SU547584A1 - Химическа лампа-вспышка - Google Patents

Description

(54) ХИМИЧЕСКАЯ ЛАМПА-ВСПЫШКА

1

Изобретение относитс  к .химическим вспышкам однократного действи , генерирующим оптическое в процессе экзотермической реакции горени  большинства металлов, например лити , натри , кали , берилли , магни . aлюгvIини , циркони , гафни , тори , в кислороде или другом подход щем окислителе.

Лампы предназначены дл  освещени  объектов в любительской, промышленной и на г1ной фотографии , использовани  дл  оптической накачки лазеров , имитации светового излучени  высокотемпературного взрыва, создани  высоких уровней освещенности в спецтехнике и т.п.

Реакции горени  некоторых из указанных металлов , например магни , алюмини  и циркони , в кислороде благодар  удовлетворительной светоотдаче получили широкое распостранение и используютс  в современных лампах-вспышках. Последние выполн ют в отпа нной стекл нной колбе с цоколем. Колба имеет форму, близкую к цилиндру или шару, и заполнена мелко размельченными полосками фольги или проволоки из указанных, металлов , а также газообразным окислителем.

В цоколе лампы монтируют средства дл  зажигани  горючего материала в виде нити накала,

собранной на введенных в токоподводах; с нанесенной на нее поджигающей пастой или в виде детонирующего капсул  ударного действи , поджигающего лампу при механическом воздействии на него специального лларного устройства.

В качестве окислител  в лампах-вспыщках используют кпслород. заполн ющий колбу под давлением тем больп1 м. чем меньше ее В1г тренний объем 1 .

Улучще п1е нз.чхчательньих н специально-временных параметров химических ламп-вспышек возможно при использовании некоторых горючих материалов, таких, например, как лптнй, калий, бериллий, кальций, гафшпТ, Topjm, а также более активных окислителей, таких как фтор и его соединени  с кислородом 1 азотом 2.

Известны лa цlы-вспыщки с циркониевым горючим материалом, у которые в качестве окислителей использованы газообразные соединени  фтора с кислородом и азотом (OF;, ЫРз, N2 р4 ) 13.

Это позволило увеличить цветову р тe шepaтypy и световую энергию соответствено на 20 и 40 % по сравнению с лампа ш, заполненными кислородом.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  хи шческа  лампа- вспь шка , содержаща  оптически прозратаую колбу с цоколем, заполненную горючим материалом , газообразный окислитель и устройство дл  зажигани  горючего материала в атмосфере указанного окислител  4.

Расширение числа горючих материалов и применение более активных окислителей в лампах- вснышках св зано в р де случаев с неразрешимыми техническими трудност ми. Наиболее существенm ie из }шх: самовоспламен емость ламп-вспышек, заполненых многими мелко размельченными металлами , наход шимис  в атмосфере активных окислителей, особено при повышенной температуре окружающей среды; токсичность активных окислителей, усложн юша  технологию наполнени  ламп в услови х массового производства; агрессивность наиболее активных окислителей по отношению к конструкплонным материалам лампы; постепеное окисление больщинства горючих материалов в процессе хранени  при повышенных температурах , что влечет за собой ухудшение световых параметров ламп.

По указанным причинам применение в качестве горючего материала щелочных металлов, а также наиболее активных окислителей, например фтора и его некоторых соединений, в известных лампахвспышках вообще не представл етс  возможным.

Однако при повышении энергии вспышки необходимо увеличение рабочего объема лампы и наполнение ее газообразным окислителем под высоким давлением, которое еще больше возрастает в момент вспышки. К тому же увеличение рабочего объема колбы при сохранении тошцины стекл нцых стенок св зано со снижением ее прочностных характеристик.

Цель изобретени  - создание химической лампы-вспышки , сохран ющей работоспособность при температурах окружающей среды, существенно превышающих температуру начала окислени  и воспламен емости горючего материала, с улучшенными излучательными и временными характеристиками и с более простой технологией изготовлени  ламп при использовании в них токсичных окислителей.

