ITMI990591U1 - Lampada agli alogenuri metallici con zoccolo ad un'estremita' - Google Patents

Description

Descrizione

Ambito tecnico

L'invenzione prende le mosse da una lampada agli alogenuri metallici con zoccolo ad un'estremità, secondo la definizione introduttiva della rivendicazione 1. Si tratta in proposito specialmente di lampade aventi una potenza di almeno 150 w, nelle quali viene utilizzato un contenitore di scarica schiacciato su due lati. Per l'illuminazione generale tali lampade vengono utilizzate in differenti colori della luce. Conosciuti sono i colori della luce WDL, NDL e D, le cui temperature di colore corrispondono ad un valore di circa 3000, 4300 e 5300 K, si veda Technischwissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft, fascicolo 12, 1986, pagine il fino a 15.

Stato dell'arte

Dal documento US-A 5 111 104 è già nota una lampada agli alogenuri metallici con zoccolo ad un'estremità, di potenza elevata, la quale utilizza una carica contenente sodio, con ioduri del sodio e dello scandio. La diffusione del sodio dal contenitore di scarica schiacciato su due lati viene impedita per il fatto che vengono utilizzati tanto un'ampolla interna di contenimento, schiacciata su due lati, come anche in aggiunta un'ampolla esterna panciuta, con zoccolo ad un'estremità, cosicché l'alimentazione della corrente, lontana dallo zoccolo, può essere ricondotta con un ampio arco nell'ampolla esterna. Nel caso di questa lampada le dimensioni sono in seguito a ciò forzatamente molto grandi. Al fine di mantenere per quanto possibile piccola la dissipazione del calore, l’ampolla di rivestimento è messa sotto vuoto, mentre l'ampolla esterna è riempita con gas inerte (N2 con una pressione di riempimento a freddo di circa 400 Torr (533 mbar) ). Il fissaggio dell'ampolla di rivestimento nell'ampolla esterna ha luogo per mezzo di un manicotto che gira tutt 'aatorno alla parte schiacciata e che consiste in una fascetta di metallo.

Una costruzione del tutto simile serve, nel documento US-A 5453 654, come tubo di ristagno del calore. Il fissaggio è semplificato per il fatto che l'ampolla di rivestimento interna viene fissata solamente tramite le alimentazioni elettriche che corrono assialmente, laddove le alimentazioni elettriche possono possedere, nella zona degli schiacciamenti dell'ampolla di rivestimento, appiattimenti, curvature oppure staffe che corrono trasversalmente, al fine di bloccare il contenitore di scarica contro rotazioni relative.

Dal documento DE-A 4342 478 è nota una lampada agli alogenuri metallici compatta, con zoccolo ad un'estremità, di piccola potenza, con una carica contenente sodio, laddove il contenuto di sodio arriva fino a 0,2 mg/cm<3>. La diffusione del sodio dal contenitore di scarica schiacciato su un lato viene impedita per il fatto che vengono utilizzati un'ampolla di rivestimento interna, schiacciata su un lato, avente proprietà UV-assorbenti e, in aggiunta, un'ampolla esterna, stretta, con zoccolo ad un'estremità. L'ampolla di rivestimento è in aggiunta riempita con gas inerte (N2 con una pressione di riempimento a freddo di circa 600 mbar), mentre l'ampolla esterna è messa sotto vuoto. Il gas inerte nell'ampolla di rivestimento rende difficile la diffusione del sodio e migliora l'uniformità della distribuzione della temperatura. L'ampolla di rivestimento consiste in vetro al quarzo cui, in qualità di materiale UV-assorbente, è aggiunto ossido di cerio e di titanio.

La Maintenance del flusso luminoso di queste lampade non è tuttavia sufficiente per poter concorrere con altri tipi di lampade, che possiedono un contenitore di scarica ceramico.

