Газорозрядна лампа високого тиску, що містить гетерний пристрій

1. Газорозрядна лампа високого тиску (20), яка має колбу (С) і всередині колби пальник (В), опори (М) для пальника, штирки (R) для підживлення електричного розряду в атмосфері, яка складається з інертного газу і парів металу, і гетерний пристрій, яка відрізняється тим, що гетерний пристрій є ниткоподібним (22, 22', 22''), закріпленим на одній (21) з металевих частин, які підтримують пальник, так, що він є паралельним зазначеній металевій частині і суттєво схованим від пальника за зазначеною металевою частиною. 2. Газорозрядна лампа (20) за п. 1, яка відрізняється тим, що гетерний пристрій (22') утворено C2 2 (19) 1 3 пи, де середовищем газового розряду є плазма атомів і/або іонів, створених дисоціацією натрію, талію, індію, скандію або йодидів рідкоземельних металів ( взагалі, кожна лампа містить принаймні два або більше цих йодидів) у доповнення до парів ртуті; в цьому випадку, у включених лампах, тиски у світильному елементі можуть досягати 105 Па, а температури, приблизно, 700°С у найхолоднішій точці лампи. На фіг.1 показана у перерізі базова газорозрядна лампа високого тиску, типу в якому електричні з'єднувачі знаходяться тільки на одному боці лампи; хоча далі у описі посиланнями робиться на цей тип ламп, винахід також може бути застосований і до так званих "двокінцевих ламп", де електричні контакти є на обох кінцях лампи. Лампа L має зовнішню колбу С, виготовлену взагалі з скла, усередині якої є так званий пальник В, який утворений взагалі сферичним або циліндричним контейнером з кварцу або напівпрозорого окису алюмінію; на двох кінцях пальника є два електроди, а всередині його є інертний газ з доданим металом (або металічною сполукою) V у паровій формі (або який спроможний випаровуватися, коли лампа включена); ця суміш інертного газу і зазначених парів є середовищем, у якому відбувається газовий розряд. Як відомо, кінець А колби і два кінці Ζ пальника герметизовані шляхом гарячого пресування. Пальник утримується на місці двома опорними металевими частинами Μ через металеві штирки R, які зафіксовані у частинах Ζ шляхом герметизації гарячим пресуванням останніх навколо зазначених штирків. Комбінація двох частин Μ і R слугує також для електричного з'єднання електродів Ε з контактами Р, які є назовні лампи. Простір S оточеній колбою може бути вакуумований або заповнений інертними газами (азотом, аргоном або сумішшю їх); колба слугує для механічного захисту пальника і термоізолювання його від зовнішнього середовища і, над усе, утримання оптимального хімічного середовища навколо пальника. Незважаючи на забезпечення особливої атмосфери у колбі, сліди забруднень завжди присутні у лампі, наприклад, як наслідки операцій при виробництві ламп, і з'являються при дегазації або розпаду компонентів ламп або внаслідок проникнень із зовнішньої атмосфери. Ці забруднення необхідно видаляти, так як вони можуть змінити оптимальну роботу різних механізмів лампи. Окисні гази можуть бути присутні назовні пальника і завдяки температурам, які досягаються поблизу нього, можуть пошкодити металеві частини Μ і R. Водень, якщо присутній у колбі, може легко проникати крізь стінки пальника при робочих температурах ламп, і одразу у пальнику з'являється ефект підвищення різниці потенціалів між електродами Е, яка потрібна для встановлення і підтримання розряду, і тому зростають витрати потужності лампи. Додатково, це підвищення різниці потенціалів спричиняє у електродах підвищення ефекту "переривання", який призводить до ерозії електродів, завдяки ударам іонів, присутніх при розряді, наслідком чого стає утворення темних металевих осаджень на внутрішніх стінках світильного елемента і зменшення яскравості лампи. Тому водень взагалі 88039 4 вважають найбільш шкідливим забрудненням у колбі лампи. Відомо, що для видалення цих забруднень у колбу, назовні пальника вводять гетерні матеріали, які спроможні хімічно фіксувати ці забруднення. Гетерними матеріалами взагалі є метали типу титан, цирконій або їх сплави з одним або більше перехідними елементами, алюміній або рідкоземельні метали. Гетерні матеріали, прийнятні для використання у лампах, описані, наприклад, у патентах US 3 203 901 (сплави цирконій-алюміній), US 4 306 887 (сплави цирконій - залізо) і US 5 961 750 (сплави