HU181472B

HU181472B - Sodium-vapor lamp of high pressure

Info

Publication number: HU181472B
Application number: HU79PI665A
Authority: HU
Inventors: Antonius J Iressen; Cornelis A Jacobs
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DE2906383A1; US4253037A; JPH0133900B2; AU522231B2; NL179855C; AU4433579A; NL7801972A; GB2015243B; GB2015243A; BE874313A; BR7901043A; AT379709B; IT7920336A0; FR2418546B1; IT1111542B; CA1118832A; IN150128B; ES477871A1; ATA126779A; DE2906383C2

Description

A találmány tárgya nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa, amelynek kisülési csöve, ezen belül fölös mennyiségű nátrium és töltése, valamint xenon töltése van, miáltal a lámpa működése közben a kisülési csőben a nátriumgőz nyomása a 300 torrt meghaladja, és a higany kiegyenlítő 5 gázként hat.

A bevezetőben körülírt nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpát ismertet például a 3 716 743 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás. Az ebben ismertetett lámpa színhőmérséklete lényegesen magasabb mint 2100 °K, és az 10 Ra színvisszaadási tényezője hozzávetőlegesen 78. Ennek az ismert lámpának ezért az az előnye, hogy annak fénye meglehetősen fehér. Ennek az ismert lámpának azonban az a hátránya, hogy újragyújtási feszültsége viszonylag magas akkor, ha a lámpa váltakozó feszültségről működik. 15

Megjegyzendő, hogy a bevezetőben meghatározott típusú lámpák rendszerint váltakozó feszültségről működnek, mivel egyenáramú működtetés esetén többek között az a hátrányuk, hogy a kisülési csövön belül fémszállítás jön létre, vagyis kataforézis. 20

Újragyújtási feszültség alatt azt az elektromos feszültséget értjük, amely szükséges a kisülési csövön belül a kisülés újraindításához a váltakozó áramú feszültségforrás minden fél-periódusának kezdetén. Rendszerint az újragyújtási feszültség meghaladja a kisülési cső ívfeszültségét, amely szűk- 25 séges a fél-periódus maradó része alatt. Viszonylag magas újragyújtási feszültség alatt egy olyan újragyújtási feszültséget értünk, amely sokkal magasabb mint az ivfeszültség.

Egy viszonylag magas újragyújtási feszültség esetén vagy nagy lesz annak a veszélye, hogy a lámpa a hálózati feszült- 30 ségnek szokásos esése mellett is már kialszik, vagy az elérhető hálózati feszültség nagyságához képest viszonylag alacsony ivfeszültséget kell választani. Az alacsony ívfeszültség kis működési feszültséget is jelent. A működési feszültség alatt a kisülési cső effektív fesültségét kell érteni.

A találmány elé célul tűztük ki egy olyan, a bevezetőben körülírt nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa kidolgozását, amelynél a fény fehér színe megtartása mellett alacsony újragyújtási feszültséget érünk el.

A találmány szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpát, amelynek kisülési csöve, ezen belül fölös mennyiségű nátrium és higany töltése, valamint xenon töltése van, miáltal a lámpa működése közben a kisülési csőben a nátriumgőz nyomása a 300 torrt meghaladja és a higany kiegyenlítő gázként hat, a találmány szerint az jellemzi, hogy a kisülési csőben a higany súlya a higany és nátrium együttes súlyának 50—90%-a, a xenon nyomása 300 °K hőmérsékleten 100— 1000 torr nyomástartományban van, és a lámpa működése közben a nátriumgőz nyomása 800 torr alatt van.

Ennek a lámpának az az előnye, hogy a fehér fény előállítása kombinálódik alacsony újragyújtási feszültséggel.

Ehhez az alábbi magyarázatot szükséges fűzni. Ahhoz, hogy fehér színű fényt állítsunk elő egy elfogadható fényhatásfok mellett, a lámpa színpontja a C. I. E. (Commission Internationale de l’Eclairage) színháromszögben a fekete test görbéjéhez kell közel essen, vagyis hozzávetőlegesen a 2250 ’K, és 2750 ’K közötti tartományba. A színpontnak az Y-koordinátája 0,39 és 0,43 közé kell esnie. Ez a tartomány látható a mellékelt 2. ábra vonalkázott paralellogrammájában. A kisülési csőben 300—800 torr tartományban levő

-1181472 nátriumgőz nyomás mellett a színhőmérséklet a 2250 ’K— 2750 °K közötti tartományban van. 800 torr feletti nátriumgőz nyomásnál a fényhatásfok túlságosan alacsony.

