203426. lajstromszámú szabadalom • Falstabilizált fémgőz kisülőlámpa
1 HU 203 426 B 2 A találmány tárgya falstabilizált fémgőz kisülőlámpa általános világítási célokra, különösen nem túlságosan gyakran kapcsolt beltéri világításra, mely kisülőlámpa kompakt felépítésével, nagy fénytechnikai hatásfokával és nagyon jól színvisszaadási tulajdonságaival széles teljesítménytartományban, különösen igen alacsony teljesítménytartományban is előnyösen alkalmazható. Általános világítási célra számos nagynyomású kisülő fényforrás ismert, amelyek célja nagy fényhasznosítás és jó színvisszaadási tulajdonság; azaz a fényforrásnak a szem érzékenységi tartományában jól eloszló spektrális emisszióval kell sugároznia. Ismeretes, hogy ideális színvisszaadási képességű fényforrás maximális fényhasznosítása fényhasznosítása hozzávetőlegesen 250 lm/W értékű lehet, ha sikerül a hő- és elektródaveszteségeket elnyomni és a spektrális emisszió eloszlást a látható sugárzás tartományára korlátozni. Ez az optimális emisszió eloszlás a 400-700 nm spektrális tartományban egyenesen arányosan húzódik egy olyan feketesugárzó spektrális emissziójával, amelynek hőmérséklete azonos a fényforrás kívánt színhőmérsékletével, míg a tartományon kívül értéke nulla. Eltekintve az elkerülhetetlen hő- és elektróda veszteségektől, egy nagynyomású kisülő fényforrás fényhasznosítása a sugárzó plazma spektrális emisszióeloszlásán belül a kisülő közeg összetételétől és nyomásától, a kisülőcső méreteitől és a kisülés térbeli hőmérséklet eloszlásától függ és csak bizonyos határokon belül optimalizálható. így például 0,1-10,0 MPa nyomású higanygőz atmoszférában olyan gázkisülés hozható létre, amely a látható színképtartományban ismert 405, 436, 546 és 577/579 nm hullámhosszúságú fényt sugároz. A 313 és 365 nm-es, nagyon intenzív sugárzást alkalmas fényporral a látható színképtartományba transzformálhatjuk. Ilyen nagynyomású higanygőz lámpák elsősorban a közvilágításban terjedtek el, ezek fényhasznosítása maximum 55 lm/W és általános színvisszaadási indexük értéke 50 (lásd Elenbaas, W.: High pressure mercury-vapor lamps and their application: Philips Technical Library, 1965). Megfelelő könnyen párolgó világító adalékok hozzáadásával a helyenként hiányos higanylámpa színképet sikerült feltölteni, amelynek az lett az eredménye, hogy mind a fényhasznosítás, mind pedig a színvisszaadás jelentősen javult. Az ilyen fémhalogénlámpák nagyobb teljesítmény tartományokban 60-80 lm/W fényhasznosítást is elérnek 60-90 általános színvisszaadási index mellett, ahol általában a nagy fényhasznosítási értékek alacsony színvisszaadási indexszel járnak együtt és fordítva. Kisebb teljesítménytartományokban egészen le 35 W teljesítményéig a fényhasznosítás általában nagymértékben 50 lm/W értékre, illetve az alá csökken. Az ilyen fényforrások belső terek, gyártócsarnokok, és áruházak megvilágítására terjedtek el, felhasználásukat azonban csökkenti az észlelhetően alacsony élettartam, az üzemelési helyzet függőség és példányszórások és az öregedés következtében fellépő, igen zavaró színhőmérséklet instabilitás (lásd RochUn, G. N: Fémhalogén lámpák; Energia Kiadó, Moszkva, 1971). Az alkálirezisztens burkoló és lezáró anyagok kifejlesztése lehetővé tette a nátrium fém alakjában fénykibocsátó közegként történő alkalmazását A nagynyomású nátriumlámpák jelenleg az összes nagynyomású kisülő fényforrás között első helyen