HU205485B - Metal halogen discharge lamp containing alkali-halogenide additive - Google Patents

Description

A találmány tárgya alkáli-halogenid adalékot tartalmazó fémhalogén kisülőlámpa, mely kisüló'csőből, külső burából, a külső burán át a kisülőcsőbe vezető árambevezetőkből, ill. áramvezető és tartó fémszerelvényből áll.

Az alkáli-halogenídekkel adalékolt fcmhalogén kisülőlámpák működése során a kis átmérőjű alkáli ionokkönnyen áthatolnak a kvarc égőtest falán. A kisülési térben így fellépő alkáli veszteség fénycsökkenést, szín. instabilitást, égésfeszöltség növekedést okoz, csökkenti a lámpa élettartamát. A jelenleg használt és gyártott fémhalogén kisülőlámpák zöme nátriumot tartalmaz alkáli adalékként. Ezért az alkálifogyás vizsgálata és a mérséklésére javasolt konstrukciók elsősorban a nátriumra vonatkoznak, a módszerek azonban általában alkalmazhatók más alkáli adalékokra is.

Az eddigi értelmezések (J. F. Waymouth: Electric Discharge Lamps, MIT-Press, 1971, p.: 266-276) a Na fogyást a következőképpen magyarázták. A lámpa külső burájába épített villamos feszültségen levő fémalkatrészek elektromos teret hoznak létre az égőtest és az áramvezető alkatrészek között, az égőtest által kibocsátott ultraibolya fény pedig a külső bura fémalkatrészeiből fotoelektronokat vált ki, melyek a kvarc kisülőcső falára érkezve feltöltik a kisülőcső külső falát, ezzel átelektrolizálják a Na ionokat a kvarcfalon, és így elősegítik a Na ionokkivándorlását, majd akisiilőcső felületén semlegesítik azokat. Ezt követően az atomos Na elpárolog a kisülőcső felületéről, és mivel a semleges Na atomok a potenciál viszonyokat nem befolyásolják, a folyamat ismétlődik.

Ennek a problémának a megoldására vonatkozik az US 3 424 935 lajstromszámú szabadalmi leírásban ismertetett konstrukció. Itt úgy kíván ják csökkenteni az elektromos térerőt a kisülőcső kvarc falában és csökkenteni a kvarcfalra jutó fotoelektronok számát, hogy a kvarc kisülőcső felső végéhez az áramot vékony vezetéken át vezetik és a vezetéket a kisülőcsőtől lehető legtávolabb, a külső bura mentén, annak görbületéhez hajlítva helyezik el. Ennél a megoldásnál az említett áramvezető értelemszerűen elveszti tartó funkcióját, a tartó szerepét külön konstrukció veszi át. Az elmélet helyességét bizonyítja, hogy az elméletet hasznosító konstrukció a Na veszteséget jelentős mértékben, 2,0 mg/1000 óráról 0,24 mg/1000 órára csökkentette.

Egy másik megoldás szerint, mely az US 3 484 637 lajstromszámú szabadalmi leírásból ismerhető meg, a kisülőcső mellett elhaladó, tartó szerepet is betöltő, áramvezető elektródot, és általában a legkritikusabb, elektromos potenciálon levő fémrészeket ultraibolya sugárzás számára átlátszatlan anyaggal vonják be, pl. kerámiacsövet húznak rá.

A HU 182 221 lajstromszámú, szabadalmi leírásban aNa veszteség csökkentésére, ill. megszűntetésére olyan megoldást ismertetnek, mely szerint a nagynyomású kisülőlámpa azon alkatrészeit, melyek a Na veszteséget létrehozó áramkör részei, szigetelés végett szilíciumnitrid réteggel vonják be. Ezzel a fényelektromos és ionemissziós folyamatot egyaránt csökkentik. Akisülőcsövet kívülről, valamint a külső burán belül levő fémszerelvényeket szilíciumnitrid réteggel vonják be az ismert gőzfázisból végzett leválasztás módszerrel.

