Газоразрядная лампа высокого давления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Соцнаяисткческих

Ресяублкк (») 927133 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 05.07.78 (21) 26З8759/24-07 (51) М. Кл.

Я (23) Приоритет - (32) 05. 06. 78

Н 01 J 61/20

1Ьеудеретееай квинтет

ССЕР вв лелея взебретенва к еткрытвй (31) 912628 (33) С 1А

Опубликовано 07/582, Бюллетень 1) в 17 (53) УйК 621.327, (088. 8) Дата опубликования описания 07.05.82 (72) Авторы изобретения. Иностранцы

Даниел Иайкл Кэр и Вильям Гарольд Л (СФА) Иностранная фирма

"Дженерал Электрик Компани" (СВА) (71) Заявитель (54) ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА ВЫСОКОГО.

ДАВЛЕНИЯ, Изобретение относится к гаэоразрядным лампам высокого давления с разрядом в парах металлов, содержащим заполнение из ртути и галогенидов металлов, в частности к достижению высокой эффективности в лампах 250 Вт или менее, которые могут использоваться для целей общего освещения.

Газораэрядные лампы высокого давления работают посредством испарения ртути и выбранных галогенидов металлов и часто просто называются галогенид-металлическими лампами, даже если заполнение лампы содержит 15 ртуть, а также один или более из галогенидов металлов. Галогенидные лампы высокой мощности, которые достига ют относительно высокой эффективности, являются известными в данной об- 20 ласти техники.

Известны галогенид-металлические лампы 1000 Вт, имеющие среднюю первоначальную эффективность порядка

119 лм/Вт 111. И

Известны 500-Вт галогенид-металлические лампы, которые могут работать со световой эффективностью порядка

90 лм/Вт !2g.

Однако эти лампы высокой мощности, являются слишком большими для целей общего освещения в домах или им подобных местах.

Наиболее близкой к предлагаемой является галогенид-металлическая лампа 250 Вт, которая достигает световых эффективностей в диапазоне только от 60 до 70 лм/Вт f33.

Световая эффективность в меньших, мощностях галогенид-металлических разрядных ламп падает настолько сильно, что это делает их полностью практически неприменимым для применений общего освещения. Таким образом, галогенид-металлические лампы малой мощности, которые могут использоваraся для общего освещения в доме вместо ламп накаливания или флуоресцентных ламп, не являются еще коммерчески доступными.

9271

3

Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить галогенид-металлические разрядные лампы высокого давления малых или промежуточных мощностей (т.е. 250 Вт или менее) и имеющих более высокую световую эффективность, чем представлялось возможным до сих пор.

Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядной лампе высокого давления мощностью не более .250 Вт, содержащей разрядную камеру из термостойкого светопропускающего материала, имеющую форму эллипсоида, сфероида и т.д., заполненную ртутью и галогенидами металлов и размещенную внутри оболочки иэ светопропускающего материала, и электроды, установленные с помощью герметичных уплотнений на противоположных концах камеры, камера выполнена с толщиной стенок, не превышающей 1,5 мм имеет отношение длины к диаметру (Х/0) в диапазоне от 0,9 до 2,5, факь, то введения электродов у, равный лежит. в пределах 0,1-0,6, телесный угол иИ составляет менее 103, дуговая нагрузка находится в диапазоне от 60 до 150 Вт/см, а нагрузка стенок - в диапазоне от 10 до

35 Вт/см, где Х - длина разрядной камеры; расстояние между вершинами электродов; ы- телесный угол, образованный двумя лучами, исходящими иэ центра разрядной камеры с герметичными уплотнениями, измеренный в процентах по отношению к полному телесному углу, окружающему центр дуговой камеры.

Предпочтительна дуговая камера имеет форму эллипсоида, отношение

Х/D лежит в диапазоне от 1,5 до

2,5, нагрузка стенок - в диапазоне от 10 до 25 Вт/см, дуговая нагрузкав диапазоне от 100 до 150 Вт/см, а телесный угол оз составляет 13.

