SE467279B - Dubbelvaeggig laagtrycksgasurladdningslampa foersedd med siloxantaetningar - Google Patents

Description

467 279 utsträckning är av typen med över lysröret belägen reflek- tor, men utan kåpa. Då armaturerna är försedda med kåpor, är det i akt och mening att skydda lysröret mot mekaniska skador, och ljusutbyteskravet har då fått underordna sig skyddsönskemålet. Även om det, då det gäller reklamskyltar, inte är lika viktigt att erhålla högt ljusutbyte som vid armaturer för gatubelysning, kommer stigande priser på elektrisk energi att inverka vid framtida utformning av sådana skyltars be- lysning. Man kommer även här att efterfråga högre verknings- grad hos lamporna, vilket innebär att dessa måste hålla högre temperatur på den kallaste punkten av mantelytan. För optimalt ljusutbyte krävs en temperatur nära 40OC på denna punkt.

Ett annat användningsområde för lysrör, där dessa kan utsät- tas för låga omgivningstemperaturer, är i tunnlar. Även i flera hundra meter långa tunnlar är luftflödet genom dem så stort, att eventuell värmestrålning från omgivande berg eller jord inte förmår ge något värmetillskott till lys- rörens ytor. Således minskar även vid nämnda användningar ljusflödet exponentiellt vid sjunkande lufttemperatur. Detta har en allvarlig innebörd om man betänker, att en bilförare en kall vinterdag med solsken kan se vägen i en belysnings- styrka nära 100 000 lux. Då denna förare kör in i en vägtunnel, skall hans ögon ställa om sig till en belysning långt under 100 lux. Trafiksäkerheten och säkerhetskänslan hos föraren befrämjas av, att lysrören i tunneln håller någorlunda normalt ljusflöde, även vid mycket kall väderlek.

Enligt statistik är november den månad, då de flesta trafik- olyckor inträffar. Dessa sker oftast i mörker och orsakas i betydande grad av dålig gatubelysning. I de områden denna utgöres av armaturer med lågtryckskvicksilverångurladdnings- lampor gäller, att ljusflödet från dessa lampor halveras 4:- can -1 ro -1 \o mellan +10°C och OOC, i de fall konventionella lysrör med 38 mmzs ytterdiameter används. Under senare år har en övergång skett från sådana lysrör till rör av 26 mmzs diameter. Dessa senare har givits en 10% lägre effekt än de förra. Denna effektsänkning innebär en energibesparing vid lysrörens drift, men någon nämnvärd nedgång i ljusflödet vid +20o omgivningstemperatur orsakar den inte. Förhållandena vid sänkning av omgivningstemperaturen från +20O till OOC för ett 58 W lysrör innebär en sänkning av ljusflödet från 4700 till 1400 lumen. I temperaturområdet +10O - OOC sker, för 26 mmzs rör en reduktion av ljusflödet till en tredjedel. Vad som gör det hela ännu mera allvarligt är att vid +10oC har 26 mmzs rör ett ljusflöde, som är 20% lägre än ljusflödet från ett 38 mmzs rör av motsvarande effekt.

Eftersom de smalare lysrören i allt större utsträckning kommit till användning, och nästan uteslutande efterfrågas, har de flesta tillverkare lagt ned sin tillverkning av lys- rör av 38 mm:s diameter. Därvid har katoder och övriga komponenter helt anpassats till 26 mmzs-rören.

När nu nackdelen med de smalare rören uppmärksammats, skulle i och för sig komponenter för 38 mmzs rör på nytt kunna tillverkas. Detta är dock inte nog, utan produktionslinjer skulle i flera avseenden och till stor kostnad behöva an- passas för den större rördiametern.

Ett påtagligt problem vid användning av gasurladdningslampor i låga omgivningstemperaturer är tändningen. Normalt använda glimtändare kortsluter elektroderna, för att dessa skall värmas av genomrusande ström, så att, då glimtändaren bryter, en gnista slår över från anoden till katoden och en positiv pelare utbildas dem emellan. Vid låga omgivnings- temperaturer får glimtändaren slå från och till ett flertal gånger, innan elektroderna blir varma nog att hålla en gnista vid liv dem emellan. Det kan många gånger ta upp mot 467 279 en halv minut att få lysröret att tända, och denna nackdel är markant tydligare vid 26 mm rör än vid sådana av 38 mm diameter.

I syfte att lösa de olägenheter som är förenade med använd- ning av smala lysrör i frystemperatur och att skapa en lampa med hög belysningsverkningsgrad vid låga temperaturer har förevarande uppfinning gjorts. Den karakteriseras av att ett fast transparent rör exempelvis av glas omger ett smalt lysrör i hela dess längd, samt av de övriga kännetecken som framgår av efterföljande patentkrav.

