Патент на изобретение №2382435

(54) ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к осветительным газоразрядным лампам общего назначения. Техническим результатом изобретения является увеличение долговечности лампы при снижении ее себестоимости. Технический результат достигается тем, что в газоразрядной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спеченной массой, состоящей из порошка тугоплавкого металла и эмиссионного вещества, эмиссионное вещество представляет собой смесь вольфрамата бария-кальция Ba₂CaWO₆ и алюмината бария BaAl₂O₄ в соотношении от 1:3 до 2:1 и общем содержании от 10 до 50 весовых процентов по отношению к весу порошка тугоплавкого металла. 1 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности в частности к осветительным газоразрядным лампам общего и специального назначения.

Известна газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спиралью, между витками которой находится эмиссионное вещество (Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоиздат, 1991, стр.341-344).

Недостатком технического решения, взятого за аналог, является высокая себестоимость ламп вследствие сложности изготовления применяемого спирального электрода и сравнительно невысокий срок службы лампы, обусловленный осыпанием эмиссионного вещества из межвиткового пространства вследствие перепада температуры во включенном и отключенном состояниях лампы.

Наиболее близкой по технической сущности является газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спеченной массой, состоящей из порошка тугоплавкого металла и эмиссионного вещества (пат. США 4303848 от 01.12.81 г.).

Данное техническое решение, взятое за прототип, позволяет обеспечить электроду повышенную устойчивость при изменении температуры.

Недостатком прототипа является относительно небольшой срок службы ламп из-за высокой работы выхода электронов применяемых оксидов, более 2,8 эВ. Для поддержания требуемого уровня разрядного тока оксидные электроды с высокой работой выхода больше нагреваются, при этом происходит ускоренное испарение материала электродов, осаждение его на стенках горелки лампы и повышенный спад светового потока в течение срока службы лампы.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение долговечности лампы при снижении ее себестоимости.

Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спеченной массой, состоящей из порошка тугоплавкого металла и эмиссионного вещества, эмиссионное вещество представляет собой смесь вольфрамата бария-кальция Ba₂CaWO₆ и алюмината бария BaAl₂O₄ в соотношении от 1:3 до 2:1 и общем содержании от 10 до 50 весовых процентов по отношению к весу порошка тугоплавкого металла.

Указанный интервал рекомендуемых соотношений количеств вольфрамата бария-кальция, алюмината бария и их общего количества в спеченной массе определен экспериментальным путем.

При соотношении вольфрамата бария-кальция Ba₂CaWO₆ и алюмината бария BaAl₂O₄ меньшем, чем 1:3, на поверхности электрода будет присутствовать недостаточное для эффективной работы количество основного эмиссионного вещества, которым является Ba₂CaWO₆.

При соотношении большем 2:1 снижается эффективность восстановления бария, что приводит к ухудшению эмиссионной способности электрода.

Если общее содержание композиции вольфрамата и алюмината меньше 10 весовых процентов по отношению к весу порошка тугоплавкого металла, наблюдается недопустимый спад эмиссионной способности электрода, выражающийся в повышении напряжения зажигания лампы, а также затрудненном переходе разряда в дуговую форму.

Увеличение содержания больше 50 весовых процентов приводит к значительному снижению теплопроводности спеченной массы, ухудшению условий теплоотвода и, как следствие, ускоренному испарению материала спеченной массы и перегреву кварцевого стекла в зоне герметизации тугоплавкого стержня в горелку.

В лампе по предлагаемому изобретению не происходит ускоренного испарения эмиссионного вещества спеченной массы, что обусловливает ее повышенную долговечность. Высокая эмиссионная способность и устойчивость к воздействию внешней среды позволяют применять для изготовления горелки более дешевое кварцевое стекло с содержанием гидроксильных групп до 5 ppm, что снижает затраты при изготовлении лампы.

Сущность предлагаемого изобретения пояснена чертежом.

На чертеже приведена газоразрядная лампа, содержащая горелку (1) из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла (2), на котором закреплена спеченная масса (3), состоящая из смеси порошков тугоплавкого металла и эмитирующего вещества.

Разрядный ток обеспечивается термоэлектронной эмиссией электрода и, в зависимости от эмиссионной способности применяемого эмиссионного вещества, электрод разогревается во время горения лампы до 1500-2000 К.

Известно, что повышение температуры спеченной массы на 70 К приводит к увеличению скорости испарения эмиссионного вещества с ее поверхности на порядок (Кудинцева Г.А., Мельников A.И, Морозов А.В., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды. М.: Энергия, 1966, с.226, 248-249).

Понижение температуры обеспечивается созданием на эмитирующей поверхности электрода пленки свободного бария, значительно снижающей работу выхода и увеличивающей эмиссионную способность. Для создания такой пленки применен восстановитель бария – вольфрам.

Авторами экспериментально получено, что наиболее эффективно процесс восстановления бария происходит в присутствии алюминия, находящегося в соединении BaAl₂O₆. В этом случае температура спеченной массы не превышает 1500 К.

Механизм работы газоразрядной осветительной лампы состоит в следующем.

Лампа включается в сеть питающего напряжения последовательно с балластным сопротивлением: активным, индуктивным, емкостным, комбинированным или электронным. При подаче питающего напряжения на электроды лампы под воздействием высоковольтного импульса или без него происходит пробой газоразрядного промежутка горелки и развитие в нем дугового разряда в среде рабочего состава. Дуговой разряд генерирует излучение в оптической области спектра: ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной, которое и используется для освещения объектов или в технических целях.

Пример конкретного исполнения лампы.

Для ртутных дуговых осветительных ламп высокого давления ДРЛ 250 изготавливаются электроды, представляющие собой вольфрамовый стержень, на который напрессована спеченная масса в виде цилиндра диаметром 2,7 мм и длиной 3,5 мм. Дальнейшая последовательность операций сборки и тренировки ламп не отличается от известной.

Примеры конкретного исполнения ламп с применением спеченных электродов с различным содержанием вольфрамата бария-кальция Ba₂CaWO₆ и алюмината бария BaAl₂O₄ приведены в таблице 1.

Была изготовлена партия ламп с предлагаемыми электродами. Испытания ламп показали, что их долговечность увеличилась на 20% при снижении затрат на изготовление каждой лампы на 5 руб. При цене лампы 150 руб. и производстве 3 млн. штук в год это дает годовой экономический эффект на уровне 20 млн.руб.

Формула изобретения

Газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спеченной массой, состоящей из порошка тугоплавкого металла и эмиссионного вещества, отличающаяся тем, что эмиссионное вещество представляет собой смесь вольфрамата бария-кальция Ba₂CaWO₆ и алюмината бария BaAl₂O₄ в соотношении от 1:3 до 2:1 и общем содержании от 10 до 50 вес.% по отношению к весу порошка тугоплавкого металла.

РИСУНКИ