Галогенная лампа (также называемая вольфрамо-галогенной , кварцево-галогенной и кварцево-йодной лампой) — лампа накаливания , состоящая из вольфрамовой нити, запечатанной в компактную прозрачную оболочку, заполненную смесью инертного газа и небольшого количества галогена . , такие как йод или бром . Комбинация галогенного газа и вольфрамовой нити приводит к химической реакции галогенного цикла, в результате которой испаренный вольфрам повторно осаждается на нити, продлевая срок ее службы и сохраняя прозрачность оболочки. Это позволяет нити накаливания работать при более высокой температуре, чем стандартная лампа накаливания с аналогичной мощностью и сроком службы; это также дает свет с более высокой светоотдачей и цветовой температурой . Небольшие размеры галогенных ламп позволяют использовать их в компактных оптических системах для проекторов и освещения. Небольшую стеклянную колбу можно поместить в гораздо большую внешнюю стеклянную колбу, которая имеет более низкую температуру, защищает внутреннюю колбу от загрязнения и делает колбу механически более похожей на обычную лампу. [1]
Стандартные и галогенные лампы накаливания гораздо менее эффективны, чем светодиодные и компактные люминесцентные лампы , и поэтому во многих местах их использование постепенно прекращается .
Лампа с угольной нитью, в которой для предотвращения потемнения колбы использовался хлор , была запатентована [2] в 1882 году, а хлорные лампы «НоВак» поступили в продажу в 1892 году. [3]
Использование йода было предложено в патенте 1933 года [4] , в котором также описывалось циклическое переосаждение вольфрама обратно на нить. В 1959 году компания General Electric запатентовала [4] практичную лампу, использующую йод. [5]
В 2009 году ЕС и другие европейские страны начали поэтапный отказ от неэффективных лампочек . Производство и импорт галогенных ламп направленного сетевого напряжения были запрещены 1 сентября 2016 года, а галогенные лампы ненаправленного напряжения последовали 1 сентября 2018 года. [6] Австралия запретила некоторые галогенные лампы мощностью выше 10 Вт с сентября 2021 года в пользу эко-галогенных ламп. , [7] позже запланированной даты в сентябре 2020 года [8] , чтобы сохранить политику в соответствии с Европейским Союзом. [9] В июне 2021 года правительство Великобритании также объявило о планах прекратить продажу галогенных лампочек с сентября в рамках более широких усилий Великобритании по борьбе с изменением климата . [10]
В обычных лампах накаливания испаряющийся вольфрам в основном откладывается на внутренней поверхности колбы, в результате чего колба чернеет, а нить накала становится все более слабой, пока в конечном итоге не сломается. Однако присутствие галогена запускает обратимый цикл химической реакции с испаренным вольфрамом. Галогенный цикл сохраняет лампу чистой и обеспечивает практически постоянную светоотдачу на протяжении всего срока службы лампы. При умеренных температурах галоген реагирует с испаряющимся вольфрамом, при этом образующийся галогенид перемещается в заполнении инертным газом. Однако в какой-то момент он достигнет области более высоких температур внутри колбы, где затем диссоциирует , высвобождая вольфрам обратно на нить накала и высвобождая галоген, чтобы повторить процесс. Однако для того, чтобы эта реакция прошла успешно, общая температура колбы колбы должна быть значительно выше, чем в обычных лампах накаливания: только при температуре выше 250 °C (482 °F) [11] на внутренней стороне стеклянной колбы галогенная лампа пар может соединиться с вольфрамом и вернуть его в нить накала, а не вольфрам отложится на стекле. [12] Трубчатая галогенная лампа мощностью 300 Вт, работающая на полной мощности, быстро достигает температуры около 540 °C (1004 °F), в то время как обычная лампа накаливания мощностью 500 Вт работает только при температуре 180 °C (356 °F), а лампа мощностью 75 Вт обычная лампа накаливания при температуре всего 130 °C (266 °F). [13]
Лампа должна быть изготовлена из плавленого кварца (кварца) или тугоплавкого стекла (например, алюмосиликатного стекла ). Поскольку кварц очень прочный, давление газа может быть выше, [14] что снижает скорость испарения нити накаливания, позволяя ей работать при более высокой температуре (и, следовательно, светоотдаче ) в течение того же среднего срока службы. Вольфрам, выделяющийся в более горячих регионах, обычно не откладывается снова там, откуда он взялся, поэтому более горячие части нити со временем истончаются и выходят из строя.
