HU202672B

HU202672B - High pressure discharge lamp with small electric power consumption

Info

Publication number: HU202672B
Application number: HU896663A
Authority: HU
Inventors: Alexander Dobrusskin; Juergen Heider; Juergen Scheidt; Joachim Arlt
Original assignee: Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-03-28
Also published as: HUT52891A; DD290505A5; DE3842771A1; EP0374678A3; HU896663D0; JPH02220348A; EP0374678A2; JP2825569B2; US5017839A

Description

A találmány tárgya kis villamos teljesítményű nagynyomású kisülőlámpa hozzátartozó elektronikus előtéttel, ahol maga a lámpa legalább egy nemesgázból, higanyból és fémhalogenidből álló töltóelegyet tartalmazó kisülőedénnyel rendelkezik, amelyben légmentesen záró kötésen keresztül külső árambevezetőkhöz csatlakoztatott legalább két elektróda van elrendezve.

Nagynyomású kisülőlámpák, különösen fémyhalogén nagynyomású kisülőlámpák az utóbbi időben egyre inkább tért hódítanak az általános világítási célú alkalmazási területeken. Emellett azonban javasolták már ilyen lámpák használatát gépjárművek fényszóróihoz is. Mindkét felhasználási területen kielégítőnek bizonyult 70 W alatti, így például 35 W teljesítményű lámpák használata. Ugyanakkor még mindig megoldatlan problémát okoz az ilyen lámpáknak a begyújtás időpontjától a végső, teljes fényáram eléréséig mért viszonylag hosszú begyújtást ideje. Ez a hagyományos üzemeltetésű lámpák esetében mintegy 40 másodperc körül van. A 86 23 908 sz. DE használati minta leírásából ismert olyan megoldás, amely szerint a kikapcsolt, üzemen kívüli lámpa külső forrással történő fűtésével a lámpa töltőelegyét gőzfázisban tartják, és így a lámpa begyújtása magasabb hőmérsékletről és ezzel együtt magasabb nyomásról indulóan történik, miáltal mintegy 8 másodperc körüli, tehát lényegesen rövidebb begyújtást idő érhető el. Eltekintve attól, hogy a külső fűtés járulékos villamos energiaráfordítást és ehhez kapcsolódó szerelvényezést igényel, számos felhasználási területen még ezen rövidített begyújtást idő sem bizonyult kielégítőnek.

A találmány célja a nagynyomású fémhalogén kisülőlámpák begyújtás! idejét még tovább lerövidíthető olyan megoldás kialakítása, amely ugyanakkor nem igényel járulékos energiát és ilyen járulékos energia szolgáltatásához szükséges intézkedéseket sem.

A találmány alapját képező felismerés szerint egy olyan elektronikus előtétet kell alkalmazni, amely alkalmas a lámpa begyújtása és a teljes fényáramkibocsátás elérése közötti időintervallumban a gyújtóáramnak a névleges áram tízszereséig terjedő tartományon belüli szabályozására. Erre alkalmas elektronikus előtétek kapcsolási elrendezései megismerhetők pl. a P 37 19 356 és a P 37 19 357 sz. DE szabadalmi bejelentések leírásából.

A kitűzött célt olyan tárgyi kis villamos teljesítményű nagynyomású kisülőlámpa kialakításával és találmány szerinti üzemeltetésével érjük el, amelynél

a) az elektronikus előtétnek egy a kisülőlámpa gyújtóáramát a névleges áram ötszöröse és tízszerese közötti értékre beállító vezérlőegysége van,

b) a kisülőedény töltőelegye legalább nátrium és szkandium, vagy nátrium és egy ritka földfém halogenidjeit tartalmazza,

c) a kisülőedény egységnyi villamos lámpateljesítményre vetített fajlagos tömege 0,002 g/W és 0,1 g/W közötti tartományban van.

A kisülőedény töltőgázként hidegállapotban előnyösen legalább 3 bar töltőnyomású xenont tartalmaz.

A kisülőedény legalább részben legalább egy látható fény tartományán kívüleső sugárzást visszaverő vagy elnyelő, a látható fényt ugyanakkor átengedő eszközzel van ellátva.

Az elektródák nyélrészeinek átmérője célszerűen legfeljebb 0,3 mm, és az elektródák egymás felé néző részei le vannak gömbölyítve.

A találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpánál a látható fény tartományán kívüleső sugárzást visszaverő, a látható fényt átengedő eszköz egy a kisülőedény felületére fevitt, TiO₂-ből és SiO₂-ből vagy SÍ3N₄-ből és SiO₂-ből álló dikroitikus réteg. A dikroitikus réteg vastagságát célszerű 0,1 pm-től 1,5 μιη-ig terjedő tartományban megválasztani.

A találmány szerinti kisülőlámpánál a látható fény tartományán kívüleső sugárzást elnyelő, a látható fényt átengedő eszköz célszerűen a kisülőedény anyagához adalékolt, TiO₂-ből, CeO₂-ből, SnO₂-ből vagy BaMgAl₂O3-ból álló adalék.

A kisülőedény anyagához adott adalék mennyiségét a tömegegységre vetített 0,02 tömeg%-tól 0,2 tömeg%ig terjedő tartományban célszerű megválasztani.

A találmány szerinti kisülőlámpánál a kisülőedény végei előnyösen egy cirkondioxidból álló, a látható fény tartományán kívüleső és a látható sugárzást egyaránt visszaverő bevonattal, és adott esetben azon felül egy szilícium-vasoxid bevonattal vannak ellátva.

Ilyen kialakítások és üzemeltetési körülmények mellett egy hagyományos fémhalogénlámpa névleges fényáramhoz viszonyított 90%-os fényárama az eredeti mintegy 30 másodpercről kb. 5 másodpercre csökkent begyújtási idő alatt érhető el. A begyűjtési idő további, a 90%-os fényáram elérési idejének csupán mintegy egy másodperc körüli értékre való lecsökkenését teszik lehetővé a kisülőedény találmány szerinti, megfelelő bevonattal, réteggel való ellátását, anyagának adalékolását és töltőelegyének javasolt megválasztását javasló intézkedések, amelyekhez minden esetben a gyújtóáramnak az elektronikus előtét áramának megengedett felső határértékig, nevezetesen a lámpa névleges áramának mintegy tízszereséig terjedő szabályozása társul. A hagyományos lámpaüzemeltetéshez képest ez az üzemmód és kialakítás a begyújtási időnek egy harmincas tényezővel történő lerövidítését jelenti. A begyújtási idő alatti jelentős túláram a kisülőedény optiálisan megválasztott tömegét gyorsan felhevíti. A keletkező hő a kisülőcső anyagának adalékolása és a találmány szerint javasolt különböző bevonatok ill. rétegek alkalmazásának eredményeként a kisülőedénybe visszaverődik ill. abban elnyelődik, így jelentősen csökken a kisugárzott hő, és hőveszteségek minimálisak. A hagyományos fémhalogénlámpákhoz viszonyítva ilymódon nyert járulékos hő teljes mértékben a töltőelegy elgőzölögtetésére fordítódik, és ezzel a begyújtási időt igen jelentős mértékben lecsökkenti. A kisülőedényben lévő xenon a gyújtást közvetlenül azonnal jelentkező magas fényáramhányadot eredményez.

A találmányt az alábbiakban a csatolt rajzra hivatkozással konkrét kiviteli példákon részletesen is ismertetjük.

A rajzon az

1. ábra egy sugárzásvisszverő bevonattal ill. réteggel ellátott találmány szerinti fémhalogénlámpa vázlata, a

2a. és 2b. ábra egy vezérelhető elektronikus előtéttel üzemeltetett, visszaverő réteg ill. bevonat és

HU 202672 Β xenontöltés nélküli, adalékmentes kvarcüveg kisülőedényes fémhalogénlámpa begyújtási fázisban mért üzemi paramétereit feltüntető görbesereg, míg a

3. ábra egy vezérelhető elektronikus előtéttel üzemeltetett, visszaverő bevonattal ill. réteggel és xenontöltéssel is ellátott találmány szerinti fémhalogénlámpa begyújtási fázisban mért fényáramát bemutató diagram.

