HU181148B - Electric light source containing metal halogen discharge tube and with this serial connected tungsten spiral - Google Patents

Description

A találmány tárgya villamos fényforrás, amelyben a vákuumtechnikailag zárt fényáteresztő búrában gyújtóelektródával és/vagy előfűthető katóddal rendelkező nagynyomású fémhalogén kisülőcső. egy ezzel sorbakapcsolt volfrám spirál, valamint esetenként egy további spirál kerül elhelyezésre egy sorbakötött kapcsolóelemmel együtt.

A fémhalogén lámpáknál kvarc búrában. egymással szemben levő elektródák közt jön létre az ívkisülés; külső feszültségforrás, és a lámpával elektromosan sorbakapcsolt áramkorlátozó elem hatására. Az ívkisülésben semleges vivőgáz jelenlétében higany és különböző fémek halogénvegyületei vesznek részt. Az ívkisülés fényének spektrális eloszlása az alkalma1 zott fémek függvénye.

, Az alkalmazott fémek közül egy. vagy több úgy í van adagolva, hogy a működés közben fennálló üzemi hőmérsékleti viszonyok között nem teljes egészében válik gőzfázisúvá, hanem egy része folyékony halmazállapotban marad a kisülőtér falán. így a fém. vagy fémek gőznyomását - és ezáltal a fény spektrális eloszlását - a kisülő edény falának leghidegebb pontja, az úgynevezett hidegpont hőmérséklet határozza meg. Ez a hőmérséklet pl. nátrium tartalmú lámpákban 5—600 °C. míg abban az esetben, ha ritkaföldfémek, pl. dysprosium kerül alkalmazásra, ennél magasabb, 6-700 °C. Általában egy kisülő edény hőmérséklete a katódtér környezetében a legalacsonyabb. Ezért a katódtér hőmérsékletének emelésére hőszigetelő alumíniumoxid, vagy cirkonium oxid bevonatot szoktak alkalmazni. Ilyen megoldást ismertet többek között az 176 378 lajstromszámú magyar szabadalom. A katódtér geometriai kialakításával is szokásos e hőmérséklet befolyásolása.

Különösen nehézzé válik a hidegpont hőmérsékletének beállítása kisteljesítményű lámpák esetén. Itt a hőmérséklet beállítása általában a méretek csökkentésével történik. Ez azonban káros hatást gyakorol a lámpa elérhető élettartamára. Ugyanakkor, mivel az 10 össz energiához viszonyítva nagyobb energiahányadot kell a katódterek felfűtésére használni, jelentősen csökken a lámpa fényhasznosítása. Ismertek olyan megoldások is, ahol külső kvarccső bura kerül a kisülőcsőre, amely a hő egy részét visszasugározza.

Ilyen megoldást ismertet többek között a DE-OS 28 4C 771 nyilvánosságra hozatali irat.

Legtöbb esetben szükség van azonban arra is, hogy a kisülőcső evakuált búrában kerüljön elhelye20 zésre.

A fémhalogénlámpák általában külső nagyfeszültségű impulzusokat szolgáltató gyújtóegység segítségével működtethetők. Ismertek azonban olyan megoldások is. ahol belső gyújtóelektróda kerül elhelye25 zésre a katód mellett a higanylámpákhoz hasonló módon. Itt azonban külön kell gondoskodni arról, hogy a gyújtóelektródával rendelkező katódtér később hűljön ki a lámpa kikapcsolása után, mint a kisülőrér valamelyik másik pontja, pl. a másik 3okatódiér.

-1'81148

Ellenkező esetben ugyanis a gőzfázisból megszilárduló fémhalogének a katódra és a gyújtóelektródára rakódhatnak le, ami a lámpa újbóli gyújtását megakadályozhatja.

Az ezek megakadályozására alkalmazott módszerek a lámpa használati helyzetét jelentősen korlátozzák.

Kisülőlámpáknál általános gondot jelent, hogy külön áramkorlátozó elem alkalmazására van szükség. Ez általában induktív jellegű, vagy elektronikus, és a lámpán kivül kerül elhelyezésre. Ezáltal bonyolultabbá teszi a berendezést, és megdrágítja az installációt.

