HU222169B1

HU222169B1 - Elektród nélküli villamos lámpaegység a transzformátormag és az amalgám közötti hőhíddal, valamint eljárás ennek a lámpaegységnek az üzemeltetésére

Info

Publication number: HU222169B1
Application number: HU9802344A
Authority: HU
Inventors: Michael R. Kling
Original assignee: Osram-Sylvania Inc.
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2003-04-28
Also published as: JPH11191398A; CA2241636C; HUP9802344A2; HU9802344D0; US6175197B1; EP0910112A3; ATE282896T1; HUP9802344A3; DE69827580D1; EP0910112A2; ES2231933T3; EP0910112B1; CA2241636A1; DE69827580T2

Abstract

A találmány tárgya kisnyomású, elektród nélküli villamos lámpaegység,és különösen elektród nélküli kisülőlámpa, amelyben egy amalgámhőmérsékletét a transzformátormag és az amalgám között létrehozottösszeköttetés, vagyis hőhíd szabályozza. A találmány tárgya továbbáeljárás ennek a lámpaegységnek az üzemeltetésére. A villamoslámpaegység tartalmaz egy elektród nélküli lámpát (10), amelynek vanegy elektród nélküli lámpaburája (12); a lámpabura (12) közelébenelhelyezett transzformátormagot (22, 24), és a transzformátormagon(22, 24) elhelyezett bemeneti tekercselést (30, 32). A lámpabura (12)előnyös módon zárt hurkos, cső alakú lámpabura, és a transzformátormag(22, 24) előnyös módon a lámpabura (12) körül van elhelyezve. Azelektród nélküli lámpabura (12) tartalmaz egy töltőanyagot, amikisnyomású kisülést tart fenn. Az elektród nélküli lámpa (10)tartalmaz továbbá a lámpaburában (12) elhelyezett amalgámot. Abemeneti tekercselés (30, 32) rádiófrekvenciás energiát kap, ami alámpaburában (12) kisnyomású kisülést hoz létre. Az elektród nélkülilámpa (10) tartalmaz egy hőhidat a transzformátormag (22, 24) és azamalgám között, úgyhogy az amalgámot a transzformátormag működésközben melegíti. ŕ

Description

A találmány tárgya kisnyomású, elektród nélküli villamos lámpaegység, és különösen elektród nélküli kisülőlámpa, amelyben egy amalgám hőmérsékletét a transzformátormag és az amalgám között létrehozott összeköttetés, vagyis hőhíd szabályozza. A találmány 5 tárgya továbbá eljárás ennek a lámpaegységnek az üzemeltetésére.

Elektród nélküli fénycsöveket Anderson US 3,500,118 számú szabadalmi leírása, Anderson US 3,987,334 számú szabadalmi leírása és Anderson- 10 nak az Illuminating Engineerben (1969. április, pp. 236-244) megjelent cikke ismertet. Az ezekben az iratokban ismertetett elektród nélküli, induktívan csatolt lámpában kisnyomású higany-puffergáz kisülése megy végbe egy kisülőcsőben, amely folytonos, zárt áramutat 15 képez. A kisülőcső áramútja átmegy egy vagy több toraid alakú ferritmag közepén, úgyhogy a kisülőcső egy transzformátor szekunder tekercsévé válik. A teljesítményt úgy csatolják a kisülésbe, hogy szinuszos feszültséget adnak a kisülőcsövet körülvevő, toraid alakú 20 mag köré tekercselt néhány huzalmenetre. A primer tekercsben folyó áram időben változó mágneses fluxust létesít, amely a kisülőcső hosszában a kisülést fenntartó feszültséget indukál. A kisülőcső belső felülete fényporral van bevonva, ami látható fényt bocsát ki, ha a ger- 25 jesztett higanyatomok által kibocsátott fotonok besugározzák. Az Anderson által leírt lámpaparaméterekkel megvalósított lámpának nagy a vasvesztesége, és ezért a hatásfoka rendkívül alacsony. Emellett az Andersonféle lámpa a transzformátormagban használt ferrit- 30 anyag miatt célszerűtlen módon nehéz.

Magas hatásfokú, elektród nélküli lámpaegységet ismertet az 1996. március 27-én benyújtott, US 5834905 lajstromszámú szabadalmi leírás. Az ismertetett lámpaegység elektród nélküli lámpát tartalmaz, amelynek 35 zárt hurkos, cső alakú lámpaburája van. A lámpabura higanygőzt és egy puffergázt tartalmaz kb. 0,5 tormái kisebb nyomáson. A lámpabura körül transzformátormag van elhelyezve, a transzformátormagon bemeneti tekercselés van, és a bemeneti tekercseléshez rádióírekven- 40 ciás energiaforrás csatlakozik. A rádiófrekvenciás energiaforrás frekvenciája jellegzetesen kb. 100 kHz és kb.

400 kHz között van. A rádiófrekvenciás energiaforrás elegendő rádiófrekvenciás energiát ad át a higanygőznek és a puffergáznak, hogy a lámpaburában létrejöjjön 45 egy kisülés, amelynek a kisülési árama kb. 2 A vagy ennél több. Az ismertetett lámpaegységnek viszonylag nagy a fényhasznosítása, magas a hatásfoka és ugyanakkor nagy a tengelyirányú fénysűrűsége, így vonzó alternatívája a hagyományos VHO fénycsöveknek és a nagy 50 fényerősségű, nagynyomású kisülőlámpáknak.