Это достигаетс  тем, что в лампе-вспышке размещен по меньшей мере один герметичный отсек , заполненный окислителем под более высоким давлением по сравнению с остаточным давлением в колбе, а также приспособление дл  вскрыти  указанного отсека и соединени  его внутреннего объема с колбой в момент зажигани  горючего материала в колбе лампы.

При этом герметичный отсек выполнен в виде цилиндрической ампулы, размещенной в центральной части колбы и, по крайней мере частично окруженной горючим материалом.

В лампе-вспышке герметичный отсек выполнен в виде шара и механически закреплен внутри колбы на токовводах устройства зажигани .

Одним из вариантов исполнени  лампы- вспыщки  вл етс  размещение герметичного отсека с окислителем на ее цоколе. Указанный отсек изготовлен из металла или сплава с высокими прочностными характеристиками, например, из холодно прокатанной стали из сплава типа монельметалл . При использовании в качестве окислителей фтора или его летучих соединений с кислородом и азотом герметичный отсек изнутри покрывают слоем меди или никел , устойчивыМк длительному воздействию упом нутых веществ. Кроме того, герметичный отсек снабжен по меньщей мере одним соедин ющим его с колбой капилл рным каналом, герметизированным на одном конце и вскрываемым в момент зажигани  лампы. Калилл рньш канал размещен тангенциально по отношению к стенкам колбы, обеспечива  распространение газообразного окислител  по касательной к стенкам колбы.

В качестве приспособлени  дл  вскрыти  герметичного отсека лампы-вспышки использовано устройство зажигани  горючего материала, выполненное в виде окружающей капилл рный канал спирали накаливани , в качестве горючего материала - мелко размельченный твердый материал и газообразное вещество из группы летучих предельных углеводородов, например бутан или пропан, с давлением 0,3-3 атм. В качестве окислител  использованы газообразные окислители из группы фтор , кислород , азот или их соединений между собой под давлением 10-100 атм. При использовании в качестве окислител  фтора в отсек ввод т добавку осушенного фтористого водорода в количестве 4-8 вес. %. Во всех рассмотренных конструктивных вариантах лампа вьшолнена с рабочими объемами герметичного отсека и колбы, относ щимис  между собой, по крайней мере, как 1:10, а колба лампы снабжена, по меньшей мере, одним каналом, соедин ющим ее внутренний объем с окружающим пространством, вьшолненным со стороны противоположной размещению герметичного отсека, с окислителем.

Вьшолненные в соответствии с изобретением химические лампы-вспыщки обладают сзш1ественными преимуществами; сохран ют работоспособность при тe шepaтype окружающей среды, существенно превышающей температуру начала окислени  и воспламен емости горючего материала, за счет устранени  контакта последнего с окислителем в процессе хранени ; заполненные циркониевым горючим материалом лампы, изготовленные из стекла С-93-1, работоспособны до температурт 400 °С, а лампы из кварцевого стекла сохран ют работоспособность при температурах, достигающих 800 ° С; имеют улучшенные излучательные характеристики, в частности увеличенную удельную энергию излучени  и цветовую температуру при использовании более активных окислителей но сравнению с кислородом, таких как фтор и его соединени  с кислородом и азотом; упрощаетс  технологи  изготовлени  ламп и улучшаютс  услови  труда при работе с токсичными окислител ми за счет существующей возможности заполнени  ампул или отсеков ламп-вспышек указанными окислител ми в производстве, изолированном от линии механизированной сборки; обладают повышенной безопасностью эксплуатации за счет отраничени  наход щегос  под высоКИМ давлением окислител  в герметичном отсеке, более прочном по сравнению с колбой лампы.

