HU217729B

HU217729B - Halogén izzólámpa és eljárás annak üzemeltetésére, valamint a halogén izzólámpát tartalmazó reflektor és világítótest

Info

Publication number: HU217729B
Application number: HU9601727A
Authority: HU
Inventors: Peter Dobiasch; Rolf Minder; Karlheinz Vogl
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH.
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 2000-04-28
Also published as: EP0736222A1; JPH09506996A; US5896007A; DE4343989C2; DE4343989A1; DE9321215U1; EP0736222B1; KR100360553B1; CN1066286C; KR960706689A; CN1138388A; WO1995017764A1; CA2179828A1; HUT74347A; JP3217371B2; CA2179828C; DE59410460D1

Abstract

A találmány tárgya halogén izzólámpa burával (1), amely egyvilágítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmaz, ahol a töltőgáz kishalogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inert gáz, a világítótest(6’) két áram-hozzávezetés (3’) révén össze van kötve a külső villamosvezetékekkel. A találmány szerinti halogén izzólámpa egy- vagykétoldalt lapított közepes vagy nagyfeszültségű (60 V fölötti üzemifeszültségű) lámpa, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,5– 5 bar,előnyösen 1–5 bar között úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, avilágítótest (6’) méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1)belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekciójelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura legalábbközelítőleg hengeres, a bura belső átmérője 6–15 mm, a töltésitérfogat 0,05–15 cm3, a világítótestet (6’) 200 ?m-nél kisebb átmérőjűspirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amelylegalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő1,5-- szerese, továbbá a bura bróm-hidrogén-mentes, a lámpaélettartama legalább 2000 óra, fényhasznosítása pedig legalább 5 lm/W.Egy másik változatnál a lámpa kétoldalt lapított kisfeszültségű (60 V-ig terjedő üzemi feszültségű) lámpa, ahol a töltőgáz hidegtöltőnyomása 0,1–5 bar, előnyösen 0,5–5 bar között van megválasztva. Atalálmány szerinti lámpa (1) burája előnyösen kvarcüvegből vagykeményüvegből készül, és egyenletes falvastagságú, ahol a lámpaegyoldalt lapított kisfeszültségű (60 V-ig terjedő üzemi feszültségű)lámpa. A találmány szerinti izzólámpával ellátott reflektorüvegkalottáján reflektornyak és fénykilépési nyílás van kialakítva,ahol a lámpabura a reflektornyakban van rögzítve, a töltőgáz hidegtöltőnyomása 0,5–3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt vanmegválasztva, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva. Atalálmány szerint világítótest (6’) is kialakítható reflektorral ésabban elhelyezett izzólámpával, ahol a reflektor üvegkalottájánfénykilépési nyílás van kialakítva, a töltőgáz hideg töltőnyomása0,1–3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt van megválasztva, és afénykilépési nyílás szabadon van hagyva. A találmány szerintieljárásnál a töltőgáz hideg töltőnyomását 0,1–5 bar között úgyválasztják meg, hogy egy olyan nyomástartomány alatt legyen, ahol ahőteljesítmény-veszteséget túlnyomó mértékben a konvekció okozza(konvekciós tartomány) a konvekciós tartomány határának közelében,ahol a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságaia burán (1) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében akonvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és a kezdeti jóság (%SCE) a maximális érték tartományában legyen. ŕ

Description

zött, előnyösen 1,7 bar alatt van megválasztva, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva.

A találmány szerint világítótest (6’) is kialakítható reflektorral és abban elhelyezett izzólámpával, ahol a reflektor üvegkalottáján fénykilépési nyílás van kialakítva, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt van megválasztva, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva.

A találmány szerinti eljárásnál a töltőgáz hideg töltőnyomását 0,1-5 bar között úgy választják meg, hogy egy olyan nyomástartomány alatt legyen, ahol a hőtelj esítmény-veszteséget túlnyomó mértékben a konvekció okozza (konvekciós tartomány) a konvekciós tartomány határának közelében, ahol a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és a kezdeti jóság (% SCE) a maximális érték tartományában legyen.

A találmány tárgya halogén izzólámpa és eljárás annak üzemeltetésére, valamint a halogén izzólámpát tartalmazó reflektor és világítótest. Ilyen halogén izzólámpáknak világítótestet, valamint töltőgázt tartalmazó burája van, ahol a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, a világítótest pedig két áram-hozzávezetés révén össze van kötve a külső villamos vezetékekkel. A halogén izzólámpa különösen általános világításra (ÁV), de fotózási vagy vetítési célokra (FO) vagy más alkalmazásokra is megfelel. Különösen kis teljesítményű, kisfeszültségű lámpákban alkalmazható, de nagy- és középfeszültségű lámpákhoz is lehet használni.

Ilyen lámpák például a DE 22 31 520 számú német közzétételi iratból ismertek. Hideg töltőnyomásuk szokásos módon körülbelül 5-15 atm, ahol a töltet inért gáz, különösen nemesgázok (argon, kripton, xenon), amelyek adott esetben kis hányadban (5-10%) nitrogént tartalmaznak. Hozzá van adva továbbá egy vagy több halogénvegyület nyomokban, amelyek parciális nyomása csak néhány millibar.

Az ilyen lámpáknál, különösen az általános világítási célokra készülteknél, a viszonylag hosszú élettartam (ÁV: 2000 óra, FO: 200 óra és több) megcélzása áll az előtérben. Ennek a célnak az elérése érdekében általában abból indulnak ki, hogy a világítótest volfrámanyagának párolgási sebességét a lehető legnagyobb töltési nyomással (Lohmann, H.: Elektrotechnik, 1986, 33-36. oldal, különösen a 35. oldal publikációja szerint halogénlámpáknál körülbelül 2000-8000 Torr) korlátok közé kell szorítani. Ugyanakkor a töltet alkotórészeként jelen lévő halogénvegyület a burában fellépő konvekció révén egy körfolyamatot tart fent a világítótestből elpárolgó volffámrészecskék számára (Correra,

S. M., Int. J. Heat Mass Transfer, 30, 663, 1987). A konvekció persze jelentős hőveszteséget is okoz, amelynek nagyságrendje a lámpateljesítmény 10%-a.

Ez idáig általában úgy tekintették, hogy az ilyen üzemi feltételek betartásától nem lehet elállni, ha az a cél, hogy nagy legyen a fényhasznosítás (25 lm/W-ig) és ugyanakkor hosszú legyen a lámpa élettartama (2000 óra).

Néhány esetben speciális okok miatt ugyan kifejlesztettek kis hideg töltőnyomású különleges lámpákat (EP 295 592 számú szabadalmi leírás), de azzal a feltétellel, hogy ennek ellenére végbemegy a halogénkörforgást hajtó konvekció. Ezeknél a lámpáknál a spirál keresztirányú a lámpa tengelyéhez képest, aminek következtében a bura lámpafejjel szemközti végét jelentősen meg kell vastagítani. Ez nagy térfogatot eredményez, ami a bura anyagául választott puhaüveg miatt is szükséges. Az egyenetlen falvastagság miatt feszültségek lépnek fel a burában, ami csökkenti a lámpa élettartamát.

Az FR 2 436 495 szabadalmi leírás egy kétoldalt lapított, nagyfeszültségű lámpát ismertet, amelynél a hideg töltőnyomás körülbelül 0,2 bar. Ez egy fotolámpa, amelynél agresszív bróm-hidrogént alkalmaznak halogénjeiként, miáltal az ilyen fotolámpák élettartama általában rövid (körülbelül 200 óra). A fotolámpa lámpatérfogata nagy (körülbelül 19 cm³), ami igen nehézzé teszi a konvekciómentes üzemeltetést.

Az US 4 463 277 szabadalmi leírás kisfeszültségű, de a spirál a lámpa tengelyéhez képest keresztirányban (nem tengelyirányban) helyezkedik el, és a térfogata is lényegesen nagyobb. A lámpa térfogata itt is nagy (körülbelül 20 cm³), ami azzal a hátránnyal jár, hogy a konvekciómentes üzemeltetés nehezen megvalósítható.

