ES2241605T3 - Lampara de halogenuro metalico. - Google Patents

Abstract

Una lámpara de halogenuro metálico provista de un recipiente de descarga que tiene una pared cerámica que encierra un espacio de descarga, en cuyo espacio de descarga, que contiene Xe y un relleno ionizable con Nal y Cel3, están dispuestos dos electrodos cuyas puntas tienen una separación mutua EA, mientras que el recipiente de descarga tiene un diámetro interno Di al menos en la distancia EA, caracterizada porque Di=2 mm y se cumple la relación EA/Di<5.

Description

Lámpara de halogenuro metálico.

La invención se refiere a una lámpara de halogenuro metálico provista de un recipiente de descarga que tiene una pared cerámica que encierra un espacio de descarga, en cuyo espacio de descarga, que contiene Xe y un relleno ionizable con Nal y Cel_{3}, están dispuestos dos electrodos cuyas puntas tienen una separación mutua EA, mientras que el recipiente de descarga tiene un diámetro interno Di al menos en la distancia EA.

Una lámpara de la clase mencionada en el párrafo inicial es conocida por el documento WO 98/25294-A (PHN 16.105). La lámpara conocida tiene un rendimiento luminoso grande y buenas propiedades cromáticas (entre las cuales, un índice general R_{a} de calidad (representación) cromática de entre 40 y 65 y una temperatura T_{c} de color de entre 2.600 y 4.000 K) y es muy adecuada como una fuente luminosa para iluminación pública. En esta lámpara es utilizado el reconocimiento de que una calidad cromática aceptable es posible cuando se usa halogenuro de Na como un ingrediente de relleno de una lámpara y tiene lugar un fuerte ensanchamiento y reversión de la emisión de Na en las líneas de Na-D. Este efecto requiere una temperatura T_{kp} alta del punto más frío en el recipiente de descarga de, por ejemplo, 1.170 K (900ºC). La inversión y el ensanchamiento de las líneas de Na-D causa que estas líneas adopten la forma de una banda de emisión en el espectro con dos máximos en una separación mutua \Delta\lambda

La exigencia de que T_{kp} debe tener un valor alto excluye el uso de cuarzo o vidrio de cuarzo para la pared del recipiente de descarga y necesita el uso de un material cerámico para la pared del recipiente de descarga.

En la descripción y conclusiones presentes, se comprende que una pared cerámica significa tanto una pared fabricada de óxido metálico, tal como, por ejemplo, Al_{2}O_{3} policristalino sinterizado densamente de zafiro o granate de aluminio e itrio (YAG: yttrium aluminium garnet), como una pared fabricada de nitruro metálico, A1N por ejemplo.

La lámpara conocida no solo tiene una calidad cromática aceptable sino también un rendimiento luminoso muy grande. Con este fin, el relleno del recipiente de descarga comprende yoduro de Ce además de halogenuro de Na. Además, el recipiente de descarga contiene Xe.

Una desventaja de la lámpara conocida es que tiene una separación entre electrodos comparativamente grande y por consiguiente una forma muy alargada, lo que hace la lámpara menos adecuada para aplicaciones ópticas en las que es necesario un enfoque preciso de la luz generada.

La invención tiene por objeto proporcionar una medida mediante la que es eliminada la desventaja anterior.

Según la invención, una lámpara de la clase mencionada en el párrafo inicial está caracterizada con este fin porque Di\leq2 mm, y se cumple que la relación EA/Di<5.

