МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1995 года по МПК H01J61/18 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует металлогалогенные осветительные лампы.

Известна металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично заваренными электродами, наполненную инертным газом, ртутью и металлогалогенным составом [1]
Описываемая лампа обладает достаточно большим КПД излучения. Низкое давление паров состава наполнения в неработающей лампе позволяет обеспечить относительно низкое напряжение зажигания.

Недостатком такой лампы является низкая экологичность процесса изготовления и эксплуатации лампы вследствие использования в составе наполнения крайне токсичной ртути [2]
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала, наполненную инертным газом и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов [3]
В указанных лампах в составе наполнения исключены ртуть и ее соединения. Поэтому ее экологичность гораздо выше чем у известных ламп.

Недостатком лампы-прототипа является высокие напряжение зажигания и материалоемкость.

Это является следствием использования в лампе в качестве буферного газа инертных газов. Давление инертного газа выбирается достаточно большим, ≈ 100 КПа с целью обеспечения приемлемого напряжения на лампе. Однако даже при таком давлении напряжение на лампе недостаточное, что приводит к увеличению габаритных размеров ламп. А давление инертного газа на уровне ≈ 80-10 КПа определяет высокое напряжение зажигания.

Целью предлагаемого изобретения является снижение напряжения зажигания и материалоемкости лампы.

Поставленная цель достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, в горелку лампы дополнительно введена по меньшей мере одна из добавок для обеспечения горелки галогенидами буферных металлов, для которых выполняется следующее соотношение:
j lg · U_в.рез· ≥ 32,4 ЭВ
(1) где j критерий оценки галогенидов буферных металлов,
Р_н.у, Р 600^оС давление паров галогенидов буферных металлов при нормальных условиях и температуре 600^оС,
U_в.рез потенциал возбуждения резонансной линии буферного металла, но не ниже 4,0 ЭВ.

M, Me, Xn, Mxn молекулярный вес галогенида буферного металла и галогена, входящего в его состав, ед;
а давление инертного газа составляет 1,33-39,9 КПа.

В качестве добавок для обеспечения горелки галогенидами буферных металлов могут использоваться добавки для обеспечения горелки галогенидами сурьмы в количестве 0,2-20,0 мк моль/см³, цинка в количестве 0,3-25,0 мк моль/см³ и олова в количестве 0,1-15,0 мк моль/см³. Возможно и совместное использование добавок для обеспечения горелки галогенидами сурьмы и висмута, при этом количество используемых добавок остается тем же: 0,1-10,0 и 02-20,0 мк моль/см³ для сурьмы и висмута соответственно.

В лампе по предлагаемому изобретению использование добавок для обеспечения горелки галогенидами буферных металлов позволяет обеспечить низкое давление паров галогенидов металлов в холодной лампе (уменьшение напряжения зажигания) и высокое давление паров галогенидов буферных металлов в рабочем состоянии (высокое напряжение на лампе уменьшение материалоемкости). При выполнении соотношения (1) галогениды буферных металлов сами не излучают, так как имеют высокий потенциал возбуждения даже резонансных линий излучения, а они наименьшие для каждого конкретного металла. Поэтому излучают металлы с меньшими уровнями потенциалов возбуждения излучающие металлы.

Соотношение (1) определено экспериментально, путем обработки результатов экспериментов. Из соотношения видно, что чем выше соотношение , тем выгоднее использовать данный металл в составе галогенида буферного металла. Действительно, это предполагает низкое давление паров в неработающей лампе, при н.у. т.е. обеспечивается низкое напряжение зажигания. Высокое же давление при 600^оС (наименьшей рабочей температуре лампы) обеспечивает высокие значения напряжения на лампе, а это уменьшает материалоемкость.

Естественно, что значения потенциала возбуждения резонансных линий буферного металла должно быть высоким, иначе буферный металл замкнет основную энергию разряда на себя и излучающие металлы не будут генерировать излучение.

Наличие третьего сомножителя соотношения (1) объясняется тем, что при большем удельном весе галогенов в составе галогенидов буферных металлов сложно обеспечить стабильное зажигание лампы. Поэтому значение молекулярного веса галогенов в составе галогенида располагается в знаменателе соотношения.