Az izzólámpák elméleti kezelésében lényeges szerepet játszik a Langmuir-réteg fogalma, amelyet részletesen például az OSRAM GmbH (TWAOG) következő kiadványában tárgyalnak: Techn. Wissenschaftl. Abhandlungen (műszaki tudományos értekezések), 9. kötet, 125-136. oldal, 1967, Springer Verlag, Berlin. Eszerint feltételezik a hengernek tekintett világítótesttel határos, nyugvó stacionárius gázréteg, mégpedig a Langmuir-réteg létezését, amelyet homogénnek és állandó átmérőjűnek tekintenek. Ebben a hőelvonás egyedül hővezetéssel történik, míg ezen a rétegen kívül a hőveszteségeket szabad konvekció határozza meg. A Langmuir-réteg vastagsága halogén izzólámpák esetében néhány milliméter nagyságrendű (vö. a fent idézett DE 22 31 520 számú közzétételi irattal is) és függ a töltőnyomástól.

Különös körülmények állnak fenn a szoffitalámpák, tehát a kétoldalt lapított, nyújtott izzólámpák esetében, amelyek világítóteste tengelyirányban van elhelyezve. Itt súlyos problémák keletkeznek a vízszintestől eltérő helyzetben (különösen függőleges égési helyzetben) való üzemeléskor. Ez a töltőgáznak és a halogénadaléknak a bura belsejében bekövetkező szétválásával van összefüggés2

HU 217 729 Β ben. Az US 3 435 272 számú szabadalmi leírásban, valamint az Illum. Engin., April, 1971, 196-204. cikkben a 0,5-15 bar töltőnyomáson végbemenő diffúzió és konvekció együttes hatásának tulajdonítják ezt a termikusán előidézett szétválási jelenséget. Ezt a jelenséget a burába bevezetett és a világítótestet körülvevő üvegcsővel hárítják el.

Találmányunk célja halogén izzólámpa előállítása, amely magában foglalja a világítótestet és a töltőgázt tartalmazó lámpaburát. A világítótest két áram-hozzávezetés révén össze van kötve a külső villamos vezetékekkel. Ily módon viszonylag nagy fényhasznosítás válik lehetővé, és ugyanakkor a lámpa élettartama is hosszú.

Ezt a feladatot a találmány értelmében olyan egyvagy kétoldalt lapított közepes vagy nagyfeszültségű (60 V fölötti üzemi feszültségű) lámpával oldjuk meg, ahol a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,5-5 bar, előnyösen 1-5 bar között úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura legalább közelítőleg hengeres, a bura belső átmérője 6-15 mm, a töltési térfogat 0,05-15 cm³, a világítótestet (6) 200 μιη-ηέΐ kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amely legalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő 1,5szerese, továbbá a bura bróm-hidrogén-mentes, a lámpa élettartama legalább 2000 óra, fényhasznosítása pedig legalább 5 lm/W.

Egy másik előnyös kiviteli példánál a lámpa kétoldalt lapított, kisfeszültségű (60 V-ig terjedő üzemi feszültségű) lámpa, ahol a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-5 bar, előnyösen 0,5-5 bar között van megválasztva.

A találmány szerinti lámpa burája előnyösen kvarcüvegből vagy keményüvegből készül és egyenletes falvastagságú, ahol a lámpa egyoldalt lapított, kisfeszültségű (60 V-ig teijedő üzemi feszültségű) lámpa.

A találmány szerinti izzólámpával ellátott reflektor üvegkalottáján reflektomyak és fénykilépési nyílás van kialakítva, ahol a lámpabura a reflektomyakban (27) van rögzítve, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,5-3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt van megválasztva, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva.

A találmány szerint világítótest is kialakítható reflektorral és abban elhelyezett izzólámpával, ahol a reflektor üvegkalottáján fénykilépési nyílás van kialakítva, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt van megválasztva, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva.

A feladatot az eljárás tekintetében úgy oldjuk meg, hogy a töltőgáz hideg töltőnyomását 0,1-5 bar között úgy választjuk meg, hogy egy olyan nyomástartomány alatt legyen, ahol a hőteljesítmény-veszteséget túlnyomó mértékben a konvekció okozza (konvekciós tartomány) a konvekciós tartomány határának közelében, ahol a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán belül úgy működnek együtt, hogy a bura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és a kezdeti jóság (% SCE) a maximális érték tartományában legyen.

Míg az uralkodó elmélet a töltőnyomás és az élettartam közötti lineáris összefüggésből indul ki, ami nagy, tipikusan 5-15 atm töltőnyomást jelentene körülbelül 2000 óra élettartam megvalósítása érdekében, addig új, törvényi előírások arra ösztönöztek, hogy a kisnyomású lámpákat is 2,5 atm-nál kisebb üzemi töltőnyomáson vizsgáljuk. Ily módon került előtérbe az eddig figyelmen kívül hagyott tény, hogy elméletileg lehetséges olyan lámpákat előállítani, amelyeknél a hőszállítás révén a töltőgáz által okozott teljesítményveszteségek csak gyengén növekszenek a töltőnyomással, mert ezeket a veszteségeket csak a gázban lezajló hővezetés (diffúzió) okozza. A halogén izzólámpa előállításában általában eddig elkerülhetetlennek tekintett nagy nyomás azonban, amely kapcsolatban van a halogénkörforgást biztosító konvekcióval, nagy, a töltőgáz által okozott teljesítményveszteségeket okoz, amelyek tehát a töltőnyomással erősen növekszenek, mert túlnyomórészt a konvekció hatásos hőszállítási mechanizmusán nyugszanak. Az átcsapási pont a tiszta diffúziós üzemmód és a között az üzemmód között, amelyben járulékosan konvekció lép fel és erősen túlsúlyban van, a lámpa konkrét felépítésétől függ. Általában azonban a 0,1-5,0 bar közötti, különösen körülbelül a 0,5-3 bar közötti kisfeszültségű lámpák esetében, különösen 1,7 bar alatti hideg töltőnyomás-tartományban van.

Ilyen konvekciómentes körülmények meglétére szolgáltat kiindulási pontot a Langmuir-rétegnek a mindenkori lámpához hozzárendelt vastagsága. A lámpaméreteket előnyös módon úgy kellett választani, hogy az egyszeres vagy kettős spirálú világítótest külső átmérője és a bura belső fala közötti távolság ne haladja meg a Langmuir-réteg vastagságát. Természetesen egyszerűsített feltevéseket alkalmazó matematikai modellről van szó, amely nem tud általános érvényű egzakt értékeket nyújtani, hanem részben csak durva kiindulási pontokat szolgáltat.

A találmány kifejlesztésének második fontos kiindulópontja szerint meglepő módon úgy találtuk, hogy azoknál a halogén izzólámpáknál, amelyek töltőnyomása a konvekciómentes tartományban van, a halogénkörforgás még megfelelően működik ahhoz, hogy elmaradjon a feketedés.

Teljesen ellentétben az uralkodó nézettel ezenkívül úgy találtuk, hogy a szokásos nagynyomású körülmények között a halogén-körfolyamatnak negatív hatása van a lámpa élettartamára (halogéndefektus). Ezt a hatást itt gátoljuk, mert a halogén-körfolyamat a hiányzó konvekció miatt kevésbé agresszíven működik, mivel a káros szállítási folyamatok már csak diffúzióval képesek végbemenni, és a konvekció által segített szállítási folyamatokhoz képest döntően lelassulnak.

A harmadik lényeges pont, hogy a lámpák élettartama ismert módon nagyon függ a világítótest volfrámanyagának párolgási sebességétől. Ez a sebesség a növekvő töltőnyomással kisebb lesz. Ennek megfelelően a hosszú élettartam elérése érdekében - a kis párolgási

HU 217 729 Β sebességnek megfelelően - a lehető legnagyobb nyomásra kellett törekedni. Kiderült, hogy a párolgási sebesség a növekvő nyomás függvényében kis nyomásoknál viszonylag jobban csökken, mint nagy nyomásoknál. A konvekciómentesség és a párolgási sebesség (a matematikában „konvolúciónak” nevezett multiplikatív összefüggés értelmében) egyidejű figyelembevétele lehetővé teszi ezért egy olyan üzemi állapot megtalálását viszonylag kis töltőnyomás esetén, amelyen a viszonylag nagy fényhasznosítás tekintetében (több, mint 5 lm/W, különösen nagyon kis - például 10 W vagy kevesebb - teljesítmények esetén is) kedvező körülmények uralkodnak, és ugyanakkor viszonylag hosszú az élettartam (500 óránál több).