Ismert megoldás azonban a kevertfényű higanylámpáknál, hogy áramkorlátozóként izzó volfrámszálat alkalmaznak, amelyet a kisülőcsővel azonos külső burában helyeznek el, és amelyet elektromosan sorbakapcsolnak. Ezt a spirált általában a kvarctest középtáján a kvarctesttől viszonylag távol helyezik el. Ismert olyan megoldás (US 3 445 719), amelynél az előtét spirál fűtőhatását használják fel a kvarctest hőmérsékletének emelésére. Ennél a megoldásnál is a kvarctest mellett illetve vele párhuzamosan két oldalt helyezik el az előtét spirál(ok)at, és a kvarctest végének a hőmérsékletét hőreflektáló bevonattal állítják be. Hátrányos tulajdonsága a javasolt megoldásnak, hogy az egész kvarctestet fűti, különösen a közepét, amely már egyébként is magas hőmérsékleten van. Ez a magas, a találmány által javasolt 900-1200°C károsan befolyásolja a lámpa működését és rövid élettartamot eredményez. A DE—OS 29 15 208 szabadalmi leírásban a két részre osztott spirál a higanygőz kisülési cső két végére kerül gyártástechnikai egyszerűsítés, jobb élettartam, kisebb átütési veszély elérése céljából, de itt a spirál fűtőhatását nem használják fel, erre higanygőzlámpánál nincs is szükség.

Jelen találmány célja olyan megoldás kidolgozása, amely úgy tudja egyesíteni a kevertfényű lámpák és a fémhalogénlámpák tulajdonságait, hogy az minden szempontból optimumot jelent.

A találmány villamos fényforrás, amely vákuumtechnikailag zárt fényáteresztő burában gyújtóelektródával vagy előfűthető elektródával ellátott nagynyomású fémhalogén kisülőcsövet, valamint ezzel sorbakapcsolt volfrám spirál(ok)at tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a kisülőcsővel sorbakapcsolt volfrámspirál(ok) a kisülőcső üzemi áramán kívül, a rajta átfolyó áram által keltett hő segítségével, a kisülőcső hidegpontjának (végének) optimális hőmérsékletét is beállítja.

A találmányunk szerinti megoldást az alábbiakban részletesen ismertetjük. A megoldás megértését _s és megvalósítási módjait példákkal és ábrákkal támasztjuk alá.

Az ábrák felsorolása:

1. ábra: A találmány szerinti legegyszerűbb lámpa _f kapcsolási elrendezése.

2. ábra: A 8. igénypont szerinti lámpa legegyszerűbb áramköri elrendezése.

3. ábra: A találmány szerinti lámpa elvi metszetrajza. _É

4. ábra: A találmány szerinti lámpa reflektor típusú külső burában.

5. ábra: A találmány szerinti lámpa olyan megoldása, ahol volfrám spirál helyett halogén izzó- lámpa kerül alkalmazásra.

A találmány szerinti elrendezésben az áram korlátozását végző spirál úgy kerül elhelyezésre, hogy - a kevertfényű lámpáktól eltérően — vagy mindQ két katód, vagy az egyik katód hidegterét intenzíven fűti. Ezáltal lehetővé teszi azt, hogy a hidegpont hőmérséklete jelentősen emelhető legyen. Ez a hatás különösen kis teljesítményű lámpáknál jelentős, mert a spirálon fellépő veszteségi teljesítményt hasz· 5 nosítja. így a fémháló génlámpa fényhasznosításának növekedését eredményezi.

A spirálnak a kvarctest végére gyakorolt fűtőhatása következtében a végeken használt hőreflekq táló bevonat mérete csökkenthető, ami ugyancsak jelentős fényáramnövekedést eredményez.

A kisülőcső gyújtóelektródával rendelkező katódterének későbbi kihűlését előidéző termikus aszimmetriát, vagy úgy állítja elő, hogy aszimmetrikus 5 hőszigetelő bevonatot alkalmaz, vagy úgy, hogy az egyik katódtér köré helyezi az áramkorlátozó izzó volfrámspirált.

így lehetővé válik egy olyan egyszerű felépítésű fényforrás létrehozása, amely közvetlenül a hálózati 9 feszültségre csatlakoztatható - az izzólámpához hasonlóan - és ugyanakkor lehetővé teszi a kisteljesítményű és gyújtóelektródával rendelkező fémhalogénlámpák megvalósítását is.

Járulékos előnye az így kialakított fényforrásnak, hogy a lámpa bekacsolása után azonnal fényt bocsát ki, valamint hogy az izzószál által kibocsátott fény alacsonyabb színhőmérséklet irányában tolja el a kisugárzott fény spektrumát. Ez a hatás különösen 0 jelentős ritkaföldfémadalékos (Dy, Ho stb.) fémhalogénlámpák esetén, ahol a nappali fehér fényű lámpák színét a semleges fehér irányba tolja el. ezzel belső térben kedvezőbben alkalmazható kiváló színvisszaadású fényforrásokat kapunk.

