NL8005530A

NL8005530A - Metaaldamp-ontladingslamp.

Info

Publication number: NL8005530A
Application number: NL8005530A
Authority: NL
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-10-07
Publication date: 1981-08-17
Also published as: DE3038993A1; GB2067826B; DE3038993C2; NL189984B; US4418300A; GB2067826A

Description

r i -1- 21530/JF/jg

Aanvrager: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokio, Japan.

Korte aanduiding: Metaaldamp-ontladingslamp.

De uitvinding heeft betrekking óp een metaaldamp-ontladingslamp.

5 In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op hoge-druk natriumlarapen waarin natrium, kwik en een edelgas zijn opgesloten in de boogbuis.

Ter beschrijving van de stand van de techniek zal reeds nu worden verwezen naar de tekening en in het bijzonder naar de figuren 1, 2, 1° 3, 4 en 5, waarbij fig. 1 een vooraanzicht is, welk een gebruikelijke hoge-druk natriumlampboogbuis toont, fig. 2 een vcoraanzicht is, welk een inrichting toont, waarin de boogbuis van een hoge-druk natriumlamp uitgerubt met een starthulp is gemonteerd, fig. 3 het verband toont tussen de breedte van de metalen band als een hitte-isolator en de poten-15 tiaalgrandiënt, fig. 4 het verband toont tussen de potentiaalgradiënt of afgedichte sectietemperatuur en de algemene kleuringsindex Ra en fig. 5 het verband toont' tussen de afgedichte glasbehandelingstemperatuur en de breedte van de natriumdiffusielaag.

Zoals getoond in fig. 1 bestaat een hoge-druk natriumlamp in 20 het algemeen uit een elektrische inbrenger 3, vervaardigd uit hitteresis-tent metaal en een elektrode 6, bevestigd aan de elektrische inbrenger 3, waarbij de elektrische inbrenger 3 en elektrode 6 zijn bevestigd in kap 2, omvattende aluminiumoxydekeramiek,· etc. door middel van glasfrit 4, en natrium, kwik en xenon (Xe) of een ander edelgas op verschillende 25 tientallen Torr gebruikt als het startgas en afgedicht in het inwendige daarvan. In fig. 1 geven de componenten, aangeduid door getallen met een (’) gelijksoortige componenten aan als die aangeduld met getallen zonder (')· Natriumlampen met een starthulp 12, aangebracht over de boogbuis 1, ten einde de startspanning te verlagen, zoals getoond in fig. 2, zijn even-30 eens bekend. Fig. 2 is een montageschema voor een natriumlamp met een starthulp. In deze lamp is gemakkelijk starten verzekerd: metalen gestel-draden 7 en 8 dienen als ingangsklemmen en zijn verbonden en vastgezet middels metalen draden 13 en 14 met respectievelijk de elektrische inbrengers 3 en 3'» welke zijn vervaardigd uit hitte-resistent materiaal en 35 welke zich aan beide einden van de boogbuis 1, bestaand uit aluminiumoxydekeramiek etc. bevinden ; een starthulp 12, bestaande uit hitteresis-tent metaaldraad is gelegd rond de buitenomtrek van de boogbuis 1, met beide einden ervan elektrisch geïsoleerd en gehouden met glazen kralen 80Q5530 JP * -2- 21530/JF/jg 9 en 10 en slechts ten tijde van het starten wordt één van de ingangsklem-men (ingangsklem 7 in fig. 2) elektrisch verbonden door middel van een bimetaal 11, zodat de afstand tussen de twee elektroden bij het starten kan worden verkleind, ten einde de startepanning voor het eenvoudig star-5 ten van de lamp te verkleinen. Organen 15 en 16 in fig. 2 zijn ingangs-klemmen, verbonden met de metalen gesteldraden 7 en 8 en orgaan 17 een staaf voor het dragen van de ingangsklemmen 15 en 16.

In de afgelopen jaren zijn nieuwe natriumlampen voorgesteld voor Verbeterde kleuringseigenschappen, waarin hitteresistente metalen 10 banden 18, zoals getoond in fig. 2 zijn gewikkeld rond de einden van de boogbuis 1 als hitte-isolatoren, ten einde de temperatuur van de koelste gedeelten aan de einden van de boogbuis 1 te verhogen. Metalen banden 18, zoals deze hierin worden genoemd houden de koelste gedeelten van de boogbuis 1 warm, verhogen de natriumdampdruk binnen de boogbuis 1, vergroten 15 de natriumresonantie-absorptie en hebben het emissiespectrum gespreid over het gehele zichtbare bereik, waardoor de kleuringseigenschappen worden verbeterd. Een dergelijk warmhoudingseffect toont zich als de larapspanning onder de elektrische karakteristieken van de lamp. Fig. 3 toont het verband tussen de breedte a van de metalen band 18 en de potentiaalgradiëntE(V/cm). De 20 potentiaalgradiënt is een waarde, welke wordt verkregen door het delen van de lampspanning door de booglengte (de afstand van elektrode tot elektrode) en is geschikt als een factor om te gebruiken voor verschillende booglengten, etc. In de figuur kan worden gezien dat een potentiaalgradiënt van 12V/cm in het geval zonder metalen band (18) (dat wil zeggen 25 breedte a = 0) kan worden vergroot tot rond 18 V/cm door het vergroten van de breedte a tot 5mm. Fig. *4 toont het verband tussen de potentiaalgradiënt E(V/cm) van de hoge-druk natriumlamp en de algemene kleuringsin-dex Ra in het geval waarin gebruik wordt gemaakt van een xenon (Xe)-druk van 20 Torr en een molaire verhouding van 0,7*4. Het vergroten van de 30 potentiaalgradiënt leidt tot een vergroting van Ra en een vergrote buis-diameter resulteert eveneens in een vergroting van de Ra-waarde. De laatstgenoemde werkwijze echter wordt niet algemeen gebruikt, omdat de materialen van de boogbuizen zoals polykristallijn aluminiumoxyde kostbaar zijn. Het is derhalve de algemene praktijk buizen van 10 mm doorsne-35 de of met een kleinere doorsnede te gebruiken.