Кварцевые йодные лампы, в которых использовался элементарный йод, были первыми коммерческими галогенными лампами, выпущенными GE в 1959 году. [15] [16] Довольно скоро было обнаружено, что бром имеет преимущества, но не использовался в элементарной форме. Некоторые углеводородные соединения брома дали хорошие результаты. [17] [18] Регенерация нити также возможна с помощью фтора, но его химическая активность настолько велика, что поражаются другие части лампы. [17] [19] Галоген обычно смешивается с благородным газом , часто криптоном или ксеноном . [20] В первых лампах в качестве опор накаливания использовалась только вольфрамовая нить, но в некоторых конструкциях использовался молибден – примером может служить молибденовый экран в фаре с двойной нитью H4 для европейского асимметричного ближнего света.
При фиксированной мощности и сроке службы светоотдача всех ламп накаливания максимальна при определенном расчетном напряжении. Галогенные лампы, рассчитанные на напряжение от 12 до 24 В, имеют хорошую светоотдачу, а очень компактные нити накаливания особенно полезны для оптического управления (см. рисунок). Линейки ламп с многогранным рефлектором «MR» мощностью 20–50 Вт изначально были задуманы для проецирования 8-мм пленки , но в настоящее время широко используются для освещения витрин и в быту. Совсем недавно стали доступны версии с более широким лучом, предназначенные для прямого использования при напряжении питания 120 или 230 В.
Вольфрамово-галогенные лампы ведут себя так же, как и другие лампы накаливания, при работе от другого напряжения. Однако светоотдача пропорциональна , а светоотдача пропорциональна . [21] Нормальное соотношение относительно срока службы таково, что оно пропорционально . Например, лампа, работающая при напряжении на 5 % выше расчетного, будет производить примерно на 15 % больше света, а светоотдача будет примерно на 6,5 % выше, но ожидается, что ее срок службы составит лишь половину номинального срока службы.
Галогенные лампы производятся с достаточным количеством галогена, чтобы соответствовать скорости испарения вольфрама при их расчетном напряжении. Увеличение приложенного напряжения увеличивает скорость испарения, поэтому в какой-то момент галогена может не хватить, и лампа погаснет. Работа с повышенным напряжением обычно не рекомендуется. При пониженном напряжении испарение меньше и галогена может быть слишком много, что может привести к нештатному выходу из строя. При гораздо более низких напряжениях температура лампы может быть слишком низкой для поддержания галогенного цикла, но к этому времени скорость испарения становится слишком низкой, чтобы лампа могла значительно почернеть. Если лампочки почернели, рекомендуется запустить лампы при номинальном напряжении, чтобы перезапустить цикл. [22] Во многих ситуациях галогенные лампы успешно регулируются. Однако срок службы лампы может продлиться не так сильно, как прогнозируется. Срок службы при регулировании яркости зависит от конструкции лампы, используемой галогенной добавки и от того, обычно ли для этого типа ожидается регулировка яркости.
Как и все лампы накаливания , галогенная лампа излучает непрерывный спектр света, от ближнего ультрафиолета до глубокого инфракрасного диапазона. [23] Поскольку нить лампы может работать при более высокой температуре, чем негалогенная лампа, спектр смещается в сторону синего цвета, создавая свет с более высокой эффективной цветовой температурой и более высокой энергоэффективностью.
Высокотемпературные нити излучают некоторую энергию в УФ- диапазоне. В кварц можно добавлять небольшие количества других элементов, чтобы легированный кварц (или селективное оптическое покрытие) блокировал вредное УФ-излучение. Твердое стекло блокирует ультрафиолетовое излучение и широко используется для ламп автомобильных фар. [24] В качестве альтернативы галогенную лампу можно установить внутри внешней колбы, аналогично обычной лампе накаливания, что также снижает риски, связанные с высокой температурой колбы. Нелегированные кварцевые галогенные лампы используются в некоторых научных, медицинских и стоматологических инструментах в качестве источника УФ-В.
