KR830000923B1 - 가스봉입 소형 고압 금속증기 아아크 등 - Google Patents

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내용 없음.

Description

가스봉입 소형 고압 금속증기 아아크 등

제1도는 본 발명을 실시한 약 30W 정격의 소형 금속할로겐화물 전등의 전구도면.

제2도는 점등 가스로 종래 아르곤을 사용한 것에 비교하여 네온에 작은 비율의 아르곤을 더한것을 사용할 때 봉입 가스압력에 대한 항복(break down) 전압변화의 도면.

본 발명은 고압금속 증기 방전등 안의 점등 가스 혼합물에 관한 것으로서 특히 1입방 센티미터 이하의 아주 작은 부피를 갖는 방전등에 관한것이다.

금속증기 아아크등의 방전을 시작하기위해 필요한 전압을 낮추기 위하여 일반적으로 저압력에서 불활성 점등 가스가 내포된다. 예를들어, 수은 증기등이나 수은을 내포하는 금속 할로겐 화물등의 경우, 보통 상업용으로 쓰이는 등에 사용되는 점등가스는 20에서 40토르 압력의 아르곤이다.

본 발명이 특히 관련된 소형 금속 증기등에는, 전등의 가동중에 전극이 타게되면 아아크관의 내부표면 작은면에 급속한 흑화가 일어난다. 스퍼터링(Sputlering : 탁탁 튀며 타는 현상)을 글로우에서 아아크로의 천이)(glow to are tronsition)(GAT) 현상동안의 초기에 발생하는 경향이 있어서 가능하면 GAT 지속시간을 짧게하는 것이 중요하게된다.

점등 가스의 봉입압력을 증가시켜 GAT를 줄이는 것은 잘 알려져 있지만 이것역시 점등개시 전압을 높이는 것이다. 예컨데 점등가스로 아르곤을 사용한 소형 금속 할로겐 화물등을 봉입압력 60토르로하면 점등 개시전압이 600볼트를 넘는다. 소형 아아크관은 급속히 흑화되어 등이 낮은 루멘(lumen)을 유지한다. 봉입압력을 100토르로 올리면 흑화현상은 감소하지만 점등 개시전압은 약 700볼트로 높아진다.

아아크관이 전등 점등 개시중 전극의 스퍼터링으로 인해 흑화되는 것을 적절히 방지하기 위해서는 점등 가스의 봉입압력이 100에서 200토르의 범위로 증가되어야 한다. 그러나 이같이 높은 아르곤 압력을 갖는 전등의 점등개시 전압은 약 1000볼트 일것이며 이것은 물론 전등을 켜서 작동시키기 위해 높은 가격의 발라스트(ballast)가 필요하다는 것을 뜻한다.

본 발명의 목적은 낮은 점등개시 전압과 양호한 루멘의 유지가 절실히 요구되는 바 좀더 효과적인 금속증기 아아크등 가스의 배합을 제공하는데 있다.

네온에 보다 무거운 불활성 회유가스를 작은비율로 혼합한 혼합물은 아르곤만을 쓸때보다 소형 금속 증기등에 더좋은 점등 가스가 되는데, 이유는 아아크관의 흑화를 방지하기 위해 필요한 높은 봉입 압력에서 이같은 배합은 종래 사용된 아르곤보다 더 낮은 점등개시전압을 요하기 때문이다. 전술한 예에 따라 네온에 0.8% 아르곤을 봉입하여 봉입압력이 200토르인 전등은 550볼트미만의 전압에서 점등 개시된다. 이 전등의 루멘 유지에도 점등 가스로 아르곤을 사용한것보다 결정적으로 우수하다. 네온에 무거운 할로겐 희유 가스를 첨가한 혼합물의 점등 개시전압은 불순물이 있으므로해서 영향을 덜 받는다.

본 발명에 의하면, 100에서 400토르의 총압력에서 0.01에서 10%의 아르곤, 크립톤이나 크세논을 첨가한 네온이 수은과 하나 혹은 그 이상의 금속 할로겐화물을 포함하는 전등같은 소형 금속증기등의 점등가스에 공급된다 : 일반 조명용으로 사용되는 1 CC미만의 체적을 가지는 전등에는 100에서 200토르 범위의 압력이 양호하다.

