МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1995 года по МПК H01J61/18 

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

Известна металлогалогенная лампа, содержащая кварцевую горелку с герметично заваренными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов [1].

Использование в этой лампе ртути в количестве 0,5-10 мг/см³ делает ее экологически вредной как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации, так как ртуть очень токсична, ее ПДК 0,01 мг/м³.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную ксеноном, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов [2]. В этой лампе ртуть не используется, что делает ее экологически гораздо более чистой. В качестве буферного газа используется ксенон, в качестве галогенида щелочного металла - йодид натрия, а в качестве добавок для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов - непосредственно галогениды скандия.

Недостатком указанной лампы является плохое зажигание вследствие необходимости введения в лампу ксенона давлением 39900-10000 Па (в ином случае невозможно обеспечить приемлемые значения напряжения на лампе и потери в ПРА резко возрастают).

Целью изобретения является увеличение срока службы лампы путем улучшения зажигания.

Цель достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную ксеноном, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, в горелку введена амальгама, содержащая ртуть 0,005-0,035 мг/см³.

Количество ртути в лампе определено экспериментально. При количестве ртути в составе амальгамы менее 0,005 мг/см³ давление паров ртути при температуре 10-25^оС (при такой температуре чаще всего происходит зажигание ламп) не достигает давления насыщенных паров при данной температуре (10^-3-4 ˙ 10^-3 мм рт.ст.) и зажигание ламп осложнено.

При количестве ртути, большем 0,035 мг/см³, давление ртути при зажигании ламп уже не увеличивается, так как ртути достаточно для обеспечения давления насыщенных паров при температуре зажигания ламп. Таким образом, при использовании ртути в количествах более 0,035 мг/см³ улучшения зажигания лампы не происходит, а экологичность конструкции лампы ухудшается.

Количество ртути, которое используется в предлагаемой лампе в 40-600 раз меньше количества ртути, которое используется в широко известных лампах ДРИШ- 3-10 мг/см³ и ДРИ-0,2-2 мг/см³. Вследствие этого эксплуатация лампы экологически практически безвредна, учитывая то обстоятельство, что практическое исключение ртути в составе наполнения фактически исключает случаи взрыва ламп (так как давление паров ксенона ниже давления паров ртути).

Вследствие использования следов ртути зажигание предлагаемой лампы происходит при гораздо меньшей амплитуде высоковольтного импульса, чем зажигание лампы по прототипу. Были изготовлены партии ламп по 5 шт. мощностью 1000 Вт с использованием галогенидов натрия, таллия и индия. Одна из партий ламп была изготовлена с использованием амальгамы, содержащей ртуть 0,01 мг/см³. Результаты испытаний ламп показывают, что лампы с использованием следов ртути зажигаются при 198 В от УИЗУ с амплитудой импульса 5 кВт. Лампы без следов ртути при Ис- 198 В зажглись лишь при использовании БМП 575 с амплитудой 30 кВ.

Уменьшение амплитуды высоковольтного импульса зажигания позволяет уменьшить распыление электродов в процессе пробоя газоразрядного промежутка, а наличие следов ртути в горелке уменьшает распыление электродов в процессе разгорания. В комплексе это позволяет увеличить срок службы ламп.

С целью обеспечения высокой степени экологичности процесса изготовления ламп введения следов ртути в лампу производится посредством амальгамы, это позволяет уменьшить и даже практически устранить наличие паров ртути в производственных помещениях. В качестве амальгамы в лампе целесообразно использовать либо амальгамы металлов, которые уже использованы в составе наполнения (с тем, чтобы не увеличивать число элементов состава компонентов наполнения), либо амальгамы металлов, которые не были бы агрессивными по отношению к элементам внутренней конструкции горелок и не изменяли спектр излучения. Такими элементами являются, в частности, свинец, олово, цезий и др.

В большинстве ламп в качестве галогенидов щелочных металлов используются галогениды натрия (натрий еще и излучает - линия 589 нм). В этих случаях оптимальным является введение ртути в виде амальгамы натрия, тем более что амальгама натрия весьма устойчивое химическое соединение.

Содержание ртути в составе амальгамы должно находиться в пределах 35-65% . При меньшем процентном количестве ртути, как показал эксперимент, амальгама натрия неустойчива на воздухе (так как ее химические свойства приближаются к чистому натрию), и возникают трудности с ее хранением и введением в лампу. При количестве ртути в составе амальгамы, больше 65%, давление паров ртути в воздушной среде становится сравнимым с давлением насыщенных паров чистой ртути. К тому же амальгама в этом случае становится нетвердой, усложняя процесс изготовления лампы.

В качестве добавок для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов могут использоваться непосредственно галогениды металлов, таких как
Na, Jn, Tl, Li, Ca, РЗМ, ScFe, Sn и др., чистые металлы и галогениды неактивных металлов, причем образование галогенидов излучающих металлов происходит в первые часы лампы по следующей реакции (на примере галогенидов олова):
Me + SnX₂ ->> Me_nX_m + Sn,
оксиды металлов, галогениды неактивных металлов и алюминий и/или кремний.

Образование галогенидов излучающих металлов в этом случае происходит так:
Me_cO₁ + SnXe + Al(Si) ->> Me_nX_m +
+ Al₂O₃(SiO₂) + S_n.

Примеры конкретного наполнения приведены в таблице.

Внедрение изобретения позволяет увеличить срок службы ламп из-за улучшения их зажигания и уменьшения распыления электродов. Так, использование следов ртути в лампах мощностью 1000 Вт позволило увеличить срок службы до 600 ч (экспериментальные безртутные лампы имели срок службы 300 ч).

Использование: в металлогалогенных лампах для освещения. Сущность изобретения: в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную ксеноном, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, в горелку введена амальгама, содержащая ртуть 0,005 - 0,35 мг/см³. В качестве амальгамы может быть использована амальгама натрия при содержании ртути 35 - 65%. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную ксеноном, галогенидами щелочных металлов и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, отличающаяся тем, что, с целью увеличения ее срока службы путем улучшения зажигания, в горелку дополнительно введена амальгама с содержанием ртути в ней в количестве 0,005 - 0,035 мг/см³. 2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что использована амальгама натрия при содержании ртути в ней в пределах 35 - 65%.