Presentazione dell'invenzione

Compito della presente invenzione, in una lampada agli alogenuri metallici con zoccolo ad un'estremità conforme alla definizione introduttiva della rivendicazione l, è quello di impedire in modo affidabile la diffusione del sodio e ciò nonostante rendere possibile una forma costruttiva molto compatta .

Questo compito viene risolto per effetto delle caratteristiche che caratterizzano la rivendicazione l. Configurazioni particolarmente vantaggiose si trovano nelle rivendicazioni subordinate.

La lampada agli alogenuri metallici con zoccolo di cui all'invenzione è equipaggiata con un contenitore di scarica di vetro al quarzo, schiacciato su due lati, che in special modo contiene una carica a base di sodio e/oppure di cesio. Il contenitore di scarica è circondato da un'ampolla di rivestimento permeabile alla luce, chiusa su due lati, in special modo tramite schiacciamenti, ed è oltre a ciò circondato da un'ampolla esterna, permeabile alla luce, chiusa su un lato. L'ampolla di rivestimento è riempita con un gas inerte oppure è messa sotto vuoto, mentre l'ampolla esterna è messa sotto vuoto.

Nel caso di questa costruzione la diffusione del sodio è un problema particolare, poiché all'interno dell'ampolla esterna un'alimentazione elettrica deve essere riportata indietro lungo l'ampolla che si trova all'interno.

Secondo una prima forma di realizzazione, l'ampolla esterna è messa sotto vuoto e l'ampolla di rivestimento è riempita con gas inerte, quindi esattamente il contrario di quanto avviene nella lampada del genere in questione di cui al documento US-A 5 ili 104. La fabbricazione è in seguito a ciò bensì più onerosa, però questa disposizione è sostanzialmente più efficace, dato che l'effetto di ristagno del calore si posiziona in corrispondenza del contenitore di scarica e perciò influenza direttamente la carica.

Si è osservato che questa costruzione fornisce, specialmente nel caso di colori caldi della luce (temperatura di colore circa 3000 fino a 3700 K), risultati sorprendenti per quanto concerne la Maìntenance del flusso luminoso e degli altri dati fotometrici, dato che la dissipazione convettiva del calore viene sufficientemente ridotta. Corrispondentemente ad un colore caldo della luce (specialmente WDL), la carica si basa infatti sostanzialmente sul sistema sodio-stagno oppure sul sistema sodio-scandio.

In una seconda forma di realizzazione è messa sotto vuoto anche l'ampolla di rivestimento. La dissipazione del calore viene in seguito a ciò ancora ulteriormente ridotta, cosicché la Maìntenance del flusso luminoso migliora ulteriormente. Nel caso dello stato dell'arte si verificava finora una forte caduta nelle prime 100 ore, che ora è in ampia misura evitata.

L'ampolla di rivestimento è vantaggiosamente UV-assorbente . Essa è per lo più fabbricata con vetro al quarzo, che in questo caso è drogato con materiali UV-assorbenti, per esempio con cerio oppure titanio. Si evita in seguito a ciò, in modo particolarmente efficace, che dall'alimentazione elettrica, che esternamente ritorna indietro lungo l'ampolla di rivestimento passandovi molto vicino, per effetto dell'irraggiamento degli UV vengano emessi fotoelettroni che farebbero aumentare la perdita di sodio. I fototelettroni generano infatti un potenziale negativo sulla superficie del contenitore di scarica, per cui gli ioni del sodio vengono estratti dal volume di scarica.

Particolare importanza ha anche il fatto che l'aumento della tensione di funzionamento, che normalmente va di pari passo con la perdita di sodio, viene ora evitato. Questo aumento può portare ad uno spegnimento della lampada ed abbreviarne la durata .