állnak fényhasznosítás tekintetében, és a kültéri világításban széles körben elterjedtek. A gyártott teljesítménytípusok palettája 75 lm/W fényhasznosítás mellett 35 W-tól egészen 1000 W-ig terjed, mely esetben a fény hasznosítás értéke 150 lm/W. Az igen alacsony, kb. 2000 K színhőmérséklet és a nem kielégítő 20 színvisszaadási index miatt ezeket a lámpákat igényesebb megvilágítási feladatokra, például belsőtéri megvilágításra nem használják. A nagynyomású nátriumgőz lámpák színvisszaadási tulajdonságainak javítására irányuló újabb fejlesztések az említett hiányosságokat csupán részben küszöbölték ki. Hozzávetőlegesen 1980 óta még jobban javított színvisszaadási tulajdonságú nátriumlámpákat kínálnak, amelyekben a kisülőedényen belüli, a gőznyomást meghatározó úgynevezett hidegponti hőmérsékletet megemelték. Ezekre a lámpákra maximum 2500 K színhőmérsékletet és legfeljebb 80 színvisszaadási index értéket adnak meg. Ezek a javulások azonban hozzávetőlegesen 40%-os fényhasznosítási csökkenéssel, valamint bizonyos esetekben az élettartam felére csökkenésével járnak [lásd például J. A. J. van Vliet, J. J. Groot: High Pressure Sodium Lamps IEE Proc. 128,415-451. oldal (1981)]. Ugyanígy a DE-27 11 733 számú szabadalmi leírásban ismertetett megoldás, azaz a színhőmérséklet emelésére vörös színt abszorbeáló szűrőüvegek alkalmazása is igen nagy fénykihasználás veszteségekkel kapcsolódik. Más kísérletek, amelyek a nagynyomású nátriumgőz lámpák színvisszaadási tulajdonságait higany, kadmium, tallium, cink vagy ólom vagy ezek kombinációjának adalékolásával kívánták javítani (lásd például az US-PS 3248 590, US-PS 3 521 108, GB-A1 192 094 és GB-A1 280 370 számú szabadalmi leírásokat) mindeddig nem vezettek gazdaságilag is hasznosítható végeredményhez. Ez plazmafizikai szempontból érthető, mivel a stacionáriusán fenntartott ív az ilyen, hozzávetőlegesen 4000 K tengelyhőmérsékletű lámpákban igen kedvezőtlen geijesztési feltételeket biztosít az energetikailag magasabb szinten fekvő sugárzási folyamatok számára. Esetenként a nagynyomású nátriumgőz lámpákat is kiiegészítik kadmium adalékkal. Ilyen megoldást ismertet a DE-20 30 615 számú szabadalmi leírás, amelynél a kadmium puffergázként szolgál és a lámpa paraméterek stabilizálását segíti elő. Kadmium, tallium, cink, ólom, ón és bizmut adalékolását javasolja a DE-27 07 203 számú szabadalmi leírás, hogy a környezeti ártalmak csökkentése, valamint a töltelékanyagok jobb levegőállósága érdekében csökkentse a higany adalék arányát a nagynyomású nátriumgőz lámpákban. Ismeretesek olyan törekvések is amelyek értelmében időben változó energiabetáplálást végeznek a lámpáknak oly modern, hogy a lámpákat meghatározott kitöltési tényezőjű, 100 Hz frekvencia feletti frekvenciájú áramimpulzusokkal táplálják a kisülőlámpák által emittált fény spektrális eloszlásának javítása céljából. A stacionárius üzemmel szemben koncentrált energiabevezetés révén időszakosan magasabb plazmahőmérsékletek jönnek létre, miáltal nagy általánosságban a magasabb gerjesztési energiával járó sugárzási folyamatok kedvezőbben zajlanak le. Hogy egy adott esetben ez a tendencia miként valósul meg, a hőmérsékletprofü mindenkori alakja és nagysága mellett a kisülőedény geometriai kialakításától is függ, mivel a sugárzás jelentős része a plazmaoszlopot nem közvetlenül, hanem bonyolult lép5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
