ES2267589T3 - Lampara de descarga de alta presion. - Google Patents
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Abstract
Lámpara de descarga de alta presión que comprende: un recipiente (1) de vidrio de cuarzo cerrado de una manera impermeable a los gases y que tiene una pared (2) que rodea un espacio (3) de descarga; un relleno que comprende mercurio y haluros metálicos en el espacio (3) de descarga; un ánodo (4) y un cátodo (5) dispuestos en el espacio (3) de descarga, que definen una trayectoria (6) de descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a alimentadores (7, 8) a su través de corriente, que se extienden desde el espacio (3) de descarga a través de la pared (2) del recipiente (1) de lámpara hacia el exterior, teniendo el ánodo (4) una punta (9) con una superficie terminal roma; una corriente I de lámpara a través de la trayectoria (6) de descarga de la lámpara, definiéndose la corriente I de lámpara como: I = P/V en la que P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y V es la tensión de la lámpara en voltios; una razón de diferencia de potencia PGR, definiéndose como: PGR= P/D en la que P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y D es la distancia D de electrodo en mm, caracterizada porque el área S de superficie terminal en mm2 y la corriente I de lámpara en amperios satisface una relación según la cual 0, 09 = S/I = 0, 16, con 3, 5 = S/I = 8, 0 amperios; el relleno comprende una cantidad de mercurio de entre 65 y 125 mg/cm3; la distancia D de electrodo es de entre 1 y 2 mm; y la PGR es de al menos 120 W/mm.
Description
Lámpara de descarga de alta presión.
La invención se refiere a una lámpara de
descarga de alta presión que comprende:
un recipiente de lámpara de vidrio de cuarzo
cerrado de una manera impermeable a los gases y que tiene una pared
que rodea un espacio de descarga;
un relleno que comprende mercurio y haluros
metálicos en el espacio de descarga;
un ánodo y un cátodo dispuestos en el espacio de
descarga, que definen una trayectoria de descarga, separados por una
distancia D de electrodo, y conectados a alimentadores a su través
de corriente que se extienden desde el espacio de descarga a través
de la pared del recipiente de lámpara hasta el exterior, tenido el
ánodo una punta con una superficie S terminal roma;
una corriente I de lámpara a través de la
trayectoria de descarga de la lámpara, definiéndose la corriente I
de lámpara como:
I =
P/V
en la
que
P es la potencia nominal de la lámpara en vatios
y
V es la tensión de la lámpara en voltios;
una razón de diferencia de potencia (power gap
ratio-PGR), definiéndose como:
PGR =
P/D
en la
que
P es la potencia nominal de la lámpara en vatios
y
D es la distancia D de electrodo en mm.
Una lámpara de este tipo se conoce a partir del
documento EP-A-0 714 118. En la
lámpara conocida, se añade una cantidad de mercurio de 50
mg/cm^{3} al relleno del espacio de descarga. La lámpara conocida
tiene una potencia media de 250 W y una tensión media de
aproximadamente 66 V. La corriente I de lámpara durante el
funcionamiento estable de la lámpara es de aproximadamente 3,8
amperios, el ánodo de la lámpara tiene una punta con un diámetro de
0,5 mm, dando como resultado una razón S/I de 0,051 mm^{2}/A. La
lámpara conocida es una lámpara de CC y se usa para aplicaciones de
proyección, por ejemplo proyección de cristal líquido. En esta
aplicación, el recipiente de lámpara de vidrio de cuarzo, siendo el
vidrio de cuarzo un vidrio que tiene un contenido de SiO_{2} de al
menos un 95% en peso, se monta en una unidad/un sistema óptico que
dirige la luz, por ejemplo, un reflector que tiene un punto focal.
El requisito principal de las lámparas de descarga de alta presión
empleadas para aplicaciones de proyección es una alta luminancia.