Un altro problema consisteva nel fatto che alla perdita di sodio è abbinata una contrazione dell'arco di scarica. L'arco di scarica viene in seguito a ciò più facilmente deviato rispetto all'asse dal campo magnetico dell'alimentazione elettrica di ritorno. Una maggior deviazione porta tuttavia nel contenitore di scarica ad un locale surriscaldamento del vetro al quarzo. Il contenitore di scarica può in casi estremi addirittura scoppiare. L'ampolla di rivestimento messa sotto vuoto oppure riempita con gas inerte, specialmente azoto, funge pertanto, in combinazione con l'ampolla esterna messa sotto vuoto, da ottimale protezione antiscoppio, dato che questa costellazione prende provvedimenti tanto per la causa (perdita di sodio) come anche per le conseguenze (esplosione).

L'emissione di UV della lampada può infine essere ulteriormente ridotta per il fatto che non solo l'ampolla di rivestimento, bensì anche l’ampolla esterna assorbe gli UV. Utilizzando vetro temperato per l'ampolla esterna (tipico è il vetro al silicato di boro) non è allo scopo neanche necessario un supplementare drogaggio. In questa combinazione, quindi con rinforzata protezione contro scoppio e UV, questa lampada può addirittura essere utilizzata senza protezione. Essa costituisce perciò una sorgente luminosa particolarmente contatta che si addice in modo ideale per l'illuminazione generale ed in special modo per l'utilizzo in interni.

Una forma di realizzazione, nella quale anche l'ampolla di rivestimento è messa sotto vuoto, sarà allora particolarmente vantaggiosa quando viene auspicata un'elevata temperatura di colore. Si è infatti osservato che nel caso delle cariche che si basano sulla combinazione di alogenuri del sodio e/oppure del cesio con terre rare, si nota un ristagno del calore ancora migliore. Queste cariche vengono utilizzate prevalentemente per colori della luce neutri e simili alla luce del giorno, come i colori della luce NDL e Daylight, con temperature di colore comprese tra circa 4000 e 6500 K.

Al fine di evitare le dissipazioni di calore, le estremità del contenitore di scarica possono essere rivestite con una pasta riflettente che riflette l'irraggiamento termico nel contenitore di scarica. In alternativa, oppure ad integrazione, anche parti dell'ampolla di rivestimento, soprattutto le parti schiacciate, possono essere rivestite con una corrispondente pasta riflettente. Ciò è soprattutto importante nel caso delle temperature di colore elevate, superiori a 4000 K.

Esiste una sostanziale differenza tra l'utilizzo di un'unica ampolla esterna (quindi complessivamente due contenitori), che è messa sotto vuoto, e l'utilizzo conformemente all'invenzione di un sistema costituito da ampolla di rivestimento ed ampolla esterna separate (quindi complessivamente tre contenitori chiusi), dato che qui il vuoto in un volume più piccolo è ottenibile in modo sostanzialmente più facile e soprattutto è conservabile per l'auspicata lunga durata utile. Il vuoto può in special modo essere migliorato per mezzo di Getter di per sé noti. Anche ciò è possibile in maniera più facile ed efficace in volumi ripartiti.

Figure

L'invenzione viene in appresso illustrata più in dettaglio in relazione a svariati esempi di realizzazione. Qui mostrano:

Figura 1 una lampada agli alogenuri metallici nella vista laterale,·

Figura 2 una rappresentazione del flusso luminoso, della temperatura di colore e della tensione di funzionamento della lampada di cui alla figura 1, dopo un funzionamento della durata di 1, 100 e 1000 ore;

Figura 3 un altro esempio di realizzazione di una lampada agli alogenuri metallici, nella vista laterale.

Descrizione dei disegni

Nella figura 1 è riprodotto un primo esempio di realizzazione di una lampada agli alogenuri metallici, con zoccolo ad un'estremità, avente una potenza assortita di 250 W. Essa possiede un'ampolla esterna 1 sostanzialmente cilindrica, che ad un'estremità presenta uno zoccolo a vite 2. All'interno dell'ampolla esterna 1 si trova un contenitore di scarica 4 di vetro al quarzo, orientato assialmente, schiacciato su due lati, nel quale sono racchiusi a tenuta di gas una carica di alogenuri metallici e due elettrodi. Il contenitore di scarica, avente forma cilindrica, possiede nelle sue parti schiacciate 7 due fogli di molibdeno che sono collegati con gli elettrodi. Dalle parti schiacciate 7 è di volta in volta portata fuori assialmente una corta alimentazione elettrica 8, che è parimenti collegata con il foglio di molibdeno 6.

