HU225830B1 - Alacsony nyomású kisülõlámpa és redukálószer a kisülõlámpához - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya alacsony nyomású kisülőlámpa (1) két elektródát (18) befogadó kisülőedénnyel (2), amelybe higany és legalább egy nemesgáz van betöltve, valamint redukálószer a kisülőlámpához. A kisülőedényben (2) A és B anyagot tartalmazó redukálószer (20) van, ahol az A anyag vas vagy vastartalmú, és a kisülőfeltételeknek megfelelő hőmérséklet alatti tartományban oxigént vesz fel, és a B anyag cir- kónium vagy cirkóniumtartalmú, amely a kisülőfeltételek mellett és magasabb hőmérsékleten 900 °C-ig az A anyag által leadott oxigént megköti és a higany-oxidot redukálja. A találmány szerinti kisülőlámpánál a redukálószer por alakban vagy formázott alakban kerül a kisülőedénybe (2), ahol a vas és a cirkónium keverési aránya 4:1. HU 225 830 Β1 1. ábra A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

Description

A találmány tárgya alacsony nyomású kisülőlámpa két elektródát befogadó kisülőedénnyel, amelybe higany és legalább egy nemesgáz van betöltve, valamint redukálószer a kisülőlámpához.

Egy ilyen, az EP 0 569 814 B1 sz. szabadalmi leírásban bemutatott alacsony nyomású kisülőlámpa az általános szóhasználatban fénycsőként ismert. Ezen lámpák kisülési edénye legalább egy nemesgázzal és higannyal van megtöltve. A kisülési edény belső fala fényporral (foszforral) van iszapolva, amelynek kémiai összetétele meghatározza a leadott fény spektrumát, illetve színárnyalatát. Gyulladáskor, illetve a fénycső működése során a higanykisülés miatt ultraibolya-tartományban sugárzás emittálódik. Ezen UV fény a foszforkeveréken keresztül a lámpából kibocsátott fénnyé alakul.

Az ilyen alacsony nyomású kisülőlámpák előállításakor arra törekszenek, hogy a higanyt megfelelően pontosan adagolják, mivel egyrészt a higany magas toxicitása a lámpák ártalmatlanításakor jelentős problémát okoz, és másrészt a higany tartalmának betartása minőségi okokból is szükséges, hogy a kívánt fénykibocsátást elérjük. Egy további probléma az ilyen alacsony nyomású lámpáknál, hogy a fénycső működése közben egy bizonyos mennyiségű higany fogy, ami egyrészt oxidképződéssel, másrészt a kisülési edényben foszforral és más elemekkel történő reakciókkal magyarázható. A fejlett gyártástechnológiájú fénycsöveknél, az üvegedény védőréteggel való ellátása által, kiváló minőségű ritkaföldfém-oxid-fényporral stb. a higanyfogyás lényegében csak az oxidképződés miatt következik be.

A DE 696 08 996 D2 szabadalmi leírás higany pótlására szolgáló eljárást ismertet, ahol a higany egy hordozóanyaggal fémközi vegyület formájában van pótolva. Ez a hordozóanyag gázmegkötőként (Getter) is szolgál azon nemkívánatos gázok nyomainak megkötésére, amelyek a kisülési edényben vannak.

Ugyanakkor kimutatható az is, hogy egy ilyen Getter-anyag felhasználása a higany-oxid képződése miatti higanyfogyást nem akadályozza meg. Ezért szükséges, hogy az elméletileg a lámpa működéséhez szükséges mennyiségű higanynál többet vigyünk be a kisülési térbe, így biztosítva, hogy a lámpa teljes minimális élettartama alatt elegendő tiszta higany legyen a kisülési edényben.

Kipróbálásra került már az is, hogy a higany-oxidképződés miatt fellépő higanyfogyást azzal kerüljék el, hogy minimalizálják az oxigén bevitelét a lámpába. Ez ugyanakkor jelentős eljárástechnológiai többletköltséget jelent. Mivel az alacsony nyomású kisülőlámpa elektródáira felvitt emitter lényegében fém-oxid-alapú, az oxigén felszabadulását a lámpa működése alatt az emitter-fém-oxid csökkenésével nem tudja megakadályozni.

A GB 798751 sz. szabadalmi leírás olyan kisülőlámpát ismertet, amelynek kisülőedényében higanyoxid, cirkónium és vas található 1:1:2 arányban. Ennél a megoldásnál viszonylag nagy mennyiségű higany van a kisülőedényben.

A találmány célja ezzel szemben olyan alacsony nyomású kisülőlámpa megadása, amely minimális mennyiségű higanyt tartalmaz.