цирконій-кобальт-рідкоземельні метали). Для сорбування водню, зокрема при високій температурі, також відоме використання ітрію або його сплавів, що описано у патенті GB 1 248 184 і у міжнародній заявці WO 03/029502. Гетерні матеріали можуть бути введені у лампи у формі пристроїв, сформованих виключно з цих матеріалів (наприклад, спечені таблетки з гетерних матеріалів), але у більшості випадків ці пристрої мають опорний або металевий контейнер для цих матеріалів. На фіг. 1 показаний гетерний пристрій G, який звичайно використовують у лампах і який утворений з тонкої металевої пластини, на якій закріплена таблетка з гетерного матеріалу; на кресленні також показаний, у загальному вигляді, шлях приєднання гетеру до внутрішньої структури лампи, у так званому положенні "прапорця". Приклад лампи, яка вміщує гетер у колбі, розкрита у міжнародній заявці WO 02/089174. Але, відомі способи монтування гетерних пристроїв усередині колби лампи мають той недолік, що вони спричиняють ефект "тіні", екрануючи світло, яке іде від пальника під певним кутом в залежності від розміру гетерного пристрою, від близькості до пальника та його орієнтації відносно пальника. Такий ефект є небажаним, так як він знижує на деяку кількість процентів загальну яскравість лампи. Ефект "тіні" є чутливою проблемою для звичайних газорозрядних ламп високого тиску, які мають відносно великі розміри (колба взагалі має довжину більше 10 см); і ще більш пагубним він є для газорозрядних ламп високого тиску, які мають значно зменшені розміри, наприклад, з колбами, які мають зовнішній діаметр приблизно 2 см або менше і довжину менше 7 см (у наступній частині тексту газорозрядні лампи високого тиску, які мають такі розміри, будемо називати лампами із зменшеними розмірами). При таких зменшених розмірах розміщення гетерного пристрою всередині колби стикається з численними проблемами. По-перше, це є прямий ефект: колба із зменшеними розмірами потребує розміщення гетерного пристрою ближче до пальника у порівнянні з лампами більших розмірів, і тому при тих самих розмірах гетерного пристрою ефект "тіні" підвищується. Подруге, є непрямий ефект, пов'язаний з тим, що поглинання водню гетерними матеріалами є (у протилежність іншим загальним забруднювачами) ефектом зрівноваження: чим вище температура, тим вище є тиск газованого водню у рівновазі з гетером. Для ламп із зменшеними розмірами при будь-якому розміщенні колби вона буде мати відносно високу температуру і, як наслідок, для гара 5 нтування достатньо низького тиску газового водню у колбі, потрібно збільшити кількість гетерного матеріалу, а тому і розміри гетерного пристрою; таке зростання його розмірів, при вище зазначеному розміщенні гетерного пристрою ближче до пальника, призводить до зростання тіні, яка створюється гетерним пристроєм. Метою винаходу є створення газорозрядних ламп високого тиску, зокрема ламп із зменшеними розмірами, в яких вище зазначені проблеми вирішені. За винаходом, ця мета досягається створенням газорозрядних ламп високого тиску, які вміщують гетерний пристрій, який є : - ниткоподібним, зафіксованим на одній з металевих частин, які є опорами для пальника, і в такому положенні, що є паралельним зазначеним металевим частинам і по суті схований від пальника зазначеною металевою частиною; або - прикріплений до принаймні одного штирка для електричного живлення пальника; або - у формі порожнього ниткоподібного тіла, заповненого гетерним матеріалом, який формує повністю або частково опорну металеву частину для пальника і простягнений власно між двома головками лампи. Далі винахід описаний з посиланнями на наступні креслення, де - фіг. 1 вже була описана вище у передмові; - на фіг.2 показаний поперечний переріз першого втілення лампи за винаходом; - на фіг.3 і 4 показані два можливі гетерні пристрої для використання у лампі на фіг.2; - на фіг.5 показаний поперечний переріз другого втілення лампи за винаходом; - на фіг.6 показаний гетерний пристрій для використання у лампі на фіг.5; - на фіг.7 показаний поперечний переріз іншого втілення лампи за винаходом; - на фіг.8 показаний гетерний пристрій для використання у лампі на фіг.7; - на фіг.9 показаний поперечний переріз іншого втілення лампи за винаходом; - на фіг. 10 показаний гетерний пристрій для використання у лампі на фіг.9; - на фіг. 