МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1997 года по МПК H01J61/18 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует металлогалогенные лампы общего и специального освещения.

Известна металлогалогенная лампа, содержащая кварцевую горелку с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, галогенидами щелочных и редкоземельных металлов (1).

В описываемой лампе использованы непосредственно галогениды излучающих металлов, что определяет основной недостаток этих ламп низкий срок службы - вследствие попадания внутрь горелки паров воды из-за гигроскопичности галогенидов редкоземельных металлов.

Наиболее близким аналогом является металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, галогенидами щелочных металлов, по меньшей мере одним из излучающих металлов и галогенидами ртути (2).

В составе наполнения лампы-прототипа используются чистые редкоземельные металлы и галогениды ртути. Образование же галогенидов редкоземельных металлов происходит в первые часы работы лампы согласно следующему взаимодействию:
2Me + 3HgX₂ 2MeX₃ + 3Hg (1)
где: Ме один из редкоземельных металлов,
Х галоген.

Галогениды ртути являются малогигроскопичными соединениями, что обеспечивает лучшую вакуумную гигиену в процессе изготовления ламп, что в свою очередь повышает срок службы.

Недостатком лампы тем не менее является низкий срок службы. Объясняется это тем, что в лампе не созданы условия для оптимального прохождения вольфрамо-галогенного цикла возвращения распыленного вольфрама со стенок горелки на электрод, особенно, как показывает практика, в случаях минимальных и максимальных значений междуэлектродного расстояния. В результате в одних случаях вольфрамо-галогенный цикл не обеспечивает возвращения всего распыленного вольфрама на электрод, из-за чего горелка чернеет и перегревается. В других случаях вольфрамо-галогенный цикл принимает аномальные формы и происходит перенос вольфрама с тыльных частей электрода на его рабочую часть, что в ряде случаев приводит к отвалу электрода и выходу лампы из строя.

Целью изобретения является увеличение срока службы лампы.

Цель достигается тем, что в металлогалогенной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, галогенидами щелочных металлов, по меньшей мере одним из излучающих металлов и галогенидами ртути, для конструкции лампы выполняется следующее соотношение:

где: I_н номинальный ток лампы, А;
d_эл. диаметр электрода, см;
l_эл.вн. внутренняя длина электродов и горелки, см;
l_г.вн. количество галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, мк•моль/см³;
К коэффициент пропорциональности, равный 1,0, имеющий размерность, см⁴/А мк•моль.

В составе галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению по меньшей мере к одному из излучающих металлов, использованы йодиды и бромиды ртути, причем молярное отношение йодидов ртути к бромидам ртути выбрано в пределах от 0,0 до 2,0.

Конструкция лампы изображена на чертеже. Лампа содержит горелку 1 из оптически прозрачного материала. Электроды 2 герметично, посредством фольговых вводов 3 соединены с внешними токовводами 4. Лампа снабжена специальными цоколями 5. Важными для раскрытия сущности изобретения являются диаметр электрода d_эл., а также внутренняя длина электродов и горелки, l_эл.вн. и l_г.вн..

Принцип работы предлагаемого источника излучения идентичен принципу работы известных металлогалогенных ламп. После подключения лампы с балластным (индуктивным, емкостным, индуктивно-емкостным) сопротивлением осуществляется зажигание лампы путем подачи на электроды высоковольтного электрического импульса. Возникает дуговой разряд в среде инертного газа и паров ртути, по мере развития которого в разряд поступают излучающие добавки. В итоге устанавливается дуговой разряд в среде излучающих добавок с фиксированными параметрами: током, напряжением, световым потоком и т.д.

Сущность изобретения заключается в следующем. Конструкция лампы выполнена таким образом (это определено экспериментально), что в зависимости от удельной токовой нагрузки на электрод и "вылета" электродов (он характеризуется отношением ) подбирается по соотношению (2) определенное количество HgX₂, превышающее расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов. В составе этих галогенидов ртути выбираются йодиды и бромиды ртути, причем отношение (молярное) йодидов ртути к бромидам ртути выбрано в пределах от 0,0 до 2,0. Все это позволяет обеспечить эффективное прохождение вольфрамо-галогенного цикла и увеличить срок службы лампы.

