Halogenní lampy s wolframovou žárovkou

V roce 1958 E.G. Fridrich a E.H. Wiley vyvinuli halogenovou drátkovou žárovku přidáním halogenního plynu (v podstatě jodu) do žárovky s drátkem. Bez halogenního plynu se výkon drátu žárovky postupně snižuje kvůli jeho vypařování při vyšších teplotách provozu. Vypařený wolfram z drátu běžné žárovky s drátkem se postupně usazuje na vnitřní straně kolby. Tím se světelný tok blokuje a efektivita žárovky, tj. lumen/watt, se postupně snižuje. Přidání halogenního plynu do žárovky tento problém překonává a nabízí další výhody. Tento přidaný halogenní plyn pomáhá vypařenému wolframu tvořit wolframové halidy, které se neusazují na vnitřní straně kolby při teplotě mezi 500K a 1500K. Světelný tok tedy není blokován a efektivita žárovky se nezhoršuje. Díky přidání stlačeného halogenního plynu se také snižuje rychlost vypařování drátu.

Princip fungování halogenové žárovky

Princip fungování halogenové žárovky je založen na regenerativním cyklu halogenu.

V žárovce s drátkem se díky vysoké teplotě vypařuje wolframový drát během provozu. Díky konvekčnímu toku plynu uvnitř kolby se vypařený wolfram odnáší pryč od drátu. Stěna kolby je relativně chladná, proto se vypařený wolfram přilne k vnitřní stěně kolby. Toto se nestane, pokud se v kolbě použije halogen, jako je jod. Teplota drátu halogenové žárovky je udržována přibližně 3300K, což znamená, že se zde také vypařuje wolfram. Konvekční tok plynu uvnitř kolby odnáší vypařené atomy wolframu do oblasti s nižší teplotou, kde se spojují s parami jodu a tvoří wolframový jodid. Teplota potřebná pro kombinaci wolframu a jodu je 2000K.

Konvekční tok plynu uvnitř kolby pak nese wolframový jodid k stěně s nižší teplotou. Kolba je navržena tak, aby teplota skleněné stěny byla mezi 500K a 1500K, a při této teplotě se wolframový jodid neuchytí na stěnu kolby. Vrací se zpět k drátu díky stejnému konvekčnímu toku plynu uvnitř kolby. V blízkosti drátu, kde je teplota vyšší než 2800K, se wolframový jodid rozpadá na wolfram a parový jod. Protože toto je požadovaná teplota pro rozklad wolframového jodidu na atomy wolframu a jodu, která je >2800K.

Tyto atomy wolframu se pak dále pohybují a opět se usazují na drátu, čímž kompenzují předchozí vypaření wolframu. Poté se znovu vypaří díky vysoké teplotě drátu a jsou volné k navázání jodu a tvoření jodidu. Tento cyklus se opakuje stále dokola. Drát se tedy nevypařuje trvale, což umožňuje udržovat teplotu drátu na velmi vysoké úrovni oproti běžné žárovce, což zvyšuje efektivitu, tj. vyšší hodnotu lumen/watt. Jelikož nedochází k trvalému vypařování drátu, životnost wolframových halogenových žárovek je mnohem delší s jasnějším osvětlením. Chemická rovnice je

Konstrukce halogenové žárovky

Oproti halogenové žárovce je běžná žárovka schopna poskytnout pouze 80% svého světelného toku na konci životnosti, protože průhlednost skleněné stěny se ztrácí kvůli usazení wolframu. Naopak wolframová halogenová žárovka je schopna poskytnout více než 95% svého světelného toku na konci životnosti. Dříve se k výrobě kolby halogenové žárovky používal borosilikátové nebo aluminosilikátové sklo, protože mají vyšší tepelnou odolnost a jejich koeficient termické expanze je velmi nízký. Dnes se však široce používá křemen. Křemen je průhledný oxid křemičitý a čistý dioxid křemičitý. Je velmi silný a odolává vyšším teplotám než borosilikátové nebo aluminosilikátové sklo. Křemenná kolba může být měkký materiál při teplotách nad 1900K. Okolo drátu musí být udržována teplota přibližně 2800K, aby se udržoval nepřetržitý halogenový cyklus. Proto musí být zachován určitý rozdíl mezi drátem a stěnou křemenné kolby, aby teplota stěny kolby byla nižší než 1900K. Stěna kolby musí být silná a menšího objemu, aby se žárovka mohla provozovat při vnitřním tlaku několika atmosfér. Vyšší tlak uvnitř kolby snižuje rychlost vypařování wolframového drátu. Uvnitř kolby je kromě halogenního plynu smíchán určitý množství dusíku a argonu, aby se udržel tento vyšší tlak plynu. Tím se žárovka může provozovat při vyšší teplotě a s vyšší světelnou efektivitou po dlouhou dobu. Většina současných žárovek používá místo jodu brom. Brom je bezbarvý, zatímco jod má fialovou barvu.

Použití wolframových halogenových žárovek

Wolframové halogenové žárovky mohou mít různé tvary, ale nejčastěji jsou trubkovité s drátem orientovaným axiálně. Jsou dostupné v obou dvoudílných a jednodílných typech. Dva typy jsou zobrazeny níže.
Dva typy jsou zobrazeny níže.

Wolframové halogenové žárovky poskytují korelovanou barevnou teplotu, vynikající udržení luminosity a rozumnou životnost. Wolframové halogenové žárovky jsou vhodné pro použití v venkovním osvětlení. Zejména se používají v sportovním osvětlení, divadlech, studiích a televizním osvětlení atd. Jejich dráty jsou obecně mechanicky stabilní a umístěny s vysokou přesností. Wolframové halogenové žárovky se široce používají jako reflektory, filmové projekční zařízení a vědecké přístroje. Typy wolframových halogenových žárovek s nízkým napětím jsou také dostupné. Jsou k dispozici v moci 12, 20, 42, 50 a 75 Wattů a pracují v rozmezí 3000K až 3300K. Jejich životnost se pohybuje mezi 2000 a 3500 hodinami.

Jako optické projekční zařízení se obecně používají halogenové žárovky, v současné době se široce používají i v expozičním osvětlení. Hlavní částí wolframové halogenové žárovky je malá wolframová halogenová kapsle. Je ulitá do jednoho kusu, všechny skleněné reflektory jsou jako facety pro optickou kontrolu paprsku. MR-16 žárovka má multifacetní reflektor s průměrem 2 palce. Má mírně vyšší luminosní efektivitu než standardní napětí žárovky. Mají menší rozměry a umožňují kompaktní montáž.

Prohlášení: Respektujte originál, dobré články stojí za sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, obraťte se na nás pro odstranění.