11 показаний поперечний переріз ще одного втілення лампи за винаходом; і - на фіг. 12 показаний поперечний переріз останнього втілення лампи за винаходом; Перше втілення лампи за винаходом показане на фіг.2, також з посиланнями на фіг.3 і 4. Лампа 20 має опорну металеву частину 21, на якій зафіксований ниткоподібний гетерний пристрій 22. Пристрій 22 має ширину однакову з шириною поперечного перерізу частини 21, переважно не більше, ніж ширина поперечного перерізу частини 21, і зафіксований на цій частині (наприклад, двома зварними точками 23 і 23’) так, що, коли дивитися вздовж осі лампи , то гетерний пристрій по суті не виступає за опорну частину 21, на якій він зафіксований; при такій збірці гетерний пристрій 22 є "схованим" від дії пальника і не збільшує ефект тіні від частини 21, що є неминучим. 88039 6 Гетерний пристрій , прийнятний для використання в лампі на фіг.2, показаний на фіг. 3 і 4. Пристрій 22' (фіг.3) взагалі має витягнений металевий корпус 30 з відкритими кінцями; всередині корпуса 30 є порошковий матеріал 31; пристрій, показаний на кресленні, має приблизно квадратний поперечний переріз, але очевидно, що можуть бути і інші перерізи, наприклад, круглий, квадратний або прямокутний. Пристрій, показаний на фіг.3, може бути отриманий шляхом протягування трубки більшого поперечного перерізу, яка заповнена гетерними порошками, крізь ряд стискаючих роликів, згідно технологій, описаної у міжнародній заявці WO 01/67479 на ім'я заявника (хоча ця заявка стосується виробництва ртутних дозаторів). Використовуючи цю технологію, виготовляють пристрій типу 22' шириною приблизно 0,8 мм і можливо додаткове зменшення цих розмірів по принаймні приблизно 0,6 мм. Пристрій 22" (фіг.4) сформований з взагалі металевого корпусу 40, який вміщує гетерні порошкові матеріали 41; корпус 40 сформований з фасонної тонкої металевої стрічки, яка має по суті закритий поперечний переріз (на кресленні показаний трапецеїдальний поперечний переріз); між двома кінцями 42 і 42' тонкої стрічки, яка формує корпус, залишена вузька щілина 43, яка забезпечує додаткову частину для доступу газів до гетерного матеріалу 41 (на додаток до отворів на кінцях пристрою). Цей пристрій може бути виготовлений за технологією, яка описана у міжнародній заявці WO 98/53479 (в цьому випадку також заявка стосується виробництва ртутних дозаторів, але ця технологія може бути використана і для виробництва гетерних пристроїв); за цією технологіє можна отримати пристрої з таким поперечним перерізом у вигляді трапеції з більшою основою, яка дорівнює приблизно 0,75 мм, і висотою приблизно 0,6 мм. Корпус пристроїв 22' і 22" взагалі виконаний з нікелю, нікельованого заліза, нержавіючої сталі; також можливо використовувати ніобій або тантал, які, хоча і є більш дорогими, мають перевагу в тому, що вони менш чутливі до випаровування, ніж вище згадані матеріали, і тому можуть більш вільно бути розміщені всередині лампи навіть у положеннях ближче до пальника без ризику утворення на стінках лампи темних осаджень металічних парових конденсатів. Ніобій і тантал також мають перевагу в тому, що вони є легко проникними для водню, особливо при високих температурах, так, що в цьому випадку сорбування цього газу гетерними матеріалами має місце не тільки на кінцях пристрою і можливо крізь щілину 43, а і в достатній мірі по всій поверхні пристрою. Лампа згідно другого втілення винаходу має гетерний пристрій, який прикріплений принаймні до одного, переважно до обох, штирків для електричного живлення пальника; використання двох гетерних пристроїв, по одному на кожному вводі, має ту перевагу, що подвоюється кількість доступного гетерного матеріалу, але в деяких випадках, з причин економії, може бути використаний тільки один пристрій. 