Det har överraskande visat sig, att om gasen i den mellan lysröret och det omgivande röret förefintliga spalten avfuktats, lampan blir väsentligt mera lättänd vid låga omgivníngstemperaturer. Detta torde bero på, att i avsaknad av fukt inga rymdladdningar bärande joner förefinns intill det inre glasröret. Härigenom störs inte utbildningen av en positiv pelare mellan lysrörets elektroder. Denna uppkommer genom att vid urladdningsströmmens passage i urladdnings- kammaren joner och elektroner diffunderar i riktning mot rörväggen i det inre röret. Eftersom elektronerna är väsent- ligt mycket lättare än de positiva jonerna, kommer elektro- nerna att snabbast nå rörväggen, varigenom denna blir nega- tivt laddad. Skulle därvid positiva rymdladdningar vara tillgängliga i spalten mellan lysröret och ytterröret, så skulle rörväggens laddning på sidan mot urladdningskammaren neutraliseras, varigenom det skulle vara betydligt svårare att ernå en positiv pelare mellan elektroderna.

Den metod att avfukta gasen i spalten mellan de båda rören, som befunnits mest effektiv, är att vid rörändarna förse lampan med tätningar av siloxaner. Dessa ämnen härdar under förbrukning av vatten, varvid alkoholer bildas. Vattenmole- kylens dipolaritet gör, att den är i långt större utsträck- ning laddningsbärande, än vad de elektriskt indifferenta 'N 467 2.79 alkoholerna är. På detta vis elimineras uppkomsten av rymd- laddningar, och lampan blir lättänd även i stark kyla.

En rörformad urladdningslampa omgives enligt uppfinningen av ett glasrör, som kan vara transparent eller opalescent.

Genom att detta ytterrör är vid sina ändar fixerat vid de elektrodförsedda ändarna på urladdningslampans glasrör upp- rätthålles en spalt av konstant bredd rören emellan. Fixe- ringen sker medelst tätningar vid lampans ändar mellan de båda glasrören. Sådana tätningar kan utgöras av täta poly- merringar, eller eljest vara utförda av åldringsbeständigt, icke gaspermeabelt material.

Oberoende av hur fixeringen av ytterröret sker är det för- delaktigt, att spalten mellan ytter- och innerrör är fylld med en ren gas, så att inga ljusförluster uppstår. Framför- allt kommer här torr, stoftfri luft ifråga, men även en ädelgas, eller flera sådana i blandning, kan vid vissa speciella krav användas i spalten.

Gasen i spalten kan hållas vid atmosfärtryck, men för att öka den värmeisolerande förmågan hos spalten, i kombination med den vanligen mindre än 1 mm tjocka rörväggen, hålles gasen företrädesvis vid undertryck. Isoleringsförmågan är även beroende av spaltens bredd, och denna kan vid ifråga- kommande tillämpningar väljas från 2-10 mm. Vid lysrör med ytterdiametern 26 mm, som omgives av glasrör med ytterdia- metern 38 mm, blir spalten ungefär 5 mm bred. Vid mycket smala rör och spalter över 10 mm kan en värmetransporterande luftomsättning mellan det inre rörets utsida och det yttre rörets insida uppstå. Härigenom ökar konvektionen, och en del av uppfinningens fördel går förlorad. En alltför smal spalt ger inte önskad verkan, såvida den inte helt evakue- ras. Det har sålunda bedömts, att en optimal spaltbredd är 4-8 mm. ac 467 279 För att maximalt utnyttja det avgivna ljuset kan detta riktas, vanligtvis nedåt, från den armatur i vilken lampan används. Eftersom uppfinningen även syftar till att kunna användas i mycket enkla armaturer, kan ytterrörets insida beläggas, upp till 1800, med ett ljus- och värmereflekteran- de material. En fördel med detta utförande är, förutom att en ökning av belysningsstyrkan i det synliga våglängdsområ- det kommer till stånd, att även återspegling av värmestrål- ning till urladdningsrummet sker. Den temperaturökning i urladdningsrummet som blir följden härav motsvarar vid en omgivningstemperatur under +10° en ökning av belysnings- styrkan med mer än 20%. Tillsammans med ljusreflektionen kan en ökning i belysningsstyrkan på mellan 50 och 60% uppnås.

Detta förutom kan sålunda utformade lysrör vändas 1800 i med reflektorer försedda armaturer, varvid en typ av topp- förspegling blir följden. Detta ger ett mjukt ljus, och lampans självvärmning befrämjas.