В качестве буферных галогенидов металлов могут использоваться следующие галогениды: галогениды висмута (BiX₃) j=60,12 для идодов и 74,2 для бромида; галогениды сурьмы (SbX₃) j=32,4 для йодида и 43,9 для бромида; галогениды цинка (ZnX₂) j=51,22 для йодида и 68,6 для бромида. При использовании добавок для обеспечения горелки галогенидами этих металлов удается достичь стабильного зажигания (так как давление галогенида буферного металла при нормальных условиях не превышает 1,0-10,0 Па) и высокого уровня напряжения на лампе (что обусловлено высоким давлением паров галогенидов буферных металлов при рабочей температуре горелок ламп). Высокий уровень напряжения на лампе позволяет обеспечить снижение материалоемкости.

При значениях коэффициента j, меньших чем 32,4 ЭВ, цели изобретения не достигаются, так как либо недостаточное давление галогенидов металлов при рабочей температуре горелки приводит к низкому напряжению на лампе и увеличению материалоемкости, либо низкий потенциал возбуждения резонансных линий не создает условий для генерирования излучения излучающих металлов.

Важным является количество добавок для обеспечения горелки галогенидами буферных металлов. Это количество для обеспечения горелки галогенидами сурьмы, висмута, цинка и олова составляет 0,1-10,0 мк мон/см³, 0,2-20,0 мк моль/см³ 0,3-25,0 мк моль/см³ и 0,1-15,0 мк моль/см³ соответственно.

При больших количествах добавок увеличивается количество загрязнений, подающих в лампу, кроме того, при превышении указанных количеств напряжение на лампе возрастает до избыточного уровня, что приводит к нестабильной работе лампы и даже к погасанию лампы.

При меньших количествах галогенидов буферных металлов напряжение на лампе становится низким, что приводит к увеличению материалоемкости лампы. Кроме того, увеличиваются потери в ПРА, так как через ПРА необходимо обеспечить в этом случае большое падение напряжения.

Добавление инертного газа должно составлять 1,33-39,9 КПа.

Большее давление инертного газа в случае с предлагаемой лампой не нужно, так как напряжение на лампе обеспечивается за счет галогенидов буферных металлов. Дальнейшее увеличение давления будет приводит лишь к ухудшению зажигания без достижения дополнительных положительных эффектов.

При давлении инертного газа ниже 1,33 КПа приходится считаться с распылением электродов в процессе разгорания лампы.

В качестве инертного газа могут использоваться аргон, криптон и ксенон.

Однако преимущественно необходимо использовать аргон, как наиболее дешевый газ (несколько меньшие значение напряженности электрического поля в аргоне по сравнению с криптоном и ксеноном в этом случае не имеют существенного значения, так как нужная напряженность электрического поля достигается с помощью галогенидов буферного металла).

Примеры конкретного исполнения (см. табл. 1 и табл. 2).

Применение предлагаемого изобретения позволит уменьшить материалоемкость конструкции безртутных МГл и снизит напряжение зажигания ламп. Кроме того, внедрение предлагаемого изобретения позволит исключить из состава наполнения дорогостоящий и дефицитный ксенон. Ориентировочно для лампы мощностью 1000 Вт это дает экономический эффект в размере 10-15% себестоимости.

Использование: в металлогенных осветительных лампах. Сущность изобретения: металлогенная лампа содержит горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами. Горелка наполнена инертным газом и добавками для обеспечения ее галогенидами излучающих металлов. В горелку дополнительно введена по меньшей мере одна из добавок для обеспечения ее галогенидами буферных металлов, для которых выполняется приведенное в описании соотношение, а давление инертного газа составляет от 1,33 до 39,9 КПа. В качестве указанных добавок могут использоваться добавки для обеспечения горелки галогенидами сурьмы в количестве от 0,1 до 10,0 мкмоль/см³, галогенидами висмута в количестве от 0,2 до 20,0 мкмоль/см³ галогенидами цинка в количестве от 0,3 до 25,0 мкмоль/см³ и галогенидами олова в количестве от 0,1 до 15,0 мкмоль/см³. 5 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения напряжения зажигания и снижения материалоемкости, в горелку лампы дополнительно введена по меньшей мере одна из добавок для обеспечения горелки галогенидами буферных металлов, для которых выполняется следующее соотношение:

где j критерий оценки галогенидов буферных металлов, эВ;
P_н.у, P_600°C давление паров галогенидов буферных металлов при нормальных условиях и при 600^oС, Па;
U_в.рез потенциал возбуждения резонансной линии буферного металла, не ниже 4,0 эВ;
молекулярная масса галогенида буферного металла и галогена, входящего в его состав, ед.

а давление инертного газа составляет 1,33 39,9 КПа.