Elektród nélküli lámpa egy másik típusát Justice és társai US 4,298,828 számú szabadalmi leírása ismerteti. Ez a lámpa gömb alakú, a kisülési út szabálytalan alakú, és közelítőleg gömb alakú lámpaburára van hatá- 55 rolva. A lámpaburában transzformátormag van elhelyezve.

Ismét más típusú elektród nélküli lámpát ismertet Bergervoet és társai US 5,239,238 számú szabadalmi leírása. Itt egy lényegében gömb alakú, elektród nélküli 60 lámpa burájának egy homorú üregében transzformátormag van elhelyezve.

A fent leírt lámpákban a lámpaburák magas hőmérséklete szükségessé teszi higanyamalgámok alkalmazását, hogy tipikus működés közben szavatolva legyen a higanygőz közel optimális nyomása. Az amalgámok további előnye, hogy jelentősen szélesítik a lámpák hasznos hőmérséklet-tartományát. Bizonyos feltételek között azonban az amalgám hőmérséklete az optimális \ hőmérséklet-tartomány alá csökkenhet. Ebben az esetben a fényhasznosítás és a hatásfok csökken, és a lámpa színe a higanygőz nyomásának csökkenése következtében eltolódhat. Ezek a nemkívánatos változások gömb alakú lámpákban következhetnek be, amelyekben nincs integrált előtét az amalgám fűtésére, továbbá bekövetkezhetnek cső alakú lámpákban is. Az optimálisnál alacsonyabb hőmérsékletek akkor következhetnek be, ha a lámpa teljesítménye tompításkor csökken, valamint alacsony környezeti hőmérsékleten, és akkor, ha a lámpát armatúrán kívül üzemeltetik.

A cső alakú elektród nélküli lámpákban az amalgám legcélszerűbb helye a szívócső. A tipikus terheléssel, beltéri zárt armatúrában működő lámpákban az amalgám hőmérséklete 85-95 °C-ot ér el, vagyis bőven benne van abban a hőmérséklet-tartományban, amely a csúcsérték 90%-ánál nagyobb fényhasznosítást eredményez. Kültéri használat esetén azonban kívánatos a nagy fényhasznosítást mínusz 20 °C-ig vagy ennél alacsonyabb hőmérsékleten is fenntartani. Ilyen feltételek között a fényhasznosítás messze a csúcsérték alá csökkenhet. Az amalgám hőmérséklete szabadban, normál 25 °C szobahőmérsékleten is az alá a hőmérséklettartomány alá csökken, amely a csúcsérték 90%-ánál nagyobb fényhasznosítást ad a közönséges, bizmut-, ón- és ólom- vagy bizmut- és indiumalapú amalgámrendszerekben.

A találmányunk elé kitűzött feladat ezért olyan elektród nélküli lámpa és eljárás elektród nélküli lámpák üzemeltetésére, amelyek az üzemi hőmérsékletek széles tartományában nagy fényhasznosítást szolgáltatnak.

Ezt a feladatot a villamos lámpaegység tekintetében a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a lámpaegység tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amelynek van egy elektród nélküli lámpaburája; egy transzformátormagot, amely a lámpabura közelében van elhelyezve; és egy bemeneti tekercselést, amely a transzformátormagon van elhelyezve. Az elektród nélküli lámpabura kisnyomású kisülést fenntartó töltőanyagot tartalmaz. Az elektród nélküli lámpa tartalmaz továbbá egy amalgámot, ami a lámpaburában van elhelyezve. A bemeneti tekercselés rádiófrekvenciás energiát kap egy rádiófrekvenciás forrásból. A rádiófrekvenciás energia kisnyomású kisülést állít elő a lámpaburában. A lámpabura tartalmaz továbbá egy termikus összeköttetést a transzformátormag és az amalgám között, úgyhogy működés közben az amalgámot a transzformátormag melegíti.

A találmány egyik előnyös kiviteli alakjában a lámpabura zárt hurkos, cső alakú lámpabura, és a transzformátormag a lámpabura körül van elhelyezve. Az amal2

HU 222 169 BI gám a lámpabura szívócsövében helyezhető el, és a termikus összeköttetést a transzformátormag és a szívócső közötti hőhíd képezheti. A hőhíd a transzformátormaggal és a szívócsővel termikusán érintkező, hővezető fémből vagy hővezető cementből állhat. A lámpaegység tartalmaz továbbá a transzformátormag körül elhelyezett magrögzítőt. A transzformátormag és az amalgám közötti termikus összeköttetést a magrögzítő és a szívócső közötti termikus összeköttetés képezheti. Egy másik kiviteli alakban az amalgám a transzformátormaghoz szorosan közel van elhelyezve, és a hőenergia a transzformátormagról a lámpaburán át megy át az amalgámra.