Teljesen meglepő módon úgy találtuk továbbá, hogy bizonyos peremfeltételek mellett, nevezetesen azoknál a lámpáknál, amelyek világítótestének anyaga vékony huzal, még olyan értékek is célul tűzhetők ki a fényhasznosításra és az élettartamra, amelyek egyenértékűek a nagy nyomásokon fennálló értékekkel. A huzalok átmérője előnyös módon legfeljebb 200 pm, különösen előnyös módon <100 pm. Kiemelkedő javulások érhetők el 50 pm-nél kisebb huzalátmérőjű lámpákkal. Ennek a viselkedésnek az az oka, hogy kis huzalátmérők esetén a huzal élettartamát a párolgási mechanizmus helyett egy másik kiesési mechanizmus, nevezetesen a volfrámnak a huzal mentén történő vándorlása határozza meg. Nagyon kis huzalátmérők esetén a huzal szemcseszerkezete nagyon észrevehetővé válik, mivel a huzalátmérőn felül már csak egy-két szemcse van. A volfrám vándorlása a szemcsehatárokon a szemcsék közötti szűkületekkel válik észrevehetővé. Ezt a folyamatot szemcsehatár menti korróziónak nevezzük. Ez a kiesési mechanizmus független a töltőnyomástól, sokkal inkább a spirálhuzal felületi hőmérsékletétől függ (a jellemző hőmérséklet-értékek 2300-3200 K között vannak). Az itt bemutatott üzemi körülmények között ez a kiesési mechanizmus meglepő módon erősen csökken.

A megváltoztatott kiesési viselkedés döntő következménye az ennek megfelelően megváltoztatott kiesési karakterisztika. Nagyszámú lámpa kiesési viselkedése általában egy módosított Gauss-eloszlást követ, amely Weibull-eloszlásként ismert. Ezt a középérték (egy lámpasokaság 63,2%-ának kieséséig eltelt idő) és egy meghatározott szórás (variancia) jellemzi. Eddig ez a szórás a jellemzően 7000 órás középérték esetében jellemzően 5000 óra volt.

A szórás a középértékhez képest tehát nagyon nagy volt. A találmány szerinti lámpák esetében ezzel szemben egész más kiesési viselkedés figyelhető meg. Jóllehet a Weibull-eloszlás középértéke jóval kisebb (a jellemző érték 4000 óra), a közepes élettartam szórása olyan erősen csökken, hogy a 3%-os érték (élettartam a lámpák első 3%-ának kieséséig) mégis ugyanolyan kedvező vagy még kedvezőbb, mint a technika ismert állása szerinti lámpák esetében. Ez azt jelenti, hogy a lámpasokaság 3%-os kiesése és 63,2%-os kiesése közötti időt erősen csökkenthetjük a Weibull-eloszlás lényegesen gyorsabb emelkedésének megfelelően. Következésképpen egy rosszabb közepes élettartam ellenére nagyjából ugyanolyan értékű vagy még jobb hatásosan használható élettartam (ezt egy lámpasokaság első 3%-ának élettartamával megadott időként definiáljuk) érhető el (a továbbiakban névleges élettartam).

A találmány további különös előnye, hogy a találmány szerinti üzemi körülmények között elhanyagolható a spirálhuzal felületének fazettálása. A fazettálás azt a jelenséget jelenti, hogy a huzal anyagának egyes szemcséi a lámpa üzemelése közben a tulajdonképpen köbösen térközéppontos rácsfelépítésüknek megfelelően növekedni kezdenek. Emiatt a huzalfelület egyrészt egyenetlenné válik, másrészt növekszik a kisugárzó huzalfelület. Ez a folyamat általában a maradék fényáram csökkenéséhez vezet, amelyet rendes körülmények között a névleges élettartam 75%-ának eltelte után mérünk. A találmány szerinti lámpák azt a meglepő jelenséget mutatják, hogy a maradék fényáram jóval nagyobb, mint az összehasonlító lámpák esetében. A fényáram a kezdeti értékhez képest még növekedhet is. Az ok feltehetőleg ebben az esetben is a volfrámnak a felület mentén történő vándorlása, amely simító- és kiegyenlítőhatást gyakorol a felület profiljára.

A találmány szerinti halogén izzólámpáknak rendes körülmények között kvarcüvegből vagy keményüvegből készült, magas hőmérsékletnek ellenálló burája van. Az ebben lévő világítótest hengeresen vagy legalábbis közel hengeresen (például enyhén hajlított henger) van kialakítva (általában egyszerű vagy kettős spirálként) úgy, hogy ez meghatározza a világítótest hossztengelyét. A világítótest a bura végével - amely általában kompressziós tömítéssel van lezárva - párhuzamosan is és arra merőlegesen is elhelyezkedhet. A bura lehet hengeres, de más alak is elfogadható. A jellemző belső méretek (hengeres alak esetében például a belső átmérő) 3 és 15 mm között vannak, de nagyobb értékek is lehetségesek. A fényvillamos adatokra példák: 10-től több, mint 20 lm/W-ig (a minimálérték 5 lm/W) 2000 órás élettartam esetén.

A találmány előnyei különösen a kis teljesítményű, kisfeszültségű lámpáknál mutatkoznak. A bura töltetének mennyisége kisfeszültségű lámpák esetében 0,05-1 cm³ nagyságrendű, nagyfeszültségű lámpák esetében maximum 15 cm³. Töltőgázként előnyös módon nemesgázt alkalmazunk, adott esetben nitrogén hozzáadásával. A kisfeszültségű lámpák jellemző hideg töltőnyomása 0,5-1,7 bar, a nagyfeszültségű lámpáké maximum 5 bar. Halogénvegyületekként például halogénezett szénhidrogének alkalmasak.

A világítótest méretei szintén befolyásolják az üzemi viselkedést. A világítótest burkolóhengerét például előnyös módon úgy kell kialakítani, hogy hossza legalább akkora legyen, mint az átmérő, különösen az átmérőnek több, mint 1,5-szerese, előnyös módon több mint 2-szerese lehet.

A világítótest mag- és emelkedési tényezője is befolyásolja a konvekciós viselkedést. Az emelkedési tényezőhöz kiindulási pont a 2,0 alatti érték. A konkrét értéket az egyes esetekre azonban empirikus úton kell meghatározni.

A találmány szerinti lámpák színhőmérséklete körülbelül a 2400-3400 K közötti tartományban van.

HU 217 729 Β

Általában igaz, hogy a jelen találmány alkalmazása az egy oldalon és a két oldalon lezárt lámpák esetében is előnyös. A lezárás általában lapítással (kompressziós tömítés), adott esetben azonban forrasztással is történhet. Kisfeszültségű lámpák (maximum 60 V) esetén a találmány alkalmazási területe gyakorlatilag korlátlan. Nagy- és középfeszültségű lámpák (60 Vnál nagyobb üzemi feszültség) esetén a találmány korlátozás nélkül csak a szoffítalámpák esetében alkalmazható.

Az egy oldalon lapított lámpáknál azonban ügyelni kell arra, hogy elkerüljük az áramvezető részek közötti átütéseket.

A konvekció nélkül elérhető maximális hideg töltőnyomás a nagyfeszültségű lámpáknál általában jóval nagyobb, mint a kisfeszültségű lámpáknál, nevezetesen 1 és 5 bar között van. Ez idomul ezeknek a lámpáknak az általában nagyobb méreteihez. Nagyfeszültségű lámpák esetében ezért a tudatos „konvekciómentes” üzemmód csak akkor előnyös, ha bizonyos hátrányok kiküszöbölhetők. Általában ugyanis úgy találtuk, hogy a konvekciómentesen üzemeltetett lámpák jóval kevésbé függenek az égési helyzettől (ez például a szoffítalámpák esetében érdekes). Ennek magyarázata a burán a hőmérséklet-eloszlásnak a konvekciómentes lámpáknál talált jobb egyenletessége (jellemző a szórás 50%-os javulása), valamint az alacsony világítótest- és burahőmérséklet tendenciája áll. Mindkét jelenség növeli az élettartamot.

Ennek következményeként az ilyen lámpák különösen előnyösen használhatók reflektorokban vagy világítótestekben is. Ez nagyfeszültségű lámpákra is és kisfeszültségű lámpákra is vonatkozik. Jellemző a hőmérséklet-terhelésnek a lámpa lapífásánál mért 10%-os csökkenése a „nagynyomású” lámpákhoz képest.

