텅스텐 할로겐 램프

1958년 E.G. Fridrich와 E.H. Wiley는 백열등 내부에 할로겐 가스(주로 요오드)를 도입하여 텅스텐 할로겐 램프를 개발했습니다. 기본적으로 할로겐 가스가 없으면 백열등의 필라멘트는 작동 시 고온에서 증발하여 점점 성능이 저하됩니다. 일반적인 백열등의 필라멘트에서 증발한 텅스텐은 점점 유리 표면에 침착되어 광도가 차단됩니다. 따라서 백열등의 효율(lumen/watt)이 점점 낮아집니다. 그러나 백열등에 할로겐 가스를 삽입하면 이러한 문제를 해결하고 다양한 이점을 제공합니다. 삽입된 할로겐 가스는 증발한 텅스텐을 텅스텐 할라이드로 형성하여 500K에서 1500K 사이의 온도에서는 유리 표면에 침착되지 않게 합니다. 따라서 광도가 차단되지 않고 램프의 lumen/watt는 저하되지 않습니다. 또한 압력이 가해진 할로겐 가스의 삽입으로 인해 필라멘트의 증발 속도가 줄어듭니다.

할로겐 램프의 작동 원리

할로겐 램프의 작동 원리는 할로겐의 재생 주기에 기반합니다.

백열등에서 고온으로 인해 텅스텐 필라멘트가 작동 중에 증발합니다. 유리 안의 가스의 대류 흐름으로 인해 증발한 텅스텐은 필라멘트로부터 멀어지게 됩니다. 유리 벽은 상대적으로 차갑기 때문에 증발한 텅스텐은 유리 벽 내부에 부착됩니다. 그러나 요오드와 같은 할로겐을 사용하는 경우에는 그렇지 않습니다. 할로겐 램프의 필라멘트 온도는 약 3300K로 유지됩니다. 따라서 여기에서도 텅스텐이 램프 필라멘트에서 증발합니다. 유리 안의 가스의 대류 흐름으로 인해 증발한 텅스텐 원자는 필라멘트로부터 상대적으로 낮은 온도 영역으로 이동하여 요오드 증기와 결합하여 텅스텐 요오디드를 형성합니다. 텅스텐과 요오드의 결합을 위한 온도는 2000K입니다.

그런 다음 유리 안의 가스의 대류 흐름이 텅스텐 요오디드를 상대적으로 낮은 온도의 유리 벽으로 운반합니다. 그러나 유리 벽은 500K에서 1500K 사이의 온도를 유지하도록 설계되어 있어 그 온도에서는 텅스텐 요오디드가 유리 벽에 부착되지 않습니다. 대류 흐름으로 인해 다시 필라멘트 쪽으로 돌아갑니다. 필라멘트 근처의 온도가 2800K 이상인 경우 텅스텐 요오디드는 텅스텐과 요오드 증기로 분해됩니다. 텅스텐 요오디드를 텅스텐과 요오드 원자로 분해하기 위한 온도는 2800K 이상입니다.

이렇게 되면 텅스텐 원자는 이전에 증발한 텅스텐을 보상하기 위해 필라멘트에 다시 침착됩니다. 그 후 다시 고온으로 인해 증발하여 요오드를 획득하여 요오디드를 형성합니다. 이 주기는 계속 반복됩니다. 따라서 필라멘트는 영구적으로 증발하지 않으므로, 일반 백열등보다 매우 높은 온도를 유지할 수 있으며, 이로 인해 더 효율적(lumen/watt 평가가 높음)입니다. 필라멘트의 영구적인 증발이 없으므로, 텅스텐 할로겐 램프의 수명은 길어지고 조명의 명료성이 유지됩니다. 화학 반응식은

할로겐 램프의 구조

할로겐 램프와 비교하여 백열등은 텅스텐이 유리 벽에 침착되면서 유리 벽의 명료성이 흐려짐에 따라 수명 말기에는 80%의 광도만 제공할 수 있습니다. 반면에 텅스텐 할로겐 램프는 수명 말기에도 95% 이상의 광도를 제공할 수 있습니다. 과거에는 할로겐 램프의 유리를 만들기 위해 보로실리케이트 또는 알루미노실리케이트 유리가 사용되었습니다. 이러한 유리는 높은 온도에 견딜 수 있고 열팽창 계수가 매우 낮기 때문입니다. 하지만 지금은 석영이 널리 사용되고 있습니다. 석영은 투명한 실리카이며 순수한 실리콘 다이옥사이드입니다. 이는 보로실리케이트나 알루미노실리케이트 유리보다 강하고 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 석영 유리는 1900K 이상에서 연질화될 수 있습니다. 또한 필라멘트 주변에서는 2800K 이상의 온도를 유지해야 지속적인 할로겐 주기가 가능합니다. 따라서 필라멘트와 석영 유리 벽 사이의 거리는 석영 유리 벽의 온도가 1900K 미만이 되도록 유지되어야 합니다. 유리 벽은 강하고 작은 부피여야 하며, 램프는 여러 대기압의 내부 압력에서 작동할 수 있어야 합니다. 또한 유리 안의 가스 압력을 유지하기 위해 일정량의 질소와 아르곤이 할로겐 가스와 함께 혼합됩니다. 이를 통해 램프는 더 높은 온도와 더 높은 발광 효율로 장시간 작동할 수 있습니다. 현재 대부분의 램프는 요오드 대신 브로민을 사용합니다. 브로민은 무색이고, 요오드는 자주빛을 띕니다.

텅스텐 할로겐 램프의 응용

텅스텐 할로겐 램프는 다양한 형태를 가질 수 있지만, 대부분 축 방향으로 필라멘트가 위치한 관형입니다. 또한 양단형과 단일형 두 가지 유형이 있습니다. 아래에 두 가지 유형이 나열되어 있습니다.
두 가지 유형이 아래에 나열되어 있습니다.

텅스텐 할로겐 램프는 연관된 색온도, 우수한 광도 유지 및 적당한 수명을 제공합니다. 텅스텐 할로겐 램프는 실외 조명 응용에 적합하며, 특히 스포츠 조명, 극장, 스튜디오 및 텔레비전 조명 등에 사용될 수 있습니다. 그들의 필라멘트는 일반적으로 기계적으로 안정적이며, 높은 정밀도로 위치합니다. 텅스텐 할로겐 램프는 스포트라이트, 필름 프로젝터 및 과학 기기 등에도 널리 사용되고 있습니다. 시장에서 저전압 텅스텐 필라멘트 램프의 종류 중에도 텅스텐 할로겐 램프가 있습니다. 12, 20, 42, 50, 75 와트로 3000K에서 3300K 사이에서 작동하며, 수명은 2000시간에서 3500시간까지 다양합니다.

현재는 광학 투사 장비로서 할로겐 램프가 주로 사용되며, 디스플레이 조명에도 널리 사용되고 있습니다.
텅스텐 할로겐 램프의 주요 부분은 작은 텅스텐 할로겐 캡슐입니다. 이는 하나의 조각으로 고정되어 있으며, 모든 유리 반사체는 광선을 제어하기 위한 면으로 구성됩니다. MR-16 램프는 2인치 직경의 다면 반사체를 가지고 있으며, 표준 전압 백열등보다 약간 더 높은 발광 효율을 가집니다. 크기도 작아 컴팩트한 조명기구에 적합합니다.

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