La lámpara según la invención tiene la ventaja de que el recipiente de descarga tiene dimensiones muy reducidas que hacen la lámpara muy adecuada para el uso en un faro para un automóvil. Debido al diámetro interno pequeño en comparación con la separación entre electrodos, y así la longitud del arco de descarga, el arco de descarga es encerrado por la pared del recipiente de descarga, de modo que el arco de descarga tiene una forma suficientemente recta para que sea adecuado para el uso como una fuente luminosa para un faro de automóvil. Se halla que un diámetro interno Di\leq2 mm es de importancia esencial para realizar una delineación de haz luminoso bien definida necesaria para el uso en automóviles en combinación con un punto luminoso pequeño de alto brillo inmediatamente adyacente a esta delineación. Preferiblemente, Di\leq1,4 mm. Tal diámetro interno muy pequeño hace la lámpara particularmente adecuada para el uso como una fuente luminosa en un faro de forma compleja. Una ventaja de un faro tal es que no es necesario un obturador distinto de haz luminoso de cruce en la formación del haz luminoso que ha de ser generado para realizar una delineación de haz suficientemente definida. Sin embargo, el Di es elegido para ser tan grande que pueda ser realizada una vida en conmutación de 2.000 horas. Preferiblemente, también se cumple la relación EA/Di>2,75. De esta manera se consigue que un valor de EA suficientemente grande pueda ser realizado todavía mientras se mantienen dimensiones suficientemente pequeñas de la fuente ópticamente activa. La lámpara es particularmente adecuada para uso en un faro con un haz luminoso de cruce europeo cuando el diámetro interno Di es elegido tal que se cumple la relación 1,4<Di\leq2 mm. Generalmente, aquí será usado un obturador de haz luminoso de cruce que intercepta parte de la luz emitida entre las puntas de electrodos tal que el haz luminoso formado por la linterna evita el deslumbramiento del tráfico en sentido contrario.

Las dimensiones ópticas de la fuente luminosa son influenciadas favorablemente además por una elección adecuada del espesor de la pared. Este es elegido preferiblemente tal que la pared del recipiente cerámico de descarga tiene un espesor de 0.4 mm como máximo al menos en la distancia EA. Si la lámpara sirve como una linterna de forma compleja, el espesor de pared del recipiente de descarga será preferiblemente 0,3 mm como máximo. Aunque el material cerámico de pared tiene por sí mismo propiedades de dispersión de la luz generalmente fuertes, aquí es realizada convenientemente una fuente luminosa que tiene dimensiones ópticas comparables con las dimensiones habituales de faros existentes equipados con hélices incandescentes.

Es necesario que concentraciones suficientemente altas de Na y Ce estén presentes en la descarga a fin de conseguir un rendimiento luminoso grande y buenas propiedades cromáticas, que se manifiestan en el valor de \Delta\lambda. El valor de \Delta\lambda depende, entre otras cosas, de la relación molar Nal : Cel_{3} y del nivel de T_{kp}. En la lámpara según la invención se halló que es necesario un valor de \Delta\lambda de al menos 3 nm. Preferiblemente, el valor de \Delta\lambda es \leq6 nm.

Experimentos adicionales han mostrado que es deseable que el recipiente de descarga de la lámpara tenga una carga de pared \leq120W/cm^{2}. La carga de pared es definida aquí como el cociente de la potencia de lámpara dividida por la superficie exterior de la porción del recipiente de descarga que está situada entre las puntas de electrodos. De tal modo, se consigue que un valor alto requerido de \Delta\lambda pueda ser realizado mientras que, al mismo tiempo, la temperatura máxima de pared del recipiente de descarga permanece limitada durante el funcionamiento de la lámpara. Las temperaturas y presiones predominantes en el recipiente de descarga, en el caso de valores de carga de pared superiores a 120 W/cm^{2}, resultan tales que los procesos químicos que atacan la pared del recipiente de descarga originan un acortamiento inaceptable de la vida de la lámpara. Además, las tensiones térmicas resultantes particularmente de gradientes de temperatura durante el calentamiento después de encender y el enfriamiento después de apagar la lámpara forman una fuente de un acortamiento inaceptable de la vida de la lámpara.