A lámpa megfelelő geometriai méretezésével azonkívül a konvekciómentes töltőnyomási tartományú üzemmódban a teljesítményveszteségek egyszerű lineáris függése helyett (logaritmikus ábrázolásban) előállíthatunk kis nyomásoknál egy lineáris függésű tartományt és nagy nyomásoknál egy olyan tartományt, amelyben a teljesítményveszteség a nyomástartománytól nagyjából független (plató). Ez a platótartomány különösen arra alkalmas, hogy nagyfeszültségű lámpáknál is elérhető legyen a találmány szerinti üzemi állapot viszonylag kis nyomáson. Ugyanis a plató lehetővé teszi, hogy a „munkapontot” ne kizárólag előnyös módon épp az átcsapási pont alatt válasszuk ki, ahol konvekció lép fel, hanem a nyomást egy jóval kisebb értékre állítsuk be a platón belül vagy akár a plató kezdetén is. Az átütési kockázat a nagyfeszültségű lámpáknál általában egy kevés nitrogént tartalmazó (maximum körülbelül 10%) nemesgázból álló töltőgázkeverékkel befolyásolható.

A találmány további előnyei a csökkentett gázfelhasználás (ami különösen a drága xenon alkalmazásakor fontos) és a szétrobbanás elleni nagy biztonság.

Végül a spirál terhelését illetően meg kell jegyezni, hogy a nagynyomású lámpáknak (azaz a konvekcióval terhelt lámpáknak) nemcsak jóval nagyobb a spirálhőmérsékletük, hanem kisugárzó felületük is kisebb, mint a megfelelő, ugyanolyan fénytechnikai adatokkal rendelkező kisnyomású lámpáké (azaz a konvekciómentesen üzemelő lámpáké).

A kisnyomású halogénlámpák összességében egész más, a hagyományos izzólámpákhoz hasonló kiesési viselkedést tanúsítanak, mint a nagynyomású halogénlámpák. „Kis nyomáson” itt általában mindig a konvekciómentességet biztosító nyomást kell érteni, a konvekcióval terhelt nagyobb nyomással („nagy nyomás”) összehasonlítva egy meghatározott lámpatípusra vonatkozóan. Míg az egyik lámpatípusnál a 2 bar hideg töltőnyomás még a „kis nyomás” tartományába tartozhat, egy másik lámpatípusnál már a 0,8 bar hideg töltőnyomás a „nagynyomású” tartományba tartozónak tekinthető. Az erre vonatkozó megbízható közlés minden lámpatípusnál a teljesítményveszteségnek mint a töltőnyomás függvényének a mérésével és az átcsapási pont meghatározásával tehető.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben, ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra egy tengelyirányban elhelyezett világítótesttel rendelkező halogén izzólámpa, a

2. ábra egy transzverzálisán elhelyezett világítótesttel rendelkező halogén izzólámpa, a

3. ábra a töltőgázok teljesítményvesztesége mint a hideg töltőnyomás függvénye, a

4a. és 4b. ábra a volfrám párolgási tömegcsökkenése (4a. ábra) és a teljesítmény veszteség mint a hideg töltőnyomás függvénye, az

5a. és 5b. ábra két Weibull-eloszlás (kiesési gyakoriság mint az élettartam függvénye), a

6. és 7. ábra a kiesési karakterisztika (a Weibulleloszlás emelkedése) mint az élettartam függvénye, a

8., 9. és 10. ábra különböző üzemi mennyiségek mérése, a la. és 1 lb. ábra a találmány szerinti és a technika állása szerinti spirál képe, a

12. ábra az égési helyzetek áttekintése, a

13. ábra egy kisfeszültségű reflektor, a

14. ábra a 13. ábra szerinti lámpa gázveszteség-tényezőjének mérése, a

15. ábra egy nagyfeszültségű reflektor, a

16. ábra a 15. ábra szerinti lámpa gázveszteség-tényezőjének mérése, a

17., 18. és 19. ábra a gázveszteség-tényező mérései különböző szoffítalámpák esetében.

Az 1. ábrán egy 6 V névleges feszültségű és 10 W teljesítményű halogén izzólámpa látható. A lámpa az egyik oldalon lapított 1 burából áll, amely körülbelül 0,8 mm (korábban 1,2 mm) falvastagság esetén körülbelül 7,0 mm (korábban 8,2 mm) külső átmérőjű hengerként van kialakítva. Az 1 bura a 2 lapítással (kompressziós tömítés) van lezárva, és a 2 lapítással szemben lévő végén van egy szivattyúzást csúcs. Az 1 bura kvarcüvegből készült. A töltet 1000 mbar xenon (vagy kripton) 1800 ppm hozzáadott jód-etánnal (C₂H₅I, egy másik kiviteli alakban a halogén-hozzáadás 400 ppm di5

HU 217 729 Β bróm-metánt jelent) 0,15 (korábban 0,22) cm³ lámpatérfogat esetén. Az 1 bura belsejében a 2,4 mm hosszúságú és 0,9 mm átmérőjű hengeres 6 világítótest tengelyirányban van elhelyezve. A 6 világítótestet két 3 áramhozzávezetés tartja, amelyek a 2 lapításban a 4 fóliákkal vannak összekötve. A 4 fóliák a külső 5 fejszegekkel vannak összekötve.

A 6 világítótest egy 104 pm átmérőjű volfrámhuzalból készült, amelynek teljes hatásos hossza 32 mm, úgyhogy teljes felülete körülbelül 10,0 mm². A 3 áramhozzávezetéseket közvetlenül a spirálhuzal képezi.

A 6 világítótest 188 pm emelkedésű tizenkét menetből áll, ami 1,8-as emelkedési tényezőnek felel meg. A magátmérő körülbelül 730 pm, ami 7,0-es magtényezőnek felel meg. Az élettartam 2500 K színhőmérséklet, 110 lm fényáram és 10,5 lm/W fényhasznosítás esetén több, mint 5000 óra.

A második kiviteli alak egy 12 V-os, 5 W-os halogén izzólámpa, amely a 2. ábrán látható. Az 1,15 mm falvastagságnál körülbelül 9 mm külső átmérőjű, keményüvegből készült, hengeres 1 bura töltetként körülbelül 1000 mbar hideg töltőnyomású xenont tartalmaz 3000 ppm CH₂C1I halogén hozzáadásával. A lámpatérfogat 0,32 cm³. Az 1 bura belsejében, a lámpa tengelyére nagyjából keresztben helyezkedik el az egyszeres spirálú 6’ világítótest, amelynek eredetileg hengeres alakja közelítőleg gyűrűszelvénnyé van hajlítva. A világítótestet két elkülönített, csap alakú 3 ’ áram-hozzávezetés tartja. Ezen túlmenően a lámpa felépítése hasonló mint az első kiviteli alakban.

A 6’ világítótest 41 pm átmérőjű volfrámhuzalból készült, és hatásos hossza 48 mm. A spirálfelület körülbelül 5,7 mm². A 6’ világítótest eredetileg egy egyszeres spirálú hengeres test, amelynek méretei: hossz 3,9 mm, átmérő 0,32 mm. A 6’ világítótest 75 pm emelkedésű ötvennégy menetet tartalmaz, ami 1,8-as emelkedési tényezőnek felel meg. A részecskeátmérő körülbelül 240 pm, ami 5,7-es részecsketényezőnek felel meg. Az élettartam 2625 K színhőmérséklet és 12 lm/W fényhasznosítás esetén 3100 óra 63 lm fényáramból levezetve.

A harmadik kiviteli alak egy 12 V-os, 10 W-os lámpa, amely lényegében megegyezik a második kiviteli alakkal, ezért szintén a 2. ábrával magyarázzuk. A különbség a második kiviteli alakhoz képest a 65 pm átmérőjű volffámhuzal, amely eredetileg egy 4,2 mm hosszúságú és 0,58 mm átmérőjű hengerré van tekercselve. A teljes hossz 58 mm, úgyhogy a huzal felülete körülbelül 11,8 mm². Az emelkedési tényező 1,75, ami 115 pm emelkedésnek felel meg. A részecsketényező 6,9, ami 450 pm részecskeátmérőnek felel meg. A menetek száma harminchat. Az élettartam 2700 K. színhőmérséklet, 140 lm fényáram és 14 lm/W fényhasznosítás esetén körülbelül 3100 óra. Egy korábbról ismert nagynyomású változattal való összehasonlítást a 3. táblázat tartalmaz.