De kleuringseigenschappen van een hoge-druk natriumlamp dienen dusdanig te zijn dat de Ra-waarde 40-70 is of bij voorkeur 50-60. De reden is dat een Ra van 40 of minder de lamp ongeschikt maakt als licht- 8005530 * -5 -3- 21530/JF/jg bron voor binnenverlichting, terwijl een Ra van 70 of meer een aanzienlijke vermindering van het lichtrendement veroorzaakt. Daardoor zal een poging een Ra van 40 te verkrijgen onder gebruikmaking van een buis met een diameter van 8 mm in fig. 4 resulteren in een potentiaalgradiënt E 5 van 21 V/cm. In dit geval zal het afgedichte gedeelte nabij het koelste gedeelte van de buis op een temperatuur van rond 770 °C zijn zoals te zien in fig. 4. Ten einde een Ra van 60 te verkrijgen, hetgeen goede kleu-ringseigenschappen vertegenwoordigt, zal een temperatuur van 800 °C of meer dienen te worden tegengekomen aan het afgediehte gedeelte. In fig. 5 10 is de dikte van de natriumdiffusielaag binnen een afgedicht glas, waarbij het afgedichte glas en natrium in een houder zijn gedaan om verschillende behandelingstemperaturen te ondergaan gedurende een bepaalde tijdsduur, uitgezet onder gebruikmaking van de temperatuur als de variabele.

(Zie "Mitsubishi Denki Giho", blz. 1177» vol. 47, no. 11, 1973).

15 Uit fig. 5 kan worden gezien dat boven 750 °C het natrium diffundeert in een gereageerde vorm binnen het afgedichte glas. Aangezien de afgedichte glasbehandelingstemperatuur in fig. 5 kan worden beschouwd als equivalent aan de temperatuur van het afgedichte gedeelte getoond in fig. 4, dient de laatstgenoemde temperatuur 750 °C of lager te zijn. Dat 20 wil zeggen dat wanneer de temperatuur van het afgedichte gedeelte in fig.4 boven de 750 °C komt, het natrium reageert met het afgedichte gas, hetgeen op zijn beurt het afgedichte glas broos maakt, waardoor dus de levensduur van de lamp wordt verkort.Ofschoon de algemene kleuringsindex Ra een verband heeft met de molaire verhouding van het natrium, alsmede 25 met de potentiaalgradiënt E en de buisdiameter, wordt aangenomen dat het verband tussen de afgedichte sectietemperatuur en Ra getoond in fig. 1 niet aanzienlijk verandebt. Dat wil zeggen dat een poging een Ra van 60 te verkrijgen bij een temperatuur van 750 °C of minder het gebruik heeft opgewekt van een grote, dure boogbuis van de 12 mm doorsnee klasse, zoals 30 aangegeven in fig. 4.

Er is een andere werkwijze beschikbaar voor het verbeteren van de kleuringseigenschappen van de hoge-druk natriumlamp: de dampdruk van het natrium gedurende de ontsteking wordt verhoogd, ten einde het natrium zelf de straling van de Na-D lijnen (5896 en 5890 8)te laten absorberen en op-35 hieuw te stralen van verschillende energieniveau's, zodat de verbreding van de Na-D lijnen kan worden bevorderd ten einde stralingsspectra te geven welke zich uitstrekken over nagenoeg het hele zichtbare bereik.

Aangezien echter de emissiespectra zich bijna uitspreiden over het gehele 8005530 * * -4- 21530/JF/jg zichtbare bereik, wordt het emissiepërcentage in een golflengtebereik nabij 555 mm met een hoog spectraal lichtrendement, verminderd, waardoor deze werkwijze het nadeel heeft, dat deze een kleiner spectraal lichtrendement heeft dan een conventionele hoge-druk natriumlamp.

5 Het lichtrendement van een lamp η(lm/W) wordt uitgedrukt door; Π = ne*K ................. (1) waarin K (£m/W) het zichtbare lichtrendement aangeeft en η het stralings- Θ rendement van het zichtbare gebied. K en ng worden gegeven door de volgende formules: 10 K = 680 ƒ7 8 ° V(λ) ·Ρ(λ)άλ/Γ7ΘΟ Ρλάλ ....... (2)

He = Z^JPAdX/w ................. (3) waarin V(X) de spectrale zichtbare coëfficiënt en Ρλ de spectro-stralings-15 energie aangeeft.