Ez a célkitűzés az 1. igénypont jellemzőivel rendelkező kisülőlámpával és a 4. igénypont szerinti redukálószerrel valósul meg.

A találmány szerint az alacsony nyomású kisülőlámpa kisülőedénye redukálószert tartalmaz, amely képes szobahőmérsékleten és a kisülési feltételeknek megfelelő 900 °C fokig magasabb hőmérsékleten is a kisülési edényben levő higany-oxidot redukálni és az oxigénhez irreverzíbilisen kapcsolódni. A találmány szerinti lámpával nemcsak szobahőmérsékleten és kisülőfeltételek mellett lehetséges a kisülőedényben meglevő oxigén megkötése, hanem megoldható a már meglevő higany-oxid redukálása is, amely például a higany bevitelekor megvan, vagy működés közben keletkezik. A higany fogyását ezzel a megoldással minimálisra csökkenthetjük úgy, hogy a lámpa működéséhez összehasonlíthatóan csekély higanymennyiség szükséges. Ez teszi lehetővé az Európa-szerte szigorú, a törvény által előírt felső határ betartását.

A redukálószert úgy kell megválasztani, hogy szobahőmérsékleten és magasabb hőmérsékleteken is elkerüljük higany-oxid képződését, illetve visszafordíthatóvá tegyük azt.

A találmány szerint a redukálószer előnyösen két anyagból áll. Az A anyag képes az oxigénhez kötődni szobahőmérsékleten. Továbbá tartalmaz egy B anyagot is, amely magasabb hőmérsékleten az A anyagból felszabaduló oxigénhez irreverzíbilisen kötődik és a higany-oxidot redukálja. Azaz a két anyag, A és B kiegészítik egymást úgy, hogy a higany-oxid redukciója és az oxigén kötődése a teljes hőmérséklet-tartományban biztosított. Az alkalmas anyagok keverése által a találmány szerinti redukálószer redukciós képessége így az alacsony nyomású kisülőlámpa működési feltételeihez optimalizálható.

Eközben különösen előnyös, ha az A anyag fémet vagy fémvegyületet tartalmaz, viszont semmiképpen sem amalgámképző, miközben a B anyag olyan elemet tartalmaz, amelynek oxidja magasabb kötési energiával rendelkezik, mint az A anyag oxidja, ezáltal a kisülési feltételek és magasabb hőmérséklet esetén az A anyag oxidját redukálja és az oxigént megköti.

Kísérletek alkalmával kiderült, hogy vas és cirkónium keveréke mint redukálószer igen alkalmas, ha a keverési arány körülbelül 4:1. Magától értetődik, hogy más anyagok is felhasználhatóak, amelyek rendelkeznek a fenti tulajdonságokkal.

Alacsony nyomású kisülőlámpa előállítása akkor is egyszerűen megvalósítható, ha az A anyag bevitelekor nem szándékosan oxidokat tartalmaz, és a B anyag úgy van megválasztva, hogy ezeket az oxidokat és a higany-oxidot magasabb hőmérsékleten redukálja és a felszabaduló oxigént felhalmozza.

A találmány szerinti redukálószert előnyösen por alakban vagy formázott alakban visszük a kisülési edénybe.

HU 225 830 Β1

Az alacsony nyomású kisülőlámpa felépítése különösen egyszerű, ha a redukálószert egy hordozóra felvitt rétegként visszük be úgy, hogy a hordozóra Getteranyagot is felviszünk.

A redukálószer hatása javul, ha azt a kisülési térbe kerülése után hőmérséklet-emeléssel és/vagy nagyfrekvenciás térrel való kölcsönhatással aktiváljuk úgy, hogy a nem szándékosan oxidált A anyag tiszta fémmé redukálódik, és ezáltal alacsonyabb hőmérsékleten ismét redukálóképes lesz.

A találmánynak egyéb előnyös változatai a további aligénypontokban találhatók.

A következőkben a találmányt a mellékelt rajzon példaképpen bemutatott előnyös kiviteli példa alapján ismertetjük közelebbről, ahol az

1. ábra a találmány szerinti lámpa egyik végének részben metszett részletrajza.

Az 1. ábra egy 1 alacsony nyomású kisülőlámpa 2 kisülőedényének vázlatos metszeti rajza. Ezen 2 kisülőedény rendelkezik egy üvegpalásttal, amely henger formájú, esetleg úgynevezett kompaktlámpáknál gyűrű vagy U formájú. A 2 kisülőedény megtöltésére a 2 kisülőedény például összenyomással keletkező homloklapjához egy 4 szívócsonk kapcsolódik, amelyet a feltöltés után leolvasztunk. A 2 kisülőedény belső felülete 6 fénykibocsátó réteggel van bevonva. A kiváló minőségű lámpák gyakran ritkaföldfém fénykibocsátó anyagot tartalmaznak.

