메탈 할라이드 램프: 포괄적인 가이드

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필드: 기본 전기학

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메탈 할라이드 램프는 증발된 수은과 메탈 할라이드의 기체 혼합물을 통해 전기 아크를 생성하여 빛을 발생시키는 고강도 방전(HID) 램프 유형입니다. 메탈 할라이드는 브로민이나 요오드와 결합된 금속 화합물입니다. 메탈 할라이드 램프는 높은 광효율, 색 재현성, 그리고 긴 수명을 가지고 있습니다. 이들은 상업, 산업, 공공 공간, 주차장, 스포츠 경기장, 공장, 소매점, 주거용 보안 조명 및 자동차 헤드라이트 등 실내외 일반 조명 목적으로 널리 사용됩니다.

메탈 할라이드 램프란?

메탈 할라이드 램프는 증발된 수은과 메탈 할라이드의 기체 혼합물을 통해 전기 아크를 생성하여 빛을 발생시키는 전기 램프로 정의됩니다. 전기 아크는 작은 융착 석영 또는 세라믹 아크 튜브 내부의 두 개의 전극 사이에서 생성되며, 이 아크 튜브는 자외선을 필터링하기 위한 코팅이 있는 더 큰 유리 구 안에 둘러싸여 있습니다. 아크 튜브는 약 4~20 기압의 고압과 약 1000K의 고온에서 작동합니다.

램프에 사용되는 메탈 할라이드는 일반적으로 나트륨 요오디드, 인듐 요오디드, 탈륨 요오디드입니다. 이러한 화합물은 나트륨 D 선에서 오렌지색과 빨간색, 탈륨 선에서 녹색을 스펙트럼에 추가하여 빛의 효율성과 색 재현성을 향상시킵니다. 가장 일반적으로 사용되는 메탈 할라이드 화합물은 나트륨 요오디드입니다. 메탈 할라이드는 또한 아크를 안정화하고 빛의 깜빡임을 줄이는 데 도움을 줍니다.

메탈 할라이드 램프는 약 75~100 루멘/와트의 높은 광효율을 가지며, 이는 수은 증기 램프의 약 2배, 백열 램프의 3~5배입니다. 또한 65~95의 높은 색 재현 지수(CRI)를 가지므로 색상을 정확하게 재현할 수 있습니다. 메탈 할라이드 램프의 수명은 램프의 종류와 와트에 따라 6,000~15,000시간입니다.

메탈 할라이드 램프는 누가 발명했나?

메탈 할라이드 램프는 1912년 Charles Proteus Steinmetz에 의해 발명되었지만, 1960년대까지 상업적으로 이용되지 않았습니다. General Electric의 Reiling 박사는 1960년 메탈 할라이드 램프를 개발한 선구자 중 한 명이었습니다. 그는 램프에 나트륨 요오디드를 메탈 첨가제로 사용했습니다. 이후 다른 연구자들은 인듐 요오디드, 탈륨 요오디드, 스칸듐 요오디드, 디스프로슘 요오디드 등의 다양한 메탈 할라이드를 실험했습니다.

메탈 할라이드 램프는 어떻게 작동하나?

메탈 할라이드 램프는 증발된 수은과 메탈 할라이드의 기체 혼합물을 포함하는 아크 튜브 내부의 두 개의 전극 사이에 전기 아크를 생성하여 작동합니다. 아크 튜브는 전자 볼라스트에 연결되어 있으며, 이 볼라스트는 램프에 공급되는 전압과 전류를 제어합니다.

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램프를 켤 때 처음에는 아크가 생성되지 않습니다. 아크 튜브 내부의 기체 압력과 온도가 너무 낮기 때문입니다. 램프를 시작하려면, 하나의 주 전극 근처에 있는 보조 전극이나 스타터 전극이 그들 사이에 초기 방전을 생성합니다. 바이메탈 스위치가 시작 시점에 스타터 전극을 주 전극에 단락시킵니다.