Mivel a fentvázolt intézkedések, minden előnyös hatásuk ellenére sem voltak alkalmasak arra, hogy a kisűlőcsövek nátrium veszteségének problémáját teljesen megoldják, a nátrium veszteséget teljesen megszüntessék, e téren tovább folyt a kutatómunka. Új helyzetet jelentett az a felismerés, hogy a kvarcon keresztülhatoló nátrium ionos formában hagyja el a kisülőcső felületét. (F. NÁGEL et al: High Temperature Chemistry, Vol. 85-2, p: 72, Toronto 1985, továbbá F. Nágel et al: 4. International Symposium on the Science and Technology of Light Sources, po: 97, Karlsruhe 1986). A kisülőlámpa fémrészeinek potenciálviszonyai döntő mértékben befolyásolják a nátrium ionok kilépését a kisülőcső felületéből, valamint mozgásukat a külső burában. A pozitív nátrium ionok adott pillanatban a negatív potenciálon levő fémrészekhez mozognak, ott elektronfelvétellel semlegesítődnek. így a fémalkatrész és a kisülőcső közöttfennmarad a potenciálkülönbség, a nátrium ionáram nem szűnik meg.

A találmányi gondolat alapja, hogy a kisülőcső nátrium veszteségének megszüntetése végett a kisülőlámpában levő elektromos potenciálon levő fémalkatrészeket (árambevezetőket) nátrium ionokra és elektronokra el kell szigetelni, ill. le kell árnyékolni a kisülőcsőtől. A kisüló'csőből (kvarctestből) kilépő nátrium ionok a találmány szerint a potenciálon levő fémrészek felé való mozgásuk során olyan felületbe ütköznek, melyen nem képesek keresztülhatolni, ugyanakkor ez a felület az elektronok mozgását is meggátolja, így a nátrium ionok nem semlegesítődhetnek. A felhalmozódó nátrium ionok pozitív elektromos terükkel meggátolják további nátrium ionok mozgását a kisülőcső (kvarctest) falában, illetve kilépésüket a kisülőcső felületéről.

Fenti érvelés természetesen nemcsak nátriumra, hanem a kisülőcsőbén esetleg előforduló más, a kvarcba na kisülőcső üzemi hőmérsékletén mozgékony, alkáli adalékra (Li, K, Rb) is érvényes.

A találmány tehát alkáli-halogenid adalékot tartalmazó fémhalogén kisülőlámpára vonatkozik, mely kisülőcsőből, külső burából,

Ilyen lámpa ismeretes az US 3 662 203 ljsz. szabadalmi leírásból. Ebben az ismert lámpában fémből készített lemezalakú elemet helyeznek el a kisülőcső és a potenciálon levő fémalkatrészek (árarabevezetők) közé, melynek anyaga pl. nikkel vagy molibdén. Megállapították azonban, hogy ennek az ismert lámpának az élettartama alatt azemittáltsugárzás színhőmérséklete jelentős mértékben megnövekszik, miközben a lámpa ívfesziiltsége is növekszik. Végül az ívfeszültség növekedése a lámpa kialvásához vezet.

Ennek a problémának megoldására dolgozták ki az US 4 479 071 ljsz. szabadalmi leírásban ismertetett megoldást, mely szerint az árnyékolólemezt (árnyékolókorongot) bórnitrid tartalmú kompozícióból kell készíteni, mely adalékként tartalmazhat még szilícium2

HU 205485 Β dioxidot, kalciumoxidot, alumíniumoxidot, magnéziumszüikátot vagy alumínium foszfátot.

Fenti ismert megoldásnak az a hátránya, hogy a behelyezett ámyékolólemezek jelentős mértékben leárnyékolják a lámpa fényáramát is. Ezenfelül a rendkívül drága bómitrid felhasználása az árnyékolólemezben jelentős költségnövekedést jelent.

