ES2224949T3 - Lampara de halogenuros metalicos sin mercurio. - Google Patents
Lampara de halogenuros metalicos sin mercurio.Info
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Abstract
Lámpara de halogenuros metálicos libre de mercurio con color de la luz blanco cálido y alto índice de reproducción del color Ra, comprendiendo la lámpara un recipiente de descarga, en el que se insertan electrodos de forma hermética a vacío y con un relleno ionizable en el recipiente de descarga, caracterizada porque el relleno comprende los siguientes componentes: - un gas noble, que actúa como gas tampón, - un primer grupo de halogenuros metálicos (MH), cuyo punto de ebullición está por encima de 1000ºC, comprendiendo el primer grupo como metales al menos Dy y Ca en utilización simultánea, y estando la relación molar de los dos halogenuros metálicos Va-MH : Dy-MH entre 0, 1 y 10; - un segundo grupo de halogenuros metálicos, cuyo punto de ebullición está por debajo de 1000ºC, comprendiendo el segundo grupo como metales al menos uno de los elementos In, Zn, Hf, Zr; - en el que la cantidad de relleno total del primer grupo de halogenuros metálicos está entre 5 y 100 mol/cm3; - en el que la cantidad de relleno total del segundo grupo de halogenuros metálicos está entre 1 y 50 mol/cm3; - en el que la temperatura del color está entre 2700 y 3500 K; - en el que el índice general de reproducción del color es al menos Ra = 90, mientras que al mismo tiempo el índice de reproducción del rojo es al menos R9 = 60.
Description
Lámpara de halogenuros metálicos sin
mercurio.
La invención se refiere a una lámpara de
halogenuros metálicos sin mercurio de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1. Se trata en este caso especialmente de lámparas
con color de la luz blanco cálido (WDL) para la iluminación general,
que tiene especialmente capacidad de atenuación de la intensidad de
la luz.
Se conoce a partir del documento
DE-A 197 31 168 ya una lámpara de halogenuros
metálicos libre de mercurio, que presenta dos grupos de halogenuros
metálicos, a saber, generadores de tensión, que asumen
principalmente el papel del mercurio, así como generadores de luz,
especialmente metal de tierras raras. De esta manera se pretenden
colores luminosos blancos cálidos en torno a 3500 K. Sin embargo,
la reproducción del rojo no es satisfactoria, la cual es controlada
a través de la adición de halogenuros metálicos del Dy o Al. También
se describen sistemas de relleno similares en los documentos WO
99/05699 y EP-A 833 160.
El documento WO 98/45872 describe una lámpara de
halogenuros metálicos sin mercurio, cuyo relleno contiene
esencialmente halogenuros metálicos que contienen Na y TI. A ellos
se añaden halogenuros metálicos de Dy y Ca. Este relleno se refiere
a un color de la luz blanco neutro de 3900 a 4200 K.
En la realización de colores luminosos blancos
cálidos y blancos neutros es un inconveniente la utilización de
sodio, puesto que se difunde fácilmente en función de su radio de
iones reducido.
El cometido de la presente invención es preparar
una lámpara de halogenuros metálicos según el preámbulo de la
reivindicación 1, que no sólo prescinde del mercurio por razones de
protección del medio ambiente, sino que evita también totalmente o
en la mayor medida posible la utilización de sodio para eludir las
dificultades totalmente conocidas, implicadas con ello. En
particular, se refiere también a la fabricación de lámparas con
zócalo en un lado (problema de la fotoionización).
Este cometido se soluciona a través de los rasgos
característicos de la reivindicación 1. Las configuraciones
especialmente ventajosas se encuentran en las reivindicaciones
dependientes.