De waarde van K licht rond 400 lm/W in gebruikelijke hoge-druk natriumlampen, maar daalt tot rond 330 lm/W bij pogingen de kleuringsei-genschappen te verbeteren. ne ligt rond 0,3, met nagenoeg geen verschil tussen gebruikelijke typen en typen met een grote kleuringsindex. Als ge-20 heel hebben derhalve gebruikelijke hoge-druk natriumlampen een lichtrendement van n s 400 x 0,3 is 120 lm/W, maar lampen met een hoge kleuringsindex hebben een verminderd rendement van rond n = 330 x 0,3 = 99 lra/W.

Dat wil zeggen dat ofschoon K of of beide kunnen worden vergroot voor het vergroten van het rendement η, enige beperking wordt geplaatst op de 25 waarde van K, ten einde de gewenste kleuringseigenschappen te verkrijgen, omdat het zichtbare lichtrendement K éen innig verband heeft met de na-triumdampdruk. Daardoor dient ng primair te worden veranderd. Het zichtbare stralingsrendement ne is gerelateerd aan de zichtbare stralingsener-gietransmittantie van de boogbuis, boogthermische geleidingsverliezen in 30 de boogbuis en andere factoren. Verder hebben hoge-druk natriumlampen het nadeel gehad dat er een aanzienlijke spreiding Dij de daling van de startspanning door de starthulp 12 is, hetgeen een niet-vaste startspan-ning veroorzaakt.

De uitvinding beoogt de bovengenoemde nadelen op te heffen en 35 voorziet daartoe in een metaaldamp-ontladingslamp, welke is gekenmerkt, doordat deze omvat: een boogbuis, vervaardigd van ten minste een oxyde-kristal en aangebracht in de buitenballon, met een starthulp, aangebracht op de buitenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de 8005530 * Λ -5- 21530/JF/jg boogbuis een hitte-isolator heeft, ten einde het einde warm te houden en een edelgas, opgesloten op 100 Torr of meer tezamen met ten minste natrium en kwik in de boogbuis.

Een andere uitvoeringsvorm van de metaaldamp-ontladingslamp 5 volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat deze een boogbuis, vervaardigd uit ten minste een oxydekristal omvat, welke is aangebracht in de buitenballon met een starthulp, aangebraoht op de buitenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de boogbuis een hitte-isolator heeft, ten einde het einde warm te houden en een edelgas, opgesloten 10 op 100 Torr of meer tezamen met ten minste natrium en kwik in de boogbuis, waarbij de verhouding van het gewicht van het natrium en kwik ft(gew.%) en de gemiddelde potentiaalgradiënt van de boogbuis E(V/cm) zodanig wordt gekozen, dat aan de volgende formules wordt voldaan: 10 i p £ 90 en - 30 < p i F^Ï2 ' 20 ’ 15 Nog een andere uitvoeringsvorm van de metaaldamp-ontladingslamp volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat deze een boogbuis, vervaardigd uit ten minste een oxydekristal omvat, welke is aangebracht in de buitenballon met een starthulp, aangebracht op de buitenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de boogbuis een hitte-isolator 20 heeft, ten einde het einde warm te houden en een edelgas opgesloten op 100 Torr of meer tezamen met ten minste natrium en kwik in de boogbuis, waarbij de starthulp en de elektrode aan de koelste zijde van de boogbuis dusdanig zijn ingericht dat deze dezelfde potentiaal hebben.

Hierdoor wordt een metaaldampontladingslamp verschaft, waarin 25 het mogelijk is het elektrische veld-afschermingseffect van het natrium-kwikamalgam en andere substanties, welke in de lamp zijn opgesloten en zijn gevormd in het Binnenoppervlak van de boogbuis nabij de elektrode aan het koudste gedeelte van de boogbuis, alsmede de diffusie van de lijnen van elektrische kracht (vermindering van de dichtheid van de lijnen 30 van elektrische kracht) op te heffen en waarin een startspanning laag is met een lage graad van spreiding.

De uitvinding verschaft dus dampontladings-iampen met goede kleuringseigenschappen en een hoog lichtrendement.

De uitvinding zal nu gedetailleerd worden beschreven aan de 35 hand van een voorkeursuitvoeringsvorm en onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een vooraanzicht is, welk een gebruikelijke hoge-druk natriumlampboogbuis toontj 8005330 -6- 21630/JF/jg * fig. 2 een vooraanzicht is, welk een inrichting toont, waarin een boogbuis van een hoge-druk natriumlamp, uitgerust met een starthulp, is gemonteerd; fig. 3 het verband toont tussen de breedte van de metalen band 5 als een hitte-isolator en de potentiaalgradiënt; fig. 4 het verband toont tussen de potentiaalgradiënt of afgedichte sectietemperatuur en de algemene kleuringsindex Ra; fig. 5 het verband toont tussen de afgedichte glasbehandelinge-temperatuur en de breedte van de natriumdiffusielaag; 10 fig, 6 het effect toont van de xenon (Xe)-druk op de algemene kleuringsindex Ra; fig. 7 het verband toont tussen de xenon-druk en het licht- rendement; fig. 8 het verband toont tussen de algemene kleuringsindex en 15 het lichtrendement; fig. 9 het verband toont tussen de gemiddelde potentiaalgradi-ent en de natriumgewichtsverhouding; fig. 10 een spreiding in de startspanning van de hoge-druk natriumlamp getoond in fig. 2 laat zien; 20 fig, 11(a) en (b) de lijnen tonen van de elektrische kracht bij het starten van een hoge-druk natriumlamp; en fig. 12 het hoofdgedeelte toont van een startschakeling, welke wordt gebruikt in het experiment, ten einde een metaaldamp-ontladings-lamp in overeenstemming met de onderhavige uitvinding te verkrijgen.