Puede lograrse una alta luminancia concentrando una potencia de
entrada elevada en una lámpara con una trayectoria de descarga
corta, lo que significa que la PGR es comparativamente alta. Esto
puede comprenderse a partir del hecho de que entonces una parte
sustancial de la trayectoria de descarga está en, o al menos
adyacente a, el punto focal del reflector. Otros requisitos de las
lámparas de descarga de alta presión empleadas para aplicaciones de
proyección son altos lúmenes de pantalla, un buen mantenimiento del
sistema, una trayectoria de descarga estable, y que el quemador debe
permanecer transparente a lo largo de la vida, es decir, deben
reducirse el ennegrecimiento y el ataque de pared hasta un nivel
aceptable. La lámpara conocida tiene la desventaja de que tiene una
distancia de electrodo en el intervalo de 2,5-3 mm y
una potencia de lámpara en el intervalo de 125-250
W. Esto significa un intervalo de PGR de sólo 40-80
W/mm. Así, una distancia de electrodo comparativamente grande de 3
mm hace que la lámpara conocida sea comparativamente inadecuada para
sistemas de iluminación con elevados requisitos ópticos porque
partes sustanciales de la trayectoria de descarga están fuera del
punto focal del reflector. Sin embargo, para superar la desventaja
de la gran distancia de electrodo, una simple disminución en la
distancia de electrodo conduce a nuevos inconvenientes de la
lámpara, por ejemplo, un aumento de la corrosión del ánodo y/o
inestabilidad de la trayectoria de descarga, de ahí el riesgo de
fallo prematuro de la lámpara.
Es un objeto de la invención proporcionar una
lámpara de descarga de alta presión del tipo descrito en el párrafo
de introducción, en la que se contrarrestan las desventajas
mencionadas anteriormente.
Según la invención, este objeto se logra con una
lámpara de descarga de alta presión del tipo descrito en el párrafo
de introducción, que se caracteriza porque el área S de superficie
terminal en mm^{2} y la corriente I de lámpara en amperios
satisfacen una relación según la cual 0,09 \leq S/I \leq 0,16,
con 3,5 \leq I \leq 8,0 amperios; el relleno comprende una
cantidad de mercurio de entre 65 y 125 mg/cm^{3}; la distancia de
electrodo es de entre 1 y 2 mm; y la PGR es de al menos 120
W/mm.
Los experimentos revelaron que la lámpara de la
invención tal como se define en la redacción de la reivindicación
tomada como una totalidad de características mutuamente dependientes
cumple el objeto de la invención. Por ejemplo, una razón S/I que es
menor que el intervalo dado, por ejemplo, debido a una disminución
del área S de superficie terminal del ánodo o un aumento en la
corriente I de lámpara, conducirá una temperatura del ánodo
demasiado elevada en su superficie terminal, véase la tabla 1.
| Nº de lámpara | S en mm^{2} | I en amperios | S/I en mm^{2}/A | T_{sup \ term} en K |
| L1 (ref) | 0,65 | 5 | 0,13 | 3000 |
| L2 | 0,20 | 5 | 0,04 | 3200 |
Se considera que esta temperatura es demasiado
elevada porque conducirá posteriormente a un aumento de la corrosión
del ánodo en su superficie terminal. El material así liberado del
ánodo corroído se depositará sobre la pared del recipiente de
lámpara y producirá el ennegrecimiento de la pared. Entonces, no
sólo disminuirá la eficacia luminosa de la lámpara sino que también
aumenta el riesgo de una vida de la lámpara más corta. Si la razón
S/I es superior que el intervalo dado, existe un mayor riesgo de
inestabilidad de la trayectoria de descarga. La inestabilidad de la
trayectoria de descarga se observa como un centelleo que es incómodo
para el ojo humano. El centelleo significa que el punto de unión de
la trayectoria de descarga migra sobre la superficie terminal del
ánodo, por tanto variará la posición de la trayectoria de descarga.
Cuando la lámpara se construye en un reflector que tiene un punto
local fijo, existe un mayor riesgo de que al menos parte del tiempo
la trayectoria de descarga estará fuera del punto focal del
reflector, conduciendo a la pérdida de luz. La inestabilidad de la
trayectoria de descarga y el centelleo resultante también es
probable que se produzcan sólo si se aumenta la distancia de
electrodo (o separación) en la lámpara conocida. El riesgo de
inestabilidad de la trayectoria de descarga no aumenta cuando se
llevan a cabo un aumento de la cantidad de mercurio por unidad de
volumen, es decir, en la presión de funcionamiento, y una
disminución en la distancia de electrodo junto a un ajuste de la
superficie S terminal del ánodo según la relación dada con la
corriente I de lámpara.