Según la invención, se presenta una lámpara de
halogenuros metálicos libre de mercurio con color de la luz blanco
cálido y alto índice de reproducción del color Ra, comprendiendo la
lámpara un recipiente de descarga, en el que se insertan electrodos
de forma hermética a vacío y con un relleno ionizable en el
recipiente de descarga. El relleno comprende los siguientes
componentes:
- un gas noble, que actúa como gas tampón,
- un primer grupo de halogenuros metálicos (MH), cuyo punto de ebullición está por encima de 1000ºC (con preferencia por encima de 1150ºC), comprendiendo el primer grupo como metales al menos Dy y Ca en utilización simultánea, y estando la relación molar de los dos halogenuros metálicos Va-MH: Dy-MH entre 0,1 y 10, con preferencia entre 0,2 y 5; se trata aquí de componentes volátiles pesados, que están presentes saturados;
- un segundo grupo de halogenuros metálicos, cuyo punto de ebullición está por debajo de 1000ºC (con preferencia por debajo de 900ºC), comprendiendo el segundo grupo como metales al menos uno de los elementos In, Zn, Hf, Zr; se trata aquí de componentes volátiles, que están presentes la mayoría de las veces insaturados;
- en el que la cantidad de relleno total del primer grupo de halogenuros metálicos está entre 5 y 100 \mumol/cm^{3};
- en el que la cantidad de relleno total del segundo grupo de halogenuros metálicos está entre 1 y 50 \mumol/cm^{3};
- en el que la temperatura del color está entre 2700 y 3500 K;
- en el que el índice general de reproducción del color es al menos Ra = 90, mientras que al mismo tiempo el índice de reproducción del rojo es al menos R9 = 60.
Con preferencia, la relación molar de los dos
halogenuros metálicos Ca-MH : Dy-MH
está entre 0,3 y 4. El segundo grupo comprende con preferencia
adicionalmente un halogenuro metálico del TI en una cantidad de
hasta 30 \mumol/cm^{3}, con preferencia entre 5 y 25
\mumol/cm^{3}.
Por otra parte, el primer grupo puede incluir
también un halogenuro metálico del Na en un porcentaje de hasta 30%
en moles, con preferencia de a lo sumo 5% en moles, de la cantidad
total.
Con preferencia, el primer grupo comprende
adicionalmente un halogenuro metálico del Cs en una cantidad de
hasta 40 \mumol/cm^{3}, con preferencia entre 5 y 30
\mumol/cm^{3}. Además, la presión del relleno en frío del gas
noble está de una manera ventajosa entre 100 y 10.000 mbares.
Los miembros del segundo grupo son añadidos
adicionalmente como metales en un porcentaje de hasta 30% en moles.
Además, se pueden añadir adicionalmente al menos un metal elemental
o un halogenuro metálico de los metales Al, Ga, Sn, Mg, Sb, Bi, Sc
al segundo grupo y en concreto, en total, adicionalmente, hasta un
porcentaje hasta el 40% en moles.
Por otra parte, se añade adicionalmente al menos
un halogenuro de los metales Sr, Ba, Li y/o de los metales de
tierras raras al primer grupo y, en concreto, en total,
adicionalmente hasta un porcentaje del 30% en moles.
Con preferencia, el recipiente de descarga es
metálico y tienen una relación típica entre las dimensiones máximas
internas longitudinal y lateral de a lo sumo 3,5.
De una manera ventajosa, el dimensionado del área
de la pared interior está seleccionado para que en el funcionamiento
predomine una carga de la pared interior de 10 a 60 W/cm^{2}.
El relleno libre de Hg es esencialmente un
relleno pobre en Na (con preferencia a lo sumo 5% en moles de
halogenuro de Na en la porción de relleno con punto de ebullición
> 1000ºC). Su composición está seleccionada de tal manera que al
menos están contenidos halogenuro Dy y halogenuro Ca como
componentes de relleno en la porción de las substancias de relleno
con punto de ebullición > 1000ºC, y porque está contenido al
menos un halogenuro metálico MH con punto de ebullición < 1000ºC,
que está seleccionado a partir del grupo In, Zn, Hf, Zr.
