Газоразрядная лампа высокого давления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПА 1 ЕНУУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет - (32) 05. 06. 78 Н 01 1 61/20 ркударетеоевИ квинтет С 0 сР вв лелея взебретенва к еткрытвйДата опубликования описания 07,05.82. Иностранцыниел Иайкл Кэр и Вильям Гаро(СЮА) ностранная фирмаал Электрик Компа(71) Заявите 54) ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА ВЫСОКДАВЛЕНИЯ,е могут р ностью по ы высокои мольшими длядомах или по ее,я це Изобретение относится к газоразрядным лампам высокого давления с разрядом в парах металлов,содержащим заполнение из ртути игалогенидов металлов, в частностик достижению высокой эффективностив лампах 250 Вт или мен которыемогут использоваться дл лей общего освещения.Газораэрядные лампы высокого дав- Оления работают посредством испарения ртути и выбранных галогенидовметаллов и часто просто называютсягалогенид-металлическими лампами,даже если заполнение лампы содержит 15ртуть, а также один или более из галогенидов металлов. Галогенидные лампы высокой мощности, которые достигают относительно высокой эффективности, являются известными в данной области техники,Известны галогенид-металлическиелампы 1000 Вт, имеющие среднюю первоначальную эффективность порядка119 лм/Вт 111. И Известны 500-Вт галогенид-металлические лампы, которы аботать со световой эффектив рядка90 лм/Вт Г 2 .Однако эти ламп ощнос ти являются слишком б целей общего освещения в им добных местах.Наиболее близкой к предлагаемой является галогенид-металлическая лампа 250 Вт, которая достигает световых эффективностей в диапазоне только от 60 до 70 лм/Вт ГЗ 1.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 использоваться для общего освещения в доме вместо ламп накаливания или флуоресцентных ламп, не являются еще коммерчески доступными.927133 Дг Составитель В. Горчановаедактор М. Ткач Техре С. Мигунова Корректор. С.Ше Заказ 3025/50 Тираж 75 Под ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Косква, Ж, Раушская наб., д. Фисное илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. роектная,9271 3Цель изобретения состоит в том,чтобы обеспечить галогенид-металлические разрядные лампы высокого давления малых или промежуточных мощностей (т.е. 250 Вт или менее) и имеющихболее высокую световую эффективность,чем представлялось возможным до сихпор.Поставленная цель достигаетсятем, что в газоразрядной лампе высокого давления мощностью не более250 Вт, содержащей разрядную камеруиз термостойкого светопропускающегоматериала, имеющую форму эллипсоида,сфероида и т,д., заполненную ртутьюи галогенидами металлов и размещенную внутри оболочки иэ светопропускающего материала, и электроды, установленные с помощью герметичныхуплотнений на противоположных концах камеры, камера выполнена с толщиной стенок, не превышающей 1,5 ммимеет отношение длины к диаметру(Х/Р) в диапазоне от 0,9 до 2,5, факь,то введения электродов у, равныйлежит. в пределах 0,1-0,6, телесный угол а составляет менее 103дуговая нагрузка находится в диапазоне от 60 до 150 Вт/см, а нагрузкастенок - в диапазоне от 10 до35 Вт/см,где Х - длина разрядной камеры;расстояние между вершинамиэлектродов;ы- телесный угол, образованныйдвумя лучами, исходящими иэцентра разрядной камеры сгерметичными уплотнениями,измеренный в процентах по отношению к полному телесномууглу, окружающему центр дуга- фОвой камеры,Предпочтительно дуговая камераимеет форму эллипсоида, отношениеХ/О лежит в диапазоне от 1,5 до2,5, нагрузка стенок - в диапазонеот 10 до 25 Вт/см , дуговая нагузкав диапазоне от 100 до 150 Вт/см , ателесный угол ю составляет 1,Газоразрядная лампа мощностью неболее 70 Вт имеет разрядную камерус объемом менеесм , отношениеХ/О лежит в диапазоне от 0,9 до 2,5,нагрузка стенок лежит в диапазонеот 60 до 120 Вт/см а телесный уголсоставляет менее 7 ь. 55На Фиг, 1 и 2 представлены графики, показывающие влияние введенияэлектрода на цветовую температуру и световую эффективность; на фиг. 3 - принципиальная конструкция снабженной защитной оболочкой галогенидметаллической лампы 250 Вт, воплощающей предпочитаемый вариант; на фиг. 4 - галогенид-металлическая лампа 70 Втлишенная 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, вес1: йа 84, 5 с 1 Ъи ТЬ4 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, которыепривариваются 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 11 состоит в расширении и осадке с укорочением относительно тонкостенной трубки из кварцевогостекла во время нагрева до состояния пластичности, и вращения в двухпат 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 З 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 делается на профилях из молибде 35 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 зажиманиемГазоразрядная лампа 250 Вт Известная Предлагаемая Показатели 68,5 2,2 4,6 3 0 2,0 3,0 Х/Д Дуговая нагрузка, Вт/смДлина дуги (1.), смДлина дуговой камеры (Х), смДиаметр (О), см 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,цтобы уменьшить задержку излученияили поглощающее поперечное сечениена концах лампы и сводить к минимумутепловые потери через уплотнения.