25 Fig. 6 toont, veranderingen van Ra, wanneer de xenon (Xe)-druk wordt veranderd met de potentiaalgradiënt, waarbij de inwendige diameter van de buis en de molaire verhouding van het natrium constant wordt gehouden. Aan de hand van de figuur is te zien, dat Ra toeneemt, met een stijging in de xenon-druk. Dit omdat de xenon (Xe)-atomen een bepaald 30 effect op de waarschijnlijkheid van de natriumatomen of moleculenresonan-tie-absorptie in de boog of in de damplaag, welke deze omgeeft,heeft.

De onderhavige uitvinders hebben een metaaldamp-ontladingslamp uitgevonden met verhoogde xenon (Xe)-druk van het type uitgerust met metalen banden 18, dienend als hitte-isolatoren aan beide einden van de 35 boogbuis 1, door het toepassen van het hierboven genoemde effect van

de xenon (Xe)-druk op Ra. De resultaten worden gegeven door de streeplij-nen in fig. 4. Wanneer een xenon (Xe)-druk van 300 Torr wordt gebruikt, kan een Ra van 60 worden bereikt, bij de kritische temperatuur van 750 °C

8005530 -7- 21530/JF/jg van het afgedichte gedeelte, terwijl de diameter van de boogbuis 1 op i acht mm in doorsnede wordt gehouden, zoals ;te zien in de figuur. Wanneer een buis met een grotere diameter wordt gebruikt, wordt Ra nog hoger bij dezelfde temperatuur van het afgedichte gedeelte,als in het geval, waarin de 5 xenon (Xe)-druk laag is. Aan de hand van fig. 6 kan worden gezien, dat een gebruik van een xenon-druk van 100 Torr of meer is vereist. Bovendien, aangezien verhoging van de xenon- (Xe)-druk een stijging veroorzaakt in de startspanning, ten einde de boogbuis 1 te starten, maakt de uitvinding gebruik van een starthulp over de buitenomtrek van de boogbuis 1.

10 Voorbeeld I

Een lamp Werd vervaardigd bij wijze van proefneming, welke een lampstructuur had, welke is getoond in fig. 2, met een bimetalen starter in de buitenballon en een boogbuis 1 met een binnendiameter van 8,0 mm in doorsnede, een afstand van elektrode tot elektrode van 7» 9 cm en een op-15 gesloten natrium-amalgamverhouding van 0,81 en een xenon (Xe)-opsluitings-druk van 390 Torr. Gegevens betrekking hebbend op deze lamp zijn in tabel A getabelleerd.

TABEL A

- - — - - — ---------

20 lampspanning 130 V

lampstroom 3*3 A

lampvermogen 360 W

lichtrendement 120 lm/W

25 ~ ~

Ra 60

kleurtemperatuur 2150 K

Zoals hierboven genoemd, dient de uitvinding voor het bereiken van hoge kleuringseigenschappen door het afdichten van xenon (Xe)-gas 30 met een hoge druk in de boogbuis 1 in een hoge-druk natriumlamp met metalen banden 18 als hitte-isolatoren bevestigd aan de einden van de boogbuis en een starthulp, aangebracht over de buitenomtrek van de boogbuis 1. Dit biedt het voordeel dat de lamp met lage kosten kan worden vervaar-digs. Het edelgas, afgedicht in de boogbuis 1 is niet beperkt tot xenon; 35 elk mengsel van xenon (Xe) met verschillende andere gassen, krypton (Kr) of elk ander gas met een gelijksoortig effect als dat van xenon (Xe) kan worden gebruikt.

De boogbuis, gebruikt in de hierbovenstaande beschrijving, had 8 0 0 5 5 3 0 -8- 21530/JF/jg een diameter van 8,0 mm. Boogbuizen dikker dan of dunner dan 8,0 mm in doorsnede kunnen eveneens worden gebruikt, zolang deze de benutting toestaan van het effect dat een stijging in de druk van xenon of een ander edelgas bijdraagt tot een verbeterde kleuring. Buisdiameters van 5 mm -5 12 mm verdienen gewoonlijk de voorkeur. Boogbuizen met kleine diameters zijn in het bijzonder toepasbaar in hoge-druk natriumlampen van gering .vermogen. Ofschoon de hierbovenstaande beschrijving van de onderhavige uitvinding betrekking heeft op een hoge-druk natriumlamp, is het overbodig te zeggen dat de uitvinding eveneens kan worden toegepast op metaal-10 halidelampen en andere metaaldamp-ontladingslampen, mits natrium is opgesloten met gebruik van een boogbuis, bestaande uit polykristallijn aluminiumoxyde of andere oxydekristallen.

