МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1995 года по МПК H01J61/18 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует безртутные металлогалогенные источники излучения.

Известна металлогалогенная лампа, содержащая кварцевую горелку с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью и добавками для обеспечения горелки галогенидами металлов третьей группы периодической системы [1].

Излучающими металлами в этой лампе служат такие элементы как скандий, таллий, редкоземельные металлы. Это обеспечивает высокую светоотдачу - ≈ 90 лм/Вт и хорошую цветопередачу - Ra > 70 ед.

Недостатком описываемой лампы является низкая экологичность конструкции лампы вследствие использования в составе наполнения крайне токсичной ртути и ее соединений.

Наиболее близкой по технической сущности является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов [2].

В лампе-прототипе в качестве излучающего элемента выбран скандий, что обеспечивает хорошую для безртутных ламп световую отдачу ≈80 лм/Вт.

Недостатком лампы является ее высокая материалоемкость и высокое напряжение зажигания вследствие использования в составе наполнения (для обеспечения приемлемого напряжения на лампе) инертного газа высокого давления ( > 66,5 кПа). Однако даже такое давление инертного газа предполагает излишне большую длину горелки, в результате чего материалоемкость лампы возрастает.

Целью изобретения является улучшение зажигания лампы при уменьшении материалоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, в качестве указанных добавок использованы добавки для обеспечения горелки галогенидами цинка, при этом молярное отношение количества галогенидов щелочных металлов к количеству добавок выбрано в пределах от 0,75 до 3,0, количество компонентов наполнения составляет, в мк˙моль/см³
Галогениды щелочных
металлов 0,1-15,0
Добавки для обеспечения
горелки галогенидами цинка 0,1-16,0, а давление инертного газа выбрано в пределах от 1,33 до 40,0 кПа.

Дополнительно в горелке лампы могут использоваться добавки для обеспечения горелки галогенидами железа, никеля и кобальта в количестве 0,2-8,0; 0,1-3,0 и 0,1-5,0 мк˙моль/см³, добавками для обеспечения горелки галогенидами галлия и теллура в количестве 0,05-3,0; 0,15-6,0 мк˙моль/см³, галогенидами индия, натрия и таллия в количестве 0,15-5,0; 0,2-13,0, 0,1-4,0 мк˙моль/см³, галогенидами лития в количестве 0,3-10,0 мк˙моль/см³ и добавками для обеспечения горелки галогенидами церия в количестве 0,05-5,0 мк˙моль/см³.

В лампе по предлагаемому изобретению использование добавок для обеспечения горелки галогенидами церия позволяет обеспечить необходимое напряжение на лампе при низком давлении инертного газа - до 40,0 кПа. Это позволяет улучшить зажигание лампы, а также уменьшить материалоемкость так как напряжение на лампе варьируется дозировкой добавок для обеспечения горелки галогенидами цинка и может быть очень высоким. Таким образом, создаются условия для уменьшения материалоемкости лампы.

На чертеже изображена конструкция лампы. Лампа подержит горелку 1 из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами 2. С помощью элементов монтажа 3 горелка 1 фиксируется во внешнем стеклянном баллоне 4. Лампа снабжена резьбовым цоколем 5.

Принцип работы лампы идентичен принципу работы существующих МГЛ.

После подключения лампы в схему последовательно с балластным сопротивлением осуществляется зажигание путем подачи на электроды высоковольтного импульса. Возникает разряд в среде инертного газа. По мере нагревания стенок горелки в разряд поступают пары галогенидов металлов, в результате чего формируется дуговой разряд в парах галогенидов металлов с конкретными мощностью, напряжением, световым потоком лампы.

В качестве добавок для обеспечения горелки галогенидами металлов могут использоваться:
1. Непосредственно галогениды металлов.

2. Чистые металлы и галогениды неактивных металлов. Галогениды при этом формируются в результате реакции в первые часы работы лампы (на примере Со):
Co + SnX₂ = CoX₂ + Sn (1)
3. Оксиды металлов, алюминий и (или кремний) и галогениды неактивных металлов.

Реакция образования галогенидов металлов в этом случае следующая:
CaO + SnX₂ + Al(Si) -> CoX₂ + Al₂O₃ (SiO₂) + Sn, (2), где Х - галоген
Важным является количество добавок для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов. Оно определено экспериментально и составляет для добавок для обеспечения горелки галогенидами железа, кобальта и никеля - 0,2-8,0, 0,1-3,0 и 0,1-5,0 мк/моль/см³, добавок для обеспечения горелки галогенидами таллия и теллура - 0,005-3,00 и 0,15-6,0 мк˙моль/см³, галогенидов индия, натрия и таллия - 0,15-5,0, 0,2-13,0 и 0,1-4,0 мк˙моль/см³, галогенидов лития - 0,3-10,0 мк˙моль/см³, добавок для обеспечения горелки галогенидами церия - 0,05-5,0 мк˙моль/см³.

При больших количествах добавок, без достижения положительного эффекта, увеличивается количество загрязнений, попадающих в лампу вместе с компонентами наполнения. Кроме того, возрастают затраты на приобретение, хранение и дозировку их в лампу.

При меньших количествах добавок их не хватает на обеспечение горелок в процессе всего срока службы в результате чего сокращается срок службы из-за резкого спада потока излучения.