A negyedik kiviteli alak egy 12 V-os, 20 W-os halogén izzólámpa, amely lényegében megegyezik az első kiviteli alakkal. A töltet 1000 mbar xenon vagy kripton 3000 ppm jód-etánnal.

A 6’ világítótestnek huszonkét menete van, az emelkedés 167 pm, ami 1,65-ös emelkedési tényezőnek felel meg. A részecskeátmérő 737 pm, ami 7,2-es részecsketényezőnek felel meg. A színhőmérséklet 2700 K, a fényáram 320 lm, a fényhasznosítás 15,4 lm/W. A közepes burahőmérséklet ennél a lámpánál egy 8 mm átmérőjű bura alkalmazásakor 360 °C-ról 310 °C-ra csökken, úgyhogy 335 °C-os közepes burahőmérsékleten lehetséges volt egy 7 mm-es 1 bura alkalmazása.

Az alább következő 1. táblázat a fenti első négy kiviteli alak üzemi adatainak összehasonlítását tartalmazza, azokkal az értékekkel összehasonlítva, amelyek a találmány szerinti tulajdonságokat nélkülöző, azaz különösen a konvekciómentes lámpákra vonatkoznak.

2000 óra névleges élettartamhoz adott a közepes élettartam szórása (variancia) és a névleges élettartam 75%-ához tartozó maradék fényáram. Minden konvekciómentesen üzemelő lámpatípusnál az élettartam szórása drasztikusan csökken. Ez a csökkent szórás az abszolút szükséges minimumra csökkentett halogénkörfolyamat közvetlen következménye. Nem kisebb jelentőségű az a tény, hogy a maradék fényáram az élettartam 75%-a felett gyakorlatilag állandó marad, ami a fazettálási jelenség kiküszöbölésére vezethető vissza.

A 2. táblázatban ugyanezekre a lámpatípusokra vonatkozóan az látható, hogy hogyan tudja befolyásolni a találmány a fényáramot (lumenben). Az 1. oszlop a lámpa típusát, a 2. oszlop a fényáramot mutatja konvekcióval terhelt nagy nyomás alkalmazása közben (a technika állása szerint körülbelül 8 bar kripton, illetve 13,3 bar xenon). A 3. oszlopban a fényáram csökkenése látható, ahogy az a technika állása szerint a töltőnyomás körülbelül 1 bar-ra való süllyedésekor várható. A 4. oszlop a találmány szerinti módszer (a lámpa optimalizálása konvekciómentes üzemelésre a bura és a világítótest optimalizálásával, valamint a töltőgáz-paraméterrel) célzott alkalmazásának köszönhető fényáramnyereséget mutatja a 3. oszlophoz képest, ugyanakkora élettartam megtartása közben.

Látható, hogy a nagynyomású változat fényáramának (2. oszlop) a töltőnyomás süllyedésével bekövetkező csökkenését 20% és 33% között vártuk (3. oszlop). A találmány révén ezek a veszteségek messzemenően elháríthatók, részben még teljesen kompanzálhatók is (4. oszlop). Ezzel első ízben sikerült a szakemberek számára ismert töltőnyomás-élettartam-fényáram kapcsolaton pozitív értelemben áttörni, ahol különösen a találmány szerinti lámpák drasztikusan csökkentett varianciája játszik nagy szerepet.

A 3. ábrán a β veszteségi tényező, tehát a hőelvezetés miatti AL teljesítményveszteség vázlatos ábrázolása látható mint a p töltőnyomás függvénye, állandó T_w spirálhőmérsékletet és ezzel állandó, a lámpa vákuumbeli L_o teljesítményére normált fényáramot feltételezve. Abszcisszaként a nyomást mbar-ban adjuk meg logaritmikus ábrázolásban. A találmány szerinti valamennyi lámpa mutatja ezt az alapmintát, ahol a lámpatípustól függően a töréspont (átcsapás a kis, például körülbelül 1 bar-nál kisebb nyomáson fennálló, diffúziós, tiszta hő6

HU 217 729 Β vezetés I. tartományából a II. tartományba, amelyben a konvektív hővezetés van túlsúlyban) a hideg töltőnyomás más-más értékénél lehet. Kisfeszültségű lámpák esetében jellemzően 0,1 és 2 bar között ingadozik, nagyfeszültségű lámpáknál (esetenként kisfeszültségű lámpáknál is) azonban nagyobb értékeket is elérhet (például 5 bar). A találmány szerinti előnyös működési tartomány éppen az átcsapási pont alatt van. A 3. ábrán ezt nyíl mutatja. Ezenkívül a halogén izzólámpák szokásos nyomástartományát (5-10 bar) vonalkázással jelöltük. Feltűnő ezen a diagramon, hogy az alapvető viselkedés az I. tartományban majdnem független a töltőgáztól, míg a konvekció miatti veszteségek a II. tartományban nagyon függenek a töltőgáztól. Minél nehezebb a töltőgáz, annál kisebbek a veszteségek, ami egybevág az ismert, a II. tartományra értett elmélettel. Példaként nemesgázokra (argon, kripton és xenon) vonatkozó viszonyok vannak megadva.

A találmány szerinti lámpáknál gyakran a lehető legnehezebb töltőgázt, különösen a kriptont vagy a xenont részesítjük előnyben, mert egyébként azonos körülmények között a volfrámanyag párolgása jobban akadályozott.

Ebben az összefüggésben a jelen találmány egy további előnye látható, hogy a kis töltőnyomás miatt a töltőgázban (xenon) jelentős költségmegtakarítás érhető el. A veszteségeknek a tiszta hővezetési jelenségre való korlátozása azt is érthetővé teszi, hogy az elérhető javulások miért azoknál a világítótesteknél különösen határozottak, amelyek vékony, hosszú huzalból készültek, és ezáltal viszonylag nagy a spirálfelületük. Minél nagyobb ugyanis a spirálfelület, annál nagyobbak az általa okozott hőveszteségek.

A 4a. ábrán az összefüggések további megvilágítására egy modell-lámpára számított, időegységre eső volfrámveszteség (Am/At) szerepel a töltőnyomás függvényében. A veszteség különösen nagyon jellegzetes kis - 1-2 bar alatti - nyomáson, és efölött már csak kissé csökken. Ez a viselkedés viszonylag kis - körülbelül 1 bar - nyomás választását támasztja alá, mivel a nagy nyomásokon még lehetséges javulás csekély a nagyon kis nyomásokon előálló helyzethez viszonyítva.

A 4b. ábrán még egyszer erre a modell-lámpára vonatkozó, a 3. ábrán mutatott összefüggés látható, de a vákuumban elért teljesítményre való normálás nélkül, a teljesítményveszteségek abszolút értékeként.

A 4a. és a 4b. ábra összevetéséből világos, hogy egy matematikai konvolúció értelmében egyáltalán fontolóra vehető a lehetőség, hogy hosszú élettartamok érhetők el viszonylag kis, 1 bar körüli nyomásokon is, azaz a konvekciómentes nyomástartomány felső határán való üzemeltetéssel. Az átcsapási ponton mind a teljesítményveszteség, mind a volfrámveszteség nyomásfüggősége hirtelen megváltozik.

Az 5a., 5b. ábrán a különböző varianciák jelentésének megvilágításához példaképpen két ugyanakkora, T_n=2000 óra névleges élettartamú Weibull-eloszlás (egy lámpasokaság első 3%-ának kiesésével definiálva) látható. Az első eloszlás (5a. ábra) a technika állásának megfelelően széles varianciát mutat (1. görbe), ahol a közepes T_M élettartam körülbelül 9000 óra. A második eloszlás (5b. ábra) a találmány szerinti technikával (2. görbe) lényegesen rövidebb, 5100 óra közepes élettartamot mutat, ami azonban a keskeny variancia miatt elegendő, hogy ugyanazt a 2000 órás T_N névleges élettartamot elérjük.

Ennek a valóságos helyzetnek a szemléletes mértéke a Weibull-eloszlás (bal oldali) növekedő oldalának az emelkedése. Ez a találmány szerint sokkal meredekebb (S2), mint az ismert lámpák esetében (SÍ). Ezeknek az emelkedési értékeknek az összehasonlítása a 12V/5W, illetve a 12V/10W típusú lámpákhoz a 6., illetve a 7. ábrán látható.