In de hierboven gegeven beschrijving werd een metalen band aangehaald als de hitte-isolator, maar keramiek of andere materialen kunnen 15 eveneens worden gebruikt, wanneer deze met succes de einden van de boogbuis warm kunnen houden. Eveneens kan een hitte-isolator worden aangebracht op slechts één einde van de boogbuis. Wanneer natriumkwikamalgam is opgesloten, dient de amalgam-molaire verhoudingp van natrium bij voorkeur 0,1 <p <1,0 te zijn. Dit vanwege het feit dat het gebruik van p van min-20 der dan 0,1 ( P < 0,1) een verlaging van de natriumverhouding met zich meebrengt, hetgeen op zijn beurt grote veranderingen tot gevolg heeft in de lampspanning vanwege het natriumverlies en derhalve lichtvermindering tot gevolg heeft. Potentiaalgradiënt E wordt bepaald uit het verband tussen de buisdiameter en de buiswandbelasting. De buiswandbelasting W^ wordt 25 gegeven door de volgende formule:

WL

WL = ^öTa (W/cm2) .................. (1) waarin W^ het elektrisch vermogen van de buis aangeeft, D de buisdiameter aanheeft en la de afstand tussen de elektrodes aangeeft. ωτ dient bij 2 ^ 3° voorkeur te worden gebruikt bij 20 W/cm of lager in het geval van polykristallijn aluminiumoxyde. Aangezien de potentiaalgradiënt E wordt gegeven door: E = Sr <v/cm> .................... (2) 35 (waarin VT de lampspanning aanheeft, geldt de volgende vergelijking:

Li _ 2 0π DVl E - -ft~ ....................... (3) 8005539 -9- 21530/JF/jg

In het geval van D = 0,8 cm in doorsnee, = 130 V en W^ = 360, zal E gelijk zijn aan of kleiner zijn dan 18,15 (E,< 18,15). Formule 3 geeft de bovengrens van de potentiaalgradiënt E.

De xenon (Xe)-druk, welke hierboven is aangehaald als 100 Torr 5 of hoger, dient bij voorkeur 200 Torr -te zijn of zoals hierboven aan de hand van fig. 4 kaii worden gezien, en 500 Torr of minder vanwege redenen gerelateerd aan de startspanning.

De breedte a van de metalen band, waarop de beschrijving was gericht in de hierboven gegeven tekst,dient bij voorkeur 0 <a 415 mm te 10 zijn. De reden is dat wanneer a groter is dan 15 mm (a > 15 mm), het afgedichte gedeelte een temperatuur van 800 °C of meer sou hebben, waardoor de levensduur van de lamp aanzienlijk wordt verkort.

Fig. 7 toont het verband tussen de xenon-gasdruk en het licht-rendement in een voorbeeld waarin xenon wordt gebruikt als het opgesloten 15 gas. Gezien wordt dat een vergroting van de xenon-gasdruk bijdraagt tot een verbetering van het rendement. De xenongasdruk dient bij voorkeur te worden ingesteld op 100 Torr of meer. Het zichtbare stralingsrendement ^ kan worden vergroot vaft 0,3 tot rond 0,36 door het instellen van de xenongasdruk op 100 Torr. Als gevolg zal het rendement 330 x 0,36 = 20 119 lm/W zijn.

De uitvinders hebben eveneens de kleuringseigenschappen bestu- · deerd,zoekend naar geschikte waarden voor de algemene kleuringsindex Ra. Deze inspanningen hebben het de uitvinders mogelijk gemaakt te vinden dat de Ra-waarde dient te worden veranderd van 20-30 voor conventionele hoge-25 druk natriumlampen tot 40-70. Een studie van het verband tussen de kleuringseigenschappen en het lichtrendement leidde tot de resultaten getoond in fig. 8. In het voorbeeld van fig. 8, werden metingen uitgevoerd onder gebruikmaking van een xenongasdruk van 350 Torr en onder constant lamp-vermogen van 360 W, met de algemene kleuringsindex Ra uitgezet op de 30 abscis en het lamprendement op de ordinaat. Aan de hand van fig. 8 kan worden gezien dat een poging om Ra te vergroten het rendement zal ver -minderen en een poging· om het rendement te verbeteren Ra zal verkleinen.

Het lichtrendement, vereist voor een hoge-druk natriumlamp wordt algemeen gezegd 110 lm/W of groter zijn. De reden is dat aangezien 35 bestaande metaalhalide- en andere lampen met een goede kleuringseigen-schap een rendement van 100 lm/W kunnen leveren, hoge-druk natriumlampen geen speciaal voordeel zullen hebben wanneer deze een rendement van 110 lm/W of minder hebben. Vanwege deze reden is het vereist de boven- 8005530 -10- 21530/JF/jg grens van Ra te beperken tot Ra = 60-70 of daaromtrent, met betrekking tot de benedengrens van Ra hebben de uitvinders hoge-druk natriunlampen met een Ra van 40 of groter bestudeerd, aangezien conventionele hoge-druk natriumlampen kleuringseigenschappen hebben van Ra is 30 of daarom-5 trent, dat wil zeggen de hoge-druk natriumlampen bedoeld door de onderhavige uitvinders hebben in deze uitvinding een rendement van 110 lm/W of meer en de algemene kleuringsindex Ra ligt in het bereik van 40 4 Ra 4 70.