A kisülési csövön belül a higanygőz nyomásának növelése azt eredményezi, hogy a szinpont az Y-koordinátán lejjebb 5 kerül. Ez azt jelenti, hogy a higanygőz nyomásnak megfelelő megválasztásával az Y-koordináta a fent meghatározott tartományon belül tartható.

A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a kisülési csövön belül a xenon gáz nyomásának növelése azt eredmé- 10 nyezi, hogy a lámpa szinpontjának Y-koordinátája növekszik, és következésképpen lehetővé válik az Y-koordináta értéket 0,39 és 0,43 közötti értéken tartani, különböző higanygőz nyomás-xenon nyomás kombinációk mellett. Ez az eredmény olyan nyomáskombinációk kiválasztása mellett 15 jött létre, amelynél a lámpa újragyújtási feszültsége alacsony. A kiválasztott nyomáskombinációk olyan kombinációk, amelyeknél a xenongáz a lámpa működése közben viszonylag magas nyomáson van, hozzávetőlegesen 800—8000 torr nyomáson. 20

A xenon-nyomással kapcsolatban az alábbi magyarázatra van szükség. A lámpa működése közben a xenon nyomását természetesen szintén meghatározza a lámpa működése közben a kisülési cső T_b átlagos hőmérséklete Kelvin fokokban kifejezve. Ha tehát a kisülési csőben a xenonnak a töltési 25 (hideg) nyomása 300 °K hőmérsékleten, például x torr, akτ kor a kisülési csőben a xenon nyomása például x · torr.

Egy találmány szerinti lámpánál a xenon töltési hőmérséklete 300 °K hőmérsékleten 100 és 1000 torr nyomás között van. Gyakran előforduló 2400 °K Ίζ átlagos hőmérsékleten a xenon nyomása a lámpa működése közben ily módon hozzávetőlegesen 800 és 8000 torr közötti értéken van.

A körülmények az alábbiak szerint összegezhetők. 300— 35 800 torr nagy nátriumnyomás szükséges ahhoz, hogy a kívánatos színhőmérséklet 2250—2750 °K között legyen. Ez a nagy nátriumgőz nyomás önmagában azt eredményezné, hogy az újragyújtási feszültség károsan magas értékű lenne. Azonban viszonylag magas xenon nyomás választása lecsók- 40 kenti az újragyújtási feszültséget, a higanygőz nyomást ekkor úgy kell megválasztani, hogy a színpont Y-koordinátája a kívánatos 0,39—0,43 értéktartományban legyen.

A fentiekben meghatározott nátriumgőz tartomány mel- 45 lett a higannyal kapcsolatban támasztott követelmények kielégíthetők amalgám képzésével.

A találmány szerinti lámpánál—amint azt már a fentiekben említettük — az újragyújtási feszültség alacsony. Ez lehetővé teszi a kisülési cső számára magasabb működési 50 V feszültség választását, amely körülbelül a fele annak a hálózati effektív feszültségnek, amelyről a lámpát egy stabilizáló ballaszton keresztül kívánjuk működtetni. Ilyen működési feszültség mellett a hálózati feszültség ingadozása a lámpa fényességére — amint az már ismeretes — csak kis 55 befolyással van.

Megjegyzendő, hogy egy nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpánál, amelynek kisülési csöve van, a nátriumon kívül szintén van higany- és xenontöltése, ahol a xenon 60 nyomása 300 °K hőmérsékleten elérheti az 1000 torr nyomást, amint az a korábban még közzé nem tett 7 704 131 számú (PHN. 8762) holland szabadalmi leírásban le van írva. Ennél azonban a nátriumgőz nyomása nem volt magasabb mint 200 torr. 65

A találmány szerinti lámpa kisülési csövének nagyobb belső keresztmetszete lehet, és következésképpen alacsonyabb ívfeszültsége van.

Mivel a találmány szerinti lámpa kisülési csövében levő töltőanyag mindhárom alkotójának, nevezetesen a nátriumnak, higanynak és xenonnak a gáznyomása viszonylag magas, lehetőség nyílik nagy elektromos gradiens létrehozására, vagyis az arány a kisülési cső működési feszültsége és a kisülési cső főelektródái közötti távolsága között nagy lehet. A találmány szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa egy kiviteli alakjánál a kisülési cső ezért hosszúkás alakú, és mindkét végén egy-egy elektródája van, és a találmány szerint a kisülési cső működési V feszültsége voltban kifejezve és az elektródák közötti A távolság milliméterben kifejez

V ve, — hányadosa 3,5 és 7 között van.