Il contenitore di scarica 4 è circondato, all'interno dell'ampolla esterna 1, coassialmente da un'ampolla di rivestimento 15 cilindrica, schiacciata su due lati, che parimenti è orientata assialmente e abbraccia da vicino il contenitore di scarica 4. Le corte alimentazioni elettriche 8 del contenitore di scarica terminano in fogli di molibdeno 16 disposti assialmente nelle parti schiacciate 17 dell'ampolla di rivestimento. L'ampolla di rivestimento 15 è fissata nell'ampolla esterna 1 tramite un telaietto 18 che possiede la seguente strutturazione:

una corta stecca 20 del telaietto, che finisce vicino allo zoccolo, estendendosi dallo zoccolo parallelamente all'asse, è piegata trasversalmente rispetto all'asse A ed in prossimità dell’asse è saldata con un'alimentazione elettrica esterna 21, a prova di rotazioni relative, dell'ampolla di rivestimento. L'alimentazione elettrica esterna 21 possiede la forma di una "U". I bracci liberi 22 della U terminano in corrispondenza del foglio di molibdeno, mentre la base 23 della U guarda verso lo zoccolo 2.-La corta stecca 20 del telaietto è unita con i due bracci 22 della U poco al di sopra della base 23. In seguito a ciò sono non solo garantiti un fissaggio contro rotazioni relative ed un definito orientamento per il sistema interno, massiccio, costituito da ampolla di rivestimento e da contenitore di scarica, bensì anche è creato un accoppiamento sicuro e particolarmente affidabile con la corta stecca 20 del telaietto per mezzo di due punti di saldatura.

In maniera similare viene realizzato il collegamento all'estremità dell'ampolla di rivestimento lontana dallo zoccolo. Allo Scopo, una lunga stecca 25 del telaietto, che esternamente corre lungo l'ampolla di rivestimento, dallo zoccolo 2 fa capo all'estremità dell'ampolla di rivestimento, lontana dallo zoccolo, nell'ampolla esterna 1. Qui un pezzo terminale 26 piegato a squadra della stecca 25 è rivolto verso l'asse A della lampada ed è qui di nuovo collegato con un'alimentazione elettrica esterna 27 a forma di U.

Il contenitore di scarica contiene una carica bianco neutro (in special modo colore della luce NDL, temperatura di colore circa 4300 K) sulla base di NaJ e di alogenuri delle terre rare Dy, Ho, Tm, nonché di alcuni altri alogenuri, per esempio del tallio. La quantità specifica del sodio, riferita'al volume del contenitore di scarica, è di circa 0, 08 mg/cms. Tanto l'ampolla di rivestimento 15 come anche l'ampolla esterna 1 sono messe sotto vuoto. Il contenitore di scarica 4 possiede, in corrispondenza delle proprie due estremità, rivestimenti riflettenti 11 per un maggior ristagno del calore. Anche le parti schiacciate 17 dell'ampolla di rivestimento possiedono un rivestimento 12 per il miglioramento del ristagno di calore.

In corrispondenza delle parti schiacciate 7 del contenitore di scarica si trovano Getter 13 che per mezzo di manicotti 14 consistenti in una fascetta metallica sono fissati in assenza di potenziale e mantengono il vuoto nell'ampolla di rivestimento 15 per un lungo periodo di tempo. Per il sicuro fissaggio della fascetta metallica 14 sulla parte schiacciata 7, quest'ultima possiede, in corrispondenza dei propri lati minori, rispettivamente un naso 29 sporgente.