Especialmente cuando la relación
Ca-MH/DyMH > 2(especialmente con valores
> 4), puede ser ventajoso añadir otros halogenuros metálicos al
relleno, con preferencia los lantánidos mencionados más adelante en
un porcentaje de hasta 25% en moles, para compensar el sobrante en
la zona espectral roja, provocado por el porcentaje de
CaJ_{2}.
La cantidad total de relleno del primer grupo en
el recipiente de descarga debe ser CaX2 + DyX3 =
5-100 \mumol/cm^{3} (X es un halogenuro opcional
seleccionado a partir de J, Br y CI). Además, la cantidad total de
relleno del segundo grupo, que se refiere a los halogenuros
metálicos MeX_{n} de los metales In, Zn, Hf, Zr debe ser, en total
MeX_{n} = 1 - 50 \mumol/cm^{3}.
Con preferencia, la adición de
TI-MH está en el intervalo de YIX = 5 - 30
\mumol/cm^{3}. La cantidad óptima depende de otros componentes
que deben seleccionarse para conseguir una desviación mínima del
tren de curvas de Planck.
La emisión espectral de la fuente de luz se
encuentra en la zona espectral del blanco cálido entre 2700 K y 3500
K, y el índice general de reproducción del color es con preferencia
Ra > 90, siendo el índice de reproducción del rojo saturado R9
> 60.
Una característica que debe ser tenida
especialmente en cuenta de la presente invención reside en que se
mantiene una constancia excelente de la reproducción del color
también durante la atenuación de la intensidad de la luz de la
lámpara hasta el 50% aproximadamente de la potencia de la lámpara.
Los rellenos empleados hasta ahora no son adecuados para la
atenuación de la intensidad de la luz. Esto se debe a la mezcla
ponderada entre Dy y Ca en combinación con la posibilidad de
enriquecer el Ca (y eventualmente también Cs) en la fase de vapor a
través de la formación de moléculas (formación de complejos). Este
mecanismo es especialmente efectivo en el caso de rellenos libres de
mercurio. De esta manera se consigue una independencia de la
potencia de la distribución de la emisión espectral en la zona
espectral visible, de acuerdo con una capacidad excelente de
atenuación de la intensidad de la luz.
El relleno de la lámpara puede contener
halogenuro de Cs en el componente de relleno de las substancias de
relleno con un punto de ebullición > 1000ºC en una concentración
en% en moles con preferencia entre 10 y 50%, estando la cantidad
total del CsX_{i} típicamente entre 5 y 40 \mumol/cm^{3}.
Puesto que CsX mejora la estabilidad del arco y eleva el rendimiento
de la luz.
Adicionalmente, el relleno de la lámpara puede
contener al menos un halogenuro metálico con un punto de ebullición
< 1000ºC, que procede a partir del grupo Al, Ga, Sn, Mg, Mn, Sb,
Bi, Sc. Estas substancias se pueden mezclar para conseguir el ajuste
exacto de la tensión; algunas substancias son adecuadas también para
influir sobre la distribución espectral de la emisión.
En otra forma de realización, el relleno de la
lámpara puede contener adicionalmente al menos un metal elemental,
que procede a partir del grupo TI, In, Zn, Al, Ga, Sn, Mg, Mn, Sb,
Bi, Sc, estando la cantidad de relleno en el intervalo entre 0,5 y
50 \mumol/cm^{3}. Estas substancias se pueden mejorar para la
mejora del comportamiento eléctrico, por ejemplo sirven para la
reducción al mínimo de los picos de reencendido.
La porción opcional de halogenuro de Na puede
estar contenida hasta 30% en moles de la porción de relleno de los
componentes de relleno, que poseen un punto de ebullición >
1000ºC. En efecto, NaJ empeora típicamente el comportamiento de
atenuación de la intensidad de la luz o bien la constancia de
reproducción del color, pero se puede añadir a la mezcla para una
elevación del rendimiento de la luz.