A 2 kisülőedény két elektródát is tartalmaz, amelyekből az ábrán csupán egy 8 elektródát tüntettünk fel. Ezt a 8 elektródát például egy spirál képezi, amely a 10 és 12 áram-hozzávezetésen keresztül az 1 alacsony nyomású kisülőlámpa nem ábrázolt csatlakozócsapjaival van összekötve.

A 10 és 12 áram-hozzávezetések biztosítására ezeket a 2 kisülőedényen belül egy 14 üveglábbal tartjuk egyben. A volfrámszálból álló 8 elektródák emitterrel vannak bevonva, amely az elektronok kilépését a 2 kisülőedény egyik 16 kisülőterébe megkönnyíti.

Az ábrázolt kiviteli példán a 8 elektródát egy 18 gyűrűsapka veszi körül, amely azt a célt szolgálja, hogy gyújtáskor és az 1 kisülőlámpa működése közben az elektródáról elpárolgó anyagok ne okozzanak burafeketedést.

A töltéskor legalább egy nemesgázt, többnyire kriptont és/vagy argont vezetünk be a 4 szívócsonkon keresztül mintegy 10³ Pa nyomással. A higanyt közvetlenül vagy - ahogy azt fent említettük - fémközi vegyület, például Ti_xZr_YHg_z formájában visszük be.

A 16 kisülőtérben ezenkívül még egy találmány szerinti 20 redukálószer is van, amely például formázott alakban vagy por alakban kerül bevitelre.

Az ábrán vázolt kiviteli példa esetén a 8 elektródákat körülölelő 18 gyűrűsapkát a kerületén felvágjuk, hogy az így keletkező lyukba bevezethessük a találmány szerinti 20 redukálószert. A redukálószert adott esetben egy formatestté sajtoljuk és a 18 gyűrűsapkába ültetjük, vagy egy hordozókonstrukción keresztül, például huzalhálóval rögzítjük.

Egy különösen elegáns megoldás szerint a 20 redukálószert tabletta formájában vagy egy hordozóanyagra felhordva visszük a 2 kisülőedénybe, amire még egy Getter-anyagot is felhordunk, vagy azt már maga tartalmazza. így a 18 gyűrűsapkának kerületi mélyedési lehetnek, amelyek a Getter-anyagot és a találmány szerinti redukálószert keverve vagy egymástól elválasztva tartalmazzák.

Ahogy fent már említettük, a találmány szerinti redukálószernek az a feladata, hogy szobahőmérsékleten a meglévő oxigént megkösse. A továbbiakban biztosítani kell, hogy a kisülési feltételek mellett és kb. 900 °C-os hőmérsékletig az oxigén a redukálószerben maradjon, illetve az esetleg még meglevő higany-oxidot redukáljuk. Ezáltal a lámpa működése során higany-oxid képződése megakadályozható, illetve visszafordítható. Azon célból, hogy ezek a feltételek teljesüljenek (oxigén megkötése szobahőmérséklet és 900 °C között) előnyösen egy többkomponensű redukálószert alkalmazunk. Például a redukálószer lehet vas és cirkónium 4:1 tömegarányú keveréke. Egy hagyományos fénycső esetén elegendő kb. 40 mg ilyen keverék bejuttatása a 2 kisülőedénybe.

Ezen redukálószer aktiválására a kész lámpában nagyfrekvenciás tér segítségével kb. 15 másodpercig egy kb. 800 °C-os aktiválási hőmérsékletet hozunk létre. Ezen aktiválás által a 20 redukálószer bevitelekor az A anyagnál (vas) keletkező oxidokat a B anyag (cirkónium) redukálja, úgyhogy az A anyag már szobahőmérsékleten képes megkötni az oxigént. Ezen aktiválás után a lámpa üzemkész - a kétkomponensű redukálószer szolgál arra, hogy az oxigént megkösse és az esetleg képződő higany-oxidot redukálja, miáltal a higanyfogyás a hagyományos megoldásokkal szemben lényegesen csökkenthető.

