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 с помещенным в ней металлогалогенным составом, заключенную во внешний стеклянный баллон [1]
Лампа имеет хорошие характеристики излучения видимой области спектра: световая отдача до 100 лм/Вт и цветовая температура 6000 500 К. Ультрафиолетовая составляющая излучения в значительной степени задерживается внешней колбой и поэтому лампы не требуют значительных защитных мер при эксплуатации.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих в видимой области спектра металлов [2]
В составе наполнения горелки лампы используются добавки для обеспечения горелки редкоземельными металлами, что обеспечивает хорошую до 90 лм/Вт световую отдачу.

Недостатком описываемой лампы является наличие УФ составляющей излучения, что усложняет эксплуатацию ламп обслуживающим персоналом (внешнего баллона у лампы нет). Кроме того, вследствие потерь энергии на генерацию УФ и ИФК излучения световая отдача ламп относительно невелика.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение УФ и ИФК составляющих излучения и увеличение световой отдачи.

Поставленная цель достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих в видимой области спектра металлов, в горелку лампы дополнительно введены добавки для обеспечения горелки галогенидами по меньшей мере одного из металлов, имеющих резонансные линии излучения в УФ и ИФК области спектра.

В качестве добавок, излучающих в видимой области спектра, используются для обеспечения горелки галогенидами таллия от 0,05 до 4,0, индия от 0,1 до 5,0, натрия от 0,2 до 8,0, скандия от 0,03 до 4,0, редкоземельных металлов от 0,06 до 6,0 в мк ˙ моль/см³.

В качестве добавок, имеющих резонансные линии в УФ области спектра, используются добавки для обеспечения горелки галогенидами железа, никеля и кобальта в суммарном количестве от 0,1 до 6,0 мк ˙ моль/см³.

В качестве добавок для обеспечения горелки галогенидами, имеющими резонансные линии излучения в ИФК области спектра, используются галогениды рубидия и цезия в количестве от 0,1 до 4,0 и от 0,1 до 7,0 соответственно. Давление инертного газа составляет во всех вариантах от 1,33 до 39,9 КПа.

В лампе по предлагаемому изобретению экспериментально подобранный состав наполнения позволяет в значительной мере уменьшить УФ и ИФК составляющие излучения и за счет перераспределения энергии увеличить световую отдачу ламп.

В качестве добавок для обеспечения горелки галогенидами излучающих металлов могут использоваться
непосредственно галогениды излучающих металлов;
чистые металлы и галогениды ртути. Реакция образования галогенидов излучающих металлов в этом случае следующая (на примере индия):
In + HgI₂ ->> InI + Hg (1);
оксиды металлов, галогенидов ртути и алюминий и/или кремний. Реакция при этом следующая:
In₂O + HgI₂ + Al(Si) ->> InI + Al₂O₃ (SiO₂) +
+ Hg (2).

В лампе по предлагаемому изобретению использование добавок для обеспечения горелки галогенидами металлов, имеющих резонансные линии в УФ и ИФК областях спектра, позволяет в значительной мере поглощать излучение в УФ и ИФК областях спектра.

Механизм этого процесса следующий. Наличие в горелке добавок для обеспечения горелки галогенидами металлов, имеющих резонансные линии излучения в УФ и ИФК области спектра, приводит к значительной концентрации нормальных атомов этих металлов в околоразрядных зонах горелки. Известно, что резонансные линии интенсивно поглощаются нормальными атомами. Поэтому и происходит уменьшение УФ и ИФК составляющих излучения лампы. Перераспределение энергии позволяет увеличить выход излучения в видимой области спектра.

Количество компонентов наполнения определено экспериментально.

Для добавок, обеспечивающих горелку галогенидами излучающих в видимой области металлов, оно составляет: мк ˙ моль/см³: для индиевых добавок от 0,1 до 5,0; для таллиевых от 0,05 до 4,0; для скандиевых добавок от 0,3 до 4,0; для натриевых добавок от 0,2 до 8,0; для литиевых добавок от 0,3 до 10,0; для добавок РЗМ от 0,06 до 6,0.

При меньших количествах их недостаточно для нормальной работы лампы в процессе срока службы, так как добавки жестчатся в процессах адсорбции, абсорбции, хемисорбции и т.д.

При больших количествах без достижения дополнительного эффекта увеличиваются затраты на приобретение, хранение и обработку компонентов наполнения.

Количество добавок для обеспечения горелки галогенидами металлов, имеющих резонансные линии излучения в УФ и ИФК областях спектра, также определено экспериментально и составляет в мк ˙ моль/см³ для железа, никеля и кобальта от 0,1 до 6,0, рубидия от 0,1 до 4,0, цезия от 0,1 до 7,0.