Egy ismert nagynyomású, 12 V-os, 5 W-os lámpa (6. ábra, SÍ görbe) 3%-os kiesési aránya körülbelül 1900 óra, miközben a T_M1 közepes élettartamot (ami 63,2%-os kiesési aránynak felel meg) csak épp 10 000 óra után égük el. Ekkor 12 lm/W fényhasznosítást mérünk. A találmány kialakításának mozgásterét két változattal ábrázoltuk. Az első változatban (S2 görbe) egy találmány szerinti kisnyomású töltettel, amelyet a spiráladatok változtatásával a fényhasznosításra optimalizálunk, még nagyobb fényhasznosítást (12,4 lm/W) is érünk el majdnem ugyanakkora névleges élettartam (1700 óra) mellett. A T_M2 közepes élettartam itt körülbelül 2500 óra.

A kisnyomású lámpa második változatában (S3 görbe), amely az élettartamra (a T_M3 közepes élettartam 6500 óra) van optimalizálva, a fényhasznosítás valamivel kisebb (10,9 lm/W), de a névleges élettartam nagyobb, mint a kétszerese (4000 óra).

A 7. ábrán egy hasonló összefüggés látható egy 12 V-os, 10 W-os lámpára. Az eddigi, 1900 óra névleges élettartamú (SÍ görbe) és Tmi =5500 óra közepes élettartamú, nagynyomású változat fényhasznosítása

14.1 lm/W. Ezzel szemben egy ilyen típusú találmány szerinti lámpa névleges élettartama 13 lm/W fényhasznosítás mellett jóval nagyobb, 2500 óra T_M2=3400 óra közepes élettartam mellett (élettartamra optimalizált változat).

Következésképp nemcsak az látható, hogy most már kis hideg töltőnyomású - 1 bar nagyságrendű - halogén izzólámpa előállítása is lehetséges, amelynek (majdnem) anélkül, hogy fényhasznosítása csökkenne, ugyanakkora a névleges élettartama, mint a nagy túlnyomás (körülbelül 8-13 bar) alatt lévő lámpáké, hanem hogy különböző jellegű optimalizálási lehetőségek is rendelkezésre állnak.

A fényhasznosításban bekövetkező váratlanul kicsi veszteséggel szemben álló döntő előnyök a repedési kockázat kiküszöbölése és az anyag- és töltőgáz-megtakarítás.

A további kiviteli alakok viszonylag nagy teljesítményű (20 W, 35 W, 50 W), kisfeszültségű lámpák (12 V), amelyek fényhasznosítása 15,2 lm/W, 17 lm/W, 18 lm/W. A hideg töltőnyomás körülbelül 800 mbar. Tisztán számítás útján az eddig érvényes elmélet szerint 13,5 lm/W, 14,6 lm/W (35 W-nál) és

15.2 lm/W (50 W-nál) értékek lennének várhatók.

HU 217 729 Β

1. táblázat

Lámpatípus	A technika állása szerinti	A találmány szerinti
szórás (relatív standard eltérés)	maradék fényáram a névleges élettartam 75%-ánál	szórás (relatív standard eltérés)	maradék fényáram a névleges élettartam 75%-ánál
12 V5 W	0,35	83%	0,076	96%
06V 10W	0,3	95%	0,11	100%
12 V 10W	0,35	90%	0,112	96%
12 V20W	0,3	90%	0,18	100%

2. táblázat

Lámpatípus	A technika állása szerinti fényáram (lm)	A töltőnyomás csökkenése miatti fényáramcsökkenés (lm)	A találmány szerinti optimalizálással nyert fényáram (lm)
12 V5 W	60	-20	+20
06V 10W	120	-35	+25
12 V 10 W	140	-40	+40
12 V20W	350	-70	+40

A „munkapontnak” előnyös, éppen az átcsapási pont alatti választását (lásd a 3. ábrát) a fent említett 12 V-os, 10 W-os lámpa példáján mutatjuk be. Az átcsapási pont itt elég pontosan az 1 bar hideg töltőnyomáson van, ami körülbelül 3 bar üzemi nyomásnak felel meg (8. ábra). A fényáram hőelvezetés miatti kiesését a kritikus tartományban vizsgáltuk (9. ábra). Úgy találtuk, hogy 0,5 és 1 bar hideg töltőnyomáson a fényáram közel állandó marad, mivel a hőveszteségek nagyon kicsik (3. ábra, I. tartomány) és csak kissé növekednek. A hideg töltőnyomás 2 bar-ra való további emelkedésekor (ami körülbelül 6 bar üzemi nyomásnak felel meg) a fényáram jelentősen csökken, ami egybevág a hőelvezetés erőteljes növekedésével a konvektív tartományban (3. ábra, II. tartomány).

A 10. ábra a kezdeti jóság vizsgálatát mutatja (SCE%-ban), ahol az SCE érték (Standard Comparison Efficiency - szabványos összehasonlító hatékonyság) egy azonos áramú lámpa fény hasznosítását írja le, amelynek fény hasznosítása az összehasonlításhoz 1000 óra élettartamra van normáivá. Minél nagyobb a kezdeti jóság SCE%-ban, annál nagyobb az előny a fényhasznosításban (állandó élettartam mellett) vagy az élettartamban (állandó fényhasznosítás mellett) a lámpák egymással való összehasonlításakor. Látható, hogy a xenon hideg töltőnyomásának 0,5 bar-ról 1 bar-ra való emelkedésekor a kezdeti jóság jelentős növekedése érhető el. A konvektív tartományban (2,0 bar hideg töltőnyomáson) viszont már nem növekedhet (más esetekben nem növekedhet jelentősen) a kezdeti jóság. A magyarázat abban rejlik, hogy az élettartam az átcsapási pont alatt markánsan függ a töltőnyomástól, míg az átcsapási pont felett az elméletileg nagyobb élettartam a fent taglalt veszteségi mechanizmusok miatti nagy szórása révén a gyakorlatban nem valósul meg.

Különösen jelentős a találmány szerint visszaszorított szemcsehatár menti korrózió. Míg egy 1 bar xenonnal töltött és konvekciómentesen üzemeltetett 12 V-os, 5 W-os lámpa 1800 óra üzemidő után gyakorlatilag nem szeved károsodást (11a. ábra), addig egy konvekcióval terhelt összehasonlító lámpa (13 bar xenon) spirálja ugyanennyi üzemidő után már erősen károsodik (11b. ábra).

A találmány szerinti lámpáknak különleges előnyei vannak reflektorokban vagy világítótestekben alkalmazva is csökkentett hőmérséklet-terhelésük miatt.

A 12. ábra a burahőmérséklet méréseit tartalmazza °C-ban, amelyek egy, a technika állása szerinti 12 V-os, 10 W-os lámpa (2. oszlop) és egy találmány szerinti lámpa (3. oszlop) közötti összehasonlításból származnak. Az égési helyzet mindig az első oszlopban látható. Látható, hogy az izotermia erősen javított, és a szórás különböző égési helyzetekben nagyon csökken (a találmány szerint 55 °C a technika állása szerinti 120 °C-kal szemben). Ezen túl azonban az abszolút hőmérséklet-terhelés is csökken. A maximális érték 315 °C-ról 240 °C-ra süllyed, és még a minimális érték is 10 °C-kal csökken.

A 13. ábrán látható egy ilyen reflektorlámpa, amelyben egy önmagában ismert 21 hidegfényű reflektort alkalmazunk. A 21 hidegfényű reflektor egy ellipszoid alakú 23 üvegkalottából és a ráalakított 27 reflektomyakból áll. A 23 üvegkalotta belső falán egy magában ismert 24 interferenciaszűrő van elhelyezve, amelynek a teljes látható spektrumtartományban nagy a visszaverési tényezője, és IR-sugárzásra transzparens. Fényforrásként egy 12 V-os, 10 W-os 22 halogén izzólámpa szolgál, amelynek kompressziós tömítését a 27 reflektornyakban a 28 kitt rögzíti. A 21 hidegfényű reflektor fénykilépési nyílásának átmérője körülbelül 48 mm. A nyílás lefedésére szolgáló üvegtárcsától a lámpa kis

HU 217 729 Β töltőnyomása (lásd fent) miatt eltekinthetünk. Ennél a reflektorlámpánál, amelynek kettős spirálja van, a kompressziós tömítésnél a hőmérséklet 350 °C-ról (a korábbi nagynyomású változatban) 320 °C-ra csökken, ha a lámpa konvekciómentesen üzemel.