Некоторые возможные варианты использовани  химических ламп-вспышек в соответствии с изобретением иллюстрируютс  на следующих чертежах,

На фиг. изображена лампа-вспышка с заполненным окислителем цилиндрическим отсеком, окруженным горючим материалом; на фиг. 2 - миниатюрна  лампа-вспышка со стекл нным в виде шара отсеком с окислителем на токовводах устройства зажигани ; на фиг. 3 - лампа-вспышка с размещенным в цоколе отсеком с окислителем: на фиг. 4 - лампа-вспышка с открытой колбой и тангенциальным вводом газообразного окислител  в нее; на фиг.,5 - разрез А-А на фиг. 4.

Изображенные на фиг. 1 - 5 варианты конструкций химических ламп-вспышек содержат колбу из оптически прозрачного материала, npeRMjmeciBeHно из стекла типа С-93-1 или кварцевого стекла, заполненную горючим материалом, герметичный отсек с газообразным окислителем, приспособление дл  вскрыти  упом нутого отсека, выполн юшие одновременно функции устройства дл  зажигарш  горючего материала в лампе, и доколь, пре.цназначенный дл  механического закреплени  лампы в осветительной аппарат ре и подключени  ее к источнику электрического тока.

В показанной на фиг. 1 лампе-вспышке с цилиндрической стекл нной колбой 1 герметивдый отсек 2 вьшолнен в виде стекл нной ампулы цилиндрической формы и размешен в ее центральной части так, что его стенки параллельны стенкам колбы и образуют в.месте с ней кольцевое просгранство , откачанное до высокого вакуума ( - Ю - 10 мм рт. ст.) и заполненное мелко размельченным твердым горючим материалом 3, напри.мер спутанным в клубочки тонкими полосками фольги алюмини , магни , циркони , гофни , тори , ;тибо литием, натрием, калием, бериллием, магнием, кальцием. Отсек 2 заварен в колбе вблизи кольцевого буртика, сопр гаемого с цоколем 4 лампы. В нижней части отсека 2 имеетс  выведенный из колбы штенгель 5, предназначенный дл  заполнени  его внутреннего объема в процессе производства ламп газообразным окислителем, например кислородом, под давлением 10-50 атм или соединени ми кислорода и азота с фтором, такими как ОРз, NFj, Nj р4 под давлением, достигающим 15 атм. С противоположной стороны отсека 2 имеетс  капилл рный канал 6, вскрьшаемый в момент зажигани  лампы и соедин ющий его внутренний объем с объемом колбы I. Канал 6 герметизирован подход шим стеклом или сплавом и окружен спиралью накаливани  7 из вольфрама или вольфрам-рениевого сплава, выполн ющей при пропускашш электрического тока по ней функци приспособлени  ОЛ  вскрыти  герметичного отсека и  вл юшейс  одновременно устройством зажигани  горючею материала . Спираль накаливани  7 на противоположных концах электрически соединена посредством проводников 8 из Ц 1ркони  или титана и токовволов 9. вьтолненных, HanpiiMep, из никелированного платинита с колпачком и установленным на изол тор 10 вьшо.вдм 11 цокол  4 , сое.:шненного с колбой 1 при полтоши мастики. Прово.оники 8 могут быть нанесены непосредственно на стенки отсека 2 в виде полосок и сварены с конца.ми спирали накаливани  и токоьводами.

После.аовательность операций изготовлени  ламп состоит: в создании стекл нной цилиндрической ампулы-отсека 2 с капилл рным каналом 6 и штенгелем 5; в герметизаш1и указанного канала, монтажа на нем спира.ли накаливани  7 с поджигаюшей пастой и проводников 8 с токоввода.ми 9: В создагии колбы с расширенным штешеле.м в кзтю.чьной части и открытой с противоположной стороны; в размешении в ней и заварке в зоне кольцевого буртика колбы упом нутого отсека с токовводами 9, выход шими из лампы; в наполнении отсека 2 газообразным, окислителем через штенгель 5 с применением, например, метода глубокого вымораживани  и заварке указанного штенгел ; в подсоединении токовводов 9 и монтажа цокол  4 лампы-вспышки; наполнении колбы 1 горющм материалом через расгпиренный штеюель в купольной части по известной технологии; в откачке колбы и заварке иггенгел  12, покрытии колбы эластичной пленкой, например, на основе триацетатцеллюлозы , предотврашаюшей разлет осколков при разрушении лампы во врем  вспышки.