Zoals hierboven verklaard kan een lichtrendement van 110 lm/W of meer.worden bereikt door het vergroten van de xenongasdruk tot 110 Torr 10 of meer. Een algemene kleuringsindex Ra heeft anderzijds een verband met de verhouding tussen het opgesloten kwik en natrium en de potentiaalgra-diënt van de boog.

Fig. 9 toont het verband tussen de gewichtsverhouding van het natrium en het totale natrium-kwikamalgam (gew.$) en de gemiddelde potën-15 tiaalgradiënt (V/cm). Van de twee curven A en B, vertegenwoordigt curve A het verband tussen de natrium gewichtsverhouding eh de gemiddelde potent! aalgradiënt, welke een Ra van 40 geeft. Gegeven de twee factoren op de curve A kan een lamp van Ra = 40 worden bereikt. Op gelijksoortige wijze vertegenwoordigt curve B het verband waarmee Ra = 70 wordt bereikt. 20 De natriumgewichtsverhouding en de potentiaalgradiënt in het gebied tussen curve A en curve B geven een Ra van 40-70. Wanneer de natriumgewichtsverhouding 90 gew.% overschrijdt, is het echter moeilijk een bepaalde lampspanning te bereiken. Dit betekent dat de temperatuur van het koelste gedeelte van de boogbuis een factor is, welke de lampspanning be-25 paalt, welke zo groot mogelijk gemaakt dient te worden en dat de temperatuur van het afgedichte gedeelte van de boogbuis nabij het koelste gedeelte dient te worden verhoogd, met het voordelige effect op de levensduur van de lamp. Anderzijds zal een natriumgewichtsverhouding van minder dan 10 gew.% het de verontreinigingen in de lamp mogelijk maken een groot 30 effect te hebben. Dat wil zeggen, aangezien het natrium -reageert met de verontreiniging gedurende de werking van de lamp de gereduceerde hoeveelheid natrium zal leiden tot een groter kwikeffect, resulterend in een sterke steiging van de lampspanning en minder licht. Vanwege deze reden dient de natriumgewichtsverhouding te worden gekozen binnen het bereik 35 van 10-90 gev.%. Overeenkomstig wordt geconcludeerd dat natriumlampen van Ra = 40-70 kunnen worden bereikt door het bepalen van de natriumgewichtsverhouding en de gemiddelde potentiaalgradiënt een waarde aan te nemen in het gearceerde gedeelte, gedefinieerd door de curven A en B en 8 ö O 5 5 3 0 -11- 21530/JF/jg rechte lijnen C en D in fig. 9. Curve A en curve B worden respectievelijk uitgedrukt door de volgende formule met p(gew./0, staand voor de natrium-gewichtsverhouding en E(V/cm) voor de gemiddelde potentiaalgradiënt: 5 A: 0 + 30 Ά ............. (4) E: p + 20 g-ÖJj ............. (5)

Deze formules beschouwend tezamen met het verband ΪΟξ,β ^90 geeft de volgende formules: 10 - 30 < P < 54¾ - 30 ...... (0) 10 < p < 90 ................. . (7)

Uit de formules (6) en (7) wordt het gemiddelde potentiaalgra-15 diëntberelk als volgt bepaald: 10 < E < 28 ..................... (8)

“ -SB

Dat wil zeggen dat het zoals hierboven verklaard mogelijk is een hoge-druk natriumlamp met een hoge kwaliteit en een groot rendement 20 en goede kleuringseigenschappen van Ra = 40-70 te verkrijgen, met grote industriële voordelen, door gebruikmaking van een afgedichte gasdruk van 100 Torr of groter en een gefixeerde natriumgewichtsverhouding P (gew.i) en de gemiddelde potentiaalgradiënt E(V/cm) van de lamp binnen het bereik gedefinieerd door de formules (6) en (7).

25 Ofschoon in de beschrijving van de uitvinding gebruik is gemaakt van xenongas, kan krypton, argon of ander gas, of een gasmengsel met xenongas eveneens worden toegepast. In elk geval gaat het gebruik van 100 Torr of grotere druk vergezeld van een stijging in het rendement, maar xenongas geeft de grootste rendementstijging. Dit wordt beschouwd een 30 gevolg te zijn van de geringe thermische geleidbaarheid van xenongas. Eveneens, ofschoon gebruik werd gemaakt van een edelgas en natrium-kwik als de substanties afgedicht in de lamp in de hierboven gegeven beschrijving van de uitvinding, kunnen andere metalen worden toegevoegd, tezamen met het natrium en kwik, ten einde de kleurtemperatuur en andere karakte-35 ristiren dusdanig te verbeteren, dat geen ernstige verandering in de potentiaalgradiënt door een dergelijke toevoeging kan worden veroorzaakt.