Количество галогенидов щелочных металлов определено экспериментально и выбрано в пределах от 0,1 до 15,0 мк˙моль/см³.

При меньших количествах лампа работает нестабильно из-за недостатка в разряде электроположительных соединений (какими и являются галогениды щелочных металлов).

При больших количествах снижается эффективная температура разряда и поток излучения лампы уменьшается.

Количество добавок для обеспечения горелки галогенидами цинка выбрано в пределах от 0,1 до 16,0 мк˙моль/см³.

При меньших количествах не удается достичь нужного потенциала электрического поля и габариты лампы при фиксированной мощности растут.

При больших количествах добавок для обеспечения горелки галогенидами цинка лампа в ряде случаев гаснет при разгорании.

Важным является молярное отношение количества галогенидов щелочных металлов к количеству добавок, выбранное в пределах от 0,75 до 3,0.

При меньшем уровне этого отношения лампа в ряде случаев погасает в период разгорания. Механизм этого явления, по нашему мнению, следующий. После разгорания лампы в разряд прежде всего поступают галогениды цинка, у которых температура плавления составляет 390-450^оС и которые являются электроотрицательными. Затем в разряд поступают электроположительные галогениды щелочных металлов, их температура плавления 600-650^оС. При недостатке галогенидов щелочных металлов и при достижении на горелке температуры 400^оС возможно погасание лампы так как в канале разряда высокая концентрация электроотрицательных галогенидов цинка и малое давление электроположительных галогенидов щелочных металлов. В этих условиях в определенный полупериод питающего напряжения разряд не перезажигается и лампа гаснет.

При соотношении большем, чем 3,0, превалируют уже галогениды щелочных металлов, это приводит к уменьшению эффективной температуры разряда и поток излучения лампы падает.

Давление инертного газа определено экспериментально и составляет 1,33-40,0 кПа.

При меньшем давлении происходит распыление электродов в пусковой период.

При большем давлении увеличивается напряжение зажигания.

Использование предлагаемого технического решения позволяет уменьшить материалоемкость лампы при улучшении зажигания.

Использование: в безртутных металлогенных лампах. Сущность изобретения: лампа содержит горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов. В качестве указанных добавок использованы добавки для обеспечения горелки галогенидами цинка, при этом молярное отношение количества галогенидов щелочных металлов к количеству добавок выбрано в пределах от 0,75 до 3,0 мк.моль/см³ . Количество компонентов наполнения составляет в мк.моль/см³ : галогениды щелочных металлов от 0,1 до 15,0, добавки для обеспечения горелки галогенидами цинка - от 0,1 до 16,0, а давление инертного газа выбрано в пределах от 1,33 до 40,0 КПа. В горелку лампы дополнительно введены добавки для обеспечения горелки галогенидами железа, никеля и кобальта в количестве от 0,2 до 8,0, от 0,1 до 3,0 и от 0,1 до 5,0 мк.моль/см³ соответственно. В варианте выполнения в горелку лампы дополнительно введены добавки для обеспечения ее галогенидами железа и галлия в количестве от 0,2 до 8,0 и от 0,05 до 3,0 мк. мк.моль/см³ , галогенидами теллура в количестве от 0,15 до 6,0 мк.моль/см³ . Дополнительно введены галогениды индия, натрия и таллия в количестве от 0,15 до 5,0, от 0,2 до 13,0 и от 0,1 до 4,0 мк.моль/см³ соответственно. Дополнительно также введены галогениды лития в количестве от 0,3 до 10,0 мк.моль/см³ . В другом варианте выполнения введены добавки для обеспечения горелки галогенидами церия в количестве от 0,05 до 5,0 мк.моль/см³ . 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, галогенидами щелочных металлов и добавками для оебспечения горелки галогенидами излучающих металлов, отличающаяся тем, что в качестве указанных добавок использованы добавки для обеспечения горелки галогенидами цинка, при этом молярное отношение количества галогенидов щелочных металлов к количеству добавок выбрано в пределах 0,75 - 3,0, количество компонентов наполнения составляет, мкмоль/см³:
Галогениды щелочных металлов - 0,1 - 15,0
Добавки для обеспечения горелки галогенидами цинка - 0,1 - 16,0
а давление инертного газа выбрано в пределах 1,33 - 40,0 КПа. 2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены добавки для обеспечения горелки галогенидами железа, никеля и кобальта в количестве 0,2 - 8,0; 0,1 - 3,0 и 0,1 - 5,0 мкмоль/см³ соответственно. 3. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены добавки для обеспечения горелки галогенидами железа и галлия в количестве 0,2 - 8,0 и 0,05 - 3,0 мкмоль/см³. 4. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что в горелку дополнительно введены добавки для обеспечения горелки галогенидами теллура в количестве 0,15 - 6,0 мкмоль/см³. 5. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены галогениды индия, натрия и таллия в количестве 0,15 - 5,0; 0,2 - 13,0 и 0,1 - 4,0 мкмоль/см³ соответственно. 6. Лампа по п. 5, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены галогениды лития в количестве 0,3 - 10,0 мкмоль/см³. 7. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены добавки для обеспечения горелки галогенидами церия в количестве 0,05 - 5,0 мкмоль/см³.