Безэлектродная высокочастотная лампа высокого давления
Владельцы патента RU 2416839:
Негосударственное научно-образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского союза научных и инженерных общественных организаций" (RU)
Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует безэлектродные высокочастотные лампы высокого давления. Безэлектродная высокочастотная лампа высокого давления содержит расположенную в зоне электромагнитного поля магнетрона шаровой, цилиндрической или иной формы горелку из оптически прозрачного материала, наполненную инертным газом и серой. Согласно изобретению предлагается: дополнительное введение в горелку безэлектродных высокочастотных ламп высокого давления галогенидов неактивного металла в количестве от 0,15 до 0,6 мкмоль/см3; дополнительное введение в горелку безэлектродных высокочастотных ламп высокого давления металлов III группы ПС элементов Менделеева в количестве от 0,1 до 0,8 мкмоль/см3, дополнительное введение в горелку безэлектродных высокочастотных ламп высокого давления редкоземельными металлами в количестве от 0,2 до 0,6 мкмоль/см3, а давление инертного газа составляет от 6,6 до 33,0 кПа. Технический результат - увеличение срока службы безэлектродных высокочастотных ламп высокого давления и повышение их световой отдачи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует безэлектродные высокочастотные лампы высокого давления.
Известна безэлектродная высокочастотная (ВЧ) лампа высокого давления, содержащая расположенную в зоне электромагнитного поля магнетрона шаровой, цилиндрической или иной формы горелку из оптически прозрачного материала, наполненную инертным газом и излучающими добавками (Патент США №4705987, кл.313-634, 1984).
В качестве излучающей добавки в указанном техническом решении - прототипе используется сера.
Описываемая лампа-прототип генерирует излучение в видимой области спектра (под воздействием на состав наполнения электромагнитного поля магнетрона) с диной волны 400-750 нм, т.е. практически во всей видимой области спектра. При этом спектр излучения серы в значительной мере повторяет кривую относительной световой эффективности глаза человека. Вследствие этого световая отдача этих ламп находится в диапазоне относительно высоких значений световой отдачи - 80-100 лм/Вт.
Недостатком лампы - прототипа является низкие по современным представлениям срок службы (до 1000 час) и световая отдача, как уже указывалось, 80-100 лм/Вт.
Объясняется это тем, что сера отрицательно влияет на состояние внутренней поверхности горелки из оптически прозрачного материала (чаще всего кварца), уменьшая коэффициент пропускания излучения в видимой части оптического спектра. Последнее, кроме уменьшения световой отдачи, приводит к перегреву горелки, а значит, к уменьшению срока службы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения являются увеличение срока службы безэлектродных высокочастотных ламп высокого давления и их световой отдачи.
Технический результат достигается тем, что в безэлектродной высокочастотной лампе высокого давления, содержащей расположенную в зоне электромагнитного поля магнетрона шаровой, цилиндрической или иной формы горелку из оптически прозрачного материала, наполненную инертным газом и излучающими добавками (в качестве излучающих добавок использована сера), в горелку лампы дополнительно введены галогениды неактивного металла, компоненты взяты в следующих количествах:
сера - от 0,05 до 2,0 мкмоль/см3;
галогениды неактивного металла - от 0,15 до 0,6 мкмоль/см3,
а давление инертного газа составляет от 6,6 до 33,0 кПа.
В горелку безэлектродной высокочастотной лампы высокого давления дополнительно могут "быть введены металлы III группы ПС элементов Менделеева в количестве от 0,1 до 0,8 мкмоль/см3.
В горелку безэлектродной высокочастотной лампы высокого давления дополнительно могут быть введены редкоземельные металлы в количестве от 0,2 до 0,6 мкмоль/см3.
В составе компонентов наполнения горелок ламп предполагаемого изобретения экспериментальным путем определены ингредиенты, которые позволяют в номинальном режиме работы лампы увеличить срок службы и световую отдачу безэлектродных высокочастотных ламп высокого давления.
Принцип работы безэлектродной высокочастотной лампы заключается в следующем. Горелка лампы располагается в электромагнитном поле магнетрона (1, Фиг.1.), запитанного от сети переменного тока напряжением 220 B, в камере (2). Под воздействием электромагнитного поля частотой от 100,0 тыс до 3,0 ГГц кварцевая горелка нагревается до температуры порядка 700-800°C. При этом ингредиенты испаряются и в электромагнитном поле магнетрона генерируют излучение в видимой области оптического спектра. Горелка может быть цилиндрической (3) и закрепляться в камере (2) магнетрона (1), при шаровой конструкции горелки необходим держатель (4) для удерживания горелки в центре камеры (2) магнетрона (1). Еще один вариант исполнения горелки - изогнутая в направлении полезного излучения горелка (5). Камера (2) имеет окно (6) из оптически прозрачного материала, которое ориентировано на светоперераспределяющее устройство (7), которое ориентирует световой поток в полезном направлении.
Количество серы в горелке ламп определено экспериментально и составляет от 0,05 до 2,0 мкмоль/см3.
При количестве серы более чем 2,0 мкмоль/см3 не достигается дополнительных положительных результатов, а расходы на приобретение, обработку и хранение серы увеличиваются.
При количестве серы менее чем 0,05 мкмоль/см3 недостаточно для образования необходимого количества SJ6 в результате обменной реакции:
где: Me - неактивный металл;
X - галоген.
Галогенид серы позволяет увеличить концентрацию атомов серы в центре горелок ламп, т.к. давление галогенидов серы при рабочей температуре горелок значительно выше давления элементарной серы. Молекула же галогенидов серы распадается при ее движении из периферии горелок в ее центр. Этим и достигается повышение концентрации атомов серы в центре горелок.