Lampan enligt uppfinningen torde vara just en sådan lösning på belysningsönskemålen, som har uttryckts av dem som arbetar på oljeplattformar i arktiskt klimat. Förutom att lampan vid de låga temperaturer som råder under de sex mörka månaderna på året ger ett väsentligt högre ljusutbyte än hittills kända urladdningslampor, utgör ytterröret ett skydd mot mekaniska skador. Skulle detta gå sönder, kan innerröret förbli intakt, och lampan fortsätta att lysa, utan risk för att någon gnista mellan katoderna antänder kring platt- formen förekommande oljegas. Här erbjuds således en säker- hetslampa, som minskar explosionsrisken vid oljeplattformar.

Uppfinningen åskådliggöres på efterföljande ritning, där Fig. 1 visar ett delvis skuret lysrör enligt uppfinningen, Fig. 2, 3 och 4 är diagram över förhållandet omgivnings- temperatur i OC - belysningsstyrka i lumen (Lm) för 18/20 W, 36/40W resp. 58/65 W lysrör. w .[2- m -a ro -a »o Den på fig. 1 visade lampan är en föredragen utföringsform av uppfinningen, nämligen ett dubbelväggigt lysrör 1. Detta består av ett lysrör 2 med 26 mm:s diameter, i ömse ändar försett med socklar 3 med kontaktstift 4. Lysröret 2 har på vanligt vis på klämfot 5 placerade katoder, i detta fall omgivna av katodskärmar 6. Genom klämfoten 5 sträcker sig från kontaktstiften 4 till katoden strömtilledare 7.

Lysröret 2 är omgivet av ett yttre glasrör 8, av 38 mm:s diameter, som är transparent och vid sina ändar något in- kragat. Detta ytterrörs 8 ändar sticker in i ringspår i polymerringar 9, som med presspassning omsluter socklarna 3.

Genom att montera ytterröret 8 medelst polymerringar 9 i undertryckskammare, till vilken endast föres torr, filtrerad luft, kommer den luft som förefinns i en spalt 10 mellan lysröret 2 och det yttre röret 8 att vara stoftfri. Därtill kommer vid användning atmosfärtrycket att bidraga till, att polymerringarna 9 håller tätt mellan glasröret 8 och sockeln 3.

I syfte att uppnå en helt torr atmosfär i spalten 10 an- bringas på den mot urladdningsrummet vända sidan av polymer- ringarna 9 eller motsvarande tätningar 11 av något slags siloxan. Exempelvis kan siloxanmassa införas i de spår i polymerringarna 9, vari rörets 8 ändar införes, samt an- bringas en sträng sådan massa på lampröret 2 i omedelbar kontakt med polymerringen 9.

I praktiken används 1,5 gram polydimetylsiloxanmassa i an- slutning till vardera änden på lampan. Den aktiva substansen i massan utgöres av trimetylsiloxan-monomerer med tillsats av katalysator- och stabilisatorämne. Monomeren kan beskri- vas med den generella formeln RxSi(OR')y där R = metylgrupp OR' metoxgrupp x = 1:2 2;3 467 279 Liksom alla alkoxsilaner hydrolyseras trimetylsiloxan i närvaro av vatten och härdar under bildning av polysiloxa- ner, som karakteriseras av höga molekylvikter (=hög polyme- riseringsgrad).

Vid polymeriseringen förbrukar 2 moler monomerer siloxan ( 1809) 1 mol vatten (189), varvid 2 moler metanol (649) frigöres. Eftersom tätningsmassan under härdningen, som på- går i upp till ett dygn, förbrukar vatten, har den förmåga att avsevärt sänka fuktigheten i ett slutet rum, sásom det förseglade utrymmet mellan lampröret 2 och ytterröret 8. I praktiken reagerar all förefíntlig vattenånga med siloxan- monomeren, då denna polymeriseras. Såsom exempel redovisas här siffrorna för en 58W lampa med 26 mm diameter på lamp- röret 2 och 38 mm diameter på ytterröret 8, vilket motsvarar 36 mm innerdiameter hos det senare röret, eftersom vägg- tjockleken är 1 mm.

Ringspaltens volym 721 cm Vid tillverkning maximalt innestängd mängd vatten (luften +30°C, 80% rel. fuktighet atmosfärtryck) 24,3 mg/l = 17,5 mg H O 2 Detta blir 0,001 mol vatten. 2 x 1,5 siloxan med 60% aktivt ämne blir 1,8 g, vilket är 0,020 mol. Således är säkerheten för fullständig bindning av i ringspalten 10 maximalt förekommande vatten tjugofaldig.

I syfte att utröna den nya lampans tändvillighet har jämfö- rande prov gjorts mellan vanliga 26 mm lysrör av 18W, 36W och 58W effekt och lampor försedda med ett ytterrör 8 (be- tecknade 18W Termo, 36W Termo resp. 58 W Termo). Lamporna förvarades i ett dygn i frysbox, vari proven sedan utfördes.