При меньших количествах концентрация атомов этих металлов не обеспечивает эффективное поглощение УФ и ИФК излучения.

При больших количествах увеличиваются затраты на изготовление лампы без достижения дополнительного положительного эффекта.

На фиг. 1 изображена конструкция лампы.

Лампа содержит горелку 1 из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами 2. С помощью элементов монтажа 3 горелка 1 закреплена во внешнем стеклянном баллоне 4, снабженном цоколем 5.

На фиг. 2 изображен спектр излучения лампы с добавками для обеспечения горелки галогенидами индия, таллия и натрия (излучающие в видимой области металлы) железа, никеля, кобальта (металлы, имеющие резонансные линии в ИФК области спектра), Сs, Rb (металлы, имеющие резонансные линии УФ области спектра). Как видно из фиг. 2 в видимой области спектра отчетливо видны линии 410 и 451 нм (In), 535 нм (Tl), 589 нм (Na), в УФ и ИФК областях излучение поглощается и поэтому относительно невелико.

Принцип работы лампы идентичен с соответствующим для известных МГЛ. После подключения лампы в схеме с балластным сопротивлением осуществляется (посредством подачи высоковольтного электрического импульса на электроды лампы) зажигание лампы. Возникает дуговой разряд в среде инертного газа, который по мере разгорания переходит в дуговой разряд в парах галогенидов металлов с фиксированными параметрами: световым потоком, мощностью, током, напряжением на лампе и т.д.

Количество ртути выбрано экспериментально из условий обеспечения оптимального напряжения на лампе.

Давление инертного газа выбрано в пределах от 1,33 до 39,3 КПа.

При меньших давлениях сказывается распыление электродов, что уменьшает срок службы ламп.

При большем давлении ухудшается зажигание ламп.

Примеры конкретного исполнения представлены в таблице.

Применение предлагаемого изобретения позволяет уменьшить УФ составляющую излучения, улучшив таким образом условия эксплуатации ламп.

Использование: в металлогалогенных осветительных лампах. Сущность изобретения: горелка из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами наполнена инертным газом, ртутью и добавками для обеспечения ее галогенидами излучающих в области спектра металлов. В горелку лампы введены добавки для обеспечения ее галогенидами по меньшей мере одного из металлов, имеющих резонансные линии излучения в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра. Состав наполнения горелки включает следующие компоненты в мк·моль/cм³ ртуть от 1,0 до 80,0добавки для обеспечения горелки галогенидами таллия от 0,05 до 4,0 добавки для обеспечения горелки галогенидами железа, никеля и кобальта от 0,1 до 6,0 а давление инертного газа составляет от 1,33 до 39,9 кПа. Новым в лампе является также и то, что состав наполнения горелки включает следующие компоненты, мк·моль/cм³ добавки для обеспечения горелки галогенидами индия от 0,1 до 5,0, добавки для обеспечения горелки галогенидами натрия от 0,2 до 8,0 добавки для обеспечения горелки галогенидами лития от 0,3 до 10,0 добавки для обеспечения горелки галогенидами рубидия от 0,1 до 4,0 добавки для обеспечения горелки галогенидами цезия от 0,1 до 7,0 добавки для обеспечения горелки галогенидами редкоземельных металлов от 0,06 до 6,0 добавки для обеспечения горелки галогенидами скандия от 0,03 до 4,0.4 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.

1. МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью и добавками для обеспечения горелки галогенидами излучающих в видимой области спектра металлов, отличающаяся тем, что в качестве указанных добавок в горелку введены добавки для обеспечения ее галогенидами натрия в количестве 0,2 8,0 мкмоль/см³ и галогенидами железа, никеля и кобальта в количестве 0,1 6,0 мкмоль/см³, количество ртути выбрано в пределах 1,0 80,0 мкмоль/см³, а давление инертного газа составляет 1,33 39,9 кПа. 2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку дополнительно введены добавки для обеспечения ее галогенидами индия и таллия в количестве 0,1 5,0 и 0,05 4,0 мкмоль/см³ соответственно. 3. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку дополнительно введены добавки для обеспечения ее галогенидами редкоземельных металлов в количестве 0,06 6,0 мкмоль/см³. 4. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в горелку дополнительно введены добавки для обеспечения ее галогенидами скандия в количестве 0,03 4,0 мкмоль/см³. 5. Лампа по п. 2, отличающаяся тем, что в горелку дополнительно введены добавки для обеспечения ее галогенидами рубидия в количестве 0,1 4,0 мкмоль/см³.