ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01J61/22 H01J61/52 

Изобретение относится к электрохимической промышленности и может быть использовано при производстве газоразрядных ламп с парами металлов, например, в натриевых лампах высокого давления.

Известна натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку с электродами, заполненную инертным газом и амальгамой натрия. Электрические и световые параметры ламп при прочих равных условиях определяются температурой жидкой фазы амальгамы, расположенной в наиболее холодных заэлектродных областях разрядной трубки. Для увеличения температуры заэлектродных зон чаще всего используют теплосодержащие экраны в виде металлических полосок, охватывающих концы разрядной трубки [1]
Недостатком ламп с теплосодержащими экранами известной конструкции являются большой разброс начальных электрический и световых параметров и чрезвычайный рост напряжения на лампе со сроком службы, а также дополнительные затраты дорогостоящего материала (ниобия или никеля), идущего на теплосодержащие экраны.

Целью предлагаемого изобретения является повышение стабильности электрических и световых параметров и снижение себестоимости ламп.

Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядной лампе давления, содержащий заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку с электродами по концам, заполненную по меньшей мере газом и щелочным металлом либо амальгамой, разрядная трубка дополнительно содержит металл для образования внутреннего утепляющего концы разрядной трубки покрытия, давления паров и температура плавления которого удовлетворяет следующему условию:
P₁≅1,33•10³ Па,
P₂≥1,33•10^-2 Па,
T^o _пл.>T^o _з.о.,
где
P₁ давление паров металла при рабочей температуре в заэлектродных областях разрядной трубки,
P₂ давление паров металла при рабочей температуре в центральной части разрядной трубки;
T^o _пл. температура плавления металла;
T^o _з.о. рабочая температура в заэлектродных областях разрядной трубки.

Таким образом, выбор металла осуществляется исходя из рабочей температуры разрядной трубки.

Например, в натриевой лампе высокого давления мощностью 400 Вт, имеющей температуру в заэлектродных областях порядка 760^oC и в центральной части порядка 1150^oC можно использовать такие металлы, как марганец, медь и часть редкоземельных металлов.

Преимуществом меди является ее относительная дешевизна.

При первом включении лампы введенный в разрядную трубку металл начинает испаряться и конденсироваться в наиболее "холодных" заэлектродных областях разрядной трубки в виде пленки, выполняющей функцию утепляющих концы трубки экранов. Время формирования утепляющего слоя зависит от температурного режима разрядной трубки и давление паров металла.

Выполнение условия P₁≅1,33•10³ Па обеспечивает относительно низкое давление паров металла в разряде, не приводящее к заметному изменению спектрального состава излучения лампы, а выполнение условия P₂≥1,33•10^-2 Па обеспечивает отсутствие налета металла на стенках трубки в межэлектродном пространстве, в центральной части трубки.

Выполнение условия T_пл.>T_з.о. обеспечивает нахождение металла в заэлектродных областях в твердом состоянии, т.к. в случае расплавления металл за счет поверхностного натяжения он будет стремиться собраться в капли и целостность покрытия нарушится.

Количество вводимого металла должно находиться в диапазоне от 1,5 до 40 мг/см² внутренней поверхности заэлектродных областей разрядной трубки. При меньшем количестве металла его недостаточно для образования сплошного слоя, а при большем количестве покрытие получается чрезмерно толстым и может отслаиваться.

Дозировка металла может осуществляться как непосредственно в разрядную трубку, так и путем его закрепления на электродном узле. Последнее предпочтительнее, т. к. резко ускоряется процесс формирования покрытия, особенно в случае использования металла с относительно низким давлением паров.

Кроме того, металл может дозироваться как в чистом виде, так и в виде сплава, например, с буферными, либо излучающими металлами.

По сравнению с прототипом предлагаемая лампа имеет следующие преимущества.

1. Повышается стабильность электрических и световых параметров. Это связано с тем, что металл конденсируется в наиболее холодных заэлектродных зонах, и чем больше площадь этих холодных зон, тем на большую площадь трубки оседает теплоотражающий слой (и наоборот), т.о. уменьшается разброс температур холодных зон от лампы к лампе в процессе срока службы.

2. Меньшая себестоимость ламп, т.к. трудовые и материальные затраты, связанные с дозировкой металла в разрядную трубку, существенно ниже затрат на изготовление и монтаж внешних теплоотражающих экранов.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения разрядной трубки натриевой лампы высокого давления; на фиг. 2 отдельно электродный узел, где 1 трубка из поликристаллической окиси алюминия, 2 электроды, 3 ниобиевый вывод, 4 диск из поликристаллической окиси алюминия, 5 ниобиевая проволока, приваренная к выводу для фиксации диска, 6 медная шайба.