Az 1. ábrán vázlatosan feltüntetett példaképpeni találmány szerinti fémhalogén nagynyomású 1 kisülőlámpa kvarcüveg anyagú 1 kisülőedénye két egymással szembeni végén 3 lapításokkal kialakított beforrasztásokkal van lezárva. Mindegyik 3 lapításba egy-egy a 2 kisülőedény belső terében elrendezett volframanyagú 4 elektródából, egy a 3 lapításba beágyazott molibdénanyagú 5 tömítőfóliából és egy ugyancsak molibdénből álló, a 3 lapításból tengelyvonalában kivezetett 6 ármabevezetőből összetett elektródarendszer van gáztömör zárást, ugyanakkor villamos ármabevezetést biztosító módon befoglalva. A legkisebb keresztmetszetű tartományban, jelen esetben tehát a molibdénből álló 5 tömítőfóliák tartományában az elektródarendszer felülete mintegy 10 mm². A 4 elektródák gömbelektródákként vannak mitegy 0,35 gömátmérővel kialakítva, amelyek nyelét kb. 0,18 mm átmérőjű volfranhuzal alkotja.

Egy előnyös példaképpeni kiviteli alaknak tekintett, kb. 35 W teljesítményfelvételű találmány szerinti nagynyomású fémhalogén 1 kisülőlámpa esetében a 2 kisülőedény lényegében elliptikus alakú mintegy 5,5 mm külső átmérővel és 7 nyakrészei között mért kb. 7 mm hosszúsággal. Az ilyen 2 kisülőedény egységnyi villamos teljesítményfelvételre vetített fajlagos tömege kb. 6 mg/W, így a példaképpeni 35 W-os lámpa 2 kisülőedényének abszolút tömege mintegy 0,2 g. A 2 kisülőedény csupán kb. 0,025 cm³-nyi belső térfogata a gyújtógázként szolgáló argon mellett higanyt, valamint nátrium és előnyösen szkandium, vagy nátrium és egy ritka földfém halogenidjeit tartalmazza. A 2 kisülőedény és a 3 lapítások közötti átmenetet képező mindegyik 7 nyakrész egy szilíciumvasoxid anyagú 8 bevonattal, valamint egy erre felvitt további, cirkóniumoxid anyagú bevonóréteggel van ellátva. A kisülőtér középpontjából kiindulóan a 2 kisülőedényre felvitt 8 bevonatok belső széleihez tartóan húzott szárakkal bezárt a szög értéke előnyösen 50° és 55° tartományban van. A 8 bevonat így meglehetős pontosággal körülveszi a 4 elektródák mögötti tértartományokat és így azok fokozott felhevítését eredményezi.

A 2 kisülőedény átlátszó része viszont egy titándioxid és szilíciumdioxid keverékéből álló, mintegy 0,2 pm rétegvasatgságú, a látható fényt átbocsátó, az infravörös sugárzást ugyankkor visszaverő 9 dikroitikus réteggel van bevonva. A 4 elektródák egymás felé néző részei legömbölyítettek, tehát gömbfelületűek.

Ezen fentebb ismertetett példaképpeni kiviteli alak esetében a kvarcüveg ultraibolya sugárzást elnyelő anyaggal, előnyösen titándioxiddal mintegy 0,02 t% - 0,2 t% mennyiségben való adalékolásától és a 2 kisülőedényben xenon töltőgáz bevitelétől egyenlőre eltekintettünk.

A 2a. és 2b. ábrán egy „meztelen”, tehát bevonatlan, adalékolás nélküli kvarcüveg anyagú és xenontöltés nélküli nagynyomású fémhalogén 1 kisülőlámpa begyújtási fázisban mért üzemi paramétereit tüntettük fel. A lámpát azonban a találmány egyik meghatározó ismérve szerint a főigénypont jellemzőjének megfelelő, a gyújtóáram szabályozására alkamas kialakítású elektroniku előtéttel üzemeltettük. A mintegy 2,6 körüli gyújtóáram az 1 kisülőlámpa névleges áramfelvételének mintegy 6,5-szerese. A megfelelő görbéből jól látható, hogy a 30%-os 0 fényáram kb. 3,0 s, az 50%-os 0 fényáram kb. 3,8 s és a 90%-os 0 fényáram már kb. 4,5 s elteltével beáll. A 0 fényáram görbe meredeken indul és kb 5 s elteltével már eléri a névleges 0 főnyáram mintegy 120%-át, majd kb. 15 s után beáll a névleges értékre. A többi mért üzemi jelemző, így a T színhőmérséklet, a lámpa U égési feszültsége és felvett P villamos teljesítménye alakulását a diagramok görbéi egyértelműen szintén feltüntetik, és azok részletesebb ismertetést ehelyütt nem igényelnek.

