МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1994 года по МПК H01J61/18 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности для усовершенствования металлогалогенных ламп для целей освещения.

Известна газоразрядная лампа высокой интенсивности, содержащая горелку, выполненную из газоплавленного кварцевого стекла, наполненную ксеноном [1].

В составе наполнения лампы используется единственно ксенон, поэтому наличие химически активных гидроксильных групп ОН в составе газоплавленного стекла не приводит к каким-либо отрицательным последствиям, так как в лампе нет никаких химических соединений, кроме инертного газа. В части же других характеристик (кристаллизационной устойчивости в инертной и воздушной среде, количеству капилляров, механической прочности и т.д), газоплавленный кварц выглядит предпочтительнее, например, кварца индукционного наплава, не содержащего групп ОН.

Известна также металлогалогенная лампа, содержащая наполненную галогенидным составом горелку из кварца индукционного наплава [2]. В указанной лампе использовать газоплавленный кварц не представляется возможным, так как наличие гидроксильных групп ОН в кварце с учетом агрессивного наполнения приводит к глубинной кристаллизации кварца и как следствие к сокращению срока службы лампы. Поэтому в указанной лампе используется кварц индукционного наплава. Однако такой кварц имеет недостатки, связанные с большим количеством капилляров и низким коэффициентом светопропускания.

Недостатком известной лампы является низкий срок службы, вследствие попадания в капилляры кварцевой колбы агрессивного галогенидного наполнения. По этой причине происходит дальнейшее снижение коэффициента пропускания, затем перегрев колбы и выход лампы из строя.

Наиболее близкой по технической сущности является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из кварцевого стекла, имеющую защитное покрытие из оксида кремния на ее внутренней поверхности и герметично установленные электроды [3]. В указанной лампе внутренняя поверхность кварцевой колбы покрывается слоем оксида кремния, что изолирует капилляры кварцевой колбы от агрессивного наполнения лампы.

Недостатком прототипа является низкий срок службы лампы. Это происходит вследствие использования в качестве материала колбы кварца индукционного наплава, имеющего большую капиллярность и низкое светопропускание. Кроме того, в случае использования в качестве материала покрытия оксида кремния, содержащего большое количество гидроксильных групп ОН, скорость кристаллизации кварцевой колбы еще больше увеличивается.

Целью изобретения является увеличение срока службы лампы.

Это достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из кварцевого стекла, имеющую защитное покрытие из оксида кремния на ее внутренней поверхности, и герметично установленные электроды, толщина слоя оксида кремния покрытия t_сл,мкм, мощность лампы Р_л, Вт, площадь внутренней поверхности S_r,см² связаны следующим соотношением:
t_сл= K где К - коэффициент пропорциональности, принимающий значения 0,12-0,72 мкм ˙см²/Вт.

В предлагаемой лампе горелка может быть выполнена из газоплавленного кварцевого стекла. Внутренняя поверхность горелки покрывается слоем безгидроксильного оксида кремния. Этот слой предохраняет газоплавленное кварцевое стекло от контакта с агрессивным наполнением металлогалогенной лампы, что в совокупности с достоинством газоплавленного кварцевого стекла позволяет увеличить срок службы лампы.

На чертеже изображена предлагаемая металлогалогенная лампа.

Она содержит кварцевую горелку 1, выполненную из газоплавленного стекла, а внутренняя ее поверхность покрыта слоем 2 безгидроксильного оксида кремния. Толщина слоя безгидроксильного оксида кремния определяется следующим выражением:
t_сл= K
Данное выражение получено обработкой большого количества экспериментальных данных и зависит от мощности ламп и площади внутренней поверхности. Чем выше мощность лампы и меньше площадь внутренней поверхности лампы, тем большей должна быть толщина пленки безгидроксильного оксида кремния.

Значения коэффициента К определены экспериментально и располагаются в пределах 0,12-0,72 0,12 - 0,72 .

При значениях коэффициента К, больших 0,72, пленка имеет излишнюю толщину и не дает дополнительного положительного эффекта, в то время как трудоемкость ее нанесения увеличивается. Кроме того, возможно отслоение пленки от поверхности кварцевого стекла.

При значениях коэффициента К, меньших 0,12, пленка излишне тонка и эффективно не предохраняет кварцевую горелку от агрессивного галогенидного состава наполнения МГЛ.

Безгидроксильную пленку можно наносить высокотемпературным окислением SiCl₄ и кислородом в факеле высокочастотной плазмы по реакции
SiCl₄+O₂=SiO + 2Cl₂ . (1)
Однако указанный способ получения пленки опасен для обслуживающего персонала вследствие появления в результате реакции свободного хлора и требует серьезных мер безопасности.

Наиболее технологичным является нанесение защитной пленки из паровой фазы или раствора тетраэтоксиламина (ТЭС) по реакции (t=350 - 400^оС)
[Si(C₂H₅O)_n]_n+ H₂O __→ C₂H₅OH + SiO₂ (2)
Образующая реакция проходит при весьма низкой для кварца температуре и поэтому гидроксильные группы не закрепляются в кварце - (вода испаряется при прохождении реакции).

Защитные функции пленка выполняет в течение срока службы порядка 1000-1500 ч, что является достаточным для нагруженных металлогалогенных ламп типа ДРИШ (срок службы их до 750 ч).

Кроме изолирующих свойств защитная пленка из безгидроксильного SiО₂, как показали измерения, повышает температуростойкость колб на 50-70^оС, что позволяет дополнительно увеличить срок службы ламп.

Внедрение изобретения позволяет увеличить срок службы ламп, при этом увеличивается их себестоимость.

Использование: в металлогалогенных лампах для целей освещения. Сущность изобретения: горелка лампы выполнена из газоплавленного кварцевого стекла, а ее внутренняя поверхность покрыта слоем оксида кремния. Толщина слоя оксида кремния, мощность лампы, площадь внутренней поверхности горелки связаны между собой приведенным в тексте описания соотношением. 1 табл, 1 ил.

МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из кварцевого стекла, имеющую защитное покрытие из оксида кремния на ее внутренней поверхности, и герметично установленные электроды, отличающаяся тем, что толщина слоя покрытия из оксида кремния t_сл, мкм, мощность лампы P_л, Вт, площадь внутренней поверхности горелки, S_г, см², связаны между собой соотношением
t_сл= K ,
где K - коэффициент пропорциональности, принимающий значения от 0,12 до 0,72, .