Para permitir aplicaciones de la lámpara de
brillo elevado, comparativamente se necesitan valores altos de
luminancia de la lámpara. La luminancia L en el centro de la
trayectoria de descarga es directamente proporcional a la potencia P
de la lámpara e inversamente proporcional a la distancia D de
electrodo según: L \propto (P/D). P/D es la PGR. Un consumo de
potencia media normal y una tensión media normal para lámparas según
la invención en general son de 200-400 W y
50-60 V, respectivamente. En combinación con la
distancia D de electrodo de entre 1 y 2 mm, son factibles valores
comparativamente elevados de al menos 120 W/mm e incluso de hasta
200 W/mm para la PGR. Debido a estos valores elevados de PGR, se
obtienen los valores necesarios de luminancia L comparativamente
elevados.
Una realización de la lámpara de descarga de
alta presión se caracteriza porque el relleno comprende un emisor
que contiene halógeno, por ejemplo, un emisor en fase gaseosa. El
halógeno se selecciona del grupo que consiste en cloro, bromo y
yodo. Los emisores que dan lugar a buenos resultados son bromuros
alcalinos y en un grado algo menor los bromuros de lantánidos. El
emisor reduce la temperatura necesaria para que el cátodo suministre
electrones. Sin emisor, las corrientes de lámpara de 4 a 6 amperios
requieren temperaturas de cátodo de tungsteno de 3000 a 3600 K,
mientras que en presencia de un emisor, por ejemplo, DyBr_{3}, son
suficientes temperaturas de cátodo de tungsteno de 2200 a 2800 K son
suficientes para establecer la misma corriente.
Una realización favorable de la lámpara de
descarga de alta presión según la invención se caracteriza porque el
relleno comprende InBr y SnBr_{2}. A menudo es probable que la
pared de vidrio de cuarzo de una lámpara de descarga de alta presión
experimente corrosión debido a su relleno, que contiene metales de
tierras raras o haluros de metales de tierras raras. La corrosión de
la pared de vidrio de cuarzo aumenta el riesgo de fallo prematuro de
la lámpara. Descartando o disminuyendo la cantidad de materiales de
tierras raras y el uso en su lugar de InBr y SnBr_{2} como
componentes principales del relleno de descarga reduce el riesgo de
corrosión de la lámpara de vidrio de cuarzo. El uso de los emisores
LiBr, NaBr y KBr en lugar de DyBr_{3} conduce a una disminución
adicional en la corrosión de la pared de vidrio de cuarzo, a pesar
del aumento moderado en la temperatura del cátodo. Si se sustituye
el DyBr_{3} por NaBr o LiBr, la temperatura de color de la lámpara
es menor debido a una emisión de luz amarilla/roja más fuerte por
parte del Na o el Li. La tabla 2 muestra las propiedades
características a una vida de lámpara cero con diferentes
emisores.
En todas las lámparas que tienen un emisor en
fase gaseosa en el relleno, la distancia de electrodo aumenta
comparativamente de manera lenta y la descarga permanece siendo
comparativamente estable. Por otro lado, la lámpara sin un emisor en
fase gaseosa experimentó una corrosión de cátodo significativa que
conduce a un aumento comparativamente rápido en la distancia de
electrodo. Debido a la combinación de un emisor en fase gaseosa y un
relleno que comprende SnBr_{2} e InBr, el recipiente de lámpara
permaneció siendo transparente y como resultado se obtuvo un
mantenimiento del sistema comparativamente bueno para las lámparas
que tienen un emisor en fase gaseosa en el relleno.
Tal como se muestra en la tabla 2, el valor de
lúmenes por vatio (lm/W) de la lámpara que tiene NaBr como emisor en
fase gaseosa es comparativamente elevado. Esto se debe a la emisión
del sodio a aproximadamente 590 nm. Sin embargo, esta emisión no
puede utilizarse para lámparas de proyección de datos/vídeo basadas
en el sistema rojo-verde-azul porque
esta emisión está entre el rojo y el verde. Así, la lámpara con NaBr
aparentemente tiene una eficacia del sistema que es aproximadamente
igual a la eficacia del sistema de las lámparas que tienen un emisor
en fase gaseosa diferente. Sin embargo, es arbitrario cuantificar la
eficacia del sistema, ya que depende en gran medida del tipo de
sistema óptico elegido.