A 3. ábrán látható 0 fényáram függvényt olyan találmány szerinti nagynyomású fémhalogén 1 kisülőlámpa kísérleti üzemeltetése során vettük fel, amelynek felépítése lényegében azonos az 1. ábrán bemutatottal. A lámpa azonban nem volt ellátva 9 dikroitikus réteggel, viszont kb. 6 bar hidegállapotban mért töltőnyomással xenont is tartalmazott. A lámpát az előző példában ismertetettel és alkalmazottal azonos elektronikus előtéttel üzemeltettük, ahol is a gyújtóáram 3,3 A körüli volt, ami mintegy a névleges áram 8,5-szörösének felel meg. A 3. ábrán világosan érzékelhető, hogy a fényáram itt még a 2a. ábrán láthatónál is meredekebben emelkedik, és a 90%-os 0 fényáramértéket már mintegy 1 s elteltével eléri. Ezen szélsőségesen rövid begyújtási idő az 1. ábra szerinti kivitelen feltűntetett 8 bevonat és/vagy 9 dikroitikus réteg alkalmazásával és/vagy a 2 kisülőedény kvarcanyagának TiChvel vagy CeO₂-vel való adalékolásával még tovább rövidíthető.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Kis villamos teljesítményű nagynyomású kisülőlámpa hozzátartozó elektronikus előtéttel, ahol maga a lámpa legalább egy nemesgázból, higanyból és fémhalogenidekből álló töltőelegyet tartalmazó kisülőedénnyel rendelkezik, amelyben légmentesen záró kötésen keresztül külső árambevezetőkhöz csatlakoztatott legalább két elektróda van elrendezve, azzal jellemezve, hogy az elektronikus előtétnek egy a kisülőlámpa (1) gyújtó áramát a névleges áram ötszöröse és tízszerese közötti értékre beállító vezérlőegysége van; a kisülőedény (2) töltőelegye legalább nátrium és szkandium, vagy nátrium és egy ritka földfém halogenidjeit tartalmazza; továbbá a kisülőedény (2) egységnyi villamos lámpateljesítményre vetített fajlagos tömege 0,002 g/W és 0,1 g/W közötti tartományban van.
2. Az 1. igénypont szerinti kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kisülőedény (2) töltőgázként hidegállapotban legalább 3 bar töltőnyomású xenton tartalmaz.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kisűlőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kisülőedény (2) legalább részben legalább egy a látható fény tartományán kívüleső sugárzást visszaverő vagy elnyelő, a látható fényt átengedő eszközzel van ellátva.

HU 202672 Β
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy az elektródák (4) nyélrészeinek átmérője legfeljebb 0,3 mm.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy az elektródák (4) egymás felé néző részei le vannak gömbölyítve.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a látható fény tartományán kívül eső sugárzást visszaverő, a látható fényt átengedő eszköz egy a kisülőedény (2) felületére felvitt, TiCh-ből és SiOi-ből vagy Si₃N4-ből és SiOí-ből álló dikroitikus réteg (9).
7. A 6. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, űzzű/ jellemezve, hogy a dikroitikus réteg (9) vastagsága 0,1 pm-től 1,5 gm-ig terjedő tartományba esik.
8. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a látható fény tartományán kívüleső sugárzást elnyelő, a látható fényt átengedő eszköz a kisülőedény (2) anyagához adalékolt, TiCh-ből, CeO2-ből, SnOrből vagy BaMgAhCíj-ból álló adalék.
9. A 8. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa,

5 azzal jellemezve, hogy a kisülőedény (2) anyagához adott adalék mennyisége a tömegegységre vetített 0,02 tömeg%-tól 0,2 tőmeg%-ig terjedő tartományban van.
10. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti nagy10 nyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kisülőédény (2) végei egy cirkondioxidból álló, a látható fény tartományán kívül eső és az átható sugárzást egyaránt visszaverő bevonattal (8) vannak ellátva.
15 11. A 10. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kisülőedény (2) végei a cirkondioxid bevonaton (8) felül egy szilícium-vasoxid bevonattal is el vannak látva.