A találmány szerinti elektród nélküli lámpaegység egy további előnyös kiviteli alakja tartalmaz egy elektród nélküli lámpát, amelynek van egy zárt hurkos, cső alakú lámpaburája; egy transzformátormagot, amely a lámpabura körül van elhelyezve; egy bemeneti tekercselést, amely a transzformátormagon van elhelyezve; és egy rádiófrekvenciás energiaforrást, amely a bemeneti tekercseléshez van csatolva. A lámpabura higanygőzt és egy puffergázt tartalmaz. Az elektród nélküli lámpa tartalmaz továbbá egy amalgámot, ami a lámpaburában van elhelyezve. A rádiófrekvenciás energiaforrás elegendő rádiófrekvenciás energiát ad át az elektród nélküli lámpának, hogy a lámpaburában kisnyomású kisülés jöjjön létre. A lámpabura tartalmaz továbbá egy termikus összeköttetést a transzformátormag és az amalgám között, úgyhogy működés közben az amalgámot a transzformátormag melegíti.

A feladatot egy elektród nélküli, kisnyomású kisülést fenntartó töltőanyagot tartalmazó lámpaburával ellátott elektród nélküli lámpát; egy a lámpabura közelében elhelyezett transzformátormagot; a transzformátormagon elhelyezett bemeneti tekercselést; és a lámpaburában elhelyezett amalgámot tartalmazó villamos lámpaegység üzemeltetésére szolgáló eljárás tekintetében a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy annak lépései során rádiófrekvenciás energiát adunk a bemeneti tekercselésre, amely rádiófrekvenciás energia kisnyomású kisülést állít elő a lámpaburában, és az amalgám hőmérsékletét úgy szabályozzuk, hogy a transzformátormagról hőenergiát csatolunk az amalgámra a lámpaegység működése közben.

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

1. ábra a találmány szerinti elektród nélküli lámpaegység felülnézete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti elektród nélküli lámpaegység oldalnézete, a

3. ábra az 1. és 2. ábra szerinti elektród nélküli lámpaegységben használt magrészegység vázlata, a

4. ábra az 1. és 2. ábra szerinti elektród nélküli lámpaegység egy részletének nagyított keresztmetszete, az

5. ábra a relatív fényáram (fényhasznosítás) a hőmérséklet függvényében a találmány szerinti hőhíddal ellátott és hőhíd nélküli, elektród nélküli lámpáknál, a

6. ábra a relatív fényáram (fényhasznosítás) a teljesítmény függvényében a találmány szerinti hőhíddal ellátott és hőhíd nélküli, elektród nélküli lámpáknál.

Egy találmány szerinti kisülőlámpa példaképpeni kiviteli alakja látható az 1-4. ábrán. A 10 elektród nélküli lámpának van egy elektród nélküli, cső alakú, zárt hurkos 12 lámpaburája. A 12 lámpabura 14 kisülőteret vesz körül, ami egy puffergázt és higanygőzt tartalmaz. A 12 lámpabura belső felületén fénypor bevonat alakítható ki. Egy 20 RF forrásból (3. ábra) induktívan rádiófrekvenciás (RF) energia van a 10 elektród nélküli lámpára csatolva egy első, 22 transzformátormagon és egy második, 24 transzformátormagon át. Mind a 22, mind a 24 transzformátormag előnyös módon toroid alakú, és körülveszi a 12 lámpaburát. A 20 RF forrás az első, 22 transzformátormagon lévő 30 tekercseléshez és a második, 24 transzformátormagon lévő 32 tekercseléshez van kötve. A 12 lámpabura külső felületére tapasztott és villamosán a 20 RF forrás ellentett 27, illetőleg 29 vezetékéhez kötött áramvezető 26 és 28 csík alkalmazható arra, hogy a 10 elektród nélküli lámpában a kisnyomású kisülés beindulását elősegítse. Az áramvezető 26 és 28 csík szigetelőhabbal vagy más szigetelővel villamosán elszigetelhető a 22, illetőleg 24 transzformátormagtól.

Működés közben az RF energiát a 22 és 24 transzformátormag induktívan a 12 lámpaburán belüli kisnyomású kisülésbe csatolja. A 10 elektród nélküli lámpa a transzformátorok szekunder áramköreként működik. A 30 és 32 tekercselés előnyös módon azonos fázisban van hajtva, és párhuzamosan köthető, ahogyan ez a

3. ábrán látható. A 22 és 24 transzformátormag úgy van a 12 lámpaburán elhelyezve, hogy a 22 és 24 transzformátormag által a kisülésben indukált feszültségek összeadódnak. A 30 és 32 tekercselésen át folyó RF áram időben változó mágneses fluxust létesít, amely a lámpabura hosszában egy kisülést fenntartó feszültséget indukál. A 12 lámpaburában bekövetkező kisülés ultraibolya sugárzást bocsát ki, ami a fénypor bevonatot úgy geijeszti, hogy az látható fényt bocsát ki. Ebben a konfigurációban a 12 lámpabura a látható fényt átengedő anyagból, így üvegből készül. Egy másik változatban az elektród nélküli lámpát ultraibolya energiaforrásként használják. Ebben a konfigurációban a fénypor bevonat elmarad, és a 12 lámpabura ultraibolya fényt átengedő anyagból, például kvarcból készül.