En otra forma de realización preferida, en la
porción de relleno con punto de ebullición > 1000ºC puede estar
contenido al menos un halogenuro de los lantánidos y seleccionado a
partir del grupo Sr y Ba y Li, típicamente en el porcentaje de
concentración en moles hasta 35% en moles. Estas substancias son
añadidas a la mezcla para la optimización de la distribución
espectral en la zona espectral visual, por ejemplo; Sr, Ba y Li para
una mejora adicional de la emisión en la zona espectral roja, y
lantánidos en la zona espectral azul y verde.
Con preferencia, el relleno ionizable está
constituido por al menos un gas noble (Ar, Kr, Xe) con una presión
de relleno en frío de 100 a 10000 mbares. Con una presión de relleno
en frío típicamente de más de 500 mbares de Ar, es posible
especialmente una duración prolongada de la vida útil. Por debajo de
100 mbares se produce una carga demasiado fuerte de los electrodos
durante la fase de arranque de la lámpara, lo que conduce a un
comportamiento empeorado de mantenimiento.
A continuación se explica en detalle la invención
con la ayuda de varios ejemplos de realización. En este caso:
La figura 1 muestra una lámpara de halogenuros
metálicos con recipiente de descarga cerámico.
La figura 2 muestra un espectro de una lámpara de
halogenuros metálicos.
La figura 3 muestra una representación del Ra, R9
y de la temperatura del color en función del grado de atenuación de
la intensidad de la red para el primer ejemplo de realización.
La figura 4 muestra las coordenadas del color
como función del grado de atenuación de la intensidad de la luz para
el primer ejemplo de realización.
La figura 5 muestra un segundo ejemplo de
realización de un espectro de una lámpara de halogenuros
metálicos.
La figura 6 muestra una representación del Ra, R9
y de la temperatura del color en función del grado de atenuación de
la intensidad de la luz para el segundo ejemplo de realización.
La figura 7 muestra las coordenadas del color
como función del grado de atenuación para el primer ejemplo de
realización
La figura 8 muestra un tercer ejemplo de
realización de un espectro de una lámpara de halogenuros
metálicos.
La figura 9 muestra una representación del Ra, R9
y de la temperatura del color en función del grado de atenuación de
la intensidad de la luz para el tercer ejemplo de realización.
La figura 10 muestra las coordenadas del color
como función del grado de atenuación de la intensidad de la luz para
el tercer ejemplo de realización.
En la figura 1 se representa de forma esquemática
una lámpara de halogenuros metálicos con una potencia de 70 W. Está
constituida por un bulbo exterior 1 cilíndrico de cuarzo, que define
un eje de la lámpara, y que está aplastado (2) por los dos lados y
provisto con zócalo (3). El recipiente de descarga 4 dispuesto
axialmente de cerámica de Al_{2}O_{3} forma un elipsoide y está
ensanchado en el centro 5 y posee dos extremos cilíndricos 6a y 6b.
Pero también puede ser cilíndrico con tubos capilares alargados como
tapón. El recipiente de descarga está retenido en el bulbo exterior
1 por medio de dos líneas de alimentación de corriente 7, que están
conectadas con las partes del zócalo 3 por medio de láminas 8. Las
líneas de alimentación de corriente 7 están unidas por soldadura con
boquillas de paso 9, 10, que están realizadas en cada caso en un
tapón extremo 11 en el extremo del recipiente de descarga.
Las boquillas de paso 9, 10 son, por ejemplo
clavijas de molibdeno. Ambas boquillas de paso 9, 10 sobresalen por
ambos lados en el tapón 11 y de esta manera retienen los electrodos
14 en el lado de descarga, que están constituidos por una caña de
electrodo 15 de volframio y por un filamento 16 acoplado en el
extremo del lado de descarga. Las boquillas de paso 9, 10 están
unidas por soldadura a tope en cada caso con la caña del electrodo
15 así como con la línea de alimentación de corriente exterior
7.
Los tapones finales 11 están constituidos
esencialmente por un Cermet conocido en sí con el componente
cerámico Al_{2}O_{3} y el componente metálico volframio o
también molibdeno.