В отличие от описанной в миниатюрной naNfflc -BcnbiujKC. изображенной на фиг. 2, предварительно изготовлеиньи и заполненный газообразным окислителем, например кислородом под давлением , достигаюшим 100 атм, герметтный отсек 13 в виде шара, выполненный преимущественно из стекла тгата С-93-1, механически закрепл ют внутри колбы 14 на токовводах 15 из никелированного платинита, выведенных наруж} из колбы лампы . Окр жаюша  капил.л рньп канал 6 спираль накаливани  7 электрически соедин етс  со свободными конца ш несуших шаровой отсек токовводов 15 перед тем, как последние заваривают в формованном из стекла цоколе 16 лампы. Нанесение поджигающей пасты на указаную спираль и заполнение лампы горючим материалом осуществ .ч етс  одним из известных способов.

Claims (4)

1. В показанной на фиг. 3 хилшческой лампе- вспьцпке увеличенной мошности герметичный отсек 17 с окислителем смонтирован в ее цоколе 18. Последний при этом герметизирует шаровую колбу 19с горючим веществом и одновременно механически удерживает отсек в корпусе . Отсек 17 вьшолнен из металла или сплава с высокими прошостными характеристиками, например из хо- ,54 лодно прокатанной стали или сплава типа монель- металл, что обеспечивает возможность сохранени  газообразного окислител  под высоким давлением, достигающим 100 атм, в относительно большом объеме ( см) и при высоких температурах (400° С и выше). При использовании в качестве окислител  фтора , а также некоторых его летучих соединений с кислородом и азотом, если лампа предназначена дл  эксплуатации при повышенных температурах (до 400 ° С), целесообразно герметичный отсек покрывать изнутри слоем меди, никел  или алюмини , образующих в реакции с фтором устойчивые, не подверженные дальнейшему окислению поверхностные пленки фтористых соединений, зашищающих стенки отсека от разъедани . Устойчивость стенок отсека к длительному воздействию фтора при повышенных температурах еще более повышаетс  при введении в герметичный отсек добавок осушенного фтористого водорода в количестве 4-8 вес. %. Приспособление дл  вскрыти  отсека 17 и зажигани  описываемой лампы представл ет собой (см. фиг. 3) пр мую нить накала 20, вставленную в капилл рный канал 21, герметизированную в нем подход щим припоем с т.пл. 400-600° С или другим известным способом и электрически соединенную посредством циркониевой или титановой полости 22 с токоподводом 23, герметизированным в колбе 19 из кварцевого стекла. Корпус герметичного отсека 17 электрически соединен с цоколем 18, что позвол ет подводить электрический ток к нити накала 20, подключенной к токоподводу 23, при зажигашш лампы. Изображенна  на фиг. 4 и 5 химическа  лампа-вспышка в отличие от предыдущей снабжена двум  соедин юшими отсек 24 с трубчатой колбой 25 капилл рными каналами 26 одинаковой конструкции, ориентированными тангенциально по отношению к стенкам колбы 25 и обеспечиваюшими распространение газообразного окислител  по касательной к ним. Кроме того, лампа снабжена по крайней мере одним каналом 27, диаметр которого не превышает обычно 1/4 диаметра колбы и который соедин ет ее внутренний объем с окружающим пространством . Канал 27 выполн ют со стороны, противоположной размещению герметичного отсека с окислителем , и после заполнени  колбы размельченым горючим материалом закрывают защитным колпачком 28 или защитной органической пленкой, вскрываемым при повыщении давлени  в колбе в момент вспышки. Приспособление 29 дл  вскрыти  отсека и зажигани  лампы практически не отличаетс  от описанного приспособлени  дл  лампы, изображенной на фиг. 3, и представл ет собой две нити накала (дл  каждого капилл рного канала 26), выведенные из колбы и электрически соединеные с колпачком цокол  30. При