A lámpabura keresztmetszetének átmérője a nagy fényáram érdekében kb. 25,4 és kb. 101,6 mm (1 -4 hüvelyk) között van. A töltőanyag egy puffergázból és kis mennyiségű higanyból áll, ami higanygőzt állít elő. A puffergáz előnyös módon nemesgáz, és még előnyösebb módon kripton. Megállapítottuk, hogy mérsékelt teljesítményterhelés esetén a lámpa működésekor a kripton nagyobb fényhasznosítást (lumen/watt) biztosít. Nagyobb teljesítményterhelés esetén argon alkalmazása lehet előnyös. A 12 lámpabura alakja bármely zárt hurkot képező alak lehet, többek között lehet ovális alakú, kör alakú, ellipszis alakú, vagy állhat egy sor egyenes csőből, amelyek úgy vannak összekötve, hogy zárt

HU 222 169 Β1 hurkot képeznek. Az 1-3. ábra szerinti kiviteli alakban a 12 lámpaburát két párhuzamos, egyenes 54 és 56 cső képezi. Az 54 és 56 csövet az egyik végüknél vagy annak közelében egy 58 oldalcső, a másik végüknél vagy annak közelében egy 60 oldalcső köti össze. Mindkét, 58 és 60 oldalcső vagy híd gázvezető összeköttetést létesít az egyenes 54 és 56 cső között, és ezzel zárt hurkos alakzatot hoz létre. Az egyenes 54 és 56 csőnek az az előnye más alakokhoz képest, hogy könnyen lehet őket előállítani és könnyen lehet fényporral bevonni. A 22 transzformátormag az 58 oldalcső (híd) körül, a 24 transzformátormag a 60 oldalcső (híd) körül van rögzítve. Egy előnyös kiviteli alakban az egyenes 54 és 56 cső átmérője nagyobb az 58 és 60 oldalcső (híd) átmérőjénél. Az egyenes 54 cső tartalmaz egy 70 szívócsövet, és az egyenes 56 cső egy 72 szívócsövet.

A 22 és 24 transzformátormag előnyös módon nagy permeabilitású, kis vasveszteségű ferritanyagból, így mangánhorgany ferritből készül. A 22 és 24 transzformátormag zárt hurkot képez a 12 lámpabura körül, és jellegzetesen toraid alakú, amelynek a belső átmérője kissé nagyobb a 12 lámpabura külső átmérőjénél. Mind a 30, mind a 32 tekercselés néhány menetnyi huzalból áll, amelynek a mérete elegendő a primer áram vezetésére. A transzformátorok a primer feszültséget letranszformálják, a primer áramot feltranszformálják jellegzetesen 5 és 25 közötti tényezővel. A 20 RF forrás frekvenciája előnyös módon kb. 50 kHz és kb. 3 MHz között, a legelőnyösebb módon kb. 100 kHz és kb. 400 kHz között van.

A kisülőlámpa tartalmazhat továbbá egy 80 magrögzítőt a 22 transzformátormag körül és egy 82 magrögzítőt a 24 transzformátormag körül. A 80 és 82 magrögzítőt képezheti egy lényegében U alakú fémszalag, amelyben 84 szerelőlyukak vannak, hogy a megfelelő transzformátoimagot helyhez kötötten, például egy lámpaarmatúrában rögzíteni lehessen. A 80 és 82 magrögzítőt a 86, illetőleg 88 rugóval lehet a 22, illetőleg 24 transzformátormaghoz hozzáerősíteni. A 80 és 82 magrögzítő, valamint a 86 és 88 rugó tartja össze az osztott transzformátormagokat a 12 lámpabura körül.

A 10 elektród nélküli lámpa előnyös módon tartalmaz egy amalgámot a 12 lámpaburán belüli higanygőznyomás szabályozására és egy hőmérséklet-tartományon belüli állandóbb fényáram biztosítására. Az amalgám például bizmutot, ónt, ólmot és higanyt tartalmazhat. Az amalgámot az egyik szívócsőben, például a 72 szívócsőben lehet elhelyezni. Az alkalmas amalgámösszetételeket az adott szakterületen járatos szakember ismeri. A találmány teijedelmén belül az amalgám a 12 lámpabura belsejében máshol is elhelyezhető.

A találmány értelmében az egyik transzformátormag termikusán az amalgámhoz van kötve, úgyhogy az amalgámot a transzformátormagban előállított, vagy a 10 elektród nélküli lámpától a transzformátormaghoz vezetett hő működés közben melegíti. Amint ezt lentebb leírjuk, a termikus összeköttetés lehet egy hővezető anyagú hőhíd, vagy abból eredhet, hogy az amalgám szorosan közel van a transzformátormaghoz. Az amalgám előnyös módon a lehető legközelebb van a transzformátormaghoz. Ez úgy valósítható meg, hogy az amalgámot tartalmazó szívócsövet a transzformátormag szomszédságában vagy a transzformátormagon belül helyezzük el.

Az elektród nélküli lámpákban lévő transzformátormagokhoz használt tipikus ferritek minimális vasvesztesége 100 °C alatti hőmérsékleten van. A vasveszteség erősen függ a fluxussűrűségtől is, ami a mag keresztmetszetének és a primer feszültségnek a függvénye. A vasveszteség a bemeneti tekercselésre adott primer feszültség növekedésével gyorsan emelkedik. A ferritanyag drágasága miatt a transzformátormag keresztmetszetét a minimális értéken tartjuk. A mag veszteségek miatti önmelegedése és a lámpától származó hő együttesen kb. 100 °C és 140 °C közötti maghőmérsékletet hoz létre a lámpa normális működése közben. Ez a tartomány kedvező módon a felső hasznos hőmérséklethatárán van az olyan amalgámoknak, mint a bizmut; indium és bizmut; ón; ólom.