En una realización conveniente de la lámpara según la invención, el recipiente de descarga está cerrado en un extremo por un tapón saliente cerámico, y una porción del tapón saliente cerámico y una porción contigua del recipiente cerámico de descarga están provistas de un revestimiento externo. Esto consigue, por una parte, un mejor control de temperatura y, por tanto, una temperatura más alta de las sales de yoduros en el relleno y, por otra parte, una interrupción de la luz que sale detrás de la punta de electrodo, lo que es muy favorable para realizar una delineación de haz luminoso bien definida. Se halla que el Pt es muy adecuado como un material para el revestimiento. Una ventaja adicional es que el ennegrecimiento de la pared detrás del electrodo no afecta a la producción de lúmenes de la lámpara. Una lámpara adecuada para una linterna de forma compleja está provista preferiblemente de un revestimiento externo en ambos extremos. Aunque un revestimiento en el extremo del recipiente de descarga que está en el lado de casquillo de lámpara podría ser suficiente, la provisión del revestimiento en ambos extremos consigue una construcción simétrica del recipiente de descarga. Esta es una ventaja importante tanto en la fabricación del recipiente de descarga como durante el montaje subsiguiente de la lámpara. El revestimiento se extiende preferiblemente sobre el recipiente cerámico de descarga hasta al menos 0,5 mm de la punta de electrodo. Por otra parte, el revestimiento no se extiende preferiblemente más allá de la punta de electrodo puesto que esto afectaría desfavorablemente a la producción de lúmenes de la lámpara.

Según la invención, la relación molar Nal : Cel_{3} está entre 2 y 25. Se halla, por una parte, que el rendimiento luminoso resulta inaceptablemente bajo y, por otra parte, que la luz radiada por la lámpara contiene una cantidad excesiva de verde en el caso de una relación menor que 2. Una corrección del color de luz, por ejemplo mediante la adición de sales al relleno ionizable del recipiente de descarga, solo es posible en este caso en perjuicio del rendimiento luminoso. Sin embargo, si la relación es mayor que 25, la influencia del Ce en las propiedades cromáticas de la lámpara es tan pequeña que estas se parecen mucho a las de las lámparas de sodio a presión alta conocidas. Se halló que era deseable que la lámpara radiara luz con una temperatura T_{c} de color de al menos 3.000 K, y preferiblemente entre 3.500 K y 4.500 K, si es para ser usada en un faro de automóvil. Para incrementar el valor de temperatura de color obtenible con Nal-Cel_{3}, por ejemplo es posible añadir Cal_{2} y Dyl_{3} al relleno ionizable, por ejemplo en porcentajes molares de 47 de Na, 7,7 de Ce, 39,2 de Ca y 6,1 de Dy.

Xe es añadido al relleno ionizable del recipiente de descarga con una presión alta de relleno. Aquí, el Xe asegura una producción rápida de lúmenes inmediatamente después del encendido de la lámpara. La elección de la presión de relleno del gas noble influencia además al equilibrio térmico del recipiente de descarga y, por tanto, a la vida útil de la lámpara. Se halló que una presión de al menos 5 x 10^{5} Pa es necesaria para realizar una vida de lámpara de 10.000 operaciones de conmutación. Preferiblemente, la presión de relleno está en un margen de 7 x 10^{5} Pa a 20 x 10^{5} Pa, más particularmente de 10 x 10^{5} Pa a 20 x 10^{5} Pa. Esto ofrece una posibilidad de realizar vidas de lámparas de 20.000 operaciones de conmutación y más.

Los aspectos anteriores y adicionales de la lámpara según la invención serán explicados ahora con referencia a un dibujo (a escala no real), en el que:

la Figura 1 muestra esquemáticamente una lámpara según la invención, y

la Figura 2 muestra con detalle el recipiente de descarga de la lámpara de la Figura 1.

La Figura 1 muestra una lámpara de halogenuro metálico provista de un recipiente 3 de descarga. El recipiente 3 de descarga es mostrado con más detalle en la Figura 2, con una pared cerámica 31 que encierra un espacio 11 de descarga conteniendo Xe y un relleno ionizable con Nal y Cel_{3}. Dos electrodos con puntas 4a, 5a, que tienen una separación mutua EA, están dispuestos dentro del recipiente de descarga que tiene un diámetro interno Di al menos en el área de la separación mutua EA.

