Газоразрядная лампа высокого давления Советский патент 1982 года по МПК H01J61/20 

Изобретение относится к газоразрядным лампам высокого давления с разрядом в парах металлов, содержащим заполнение из ртути и галогенидов металлов, в частности § к достижению высокой эффективности в лампах 250 Вт или менее, которые могут использоваться для целей общего освещения.

Газоразрядные лампы высокого дав- ю ления работают посредством испарения ртути и выбранных галогенидов металлов и часто просто называются галогенид-металлическими лампами, даже если заполнение лампы содержит is ртуть, а также один или более из галогенидов металлов. Галогенидные лампы высокой мощности, которые достигают относительно высокой эффективности, являются известными в данной об- 20 ласти техники.

Известны галогенид-металлические лампы 1000 Вт, имеющие среднюю первоначальную эффективность порядка 119 лм/Вт tn.25

Известны 500-Вт галогенид-металлические лампы, которые могут работать со световой эффективностью порядка 90 лм/Вт Г23.

Однако эти лампы высокой мощности, являются слишком большими для целей общего освещения в домах или им подобных местах.

Наиболее близкой к предлагаемой является галогенид-металлическая лампа 250 Вт, которая достигает световых эффективностей в диапазоне только от 60 до 70 лм/Вт Г31.