A v

Ennek a kiviteli alaknak az az előnye, hogy — a “ gradiA ens nagy értékének köszönhetően — a kisülési cső rövid lehet. Következésképpen az egész lámpa rövid lehet.

A találmány szerinti lámpa egy további előnyös kiviteli alakja szerint a kisülési csőnek körhenger-alakja van, és belső D átmérője 3 és 6 milliméter között van.

Ennek az előnyös kiviteli alaknak az az előnye, hogy a teljes kisülési cső kicsi lehet, mivel annak mind a hossza, mind átmérője kis méretű lehet. Egy kis kisülési cső többek között azt jelenti, hogy csak kevés anyag szükséges a cső előállításához.

A találmány szerinti lámpa*egy még további előnyös kiviteli alakja szerint a lámpa villamos teljesítménye 50 ±5 W, az elektródák közötti A távolság 16 ± 3 mm, és a kisülési cső belső D átmérője 3,5 ± 0,3 mm.

Ennek az előnyös kiviteli alaknak az az előnye, hogy ezzel helyettesíthető egy hozzávetőlegesen 250 W teljesítményű izzólámpa. A találmány szerint a lámpa Lumen értéke a hozzávetőlegesen 50 W teljesítmény mellett ugyanis hozzávetőlegesen egyenlő egy hozzávetőlegesen 250 W teljesítményű izzólámpa Lumen értékével. A találmány szerinti lámpa fehéres fényt ad, és az Ra színvisszaadási tényezője hozzávetőlegesen 82. A fényhatásfoka — amelyet például Lumen/ Watt-ban fejezünk ki — hozzávetőlegesen ötször nagyobb mint az összehasonlításul vett izzólámpának.

Meg kell jegyezzük, hogy a találmány szerinti kisülési lámpa — amint gyakorlatilag valamennyi kisülési lámpa — szükségszerűen egy stabilizáló ballaszttal sorbakötve működik.

A találmány szerinti lámpa egy további kiviteli alakja V szerint — amelynél a — 3,5 és 7 között van — a lámpának egy külső burája van, amely a kisülési csövet körülveszi, és a külső burának egy részén reflektor van kialakítva.

Ennek a lámpának az az előnye, hogy a kisülési cső kis méreteinek köszönhetően nagyon jó fénykoncentráltság érhető el egy kis térfogatú lámpával.

A találmány szerinti lámpákat az alábbiakban a mellékelt rajzokon is bemutatott kiviteli példák kapcsán ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra egy találmány szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa oldalnézete részben kimetszve, a

2. ábrán egy szinháromszög x—y koordináta rendszerét mutatja, amelyben — többek között—a fekete test görbéjének egy része, valamint az 1. ábra szerinti lámpa színpontja van feltüntetve, és a

3. ábra egy találmány szerinti további nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa oldalnézete, részben kimetszve.

Az 1. ábrán látható lámpának forgásszimmetrikus, sajtolt,

üvegből levő 1 burája van, amelynek egy viszonylag lapos 2 I fényátbocsátó része van. Az 1 bura belső oldalán 3 reflektor l célszerűen reflektáló alumínium bevonat van. A sajtolt, üvegből levő 1 bura belsejében van elhelyezve egy hosszúkás, körhenger-alakú 4 kisülési cső, amely tömören színtereit aluminiumoxidból van. A 4 kisülési cső hossztengelye egybeesik az 1 bura szimmetriatengelyével. A lámpának 5 lámpafeje van, amely menetes csatlakozású.

A lámpa teljes hossza hozzávetőlegesen 134 mm, és legnagyobb átmérője hozzávetőlegesen 121 mm. A 4 kisülési csőnek két belső 6 és 7 főelektródája van, valamint egy külső 8 gyújtószalagja. A 6 főelektróda a 9 vezetéken keresztül az 5 lámpafej egy oldalérintkezőjéhez van csatlakoztatva. A 7 főelektróda az 5 lámpafej 10 központi érintkezőjével van összekötve. A lámpán belül 11 gettergyürű is el van helyezve.

