172011. lajstromszámú szabadalom • Kisülési anyag nagy fényerejű elektromos kisülési lámpához, célszerűen nagynyomású nátriumgőzlámpához
3 172011 4 dalom részletesen feltárta és feldolgozta, melyben a feltalálók kimutatták, hogy az oxigén közvetít egy olyan kémiai folyamatban, amelynek során a nátrium reakcióba lép a búra falát alkotó alumíniumoxiddal és nátriumaluminát keletkezik, amely a 5 búra falának fényáteresztőképességét és a mechanikai szilárdságot csökkenti. A nátrium eltűnése ezenkívül megváltoztatja az amalgám optimális összetételét, amely fokozatosan a lámpa színének kifehéredéséhez, a termodinamikai egyensúly fel- 10 borulásához, végül a lámpa kialvásához vezet. Mivel az oxigén a nátriumaluminát képződési folyamatban csak közvetítőként vesz részt, jelenléte már rendkívül kis mennyiségben is veszélyes. A töltéssel kapcsolatos problémák kisebbek, ha 15 a kisülési csőnek szívócsöve van, mert a nátriumamálgámot tartalmazó edény a szívócső révén egyszerűen olyan kapcsolatba hozható a kisülési térrel, hogy az amalgámcsepp a levegő kizárásával becseppenthető. E lámpák gyártástechnológiai bonyo- 20 lultsága azonban éppen a szívócső jelenlétével kapcsolatos, ezért érthetőek azok a törekvések, amelyeknél a kisülési csövek gyártásának egyszerűsítését éppen a szívócső elhagyásával oldották meg. Ilyen kisülési csövet írnak le a 3 693 007 lajstrom- 25 számú és a 3 726 582 lajstromszámú Egyesült Államok-beli szabadalmak. A szívócső elhagyása viszont megnehezítette a nátrium adagolási technikáját. A nátriumtöltés problémáját úgy oldják meg, hogy a kisülési cső 30 buráját a töltés alatt közömbös gázzal öblítik. Egyszerre több cső töltése esetén a nehézségek fokozódnak, márpedig a szívócső nélküli konstrukciónak éppen az az egyik fő előnye, hogy egy munkamenetben több cső szivattyúzása, illetőleg 35 töltése is végrehajtható. Ilyen gyártási eljárást ír le a 3 645 599 lajstromszámú USA szabadalom, amely egyszerre 20 db cső töltését ismerteti. E szabadalmi leírás 4. oszlopának 2. bekezdéséből megtudjuk, hogy a csövek megtöltése 4 percet vesz igénybe és 40 csak utána kezdődhet az evakuálás. Nyilvánvaló, hogy még több cső töltése még hosszabb időt vesz igénybe és így a termelékenység fokozásának főképpen a nátriumamalgárn levegő iránti érzékenysége szab határt. 45 Fentieknek megfelelően jelen találmány egyik célkitűzése az egészségre és környezetre nem ártalmas, levegőálló kisülési anyag kidolgozása. További célkitűzése az alkálifémgőzlámpákba adagolt kisülési anyagok alkálifém-atomhányadosának csök- 50 kentése. Azt találtuk, hogy a lámpa élettartama lényegesen növelhető, ha kisülőanyagként minél „hígabb", azaz minél kisebb nátrium-atomhányadosú nátrium-ötvözetet használunk. A jelenség valószínű 55 magyarázata abban van, hogy a „hígabb" ötvözet kémiai aktivitása kisebb, mint a tömény ötvözeté. A hatás a jelen találmány szerint az ötvöző anyagok anyagi minőségének célszerű megválasztásával még tovább fokozható. 60 A találmány szerint kisülési anyagként a nátriumnak olyan adalékfémekkel képzett ötvözetét használjuk, melyeknek forráspontja 700 C° felett van, az ötvözet nátrium-atomhányadosa, kisebb mint 0,49, olvadáspontja pedig nem haladja meg az 1200C -ot. Az adalék ötvöző elemeket a követ- 65 kező fémek köréből választjuk meg: kadmium, cink, tallium, ólom, ón, bizmut. Két, vagy többalkotós ötvözetek is használhatók. Jelen találmány szellemének felel meg, ha annál magasabb forráspontú ötvöző anyagot választunk, minél magasabb hőfokon kívánjuk tartani az üzemelő lámpában az ötvözet el nem párolgó hányadát, így kerülhetjük el ugyanis a nátrium-atomhányad növelését, vagyis a nátrium feldúsulását az ötvözetben, amely, mint fentebb kimutattuk, élettartam csökkenéshez vezet. E probléma jobb megértéséhez utalunk arra az ismert jelenségre, hogy a nagynyomású nátriumlámpa jelentősége éppen az, hogy a monokromatikus sárga fényt sugárzó, ún. alacsonynyomású nátriumlámpával szemben színekben gazdagabb sárgás-fehér fényt bocsát ki és ez a kisülési csőben uralkodó nagyobb nátrium-nyomásnak, vagyis a nyomással egyértelmű összefüggésben álló nagyobb nátrium-hőmérsékletnek köszönhető. Jóllehet a nagynyomású nátriumlámpában a nátriumamalgárn hőmérséklete többszáz fokkal magasabb, mint az alacsonynyomású lámpában, színvisszaadó képessége még mindig nagyon elmarad a természetes napfénytől. Ha ugyanis az utóbbit 100-nak vesszük, a nagynyomású nátriumlámpáé 20-nál alig nagyobb. Ezért állandó törekvés a nátrium-gőz nyomásának, illetőleg hőmérsékletének növelése. A nátriumamalgárn hőmérsékletének növelésével azonban szükségszerűen csökken a higanyhányad, mert különben adott hálózati feszültség mellett nem tartható be a lámpa elektromos feszültségi gradiense. A színvisszaadóképesség így csak a nátrium feldúsítása révén javítható. Mint látható, ez az ellentmondás is a higany viszonylag magas gőznyomására, illetőleg alacsony forráspontjára vezethető vissza. Jelen találmány még jobb megértését az 1. és 2. ábra is magyarázza. Az 1. ábra a jelen találmánnyal kapcsolatos nagynyomású nátriumlámpa felépítését mutatja. A 2. ábra a jelen találmány egyjk kiviteli formájának, a nátrium-kadmium kisülési anyagnak két nemlineáris karakterisztikáját ábrázolja az alkotók atomhányadosának függvényében. Amint az 1. ábrán látható, az 1 nagynyomású nátriumlámpa 2 hengeres üvegbúrából, a búra nyak-részét lezáró 3 állványcsőből, az állványcsőbe préselt 5 és 6 tartóból, ezekre erősített 4 kisülési csőből, vagy másnéven világítótestből áll. A tartók ugyancsak az állványcsőbe préselt, a rajzon nem ábrázolt, árambevezetőkön keresztül elektromosan össze vannak kötve a -7 lámpafej menetes részével, illetőleg annak közepébe szigeteken beerősített elektromos érintkezőjével, amelyet 8-cal jelöltünk. A világítótest 10 polikristályos, fényáteresztő alumíniumoxid-, vagy zafírcsőből áll, melynek mindkét végét szimmetrikusan egy-egy 11 és 12 fémezett felületű kerámiadugó zárja le. Egy 13 fémtárcsa közbeiktatásával mindkét kerámiadugóba egy 14 volfrám botból és spirálból álló elektróda van forrasztva. Ezek között jön létre az ívkisülés.