При оболочке 1 лампы 250 Вт (Фиг. 1и 6) пространственный угол д. , стягиваемый каждым концевым уплотнением12 и 13, составляет примерно 0,3пространственногд угла в центре оболочки 1. Другими словами, концевыеуплотнения 12 и 13 имеет такую пло." щадь поперечного сечения, что общаяплощадь теней 21 (Фиг, 6), бросаемых концевыми уплотнениями на поверхность воображаемой сферы 22, окружающей лампу, составляет только 0,6 Жобщей 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 20 Вт предлагаемой конструкции и известных. Таблица927133 Продолжение табл, 1 Показате азоразрядная лампа 250 В Известная Предлагаемая ктор введения (У) ф 27 ч,8 2,Внешняя излучающая исм,Объем, смадь,9 7,0 Световаялм/Вт ивность 105 6.30 050 28 отность ртути, мг 7,2 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 улучше- з ния световой эффективности, конструк. ция предлагаемой лампы показывает улучшение в поддержании светового по" тока. Галогенид номиналом мо позицией 2 ч мера, в осн идальной, а ртуть, МаЗ,троды из во уплотняютсяюрных эллипсоидальных ламп 1 араметры мин Газоразрядная лам Показате т 30 В 6-металлическая лампа с щности 70 Вт показана (фиг. 1), Дуговая каовном, является эллипсозаполнение содержит цсЗ, Т 1 и аргон. Элек льфрамовой проволоки 25 в оболочке через узкие Дуговая нагрузка, Вт/сДлина дуги (1.), см 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 отпай" ки штенгеля. Не имеется никакого вспо могательного пускового электрода и также не имеется никакого теплоотображающего покрытия.Соответствующим пересчетом параметров лампы (фиг. Й) в сторону уменьшения ее .размеров может обеспечиваться галогенид-металлическая лампа .30 Вт с эллипсоидальной дуговой камерой. Детали физического порядка и параметры для ламп 70 и 30 Вт с эллипсоидальными дуговыми камерами даются в табл, 2.Таблица 210 927133 Продолжение табл. 2 е е е е ввГаэоразрядная лампайье ав юа е а и еаПоказатели 0 Вт 30 Вт Диаметр (О), см 0,7 1,3 Х/Д 0,47 фактор введения (У) 0,31 Внешняя излучающая площадь, см 3,9 0,066 0,33 18 5,6 Световая эффективность, лм/Вт 100 106 3.480 7,000 Люмены 11,6 2,5 398 35,2 Таблица 3 Газоразряднаялампа Показатели 30 Вт 100 03 0,6. 0,6 Диаметр (О), см 1./О Объем, смНагрузка стенок, Вт/смТелесный угол,Загрузка ртутью (Н 9), мг Плотность ртути (Н 9), мг/см фСветовые эффективности обеих ламп малой мощности не только являютсявысокими в абсолютных выражениях,эз но поистине являются изумительными для их размера. Световая эффективность лампы 70 Вт на уровне 100 лм/Вт 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 106 лм/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 ни" же 100 Вт ранее считались невозможМ ными.ЪДругая 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 частивольфрамовой проволоки, соединяемыес вводными проводами 31, имеющимипластинчатые части 32 в узких шейках. Другие детали физического порядка и параметры для этой лампыдаются в табл. 3, которая приводит"ся ниже. Дуговая нагрузка, Вт/смДлина дуги (1.) см Длина дуговой камеры (Х),см39,.1 В оптимизированной конструкции лампы. используются самые миниатЮрные практически возможные концевые уплотнения и выбираются размерное35 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 осуществить45 требуемое изменение в ее работе такое, как понижение цветовой температуры обращением к концевым покры 1тиям незначительного размера. Это может иллюстрироваться следующим далее50 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 цвето 55 вой температуре 4500 К, а ее концевые уплотнения вместе стягивают примерно Я телесного угла в центре 3312дуговой 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, совместностягиваемого 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 основнор не превышает примерно 15 ВТ/см , Это было более высоким показателем, чем потолок в 10 ВТ/см , в основном, приниОмаемый для ртутных ламп(т.е, ламп с заполнением из ртути без какого- либо 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 ограничивается 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 нагр,зки стенок за пределами 15 Вт/см могут использоваться в галогенид-металлических 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 большеее первоначальной формы под действием нагрузки внутреннего давления и это ограничение зависит от толщины стенок. Однако фактически все желаемые резуль" таты могут быстро получаться с оболочками из тонкостенного кварцевого 0 стекла при нагрузках менее 35 Вт/см в силу чего представляется возможным получать конструкции, имеюЩие 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 размеценную 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 .све 2713314товой эффективности, камера выполнена с толщиной стенок, не превышающей1,5 мм, имеет отношение длины к диаметру (Х/О) в диапазоне от 0,9 до2,5, фактор введения электродовравный , лежит в пределах О,1.0,б,телесный угол со составляет менее10, дуговая нагрузка находится вдиапазоне от 60 до 150 Вт/см, а на 1 О грузка стенок - в диапазоне от 10до 35 Вт/смгде Х - длина разрядной камеры;- расстояние между вершинамиэлектродов;15 Ю - телесный угол, обоазованный. из центра разрядной камерыс герметичными уплотнениями,измеренный в процентах по от 20 ношению к полному телесномууглу, окружающему центр дуговой камеры.2. Газоразрядная лампа по и. 1,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что2 камера имеет форму эллипсоида, отношение Х/О лежит в диапазоне от1,5 до 2,5, нагрузка семок в диапазоне от 10 до 25 Вт/см , дуговаянагрузка в диапазоне от 100 дозо 150 Вт/см , а телесный угол щ составляет 1 Ф.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 , отношениеХ/О лежит в диапазоне от 0,9 до2,5, нагрузка стенок - в диапазонеот 60 до 120 Вт/см, а телесный уголсоставляет менее 7 Ф.40 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США М 3896326)кя. 313"220, 1975.2. Патент США Н 3645506,кл. 313"220, 1974.3. Патент Японии Р 46-21433,кя. 93 О 221, опублик. 17.06 71