Además, en el segundo extremo 6b en el tapón 11
está previsto un taladro 12 paralelo al eje, que sirve de una manera
conocida en sí para la evacuación y el llenado del recipiente de
descarga. Este taladro 12 se cierra después del relleno por medio de
una clavija 13. Pero en principio, también se puede seleccionar
cualquier otra construcción conocida para el recipiente de descarga
cerámico y para la técnica del cierre.
El relleno del recipiente de descarga está
constituido por gas de encendido / gas tampón inerte, aquí argón con
250 mbares de presión de llenado en frío y por diversos aditivos de
halogenuros metálicos.
En la Tabla 1 se muestran tres ejemplos de
realización de los rellenos según la invención. Además, en las dos
últimas columnas se indican los puntos de ebullición de los
halogenuros metálicos. En todos los casos, el recipiente de descarga
cerámico configurado de forma elíptica tiene un volumen interno de
0,32 cm^{3} y un área interior de 2,35 cm^{2} con una longitud
del arco de 9 mm.
La tensión de combustión era en el primer ejemplo
de realización aproximadamente 60 V. La relación molar
\hbox{CaMH :} DyMH es aquí 60 : 15 = 4,0. Por lo tanto,
se podía realizar una lámpara de halogenuros metálicos de 70 W WDL,
cuyo espectro de emisión está dominado por bandas de CaJ_{2}
(figura 2). Se encuentran en la zona espectral roja entre 626 y 642
nm.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Como se muestra en la figura 3, el rendimiento de
la luz es 50 Im/W. El índice de reproducción del color Ra y el valor
R9 se encuentran apenas por debajo de 100. Estos valores muy buenos
son independientes de una atenuación de la intensidad de la luz
hasta por debajo del 50% de la potencia total, como se puede
reconocer a partir de las figuras 2 y 3, donde como parámetro de la
atenuación de la intensidad de la luz, la carga de la pared varía
entre 20, 30 y 40 W/cm^{2} (que corresponde a 50%, 75% y 100%
grados de atenuación). Por lo tanto, esta lámpara está muy bien
adaptada como substitución para lámparas incandescentes. La
temperatura del color T_{n} se puede regular sin escalonamiento a
través de la atenuación de la intensidad de la luz entre 3400 y 2950
K. La modificación de las coordenadas del color x e y durante la
atenuación de la intensidad de la luz se extiende casi exactamente a
lo largo de la curva de Planck (figura 4). En este caso, la cantidad
correcta de la adición de TIJ juega un papel importante. Este
hallazgo es extraordinariamente ventajoso en comparación con los
rellenos anteriores.
En el segundo ejemplo de realización, cuyo
espectro se muestra en la figura 5, la tensión de combustión es 80
V. La relación molar es CaMH : DyMH = 29:39 = 0,74. El índice R9
varía según la figura 6 entre 60 y 85, según la atenuación de la
intensidad de la luz, el Ra estuvo siempre claramente por encima de
90, la temperatura del color estaba durante la atenuación de la
intensidad de la luz entre 50 y 100% casi constante en
aproximadamente 3100 K. El valor R9 está aproximadamente en 50 con
una atenuación baja de la intensidad de la luz en la proximidad del
50% (que corresponde a una carga de la pared de 20 W/cm^{2}), pero
bastante alta , en 75 a 80, con una atenuación alta de la intensidad
de la luz hasta 100% de la potencia posible (carga de la pared
típicamente de 32 W/cm^{2}). Las coordenadas del color x e y se
muestran en la figura 7.
En un tercer ejemplo de realización, cuyo
espectro se muestra en la figura 8, la tensión de combustión es 73
V. La relación molar es CaMH : DyMH = 30:45 = 0,67. Para la
adaptación de la tensión se utilizó una mezcla de InJ y HfBr_{4}.
Durante la atenuación de la intensidad de la luz (figura 9) se
muestra un comportamiento muy estable: todos los índices del color
(Ra y R9) muestran un comportamiento casi constante y casi ninguna
dependencia del grado de atenuación de la intensidad de la luz. El
valor rojo R9 está claramente por encima de 70 y Ra está en 95
aproximadamente. Las coordenadas del color x e y (figura 10) están
durante la atenuación de la intensidad del color en una temperatura
constante del color de aproximadamente 3000 K.
