HU207906B

HU207906B - Method for making halogen- favourably fluor-filled incandescent lamp

Info

Publication number: HU207906B
Application number: HU891845A
Authority: HU
Inventors: Zoltan Laszlo
Original assignee: Tungsram Reszvenytarsasag
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1993-06-28
Also published as: US5109182A; JPH03122963A; EP0392456A2; HUT53471A; EP0392456A3

Description

A találmány tárgya eljárás halogéntöltésű, előnyösen fluortöltésű izzólámpák előállítására. Az eljárás szerint először ismert módon elkészítjük a lámpaszerelvényt, mely átlátszó anyagból készített burából, a burán belül tartókra szerelt izzószálból, árambevezetőkbó'l és a bura belső terével összeköttetésben lévő szívócsőből áll. Az ismert eljárás szerint a bura belső terét ezután legalább 4-5 Pa nyomásra leszivattyúzzuk a szívócsővel összekapcsolt szivattyúrendszer segítségével, ezután feltöltjük töltőgázzal, mely semleges gázból és halogén elemből vagy vegyületből áll úgy, hogy kb. 10⁵ Pa nyomást biztosítsunk a belső térben. Ezután a szívócső leforrasztásával (leszúrásával) a lámpát a szivattyúrendszerről leválasztjuk. A találmány kiterjed az eljárás szerint előállított izzólámpára is.

Az a gondolat, hogy az elektromos izzólámpa hasznos élettartamát a lámpaburába adagolt balogén elemből álló regeneráló gázzal megnövelhetjük, viszonylag régi. Mindazonáltal, a gondolat gyakorlati megvalósítása évtizedeken át nehézségekbe ütközött és csak az ötvenes években jelentek meg a piacon gáztöltésű halogénlámpák, ahogy az megismerhető R, Burgin cikkéből. („The development of tungsten filament lamps” a Lighting Research and Technology-ban, 16. kötet, 2. szám, p: 69), A halogéntöltésű lámpák gyártásának kezdeti szakaszában a regeneráló gáz jód volt. Ezek voltak az ún. jódlámpák, melyekre vonatkozóan ismertetés található pl. az 1955. évi elsőbbségű DE 1 246 874 számú szabadalmi leírásban. A halogén elemek hatásukat az izzólámpák belső terében, az ún. halogén körfolyamatban fejtik ki. Vizsgálták ennek a folyamatnak elméleti termodinamikai hátterét és kidolgozták a regeneráló gázként más halogén elemeket, különösképpen brómot tartalmazó izzólámpák elméletét. R. Burgin említett cikkében (p: 71) az a megállapítás található, hogy a fluortartalmú izzólámpák kifejlesztése és gyártása megoldhatatlan nehézségek miatt nem valósulhatott meg.

Az elmélet szerint fluor használata a mindmáig használt egyéb halogén elem (bróm, jód) helyett nagyon előnyös lenne, mivel az a hasznos élettartam feltételezett megnövelését eredményezné. Ilyen megállapítások találhatók többek között az alábbi publikációkban: „Beispiele und dér Fluorchemie und Möglichkeiten zűr technischen Anwendung” a Philips’Technische Rundschau-ban (1963/64, 10/11, pp. 359-365) és „Die Fluor-Lampe - eine bemerkenswerte Entwicklung zűr Verbesserung dér Lichtausbeute und Lichtdichte von Glühlampen” a Kino-Technik-ben (1965, 2, pp. 29-30).

A fluorlámpák elméletileg előrelátható előnyei a kutatókat állandó tevékenységre ösztönözte, hogy különböző megoldásokat dolgozzanak ki. Ennek eredményeként számos olyan szabadalmi leírás került közzétételre, melyek fluorlámpák gyártására, illetve különböző fluorvegyületek idevonatkozó alkalmazására vonatkoztak.