A lámpa az ábrán nem ábrázolt induktív stabilizáló ballaszton keresztül — amelynek induktivitása hozzávetőlegesen 0,8 Henry, hozzávetőlegesen 220 V-os, 50 Hz-es váltakozó feszültségű hálózathoz csatlakozik. A lámpát ködfénylámpás gyújtóval vagy egy elektronikus gyújtóval kell begyújtani, amely a rajzon nincs feltüntetve.

A 6 és 7 főelektródák közötti A távolság 16 mm. A 4 kisülési cső belső D átmérője 3,5 mm. Ily módon a 4 kisülési cső méretei lényegében akkorák, mint egy hasonló szerkezetű — önmagában ismert — izzólámpa izzószála. A 4 kisülési cső a xenon gázon kívül 10 mg mennyiségű amalgámot tartalmaz, amely nátriumból és higanyból áll. A higany súlyaránya a higany és nátrium együttes súlyához képest 78%. Ezért ez az arány 50 és 90% között van. A lámpa működése közben a nátriumnak és a higanynak csak egy része van gőz formájában jelen a kisülési csőben. Ily módon ezek a fémek fölös mennyiségben vannak jelen. A 4 kisülési cső leghidegebb helyének hőmérséklete működés közben hozzávetőlegesen 1100 ’K. A nátriumgőz nyomása ennek megfelelően hozzávetőlegesen 600 torr. Ez megfelel annak, hogy a nátriumgőz nyomása 300 és 800 torr érték között van.

A xenon töltési nyomása 300 “K hőmérsékleten 200 torr. A 4 kisülési cső átlagos hőmérséklete a lámpa működése közben hozzávetőlegesen 2400’K. A 4 kisülési csőben a xenon nyomása — működés közben — következésképpen hozzávetőlegesen 1600 torrt tesz ki. A xenon 200 torrós töltési nyomása a 100 és 1000 torr nyomáshatárok között van.

Az ismertetett lámpa elektromos teljesítménye hozzávetőlegesen 50 W. Fényfluxusa hozzávetőlegesen 3000 Lumen. A működési feszültség hozzávetőlegesen 100 V. A színháromszögben a színpont az x= 0,487 és y = 0,410 koordináta értékeken van. A színhőmérséklet hozzávetőlegesen 2400 ’K. Az színvisszaadási tényező hozzávetőlegesen 82, amint az a 2. ábra C pontjában is látható.

A 4 kisülési cső leghidegebb pontjának fent említett 1100 ’K hőmérséklete többek között úgy érhető el, hogy a 4 kisülési cső 6 és 7 főelektródái felső vége és azok legközelebbi belső vége között kis távolság tartható, nevezetesen hozzávetőlegesen 4 mm. Ez a 4 mm-es úgynevezett alsófelső távolság azért alkalmazható a jelen esetben, mivel a xenonnak nagy nyomása van, és a 6 és 7 főelektródáknak kis méretük lehet. Hőtakarásokra nem volt szükség az 1100 ’K hőmérséklet eléréséhez.

Az említett lámpa esetén a = hozzávetőlegesen

6,4. Következésképpen az arány 3,5 és 7 között van.

Ezen túlmenően a belső D átmérő = 3,5 mm, a 3 és 6 mm közötti tartományban van.

Az ismertetett lámpának a fényhatásfoka hozzávetőlegesen 60 Lumen/Watt. Ez hozzávetőlegesen ötszöröse egy

250 W teljesítményű izzólámpa fényhatásfokának, amely szintén hozzávetőlegesen 3000 Lumen fényt ad.

Az ismertetett lámpának az újragyújtási feszültsége olyan alacsony értékű, hogy a hálózati feszültségnek 10%-os esésé5 nél a lámpa nem alszik ki.

A fényt a 3 reflektorral úgy nyaláboljuk, hogy a fényintenzitás a lámpa hossztengelyével bezárt 8°-os szögben fele a hossztengelyben mért fényintenzitással. A hossztengely irányában a fényintenzitás nagyobb mint 6000 gyertyafény.

A találmány szerinti lámpa egy további kiviteli alakja szerint a 4 kisülési cső tengelye a külső 1 bura hossztengelyéhez képest keresztirányú elrendezésű is lehet.

A 2. ábrán a C. I. E. színháromszög x—y koordináta rendszerének a fekete test görbéjű része látható, amelyet 5 B-vel jelöltünk. A vonalkázott paralellogramma 2250 ‘K és 2750 ° K közötti szinpont-tartományt határoz meg, ami megfelel 0,39<y <0,43 tartománynak. A 2. ábrán a C pont egy kereszttel van jelölve, és az 1. ábrán bemutatott lámpának színpont-koordinátáit mutatja, amely x=0,487; és _y=0,410 :0 koordináta értékeknek felel meg. Ez a színpont az előírt paralellogramma területén belül van.