Внутренний диаметр трубки -⊘ 7,5 мм, межэлектродное расстояние l_м.э.=75 мм, длина заэлектродных зон l_з.о.=5,5 мм, суммарная внутренняя поверхность заэлектродных зон 3,5 см².

Разрядная трубка заполнена ксеноном при давлении 2,6•10³ Па и амальгамой натрия в количестве 25 мг. Масса медной шайбы на одном электроде - 30 мг, что соответствует 8,5 мг/см² внутренней поверхности заэлектродных зон.

В течение первых минут горения медь испаряется с электрода и конденсируется в заэлектродных областях, образуя теплоотражающие экраны 7.

При работе лампы температура электродных зон составляет порядка 760^oC, а температура в центральной части трубки порядка 1150^oC (T^o меди составляет 1083^oС. При данных температурах давление паров меди P₁ 1,3•10^-5 Па и P₂ 1,3•10^-1 Па.

Лампа работает следующим образом.

При включении лампы в комплекте с дросселем и импульсным зажигающим устройством между электродами разрядной трубки зажигается дуговой разряд в инертном газе. Далее следует период разгорания, в течение которого температура разрядной трубки повышается и испаряется амальгама натрия. В установившемся режиме повышается и испаряется амальгама натрия. В установившемся режиме электрические параметры определяются в основном давлением паров ртути, а световые параметры давлением паров натрия.

Внутреннее утепляющее концы разрядной трубки покрытие, образовавшееся в результате расплавления медной шайбы, увеличивает температуру заэлектродных зон на 30 50^o по сравнению с трубками без него и позволяет получить оптимальное давление паров ртути и натрия, обеспечивая стабильность электрических и световых характеристик лампы.

За базовый объект принята натриевая лампа высокого давления типа ДНАТ 400-5, ТУ 16-675.150-86, серийно выпускаемая АО "Лисма-СИС и ЭВС".

В результате сравнительных испытаний и измерений электрических характеристик серийных ламп и образцов ламп согласно изобретения оказалось, что разброс по напряжению у ламп предлагаемой конструкции составил порядка ±10% от номинала, в то время, как у серийных ламп порядка ±(15 -18)%
Упрощение конструкции и технологии сборки опытных образцов ламп одновременно приводят к снижению затрат на их изготовление.

Использование: при производстве газоразрядных ламп с парами металлов, например в натриевых лампах высокого давления. Сущность изобретения: газоразрядная лампа высокого давления включает заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку с электродами. Трубка заполнена газом и щелочным металлом, либо амальгамой щелочного металла. Разрядная трубка дополнительно содержит металл для образования внутреннего утепляющего конца разрядной трубки покрытия, давление паров и температура плавления которого удовлетворяет следующему условию: P₁≅1,33•10³ Па, P₂≥1,33•10^-2 Па, T_пл. > T_з.о., где P₁ - давление паров металла при рабочей температуре в заэлектродных областях разрядной трубки, P₂ - давление паров металла при рабочей температуре в центральной части разрядной трубки: T_пл. - температура плавления металла: Т_з.о. - рабочая температура в заэлектродных областях разрядной трубки. Количество вводимого металла находится в диапазоне от 1,5 до 40,0 мг/см³ внутренней поверхности заэлектродных областей разрядной трубки. Металл закреплен на электродном узле и введен в виде сплава. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газоразрядная лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку с электродами, заполненную инертным газом и щелочным металлом, либо его амальгамой, отличающаяся тем, что в разрядную трубку дополнительно введен металл для образования внутреннего утепляющего концы разрядной трубки покрытия, давление паров и температура плавления которого удовлетворяет следующим условиям:
P₁ ≅ 1,33•10³ Па;
P₂ ≥ 1,33•10^-2 Па;
Т_пл > Т_з.о,
где P₁ давление паров металла при рабочей температуре в заэлектродных областях разрядной трубки;
P₂ давление паров металла при рабочей температуре в центральной части разрядной трубки;
Т_пл температура плавления металла;
Т_з.о рабочая температура в заэлектродных областях разрядной трубки. 2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что количество вводимого металла находится в диапазоне 1,5 40 мг/см² внутренней поверхности заэлектродных областей разрядной трубки. 3. Лампа по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что металл закреплен на электродном узле. 4. Лампа по п. 1 3, отличающаяся тем, что металл введен в виде сплава.