Газоразрядная лампа мощностью не более 70 Вт имеет разрядную камеру с объемом менее см, отношение

Х/О лежит в диапазоне от 0,9 до 2,5, нагрузка стенок лежит в диапазоне от 60 до 120 Вт/см, а телесный угол составляет менее 7ь. 55

На фиг. t и 2 представлены графики, показывающие влияние введения электрода на цветовую температуру и

33 4 световую эффективность; на фиг ° 3— принципиальная конструкция снабженной защитной оболочкой галогенидметаллической лампы 250 Вт, воплощающей предпочитаемый вариант; на фиг. 4 - галогенид-металлическая лампа 70 Вт лишенная защитной оболочки; на фиг. 5 - лишенная защитной оболочки 30- ваттная галогенид-металлическая лампа 30 Вт; на фиг. 6 - схематическое иэображение, которое иллюстрирует телесные углы, стягиваемые уплотнениями на концах лампы, показанной на фиг. 3, по отношению к полному телесному углу, окружающему центр лампы.

Лампа содержит дуговую камеру (фиг. 2), определяемую в пределах внутренней оболочки 1, из тонкоствнного кварцевого стекла, поддерживаемую внутри внешней стеклянной оболочки, или защитной оболочки 2. Подходящее заполнение для внутренней оболочки 1 содержит 28 мг ртути и 50 мг . соли галоидоводородной кислоты, состоящей, вес.l: Na 84, Sc> 1Ъи

Thj 4 4 плюс инертный пусковой гаэ такой как аргон или ксенон. Внутренняя оболочка имеет внутренний объем

0,39 см .

Внешняя защитная оболочка 2 снабжена на нижнем конце проходным штенгелем 3,.через который проходят относительно жесткие вводные провода 4 и 5, соединяемые их внешними. концами с электрическими контактами с обычным винтовым цоколем, а именно снабженной винтовой. резьбой 6 и торцовым контактом 7. Внутренняя оболочка 1, обычно называемая дуговой трубкой, даже в том случае, если ей придается форма, подобная эллипсоиду, а не трубки, подвешивается внутри защитной оболочки между длинной боковой ножкой 8 и короткой ножкой 9, которые привариваются к вводным проводам 4 и 5. Пространство 10 внутри внешней - защитной оболочки — заполняется азотом под давлением 0,5 атм, однако, если желательно, может вакуумизироваться для того, чтобы уменьшить тепловые потери от дуговой трубки.

Внутренняя оболочка или дуговая трубка 1 делается иэ тонкостенного кварца (т.е, толщиной менее 1,5 мм) или кварцевого стекла, а разрядное пространство или дуговая камера по существу является.эллипсоидальным.

5 9271

Таковое может рассматриваться в качестве образуемого вращением эллипса вокруг продольной оси лампы, которая представляется вертикальной на фиг. 3. Один путь образования колбовой части ll состоит в расширении и осадке с укорочением относительно тонкостенной трубки из кварцевого

° стекла во время нагрева до состояния пластичности, и вращения в двухпат- 1р ронном токарно-шлифовальном станке для обработки стеклянных изделий.

Части шеек 12 и 13 могут получаться аналогичным образом предоставлением возможности кварцевой трубке образовывать шейки под действием поверхностного натяжения. Толщина стенок и форма колбы могут регулироваться путем координации степени и места на" грева, и скорости расширения, или образования шейки.

Предпочитаются вольфрамовые прово-. лочные электроды 14 и 15, имеющие их периферические концы, свернутые в открытые петли, как это иллюстрирует- gy ся . Электроды 14 и 15 монтируются в противоположных концах дуговой трубки и проходят от вводных проводов, содержащих промежуточные профили из молибденовой фольги 16 и 17, которые в свою очередь соединяются внешними вводными частями 18 и 19 с боковой ножкой 8 и опорной ножкой 9 со-. ответственно. Герметические уплотнения делаются на профилях из молибде35 новой фольги 16 и 17, которые смачиваются нагреваемым до состояния пластичности кремнеземом во время операции уплотнения. В это время расплавленный, кремнезем может запрессовываться к профилям применением вакуума, механическим зажиманием

Газоразрядная лампа 250. Вт

Известная Предлагаемая

Показатели

68,5

115

3ÄZ

2,2

4,6

3,0

2,4

L/D

2,0

3,0

Х/Д

Дуговая нагрузка, Вт/см

Длина дуги (1 ), см

Длина дуговой камеры (Х), см

Диаметр (О), см

33 S или применением обоих средств. На" полнение или зарядка вводится в обо" лочку .через боковой штенгель, кото" рый затем отпаивается в позиции 20.