Световая эффективность в меньшие мощностях галогенид-металлических разрядных ламп падает настолько сильно, что это делает их полностью практически неприменимым для применений общего освещения. Таким образом, галогенид-металлические лампы малой мощности, которые могут использоваться для общего освещения в доме вместо ламп накаливания или флуоресцентных ламп, не являются еще коммерчески доступными. 3 Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить галогенид-металлические разрядные лампы высокого давления малых или промежуточных мощнос тей (т.е. 250 Вт или менее) и имеющи более высокую световую эффективность чем представлялось возможным до сих пор. Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядной лампе высокого давления мощностью не более 250 Вт, содержащей разрядную камеру из термостойкого светопропускающего материала, имеющую форму эллипсоида сфероида и т.д., заполненную ртутью и галогенидами металлов и размещенную внутри оболочки из светопропускающего материала, и электроды, установленные с помощью герметичных уплотнений на противоположных концах камеры, камера выполнена с толщиной стенок, не превышающей 1,5 мм имеет отношение длины к диаметру (X/D) в диапазоне от 0,9 До 2,5. фак тор введения электродов у, равный , лежит в пределах 0,1-0,6, те-, лесный угол UL) составляет менее 10 дуговая нагрузка находится в диапазоне от 60 до 150 Вт/см, а нагрузка стенок - в диапазоне от 10 до 35 Вт/см,. где X - длина разрядной камеры; L - расстояние между вершинами электродов; (Л)- телесный угол, образованный двумя лучами, исходящими из центра разрядной камеры с герметичными уплотнениями, измеренный в процентах по от ношению к полному телесному углу, окружающему центр дуго вой камеры. Предпочтительно дуговая камера имеет форму эллипсоида, отношение X/D лежит в диапазоне от 1,5 до 2,5, нагрузка стенок - в диапазоне от 10 до 25 Вт/см , дуговая наг1рузка в диапазоне от 100 до 150 Вт/см , а телесный угол ш составляет 1. Газоразрядная лампа мощностью не более 70 Вт имеет разрядную камеру с объемом менее 1 см, отношение X/D лежит в диапазоне от 0,9 до 2,5 нагрузка стенок лежит в диапазоне от 60 до 120 Вт/см, а телесный угол составляет менее фиг. 1 и 2 представлены графики, показывающие влияние введения электрода на цветовую температуру и 34 световую эффективность; на фиг. 3 принципиальная конструкция снабженной защитной оболочкой галогенидметаллической лампы 250 Вт, воплощающей предпочитаемый вариант; на фиг. - галогенид-металлическая лампа 70 Вт лишенная защитной оболочки; на фиг. 5 лишенная защитной оболочки 30-ваттная галогенид-металлическая лампэ 30 Вт; на фиг. 6 - схематическое изображение, которое иллюстрирует телесные углы, стягиваемые уплотнениями на концах лампы, показанной на фиг. 3, по отношению к полному телесному углу, окружающему центр лампы. Лампа содержит дуговую камеру (фиг. 2) , определяемую в. пределах внутренней оболочки 1, из тонкостенного кварцевого стекла, поддерживаемую внутри внешней стеклянной оболочки, или защитной оболочки 2. Подходящее заполнение для внутренней оболочки 1 содержит 28 мг ртути и 50 мг соли галоидоводородной кислоты, состоящей, вес.: Na 8А, Sc|j Ни Thj плюс ийертный пусковой газ такой как аргон или ксенон. Внутренняя оболочка имеет внутренний объем 0,39 см. Внешняя защитная оболочка 2 снабжена на нижнем конце проходным штенгелем 3, через который проходят относительно жесткие вводные провода и 5, соединяемые их внешними концами с электрическими контактами с обычным винтовым цоколем, а именно снабженной винтовой- резьбой 6 и торцовым контактом 7. Внутренняя оболочка 1, обычно называемая дуговой трубкой, даже в том случае, если ей придается форма, подобная эллипсоиду, а не трубки, подвешивается внутри защитной оболочки между длинной боковой ножкой 8 и короткой ножкой 9, которые привариваются к вводным проводам 4 и 5. Пространство 10 внутри внешней - защитной оболочки - заполняется азотом под давлением 0,5 атм, однако, если желательно, может вакуумизироваться для того, чтобы уменьшить тепловые потери от дуговой трубки. Внутренняя оболочка или дуговая трубка 1 делается из тонкостенного кварца (т.е. толщиной менее 1,5 мм) или кварцевого стекла, а разрядное пространство или дуговая камера по существу является .эллипсоидальным. 5 Таковое может рассматриваться в качестве образуемого вращением эллипса вокруг продольной оси лампы, кото рая представляется вертикальной на фиг. 3. Один путь образования колбовой части 11 состоит в расширении и осадке с укорочением относительно тонкостенной трубки из кварцевого стекла во время нагрева до состояния пластичности, и вращения в двухпатронном токарно-шлифовальном станке для обработки стеклянных изделий. Части шеек 12 и 13 могут получаться аналогичным образом предоставлением возможности кварцевой трубке образовывать шейки под действием поверхностного натяжения. Толщина стенок и форма колбы могут регулироваться путем координации степени и места нагрева, и скорости расширения, или образования шейки. Предпочитаются вольфрамовые прово лочные электроды Т и 15, имеющие их периферические концы, свернутые в открытые петли, как это иллюстрирует ся. Электроды 14 и 15 монтируются в противоположных концах дуговой трубки и проходят от вводных проводов, содержащих промежуточные профили из молибденовой фольги 16 и 17, которые в свою очередь соединяются внешними вводными частями 18 и 19 с боко вой ножкой 8 и опорной ножкой 9 соответственно. Герметические уплотнения делаются на профилях из молибденовой Фольги 16 и 17 которые смачиваются нагреваемым до состояния пластичности кремнеземом во время операции уплотнения. В это время рас плавленный кремнезем может запрессовываться к профилям применением вакуума, механическим зажиманием 36 или применением обоих средств. На:Полнение или зарядка вводится в оболочку «через боковой штенгель, который затем отпаивается в позиции 20. Представляющие шейки части, или иллюстрируемые концевые уплотнения 12 и 13 образованы под воздействием вакуума и являются цилиндрическими, как это показано на фиг. 6. Уплотнения 12 и 13 образуются с малой площадью поперечного сечения с тем, чтобы уменьшить задержку излучения или поглощающее поперечное сечение на концах лампы и сводить к минимуму тепловые потери через уплотнения. При оболочке 1 лампы 250 Вт (фиг. 1 и 6) пространственный угол d. , стягиваемый каждым концевым уплотнением 12 и 13 составляет примерно 0,3% пространственногд угла в центре оболочки 1. Другими словами, концевые уплотнения 12 и 13 имеют такую площадь поперечного сечения, что общая площадь теней 21 .(фиг. 6), бросаемых концевыми уплотнениями на поверхность воображаемой сферы 22, окружающей лампу, составляет только 0,6 общей площади поверхности сферы, если бы точечный источник света помещался в центре 23 этой оболочки. В этом варианте воплощения уплотнения 12 и 13 и концы оболочки 1 полностью.свободны от теплосохраняющих покрытий. Таким образом, единственное ограничение света, которое происходит на концах оболочки, представляет собой маскирование, которое получается в результате наличия концевых уплотнений. В табл. 1 приведены сравнительные данные для ламп 250 Вт предлагаемой конструкции и известных. Таблица1

9271338

Продолжение табл. 1

Фактор введения (Y)

Внешняя излучающая площадь,

см, Объем, см

Нагрузка стенок, Вт/см

Стягиваемый пространственный угол, %

Световая эффективность. Табл. 1 показывает преимущества, получаемые применением предлагаемой галогенид-металлической лампой 250 Вт. Предлагаемая лампа имеет световую эффективность 105 лм/Вт в противоположность 82 лм/Вт в лампе предшествующего уровня развития техники в данной области. Кроме улучшения световой эффективности, конструк ция предлагаемой лампы показывает улучшение в поддержании светового по тока. Галогенид-МЕталлическая лампа с номиналом мощности 70 Вт показана позицией 2 (фиг. ). Дуговая камера, в основном, является эллипсоидальной, а заполнение содержит ртуть, NaJ, ScJ, ThiJ. и аргон. Элек троды из вольфрамовой проволоки 25 уплотняются в оболочке через узкие Параметры миниатюрных эллипсоидальны

