Лампы накаливания с галогенным циклом

В 1958 году E.G. Fridrich и E.H. Wiley разработали лампу накаливания с галогеном (основным образом йод) внутри лампы накаливания. Без галогенного газа, спираль лампы накаливания постепенно теряет свою производительность из-за испарения вольфрама при высоких температурах работы. Испарившийся вольфрам со спирали обычной лампы накаливания постепенно оседает на внутренней поверхности колбы. Таким образом, люмены сталкиваются с препятствиями на своем пути выхода из колбы. Поэтому эффективность, то есть люмен/ватт, лампы накаливания постепенно снижается. Однако введение галогенного газа в лампу накаливания преодолевает эту проблему, а также обеспечивает другие преимущества. Введенный галогенный газ помогает испарившемуся вольфраму образовать вольфрамовый галогенид, который не осаждается на внутренней поверхности колбы при температуре между 500K и 1500K. Таким образом, люмены никогда не сталкиваются с препятствиями. Следовательно, люмен/ватт лампы не ухудшается. Кроме того, благодаря введению сжатого галогенного газа, скорость испарения спирали снижается.

Принцип работы галогенной лампы

Принцип работы галогенной лампы основан на регенеративном цикле галогена.

В лампе накаливания из-за высокой температуры вольфрамовая спираль испаряется во время работы. Из-за конвекционного потока газа внутри колбы, испарившийся вольфрам перемещается от спирали. Стенка колбы относительно холодная. Поэтому испарившийся вольфрам затем прилипает к внутренней стенке колбы. Это не происходит, когда в колбе используется галоген, такой как йод. Температура спирали галогенной лампы поддерживается около 3300K. Поэтому здесь также вольфрам будет испаряться со спирали лампы. Из-за конвекционного потока газа внутри колбы, испарившиеся атомы вольфрама переносятся от спирали в зону с более низкой температурой, где они соединяются с парами йода и образуют вольфрамовый йодид. Температура, необходимая для соединения вольфрама и йода, составляет 2000K.

Затем тот же конвекционный поток газа внутри колбы переносит вольфрамовый йодид к стенке с относительно низкой температурой. Но колба так спроектирована, что температура стеклянной стенки остается между 500K и 1500K, и при этой температуре вольфрамовый йодид не прилипает к стенке колбы. Он возвращается к спирали из-за того же конвекционного потока газа внутри колбы. Затем, вблизи спирали, где температура превышает 2800K, вольфрамовый йодид распадается на вольфрам и пары йода. Потому что это требуемая температура для распада вольфрамового йодида на вольфрам и атомы йода составляет >2800K.

Затем эти атомы вольфрама продолжают движение и снова осаждаются на спирали, компенсируя ранее испарившийся вольфрам. После этого они снова испаряются из-за высокой температуры спирали и становятся свободными, чтобы захватить йод, образуя йодид. Этот цикл повторяется снова и снова. Поэтому спираль не испаряется постоянно, и температура спирали может поддерживаться на очень высоком уровне по сравнению с обычной лампой накаливания, что делает ее более эффективной, то есть с более высоким показателем люмен/ватт. Поскольку нет постоянного испарения спирали, срок службы галогенных ламп с вольфрамовой спиралью значительно увеличивается с ясностью освещения. Химическое уравнение:

Конструкция галогенной лампы

По сравнению с галогенной лампой, обычная лампа накаливания способна предоставить только 80% своих люменов к концу срока службы, поскольку ясность стеклянной стенки становится тусклой из-за осаждения вольфрама на ней, тогда как галогенная лампа с вольфрамовой спиралью способна предоставить более 95% своих люменов к концу срока службы. Ранее для изготовления колбы галогенной лампы использовались боросиликатное или алюмосиликатное стекло. Они имеют высокую температурную стойкость, а их коэффициент теплового расширения очень низкий. Но в настоящее время широко используется кварц для изготовления колбы галогенной лампы. Кварц - это прозрачный диоксид кремния и чистый диоксид кремния. Он намного прочнее и выдерживает более высокие температуры по сравнению с боросиликатным или алюмосиликатным стеклом. Колба из кварца может быть мягкой материалом выше 1900K. Кроме того, вокруг спирали должно поддерживаться около 2800K, чтобы обеспечить непрерывный галогенный цикл. Поэтому расстояние между спиралью и стенкой колбы из кварца должно быть таким, чтобы стенка колбы имела температуру ниже 1900K. Стенка колбы должна быть прочной и иметь меньший объем, чтобы лампа могла работать при внутреннем давлении нескольких атмосфер. Более высокое давление внутри колбы снижает скорость испарения вольфрамовой спирали. Для поддержания этого высокого давления газа внутри колбы добавляется определенное количество азота и аргона. Таким образом, лампа может работать при более высокой температуре и с более высокой световой эффективностью длительное время. Большинство ламп в наши дни используют бром вместо йода. Бром бесцветен, в то время как йод имеет пурпурный оттенок.

Применение галогенных ламп с вольфрамовой спиралью

Галогенные лампы с вольфрамовой спиралью могут иметь множество форм, но чаще всего они цилиндрические с осевой ориентацией спирали. Также они доступны в одиночных и двойных вариантах. Два типа показаны ниже.
Два типа показаны ниже.

Галогенные лампы с вольфрамовой спиралью обеспечивают коррелированную цветовую температуру, отличное сохранение люменов и разумный срок службы. Галогенные лампы подходят для использования в наружном освещении. В частности, их можно использовать для освещения спортивных мероприятий, театров, студий и телевизионного освещения и т.д. Их спирали обычно механически стабильны и расположены с высокой точностью. Галогенные лампы с вольфрамовой спиралью широко используются как прожекторы, кино проекторы и научные инструменты. На рынке доступны типы галогенных ламп с низковольтной вольфрамовой спиралью. Они доступны мощностью 12, 20, 42, 50 и 75 Вт, работающие в диапазоне 3000K до 3300K. Их срок службы варьируется от 2000 до 3500 часов.

Как оптические проекционные устройства, галогенные лампы обычно используются, в настоящее время, они широко применяются также в освещении витрин. Основной частью галогенной лампы с вольфрамовой спиралью является маленькая капсула с галогенным вольфрамом. Она скреплена в одно целое, все стеклянные рефлекторы являются фасетками для оптического контроля луча. Лампа MR-16 имеет многофасеточный рефлектор диаметром 2 дюйма. У нее немного выше световая эффективность, чем у стандартных вольтажных ламп накаливания. Их размеры меньше, что позволяет создавать компактные осветительные приборы.

Заявление: Уважайте оригинальные, хорошие статьи, которые стоит делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.