Для правильной работы галогенные лампы должны работать при гораздо более высоких температурах, чем обычные лампы накаливания. Их небольшой размер помогает концентрировать тепло на меньшей поверхности оболочки, ближе к нити накаливания, чем у негалогенных ламп накаливания. Из-за очень высоких температур галогенные лампы могут стать причиной возгорания и ожогов. В Австралии ежегодно многочисленные пожары в домах происходят из-за потолочных галогенных светильников. [25] [26] Департамент пожарной охраны и аварийно-спасательных служб Западной Австралии рекомендует домовладельцам вместо этого рассмотреть возможность использования более холодных компактных люминесцентных ламп или светодиодных ламп . [27] Галогенные торшеры запрещены в некоторых местах, например в общежитиях , из-за большого количества пожаров, которые они вызывают. Комиссия по безопасности потребительских товаров США признала их ответственными за 100 пожаров и 10 смертей в период с 1992 по 1997 год. [28] Галогенные лампы работают при высоких температурах , и из-за большой высоты ламп они могут оказаться вблизи легковоспламеняющихся материалов, таких как шторы . [29] Некоторые нормы безопасности требуют, чтобы галогенные лампы были защищены сеткой или решеткой, особенно для ламп большой мощности (1–2 кВт), используемых в театрах , или стеклянным и металлическим корпусом светильника, чтобы предотвратить возгорание драпировок. или легковоспламеняющиеся предметы, контактирующие с лампой. Чтобы уменьшить непреднамеренное воздействие ультрафиолета (УФ) и удержать фрагменты горячей лампы в случае взрывного выхода из строя лампы, лампы общего назначения обычно имеют стеклянный фильтр, поглощающий УФ-излучение, над или вокруг колбы. Альтернативно, колбы ламп могут быть легированы или покрыты покрытием для фильтрации УФ-излучения. При адекватной фильтрации галогенная лампа подвергает пользователей меньшему воздействию ультрафиолета, чем стандартная лампа накаливания, обеспечивающая тот же эффективный уровень освещения без фильтрации. [ нужна цитата ]
Любое поверхностное загрязнение, особенно масло с кончиков пальцев человека, может повредить кварцевую оболочку при нагревании. Загрязнения, поскольку они поглощают больше света и тепла, чем стекло, создают горячие точки на поверхности лампы при ее включении. Это сильное, локализованное тепло приводит к тому, что кварц переходит из стекловидной формы в более слабую кристаллическую форму, из которой выделяется газ. Это ослабление также может привести к образованию пузыря в лампочке, что ослабит ее и приведет к взрыву. [30]
Небольшая стеклянная колба может быть заключена во внешнюю стеклянную колбу гораздо большего размера, что дает несколько преимуществ, если небольшой размер не требуется: [1]
Галогенные лампы доступны в различных формах и размерах и обозначаются в соответствии с системой кодирования, которая определяет диаметр лампы, а также наличие в лампе встроенного дихроичного отражателя, прозрачного для инфракрасного излучения . Многие такие лампы имеют обозначения, которые начинаются с буквы «Т», обозначающей, что они «трубчатые», за которой следует число, обозначающее диаметр трубки в восьмых дюймах: лампа Т3, затем трубчатая галогенная лампа, равная 9,5 . мм ( 3/8 дюйма ) в диаметре. [Примечание 1] Обозначение MR означает « Многогранный отражатель », а число, следующее за ним, по-прежнему соответствует восьмым дюймам в диаметре общей колбы. [Примечание 2] Если лампа имеет код «G», [Примечание 3] это будет означать, что лампа имеет форму двухштифта, а число, следующее за буквой G, будет обозначать расстояние в миллиметрах между штырями, обычно 4, 6,35 или 10. ; если за G следует буква «Y», то контакты лампы толще, чем обычно - таким образом, у G6.35 есть контакты диаметром 1 мм, а у GY6.35 - контакты диаметром 1,3 мм. Если есть код «C», это означает количество витков в нити. [31] Длина (иногда также называемая «высотой») любой двусторонней цилиндрической лампы должна указываться отдельно от ее кода форм-фактора, обычно в миллиметрах, а также напряжение и мощность лампы — следовательно, T3 120 В 150 W 118 мм означает двустороннюю лампочку в форме трубки диаметром 9,5 мм ( 3/8 дюйма ), которая работает при 120 В, имеет мощность 150 Вт и длину 118 мм.