0,27 И,8 3,9 17,0

0,6 шейки 2б. Электроды соединяются с вводными проводами 27, которые включают пластинчатые части 28, герметически уплотняемые в шейках. Дуговая камера продувается через одну из шеек перед герметизацией с тем, чтобы не оставалость никакой боковой отпайки штенгеля. Не имеется никакого вспомогательного пускового электрода и также не имеется никакого теплоотображающего покрытия. Соответствующим пересчетом параметров лампы (фиг. )) в сторону уменьшения ее размеров может обеспечиваться галогенид-металлическая лампа 30 Вт с эллипсоидальной дуговой камерой. Детали физического порядка и параметры для ламп 70 и 30 Вт с эллипсоидальными дуговыми камерами даются в табл. 2. Таблица 2 п

Показатели

Диаметр (D), см

L/D

Х/Д

Фактор введения (Y)

Внешняя излучающая площадь, см

Объем,

Нагрузка стенок, Вт/см

Телесный угол, %

Световая эффективность, лм/Вт

Люмены

Загрузка ртутью (Нд), мг

Плотность ртути (Нд), мг/см Световые эффективности обеих ламп малой мощности не только являются высокими в абсолютных выражениях, но поистине являются изумительными для их размера. Световая эффективность лампы 70 Вт на уровне 100 лм/Вт превышает световую эффективность известной галогенид-металлической лам; пы 250 Вт, показанную-iB табл. 1|На уровне 82 лм/Вт. -Световая эффективность лампы 30 Вт на уровне 106 лм/Вт значительно превышает световую эффективность приблизительно 80 мл/Вт известной галогенид-металлической лампы 175 Вт, в которой используется одинаковый тип. заполнения. Световые эф-., фективности такого типа в галогенидметаллических лампах с номиналом ниже 100 Вт ранее считались невозможными. Другая миниатюрная галогенид-металлическая лампа с номиналом 30 Вт показана позицией 29 (фиг. 5) и cor держит сферическую дуговую камеру. Для нее может использоваться тот же сдмый тип заполнения, что и для лампы, показанной на фиг. t. Элек92713310