этом металлический отсек 24 изолирован от упом нутого посредством стенок ножки колбы и кремнийорганической смолы или сло  31 термостойкого цемента. Одновременно он электрически соединен с посаженным на изол тор 32 выводом 33 цокол  лампы, обеспечива  подключение нитей накала приспособлени  29 к источнику электрического тока. При использовании в описанных лампах в качестве горючего материала мелко измельченного циркони  или гафни , а в качестве окислител  фтора и его соединений с кислородом и азотом целесообразно вводить в колбу лампы газообразное горючее вещество, выбранное из летучих предельных углеводородов, например бутана или пропана, в количестве 0,3-3 атм. Благодар  восстановительным свойствам углеводородов и отсутствию окислител  в колбе лампы работоспособны вплоть до температур, достигающих °С. Одновремено обеспечиваютс  известные преимущества, св занные с увеличением скорости горени  упом нутых металлов, сохранением длительности вспышки и возрастанием световой энергии. Герметичный отсек всех вариантов конструкций лалш-вспыщек заполн ют газообразным окислителем, выбранным из фтора, кислорода, азота или их соединений, под давлением 10-100 атм, значительно перевышаюидам давление окислител  в известных лампах, что существенно улучшает излучательные и временные параметры реакции горени . Принцип действи  предложенных ламп-вспышек состоит в следующем. При подключении ламп в маломощную электрическую цепь нить накала разогреваетс  и вскрывает капилл рный канал отсека с газообразным окислителем, наход щимс  под высоким давлением , обеспечива  быстрое поступление его в колбу с более низким начальным давлением. Одновременно или с некоторой задержкой во времени происходит воспламенение горючего материала в колбе, инициируемое в р де случаев (при использовании менее активных окислителей и при низких температурах) с помощью поджигающей пасты, наносимой на нить накала и разбрызгивающейс  в колбе в момент контакта с окислителем и зажигани . Принцип действи  ламп, показанных на фиг. 1, 4 и 5, практически не отличаетс  от описанного , за исключе1шем того, что газообразный окислитель после вскрыти  отсека и зажигани  горючего материала поступает в колбу по касательной к ее стенкам. Таким образом создаетс  пограничный (пристеночный) слой более холодного газа, уменьщающий тепловое воздействие реакции горени  на колбу. Повыщение давлени  в колбе и тепловое воздействие в момент вспьтцгки способствуют разрушению защигного колпачка, герметизирующего канал лампы, соедин ющей ее внутренний объем с окружающим пространством. При этом газообразные продукты горени  частично удал ютс  из колбы через указанный канал, благодар  чему уменьшаетс  давление и исключаетс  разрушение колбы. Эта лампа предпочтительна дл  эксплуатации в услови х высокого вакуума, например в космическом пространстве. Химические лампы-вспышки, изготовленные в соответствии с изобретением, имеющие рабочий объем колбы 12 см, наполненный дирконием в количестве 160 мг, и объем размещенного в колбе герметичного отсека -- 2 см с кислородом под давлением 40 атм, генерируют вспышки с энергией 1,0 кДж и длительностью 30 мс на уровне 0,5 от пиковой силы света. Лампа-вспышка работоспособна при окружающей температуре в пределах от -60 до+400° С. Формула изобретени  1.Химическа  лампа-вспышка, содержаща  оптически прозрачную колбу с цоколем, заполненную горючим материалом, газообразный окислитель и устройство дл  зажигани  горючего материала в атмосфере указанного окислител , отличающа с  тем, что, с целью обеспечени  работоспособности лампы при температуре окружающей среды, превышаюшей температуру начала окислени  и воспламен емости горючего материала , улучшени  излучательных и временных характеристик лампы, а также упрошени  технологии ее изготовлени  при использовании токсичных окислителей, внутри лампы размешены, по меньшей мере один герметичный отсек, заполненный окислителем под более высоким давлением по сравнению с остаточным давлением в колбе, и приспособление дл  вскрыти  указанного отсека и соединени  его внутреннего объема с колбой в момент зажигани  горючего материала в колбе лампы. 