A 3. táblázat 12 V-os, 5 W-os, valamint 12 V-os, 10 W-os lámpák lényeges összehasonlító adatainak összefoglalását mutatja, mindenkor nagy- és kisnyomású változatban azonos fényhasznosítás mellett. Különösen figyelemre méltó az eltérő kisugárzó spirálfelület és a világítótest eltérő huzalátmérője. A huzalhőmérséklet (K-ben) a találmány szerinti lámpáknál alacsonyabb (70 K-nel). Ennek megfelelően a színhőmérséklet is jóval alacsonyabb, ami az élettartamra pozitívan hat. Ehhez jön a körülbelül 10%-kal vastagabb huzal miatt a lényegesen jobb mechanikai szilárdság.

A jelen találmánynak azonban nemcsak a kisfeszültségű tartományban, hanem a nagyfeszültségű tartományban is van jelentősége. Végül is itt még az elvi előnyök is kifejezettebbek. Arról van szó, hogy a nagyfeszültségű tartományban (illetve a középfeszültségű tartományban) a világítótesthez alkalmazandó huzal vékonyabb, és teljes hossza lényegesen nagyobb. Emiatt azok a jelenségek, mint a fent taglalt szemcsehatár menti korrózió, lényeges szerepet játszanak.

A fent bemutatott 12 V-os, 50 W-os halogén izzólámpához például olyan világítótestre van szükség, amelynek huzalátmérője körülbelül 120 pm 30 mm teljes hossz esetén. Ezzel összehasonlítva egy hasonló, pontosan 50 W teljesítményű, nagyfeszültségre tervezett lámpának (230 V) kettős spirálú világítóteste van, amelynek körülbelül 20 pm az átmérője és körülbelül 1 m a teljes hossza. Emiatt a nagy hossz miatt a spirál W alakban vagy V alakban meghajlítva van elhelyezve egy 14 mm átmérőjű, egy oldalon lapított burában.

A 14. ábra a β veszteségi tényező (lásd a 3. ábrát) méréseit mutatja egy függőleges égési helyzetű, 230 Vos halogén izzólámpának a megfelelően módosított huzalátmérőig azonos felépítésű 25 W-os változatához. Újból látszik a kisfeszültségű tartományból ismert elvi függőség a töltőnyomástól. Világosan felismerhető az átcsapási pont a lámpa konvekciómentes és konvekcióval terhelt üzemi állapota között. Az átcsapási pont meglepő módon itt jóval magasabban, körülbelül 5 bar üzemi nyomásnál van, ami körülbelül 1,9 bar hideg töltőnyomásnak felel meg.

A találmány szerinti lámpák különösen fontos tulajdonsága, ami kiváltképp a nagyfeszültségű változatokban érvényesül, a 15. és 16. ábrán ismerhető fel. 230 V-os, 50 W-os 31 reflektorlámpáról van szó, hasonlóan az imént taglalt 25 W-os lámpához, amely két hosszú áram-hozzávezetéssel van a présüveg 33 reflektorcsúcsában rögzítve. A reflektor átmérője például 63 mm (PÁR 20) vagy 95 mm (PÁR 30). A reflektor 34 nyaka a 35 menetes lámpafejben van rögzítve. A halogénnel és nemesgázzal töltött 32 belső burában van a W alakban hajlított 37 világítótest, amelyet öt 38 állványhuzal tart. A 38 állványhuzalok a lapításban vannak rögzítve. A világítótest 39 szakaszai nagyjából tengelypárhuzamosan vannak beállítva, a 33 reflektor tengelyétől legfeljebb 10°-kal hajolhatnak el. A reflektornyílást a 36 lencse fedi le.

Ezt a lámpát is javított izotermia jellemzi, ha a találmány szerint üzemel. A 16. ábra szerint újból bebizonyosodott, hogy a β veszteségi tényező alapvetően a találmány szerinti módon függ az üzemi nyomástól (illetve a hideg töltőnyomástól). Az átcsapási pont körülbelül 4 bar-nál van. A konvekciómentes tartományból a konvekcióval terhelt tartományba csak nagyobb nyomáson bekövetkező átcsapás tendenciája az általában nagyobb buraméretekkel van összefüggésben. A 16. ábra azonban még egy másik jellegzetesség miatt tart számot érdeklődésre. Látható ugyanis, hogy a gázveszteségi tényező és a logaritmikus léptékben ábrázolt üzemi nyomás közötti lineáris összefüggés a konvekciómentes tartományban (lásd a 3. ábrát) többé-kevésbé megfelelő közelítést jelent. Az egyedi lámpaparaméterektől függően - az előnyös módon közepes és nagyfeszültségen üzemeltetett lámpáknál - ettől eltérő alakulású görbék állnak elő. Kis üzemi nyomásokon (400 mbar alatt) lineáris összefüggés van túlsúlyban, majd egy meredek emelkedés következik körülbelül 800 bar-ig. Ott egy platót érünk el, amelyen belül a gázveszteségi tényező nagyjából független a töltőnyomástól, mielőtt a konvektív üzembe való átmenetkor (körülbelül 4 bar-on) egész érzékeny módon a nyomással emelkedik.

Ennek a viselkedésnek az oka még nem teljesen világos, de valószínűleg összefügg a bura és a világítótest méretei és a töltőgázban rendelkezésre álló szabad úthossz közötti aránnyal.

Meglepő módon úgy találtuk, hogy a találmány szoffitalámpáknál is, tehát két oldalon lapított, csőszerű halogén izzólámpáknál is használható. A jellemző teljesítményértékek 25 és 1000 W között vannak. Különösen meglepő, hogy ezeknek a hosszúkás lámpáknak a viselkedése viszonylag kevéssé függ az égési helyzettől. Különösen a világítótest tartására szolgáló, a bura anyagából kialakított üveghidak alkalmazásakor (lásd például az US 5 146 134 számú szabadalmi leírást), amelyek a töltési térfogatot egyedülálló, lazán elkülönített részekre osztják, az üzemi viselkedés gyakorlatilag független az égési helyzettől.

A 17. ábra azt mutatja, hogy egy üveghidakkal ellátott 120 V-os, 40 W-os szofíitalámpa gázveszteségi tényezője vízszintes égési helyzetben (kerek mérési pontok) és függőleges égési helyzetben (négyszögletes mérési pontok) gyakorlatilag azonos. Az egy oldalon lapított lámpáknál a nyomástól való függést itt is a már ismert alakulás mutatja. Az átcsapási pont körülbelül 8 bar üzemi nyomásnál van. A megfelelő nagyfeszültségű változat (230 V, 40 W), amely a középfeszültségű változattól a világítótest más méreteiben különbözik, hasonló viselkedést mutat (18. ábra). Az átcsapási pont valamivel kisebb, nevezetesen körülbelül 5 bar üzemi nyomásnál van. A töltőgáztól (N₂, Ar, Kr, Xe) való függőséget is vizsgáltuk. A várakozásnak megfelelően a nehéz nemesgázoknak (Kr, Xe) a legkisebb a gázveszteségi tényezőjük. A konvekciómentes tartományban a gázveszteségi tényezőnek az alkalmazott gáz fajtájától való függősége viszonylag csekély.

HU 217 729 Β

Végül a 19. ábra egy 230 V-os, 150 W-os lámpa esetén mutatja az üzemi viselkedést. A körülbelül 12 mm csőátmérő esetén körülbelül 110 mm teljes hosszúságú (beleértve a lapítást) hengeres kvarcüveg bura egy körülbelül 60 mm hosszúságú, tengelyirányú kettős spirált tartalmaz. A konkrét spirálméretek a kívánt optimalizálástól, például az élettartam vagy a fényhasznosítás szerinti optimalizálástól függenek. Az átcsapási pont itt viszonylag magasan van, körülbelül 15 bar üzemi nyomáson, ami körülbelül 5 bar hideg töltőnyomásnak felel meg. Különösen kifejezett itt a már fent leírt platóviselkedés, úgyhogy a gázveszteségi tényező 2 és 15 bar között a töltőnyomástól gyakorlatilag függetlenül körülbelül 1,05 értéken marad. Az ilyen lámpák elvi felépítését például az US 5 146 134 számú és az EP 0 143 917 számú szabadalmi leírásokban ismertetik, amelyek tartalmára ezennel kifejezetten hivatkozunk.