Voorbeeld II

Een boogbuis met een booglengte van 6,2 cm werd bij wijze van 8005530 -12- 21530/JF/jg proef vervaardigd onder gebruikmaking van een boogbuis van 140 mm lengte en 8,0 mm binnendoorsnede en door het aanbrengen van elektroden aan beide zijden, voor gebruik met een NH-36QLX veranderbare kwikbooglampstabili-sator en xenongas 400 Torr bij kamertemperatuur en natrium-kwikamalgam 5 korrels met een natriumgewichtsverhouding van 17 gew.? werden in de buis opgesloten. Wanneer deze werkt onder gebruikmaking van een stabilisator voor de 400 W kwikbooglapip, was het licht rendement 120 lm/W, algemene kleuringsindex Ra 60 en een kleurtemperatuur van 2200 °K bij een lampspan-ning van 125 V (potentiaalgradiënt 20,2 V/cm) en een lampvermogen van 10 360 W. .

Fig. 10 toont de respectieve startspanningen, gemeten bij 20 400 W hoge-druk natriumlampen, welke werden vervaardigd door het instellen van de opgesloten xenondruk op 350 Torr in hoge-druk natriumlampen getoond in fig. 2. Aan de hand van deze figuur is te zien dat de startspanningen 15 aanzienlijk gespreid liggen. De uitvinders hebben een gedetailleerd on-' derzoek gericht op de hierboven genoemde spreiding in de startspanning en hebben gevonden dat de hoofdoorzaak van de spreiding verband houdt met het starten van het inwendige oppervlak van de boogbuis nabij de elektrode 6 ervan. Eveneens werd duidelijk dat aangezien de zwarte substantie nage-20 noeg verdwijnt gedurende het werken van de lamp, veel ervan wordt gevormd door het kleven van het Na-Hg-amalgam, de substantie afgedicht in de lamp, aan het inwendige oppervlak van de boogbuis nabij de elektrode 6 naast het zwarten veroorzaakt door het sputteren van elektrode-emissiemateriaal en dat een dergelijke zwarting, zoals veroorzaakt door de Na-Hg-amalgam 25 in het bijzonder optreedt aan de zij-einden van het koelste gedeelte van de boogbuis. Dat wil zeggen dat wordt aangenomen dat uitgaande van het licht, de Na en Hg-dampen condenseren aan de zij-einden van het koelste gedeelte van de boogbuis, waar het eenvoudig is af te koelen en kleven aan het binnenoppervlak van de boogbuis nabij de elektrode 6, welke een 30 oppervlak vormt dat eenvoudig wordt gevangen door verstrooide elektronische stralingen en dergelijke.

Het verband tussen het zwarten van het binnenoppervlak van de boogbuis nabij de elektrode 6 en de startspanning kan als volgt worden beschouwd. Dat wil zeggen de lijnen van elektrische kracht ten tijde 35 van het starten binnen de boogbuis van een hoge-druk natriumlamp, uitgerust met een starthulp 12, zoals getoond in fig. 2, worden beschouwd te zijn als in fig. 11(a) en fig. 11(b). In fig. 11(a) worden lijnen van elektrische kracht getoond in het geval dan geen zwarting op· het binnen- 8905330 -13- 21530/JF/jg oppervlak van de buis nabij de elektrode 6 is. In dit geval is het starten eenvoudig, omdat de lijnen van de elektrische kracht ten tijde van het starten zijn geconcentreerd in de starthulp 12, en dus bijdraagt tot een grote dichtheid van de lijnen van de elektrische kracht. Wanneer 5 een zwarting optreedt op het binnenoppervlak van de buis nabij de elektroden 6, zijn de lijnen van elektrische kracht echter zoals getoond in fig. 11(b), hetgeen resulteert in het stijgen van de startspanning. Dat wil zeggen de lijnen van de elektrische kracht spreiden zoals getoond in deel E van de figuur, vanwege de zwarte substantie 19 die kleeft aan het 10 binnenoppervlak van.de buis nabij de elektrode 6, hetgeen een film van hoge elektrische geleidbaarheid vormt en overeenkomstig wordt de dichtheid van de lijnen van de elektrische kracht klein. Het resultaat is dat de starthulp 12 slechts kleine onbetrouwbare effecten van de verlaging van de startspanning hebben met een stijging of spreiding in de waarde 15 van de startspanning.

De onderhavige Uitvinders hebben met het oog op het hierboven gegeven effect het volgende experiment uitgevoerd. Een hitte-isolator 18 bestaande uit een metalen band zoals getoond in fig. 12 werd bevestigd aan een einde van de boogbuis van een 400 W hoge-druk natriumlamp met een 20 xenondruk van 350 Torr; een starthulp 12 werd aangebracht op de buitenomtrek van de boogbuis zoals getoond in fig. 2, waarbij het koelste gedeelte van de boogbuis komt aan het einde liggend tegenover het hierboven genoemde einde, en voorzieningen werden getroffen,dat de starthulp 12 elektrisch waa verbonden met de respectieve ingangsklemmen van de niet-25 koelste en de koelste zijde, door middel van schakelaars S. en S„, zoals getoond in de figuur. Met deze inrichting werden de schakelaars S. en SD afwisselend gesloten en respectieve startspanningen werden gemeten. De verkregen gegevens zijn getabelleerd in tabel B.

