200519. lajstromszámú szabadalom • Nagynyomású higanygőz-kisülő lámpa
1 HU 200519 B 2 A találmány tárgya nagynyomású higanygőz kisülő lámpa, amelynek nagy hőállóságú burája és wolframból lévő elektródái vannak, és töltése lényegében higanyt, nemesgázt és a lámpa működése közben szabad halogént tartalmaz. Egy ilyen szuper nagynyomású higanygőz kisülő lámpa ismeretes a 14 89 417 sz. DE szabadalmi leírásból, amelynek 55 mm3 térfogatú, hosszúkás, kvarcüvegből lévő búrája van. Ez a búra nemesgázzal és 6,5 mg higannyal van töltve, ami megfelel 0,12 mg/mm3 higanymennyiségnek. A higanygőz nyomása mintegy 120 bar lehet. A lámpa teljesítmény sűrűsége mintegy 14,5 W/mm3. A lámpa élettartamának növelése érdekében nemcsak hűtik a bűrát, például áramló vízzel, hanem a búrába legalább egy halogénből köbmilliméterenként 5xlO^-5xlO'2 g atom mennyiséget is adagolnak. Jóllehet az ilyen, mintegy 120 bar higanygőz nyomású lámpák nagy fényerejűek, azonban spektrumuk a folyamatos spektrumra szuperponált, higanyra jellemző sugárzást tartalmazza és a vörös rész kicsi. A 11 09 135 sz. GB szabadalmi leírás egy szuper nagynyomású higanygőz kisülő lámpát ismertet, amelynek kvarcüvegből lévő, hengeres, kapilláris búrája van, és amelynek 0,15 mg/mm3 mennyiségű higanytöltése van. ami megfelel mintegy 150 bar higanygőz nyomásnak. Annak érdekében, hogy a színvisszaadást javítsák, a lámpa töltete ezen túlmenően tartalmazott egy fémjodidot is. Ezeknek a lámpáknak a nagy elektróda-terhelése azt eredményezi, hogy az elektródákról wolfram porlasztódik le, ami a búra falán lecsapódik. Ez a búra feketedését okozza, ezért az jobban melegszik, ami - különösen a nagy higanynyomás mellett - a búra felrobbanását okozhatja. A találmány elé célul tűztük ki egy olyan, a bevezetőben körülírt nagynyomású higanygőz kisülő lámpának a kidolgozását, amelynek nem csupán nagy a fényereje és nagy a fényhatásfoka, hanem jobb a színvisszaadása és hosszabb az élettartama. A kitűzött célt a bevezetőben körülírt lámpával a találmány szerint úgy értük el, hogy a higany mennyisége nagyobb, mint 0,2 mg/mm3, a higanygőz nyomása nagyobb, mint 200 bar, a falterhelés nagyobb, mint 1 W/mm2, és a Cl, Br vagy I halogének közül legalább az egyik jelen van és mennyisége 10'6 és 10'4 umol/mm3 között van. Mintegy 150 bar higanygőz nyomásig a higanygőz kisülő lámpák fénykibocsátása és színvisszaadása gyakorlatilag állandó, mivel azok lényegében a higany vonalas sugárzását és egy adott nagyságú folyamatos spektrumot bocsátanak ki, amely utóbbi az elektronok és a higany atomok rekombinációjából adódik. Meglepő módon azt találtuk, hogy nagyobb higanygőz nyomások mellett a fénykibocsátás és a színvisszaadási index jelentősen növekszik, ami a folyamatos spektrum drasztikus növekedésének a következménye. Feltételezhető, hogy 200 bar-nál magasabb nyomás esetén a kvázi-molekuláris állapotból származó sugárzáshoz a valós, kötött molekulájú sugárzásból származó sugárzás is jelentősen hozzájárul. Mintegy 300 bar üzemi nyomásnál a látható sugárzás folyamatos része jóval 50% felett van. Következésképpen a kibocsátott fény spektrumában a vörös rész is növekszik. Ilyen nagy higanygőz nyomás elérésekor a búra falának nagyon magas a hőmérséklete (mintegy 1000”C). Ezen túlmenően, a lámpa búráját olyan kicsire kell választani, amennyire az csak lehetséges, annak érdekében, hogy a búra jól viselje ezt a nagy nyomást. A magas falhőmérséklet és a kis búra együttesen jelenti a magas, legalább 1 W/mm2 falterhelést. A búra célszerűen kvarcüvegből vagy alumíniumoxidból van. A higanygőz nyomás felső határa a búra anyagának szilárdságától függ, ami a gyakorlatban mintegy 400 bar lehet. A higany mennyisége 0,2 és 0,35 mg/mm3 közötti tartományban van, és a lámpa működése közben a higanygőz nyomása 200 és 350 bar között van. A búra nagyon kis méretei miatt megnő a wolfram elektróda elporlasztódása következtében a fal feketedése. A falnak ezt a feketedését teljes egészében el kell kerülni, mivel egyébként a fal hőmérséklete a lámpa élettartama során a hősugárzás fokozott elnyelése következtében megnő, ami a búra megsérüléséhez vezetne. Annak érdekében, hogy a wolfram vándorlás következtében fellépő falfeketedést elkerüljük, a találmány szerinti nagynyomású higanygőz kisülő lámpa a klór, bróm vagy jód halogének legalább egyikét tartalmazza kis mennyiségben. Ezek a halogének egy olyan wolfram vándorlási ciklust hoznak létre, amely által a leporlasztódott wolfram visszajut az elektródákra. A találmány szerinti nagynyomású kisülő lámpában alkalmazott halogén a bróm, amelyet QüBn alakban, mintegy 0,1 mbar töltési nyomással viszünk be. Ez a vegyület a lámpa begyújtásakor azonnal felbomlik. A találmány szerinti higanygőz kisülő lámpa nem tartalmaz fémhalogenidet, mivel ilyen magas fémhalogenid koncentráció a spektrum folyamatos részének jelentős növeléséhez lenne szükséges, ami azonban az elektródák gyors korrózióját okozná a nagy wolfram vándorlási arány következtében. A nagy terhelésű fémhalogenid lámpák, mint amilyet a 1109135 sz. GB szabadalmi leírás ismertet, csak mintegy pár száz üzemóra élettartamot érnek el, míg a találmány szerinti lámpák élettartama több, mint 5000 üzemórát is elérhet hozzávetőlegesen állandó fénykibocsátással (A r) < 2 %) és gyakorlatilag változatlan színvisszaadási index mellett (A x, A y < 0,005 5000 óra alatt). A találmány szerinti lámpa színhőmérséklete nagyobb, mint 8000 K. A találmány szerinti lámpa színhőmérséklete és színvisszaadási indexe tovább javítható, ha a lámpának a kék sugárzást leválasztó szűrője van. Ezzel kapcsolatban rá kell mutatni arra, hogy a már ismert, 15 39 429 sz. GB szabadalmi leírás szerint a nagynyomású higanygőz kisülő lámpákban, amelyeknek halogenid adalékuk van, a kék sugárzás csökkentésére szűrőt kell alkalmazni, miáltal a kibocsátott sugárzás színvisszaadása is javul. 150 bar higanygőz nyomású kisülő lámpákban egy ilyen szűrő gyakorlatilag hatástalan lenne, mivel a kibocsátott fény gyakorlatilag nem tartalmaz vörös részt. A találmány szerinti lámpa spektruma azonban olyan nagy mennyiségű folyamatos vörös részt tartalmaz, hogy a kék részre alkalmazott szűrővel, amelynek a fényvesztesége csak 15 %, a kibocsátott fehér fény színhőmérséklete mintegy 5500 K és színvisszaadási indexe mintegy 70. A találmány néhány kiviteli példáját az alábbiakban a mellékelt rajzok segítségével ismertetjük részletesebben, ahol az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