A transzformátormag és az amalgám közötti termikus összeköttetésre vagy hőhídra az 1. és 2. ábrán látható példa. Egy hővezető 90 nyelv van a 80 magrögzítőhöz hozzáhegesztve vagy más mechanikai módon hozzákötve. A hőhídként működő 90 nyelv például alumíniumból készülhet. A 90 nyelv a 72 szívócső körül van kialakítva, és hőenergiát vezet a 22 transzformátormagtól a 72 szívócsőben elhelyezett amalgámhoz, és ezzel az amalgámot magasabb hőmérsékletre melegíti, mint amelyen a hőhíd nélkül lenne.

A ferrit transzformátormagok majdnem minden feltétel között magasabb hőmérsékleten vannak, mint a szívócsőben lévő amalgám. Az amalgám melegítésének közvetlen hatása a kisülőlámpa hasznos környezeti hőmérséklet-tartományának eltolása az alacsonyabb értékek felé. Ez a legtöbb alkalmazás szempontjából kedvező, mivel az optimális fényáram létrehozásához szükséges hőmérséklet a tipikus lámpaarmatúrákban fennálló hőmérséklet felett van. Ez különösen az alacsony környezeti hőmérsékleten használt armatúrákra érvényes.

A hőhíd másik előnye tompítási alkalmazásoknál jelentkezik. Ha a lámpa tompításakor a falterhelés csökken, akkor a szívócső hőmérséklete is csökken, és közeledik a környezeti hőmérséklethez. Ilyen feltételek között a higanygőz nyomása messze az optimális alatt van, emiatt jelentős színeltolódás lép fel és a hatásfok gyenge lesz. Ha viszont a kisülési áram csökken, akkor a kisülési feszültség növekszik. Ez növeli a fluxussűrűséget a magokban, és növeli a vasveszteségeket. A vasveszteségek növekedése hatékonyan ellensúlyozhatja a lámpától kapott hő csökkenését és a mag alacsonyabb környezeti hőmérsékletét. Ha a szívócsőben lévő amalgámot a transzformátormag melegíti, akkor a tompítás negatív hatásai enyhülnek.

A hőhíd harmadik előnye a lámpa újraindításakor fennálló fényárammal kapcsolatos. Az amalgámos lámpák rendszerint igényelnek egy, a kisülésben elhelyezett segédamalgámot. Jellegzetesen indiumbevonatú lapocskát használnak, ami gyújtás után hirtelen felmelegszik, és elegendő higanyt ad le a fényáram gyors növekedésé4

HU 222 169 Bl hez vagy a felfutáshoz. A fényáram felfutását csak a lámpabura felmelegedési sebessége és a kisülésen át bekövetkező diffúzió ideje korlátozza. A fényáram gyors felfutásához a lapocskának nagyobb mennyiségű higanyt kell tartalmaznia, mint amennyi a gázban működés közben jelen van. Ezért a lámpa kikapcsolása után nem áll rendelkezésre elég higany a lámpa kisülési részében. A higanynak egy időtartam alatt kell a fő amalgámtól a lapocskához diffundálnia. Ha egy szokványos lámpa kialszik, akkor a szívócsőben lévő amalgám a hideg hely. A szívócső gyorsabban le is hűl, mint a lámpa többi része. Eszerint a higanyszállítás a fő amalgámtól a lapocskához lassú. A rövid idők jellegzetesen a fényáram újraindítás utáni lassú felfutását idézik elő. A transzformátormagoknak viszont nagy a hőkapacitása a lámpa többi részéhez képest. A transzformátormag és az amalgám közötti hőhíd létrehozásával a fő amalgám lassabban hűl le, mint a lámpa többi része. Ez kihajtja a higanyt a fő amalgámból, és meggyorsítja az egyensúlyba kerülést a lapocskával. Ezzel növeli a fényáram újraindítás utáni felfutási sebességét.

A 4. ábrán a 12 lámpabura és a 72 szívócső egy részletének nagyított keresztmetszete látható. A 72 szívócső 104 amalgámot tartalmaz. A 22 transzformátormag a 72 szívócsőhöz szorosan közel van a 12 lámpabura körül elhelyezve. A hőhídként működő 90 nyelv a 80 magrögzítő és a 72 szívócső közé van csatlakoztatva, és ezzel termikus összeköttetést létesít a 22 transzformátormag és a 104 amalgám között. Egy másik változat szerint a hőhíd közvetlenül a 72 szívócső és a transzformátormag közé köthető. A hőhídként működő 90 nyelv hővezető anyagból, így hővezető fémből vagy hővezető cementből van gyártva, és úgy van rögzítve, hogy termikus út jöjjön létre a 106 transzformátormag és a 104 amalgám között. A 22 transzformátormagnak és a 72 szívócsőnek viszonylag szorosan közel, előnyös módon 5 cm-nél közelebb kell lennie egymáshoz. Egyes esetekben előfordulhat, hogy nincs szükség külön hőhídra a 22 transzformátormag és az amalgám közötti hatékony hőátadáshoz. Például opcionálisan egy 112 amalgám helyezhető el a 12 lámpabura belső felületén a 22 transzformátormag mellett. Ebben az esetben a hőenergia vezetése a 22 transzformátormagtól a 112 amalgámhoz a 12 lámpabura falán át eléggé felmelegíti a 112 amalgámot ahhoz, hogy elérjük az itt leírt megnövelt teljesítőképességet.

