ハロゲンランプ

1958年、E.G. FridrichとE.H. Wileyはタングステンハロゲンランプを開発しました。これは白熱電球内にハロゲンガス（主にヨウ素）を導入することで実現しました。基本的に、ハロゲンガスがなければ、白熱電球のフィラメントは高温で動作する際に蒸発し、その性能が徐々に低下します。通常の白熱電球のフィラメントから蒸発したタングステンは、徐々に電球内部の表面に堆積し、ルーメンが放出される道を遮断します。そのため、効率つまりルーメン/ワットは徐々に低下します。しかし、ハロゲンガスを白熱電球に挿入することでこの問題を克服し、さらにさまざまな利点も得られます。挿入されたハロゲンガスは、蒸発したタングステンがタングステンハライドを形成するのを助け、これが500Kから1500Kの温度範囲では電球内部の表面に堆積しないため、ルーメンが妨げられることはありません。したがって、ランプのルーメン/ワットは劣化しません。また、圧力下のハロゲンガスを挿入することで、フィラメントの蒸発速度も低下します。

ハロゲンランプの動作原理

ハロゲンランプの動作原理は、ハロゲンの再生サイクルに基づいています。

通常の白熱電球では、高温によりタングステンフィラメントが蒸発します。電球内部のガスの対流により、蒸発したタングステンはフィラメントから遠ざけられ、相対的に冷たい電球壁に付着します。しかし、ヨウ素などのハロゲンガスを使用すると、このようなことは起こりません。ハロゲンランプのフィラメント温度は約3300Kに維持されます。そのため、ここでもタングステンはフィラメントから蒸発します。電球内部のガスの対流により、蒸発したタングステン原子はフィラメントから低温ゾーンに運ばれ、そこでヨウ素蒸気と結合してタングステンヨウ化物を形成します。タングステンとヨウ素が結合するには2000Kの温度が必要です。

その後、同じ対流により、タングステンヨウ化物は比較的低温の電球壁に運ばれます。しかし、電球は設計されており、ガラス壁の温度は500Kから1500Kの範囲に保たれ、その温度ではタングステンヨウ化物は電球壁に付着しません。再び、フィラメントの近くで温度が2800Kを超えると、タングステンヨウ化物はタングステンとヨウ素蒸気に分解されます。タングステンヨウ化物をタングステンとヨウ素原子に分解するには2800K以上の温度が必要です。

その後、これらのタングステン原子はフィラメントに戻り、以前に蒸発したタングステンを補償します。そして再び高温により蒸発し、ヨウ素と結合してヨウ化物を形成します。このサイクルは繰り返されます。したがって、フィラメントは永久に蒸発せず、非常に高い温度を維持できます。これにより、より効率的（ルーメン/ワットが高い）になります。フィラメントが永久に蒸発しないため、タングステンハロゲンランプの寿命は長くなり、照明の明瞭さも高まります。化学反応式は

ハロゲンランプの構造

ハロゲンランプと比較して、白熱電球は寿命の終わりまでに80%のルーメンしか提供できません。これは、タングステンがガラス壁に堆積し、透明性が失われるためです。一方、タングステンハロゲンランプは、寿命の終わりまでに95%以上のルーメンを提供することができます。以前は、ハロゲンランプの電球には、ボロシリケートガラスまたはアルミノシリケートガラスが使用されていました。これらは高い耐熱性と低い熱膨張係数を持つからです。しかし、現在では、クォーツが広く使用されています。クォーツは透明なシリカであり、純粋な二酸化ケイ素です。これは非常に強く、ボロシリケートやアルミノシリケートガラスよりも高い温度に耐えられます。クォーツは1900K以上で軟らかくなります。また、フィラメント周辺では2800Kを維持して、連続的なハロゲンサイクルを得る必要があります。したがって、フィラメントとクォーツ電球壁の間隔は、クォーツ電球壁の温度が1900K以下になるように調整する必要があります。電球壁は強くて体積が小さく、ランプが数気圧の内部圧力で動作できるようにする必要があります。さらに、内部の高い圧力は、タングステンフィラメントの蒸発速度を減らします。電球内部には、ハロゲンガスに加えて、一定量の窒素とアルゴンが混合されています。これにより、ランプは高い温度で長時間、高い光束効率で動作できます。最近の多くのランプでは、ヨウ素の代わりに臭素が使用されています。臭素は無色ですが、ヨウ素は紫色がかっています。

タングステンハロゲンランプの応用

タングステンハロゲンランプは様々な形状を持つことができますが、最も一般的なのはフィラメントが軸方向に配置された円筒形です。また、両端型と片端型の両方があります。以下に2つのタイプを示します。
以下の2つのタイプを示します。

タングステンハロゲンランプは、相関色温度、優れた光束維持性、適度な寿命を提供します。タングステンハロゲンランプは、屋外照明用途に適しています。特にスポーツ照明、劇場、スタジオ、テレビ照明などに使用されます。フィラメントは一般に機械的に安定しており、高い精度で位置決めされています。タングステンハロゲンランプは、スポットライト、映画プロジェクター、科学機器などにも広く使用されています。市場には低電圧タングステンフィラメントランプの種類もあり、12W、20W、42W、50W、75Wで、3000Kから3300Kの範囲で動作します。寿命は2000時間から3500時間です。

光学投影装置としてハロゲンランプは一般的に使用されますが、現在ではディスプレイ照明にも広く使用されています。タングステンハロゲンランプの主要部品は小さなタングステンハロゲンカプセルです。これは一塊に固定され、すべてのガラス反射板はビームを光学的に制御するためのファセットとして機能します。MR-16ランプは直径2インチの多面反射板を持ち、標準的な電圧白熱電球よりも少し高い光束効率を持っています。サイズが小さいため、コンパクトな器具に適しています。

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