A fluorlámpák, azaz olyan izzólámpák, melyekben fluortartalmú gáztöltés van, a valóságban mindeddig nem teljesítették azokat az elvárásokat, melyek az elméleti előrejelzésekből következnek, így a hosszú élettartamot. Éppen ellenkezőleg, az előrejelzésekkel a lámpák számos hátránnyal rendelkeztek: hasznos élettartamuk rövid volt, a burák gyorsan feketedtek. A rövid élettartamot az okozta, hogy a fluor megtámadta az üvegburát és az izzószálat törékennyé tette. Ezeket a problémákat úgy kívánták megoldani, hogy különböző halogén elemeket (különösképpen brómot és jódot) alkalmaztak a fluorral együtt, ahogyan azt a DE-OS 1251 433 vagy HU-PS 159001 szabadalmi leírásokban javasolták, vagy módosították a töltőgáz nemesgáz tartalmát hélium bevitelével (US 3 974413). Voltak, akik halogénezett szilánok útján vitték be a halogén elemet (fluort) a lámpaburába azzal a célzattal, hogy az ennek elbomlásakor keletkező elemi szilícium védőbevonatot hozzon létre a lámpabura belső falán (DE 1959612), Ismeretes a fluorlámpa elfeketedésének kiküszöbölésére olyan megoldás, hogy a nemesgáz (semleges gáz) töltésbe a fluorral ekvimolekuláris mennyiségben oxigént adagolnak (US 3 783 328).

Az említett publikációk szemléltetik azokat a sokoldalú erőfeszítéseket, melyek arra irányultak, hogy kifogástalan megoldást találjanak a feltehetően számos előnnyel rendelkező fluorlámpák megvalósítására. A problémák azonban megoldatlanok maradtak: a piacon gyakorlatilag nem találhatók olyan lámpák, melyek halogén töltőgázként fluort tartalmaznak.

Jelen találmánynak az a célkitűzése, hogy megoldást nyújtson a fent említett problémára.

Ennélfogva a találmány célkitűzése, hogy gyártási eljárást nyújtson olyan izzólámpák előállítására, melyek gáztöltésűkben fluorvegyületet tartalmaznak és az eljárás legyen alkalmas izzólámpák ipari méretű tömeggyártására. További célkitűzés, hogy kihasználjuk az elméleti kutatások által ígért előnyöket, azaz megnöveljük az izzólámpák élettartamát és/vagy megnöveljük fényhatásfokukat.

A találmány célja továbbá általában a halogén izzólámpák gyártástechnológiájának javítása és ezáltal a halogén lámpatípusok minőségének javítása azáltal, hogy a fluorlámpák előállításánál szerzett felismerésünket kiterjesztjük más halogén elemekkel készített lámpákra is.

A fluorlámpák előállításának eddigi sikertelenségét vizsgálva arra a felismerésre jutottunk, hogy a fluorlámpák esetében a halogén körfolyamat rövid üzemeltetés után valamilyen ok miatt megszűnik. A halogén körfolyamatnak az alábbi módon kell működnie: az izzószálból elpárolgó volfrám az üvegbura belső falára kondenzálódik és a halogén elem vegyületet alkot vele, mely a bura hőfokán elpárolog és visszaszáll az izzószálra, ahol a magas hőmérsékleten a volfrám-halogén vegyüiet elbomlik, a volfrám visszaépül az izzószálba, a halogén elem pedig a gáztérbe kerül és a bura falára jutva a körfolyamat ismétlődik. Ha a körfolyamat leáll, a volfrám megmarad és felhalmozódik a bura felületén és észleljük a lámpa korai elfeketedését. Felismerésünket abban foglalhatjuk össze, hogy az izzólámpákban ipari gyártási körülmények között mindig jelen van vala1

HU 207 906 Β milyen szennyezés és a szivattyúzási folyamat közben kis mennyiségű szerves anyag (vegyület) mindig bejut a bura belső terébe. Ezek a szerves vegyületek megkötik a lámpában viszonylag kis mennyiségben jelen levő fluort, elsősorban a fluor nagy aktivitása miatt. Ez az oka annak, hogy a halogén körfolyamat gyakorlatilag mindig megszakad rövid idővel a lámpa bekapcsolása, üzemeltetése után. Természetesen lehetőség van arra, hogy fölös mennyiségű fluort vigyünk be a lámpaburába, de ez káros lehet: a szabad fluor törékennyé teszi az izzószál anyagát és a törékenység az élettartam lerövidülését eredményezi.