A találmány szerinti megoldás előnyös hatása egy összehasonlító példa alapján

Két, az alapfelépítés vonatkozásában azonos higanymentes háromkötésű lámpát készítettünk, ahol az egyik lámpa találmány szerinti vas/cirkónium alapú redukálószert tartalmazott az előírt keverési aránnyal. Mindkét lámpába további 4 mg por alakú higany-oxidot vittünk be. Mindkét lámpát üzembe helyeztük, és egy meghatározott égésidő után megvizsgáltuk, hogy keletkezett-e tiszta higany. Kb. százórás égésidő után a találmány szerinti lámpánál több, mint 0,2 mg tiszta higanyt mérünk, miközben a redukálószer nélküli összehasonlító lámpában nem volt kimutatható higany.

Egy további kísérletsorozatban a találmány szerinti redukálószert a lámpa üzembe helyezése előtt nem aktiváltuk. Ezen kísérletnél a százórás égésidő után nem mutatható ki higany. Ez azzal magyarázható, hogy az A anyagát (vas) a kisülőedénybe történő bevitelkor a levegő oxigénje oxidálja, és ezáltal nincs már oxigénfelvevő kapacitása a környezeti feltételek mellett. A redukálószer aktiválása emiatt legalábbis a vas/cirkónium kombináció esetén lényeges jellemző. Elviekben lehetséges, hogy a B anyagot úgy válasszuk meg, hogy képes legyen egy nem aktivált A anyagot és a meglevő higany-oxidot is redukálni, miáltal az A anyag

HU 225 830 Β1 újra képes lesz szobahőmérsékleten megkötni az oxigént.

A tervezett felhasználáshoz A anyagként elvileg minden fém vagy fémvegyület alkalmas, amely 900 °C-ig elegendő mennyiségben felvesz oxigént a gázfázisból és nem amalgámképző.

A B anyagot úgy választjuk ki, hogy annak oxidja nagyobb kötési energiával rendelkezzen, mint az A anyag oxidja, és 900 °C-ig képes legyen az A anyag oxidját és a higany-oxidot redukálni. Az A és B anyagokat lehetőleg nagy felülettel kell bevinni a kisülőedénybe, miközben a keverékarányt úgy választjuk meg, hogy az A anyag által magával hozott oxigént a B anyag felvehesse.

A por alakban vagy formázott alakban bevitt komponenseket előnyös módon összekeverjük.

A találmány szerinti alacsony nyomású kisülőlámpa kisülőedénye higanyt tartalmaz. A higany fogyásának elkerülésére a kisülőedénybe redukálószert viszünk be, melyet aszerint képezünk, hogy az oxigént megkösse szobahőmérséklet és a kisülési feltételeknek megfelelő hőmérséklet között és ugyanakkor a higanyoxidot redukálja.

Claims (4)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Alacsony nyomású kisülőlámpa (1) két elektródát (18) befogadó kisülőedénnyel (2), amelybe higany és legalább egy nemesgáz van betöltve, továbbá amelynél a kisülőedényben (2) jelen lévő oxigént szobahőmérséklettől 900 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban megkötő és a higany-oxidot redukáló redukálószer (20) van, a redukálószer (20) egy A anyagot tartalmaz, amely a kisülőfeltételeknek megfelelő hőmérséklet alatti tartományban oxigént vesz fel, ahol az A anyag vas vagy vastartalmú, a redukálószer (20) egy B anyagot is tartalmaz, amely a kisülőfeltételek mellett és magasabb hőmérsékleten 900 °C-ig az A anyag által leadott oxigént megköti és a higany-oxidot redukálja, ahol a B anyag cirkónium vagy cirkóniumtartalmú, azzal jellemezve, hogy a redukálószer por alakban vagy formázott alakban kerül a kisülőedénybe (2), továbbá a vas és a cirkónium keverési aránya 4:1.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti alacsony nyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a redukálószer (20) egy hordozóra felvitt rétegként kerül a kisülőedénybe (2), amely hordozó Getter-anyagot is tartalmaz.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti alacsony nyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kisülőtérbe bevitt keverék hőmérséklet-emeléssel van aktiválva.
4. 4. Redukálószer az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti alacsony nyomású kisülőlámpa számára, amelyben szobahőmérsékleten oxigént felvevő az A anyag, ahol az A anyag vas vagy vastartalmú, továbbá a kisülési feltételek mellett és magasabb hőmérsékleten 900 °C-ig az A anyag oxidját és a higany-oxidot redukáló és a felszabaduló oxigént megkötő B anyag van, ahol a B anyag cirkónium vagy cirkóniumtartalmú, azzal jellemezve, hogy a redukálószer por alakban vagy formázott alakban kerül a kisülőedénybe (2), továbbá a vas és a cirkónium keverési aránya 4:1.