A kisfeszültségű lámpáknál a bura jellemző belső átmérője 3 és 12 mm, közepes és nagyfeszültségű lámpáknál 6 és 15 mm között van.

A találmány szerinti lámpák előállítása az ismert 5 módon történik, az inért gáz (kisfeszültségű lámpáknál ez általában nemesgáz vagy nemesgázok keveréke, nagyfeszültségű lámpáknál, különösen az egy oldalon lapított lámpáknál kis nitrogén hozzáadása előnyös lehet) hideg töltőnyomását azonban a konvekció10 mentes nyomástartomány felső határának közelében állítjuk be. Kisfeszültségű lámpáknál ezt a „munkapontot” többnyire éppen az átcsapási pont (lásd a 3. ábrát) alatt kell választani, nagyfeszültségű lámpáknál gyakran a plató tartományába esik, ami például a 19. ábra szerint az átcsapási ponttól a töltőnyomás kisebb értékéig terjed.

3. táblázat

Típus	Volfrámhuzal 0 (pm)	Kisugárzó spirálfelület (mm²)	Fényhasznosítás (lm/W)	Spirálhőmérséklet a spirál közepén (K)	Színhőmérséklet (K)
Nagy nyomás 13 bar 12 V5W	37,61	4,34	12	2675	2700
Kis nyomás 1 bar	41,04	5,73	12	2605	2625
Nagy nyomás 13 bar 12 V 10 W	60,02	8,95	14	2780	2800
Kis nyomás 1 bar	65,52	11,79	14	2710	2700

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Halogén izzólámpa burával (1), amely egy világítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmaz, ahol a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, és a világítótest (6’) két áram-hozzávezetés (3) révén össze van kötve a külső villamos vezetékekkel, azzal jellemezve, hogy a lámpa egy- vagy kétoldalt lapított, közepes vagy nagyfeszültségű (60 V fölötti üzemi feszültségű) lámpa, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,5-5 bar, előnyösen 1-5 bar között úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (32) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura legalább közelítőleg hengeres, a bura belső átmérője 6-15 mm, a töltési térfogat 0,05-15 cm³, a világítótestet 200 pm-nél a kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amely legalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő 1,5-szerese, továbbá a bura bróm-hidrogén-mentes, a lámpa élettartama legalább 2000 óra, fényhasznosítása pedig legalább 5 lm/W.
2. Halogén izzólámpa burával (1), amely egy világítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmaz, ahol a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, és a világítótest (6’) két áram-hozzávezetés (3) révén össze van kötve a külső villamos vezetékekkel, azzal jellemezve, hogy a lámpa kétoldalt lapított kisfeszültségű (60 V-ig terjedő üzemi feszültségű) lámpa, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-5 bar, előnyösen 0,5-5 bar között úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest (6’) méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (32) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura legalább közelítőleg hengeres, a bura (32) belső átmérője 3-12 mm, a töltési térfogat 0,05-1 cm³, a világítótestet (6’) 200 pm-nél kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amely legalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő 1,5-szerese, továbbá a bura bróm-hidrogénmentes, a lámpa élettartama legalább 2000 óra, fényhasznosítása pedig legalább 5 lm/W.
3. Halogén izzólámpa kvarcüvegből vagy keményüvegből készült, egyenletes falvastagságú, előnyösen 1,15 mm-nél nem vastagabb falú burával (1), amely egy világítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmaz, ahol a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, és a világítótest (6’) két áram-hozzávezetés (3) révén össze van kötve a külső villamos vezetékkel, azzal jellemezve, hogy a lámpa egyoldali lapított kisfeszültségű (60 V-ig terjedő üzemi feszültségű) lámpa, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-5 bar között úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1) belül

HU 217 729 Β úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura legalább közelítőleg hengeres, a bura (1) és a világítótest (6’) egymáshoz képest koaxiális elrendezésű, a töltési térfogat 0,05-1 cm³, a világítótestet (6’) 200 pm-nél kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, a lámpa élettartama legalább 2000 óra, fényhasznosítása pedig legalább 5 lm/W.
4. Halogén izzólámpa kvarcüvegből vagy keményüvegből készült, egyenletes falvastagságú, előnyösen 1,15 mm-nél nem vastagabb falú burával (1), amely egy világítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmaz, ahol a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, és a világítótest (6’) két áram-hozzávezetés (3) révén össze van kötve a külső villamos vezetékkel, azzal jellemezve, hogy a lámpa egyoldali lapított, kisfeszültségű (60 V-ig terjedő üzemi feszültségű) lámpa, a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-5 bar között úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura legalább közelítőleg hengeres, és ezáltal egy lámpatengelyt határoz meg, a bura belső átmérője 3-12 mm, a töltési térfogat 0,05-1 cm³, a világítótest a lámpatengelyhez képest keresztirányban van elrendezve, a világítótestet 200 pm-nél kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amely legalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő 1,5-szerese, továbbá a lámpa élettartama legalább 2000 óra, fényhasznosítása pedig legalább 5 lm/W.
5. A 4. igénypont szerinti halogén izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a hideg töltőnyomás úgy van megválasztva, hogy a kezdeti jóság (% SCE) a maximális érték tartományában van.
6. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti halogén izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a bura (1) keményüvegből vagy kvarcüvegül van.
7. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti halogén izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a világítótestet (6’) 100 pm-nél kisebb átmérőjű spirálhuzal alkotja.
8. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti halogén izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a lámpa egy fedőlap nélküli reflektorlámpa.
9. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti halogén izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a világítótest (6’) legalább közelítőleg hengeres, és hossza több, mint az átmérő 2-szerese.
10. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti halogén izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a lámpa színhőmérséklete körülbelül 2400-3400 K.
11. Reflektor izzólámpa burával (1), amely egy világítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmaz, ahol a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, és a világítótest (6’) két áram-hozzávezetés (3) révén össze van kötve a külső villamos vezetékekkel, továbbá a reflektor üvegkalottáján (23) reflektomyak (27) és fénykilépési nyílás van kialakítva, ahol a lámpabura a reflektomyakban (27) van rögzítve, azzal jellemezve, hogy a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,5-3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest (6’) méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura hengeres, a bura (1) belső átmérője legfeljebb 15 mm, a világítótestet (6’) 200 pm-nél kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amely legalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő 1,5-szerese, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva.
12. Világítótest reflektorral és abban elhelyezett izzólámpával, amelynek egy világítótestet (6’), valamint töltőgázt tartalmazó burája (1) van, a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, és a világítótest (6’) két áram-hozzávezetés (3) révén össze van kötve a külső villamos vezetékekkel, továbbá a reflektor üvegkalottáján (23) fénykilépési nyílás van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a töltőgáz hideg töltőnyomása 0,1-3 bar között, előnyösen 1,7 bar alatt úgy van megválasztva, hogy a buraméretek, a világítótest (6’) méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és ahol a lámpabura hengeres, a bura (1) belső átmérője legfeljebb 15 mm, a világítótestet (6’) 200 pmnél kisebb átmérőjű spirálhuzalból készült egyszeres vagy kétszeres spirál alkotja, amely legalább közelítőleg hengeres, és amelynek hossza több, mint az átmérő 1,5-szerese, és a fénykilépési nyílás szabadon van hagyva.
13. Eljárás halogén izzólámpa üzemeltetésére, amelynél a töltőgáz kis halogéntartalmú adalékanyagot tartalmazó inért gáz, azzal jellemezve, hogy a töltőgáz hideg töltőnyomását 0,1-5 bar között úgy választjuk meg, hogy egy olyan nyomástartomány alatt legyen, ahol a hő teljesítmény-veszteséget túlnyomó mértékben a konvekció okozza (konvekciós tartomány), a konvekciós tartomány határának közelében, ahol a buraméretek, a világítótest méretei és a töltőgáz tulajdonságai a burán (1) belül úgy működnek együtt, hogy a lámpabura belsejében a konvekció jelentős mértékben ki van küszöbölve, és a kezdeti jóság (% SCE) a maximális érték tartományában legyen.