본 발명은 "효능이 개선된 고압 금속 증기 발전관"이라는 제목으로 다니엘 엠. 캡과 윌리암 에치. 레이크에 의해 1978년 6월 5일 출원된 출원번호 제 912,628호에 기술된것 같이 특히 소형 금속 할로겐 화물 아아크등에 유용하다.

제 1도에 의하면, 이같은 전등은 보통체적이 1 CC미만인 작은 아아크관(1)로 구성되며 외부 유리구(2)의 내부에 지지된다. 외부 유리구 하단부에는 적절히 나사형 셀(shell)(6)과 단부 접점(7)로 된 베이스의 전기 접점에 접속된 리이드선(4), (5)가 오목한 유리관(3)을 통해 나오게 되어있다.

작은 아아크관은 외부 유리구 내부에 리이드선(4), (5)에 용접된 테모양의 지지물(8)과 짧은 지지물(9) 사이에 걸려있다. 방전관은 석영이나 용융된 실리카로 만들어지며 석영으로 관을 만들때 확장시켜서 만들어지는 중앙의 벌브(bulb)부분(11)과, 박편으로된 몰리브덴 리이드선(14), (15)위에 관을 눌러 붙이거나 진공을 봉하여서 만들어지는 목부위(12), (13)으로 구성된다.

텅스텐으로된 핀모양의 전극(16), (17)은, 몰리브덴 리이드선에 용접되어 외피에 대해 축방향으로 돌출되어 그 말단부는 아아크 갭을 이룬다. 외피내에 적절한 충전물로 점등가스, 수은 그리고 하나 혹은 그 이상의 금속 할로겐화물로, 예로써는 요오드화 나트륨, 3요오드화 스캔듐, 4요오드화 토륨이 있다. 예를들어, 설명한대로의 30와트 전등은 외부 직경 0.7cm, 체적 0.11c㎥, 아아크 길이 0.3cm가 되고, 충전물은 무게가 수은 4.3mg과, 85%NaI, 5%ScI₃, 10%ThI₄로 구성된 할로겐화염 2.2mg으로 이루어진다.

사용중의 수은 밀도는 약 39mg/c㎥로 약 23기압의 압력과 일치한다.

제 2도는 이 특수한 전등의 봉입 가스 압력에 대한 항복(break down)전압의 변화를 나타내는데, 곡선(21)은 종래의 아르곤을 충전시킨 때이고, 곡선(22)는 본 발명에 따라 네온에 0.8%의 아르곤을 더해 충전시킨 것이다.

항복 전압은 전극 캠에 저전류 가시 글로우 방전이 일어납때 두 전극간의 전위차(피크전압)을 취한 것이다. 측정을 공기중 실내온도에서 아아크관의 외부에 유리구를 둘러싸지 않고 실시된 것이다.

각 점화후에, 검사된 전등은 30와트에 주파수 25킬로 헤르츠에서 5내지 10분동안 수직으로 연소되었다.

대부분의 전등은 최초 점화를 위한 항복 전압이 결과치보다 훨씬 높았기에 본 데이타 분색에서는 생략되었다. 곡선(21)과 (22)는 최초 점화후에 5번 읽은 것의 평균치이다.

점등가스로 아르곤이 사용될때, 최저 항복 전압이 생기는 것은 20에서 40토르의 범위내에서이고, 40토르가 넘으면 항복 전압은 급속히 증가된다는 것이 곡선(21)로 부터 관찰된다. 곡선에 있어서 최저부분은 페닝효과(Penning effect)를 나타내는 것으로, 준 안정원자가 또 다른 종류의 원자를 이온화시키는 것이다.

아르곤이 점등 가스로 쓰일때, 준 안정 원자는 아르곤이고, 이것이 증기상태로 존재하는 수은 원자를 이온 시키는 것이다.

전등이 가동중이 아닐때는, 응축된 수은으로 존재하기 때문에, 수은 증기의 밀도는 전등의 온도에 의하여 결정되고, 반면에 아르곤 원자의 밀도는 봉입 압력에 의하여 결정된다.