Találmányunk kidolgozásakor célkitűzésünk volt fenti hiányosságok kiküszöbölése. Arra a felismerésre jutottunk, hogy amennyiben az árnyékolólemezt kúpalakúra alakítjuk akkor sokkal kisebb mértékben csökkenti a lámpa fényáramát. Ezenfelül azt is megállapítottuk, hogy az árnyékolólemeznek nem kell bórnitridet tartalmaznia ahhoz, hogy funkcióját betöltse, erre egyéb sokkal olcsóbb szigetelőanyag, így csillám, kerámia, illetve alkáli ionokat rosszul vezető üveg is megfelel.

A találmány tárgya tehát alkáli-halogenid adalékot tartalmazó fémhalogén kisülőlámpa, mely kisülocsőből, külső burából, a külső burán át a kisülőcsőbe vezető árambevezető és tartó fémszerelvényből áll, melyben a hálózattal elektromos érintkezésben levő fémalkatrészek és a kisülőcső közé alkáli ionokra átjárhatatlan ámyékolóelem van elhelyezve.

A találmány szerinti fémhalogén kisülőlámpát az jellemzi, hogy az alkáli ionokra átjárhatatlan árnyékolóelem kúpos kiképzésű, anyaga pedig csillám, kerámia, illetve alkáli ionokat rosszul vezető üveg.

Fenti megoldással nagymértékben korlátozzuk az alkálifémek, mindenekelőtt a nátrium kijutását a kvarc kisülőcsőből, ezáltal jelentősen csökkentjük a kísülőcső alkáliveszteségét annak minden káros hatásával együtt. Megoldásunkkal emellett alig befolyásoljuk a kisülőlámpa fényáramát, mert a kőpus kialakítás a fényáramra vonatkozóan jelentéktelen árnyékolást jelent.

Az alábbiakban találmányunk gyakorlati megvalósítását ismertetjük, példaképpen! kiviteli alakot mutatunk be rajzmelléklet kíséretében. A rajzmelléklet egy lapból áll, melyen az

1. ábra: a találmány szerinti kisülőlámpa hosszmetszeti vázlata.

Az 1. ábra szerinti kiviteli alaknál az (1) külső burában elhelyezett (2) kisülőcső (3) árambevezetőjén, annak a (2) kisülőcső oldalán haladó szakaszaira ke5 ményüveg (4) szigetelőcsöveket helyeztünk el. (2) kisülőcső 6,6’ lapított csővégeire 9 kúpalakú szigetelőelemeket alkalmaztunk, melyek elzárják az alkáli ionok útját a (3) árambevezetők felé, majd feltöltődve meggátolják további alkáli ionok kilépését (1) a kisülőcső felületéről. Ez a megoldás emellett csupán kismértékben módosítja a kisülőlámpa fényáramát és fényeloszlását.

A (9) kapualakú szigetelőelem anyaga lehet csillám, MgO-dal vagy más hasonló oxiddal bevont csillám, ke15 rámia vagy üveg.

A (9) kúpalakú szigetelőelemek beépítésének további előnye, hogy a (2) kisülőcsőből származó sugárzás egy részének visszaverésével növekszik (2) kisülőcsőben a plazma visszafűtése, továbbá az (1) külső bu20 rában elhelyezett getter is alacsonyabb hőmérsékleten üzemel.

Claims (4)

1. 25 1. Alkáli-halogenid adalékot tartalmazó fémbalogén kisülőlámpa, mely kisülőcsőből, külső burából, a külső burán át a kisülőcsőbe vezető árambevezető és tartó fémszerelvényből áll, melyben a hálózattal elektromos érintkezésben levő fémalkatrészek és a kisülőcső közé

   30 alkáli ionokra átjárhatatlan árnyékolóelem van elhelyezve, azzaljellemezye, hogy az árnyékolóelem kúpalakú szigetelőelemként (9) van kiképezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kisülőlámpa, azzaljellemezye, hogy a kúpalakú szigetelőelem (9) anyaga csil35 lám, célszerűen MgO-dal van bevonva.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kúpalakú szigetelőelem (9) anyaga kerámia.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti kisülőlámpa, azzal jelle40 mezve, hogy a kúpalakú szigételőelem (9) anyaga alkáli ionokat rosszul vezető üveg;