7 Це втілення може бути реалізоване у двох альтернативних варіантах, перший з яких показаний на фіг. 5 і 6, а другий на фіг. 7 і 8. Лампа 50 за першим варіантом показана на фіг. 5. Лампа 50 має першу опорну частину 51, яка, крізь штирок 60, який герметизований у клемі 52 пальника електричне живить електрод 53; і другу опорну частину 51', яка, крізь штирок 60', який герметизований у протилежній клемі 52' пальника, електричне живить електрод 53'. Конструкція штирка 60 (і такого ж штирка 60') детально показана на фіг.6, і має металевий дріт, на якому утворене тіло з гетерного матеріалу, який формує гетерний пристрій 62. Штирок 60 з гетерним пристроєм 62 може бути виготовлений, наприклад, за технологією інжекційного формування металу, яка добре відома з порошкової металургії, шляхом розміщення дроту 61 у форму, в яку засипають порошки з гетерного матеріалу, спресовування порошків, а потім нагрівання збірки порошок - дріт до температур, прийнятних для затвердіння структури. Альтернативно, пристрій 62 може бути виготовлений осадженням, наприклад, шляхом розподілення щіткою, суспензії частинок гетерного матеріалу на дроті 61, нагріванням збірки до першої температури, що спричиняє випаровування рідкої фази суспензії, а потім нагріванням отриманої збірки до другої, більш високої температури, для затвердіння шляхом спікання покриття з гетерних частинок; суспензія може бути виготовлена з порошків з гетерного матеріалу розміром частинок менше, ніж 150 мкм у дисперсійному середовищі, яке має водну, спиртову або гідро спиртову основу і вміщує менш 1% по вазі органічних сполук, які мають температуру кипіння вище 250°С, а також при відношенні між масами гетерного матеріалу і дисперсійного середовища між 4 :1 і 1 : 1 (все це описано у патенті США № 5 882 727 на ім'я заявника). Гетерний пристрій 62, сформований безпосередньо на дроті 61, є достатньо простим у виробництві, але має проблему, яка полягає в тому, що багатократне циклічне термічне включення і виключення лампи може спричинити пошкодження і в кінці кінців роз'єднання, принаймні часткове, гетерного тіла і дроту; цього недоліку можна запобігти, якщо вибирати матеріал для гетерного пристрою 62, який має характеристики термічного розширення подібні до характеристик матеріалу проведу 61. Цієї проблеми можна запобігти також, використовуючи другий альтернативний варіант закріплення гетерного пристрою до штирків, як показано у лампі на фіг. 7. Ця лампа 70 має опори 71 і 71', які підтримують вводи 72 і 72', які герметизовані на кінцях 73 і 73' для електричного живлення електродів пальника. Гетерний пристрій 80 (і подібний (80')) показаний у збільшеному вигляді на фіг. 8, має форму пустотілого циліндру з центральним отвором 81, який має діаметр трохи більше діаметра дроту штирка. Такий пристрій можна отримати, наприклад, використовуючи попередньо згадану технологію ін'єкційного формування металу, або за технологією, описаною у патенті США № 5 908 579 на ім'я цього ж заявника. Пристрій типу 80 може бути змонтований у лампі 70 простим введен 88039 8 ням штирка 72 (або 71’) у отвір 81 перед зваркою штирка до однієї з опорних частин 71 і 71' або перед гарячою компресійною герметизацією клем 73 і 73' пальника навколо зазначених штирків; те, що діаметр отвору 81 більше діаметру штирків, дозволяє цим двом частинам розширюватися або скорочуватися незалежно одна від одної, кожна у відповідності із своєю характеристикою термічного розширення, таким чином запобігаючи ризику руйнування тіла 80. Обидва пристрої 62 і 80 дозволяють мати у лампі необхідну кількість гетерного матеріалу, але при такому зменшеному зовнішньому діаметрі, що гетерний пристрій по суті не виступає за ширину частин 52, 52' або 73, 73', які є взагалі практично не прозорими (особливо, коли в загальному випадку пальник виготовлений з алюмінію), тому вони по суті не спричиняють ефект "тіні". На фіг.9 показане інше втілення лампи за винаходом. Лампа 90 має основну опору, яка має дві частини 91 і 91', розміщені на одній лінії за допомогою гетерного пристрою 100. Пристрій 100, показаний на фіг. 10 у збільшеному вигляді, сформований з трубчастого корпусу 101, який всередині, за виключенням кінців, заповнений гетерним матеріалом 102; корпус 101 виготовлений з матеріалу, який має добру проникність для водню при високій температурі, наприклад, з ніобію, так, що газ може проходити крізь корпус і досягати гетерного матеріалу, де він хімічно фіксується. Максимальна проникність водню крізь корпусу може бути створена шляхом зменшення товщини корпусу до товщини, яка забезпечує достатню механічну міцність збірки; мінімальна можлива товщина може бути легко визначена обмеженою кількістю експериментальних випробувань. Два кінці пристрою 100 не заповнені гетерним матеріалом, щоб сформувати два місця для введення кінців частин 91 і 91'опор пальника;фіксацію між пристроєм 