R7S — это двуцокольная линейная галогенная лампа с одним утопленным контактом (RSC), длина которой обычно составляет 118 мм или 78 мм. Некоторые менее распространенные длины — 189 мм, 254 мм и 331 мм. Эти лампы имеют форму Т3 на цоколе RSC/R7S. Их также можно назвать лампами типа J и типа T.
Галогенные фары используются во многих автомобилях. Галогенные прожекторы для систем наружного освещения, а также для плавсредств также производятся для коммерческого и развлекательного использования. Сейчас они также используются в настольных лампах.
Вольфрам-галогенные лампы часто используются в качестве источника света ближнего инфракрасного диапазона в инфракрасной спектроскопии .
Галогенные лампы использовались на Балу Таймс-Сквер с 1999 по 2006 год. Однако с 2007 года галогенные лампы были заменены светодиодами из- за гораздо более длительного срока службы, примерно в десять раз превышающего срок службы светодиодов по сравнению с лампами накаливания. [32] «Новогодние» цифры, которые загораются, когда мяч на Таймс-сквер достигает основания, в последний раз использовали галогенное освещение во время падения шара в 2009 году. [33]
Галогенные лампы являются нагревательными элементами в галогенных духовках , инфракрасных обогревателях и керамических варочных панелях .
Галогенные лампы малой мощности широко используются владельцами варанов . Две или три небольшие галогенные лампы могут обеспечить все необходимое для содержания в вольере тепло и распознаются животными как источники тепла, предотвращающие попытки любопытных людей прикоснуться к ним. Толстые стеклянные линзы галогенных ламп безопасны для использования в вольерах для рептилий с высокой влажностью.
Группы мощных трубчатых галогенных ламп использовались для имитации тепла при входе в атмосферу космических аппаратов . [34]
Лампы фиксированного монтажа используются для внутреннего и наружного освещения, хотя усовершенствования светодиодных систем вытесняют галогенные лампы. Круглые точечные светильники со встроенными многогранными лампами-рефлекторами широко используются в освещении жилых и коммерческих помещений. Трубчатые галогенные лампы обеспечивают большое количество света от небольшого источника и поэтому могут использоваться для создания мощных прожекторов для архитектурного освещения или для освещения больших площадей на открытом воздухе.
В лампах низкого напряжения используются цоколи GU5.3 и аналогичные двухконтактные цоколи , тогда как в лампах с сетевым напряжением используются те же цоколи, что и у обычных сетевых ламп накаливания, или специальный цоколь GU10/GZ10. Форма цоколей GU10/GZ10 предотвращает использование ламп с дихроичным рефлектором в светильниках , предназначенных для ламп с алюминизированным рефлектором, что может привести к перегреву светильника. Теперь доступны более эффективные светодиодные версии всех этих ламп.
Трубчатые лампы с электрическими контактами на каждом конце сейчас используются в автономных лампах и бытовых светильниках. Они бывают различной длины и мощности (50–300 Вт). В качестве портативных рабочих фонарей используются более мощные лампы мощностью 250 или 500 Вт.
Вольфрамово-галогенные лампы используются в большинстве театральных и студийных (кино- и телевизионных) светильников, включая прожекторы с эллипсоидальным рефлектором , Source Four и Френеля . Баллоны PAR также преимущественно состоят из вольфрамо-галогенных ламп.
Проекционные лампы используются в кинопроекторах и диапроекторах для дома, небольшого офиса или школы. Компактный размер галогенной лампы позволяет использовать ее в разумных размерах для портативных проекторов, хотя между лампой и пленкой необходимо размещать теплопоглощающие фильтры, чтобы предотвратить плавление. Галогенные лампы иногда используются в качестве инспекционных фонарей и осветителей предметного столика микроскопа. Раньше для подсветки ЖК-дисплеев с плоским экраном использовались галогенные лампы , но теперь используются и другие типы ламп, такие как CCFL , а теперь и светодиодные .
Галогенные лампы не содержат ртути. General Electric заявляет, что их кварц-галогенные лампы не будут классифицироваться как опасные отходы. [35]
Производители галогенных ламп добровольно выступили с инициативой по ремонту около 40 миллионов галогенных торшеров. CPSC известно о 189 пожарах и одиннадцати смертельных случаях, произошедших из-за этих ламп.
СМИ, связанные с галогенными лампами, на Викискладе?