A találmány szerinti lámpa egy további kiviteli alakjánál a lámpa elektromos teljesítménye 100 W. A 4 kisülési cső belső D átmérője ebben az esetben 4,8 mm, és az elektródák 5 közötti A távolság 30 mm. A működési V feszültség 123 V.

Az amalgámnak, és összetevőinek a súlya ugyanaz mint az 1. ábra szerinti lámpa esetén volt. A nátriumgőz nyomása működés közben hozzávetőlegesen 550 torr. A xenon nyomása 300 ’K hőmérsékleten 400 torr. Ennél a lámpánál az 0 x-koordináta 0,489 és az y-koordináta értéke 0,412 volt. Az

R_a színvisszaadási tényező hozzávetőlegesen 84, és a lámpa fényhatásfoka hozzávetőlegesen 61 Lumen/Watt.

A 3. ábrán a találmány szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa egy további kiviteli alakjának hosszmetszete 5 — részben nézete — látható.

Ez a lámpa hozzávetőlegesen 50 Wattos, és egy 30 kisülési csövet tartalmaz, amelynek méretei és töltése ugyanaz, mint az 1. ábrán bemutatott lámpa 4 kisülési csövénél volt. A külső 31 burának lényegében elipszoid alakja van. Ez a külső 0 31 bura szükség esetén belülről fény-szétszóró bevonattal látható el. A lámpának 32 lámpafeje van. A lámpában van elhelyezve egy 33 ködfénylámpás gyújtó a lámpa begyújtásához, valamint egy 34 bimetál kapcsoló. A 33 ködfénylámpás gyújtó és a 34 bimetál kapcsoló soros elrendezése rövidre 5 zárja a 30 kisülési cső kisülési szakaszát. Egy ilyen lámpát egyébként — a különleges kisülési cső kivételével — ismertet a korábban nyilvánosságra nem hozott 7 704 134 számú holland szabadalmi leírás. A lámpa hossza hozzávetőlegesen 152 mm és legnagyobb átmérője hozzávetőlegesen 70 mm.

A 30 kisülési cső által kibocsátott fény fényfluxusa és színe azonos mint az 1. ábrán bemutatott lámpa 4 kisülési csövének fényfluxusa és színe.

A fentiekben ismertetett, találmány szerinti lámpával izzólámpák helyettesíthetők; például kirakati megvilágítás céljá5 ra. Az izzólámpához képest azonos megvilágítási szinthez az ismertetett találmány szerinti lámpánál a szükséges teljesítmény hozzávetőlegesen csak 20%-a az izzólámpáéhoz képest. Ez lényeges energia-megtakarítást jelent.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa, amelynek kisülési csöve, ezen belül fölös mennyiségű nátrium és higany > töltése, valamint xenon töltése van, miáltal a lámpa müködé-

-3181472 se közben a kisülési csőben a nátriumgőz nyomása a 300 torrt meghaladja, és a higany kiegyenlítő gázként hat, azzal jellemezve, hogy a kisülési csőben a higany súlya a higany és nátrium együttes súlyának 50—90%-a, a xenon nyomása 300 *K hőmérsékleten 100—1000 torr nyomástartományban van, és a lámpa működése közben a nátriumgőz nyomása 800 torr alatt van.
2. Az 1. igénypont szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lámpa hosszúkás, és mindkét végén egy-egy belső főelektróda (6,7) ’ θ van elrendezve, és hogy a kisülési cső működési feszültsége (V) Voltban kifejezve, és a főelektródák (6,7) közötti távolság (A) milliméterben kifejezve, hányadosa 3,5 és 7 között van. 15
3. A 2. igénypont szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kisülési cső (4) körhenger-alakú, és hogy a kisülési cső (4) belső átmérője (D) 3 és 6 milliméter között van.
4. A 3. igénypont szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lámpa teljesítménye hozzávetőlegesen 50 ±5 W, a főelektródák (6, 7) közötti távolság (A) 16±3 mm, és a kisülési cső (4) belső átmérője (D) 3,5 ±0,3 mm.
5. A 2—4. igénypontok bármelyike szerinti nagynyomású nátriumgőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lámpának a kisülési csövet (4) körülvevő külső burája (1) van, amelynek egy részén reflektor (3) van kialakítva.