TABEL B

30 p------- nummer van de experi- „ _ „ „ _ . .

menten 1 2 3 Ü 5 gemiddeld omstandigheden SA aan, SB uit 3,0 3,2 3,0 3,5 3,2 3,2 35 SA uit, SB aan 5,0 5,2 5,5 6,0 6,0 5,5 ____— -1 -—1--—— (eenheden: KV) 8005530 -14- 21530/JF/jg

Zoals kan worden gezien aan de hand van tabel B wordt de start-spanning groot wanneer starthulp 12 en het koelste gedeelte van de boog-buis verschillende potentialen hebben.

Daardoor, wanneer de potentiaal van de starthulp 12 en dat van 5 elektrode 6 in het koelste gedeelte van de boogbuis gelijk worden gemaakt, wordt het mogelijk het elektrische veldafschermingseffect en de verwijding van de lijnen van elektrische kracht (afnemen van de dichtheden van de lijnen van elektrische kracht) veroorzaakt door het Na-Hg-amalgam en andere substanties opgesloten in de lamp welke worden gevormd op het binnen-10 oppervlak van de boogbuis nabij elektrode 6 in het koelste gedeelte te voorkomen en overeenkomstig de stijging te beletten van de startspanning, waardoor metaaldampontladingslarapen worden verschaft met een lage start-spanning zonder spreiding.

Ofschoon een voorbeeld van een hoge-druk natriumlamp werd ge-15 bruikt in de hierboven gegeven beschrijving voor het uitvoeringsvoorbeeld, is het overbodig te zeggen dat de onderhavige uitvinding kan worden toegepast op andere met aald amp-ont1ad i ng s1ampen gebruikmakend van een starthulp 12.

-CONCLUSIES- 80νίίί30

Claims

1. Metaaldamp-ontladingslamp, met het kenmerk, dat deze omvat: een boogbuis, vervaardigd van ten minste een oxydekristal en aangebracht 5 in de buitenballon, met een starthulp aangebracht op de buitenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de boogbuis een hitte-iso-lator heeft, ten einde het einde warm te houden en een edelgas opgesloten op 100 Torr of meer tezamen met ten minste natrium en kwik in de boogbuis .

2. Metaaldamp-ontladingslamp volgens conclusie 1, met het ken merk, dat de druk van het edelgas opgesloten in de boogbuis 200 Torr-500 Torr is.

3· Metaaldamp-ontladingslamp volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het edelgas opgesloten in de boogbuis xenon of een mengsel 15 van xenon en een ander gas is.

4. Metaaldamp-ontladingslamp, met het kenmerk, dat deze een boogbuis vervaardigd van ten minste een oxydekristal omvat, welke is aangebracht in de buitenballon met een starthulp, aangebracht op de buitenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de boogbuis een 20 hitte-isolator heeft ten einde het einde warm te houden en een edelgas, opgesloten op 200 Torr- 500 Torr tezamen met ten minste natrium en kwik in de boogbuis, waarbij de binnendiameter van de boogbuis 5 mm-12 mm is, waarbij de amalgamverhouding van het natrium 0,1-1,0 is, de gemiddelde potentiaalgradient Ë van de lamp bij ontsteking E< - (V/cm) is, = Wjj 25 (waarin D de binnendiameter van de buis (cm) aangeeft, VL de lampspannin-gen aangeeft en het lampvermogen aangeeft), waarbij een metalen band wordt gebruikt als de hitte-isolator en de metalen band een breedte a heeft van 0< a^ 15 mm.

5. Metaaldamp-ontladingslamp, met het kenmerk, dat deze een 30 boogbuis, vervaardigd uit ten minste een oxydekristal omvat, welke is aangebraeht in de buitenballon met een starthulp aangebracht op de buitenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de boogbuis een hitte-isolator heeft ten einde het einde warm te houden en een edelgas opgesloten op 100 Torr of meer tezamen met ten minste natrium en kwik in 35 de boogbuis, waarbij de verhouding van het gewicht van het natrium en kwik (5 (gew.56) en de gemiddelde potentiaalgradient van de boogbuis E (V/cm) zodanig worden gekozen dat aan de volgende formules wordt voldaan: 10. p i 90 en 48^ -30 S p S - 20

6. Metaaldarap-ontladingslamp volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de druk van het edelgas, opgesloten in de boogbuis 200 Torr-500 Torr is.

7. Metaaldamp-ontladingslamp volgens conclusie 5, met het ken-5 merk, dat xenon wordt gebruikt als het edelgas, opgesloten in de boogbuis.

8. Metaaldamp-ontladingslamp, met het kenmerk, dat deze een boogbuis, vervaardigd uit ten minste een oxydekristal omvat, welke is aangebracht in de buitenballon met een starthulp, aangebracht op de bui- 10 tenomtrek van de boogbuis, waarbij ten minste één einde van de boogbuis een hitte-isolator heeft, ten einde het einde warm te houden en een edelgas opgesloten op 100 Torr of meer tezamen met ten minste natrium en kwik in de boogbuis, waarbij de starthulp en de elektrode aan de koelste zijde van de boogbuis dusdanig zijn ingericht dat deze dezelfde poten-15 tiaal hebben.

8 S 0 5 5 3 0 -16- 21530/JF/jg

9. Metaaldamp-ontladingslamp volgens conclusie 8 , met het kenmerk, dat xenon wordt gebruikt als het edelgas, opgesloten in de boogbuis. Eindhoven, september 1980. S fi C» ·** 3 ö