Количество в горелке ламп неактивного металла определено экспериментально из расчета расчетно-стехиометрического по отношению к S в уравнении [1] и составляет от 0,15 до 0,6 мкмоль/см3.
При количестве неактивного металла менее чем 0,15 мкмоль/см3 их недостаточно для образования галогенидов металлов согласно химическим реакциям [3] и [4].
При количестве неактивного металла более чем 0,6 мкмоль/см3 не достигается дополнительных положительных результатов, а расходы на приобретение, обработку и хранение неактивных металлов увеличиваются.
Давление инертного газа определено экспериментально и составляет от 6,6 до 33,0 кПа.
При давлении инертного газа меньшем чем 6,6 кПа в горелке ламп еще не достигаются оптимальных условий для излучения металлов и серы.
При давлении инертного газа большем чем 33,0 кПа в горелке ламп не достигаются дополнительные положительные результаты, а затраты и технологические и материальные увеличиваются.
В качестве неактивного металла могут быть использованы ртуть, свинец, олово. Однако с учетом токсичности свинца и ртути в экспериментах применялось олово. В качестве галогенов могут быть применены йод, бром, хлор. Вместе с тем бром и особенно хлор весьма химически активны к кварцу горелок ламп, поэтому чаще всего применяют йод. В этом случае уравнение [1] выглядит так:
Образующееся в этой реакции олово осаждается на холодных участках горелки, практически не ответственных за выход излучения в полезном направлении. Более того, оно способствует большей изотермии горелки, усиливая положительный результат в части срока службы и световой отдачи.
В качестве металлов III группы ПС элементов Менделеева и редкоземельных металлов применяются, соответственно:
- индий - In (генерирует видимые средним глазом человека спектральные чувствительные линии 410,0 и 451,0 нм), таллий - Tl (535 нм), галлий - Ga (417 нм);
- скандий - Sc (скандий большинство химиков относят к лантаноидам - редкоземельным металлам по сходным физико-химическим свойствам), иттрий - Y, церий - Ce, диспрозий - Dy, гольмий - Ho, тулий - Tm и др. (квазинепрерывный спектр).
Указанные металлы необходимы в составе ингредиентов горелок для образования их галогенидов в результате обменных реакций в первые часы работы лампы:
где: Me - индий, таллий и галлий, их одновалентные галогенидные соединения наиболее устойчивы.
где: Me* - скандий, иттрий, церий, диспрозий, гольмий, тулий и другие редкоземельные металлы (их трехвалентные галогенидные соединения наиболее устойчивы).
Галогениды металлов в лампе необходимы для увеличения излучения металлов в видимой области спектра за счет увеличения концентрации атомов излучающих металлов в центре горелок ламп, т.к. давление галогенидов металлов при рабочей температуре горелок значительно выше давления чистых металлов. Молекула же галогенидов металлов распадается при ее движении из периферии горелок в ее центр. Этим и достигается повышение концентрации атомов излучающих металлов в центре горелок.
Количество металлов III группы ПС элементов Менделеева, вводимых в горелки ламп, определено экспериментально и составляет от 0,1 до 0,8 мкмоль/см3. Разное количество указанных металлов определяется их существенно различными свойствами, прежде всего давлением их галогенидов.
Количество редкоземельных металлов, вводимых в горелки ламп, определено экспериментально и составляет для скандия, для иттрия, для церия, для диспрозия, для гольмия, для тулия от 0,2 до 0,6 мкмоль/см3. Одинаковое количество редкоземельных металлов объясняется их схожими физико-химическими свойствами.
Количество ингредиентов наполнения представлено в таблице.
| Таблица | |||||||||
| № п/п | Ингредиенты наполнения | Количество компонентов наполнения, мкмоль/см3 и давление инертного газа кПа в исполнениях ламп | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| 1. | S | 0,2 | 0,05 | - | - | - | - | - | - |
| SnJ2 | 0,6 | 0,15 | - | - | - | - | - | - | |
| 2. | Эл-ты III гр. ПС | - | - | - | - | 0,1 | 0,8 | - | - |
| S | 0,2 | 0,05 | - | - | - | - | - | - | |
| SnJ2 | 0,6 | 0,15 | |||||||
| 3. | Sc, Y, Се, Dy, Ho, Tm | - | - | - | - | - | - | 0,2 | 0,6 |
| Эл-ты III гр. ПС | - | - | - | - | 0,1 | 0,8 | - | - | |
| S | 0,2 | 0,05 | - | - | - | - | - | - | |
| SnJ2 | 0,6 | 0,15 | |||||||
| Риг, кПа | 6,6-33 для всех вариантов |
Внедрение предлагаемого изобретения позволит увеличить световую отдачу высокочастотных безэлектродных ламп существующих значений - 100-120 лм/Вт до 130-150 лм/Вт, при практически неизменной себестоимости, т.к. количество используемых ингредиентов весьма незначительно.
1. Безэлектродная высокочастотная лампа высокого давления, содержащая расположенную в зоне электромагнитного поля магнетрона шаровой, цилиндрической или иной формы горелку из оптически прозрачного материала, наполненную инертным газом и излучающими добавками, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены галогениды неактивного металла, компоненты взяты в следующих количествах: сера от 0,05 до 2,0 мк моль/см3; галогениды неактивного металла от 0,15 до 0,6 мк моль/см3, а давление инертного газа составляет от 6,6 до 33,0 кПа.
2. Безэлектродная высокочастотная лампа высокого давления по п.1, отличающаяся тем, что горелку лампы дополнительно введены металлы III группы ПС элементов Менделеева в количестве от 0,1 до 0,8 мк моль/см3.
3. Безэлектродная высокочастотная лампа высокого давления по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в горелку лампы дополнительно введены редкоземельные металлы в количестве от 0,2 до 0,6 мк моль/см3.
