SE458242B - Kompaktlysroer - Google Patents

Description

458 242 2 riktning vid övergång från ett rakt rör via ett sammanbind- ningsrör till ett annat rakt rör är oväsentligt för ljusutby- têt.

Vid kompaktlysrör såsom vid andra làgtrycks-gasurladdningslam- por bildas mellan elektroderna en positiv pelare av en ljusbâ- ge, vilken i lampan passerar genom en ädelgas blandad med kvicksilverånga. Gastrycket i ett kompaktlysrör hålles under 500 Pascal (Pa), och vid driftstemperatur utgör kvicksilvrets partialtryck mindre än 1 Pa därav. Ädelgasens funktion är att underlätta lampans tändning vid en acceptabel startspänning, och att vid lampans drift höja san- nolikheten för kollisioner mellan elektronerna i ljusbägen mellan lysrörets elektrooer och kvicksilveratomer. I det låga kvicksilveràngtrycket, som föreligger vid 40°C, uppstår optimum för bildning av strålning vid kvicksilvrets resonans- linjer, vilka ligger inom det ultravioletta omrâdet, nänüigen vid 253,7 och 185 nanometer (hm). Av det sålunda bildade lju- set svarar det av den längre våglängden för 85% av intensite- ten, medan den kortare våglängden bidrager med 15%. Om enbart kvicksilverånga funnes i ett lysrör, skulle elektronerna prak- tiskt taget bara kollidera med rörets väggar och kvicksilvera- tomer, varigenom elektronernas energi vid avsaknad av lyspul- ver skulle omvandlas till vänme och inte till ljus. Många av kollisionerna med kvicksilveratomer skulle bli elastiska, vil- ket innebär att elektronernas energi upptages, utan att foto- ner exiteras.

Sedan tidigare är ett kompaktlysrör av inledningsvis beskriven U-form känt genom EP-A2-0 061 758 (ans.nr. 82102636.6). Denna publikation anger, att syftet med den beskrivna uppfinningen är att ge ett kompaktlysrör en sådan geometrisk utfonmning av rörets glasväggar, att vissa partier därav under lampans drift håller en önskvärt låg temperatur, för att kvicksilver skall kunna kondensera vid dessa partier. På det viset erhålles ett balanserat kvicksilverängtryck i lysröret. Ändamålet led föreliggande uppfinning är att frambringa ett kompaktlysrör med sådan utformning, att kvicksilvrets par- tialtryck i urladdningsrummet, under lysrörets drift, hâlles på den 'nivå, som ger maximal effekt med avseende på urladd- 458g 242 -- ningens bildning av strålning vid kvicksilvrets resonanslin- jer.

Ett ytterligare ändamål är att avskärma lysrörets elektroder, så att det av dessa alstrade värmet till sin utbredning be- gränsas. Härigenom säkerställes, att en större del av de raka rören vid sina längst från lysrörets sockel belägna ändar får en 40°C ej överstigande temperatur. Detta är av särdeles stor vikt, då kompaktlysrör placeras i armaturer med reflekto- rer. Vid sådana placeringar ventileras inte det av lysröret avgivna värmet bort i erforderlig utsträckning, utan tempera- turen 40°C överskrides inne i lysröret. Därigenom stiger kvicksilverångtrycket i detta, varav följer lägre intensitet i alstringen av strålning vid kvicksilvrets resonanslinjer.

För att uppnå de angivna ändamålen har uppfinningen givits de i efterföljande patentkrav uttryckta kännetecknen.

Uppfinningstanken bygger på, att i ett urladdningsrum i det utförande, som används vid kompaktlysrör, den negativa rymd- laddningen koncentreras till rörets väggar, och en positiv pelare bildas mellan elektroderna med rymdladdningen 0 utmed sin axel. I varje ögonblick efter att lysröret tänt är urladd- ningen mellan katod- och anodområdena enhetlig i axiell led.