Il vuoto dell'ampolla di rivestimento, come anche dell'ampolla esterna si colloca nell'ordine di grandezza di 10<-5 >mbar.

Nella figura 2 sono mostrati dati fotometrici ed elettrici per questa lampada. La figura 2a fa vedere la buona costanza della tensione di funzionamento U (in V) su 1000 ore di funzionamento. La figura 2b fa vedere l’eccellente costanza della temperatura di colore (in K) e la figura 2c la migliorata costanza del flusso luminoso Φ (in Im). L'indice di riproduzione del colore Ra si situava per 1000 ore in circa Ra = 89.

Una carica similare viene utilizzata, con strutturazione geometrica uguale, anche per il colore della luce Daylight (D), laddove la temperatura di colore di questa ammonta a circa 5300 K. Essa utilizza componenti simili a quelli della versione NDL, tuttavia il NaJ è sostituito in ampia misura o completamente da CsJ. L’ampolla di rivestimento serve qui prevalentemente al puro ristagno del calore ed alla protezione contro esplosioni, dato che non può verificarsi la diffusione del sodio.

Un altro esempio di realizzazione di una lampada da 150 W conforme alla figura 3 utilizza un'ampolla esterna 30 ellittica, panciuta, ed un'ampolla di rivestimento cilindrica 15. In questo esempio di realizzazione l'ampolla di rivestimento 15 è riempita con gas inerte (N2) , mentre l'ampolla esterna 30 è messa sotto vuoto. La strutturazione interna con il contenitore di scarica cilindrico 4 è simile a quella nella figura 1, tuttavia sul contenitore di scarica 4 non è applicato alcun rivestimento riflettente poiché qui viene utilizzata una carica bianco caldo (in special modo colore della luce WDL, temperatura di colore 3000 κ), che è meno critica. Essa si basa su alogenuri del sodio e dello stagno, oltre a ciò del tallio, dell'indio ed eventualmente del litio.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1.- Lampada agli alogenuri metallici comprendente tre contenitori chiusi, laddove un contenitore di scarica (4) schiacciato su due lati, di vetro al quarzo, è circondato da un'ampolla di rivestimento (15) permeabile alla luce, chiusa su due lati, ed inoltre da un'ampolla esterna (1; 301 permeabile alla luce, chiusa su un lato, caratterizzata dal fatto che l'ampolla di rivestimento (15) è riempita con un gas inerte oppure è messa sotto vuoto e dal fatto che l'ampolla esterna (1,-30) è messa sotto vuoto. 2.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'ampolla di rivestimento (15) è riempita con un gas inerte, laddove il contenitore di scarica (4) contiene una carica a base di sodio adatta per produrre una bassa temperatura di colore, inferiore a 3700 K. 3.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'ampolla di rivestimento (15) è messa sotto vuoto, laddove il contenitore di scarica (4) contiene una carica a base di sodio e/oppure a base di cesio, adatta per la produzione di un'elevata temperatura di colore, superiore a 4000 K. 4.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione l, caratterizzata dal fatto che le estremità del contenitore di scarica (4) sono provviste di un rivestimento (il) termoriflettente. 5.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che tutti e tre i contenitori (1; 4; 15) sono di forma cilindrica e sono coassiali e giacciono l'uno molto vicino all'altro. 6.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione l, caratterizzata dal fatto che l'ampolla esterna (30) è panciuta. 7 .- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che nell’ampolla di rivestimento è sistemato un Getter (13). 8.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la parete schiacciata (17) dell'ampolla di rivestimento è provvista di un rivestimento (12) termoriflettente . 9.- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il Getter (13) è fissato per mezzo di una fascetta metallica (14) in corrispondenza della parte schiacciata (7) del contenitore di scarica. 10 .- Lampada agli alogenuri metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'ampolla di rivestimento (15) possiede un'alimentazione elettrica (21) che dalla sua parte schiacciata (17) va a finire all'esterno ed è curvata a forma di U.