초기 방전은 아크 튜브 내부의 기체 혼합물을 가열하고 일부 아르곤 기체와 수은 증기를 이온화합니다. 이로 인해 주 전극 사이에 저 강도의 아크가 생성되고, 더 많은 기체 분자가 이온화됨에 따라 점진적으로 밝기와 온도가 증가합니다.

아크 온도가 상승하면 메탈 할라이드가 증발하여 아크 스트림으로 확산됩니다. 그런 다음 이들이 분리되어 자유 메탈과 요오드 원자를 생성합니다. 메탈 원자는 전기 아크에 의해 흥분 상태에서 기본 상태로 돌아갈 때 가시적 복사를 방출하여 대부분의 빛 출력을 생성합니다.

다양한 메탈 할라이드는 그들의 증기압과 에너지 수준 구성에 따라 다른 속도로 증발합니다. 일반적으로 인듐 요오디드가 먼저 증발하여 수은 아크 주변에 파란 막을 형성합니다. 그런 다음 탈륨 요오디드가 증발하여 인듐 막 주변에 노란 막을 형성합니다. 마지막으로 나트륨 요오디드가 증발하여 스펙트럼에 오렌지색과 빨간색을 추가합니다.

램프는 약 5분 동안 예열 후 최대 빛 출력에 도달합니다. 이 기간 동안 더 많은 메탈 할라이드가 증발함에 따라 램프의 색 온도와 CRI가 변화합니다.

메탈 할라이드 램프의 구성 요소는 무엇인가?

메탈 할라이드 램프는 빛을 발생시키기 위해 함께 작동하는 여러 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이러한 구성 요소는 다음과 같습니다:

유리 볼브: 이것은 아크 튜브를 둘러싸고 공기와 습기로부터 보호하는 외부 봉투입니다. 또한 아크에서 생성되는 자외선을 필터링하기 위한 코팅이 적용되어 있습니다.
아크 튜브: 이것은 증발된 수은과 메탈 할라이드의 기체 혼합물, 전극을 포함하는 작은 융착 석영 또는 세라믹 튜브입니다. 고압과 고온에서 작동합니다.
전극: 이것은 아크 튜브의 반대쪽 끝에 밀봉된 두 개의 텅스텐 막대입니다. 전류가 통과할 때 서로 사이에 전기 아크를 생성합니다.
스타터 전극: 이것은 주 전극 중 하나 또는 그 근처의 유리 줄기에 부착된 보조 전극입니다. 자기 자신과 다른 전극 사이에 초기 방전을 생성하여 램프를 시작합니다. 스타터 전극은 초기 아크에서 전류를 제한하기 위해 높은 저항 을 가지고 있습니다.
유리 줄기: 이것은 아크 튜브를 램프의 베이스에 연결하는 유리 관입니다. 또한 전극으로 전류를 전송하는 몰리브데넘 와이어를 지지합니다.
몰리브데넘 와이어: 이것은 아크 튜브와 유리 줄기에 용융된 얇은 금속 와이어입니다. 비자성이며 높은 용융점을 가집니다. 전극으로 전류를 전송하고 아크 튜브를 공기와 습기로부터 밀봉합니다.
베이스: 이것은 램프가 소켓이나 램프 홀더에 연결되는 부분입니다. 램프의 종류와 와트에 따라 다양한 모양과 크기를 가질 수 있습니다. 일반적인 베이스 유형으로는 E26, E39, G12, G8.5, GX10, RX7s, RX7s-24 등이 있습니다.
기체 혼합물: 이것은 아크 튜브를 채우는 아르곤 기체, 수은 증기, 메탈 할라이드의 조합입니다. 아르곤 기체는 램프를 시작하고 낮은 아크 전압을 유지하는 데 도움을 줍니다. 수은 증기는 대부분의 자외선을 제공하여 메탈 원자를 흥분시킵니다. 메탈 할라이드는 가시적 복사를 추가하고 빛의 색 재현성을 향상시킵니다.