Sorprendentemente se halló que el uso de KBr
como emisor en fase gaseosa proporcionó una reducción significativa
adicional en la corrosión de la pared de vidrio de cuarzo del
recipiente de lámpara en comparación con la corrosión de la pared de
vidrio de cuarzo de lámparas que tienen emisores en fase gaseosa de,
por ejemplo, NaBr o LiBr. Además, pareció que si los alimentadores a
su través de corriente comprenden una lámina de molibdeno, es
particularmente esta lámina la que se corroe en la lámpara. De
nuevo, la lámpara que tiene KBr como un emisor en fase gaseosa
proporcionó una disminución significativa en el ataque del
alimentador a su través de corriente. En particular, se observó una
reducción en la corrosión de su lámina de molibdeno en comparación
con lámparas que tienen LiBr o NaBr como emisor en fase gaseosa. Se
encontró que el relleno que comprende InBr, SnBr_{2}, y haluros de
Li/Na/K y mercurio no era agresivo hacia el tungsteno.
Otra realización de la lámpara de descarga de
alta presión según la invención se caracteriza porque el ánodo y el
cátodo tienen puntas que consisten esencialmente en tungsteno puro.
Experimentos revelaron que el uso de tungsteno esencialmente puro,
es decir, material no dopado conocido como "tungsteno ZG", da
como resultado una velocidad de corrosión comparativamente baja de
la pared de vidrio de cuarzo. El uso del material dopado con
Al-K-Si conocido como "tungsteno
WD" o material de tungsteno dopado con torio, aumentó el riesgo
de una velocidad comparativamente elevada de la corrosión de la
pared de vidrio de cuarzo, visible como manchas blancas sobre la
pared de vidrio de cuarzo. Esto también se observó en el caso de
tungsteno dopado con torio, a pesar del hecho de que el material de
tungsteno dopado con torio ofrece la ventaja de una función de
trabajo inferior del ánodo, y por tanto una menor temperatura del
ánodo.
En una realización, la lámpara de descarga de
alta presión según la invención se caracteriza porque la lámpara se
fija a un casquillo de lámpara, fijándose los alimentadores a su
través de corriente a los contactos respectivos del casquillo. El
casquillo de la lámpara puede tener medios, por ejemplo,
protuberancias, para funcionar conjuntamente con un sistema óptico,
por ejemplo, un reflector, que tiene medios de alojamiento, por
ejemplo, para alojar dichas protuberancias de una manera que hace
tope. Es posible mediante estos medios disponer la trayectoria de
descarga en una posición predeterminada sin la necesidad de alinear
la lámpara con respecto al sistema.
A partir del documento EP 910 111 se conoce una
lámpara de descarga de CC en miniatura para aplicaciones de
proyección relativamente pequeña, por ejemplo, para la iluminación
de válvulas luminosas de hasta 1,5 pulgadas. Esta lámpara en
miniatura tiene una trayectoria de descarga de
0,8-1,5 mm y consumen una potencia media en el
intervalo de 40-60 W, por tanto el intervalo de PGR
es de 40-75 W/mm. Como resultado, la lámpara tiene
las desventajas de que sus lúmenes de pantalla y luminancia L son
comparativamente bajos, haciéndola inadecuada para aplicaciones de
proyección comparativamente grande. El aumento de la potencia de la
lámpara o la disminución de la distancia de electrodo conducirá a la
inestabilidad de la unión de arco y/o un aumento de corrosión del
cátodo, por tanto a una disminución del mantenimiento del
sistema.
Las realizaciones de la lámpara de descarga de
alta presión de la invención se muestran en el dibujo, en el que
la figura 1 es un alzado de una lámpara;
la figura 2 es un alzado de una lámpara con
casquillo.