Vid urladdningen bildas samtidigt positiva joner och elektro- ner. Dessa koncentreras genom diffusion till rörväggen. Efter- som pelaren är enhetlig i axiell led, sker ingen partikelför- lust i denna riktning. Vid diffusionen rör sig elektronerna mycket snabbare än de positiva jonerna, Äeroende på elektro- nernas :indre massa, varigenom en positiv rymdladdning utveck- las från rörets centrum och utåt. Detta förbättrar förutsätt- ningen för urladdning i den positiva pelaren, och ökar därmed effekten i ultraviolettstrâlningen.

För att möjliggöra en naturlig utbredning av urladdningen i lysröret, vilken utbredning är cirkulär i tvärled, har det nya kompaktlysröret utformats så, att ett kondensationsparti för kvicksilver förlöper utmed en del av den positiva pelaren, utan att varken i dess axialled eller radialled inkräkta på denna. Därigenom störes ej den positiva pelarens cirkulära utbredning, vilken är förutsättningen för urladdninens optima- la generering av strålning. Rent praktiskt har kondensations- 458 242 4 partiet erhållits genom att lysrörets urladdningsrum givits U-form, varvid mantelytan i det böjda röravsnittet mellan två raka rörstycken i dess del med störst böjningsradie från sitt cirkulära tvärsnitt dragits ut i en rygg. Denna förlöper utmed väsentligen hela det böjda röravsnittet.

Ryggen längs kompaktlysrörets U-böj gives lämpligen en vinkel på 900 eller mindre sett i tvärsnitt genom röret. Härigenom bildas i rörböjen ett utrymme, som är sidoordnat den positiva pelaren, och där kvicksilvrets kondensationstemperatur, vid det i röret rådande trycket, kan hållas konstant. Omvänt kan saken uttryckas så, att kompaktlysrörets längd vid olika watt- tal väljes sådan, att temperaturen, som i området närmast elektoderna kan uppgå till över 7000, utmed ryggen ligger nära 4U°C, då lampan arbetar i normala rumstemperaturer.

Därav följer att kvicksilvrets partialtryck blir under 1 Pa eller ca s nu" torr, vilket är det tryck där relativa verkningsgraden för en ljusbäges alstrande av resonansstrål- ning i kvicksilverånga kulminerar.

Den metod som valts for att begränsa värmeutbredningen från elektroderna innebär, att de raka rören framför elektroderna försetts med avbländningar. Det har därvid överraskande visat sig, att lysrörets livslängd flerfaldigats. Orsaken till detta har konstaterats vara, att reduceringen av glasrörens fria area framför elektroderna i urladdningsströmmens väg innebär, att elektrontätheten ökar under den halvperiod elektroden fungerar som anod. härav följer, att anodfallet reduceras, vilket medför sänkt temperatur på emissionsmassan, som elekt- roden är överdragen med. Denna sänkta temperatur sänker förångningshastigheten för emissionsmaterialet. Detta i sin tur leder till ökad livslängd för elektroderna och därmed för kompaktlysröret.

Ett väsentligt bidrag till ökningen av livslängden för elekt- 458 242 roden ger den reflektion av förångat emissionsmaterial, som sker från det avskärmade utrymmet runt elektroden, vilket be- gränsas av bländaren framför elektroden, De joner av emis- sionsmaterialet, som under en halvperiod frigöres från elekt- rodytan, har mycket begränsade möjligheter att röra sig i den i lysröret utbildade positiva pelarens axialled. Avbländningen medför att den positiva pelaren sammantryckes radiellt, vari- genom endast en minimal negativ rymdladdning existerar utmed rörväggen intill själva bländarskivan. Därigenom blir de fri- gjorda jonerna kvar i det förträngda utrymmet närmast elektro- den, för att under nästa halvperiod återfalla till elektrod- ytan.