El recipiente de descarga está cerrado en cada extremo por un tapón saliente cerámico 34, 35 respectivo que rodea con separación pequeña un conductor pasante respectivo 40, 50 de corriente eléctrica al electrodo 4,5 dispuesto en el recipiente de descarga, y que está conectado al conductor pertinente de una manera hermética al gas por medio de una junta cerámica de fusión 10 en un extremo orientado en sentido contrario al espacio de descarga. El recipiente de descarga está rodeado por una ampolla exterior 1. Parte del tapón saliente cerámico 34, 35 y una porción contigua del recipiente cerámico 3 de descarga están provistas de un revestimiento externo 41, 51. La lámpara está provista además de un casquillo 2 de lámpara. Una descarga se extiende entre los electrodos 4 y 5 en el estado operativo de la lámpara. El electrodo 4 está conectado a un primer contacto eléctrico, que forma parte del casquillo 2 de lámpara, por un conductor 8 de corriente eléctrica. El electrodo 5 está conectado a un segundo contacto eléctrico, que forma parte del casquillo 2 de lámpara, por los conductores 9 y 19 de corriente eléctrica. El conductor 19 de corriente eléctrica está rodeado por un tubo cerámico 110.

En una realización práctica de una lámpara según la invención como es representada en el dibujo, fueron fabricadas un número de lámparas con una potencia nominal de 26 W cada una. Las lámparas son adecuadas para uso como faros en un automóvil. El relleno ionizable del recipiente de descarga de cada lámpara individual comprende 0,35 mg de Hg y 0,7 mg de yoduro de NaCe en un porcentaje molar de 85,7 de Na y 14,3 de Ce (relación molar de 6:1). El relleno comprende además Xe con una presión de relleno de 7 x 10^{5} Pa a temperatura ambiente.

La distancia EA entre las puntas de electrodos es 5 mm, el diámetro interno Di es 1,4 mm, de modo que la relación EA/Di es igual a 3,57. El espesor de pared del recipiente de descarga es 0,3 mm. Por consiguiente, la lámpara tiene una carga de pared de 83 W/cm^{2}. Parte del tapón saliente cerámico y una porción contigua del recipiente cerámico de descarga están provistas de un revestimiento externo de Pt. El revestimiento externo se extiende hasta 0,25 mm desde la punta de electrodo pertinente. La ampolla exterior de la lámpara está fabricada de vidrio de cuarzo. El diámetro interno de la ampolla exterior es 3 mm, su espesor de pared es 2 mm. La ampolla exterior está llena de N_{2} con una presión de relleno de 1,5 x 10^{5} Pa.

La lámpara tiene un rendimiento luminoso de 82 lm/W en su estado operativo. La luz radiada por la lámpara tiene valores para R_{a} y T_{c} de 65 y 3.500 K, respectivamente, con una vida de lámpara de 250 horas. Aquí, el valor de \Deltalambda es 6,2 nm. Los valores de las cantidades anteriores se han convertido en 74 lm/W, 69, 3.650 K y 6,6 nm después de 2.000 horas de funcionamiento.

Una serie adicional de lámparas comparables fue sometida a un ensayo de vida en conmutación. En este caso, el revestimiento externo se extendía a 0,5 mm desde la punta de electrodo pertinente. Después de 500 operaciones de conmutación, los valores del rendimiento luminoso, R_{a}, T_{c} y \Delta\lambda fueron 77 lm/W, 65, 3.300 K y 6 nm respectivamente. Los valores fueron 72 lm/W, 73, 3.590 K y 6,5 nm después de 41.000 operaciones de conmutación. Para comparación, se observa que una lámpara de mercurio a presión alta usada como una lámpara de descarga en una linterna de coche y provista de un recipiente de descarga de vidrio de cuarzo (marca Philips, tipo D2R) tiene una potencia nominal de 35 W y un rendimiento luminoso de 80 lm/W. La luz radiada por esta lámpara tiene las propiedades siguientes: T_{c} = 4.000 K y R_{a} = 69. La lámpara conocida no está diseñada para uso en una linterna de forma compleja.