La lámpara de descarga de alta presión de la
figura 1 comprende un recipiente 1 de lámpara de vidrio de cuarzo
cerrado de manera impermeable a los gases y tiene un pared 2 que
rodea un espacio 3 de descarga. Un ánodo 4 y un cátodo 5 se disponen
en el espacio 3 de descarga, definiendo una trayectoria 6 de
descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a
alimentadores 7, 8 a su través de corriente. Las alimentadores 7, 8
a su través de corriente se extienden desde el espacio 3 de descarga
a través de la pared 2 del recipiente 1 de lámpara hasta el
exterior. El ánodo 4 tiene una punta 9 con una superficie S terminal
roma y el cátodo 5 tiene una punta 9', ambas puntas 9 y 9' se
fabrican con "tungsteno ZG". El espacio de descarga tiene un
volumen de 0,38 cm^{3}. La lámpara tiene un relleno de argón a 80
mbar, 29 mg de mercurio, 0,05 mg de InBr, 0,23 mg de SnBr_{2} y
0,05 mg de NaBr como emisor en fase gaseosa. La distancia D de
electrodo a una vida de lámpara de 0 horas es de 1,5 mm. La lámpara
tiene una potencia nominal de 250 W a 50 V, la corriente I de
lámpara durante el funcionamiento estable de la lámpara es de
aproximadamente 5 A. La superficie S terminal tiene un área
superficial de 0,65 mm^{2}, siendo así la razón S/I de 0,13
mm^{2}/A. La lámpara tiene una temperatura de color de
aproximadamente 5000 K y una eficacia de aproximadamente 65 lm/W. La
relación de diferencia de potencia, PGR, de la lámpara es de
aproximadamente 165 W/mm.
En la realización de la figura 2, el recipiente
1 de lámpara de la figura 1 se monta en un casquillo 10 de lámpara
que tiene contactos 11 a los que se conectan los alimentadores 7, 8
a su través de corriente. El casquillo 10 de lámpara tiene
protuberancias 12 que dan al espacio 3 de descarga. La lámpara de
esta realización es adecuada para su uso en un sistema óptico que
tiene una superficie esférica con forma de anillo para alojar dichas
protuberancias de una manera que hace tope con el fin de disponer la
trayectoria de descarga en el sistema óptico en una posición
predeterminada, sin la necesidad de alinear la lámpara con respecto
al sistema.
Claims (6)
1. Lámpara de descarga de alta presión que
comprende:
un recipiente (1) de vidrio de cuarzo cerrado de
una manera impermeable a los gases y que tiene una pared (2) que
rodea un espacio (3) de descarga;
un relleno que comprende mercurio y haluros
metálicos en el espacio (3) de descarga;
un ánodo (4) y un cátodo (5) dispuestos en el
espacio (3) de descarga, que definen una trayectoria (6) de
descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a
alimentadores (7, 8) a su través de corriente, que se extienden
desde el espacio (3) de descarga a través de la pared (2) del
recipiente (1) de lámpara hacia el exterior, teniendo el ánodo (4)
una punta (9) con una superficie terminal roma;
una corriente I de lámpara a través de la
trayectoria (6) de descarga de la lámpara, definiéndose la corriente
I de lámpara como:
I =
P/V
en la
que
P es la potencia nominal de la lámpara en vatios
y
V es la tensión de la lámpara en voltios;
una razón de diferencia de potencia PGR,
definiéndose como:
PGR =
P/D
en la
que
P es la potencia nominal de la lámpara en vatios
y
D es la distancia D de electrodo en mm,
caracterizada porque el área S de
superficie terminal en mm^{2} y la corriente I de lámpara en
amperios satisface una relación según la cual 0,09 \leq S/I \leq
0,16, con 3,5 \leq S/I \leq 8,0 amperios;
el relleno comprende una cantidad de mercurio de
entre 65 y 125 mg/cm^{3};
la distancia D de electrodo es de entre 1 y 2
mm; y
la PGR es de al menos 120 W/mm.
2. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 1, caracterizada porque el relleno comprende
un emisor que contiene halógeno.
3. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 2, caracterizada porque el emisor en fase
gaseosa se selecciona del grupo que consiste en haluros alcalinos y
haluros de lantánidos, preferiblemente KBr, en la que se selecciona
el haluro del grupo que consiste en cloro, bromo y yodo.
4. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque el relleno
comprende InBr y SnBr_{2}.
5. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 1, 2 3 ó 4, caracterizada porque el ánodo (4)
y el cátodo (5) tiene puntas (9, 9') que consisten esencialmente en
tungsteno puro.
6. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizada porque la lámpara
se fija a un casquillo (10) de lámpara, fijándose las alimentadores
(7, 8) a su través de corriente a los contactos (11) respectivos de
dicho casquillo de lámpara.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99203771 | 1999-11-11 | ||
| EP99203771 | 1999-11-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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