Представляющие шейки части, или иллюстрируемые концевые уплотнения

12 и 13, образованы под воздействием вакуума и являются цилиндрическими, как это показано на фиг. 6. Уплотнения 12 и 13 образуются с малой пло" щадью поперечного сечения с тем, чтобы уменьшить задержку излучения или поглощающее поперечное сечение на концах лампы и сводить к минимуму тепловые потери через уплотнения.

При оболочке 1 лампы 250 Вт (фиг. 1 и 6) пространственный угол d., стягиваемый каждым концевым уплотнением

12 и 13, составляет примерно О,ЗЖ пространственногд угла в центре оболочки 1. Другими словами, концевые уплотнения 12 и 13 имеют такую пло." щадь поперечного сечения, что общая площадь теней 2} (фиг. 6), бросаемых концевыми уплотнениями íà поверх ность воображаемой сферы 22, окружающей лампу, составляет только 0,6Ж общей площади поверхности сферы, если бы точечный источник света по" мещался в центре 23 этой оболочки.

В этом варианте воплощения уплотнения 12 и 13 и концы оболочки 1 полностью .свободны от теплосохраня" ющих покрытий. Таким образом, един" ственное ограничение света, которое происходит на концах оболочки, представляет собой маскирование, которое получается в результате наличия концевых уплотнении, В табл. 1 приведены сравнитель" ные данные для ламп 250 Вт предлагаемой конструкции и известных.

Таблица

927133

Продолжение табл, 1

Показатели

Фактор введения (Y) 0,20

0,27

14,8

22,0

6,8

3,9

17,0

0,6

105

26.300

20.500

4,6

7,2

Газоразрядная лампа

Показатели

70 Вт 30 Вт

Дуговая нагрузка, Вт/см 78

Длина дуги (L), см

0,45

0»9

Длина дуговой камеры (X), см 1,3

0,75

Внешняя излучающая площадь, см, Объем, см

Нагрузка стенок, Вт/см

Стяги ваемый прост ранственный угол, 3!

Световая эффективность, лм/Вт

Люмены

Загрузка ртутью (Hg), мг

Плотность ртути, мг/см

Табл. 1 показывает преимущества, получаемые применением предлагаемой галогенид-металлической лампой зр

250 Вт. Предлагаемая лампа имеет световую эффективность 105 лм/Вт в противоположность 82 лм/Вт в лампе предшествующего уровня развития техники в данной области. Кроме улучшения световой эффективности, конструк. ция предлагаемой лампы показывает улучшение в поддержании светового no" тока.

Галогенид-металлическа" лампа с 40 номиналом. мощности 70 Вт показана позицией 24 (фиг. 4). Дуговая камера, в основном, является эллипсоидальной, а заполнение содержит. ртуть, NaJ» ScJS ThJ4 и аргон. Элек троды из вольфрамовой проволоки 25 уплотняются в оболочке через узкие

Параметры миниатюрных эллипсоидальных л аэоразрядная лампа 250 Вт

Известная Предлагаемая

1 шейки 26. Электроды соединяются с вводными проводами 27, которые включают пластинчатые части 28, герметически уплотняемые в шейках. Дуговая камера продувается через одну из шеек перед герметизацией с тем, чтобы не оставалость никакой боковой отпайки штенгеля. Не имеется никакого вспомогательного пускового электрода и также не имеется никакого теплоотображающего покрытия.

Соответствующим пересчетом параметров лампы (фиг. 4) в сторону .уменьшения ее .размеров может обеспечиваться галогенид-металлическая лампа .30 Вт с эллипсоидальной дуговой камерой. Детали физического по-. рядка и параметры для ламп 70 и 30 Вт с эллипсоидальными дуговыми камерами даются в табл. 2. амп

Таблица 2

927133

Продолжение табл. 2 е е в

Гаэоразрядная лампа й

Показатели

o eT 30 Вт

Диаметр (О), см

0,35

0 7

L/О

1 3

2,1

1,9

Х/Д

0.47

Фактор введения (V) 0 31

1,2

Внешняя излучающая площадь, см 3„9

0,066

0,33

5,6

2,4

Световая эффективность, лм/Вт 100

106

3.480

7,000

Люмены

11,6

2 5

39,8

35,2

Таблица 3

Газоразрядная лампа

Показатели

30 Вт

100

0>3

0,6.