A fent előadott felismerés úgy vihető át a gyártástechnológia követelményeibe, hogy alkalmazni kell egy lépést a bura belső terének megtisztítására, a szerves és széntartalmú szennyezések eltávolítására. Találmányi felismerésünk szerint az ilyen jellegű szennyezések egyszerű kémiai eljárással eltávolíthatók.

Találmányi eljárásunk lényegében abból áll, hogy a lámpaszerelvényeket a szivattyúzási művelet közben speciális hőkezelésnek vetjük alá. Ez abból áll, hogy a lámpaszerelvényt rövid időre, kb. 0,5-1 perc időtartamra 500-600 °C hőmérsékletre melegítjük, miközben a lámpabura belső terében 15-200 Pa nyomású levegő van jelen. Ebben a nyomástartományban ugyanis még elég oxigén van jelen ahhoz, hogy a felületeken megtapadt és a vákuum hatására a gáztérbe került szerves anyagokkal reakcióba lépjen és azokat elégesse.

Ezt követően a hőkezelés alatt keletkezett gáznemű reakciótermékeket a többi jelen levő gázzal együtt szivattyúzással eltávolítjuk, a burát legalább 4-5 Pa nyomásra leszivattyúzzuk, majd ismert módon halogén vagy halogénvegyület tartalmú nemes (semleges) gázzal, kb. 10⁵ Pa nyomásra feltöltjük. Befejező műveletként a lámpát a szívócső leszúrásával a szivattyúrendszerről eltávolítjuk.

A találmány egyik előnyös foganatosítási módja szerint a lámpa töltőgáza nemesgázból, különösen kb. 10⁵ Pa parciális nyomású kriptonból vagy argonból és kb. 133 Pa parciális nyomású CC1₂F₂ képletű vegyületből (freon) áll.

Az eljárás előnyösen foganatosítható keverék töltőgázzal is, mely nitrogén és nemesgáz, előnyösen kripton vagy argon keverékéből áll.

A találmány oly módon is megvalósítható, hogy a töltőgázba halogén elemként brómot viszünk be metilbromid vagy metilénbromid alakjában, továbbá nemesgázként argont vagy kriptont.

A javasolt eljárás szerint előállított fluorlámpáknál éles élettartam növekedés tapasztalható, ha összehasonlítjuk olyan lámpákkal, melyek a módszer alkalmazása nélkül, a technika állása szerinti ismert eljárással készültek.

Amennyiben a találmány szerinti eljárást nem alkalmazzuk, akkor a lámpák égetéskor elfekedtednek, mely folyamat úgy kezdődik, hogy a burafalon éles kontúrral határolt fekete foltok jelennek meg. Ennek okát abban találtuk, hogy a bura felülete nem homogén. Feltételezésünk szerint az inhomogén helyeken szerves szennyeződés, pl. olaj van jelen, mely a szivattyúzás közben is oldakerülhet az olajszivattyúból származó olajgőzből. A találmány szerint ezeket a helyeket oly módon tisztítjuk meg, hogy a burafalra rakódott szerves anyagokat elégetjük, széndioxiddá és más égéstermékgázzá alakítjuk, ezután a burából szivattyúzással eltávolítjuk. Végső soron kémiai tisztítást alkalmazunk. így a halogén lámpa működése közben a gáztérben levő halogén elem az ismert halogén körfolyamat szerint az izzószálról a burafalra párolgó volfrámmal fog reakcióba lépni. A burafalra rakódott volfrám a fluorral volfrám-hexafluoriddá alakul, majd ilyen módon visszakerül az izzószálra.

Végeredményben az eljárás jellemzője az a felismerés, hogyha a lámpát kissé oxidáló gáztérben kimelegítjük, akkor a bura fala szénmentes lesz. Ha szén vagy széntartalmú vegyület van jelen, akkor valamilyen szerves fluorvegyület képződik, ami elfogyasztja a fluort és a halogén körfolyamat leáll. Értelmezésünk szerint reakcióképes szénszennyezés hiányában a fluor hatásosabban távolítja el a lerakodott volfrámot a burafalról.