További előny az is, hogy lerövidíti azt az időt a bekapcsolás után, ameddig a kisülőcső alacsonyabb égési feszültsége miatt a soros spirálra nagyobb feszültség jut. Ez a megnövekedett teljesítmény intenθ zívebben fűti a kvarctest vége(i)t. miáltal gyorsabban elpárolognak a kvarctestbe adagolt fém illetve fémhalogén adalékok, így az égési feszültség gyorsabban emelkedik és áll be a tervezett értékre. Ebből kifolyólag a rendszernek általában égési fe₅ szükséget illetve munkapontot stabilizáló hatása is van, mivel ha megnő az égési feszültség, az előtét spirál(ok)ra kisebb teljesítmény jut. csökken a fűtőhatás, csökken a kvarctest hidegponti hőmérséklete, az adalék egy része kondenzálódik. ₀ miáltal csökken az égési feszültség is. Ez a lámpa élettartamát jelentősen megnövelheti. Ugyanakkor ez az elrendezés elkerüli a szokásos kevertfényű elrendezések hibáját, azt ugyanis, hogy általában a kvarctest közepe táján helyezkedik el az előtét spi5 rál(ok)at, így olyan helyen fűtik a kvarctestet, ahol

-2181148 egyébként is magas a hőmérséklet. Ez az élettartamot hátrányosan befolyásolja.

Annak érdekében, hogy a kvarctest a hálózati feszültségről begyújtson, vagy gyújtó elektródot, 5 vagy előfűthető katódot alkalmazunk, ahogy az a higanygőzlámpák gyártásánál szokásos. A gyújtás megkönnyítését szolgálhatja nemesgáz keverékek alkalmazása is.

A nagynyomású kisülőlámpáknak hátránya, hogy 10 kikapcsolás után rövidebb-hosszabb ideig nem gyújthatok újra. Ez alól csak a speciális példányaik, az úgynevezett azonnal visszagyújtó típusok kivételek, amelyek viszont nagyfeszültségű impulzusokat igényelnek. Ezt a problémát találmányunkban egy 15 járulékos spirállal oldjuk meg, amely egy kapcsoló segítségével minden olyan esetben működésbe lép, amikor a kisülőcsövön nem folyik áram. Ilyen eset lehet pl. az előbb említett meleg állapotban történő visszakapcsolás, vagy a kvarctest meghibásodása. 20

Az 1. ábrán a találmány szerinti legegyszerűbb elvi kapcsolás látható. Az 1 gyújtóelektródos fémhalogén 1 kisülőcsővel sorbakapcsolódik a 2 volfrám ₂₅ spirál, amely az áramkorlátozást és a hidegkamra fűtését végzi. Az 1 kisülőcső gyújtóelektródája a 3 gyújtóellenálláson keresztül kap táplálást.

A 2. ábrán egy további lehetséges változat elektromos kapcsolása látható. Az előbb felsorolt eleme- _3Q ken kívül egy további 5 segéd spirált tartalmaz a rendszer, amely abban az esetben világít, amikor az 1 kisülőcső működésképtelen, pl. az 1 kisülőcső tönkrement, vagy meleg állapotban kapcsolták vissza a rendszert és az 1 kisülőcső még nem tud begyúj- ₃₅ tani. Az 1 kisülőcső áramát a 7 érzékelő elem érzékeli, és amennyiben folyik rajta áram, nyitja a 6 kapcsolót. Az ilyen elven felépített kapcsolás biztosítja azt, hogy a lámpa mindig világítóképes állapotban legyen. ₄₀

A 3. ábra elvi felépítést mutat. Az 1 gyújtóelektródával ellátott fémhalogén i kisülőcsővel sorbakapcsolódik a 2 volfrám spirál, amely az áramkorlátozást és a hidegkamra fűtését végzi. A gyújtóelektród a 3 gyújtóellenálláson keresztül kap feszültséget. _4S A 4 bimetallos kapcsoló a meleg lámpánál a gyújtóelektródot összeköti a mellette levő főelektróddal az elektrolízis megakadályozása céljából. Az 5 segédspirál a 6 kapcsolón keresztül kapcsolódik párhuzamosan a rendszerrel, amikor a 7 érzékelőelemen ₅θ keresztül nem folyik áram. Az áramhozzávezetéseket a 8 és 9 állványelektródák végzik, amelyek a 12 fejjel ellátott 10 üvegburába vannak légmentesen beforrasztva. A külső burában vagy vákuum van, vagy semleges gáztöltéssel van ellátva, amelynek 55 tisztaságáról a 11 getter gondoskodik. Az 1 kisülőcső 13, illetve 14 hővisszaverő réteggel, pl. cirkonoxiddal lehet ellátva. Az 1 kisülőcső egész felületén infrareflektáló bevonatot is tartalmazhat.