A találmány szerinti elektród nélküli kisülőlámpa első kiviteli alakjában a lámpabura 50 mm külső átmérő Pyrex üvegből készül, amelynek az összetétele 81% SiO₂, 13% B₂O₃, 4% Na₂O és 2% A1₂O₃. A lámpabura hosszúkás toroid alakú kisülési teret vesz körül. A gáztöltet 0,3 tón kripton és 10 mg higany, ami amalgamálva van 300 mg ötvözettel, ami 46 tömeg% bizmutot, 34 tömeg% ónt és 20 tömeg% ólmot tartalmaz. Az amalgám a vákuumcsővel szemben egy szívócsőben van. A lámpabura fényporréteggel van ellátva. A lámpa végein lévő hídrészek nincsenek fényporral bevonva.

A 22 és 24 transzformátormag R61 méretű, félbevágott VOGT FÍ325 jelű anyag. Mindegyik magnak tizenegy menetből álló primer tekercselése van. A primer tekercselések a 20 RF forrással párhuzamosan vannak kötve, és 24 számú, teflonszigetelésű rézhuzalból készülhetnek.

Alumíniumfólia 26 és 28 csík van az 58 és 60 oldalcsőre (hídra) helyezve és villamosán a 20 RF fonás ellentett vezetékeihez kötve, ahogyan ez a 3. ábrán látható. Egy réteg szilikonhabot használunk arra, hogy a transzformátormagokat villamosán szigeteljük az alumíniumfólia indítási segédeszközöktől. A magokat alumínium 80 és 82 magrögzítő, valamint 86 és 88 rugó (laprugó) tartja össze. A 80 és 82 magrögzítő hőt is vezet a magtól a lámpa armatúrájára. A 90 nyelv hőhídként működik a 72 szívócsőben lévő amalgám és a 22 transzformátormag között.

A 20 RF forrás kimenőfrekvenciája 200 kHz és 300 kHz között van, és a lámpát körülbelül 140 W-tal üzemelteti, amikor a lámpa kiegyensúlyozott. A 20 RF forrás a gyors indításhoz nagy kezdeti feszültséget szolgáltat.

A fent leírt lámpának mind beltérben, mind kültérben széles környezeti hőmérséklet-tartományban kell működnie. A helyi hőmérséklet az armatúrában kb. 0 °C és kb. 80 °C között várható. Ennek a tartománynak a lehető legnagyobb részében kívánatos a nagy fényáram. Előnyös továbbá, ha a normális 25 °C szobahőmérsékleten közel maximális fényáramot kapunk.

A fenti kiviteli alakban leírt konstrukciójú, elektród nélküli kisülőlámpa relatív fényáramát (fényhasznosítását) a környezeti hőmérsékletek egy tartományában mértük. A vizsgálatot először úgy végeztük, hogy a szívócső szabadon volt. Ezután a vizsgálatot megismételtük úgy, hogy az amalgámot tartalmazó szívócsövön 9,525 mm (0,375 hüvelyk) külső átmérőjű, 0,76 mm (0,030 hüvelyk) falvastagságú és 22,860 mm (0,9 hüvelyk) hosszú rézcső volt. A rézcsövet 25,4 mm (1 hüvelyk) hosszú, 7,60 mm (0,3 hüvelyk) széles és 0,51 mm (0,020 hüvelyk) vastag rézcsíkkal a magrögzítőhöz kötöttük. Az eredményeket az 5. ábra tartalmazza, amelyen a relatív fényáramot (fényhasznosítást) a környezeti hőmérséklet függvényében ábrázoltuk. A 130 görbe azokat a mérési eredményeket ábrázolja, amelyeknél a transzformátormag és az amalgám között nem volt hőhíd, míg a 132 görbe azokat a mérési eredményeket ábrázolja, amelyeknél a transzformátormag és az amalgám között a fentebb leírt hőhíd volt.

Az 5. ábrából nyilvánvaló, hogy a hőhíd jelentősen javítja a lámpa teljesítőképességét alacsony hőmérsékleteken, és a fényáram magas hőmérsékleteken csak kissé csökken. A hasznos hőmérséklet-tartomány - amin azt a tartományt értjük, amelyben a fényáram nagyobb a csúcsérték 90%-ánál - 15°-kal növekszik (hőhíd nélkül 31 °C és 80 °C feletti érték között, hőhíddal 16 °C és 80 °C feletti érték között van), feltételezve, hogy 80 °C feletti armatúra-hőmérsékletek nem fordulnak elő. Emellett a 25 °C-on fennálló relatív fényáram (fényhasznosítás) a hőhíd használatával a csúcsérték körülbelül 82%-áról a csúcsérték körülbelül 98%-ára növekszik.