Продолжение табл. 2

Газоразрядная лампа

Вт Тз 0 Вт I 30 Вт Троды 30 представляют собой части вольфрамовой проволоки, соединяемые с вводными проводами 31, имеющими пластинчатые части 32 в узких шейках. Другие детали, физического порядка и параметры для этой лампы даются в табл. 3, которая приводится ниже. Таблица 3 Дуговая нагрузка, Вт/см100 Длина дуги (L) см0,3 Длина дуговой камеры (X), см0,6 Диаметр (D), см0,6 L/00,5 Продолжение табл. 3 Газора рядная Показатели 30 Вт 1.0 Фактор введения (Y) 0,5 Внешняя излучающая площадь, см Объем, см Нагрузка стенок, Вт/см Телесный угол, % Световая эффективность. В оптимизированной-конструкции лампы, используются самые миниат рные практически возможные концевые уплотнения и выбираются размерное отношение дуговой камеры И другие параметры, которые рассматривались выше, так, чтобы достичь, требуемых рабочих состояний без прибегания к теплосохраняю1Ц1 м устройствам, или покрытиям, на концах лампы. Однако на практике может случиться так, чт будет представляться более экономиЧ ным сохранить существующую конструк цию оболочки лампы и осуществить требуемое изменение в ее работе та кое, как понижение цветовой темпер туры, обращением к концевым покрытиям незначительного размера. Это жет иллюстрироваться следующим дал примером. Рассмотрим лампу с номин лом 35 Вт, имеющую эллипсоидальную оболочку с размерным отношением Х/ около 2, которая иллюстрируется на фиг. и. Эта лампа имеет светову .эффективность 115 лм/Вт при цветовой температуре К, а ее конце вые уплотнения вместе стягивают пр мерно 5 телесного угла в центре дуговой камеры. Теперь допустим, что требуется получить аналогичную лампу с цветовой температурой, пониженной приблизительно до 3800 К. Это может делаться нанесением отражающих концевых покрытий вокруг уплотнений, которые будут увеличивать процентное отношение телесного угла, совместно стягиваемого уплотнениями и концевыми покрытиями, примерно до 10. Получающиеся в результате более горячие концы лампы направляют избыточную соль галоидоводородной кислоты далее от концов в направлении центральной части дуговой камеры. Это может понижать цветовую температуру примерно на 700 К и одновременно вызывать падение в световой эффективности приблизительно на 20%. Таким образом, возможно получить новую лампу, имеющую требуемую цветовую температуру при световой эффективности порядка 92 лм/Вт. Эта лампа может полностью удовлетворить требования рыночного спроса, а расходы на реконструкцию оборудования, включающие новые формы для модифицированной конфигурации оболочки, исключаются. В известных галогенид-металлических лампах,для которых применяются оболочки из кварцевого стекла, нагрузка стенок, в основном, не превышает примерно 15 ВТ/см Это было более высоким показателем, чем потолок в 10 ВТ/СМ , в основном. принимаемый для ртутных ламп(т.е. ламп с заполнением из ртути без какоголибо добавления галогенидов металлов) Однако более высокая нагрузка стенок полагалась необходимой для того., чтобы создавать достаточное давление паров добавляемых солей галогенидов металлов и реализовывать заметные выгоды от их присутствия. Срок службы галогенид-металлических ламп в значительной степени ограничивается потерей натрия и/или увеличивающимся падением напряжения дуги в качестве функции рабочего времени. В основном, принималось, что их поддержание светового потока и срок службы ламп свойственно были хуже, чем у ртутных ламп. Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что нагрузки стенок за пределами 15 Вт/см могут использоваться в галогенид-металлических лампах без каких-либо вредных влияний. Поддержание светового потока и срок службы предлагаемых ламп превосходят таковые обычных ламп, в которых применяются аналогичные составы галогенидов металлов. Фактически установлено, что нагрузки стенок вплоть до 35 Вт/см могут использоваться без внесения больших вредных изменений в поддержание светового потока при одновременном сдерживании потерь натрия и/или опускании повышения напряжения дуги до допустимых уровней. Прак тическим ограничением на нагрузку стенок теперь становится точка размягчения кварца, или кварцевого стекла, при которой дуговая камера не сохраняет больше.ее первоначальной формы под действием нагрузки внутреннего давления и это ограничение зависит от толщины стенок. Однако фактически все желаемые результаты могут быстро получаться с оболочками из тонкостенного кварцевого стекла при нагрузках менее 35 Вт/см в силу чего представляется возможным получать конструкции, имеющие свойственно более высокую световую эффективность, одновременно сохраняя преимущества тонкостенного кварцевого стекла. Формула изобретения 1. Газоразрядная лампа высокого давления мощностью не более 250 Вт, содержащая разрядную камеру из термостойкого светопропуекающего материала, имеющую форму- эллипсоида, сфероида и т.д., заполненную ртутью 40 и галогенидами металлов и размещенную внутри оболочки из светопропускающего материала, и электроды, установленные с помощью герметичных уплотнений на противоположных концах 4s отличающаяся камеры. тем, что, с целью повышения ее .све3товой эффективности, камера выполнена с толщиной стенок, не превышающей 1,5 мм, имеет отношение длины к диаметру (X/D) в диапазоне от 0,9 до 2,5 фактор введения электродов у , равный- , лежит в пределах 0,1О,6,телесный угол ш составляет менее 10%, дуговая нагрузка находится в диапазоне от 66 до 150 Вт/см, а нагрузка стенок - в диапазоне от 10 ДО 35 Вт/см, где X - длина разрядной камеры; L - расстояние.между вершинами электродов; .и - телесный угол, образованный . двумя лучами, исхрдящими из центра разрядной камеры с герметичными уплотнениями, измеренный в процентах по отношению полному телесному углу, окружающему центр дуговой камеры. 2.Газоразрядная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что камера имеет форму эллипсоида, отношение X/D лежит в диапазоне от 1,5 до 2,5, нагрузка стенок в диапазоне от 10 до 25 Вт/см , дуговая нагрузка в диапазоне от 100 до 150 Вт/см , а телесный угол СО составляет 1. 3.Газоразрядная лампа по п. 1, мощностью не более 70 Вт, о т л и тем. что камера имечающаясяет объем менее 1 см, отношение X/D лежит в диапазоне от 0,9 до 2,5 нагрузка стенок - в диапазоне от 60 до 120 Вт/см, а телесный угол составляет менее 7. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США If 389б32б, 313-220, 1975. 2.Патент США Н , 313-220, 197. 3. Патент Японии № кл. 93 О 221, опублик. 17.06.71.

I VI

§ Jд 1

0,10,1 0,3

Фиг./

(60)

тХ/Р-Ш (WIT)

Й4 (5 .,„

Сбетобагг 31р(1)ектионость

ЮО-

989654Р290

вв

«/ ,Л

Д ,5

flU Л4 4}at2

29

31 32 / 32 51

Zl

Фиг.6