En todos los ejemplos de realización existía para
el recipiente de descarga, que representa un elipsoide, una relación
de aproximadamente 1,7 entre la dimensión longitudinal interior y la
dimensión lateral. La longitud axial interior era 12 mm
(interpretada como longitud total de la elipse inscrita
(representada con línea de trazos en la figura 1)), el diámetro
máximo interior del recipiente de descarga ensanchado en forma de
círculo transversalmente al eje de la lámpara era 7 mm.
Claims (11)
1. Lámpara de halogenuros metálicos libre de
mercurio con color de la luz blanco cálido y alto índice de
reproducción del color Ra, comprendiendo la lámpara un recipiente de
descarga, en el que se insertan electrodos de forma hermética a
vacío y con un relleno ionizable en el recipiente de descarga,
caracterizada porque el relleno comprende los siguientes
componentes:
- -
- un gas noble, que actúa como gas tampón,
- -
- un primer grupo de halogenuros metálicos (MH), cuyo punto de ebullición está por encima de 1000ºC, comprendiendo el primer grupo como metales al menos Dy y Ca en utilización simultánea, y estando la relación molar de los dos halogenuros metálicos Va-MH : Dy-MH entre 0,1 y 10;
- -
- un segundo grupo de halogenuros metálicos, cuyo punto de ebullición está por debajo de 1000ºC, comprendiendo el segundo grupo como metales al menos uno de los elementos In, Zn, Hf, Zr;
- -
- en el que la cantidad de relleno total del primer grupo de halogenuros metálicos está entre 5 y 100 \mumol/cm^{3};
- -
- en el que la cantidad de relleno total del segundo grupo de halogenuros metálicos está entre 1 y 50 \mumol/cm^{3};
- -
- en el que la temperatura del color está entre 2700 y 3500 K;
- -
- en el que el índice general de reproducción del color es al menos Ra = 90, mientras que al mismo tiempo el índice de reproducción del rojo es al menos R9 = 60.
2. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque la relación
molar de los dos halogenuros metálicos Ca-MH :
Dy-MH está entre 0,2 y 5.
3. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque el segundo
grupo comprende adicionalmente un halogenuro metálico del TI en una
cantidad de hasta 30 \mumol/cm^{3}; con preferencia entre 5 y 25
\mumol/cm^{3}.
4. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer
grupo incluye también un halogenuro metálico del Na, en un
porcentaje de hasta 30% en moles, con preferencia de máximo 5% en
moles, de la cantidad total.
5. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer
grupo comprende adicionalmente un halogenuro metálico del Cs en una
cantidad de hasta 40% \mumol/cm^{3}; con preferencia entre 5 y
30 \mumol/cm^{3}.
6. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque la presión de
relleno en frío del gas noble está entre 100 y 10.000 mbares.
7. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque los miembros
del segundo grupo son añadidos adicionalmente como metales en un
porcentaje de hasta 30% en moles.
8. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque se añade
adicionalmente al menos un halogenuro metálico de los metales Al,
Ga, Sn, Mg, Sb, Bi, Sc para el segundo grupo y en concreto, en
total, adicionalmente, hasta un porcentaje hasta el 40% en
moles.
9. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque se añade
adicionalmente al menos un halogenuro de los metales Sr, Ba, Li y/o
de los metales de tierras raras al primer grupo y, en concreto, en
total adicionalmente hasta un porcentaje del 30% en moles.
10. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque el recipiente
de descarga con preferencia metálico posee una relación típica entre
las dimensiones máximas internas longitudinal y lateral de a lo sumo
3,5.
11. Lámpara de halogenuros metálicos sin mercurio
según la reivindicación 1, caracterizada porque el área de la
pared interior del recipiente de descarga está dimensionada de tal
forma que predomina una carga de la pared de 10 a 60 W/cm^{2}.
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