A fent leírt elektród nélküli kisülőlámpa kívánatos jellemzője a tompítás. Az amalgámos lámpák azonban

HU 222 169 Bl tompításkor jellegzetesen nem viselkednek jól. Alacsony teljesítményszinteken jóval kevesebb hó keletkezik az armatúrában, és az amalgám hőmérséklete lecsökkenhet közel a környezeti hőmérsékletre. Problémákat okoz a kis higanygőznyomás, ami a teljesítmény csökkenésekor fellép. A kisülés hatásfoka erősen esik, és kifejezett színeltolódás lép fel. Ezek a hatások kifejezettebbek az amalgámos lámpáknál, mint a tipikus higanylámpáknál.

A fenti példában leírt konstrukciójú, elektród nélküli kisülőlámpát szimulált armatúrában vizsgáltuk úgy, hogy a lámpa teljesítményét 140 W-ról változtattuk lefelé 40 W-ig. A vizsgálatot először ugyanolyan réz hőhíddal végeztük, mint amilyent abban a vizsgálatban használtunk, amelyben a fényáramot a hőmérséklet függvényében mértük, majd a hőhidat eltávolítottuk, és a vizsgálatot megismételtük. A vizsgálat helyességének biztosítása végett az amalgámos csövet szigeteléssel takartuk, úgyhogy az amalgám hőmérséklete hőhíd nélkül közelítőleg azonos volt a hőhíddal mért hőmérséklethez.

A relatív fényáramot (fényhasznosítást) a lámpa teljesítményének függvényében a 6. ábrán ábrázoltuk. A 140 görbe a hőhíd nélkül kapott, a 142 görbe a hőhíddal kapott eredményeket mutatja. Kis teljesítmény esetén a hatásfok hőhíd használatakor nagyobb. Jóval kisebb lámpateljesítményt lehetett elérni, amikor hőhidat használtunk. A hőhíd nélkül instabilitás következett be kissé 60 °C alatt, és a fényhasznosítás hirtelen közel nullára csökkent.

A hőhíd harmadik előnye a fényáram bekapcsolás utáni jobb felfutása. Tipikus, elektród nélküli kisülőlámpa fényhasznosításának felfutását mértük hőhíddal és hőhíd nélkül a fentebb leírtak szerint. A lámpát körülbelül 2 órán át üzemeltettük, majd kikapcsoltuk. Egy óra múlva a lámpát indítottuk, és feljegyeztük az időt, amely alatt a fényhasznosítás csúcsértékének 90%-át elérte. Ezután a vizsgálatot megismételtük, de a hőhidat a lámpa kikapcsolása után azonnal eltávolítottuk. A fényhasznosítás felfutási ideje a hőhíddal 67 másodperc volt, és ez hőhíd nélkül 133 másodpercre nőtt.

A következőkben a találmány szerinti, elektród nélküli kisülőlámpa második kiviteli alakját újuk le. A második kiviteli alak konstrukciója hasonló a fentebb leírt első kiviteli alakéhoz. A konstrukció eltéréseit az alábbiakban ismertetjük. A második kiviteli alakban a lámpabura 54 mm külső átmérőjű Pyrex-üvegből készült. A gáztöltet 0,25 torr kripton és 15 mg higany, ami amalgamálva van 400 mg bizmut-indium eutektikummal. A transzformátormagok kb. 64 mm külső átmérőjű, kb. 41 mm belső átmérőjű és 18 mm széles, Siemens N87 anyagból készültek. A magok félbe vannak vágva. Mindegyik magnak tizennyolc menetből álló primer tekercselése van 24 számú, teflonszigetelésű rézhuzalból. A tekercselések párhuzamosan vannak kötve. A második kiviteli alakban fóliacsíkokat nem használtunk, hanem ehelyett az egyik magtól jövő huzalvégeket átlátszó FEP-szalaggal a lámpaburához kötöttük. Indításkor a 20 RF forrás teljes nyitott áramkörű feszültségét ezekre a huzalokra kapcsoltuk, amelyek kapacitívan a lámpához voltak csatolva. A hőhíd sajtolt alumíniumdarabból készült, amit csővé alakítottunk, és az egyik végéből egy nyelv állt ki. A cső az amalgámot tartalmazó csövön csúszik, és a nyelv a lámpabura felülete mentén teljed ki, és a transzformátormaggal vagy a mag alatt, vagy a mag oldalán érintkezik.

Hőhíd alkalmazását írtuk le egy elektród nélküli kisülőlámpában, amelynek zárt hurkos, cső alakú lámpaburája van, és a lámpabura körül egy transzformátormag van elhelyezve. Nyilvánvaló, hogy a jelen találmány minden olyan kisnyomású, elektród nélküli kisülőlámpánál alkalmazható, amelyben egy transzformátormagot használva villamos energiát csatolnak egy kisnyomású kisülésbe. A transzformátormag például a lámpaburán belül, a lámpabura homorú üregében, vagy másképpen a lámpabura közelében helyezhető el. Mindegyik esetben termikus összeköttetést hozunk létre a transzformátormag és egy amalgám között, úgyhogy az amalgámot működés közben a transzformátormag melegíti.

A fentiekben ugyan a találmány jelenleg előnyösnek tekintett kiviteli alakjait ábrázoltuk és írtuk le, de az adott szakterületen járatos szakemberek számára nyilvánvaló, hogy ennek a találmány csatolt igénypontokban meghatározott terjedelmétől való eltérés nélkül lehetnek változatai és módosításai.