봉입 압력이 증가됨에 따라, 이온되는데 쓰이는 수은 원자의 비율은 떨어져서 항복 전압이 오르게되는 결과가 된다.

좀더 무거운 불황성 가스인 아르곤, 크립톤 혹은 크세논 중 하나와 낮은 비율로 조화된 네온이 점등 가스 혼합물로 사용될때, 페닝 효과는 다시 또 나타난다. 이 경우 준안정 원자는 네온 원자이고 이것이 아르곤 원자(혹은 크립톤이나 크세논)를 이화한다.

그리하여 봉입 압력이 증가하면, 네온에 대한 아르곤의 비율은 변하지 않는다. 이러한 이유로 봉입압력이 더욱더 증가함에 따라 일어나는 항복전압의 상승은 후에 압력기에 나타난다. 10토르가 넘는 압력은 이러한 소형 전등의 스퍼터링과 외피를 흑화시키는 것을 최소로 하기 위해 바람직하다. 압력범위 100에서 200토르 까지에서는, 네온에 0.8% 아르곤을 혼합한 것의 항복전압이 종래의 아르곤 혼합물을 쓴것보다 300-500볼트만큼 낮다.

200토르이상 400토르까지는, 항복 전압이 서서히 상승하지만 그러나 동 압력에서 아르곤을 쓴 경우 보다 적어도 500볼트 만큼 낮은 것이다. 네온에 0.8%의 아르곤을 200토르의 압력에서 봉입한 많은 전등의 시험에서, 점등 혹은 항복 전압은 600볼트 이하였다. 그러므로 이 전등들은 종래에 아르곤을 세운 전등에서 보다 점등 전압이 낮고 루멘 유지도 뛰어나다.

200토르이상의 봉입압력이 점등시 스퍼터링을 더욱 감소하기 위해 사용될수 있지만 점등전압은 더욱 높아진다.

0.01에서 10%까지의 아르곤, 크립톤 혹은 크세논을 40-200토르의 총압력에서 혼합은 네온은 소형 금속 증기등에 바람직하며, 특히 1 CC이하의 외피 체적을 갖는 소형 금속 할로겐화물 등에 바람직하다.

이까은 혼합 가스를 사용하는 장점은 점등전압이 낮고, 점등전압이 주위온도와 무관하고 더높은 봉입압력이 허용되므로 루멘 유지가 조고재점등이 쉽다는 것이다.

네온은 색영을 통해 천천히 확산되기 때문에, 아아크관내에서의 네온의 분압은 전등의 수명동안 낮아질 수 있다. 이까은 네온의 감압은 점등전압을 변화시키고 또 전등의 수명이 다해갈때쯤 램프의 루멘 유지에 바람직하지 못한 결과를 가져올 수도 있다. 이런 바람직하지 못한 효과는 전등 유리구내의 중간 외피공간의 네온의 분압을 약간 공급하므로써 피할 수 있다.

예를들어 외부 유리구(2)는 1-2%의 질소를 첨가 혼합한 네온으로 대기압보다 낮은 압력에서 채울수 있다. 200토르 이상의 봉입압력을 갖는 초기 혼합물이 사용될때 아아크관으로부터의 네온의 확산손실을 방지하기 위해 유리구내에 필요한 네온의 압력은 전등이 작동하는 동안에 대기압보다 높아질 수 있다.

이것은 박벽의 비싸지 않은 라임 글라스(lime glass)로 외부 유리구를 만든 상용의 전등에는 위험하다고 생각된다.

이런 이유로, 초기 점등시 혼합물 봉입압력은 100에서 200토르까지의 범위가 좋다.

Claims (1)

1. 아아크관의 심한 흑화와 나쁜 루멘의 유지를 피하기 위해 비교적 높은 봉입 압력의 수은과 하나 이상의 금속 할로겐화물에 점등가스를 더하여진것을 내포하는 소형 아아크관으로 구성된 금속증기 아아크등에 있어서, 100-400토르의 봉입 압력에서 0.01-10%의 아르곤, 크립톤 또는 크세논과 네온의 혼합된 점등가스가 등 내부에 들어있는 것을 특징으로 하는 가스봉입 소형 고압 금속 증기 아아크등.

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