En un diseño modificado, las lámparas según la invención son adecuadas para el uso en un faro con un haz luminoso de cruce europeo. Las lámparas están diseñadas para una potencia nominal de 35 W. La lámpara tiene una ampolla exterior de vidrio de cuarzo provista de un revestimiento en forma de banda para realizar el haz luminoso de cruce necesario, por ejemplo para formar una delineación de haz luminoso suficientemente definida. En una realización preferida, este revestimiento es eléctricamente conductor, mediante lo cual es realizada una reducción en la tensión de encendido. Una reducción adicional en la tensión de encendido es convenientemente obtenible porque el recipiente de descarga está provisto de una pista metálica, hecha de W por ejemplo, en su superficie exterior.

En una realización alternativa de la lámpara según la invención, la ampolla exterior está provista de un revestimiento reflector del calor en el área del tapón saliente cerámico. Este revestimiento puede ser usado en combinación con un revestimiento en el recipiente de descarga así como en lugar de un revestimiento externo en el recipiente de descarga. Preferiblemente, el revestimiento reflector está dispuesto en la superficie interior de la pared de la ampolla exterior puesto que este método produce una pérdida de flujo luminoso en el haz luminoso menor que en el caso de un revestimiento dispuesto externamente.

El alcance de la invención no está limitado a las realizaciones. La invención es materializada en cada característica nueva y cada combinación de características. Cualquier señal de referencia no limita el alcance de las reivindicaciones. La palabra "comprender" no excluye la presencia de elementos o pasos distintos que los relacionados en una reivindicación. El uso de la palabra "un" precediendo a un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos.

Claims (9)

1. Una lámpara de halogenuro metálico provista de un recipiente de descarga que tiene una pared cerámica que encierra un espacio de descarga, en cuyo espacio de descarga, que contiene Xe y un relleno ionizable con Nal y Cel_{3}, están dispuestos dos electrodos cuyas puntas tienen una separación mutua EA, mientras que el recipiente de descarga tiene un diámetro interno Di al menos en la distancia EA, caracterizada porque Di\leq2 mm y se cumple la relación EA/Di<5.

2. Una lámpara según la reivindicación 1, caracterizada porque Di\leq1,4 mm y porque también se cumple la relación EA/Di>2,75.

3. Una lámpara según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el recipiente de descarga de la lámpara tiene una carga de pared con un valor \leq120 W/cm^{2}.

4. Una lámpara según la reivindicación 1 o 3, caracterizada porque se cumple la relación 1,4 mm<Di\leq2 mm.

5. Una lámpara según la reivindicación 1, 2, 3 o 4, caracterizada porque la pared del recipiente cerámico de descarga tiene un espesor de 0,4 mm como máximo al menos en la distancia EA.

6. Una lámpara según la reivindicación 1, 2, 3, 4 o 5, caracterizada porque el recipiente de descarga está cerrado en un extremo por un tapón saliente cerámico, y una porción del tapón saliente cerámico y una porción contigua del recipiente cerámico de descarga están provistas de un revestimiento externo.

7. Una lámpara según la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5 o 6, caracterizada porque el Xe tiene una presión de relleno de al menos 5x10^{5} Pa.

8. Una lámpara según la reivindicación 7, caracterizada porque el Xe tiene una presión de relleno que está en un margen de 7x10^{5} Pa a 20x10^{5} Pa.

9. Una lámpara según la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 o 8, caracterizada porque el Nal y el Cel_{3} están presentes en una relación molar que está en un margen de 3 a 25.