Галогенные лампы накаливания. Принцип работы

ГЛН – это лампа накаливания, имеющая кварцевую колбу преимущественно трубчатой формы, наполненную инертным газом с добавкой галогенов или их соединений, обеспечивающих обратный перенос испарившихся частиц вольфрама со стенок колбы на тело накала.

Принцип действия ГЛН заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений — галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, ис­парившиеся атомы вольфрама.

Галогенные ЛН по сравнению с обычными лампа­ми имеют более стабильный по времени световой поток и, следовательно, повышенный полезный срок службы, а также значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность благодаря применению кварцевой колбы. Малые размеры и проч­ная оболочка позволяют наполнять лампы до высоких давлений дорогостоящим ксеноном и получать на этой основе более высокую яркость и повышенную све­товую отдачу (либо увеличенный физический срок службы).

Галогенная добавка в ЛН с вольфрамовым телом накала вызывает замкнутый химический цикл. Пример такого цикла показан схематично на рис. 1 на при­мере иода. При 300—1200°С пары иода соединяются на стенке колбы с частицами вольфрама, образуя йоди­стый вольфрам WI2, который испаряется при темпера­туре выше 250—300 °С. Вблизи тела накала при 1400— 1600 °С, молекулы WI2 распадаются и атомы вольфра­ма оседают на теле накала и других деталях, имеющих температуру выше 1600°С. Освободившиеся атомы иода диффундируют в объеме лампы и соединяются на стенках колбы с вольфрамом, вновь образуя WI2. Для иодно-вольфрамового цикла требуются следующие условия: 1) температура внутренней стенки колбы повсюду должна быть не ниже 250 и не выше 1200°С; наиболее предпочтительна температура 500—600 °С, по­этому колбу изготавливают из кварца и придают ей не­обходимую форму для обеспечения лучшей равномер­ности температуры; 2) минимальная температура тела накала должна быть выше 1600°С; 3) иод не должен образовывать на стенке лампы какие-либо другие хи­мические соединения, кроме WI2, поэтому в галогенной лампе недопустимо применение никеля и молибдена, алюминиевого, циркониевого и фосфорного газопогло­тителей, с которыми под активно взаимодействует; 4) количество иода дозировано; излишек иода для компе­нсации потерь не допускается, так как пары иода за­метно поглощают видимое излучение, особенно в об­ласти 500—520 нм.

Иодно-вольфрамовый цикл препятствует осажде­нию вольфрама на колбе, но не обеспечивает возвращения его частиц в дефектные участки тела накала.

Поэтому механизм перегорания тела накала в йодных лампах остается таким же, как и в обычных ЛН. Применение иода в ГЛН выявило некоторые его недостатки: агрессивность по отношению к металличе­ским деталям, трудность дозировки, некоторое погло­щение излучения в желто-зеленой области. Другие га­логены (бром, хлор, фтор), будучи более агрессивными, в чистом виде не могли его заменить. В настоящее время в подавляющем большинстве ГЛН применяют химические соединения галогенов СН3Вr (бромистый метил) и СН2Вr2 (бромистый метилен). Чистый бром выделяется в зонах с температурой выше 1500 °С. Для ГЛН с большим сроком службы применяют СН2Вr, полагая, что таким путем вводится некоторый избы­ток водорода, компенсирующий его утечку через го­рячую кварцевую колбу. Продолжается работа над подбором новых летучих химических соединений га­логенов.

Исследования показывают, что механизм возврат­ного цикла значительно сложнее, чем представлялось на ранней стадии работы над ГЛН. Установлено, что иодно-вольфрамовый цикл не происходит в лампе, аб­солютно свободной от кислорода. Однако введение в ГЛН кислорода, как и в обычных лампах, способству­ет появлению известного, весьма вредного для ламп «водяного цикла». Длинные линейные ГЛН имеют не­достатки: их невозможно долго эксплуатировать в на­клонном или вертикальном положении, так как при этом галогенные добавки и инертный газ в основном из-за разности их молекулярных масс разделяются друг от друга и регенеративный цикл прекращается. Из-за высокой стоимости кварца и недостаточной технологичности ГЛН они пока еще дороги.

Устройство ГЛН показано на рис. 2. Колба лам­пы — длинная узкая кварцевая трубка 1; тело нака­ла — прямолинейная вольфрамовая спираль 2, закреп­ленная на вольфрамовых держателях 3 по оси колбы. Расположенные по обоим концам трубки вольфрамо­вые вводы 4 соединены с выводами 5 впаянной в кварц молибденовой фольгой 6. Место отпая штенгеля 7 расположено на боковой стенке колбы. Диаметр труб­ки-колбы и расположение тела накала в ней выбира­ются так, чтобы при горении ГЛН температура стенки была равна 500—600°С, не менее 250 и не более 1000°С.

Тело накала ГЛН изготавливается из специальных марок вольфрамовой проволоки, преимущественно в виде спирали, которой в лампе с помощью электродов и держателей придается необходимая форма.

Основные типы ГЛН. Галогенные лампы применя­ются для светильников общего освещения и прожекто­ров; инфракрасного облучения; кинофотосъемочного и телевизионного освещения; автомобильных фар; аэро­дромных огней; оптических приборов; специальных применений. По конструктивным признакам ГЛН де­лятся на две группы; с длинным спиральным телом накала при соотношении длины ГЛН к диаметру более 10 - линейные и трубчатые лампы; с компактным телом накала при отношении длины ГЛН к диаметру менее 8.

Приняты следующие обозначения: первая буква-материал колбы(К- кварцевая); вторая- вид галогенной добавки(И-йод, Г-галоген); третья буква - область применения (О-облучательная) или конструктивная особенность (М-малогабаритная); первая группа цифр - напряжение, В; вторая группа цифр - мощность Вт; сила света, кд; ток, А, или световой поток, лм; последняя цифра - порядковый номер разработки после первой..

Лампы для светильников общего освещения и прожекторов выпускаются преимущественно на 220 В мощностью от1 до 20 кВт; световая отдача 22-26 лм/Вт; срок службы 2000 ч; лампы трубчатые; положение горения горизонтальное.

Малогабаритные лампы разного назначения выпускаются на напряжение до 30 В мощностью 15-650 Вт; лампы имеют компактную форму тела накала. Поскольку от этих ламп требуется высокая яркость, они выпускаются с температурой тела накала 3000-3200 К и имеют срок службы несколько десятков или сотен часов; положение горения любое.

В ГЛН используется несогласованный вакуумно плотный фольговый впай герметичность которого обеспечивается благодаря малой толщине молибденовой фольги(25-30 мкм). Причем фольга должна иметь в сечении двояковыпуклую линзу.