Jonerna som frigöres från emissionsmaterialet har betydligt större massa än elektronerna kring elektroden, och rör sig därför långsammare. Därav följer, att jonerna inte i nämnvärd omfattning når fram till rörväggen, innan urladdningsströmmen ändrar riktning, och att de alltså inte utfaller på glasväg- gen, vilket eljest skulle innebära att denna svärtades.

Förutom att avbländningen av de raka rören framför elektroder- na leder till reflektion av emissionsmaterialet, och därigenom starkt begränsar nedbrytningen av detta, minskar det före- komsten av joner från emissionsmaterialet i urladdningsrummet.

Då en del av detta kan hållas vid en temperatur av 40°C, blir kvicksilvrets ångtryck under 1 Pa eller ungefär 5 x 10- torr, vilket är det tryck där relativa verkningsgra- den för en ljusbäges alstrande av resonansstrålning i kvick- silveränga kulminerar. Vid lägre partialtryck för kvicksilver- ånga blir det för glest mellan kvicksilveratomerna, varav föl- jer färre kollisioner mellan dessa och elektroner, och således färre exiterade fotoner eller lägre intensitet i ultravio- lettstrålningen. Vid högre partialtryck för kvicksilverångan blir det så tätt mellan kvicksilveratomerna, att alltför många kollisioner mellan dessa och elektroner blir elastiska, vilket även det innebär färre exiterade fotoner.

Den låga halten joner från emissionsmaterialet leder således till, att mycket få elektroner går förlorade i kollisioner med sådana joner. Alltså kolliderar ett stort antal elektroner med kvicksilveratomer, vilket leder till hög verkningsgrad, dvs. högt ljusutbyte per tillförd Natt. Mätningar har visat, att \ 458 242 6 ett kompaktlysrör enligt uppfinningen ger 3,5 lumen per Hatt större ljusflöde än hittills kända sådana lysrör.

I det följande konmer en föredragen utföringsform av kompakt- lysröret att beskrivas med hänvisning till efterföljande rit- ning. På denna visar Fig. 1 en delvis skuren vy av kompaktlysröret, Fig. IA och IB tvärsnitt genom kompaktlysröret på ömse sidor om avbländningen, Fig. IC ett längssnitt genom ena elektrodregionen på lysröret, visande bländarskivans placering, Fig. 2 schematiskt det böjda förbindelsepartiet på lysröret med en tänkbar ryggvinkel markerad, och Fig. 3 ett diagram över relativa verkningsgraden för alst- ring av resonansstràlning i kvicksilveränga som funktion av lägsta temperatur inuti en urladdningslampa (nedre skalan) och motsvarande kvicksilverängtryck (övre skalan).

Kompaktlysröret 1 består av två raka rör 2, 3, invändigt belagda med ett lyspulver av två- eller trebandstyp, och ett dem förbindande bågformat rör 4 beläget på avstånd från de raka rörens 2, 3 ändar 5, 6. Dessa ändar är gastätt anslutna till en gemensam sockel 7. Denna är på dess rören 2, 3 mot- stående sida utformad med ett hus 8, innehållande tändare och förkopplingsdon. På ömse sidor om huset 8 förefinns kontakts- tift 9, 10 för kompaktflysrörets 1 strömförsörjning.

Rören 2, 3 är nåra sina ändar 5, 6 utformade led på två nivåer 11, 12 anbragta intryckningar i glasväggen, vilka sträcker sig mot rörens centru med mindre än 1 nm höjd. Mellan dessa int- ryckningar är insnäppt skivor 13 av elektriskt icke ledande material. Dessa skivor kan exempelvis vara utförda av glimmer och till en tJocklek varierande mellan D,1D och 0,20 nun Med hänvisning till fig. 1 kommer i det följande att beskri- vas förhållandet i det ena raka röret (3). Den i detta rör insnäppta skivan 13 har ett centralt placerat hål, vilket kan 458 242- 7 na en diameter från 4,o :iii a,o nn, räkna: far en invändig diameter på röret 3-av 10 nm. Skivan 13 är vid den sagda rör- diametern placerad på ett avstånd av 3-10 nni framför den i röret 3 belägna elektroden 14, räknat i urladdningsströnmens riktning. Elektroden 14 uppbäres av två strömtilledare 15, vilka är insmälta i en klämfot 16 av glas. Denna i sin tur är gastätt hopsmält med rörets 3 ände 6. Den ena strömtilledaren 16 är förbunden med kontaktstiftet 10 och den andra med tända- ren i huset 8.