2.Лампа-вспышка по п. 1, отличающа с  тем, что герметичный отсек вьщолнен в виде цилиндрической ампулы, размещенной в центральной части колбы и,по крайней мере, частично окруженной горюшм материалом. 3.Лампа-вспышка по п. 1, отличающа с  тем, что герметичный отсек выполнен в виде щара и механически закреплен внутри колбы на токовводах устройства зажигани . 4.Лампа-вспышка по п. 1, отличающа с   тем, что герметичный отсек смонтирован на доколе лампы. 5.Лампа-Еспыщка по о 1-4, отличающа с тем, что герметичный отсек изготовлен из металла или сплава с высокими прочностными характеристиками , например из холодно прокатанной стали или сплава типа монель-металл. 6.Лампа-вспышка поп 1-5, отличающа с тем, что герметичный отсек внутри покрыт слоем меди или никел , устойчивых к длительному воздействию фтора и его летучих соединений. 7.Лампа-всг11 1111ка ii(Mi;i. 1- п. о i л и :u() in а   с   тем, что гермс1ичи1)1Й огсск oiiiiuvKcii iin Mciibiiieii мере одним сое.чин юшнм ein с колбой капилл рным каналом, герметизирс ваиным на одном колпе и вскрьгааемым в MOMCHI зажш :1ни  лампы. 8.Лампа-вспышка по пп. 1-7, от л ича юша   с  тем, что, с целью обеспечени  распространени  газообразного окислител  по касательной к стенкам колбы, капилл рный канал размешен тат енциально по отношению к стенкам колбы, обеспечива  распространение газообразного окислител  по касательной к стенкам колбы. 9.Лампа-вспышка по гш. 1-8, о т л и ч а ю uz а  с   тем, что в качестве приспособлени  дл  вскрыти  герметичного отсека использовано устройство зажигани  горючего материала, выполненное в виде окружаюшей капилл рный канал спирали накаливани . 10.Лампа-вспышка по пп. 1-9, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что в качестве горючего .материала использован мелко размельченный твердьп материал и газообразное вещество из группы летучи.х предельных углеводородов, например бутан, с давлением 0,3-3 атм. 11 Лампа-вспышка по пп. 1-10, о т л и ч а ю ш а  с   тем, что в качестве окислител  использованы газообразные окислители из группы фтор , кислород , азот или их соединений между собой под давлением 10-100 атм. 12. Лампа-вспышка по пп. 1-Ю,от личаюш а с   тем, что в качестве окислител  использован фтор с добавкой осушенного фтористого водорода в количестве 4-8 вес. 7(. 13.Лампа-вспышка по пп. 1-12, отличаюша с   тем, что лампа вьшолнена с рабочими объемами герметичного отсека и колбы, относ щимис  по меньшей мере как 1:10. 14.Лампа-вспышка по п. 1, отличающа с  тем, что колба лампы снабжена по меньшей мере, одним каналом, соедин ющим ее внутренний объем с окружающим пространством, выполненым со стороны, противоположной размещению герметичного отсека с окислителем. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.М. La Toison Technigue et carateristigues des lamp flash Revue Generale de lulecticite 77, №9, 880-885, 1968.
2. 2.L. M. Nijiand, I. Schroder. Generation of light by fluorine reactions in flash lamps Philips Res, Repts, 21,304-321, 1966.
3. 3.L.M. Nijiand. The generation of light by chemical reactions in flash lamp 12th Sympos (Internat), Combust, Pointiers 1968, e. 224-226.
4. 4. Патент США № 3301021, кл. 67-31, опубл. 31.01.67 (прототип).

   Фиг.-/

   22

   17

   18

   Фиг.2

   Фиг.З

   /2.5

   ФигЛ

   К-А

   Фиг.5