100 і частинами 91 і 91' переважно підсилюють зварюванням. Пристрій 100 може бути виготовлений, наприклад, так: беруть ніобієву трубку з перерізом такого самого діаметру як і кінцевий гетерний пристрій; утримують цю трубку у вертикальному положенні і вводять у отвір на першому кінці пристрою опору такого самого діаметру, як внутрішній діаметр власно трубки на глибину, що дорівнює висоті частини, яка не заповнюється гетерним матеріалом; засипають порошки у ємність, утворену трубчастим корпусом і нижньою опорою і спресовують порошки у цій утвореній ємності за допомогою плунжеру, діаметр якого дорівнює внутрішньому діаметру трубчастого корпусу. Кількість гетерного матеріалу може бути вибрана такою, що після пресування було залишено на другому кінці пристрою 100 друга частина, яка є вільною від гетерного матеріалу. Для запобігання деформування корпусу при пересуванні порошків також можливо, щоб корпус було поміщено, підпас цієї операції, у зовнішню форму. В цьому втіленні ефект "тіні" від гетерного пристрою буде також мінімальним, і практично дуже малий у порівнянні з ефектом "тіні", спричиненим опорою, що є неминучим. 9 Інше можливе втілення за винаходом показане на фіг.11. В цій лампі 110 гетерний пристрій 111 виконує також функцію опори пальника. Цей гетерний пристрій може бути подібним до одного з пристроїв на фіг. 3, 4 або 10 з тією різницею, що в цьому випадку вся довжина опори пальника утворена корпусом, заповненим гетерним матеріалом; такий тип гетерного пристрою може виготовлятися по технології, яка описана у вище згаданих заявках WO 98/53479 і WO 01/67479. У випадку пристрою, виготовленого як описано у WO 01/67479, корпус виготовляють з матеріалу, який забезпечує добру проникність водню, наприклад, ніобію. Кінець 112 пристрою 11 є у будь-якому випадку відкритим і являє додатковий канал доступу водню до гетерного матеріалу. У випадку пристрою, виготовленого як описано у WO 98/53479, корпус може бути виготовлений з матеріалу, який також має високу проникність для водню, але це не є жорсткою вимогою, так як у цьому випадку щілина 43 вздовж всієї довжини пристрою гарантує достатньо задовільний рівень доступу молекул водню до гетерного матеріалу; тому у цьому другому випадку забезпечується більш широкий вибір матеріалів для корпусу пристрою. Наприкінці, також можливо створити конструкцію (не показану на кресленнях), яка є гібридом втілень на фіг.9 і 11, в якій опору пальник утворюють з металевого дроту у її початковій частині (частині, що є ближче до контактів Ρ на фіг.1), а залишену частину опори утворюють гетерним пристроєм, подібним до пристрою на фіг. 11. Особлива форма реалізації останнього втілення пока 88039 10 зана на фіг.12, яка, зокрема, є адаптованою до виробництва ламп зменшених розмірів, де немає необхідності, щоб більш довга опора пальника контактувала з кінцем колби для забезпечення жорсткості конструкції. Лампа 120 згідно цього останнього втілення має більш довгу опору для пальника, яка виготовлена у її основній частині 121 просто з металевого дроту, а у її термінальній частині - з гетерного пристрою 122, до якого, в свою чергу прикріплений вивід 123 для підтримки і електричного живлення пальника. Штирок 123 повинен бути взагалі прикріплений до пристрою 122 зварюванням, а пристрій 122, в свою чергу, може бути прикріплений до частини 121 механічно, наприклад, шляхом введення кінця частини 121 у прийнятний отвір або порожнину пристрою 122 (порожнина може бути такого типу, як описана при посиланні на пристрій 100), або також зварюванням, наприклад, точковою зваркою. Гетерні матеріали, які можуть бути використані для виготовлення пристроїв 22, 22', 22", 52,70, 92 і 111, описані вище у передмові, і, зокрема, це можуть бути сплави цирконій - алюміній за патентом США 3 203 901, сплави цирконій-кобальтрідкоземельний метал за патентом США 5 961 750, сплави ітрію і на його основі за патентом GB 1 248 184 або міжнародною заявкою WO 03/029502; також можливо використовувати сплави ZrYM, де Μ є металом, вибраним з алюмінію, заліза, хрому, марганцю, ванадію або сумішей цих металів, описаних у заявці РСТ/ІТ2005/000673 на ім'я заявника. 11 88039 12 13 88039 14 15 88039 16 17 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 88039 Підписне 18 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601