Величина соотношения (2) определена экспериментально.

При величине соотношения, превышающем 4.600, количество галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, становится избыточным для конкретного исполнения ламп и без дополнительного положительного эффекта ухудшается зажигание ламп.

При величине соотношения, меньшем, 0,310, количество галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, становится недостаточным для эффективного прохождения вольфрамо-галогенного цикла и срок службы снижается из-за почернения лампы.

Состав галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, также определен экспериментально. В лампах с большой удельной нагрузкой на горелку они всецело должны состоять из бромидов ртути, т.е. отношение йодидов ртути к бромидам ртути равно 0.0. Только в этом случае удается достичь эффективного прохождения вольфрамо-галогенного цикла.

В лампах с меньшей нагрузкой на горелку состав избыточных галогенидов должен, как показали эксперименты, содержать как бромиды ртути, так и йодиды ртути. При этом отношение йодидов ртути к бромидам ртути не должно превышать 2.0, иначе излишнее количество йодидов ртути не позволяет создать оптимальные условия для прохождения вольфрамо-галогенного цикла, или цель изобретения не достигается.

В качестве галогенидов щелочных металлов могут быть использованы галогениды цезия и натрия. В последнем случае необходимо считаться с интенсивным излучением натрия в оранжевой области спектра.

В качестве излучающих металлов используются такие металлы, как диспрозий, гельмий, тулий, эрбий, лютеций эти металлы, покрываясь стойкой пленкой оксидов, весьма устойчивы на воздухе. При необходимости обеспечения излучения в ультрафиолетовой области спектра используются железо, никель, кобальт, теллур и другие излучатели. В лампе могут также использоваться индий, кадмий, скандий и др. элементы.

Как и в большинстве металлогалогенных ламп, в предлагаемой лампе в качестве инертного газа применены аргон, ксенон, криптон.

Примеры конкретного исполнения приведены в таблице.

Использование изобретения позволит при практически неизменной себестоимости увеличить срок службы ламп.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует металлогалогенные лампы общего и специального освещений. Сущность изобретения: металлогалогенная лампа содержит горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, галогенидами щелочных металлов, по меньшей мере одним из излучающих металлов и галогенидами ртути. Для конструкции лампы выполняется следующее соотношение , где: I_л - номинальный ток лампы, А; d_эл. - диаметр электрода, см; l_эл.вн., l_г.вн. - внутренняя длина электрода и горелки, см; mHgX₂ - количество галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, мк моль/см³; К - коэффициент пропорциональности, равный 1,0, имеющий размерность см⁴/А мк моль. В составе галогенидов ртути, превышающих расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, использованы йодиды и бромиды ртути, причем молярное отношение йодидов ртути к бромидам ртути выбрано в пределах от 0,0 до 2,0. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Металлогалогенная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненную инертным газом, ртутью, галогенидами щелочных металлов, по меньшей мере, одним из излучающих металлов и галогенидами ртути, отличающаяся тем, что галогениды ртути введены в количестве, превышающем расчетно-стехиометрическое по отношению к, поменьшей мере, одному из излучающих металлов, а параметры лампы выбраны так, что выполняется следующее соотношение:

где I_л номинальный ток лампы, А;
d_эл диаметр электрода, см;
l_эл.вн, l_г.вн внутренняя длина электродов и горелки, см;
m_HgХ₂ количество галогенидов ртути, превышающее расчетно-стехиометрическое по отношению к по меньшей мере одному из излучающих металлов, мкмоль/см³;
К=1 коэффициент пропорциональности см⁴/А • мкмоль. 2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве галогенидов ртути использованы бромиды ртути. 3. Лампа по п. 2, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены иодиды ртути, причем молярное отношение иодидов ртути к бромидам ртути не превышает 2.