0,6

Диаметр (О), см

0 5

L/О

Объем, см

Нагрузка стенок, Вт/см

Телесный угол, Загрузка ртутью (Hg), мг

Плотность ртути (Hg), мг/см ф

Световые эффективности обеих ламп малой мощности не только являются высокими в абсолютных выражениях, 3$ но поистине являются изумительными для их размера. Световая эффективность лампы 70 Вт на уровне 100ëì/Âò превышает световую эффективность известной галогенид-металлической лампы 250 Вт, показанную,в табл. 1> на уровне 82 лм/Вт. Световая эффектив ность лампы 30 Вт на уровне 106лм/Вт значительно превышает световую эффективность приблизительно 80 мл/Вт известной галогенид-металлической лампы

175 Вт, в которой используется одина" ковый тип, заполнения. Световые эф-. фективности такого типа в галогенидметаллических лампах с номиналом ниже 100 Вт ранее считались невозмож56 ными.

Другая миниатюрная.галогенид-металлическая лампа с номиналом 30 Вт показана позицией 29 (фиг. 5) и со". держит сферическую дуговую камеру.

Для нее может использоваться тот же самый тип заполнения, что и для лампы, показанной на фиг. 4. Электроды 30 представляют собой части вольфрамовой проволоки, соединяемые с вводными проводами 31, имеющими пластинчатые части 32 в узких шейках. Другие детали физического порядка и параметры для этой лампы даются в табл. 3, которая приводится ниже.

Дуговая нагрузка, Вт/см

Длина дуги (1.) см

Длина дуговой камеры (X), см

11 9271

Продолжение табл. 3

Газораз рядная лампа

Показатели

30 Вт

1,0.Х/Д фактор введения (У) 0 5

Внешняя излучающая площадь, см

Объем, см

1

Нагрузка стенок, Вт/см

0,11

Телесный угол, 3

Световая эффективность, лм/Вт

Йомены

2. 550 25

8й рУзка ртутью (Hg) мг ф

Плотность ртути (Hg) мг/см

39,1

S оптимизированной конструкции лампы. используются самые миниатЮрные практически возможные концевые уплотнения и выбираются размерное

35 отношение дуговой камеры и другие параметры, которые рассматривались выше, так, чтобы достичь, требуемых рабочих состояний без прибегания к теплосохраняющим устройствам, или покрытиям, на концах лампы. Однако на практике может случиться так, что будет представляться более экономичным сохранить суцествующую конструкцию оболочки лампы и осуществить

45 требуемое изменение в ее работе такое, как понижение цветовой температуры обращением к концевым покры) тиям незначительного размера. Это может иллюстрироваться следующим далее

50 примером. Рассмотрим лампу с номиналом 35 Вт, имеющую эллипсоидадьную оболочку с размерным отношением Х/О около 2, которая иллюстрируется на фиг. 4. Эта лампа имеет световую, эффективность 115 лм/Вт при цвето55 вой температуре 4500 К, а ее концевые уплотнения вместе стягивают примерно 53 телесного угла в центре

33

12 дуговой камеры. Теперь допустим, что требуется получить аналогичную лампу с цветовой температурой, пониженной приблизительно до 3800 К. Это может делаться нанесением отражающих концевых покрытий вокруг уплотнений, которые будут увеличивать процентное отношение телесного угла, совместно стягиваемого уплотнениями и концевыми покрытиями, примерно до 103. Получающиеся в результате более горячие концы лампы направляют избыточную соль галоидоводородной кислоты далее от концов в направлении центральной части дуговой камеры. Это может понижать цветовую температуру примерно на 700 К и одновременно вызывать падение в световой эффективности приблизительно на 203. Таким образом, возможно получить новую лампу, имеющую требуемую цветовую температуру при световой эффективности порядка

92 лм/Вт. Эта лампа может полностью удовлетворить требования рыночного спроса, а расходы на реконструкцию оборудования, включающие новые формы для модифицированной конфигурации оболочки, исключаются.

