, что резко снижает световую отдачу ламп. При содержании натрия 90 мас. % и соответственно цинка 10 мас. % прирост градиента потенциала составляет менее 15% , что явно недостаточно для создания ламп эффективно работающих в стандартных светильниках.

Из вышеуказанного диапазона предпочтительным является наполнение, содержащее 50-80 мас. % натрия и 50-20 мас. % цинка, так как при этом обеспечивается наибольшее значение световой отдачи при достаточном увеличении градиента потенциала (на 20-35% ).

Дополнительным преимуществом ламп согласно изобретению является меньший разброс электрических параметров от лампы к лампе по сравнению с лампами, содержащими только натрий и инертный газ.

Механизм влияния цинка на разброс электрических параметров нам до конца не ясен, но сам факт установлен экспериментально.

Суммарное количество натрия и цинка должно находиться в пределах 0,3-50 мг/см³ внутреннего объема разрядной трубки. Нижнее значение дозировки (0,3 мг/см³) определяется необходимостью иметь определенный избыток металлов в жидкой фазе для компенсации их потерь со сроком службы из-за взаимодействия металлов с материалов разрядной трубки и диффузии. Верхнее значение 50 мг/см³ определяется отрицательным влиянием на срок службы ламп увеличения количества загрязнений, вносимых в разрядную трубку вместе и металлами.

На световую отдачу спектральный состав излучения, на электрические параметры изменения суммарного количества металлов (в вышеуказанном диапазоне) влияют незначительно.

Давление инертного газа должно находиться в пределах 1-100 КПа. При давлении, меньшем 1 КПА, начинается интенсивное распыление электродов в пусковой период, а при давлении, большем 100 КПА, лампы трудно зажечь даже с использованием специальных зажигающих устройств с повышенной амплитудой импульса.

На чертеже приведена безртутная натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу 1 разрядную трубку 2, на противоположных концах которой установлены электроды 3. Разрядная трубка заполнена натрием, цинком и инертным газом.

Лампа работает следующим образом.

При подаче на лампу напряжения между электродами 3 зажигается дуговой разряд. По мере разгорания лампы натрий и цинк испаряются. Излучают в основном атомы натрия. Лампа входит в рабочий режим через 5-15 мин горения.

За базовый объект принята натриевая лампа высокого давления типа ДНАТ 400-5 (содержащая ртуть), серийно выпускаемая СПО "Лисма".

Примеры конкретного выполнения ламп приведены в таблице.

Внешняя колба ламп выполнена из стекла СЛ 40-1, разрядная трубка - из поликристаллической окиси алюминия, а электроды разрядной трубки - из вольфрама марки ВА. (56) 1. Патент США N 3384798, кл. Н 01 J 61/00, 1971.

2. Патент США N 4146831, кл. Н 01 J 61/12, 1985.

Использование: при производстве экологически чистых (без ртути) источников света. Сущность изобретения: безртутная натриевая лампа высокого давления представляет собой заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную инертным газом, натрием и дополнительно цинком при следующем соотношении металлов, мас. % : натрий 16 - 90 (предпочтительно 50 - 80), цинк 84 - 10 (предпочтительно 50 - 20), причем суммарное количество натрия и цинка выбрано в пределах от 0.3-50 мг/см³ внутреннего объема разрядной трубки, а давление инертного газа от 1 до 100 кПа. В безртутном исполнении (экологически чистом) указанные компоненты наполнения разрядной трубки позволяют обеспечить возможность работы предложенной лампы в стандартных светильниках при одновременном повышении срока службы лампы, снижении напряжения зажигания и уменьшении разброса электрических параметров. 1 з. п. ф-лы, 1 табл. , 1 ил.

1. БЕЗРТУТНАЯ НАТРИЕВАЯ ЛАМПА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную инертным газом и натрием, отличающаяся тем, что, с целью снижения напряжения зажигания, повышения срока службы, уменьшения разброса электрических параметров и обеспечения эксплуатации ламп в стандартных светильниках, разрядная трубка дополнительно содержит цинк при следующем соотношении металлов, мас. % :
Натрий 16 - 90
Цинк 84 - 10
причем суммарное количество натрия и цинка выбрано в пределах 0,3 - 50,0 мг/см³ внутреннего объема разрядной трубки, а давление инертного газа составляет 1 - 100 кПа. 2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что количество натрия и цинка составляет соответственно 50 - 80 и 50 - 20 мас. % .