Claims

1. Villamos lámpaegység, amely tartalmaz egy elektród nélküli lámpát (10), amelynek van egy elektród nélküli lámpaburája (12), ami kisnyomású kisülést fenntartó töltőanyagot tartalmaz, és az elektród nélküli lámpa (10) tartalmaz továbbá egy amalgámot, ami a lámpaburában (12) van elhelyezve;

egy transzformátormagot (22,24), amely a lámpabura (12) közelében van elhelyezve;

egy bemeneti tekercselést (30,32), amely a transzformátormagon (22, 24) van elhelyezve, és rádiófrekvenciás energiát kap egy RF forrásból (20), és a rádiófrekvenciás energia kisnyomású kisülést állít elő a lámpaburában (12), azzal jellemezve, hogy tartalmaz még egy termikus összeköttetést is a transzformátormag (22, 24) és az amalgám között, úgyhogy működés közben az amalgámot a transzformátormag (22, 24) melegíti.

2. Az 1. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy a lámpabura (12) zárt hurkos, cső alakú lámpabura, és a transzformátormag (22,24) a lámpabura (12) körül van elhelyezve.

3. A 2. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy az amalgám a lámpabura (12) szívócsövében (70, 72) van elhelyezve, és a termikus összeköttetést a transzformátormag (22, 24) és a szívócső (70, 72) közötti hőhíd képezi.

4. A 3. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy a hőhíd a transzformátormaggal (22, 24) és a szívócsővel (70, 72) termikusán érintkező, hővezető fémből áll.

5. A 3. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy a hőhíd a transzformátormaggal

HU 222 169 Bl (22, 24) és a szívócsővel (70, 72) termikusán érintkező, hővezető cementből áll.

6. A 2. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy az amalgám a lámpabura (12) szívócsövében (70, 72) van elhelyezve, és a termikus összeköttetést a transzformátormag (22, 24) és a szívócső (70, 72) közötti termikus érintkezés hozza létre.

7. A 2. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy az amalgám a lámpabura (12) szívócsövében (70, 72) van elhelyezve, és a szívócső (70, 72) körülbelül 5 cm-re van a transzformátormagtól (22,24).

8. A 2. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy az amalgám a lámpabura (12) szívócsövében (70, 72) van elhelyezve, és a lámpaegység tartalmaz továbbá a transzformátormag (22, 24) körül elhelyezett magrögzítőt (80, 82), és a transzformátormag (22, 24) és az amalgám közötti termikus összeköttetést a magrögzítő (80, 82) és a szívócső (70,72) közötti termikus összeköttetés képezi.

9. Az 1. igénypont szerinti villamos lámpaegység, azzal jellemezve, hogy az amalgám a transzformátormaghoz (22,24) szorosan közel van elhelyezve, és a hőenergia a transzformátormagról (22, 24) a lámpaburán (12) át megy át az amalgámra.

10. Elektród nélküli villamos lámpaegység, amely tartalmaz egy elektród nélküli lámpát (10), amelynek van egy zárt hurkos, cső alakú lámpaburája (12), amely higanygőzt és egy puffergázt tartalmaz, és az elektród nélküli lámpa (10) tartalmaz továbbá egy amalgámot, ami a lámpaburában (12) van elhelyezve;

egy transzformátormagot (22,24), amely a lámpabura (12) körül van elhelyezve;

egy bemeneti tekercselést (30, 32), amely a transzformátormagon (22, 24) van elhelyezve;

egy rádiófrekvenciás energiaforrást, amely a bemeneti tekercseléshez (30, 32) van csatolva, és elegendő rádiófrekvenciás energiát ad át az elektród nélküli lámpának (10), hogy a lámpaburában (12) kisnyomású kisülés jöjjön létre, azzal jellemezve, hogy tartalmaz még egy termikus összeköttetést is a transzformátormag (22, 24) és az amalgám között, úgyhogy működés közben az amalgámot a transzformátormag (22, 24) melegíti.

11. Eljárás villamos lámpaegység üzemeltetésére, amely elektród nélküli, kisnyomású kisülést fenntartó töltőanyagot tartalmazó lámpaburával ellátott és a lámpaburában előre meghatározott helyen egy amalgámot tartalmazó, elektród nélküli lámpát; egy a lámpabura közelében elhelyezett transzformátormagot; a transzformátormagon elhelyezett bemeneti tekercselést tartalmaz, amelynek során;

rádiófrekvenciás energiát adunk a bemeneti tekercselésre, amely rádiófrekvenciás energia kisnyomású kisülést állít elő a lámpaburában; azzal jellemezve, hogy az amalgám hőmérsékletét úgy szabályozzuk, hogy a transzformátormagról hőenergiát csatolunk az amalgámra a lámpaegység működése közben.

12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az amalgám a lámpabura egy szívócsövében van elhelyezve, és az amalgám hőmérséklete szabályozásának lépése során hőhidat hozunk létre a transzformátormag és a szívócső között.

13. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az amalgám a lámpabura egy szívócsövében van elhelyezve, az elektród nélküli lámpa tartalmaz továbbá egy, a transzformátormag körül elhelyezett magrögzítőt, és az amalgám hőmérséklete szabályozásának lépése során hőhidat hozunk létre a magrögzítő és a szívócső között.