Vanligtvis är lysrör fyllda med ädelgasen argon till ett tryck av ungefär 3 torr. Om man minskar diametern på hålet i skivan 13 under 4 nm, ökar kontaktlysrörets 1 brinnspänning, vilket inte är önskvärt. Ett sätt att motverka detta har visat sig vara att tillsätta krypton i ädelgasfyllningen. Då denna gas är mycket dyr, vill man minimera tillsatsen. En krypton- tillsats mellan 70 och 90% ger en utomordentlig effekt, medan högre kryptonhalt i ädelgasfyllningen inte innebär, att man ytterligare kan minska diametern på hålet i skivan 13.

Syftet med att ha ett litet hål i skivan 13 är att på bästa sätt avgränsa ett utrymme kring elektroden 14. Därigenom iso- leras ett utrymme för joner, vilka frigjorts från det emis- sionsmaterial, som elektroden 14 är överdragen med. Framför- allt är det bariumjoner, som under lysrörets drift slungas ut i området närmast kring elektroden 14. Ju mindre diameter man har på hålet genom skivan 13, desto mer koncentrerad i tvär- snitt blir den positiva pelare, som utbildas mellan lysrörets elektroder. Eftersom jonrörelser i den positiva pelarens axialled är praktiskt taget uteslutna, försvåras påtagligt möjligheterna för jonerna från emissionsmaterialet att komma ut ur utrymmet kring elektroden 14. Då strömmen i nästa halv- period växlar fas, återfaller dessa joner så gott som full- ständigt till elektrodens 14 yta, varigenom denna behåller tillräcklig mängd emissionsmaterial för_ att fungera till- fredsställanoe under åtminstone 15000 timmars drift. Under denna tid sker ingen mätbar nedbrytning av det på rörets 2-4-3 insida anbragta fluorescenšskiktet 17. Inte heller ädelgas- fyllnaden påverkas under den långa livslängden hos lysröret, detta oberoende av om denna är av ren argon eller argon med inblandning av olika andra ädelgaser exempelvis 10-25% neon eller 70-90% krypton. Såsom framgår av diagrammet- i fig.' 3 \458 242 8 är det högst intressant att i lysröret upprätthålla ett kvick- silverångtryck i storleksordningen 5 x 10- torr. Detta svarar mot en temperatur av nära 40°C. Således låste någon del av lysröret ha denna temperatur, för att optimun i strål- ningsalstring vid kvicksilvrets resonanslinjer skall erhållas.

Temperaturen i_lysrörets elektrodregion ligger vanligtvis i storleksordningen 7008. Genom att utfonma förbindningsröret 4 ned en från cirkulärt tvärsnitt avvikande rygg 18, som löper utmed en väsentlig del av förbindningsrörets 4 yttre krökning- syta, har erhållits ett utryme där temperaturen 4008 kan hållas konstant under lampans drift. Längs ryggen 18 uppstår nämligen en mycket hög koncentration av negativ ryndladdning.

Detta innebär att den positiva pelaren mellan lysrörets elekt- roder på intet vis strävar efter att gå utanför sitt naturliga cirkulära tvärsnitt. Eftersom urladdningsströmmens ljusbåge således sammanhålles inom det cirkulära tvärsnittet, och en repellation av uppvänoda joner sker i radiell led från den negativa rymdladdningen i ryggen 18, kan temperaturen 4D°C upprätthållas inom denna. För att uppnå något som kan liknas vid kylflänseffekt utföres ryggen 18 i spetsig vinkel.