В известных галогенид-металлических лампах,для которых применяются оболочки из кварцевого стекла, нагрузка стенок, в основно>, не превышает примерно 15 ВТ/см . Это было более высоким показателем, чем потолок в 10 ВТ/см, в основном, приниЯ маемый для ртутных ламп(т.е. ламп с заполнением из ртути без какоголибо добавления галогенидов металлов)

Однако более высокая нагрузка стенок полагалась необходимой для того, чтобы создавать достаточное давление паров добавляемых солей галогенидов металлов и реализовывать заметные выгоды от их присутствия. Срок службы галогенид-металлических ламп в значительной степени orpaHN÷èBàåòñÿ потерей натрия и/или увеличивающимся падением напряже" ния дуги в качестве функции рабочего времени. В основном, принималось, что их поддержание светового потока и срок службы ламп свойственно были хуже, чем у ртугных ламп.

Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что нагрузки стенок за пределами 15 Вт/см могут использоваться в галогенид-ме-. таллических лампах без каких-либо вредных влияний. Поддержание свето13 9 вого потока и срок службы предлагаемых ламп превосходят таковые обычных ламп, в которых применяются аналогичные составы галогенидов металлов. Фактически установлено, что нагрузки стенок вплоть до 35 Вт/см могут использоваться без внесения больших вредных изменений в поддержание светового потока при одновременном сдерживании потерь натрия и/или опускании повышения напряжения дуги до допустимых уровней. Практическим ограничением на нагрузку стенок теперь становится точка раз- мягчения кварца, или кварцевого стекла, при которой дуговая камера не сохраняет больше..ее первоначальной формы под действием нагрузки внутреннего давления и это ограничение зависит от толщины стенок. Однако фактически все желаемые результаты могут быстро получаться с оболочками из тонкостенного кварцевого стекла при нагрузках менее 35 Вт/см, в силу чего представляется возможным получать конструкции, имение свойственно более высокую световую эффективность, одновременно сохраняя преимущества тонкостенного кварцевого стекла.

Формула изобретения

1. Гаэоразрядная лампа высокого давления мощностью не. более 250 Вт, содержащая разрядную камеру из термостойкого светопропускающего материала, имеющую форму эллипсоида, сфероида и т.д., заполненную ртутью и галогенидами металлов и размещенную внутри оболочки иэ светопропускающего материала, и электроды, уста" новленные с помощью герметичных уп" лотнений на противоположных концах камеры, о т л и ч а ю щ а я с .я тем, что, с целью повышения ее .све27133

14 товой эффективности, камера выполнена с толщиной стенок, не превышающей

1,5 мм, имеет отношение длины к диаметру (Х/О) в диапазоне от 0,9 до

2,5, фактор введения электродов равный, лежит в пределах 0,1.

О,б,телесный угол см составляет менее

1ОФ, дуговая нагрузка находится в диапазоне от 60 до 150 Вт/см, а на10 грузка стенок - в диапазоне от 10 до 35 Вт/см, где Х - длина разрядной камеры;

L - расстояние между вершинами электродов;

1$ Ю - телесный угол, обоазованный . двумя лучами, исхрдящими . из центра разрядной камеры с герметичными уплотнениями, измеренный в процентах по отношению к полному телесному углу, окружающему центр дуговой камеры.

2. Газоразрядная лампа по и. 1, отличающаяся тем, что

2$ камера имеет форму эллипсоида, отношение Х/О лежит в диапазоне от

1,5 до 2,5, нагрузка стенок в диапазоне от 10 до 25 Вт/см, дуговая нагрузка в диапазоне от IOO до зе 150 Вт/см, а телесный угол М) составляет 13.

3. Гаэораэрядная лампа по и. 1, мощностью не более 70 Вт, о т л ич а ю щ а я с я тем что камера имеет обьем менее 1 см, отношение

Х/0 лежит в диапазоне от 0,9 до

2,5, нагрузка стенок - в диапазоне от 60 до 120 Вт/см, а телесный Угол составляет менее 7Ф.

40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3896326, кя. 313"220, 1975.

2. Патент США Н 3645506, кл. 313"220, 1974.

3. Патент Японии Р 46-21433, кя. 93 0 221, опублик. 17.06 71.

927133 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. роектная, Составитель В. Горчанова

Ре дактор M. Ткач Техре С. Мигунова Корректор. С.Шекмар

Заказ 3025/50 Тираж 75 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Косква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5