Temperaturen hölls vid varje provserie vid -30°C. Inga me- talldelar förekom i lysrörens närhet. Proven gjordes med fl 467 279 användande av glimtändare som varit i bruk 8500 tändningar resp. 2000 tändningar, samt med nya tändare. Vid 18W rör var tändtiderna endast ett par sekunder längre än för 18W Termo.

Skillnaderna blev något mer tydliga, då de äldsta glimtän- darna användes.

Vid 36W Termo låg tändtiderna genomgående under 5 sekunder, medan dessa för 36W blev mellan 8 och 20 sekunder, de längsta med de äldsta glimtändarna. 58W kunde inte tändas med de äldsta tändarna vid den använda provningstemperaturen. Då 2000 gånger använda tändare sattes in, tände endast en del av provlamporna, och detta först efter i medeltal 25 sekunder. Vid användning av nya glimtän- dare tände en lampa efter 8 sekunder, och samtliga tände vid provtillfällena på 15 sekunder eller därunder. För 58W Termo noterades tändningarna inom 8 sekunder, utom då de äldsta glimtändarna användes.

En uppföljande provserie gjordes vid ett finskt provnings- institut, som har möjlighet att utföra tändningstest i frys- rum vid -40°C. Härvid användes nya glimtändare, och alla tändningarna för de provade lysrören av utförande Luma Termo 36W/CW-LL skedde inom 5 sekunder.

I fig. 2, 3 och 4 visas medelvärden för de i provningarna använda lysrören med avseende på belysningsstyrkan vid olika temperaturer. Som jämförelser har tidigare dokumenterade värden för 20W, 40W resp. 65W lysrör ritats in.

För reklamändamål, eller eljest för att möta speciella önskemål om viss vàglängdssammansättning på det avgivna ljuset, kan lampan enligt uppfinningen på det yttre rörets insida beläggas med ämnen, som filtrerar bort oönskat ljus.

Denna teknik ger också möjlighet, att vid speciella krav, medelst ljusabsorberande eller fluorescerande ämnen ytter- 467 279 10 ligare reducera kritiska UV-linjer. Följande ämnen har härvid visat sig tjänliga.

Då rödrosa färgton önskas, används en blandning av oorganiska oxider betecknad (Fe203+5iO2+Al2O3).

För gröntonat ljus används (CuNiZn)2(TiAl)O4 och för blåskimrande ljus Na(SiAl)02S. Ämnena påföres insidan av ytterröret 8 som en suspension och till en torrhalt mellan 0,3 och 0,5 mg/cmz. Dessa färger brännes fast vid glaset, men vid användning av organiska färgämnen kan bränning över SOOOC temperatur inte tillämpas, varför ett bindemedel måste utnyttjas. Ett lämpligt sådant är ammoniumpolymetylakrylat.

Claims (7)

H 467 279 Patentkrav

1. Lågtrycksgasurladdningslampa av rörtyp för användning vid låga omgivningstemperaturer, innefattande ett lampan med mellanliggande spalt omgivande glasrör, vilket sträcker sig förbi lampans katoder och är vid sina ändar förenat med dennas ändar, kännetecknad av att det yttre glasröret (8) är hermetiskt förenat med lampröret (2), och att i spalten (10) mellan rören (2,8), vid dessas ändar förefinnes tätningar (11) av siloxaner, vilka genom hydrolysering i samband med dessas härdning upptagit praktiskt taget all fukt i utrymmet mellan rören, så att spalten (10) kommit att innehålla torr luft.

2. Lågtrycksgasurladdningslampa enligt krav 1, kännetecknad av att det yttre glasrörets (8) ändar upptages i ringepår i polymerringar (9) krängda med presspassning på lampröret (2), och att i spåren och mellan polymerringarna (9) och. lampröret (2) förefinnes siloxanmassa.

3. Lågtrycksgasurladdningslampa enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att spalten (10) mellan de båda glasrören (2;8) är fylld med torr, stoftfri luft.

4. Lågtrycksgasurladdningslampa enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att spalten (10) mellan de båda glasrören (2;8) innehåller en eller flera ädelgaser.

5. Lågtrycksgasurladdningslampa enligt krav 4, kännetecknad av att det omgivande glasrörets (B) insida är belagd med ett andra skikt fluorescensmedel.

6. Lågtrycksgasurladdningslampa enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det omgivande röret (8) på insidan av upp till hälften av sin mantelyta är belagt med ett sam- manhängande skikt av reflektionsmaterial. 467 279 12

7. Lågtrycksgasurladdningslampa enligt något av Föregående krav, kännetecknad av att det omgivande röret (8) på insidan helt eller delvis belagts med ett eller flera det genom det inre röret (2) utstrålande synliga ljuset färgförändrande ämnen.