Det har rent praktiskt visat sig, att det skulle innebära vis- sa produktionstekniska svårigheter att göra ryggvinkeln spet- sigma än so°. matta är newer inte nöavänaigt, nä likväl en ryggvinkel om 90° ger tillräckligt låg temperatur i utrymmet längs ryggen 18.

Kompaktlysröret har här beskrivits i sin enklaste variant, dvs. med två parallella rör. Det är dock möjligt att framstäl- la ett kompaktlysrör enligt uppfinningen med valfritt antal raka rör. Vid kompaktlysrör med fler än två raka rör kan de dem sammanbindande rören motsvarande förbindningsröret 4 samt- liga vara utformade som detta med en rygg 18. Det är dock tillräckligt, att endast ett av förbindningsrören är utfört med en rygg 18, där kondensation av kvicksilverånga kan före- komma, och således det eftersträvade kvicksilverångtrycket upprätthållas i lysröret.

Eftersom det är önskvärt att endast ha en spckel på ett kom- paktlysrör, är det lämpligt att utföra detta med jämnt antal parallella, raka rör. Därvid förses de raka rören med för- bindningar motsvarande röret 4, utformade växelvis mellan tvâ raka rörs ändar liggande längst ifrån sockeln 7 resp. ändar 458 242.. liggande närmast denna sockel. De raka rören gives en längd, som är avpassad till det watt-tal, som lysröret är utfört för.

Claims (8)

458 242 (C Patentkrav

1. Kompaktlysrör bestående av två eller flera parallella, raka rör, vid sina ändar med varandra förbunda till bil- dande av ett gemensamt urladdningsrum mellan två elektro- der, placerade i de längst ifrån varandra belägna ändarna av urladdningsrummet, vilka ändar är anslutna till en gemensam sockel, innehållande tändare och förkopplings- don, varvid någon del av urladdningsrummet är så utfor- mad, att den förhåller sig kallare än kompaktlysröret i övrigt, kânnetecknat av att de raka rören (2,3) nära sina till sockeln (7) anslutna ändar (5,6) försetts med hela sina tvärsnitt täckande, håltagna skivor (13) av elekt- riskt icke ledande material, vilka avgränsar utrymmen närmast lysrörets elektroder (14) och genom sina hål i radiell led koncentrerar den mellan dessa vid lysrörets drift förefintliga positiva pelaren.

2. Kompaktlysrör enligt krav 1, kännetecknat av att hålen i skivorna (13) har en diameter av 30%-80% av diametern hos de raka rören (2,3), företrädesvis 40%~50% därav.

3. Kompaktlysrör enligt krav 1 eller 2, kânnetecknat av att de framför elektroderna (14), räknat i urladdnings- riktningen, befintliga skivorna (13) består av glimmer.

4. Kompaktlysrör enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknat av att skivorna (13) är medelst insnäppning mellan in- tryckningar (11,12) från de raka rörens (2,3) glasväggar fixerade på ett avstånd av 0,3-1,0 ggr rörens (2,3) dia- meter framför elektroderna (14).

5. Kompaktlysrör enligt något av föregående krav, känne- tecknat av att elektroderna (14) är belagda med ett emíssionsmaterial" från vilket bariumjoner avges under lampans drift. 458 242 /l

6. Kompaktlysrör enligt något av föregående krav, känne- tecknat av att det har en ädelgasfyllning till nära 500 Pa tryck, företrädesvis av ren argon.

7. Kompaktlysrör enligt något av kraven 1-S, kânnetecknat av att det har en ädelgasfyllning bestående av minst 10% argon och som mest 90% krypton.

8. Kompaktlysrör enligt nagot av föregående krav, känne- tecknat av att det innehåller kvicksilver, som vid lam- pans drift förángas till ett partíaltryck mellan 4 x 10-3 3 torr och 7,5 x 10- torr.