A 4. ábra egy találmány szerinti megoldást mutat gQ reflektor típusú /PÁR/ burában. Az egyes elemek számozása megegyezik a 3. ábra számozásával. A külső burában vagy vákuum van, vagy semleges gáz töltéssel van ellátva. Ennél a megoldásnál a kvarctest két végét melegíti az osztott előtét spirál. 65

Az 5. ábrán egy olyan találmányunk szerinti megoldás található, ahol a volfrám spirál helyett halogén izzólámpa került alkalmazásra a kvarctest egyik végénél. Ez a lámpa célszerűen fej fent üzemmódban üzemeltethető, de a kvarctest másik végén elhelyezett hőreflektáló bevonat segítségével tetszőleges testhelyzetű üzemeltetés is megvalósítható.

Ebben az esetben az alkáli ionok kvarcfalon keresztül történő kivándorlását — az alkáli fémeket tartalmazó fémhalogén lámpáknál ismert módon — korlátozni kell (szerelvények szekunder emissziójának csökkentése, külső bura gáztöltése stb.).

Megvalósítási példák

1. példa

Az 5. ábra szerinti kiviteli formánál a kvarctest 13 mm belső átmérőjű csőből készült 25 mm elektróda távolsággal. A kvarctest Dy. Ho, TI, I. Hg és Ar töltetet tartalmazott a 172 230 lajstromszámú magyar szabadalom szerint. Előtétként halogén izzólámpa lett beépítve a kvarctcst alsó lapításának magrsságában. A lámpa teljesítményfelvétele 240 V hálózati feszültség mellett 500 W, fényhasznosítása 35 lm/W, színhőmérséklete 4500 K, általános színvisszaadási indexe pedig 94 volt.

2. példa

Az 1. példához hasonló kiviteli formánál a kvarctest 8 mm-es belső átmérőjű csőből készült 15 mm-es elektródatávolsággal. A kvarctest Dy, Ho, TI. 1, Hg és Ar töltetet tartalmazott. A lámpa teljesítményfelvétele 250 W, fényhasznosítása 4600 K, általános színvisszaadási indexe pedig 93 volt, volt.

3. példa

A 4. ábra szerinti kiviteli formánál a kvarctest 6 mm-es belső átmérőjű csőből készült 13 mm-es elektródatávolsággal. A kvarctest Dy, Ho, TL, I, Hg és Ar töltetet tartalmazott. A lámpa teljesítményfelvétele 150 W, fényhasznosítása 23 lm/W. színhőmérséklete 4500 K, általános színvisszaadási indexe pedig 93 volt.

Claims (8)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Villamos fényforrás, mely vákuumtechnikailag zárt fényáteresztő burában gyújtóelektródával vagy előfűthető elektródával ellátott nagynyomású fémhalogén kisülőcsövet, valamint ezzel sorbakapcsolt volfrámspirál(oka)t tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a kisülőcsővel (1) sorbakapcsolt volfrámspirál(ok) (2) a kisülőcső (1) végeinek közelében, a kisülőcső (1) végeitől számítva a kisülőcső (1) hosszának legfeljebb egy harmadát kitevő távolságban helyezkedik(nek) el a kisülőcső (1) mellett.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti fényforrás kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az üvegbura (10) a fényt diffúzzá tevő bevonattal van ellátva.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti fényforrás kivitel alakja, azzal jellemezve, hogy a fényforrás reflektor burás kivitelű.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti fényforrás kivitel· alakja, azzal jellemezve, hogy csak a kisülőcső (1) egyik vége mellett van.volfrámspirál (2).
5. 5. Az 1. igénypont szerinti fényforrás kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a volfrámspirál (2) helyett a kisülőcső (1) végénél halogén izzólámpa helyezkedik el.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti fényforrás kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a külső üvegbura (10) semleges gáztöltést tartalmaz.

   ₅
7. 7. Az 1. igénypont szerinti fényforrás kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a külső üvegbura (10) és/vagy a kisülőcső (1) hősugárzást visszaverő réteggel van bevonva.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti fényforrás kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a segédspirál (5), kapcsolón (6) keresztül kapcsolódik az érzékelőeiemhez (7).