Később ugyan viszünk be szerves halogénvegyületet, szerves fluorvegyületet a lámpa gázterébe. Ennek széntartalma azonban sztöchiometrikusan megfelel a vegyület halogén tartalmának. így pl. ha a töltőgázba CC1₂F₂ képlettel jellemzett freont adagolunk, akkor a lámpában levő szén pontosan megfelel a freonnal bevitt klórnak és fluornak. A sztöchiometrikus arányt meghaladó szénmennyiség nincs a lámpában. A találmány szerint készített lámpában maximálisan annyi szén (C) van jelen, amennyit a szerves halogénvegyülettel bevittünk a lámpába.

A találmány szerinti eljárással fluortöltésű halogénlámpákat készítettünk és azokat tartós égetéssel élettartam vizsgálatnak vetettünk alá. A kísérleti lámpák messzemenően teljesítették az elvárt követelményeket, amint ezt az alábbi példák bizonyítják.

1. példa

1000 W teljesítményű fényképészeti lámpákat készítettünk 225 V tápfeszültségre, melyekben a töltőgáz kb. 10⁵ Pa parciális nyomású kriptonból és kb. 133 Pa parciális nyomású CC1₂F₂ képletű freongázból áll. A lámpák fényintenzitása kb. 25 000 lm volt kb. 3200 K színhőmérsékleten.

A javasolt eljárás szerint készített lámpák élettartama meghaladta a 400 órát, miközben a szokásos módon készített, nem fluortöltésű ugyanilyen lámpák katalógus szerinti élettartama 200 óra.

2. példa

Az 1. példával azonos műszaki adatokkal rendelkező, de 33 000 lm fényáramra és 3400 K színhőmérsékletre méretezett fényképészeti lámpa. A töltőgáz az 1. példával ellentétben nem kripton, hanem argon volt. A fluortartalmú adalékgáz itt is freon volt és a nyomásviszonyok is azonosak voltak az 1. példa szerinti adatokkal. A lámpák élettartama 30 óra felett volt, miközben a kontroll (fluor nélkül) szokásos halogénlámpák katalógus szerinti élettartama mindössze 15 óra.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás halogéntöltésű, előnyösen fluortöltésű izzólámpák előállítására, mely az alábbi lépésekből áll:

- izzólámpa szerelvényt készítünk átlátszó burából, melyben tartókra szerelt izzószál van elhelyezve, továbbá árambevezető huzalokból és a lámpabura belső terével összeköttetést biztosító szívócsőből,

- ezt követően a lámpaburából a levegőt szivattyúrendszerrel eltávolítjuk,

- a leszivattyúzott burába gáztöltést vezetünk be és végül

- az elkészült lámpát a szivattyúrendszerről a szívócső leolvasztásával leválasztjuk, azzal jellemezve, hogy a szivattyúzási és gázfeltöltésű műveleteket az alábbiak szerint végezzük el:

- a bura leszivattyúzása során először kb. 15200 Pa nyomásértékre állunk be,

- az így eló'szivattyúzott, kb. 15-200 Pa nyomású oxidáló hatású levegőt tartalmazó lámpaszerelvényeket 30-60 s időtartamra kb. 500-600 °C hőmérsékletre melegítjük a burában levő széntartalmú szennyezések elégetése végett,

- a szivattyúzást folytatva második lépésben a burában levő nyomást legalább 4-5 Pa-ra csökkentjük, majd

- a lámpaburába a szívócsövön keresztül bevezet5 jük a gáztöltést, mely kb. 10⁵ Pa parciális nyomású semleges- és/vagy nemesgázból és kb. 133 Pa parciális nyomású halogén elemből és/vagy halogén vegyületből áll.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, 10 hogy a lámpák feltöltésére nemesgázként kriptont vagy argont, halogénvegyületként pedig CC1₂F₂ képletű freont alkalmazunk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lámpák feltöltésére semleges töltó'gázként nitro15 gén + argon keveréket alkalmazunk.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy

- halogénvegyületként metilbromidot vagy metilénbromidot,

20 - semleges töltőgázként pedig argont vagy kriptont alkalmazunk.