Галогеновая лампа (также называемая вольфрамово-галогеновой , кварцево-галогеновой и кварцево-йодной лампой) — это лампа накаливания, состоящая из вольфрамовой нити , запечатанной в компактную прозрачную оболочку, которая заполнена смесью инертного газа и небольшого количества галогена , такого как йод или бром . Сочетание галогенового газа и вольфрамовой нити производит химическую реакцию галогенного цикла, которая повторно осаждает испаренный вольфрам на нити, увеличивая ее срок службы и сохраняя прозрачность оболочки. Это позволяет нити работать при более высокой температуре, чем стандартная лампа накаливания аналогичной мощности и срока службы; это также производит свет с более высокой световой отдачей и цветовой температурой . Небольшой размер галогенных ламп позволяет использовать их в компактных оптических системах для проекторов и освещения. Небольшая стеклянная колба может быть заключена 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 они были или постепенно выводятся из эксплуатации .
В 1882 году была запатентована [2] лампа накаливания с угольной нитью, в которой для предотвращения потемнения колбы использовался хлор , а в 1892 году на рынок поступили лампы «NoVak», заполненные хлором. [3]
Использование йода было предложено в патенте 1933 года, [4] в котором также описывалось циклическое повторное осаждение 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 направленных галогенных лампочек сетевого напряжения были запрещены 1 сентября 2016 года, а ненаправленные галогенные лампы последовали за ним 1 сентября 2018 года. [6] Австралия запретила некоторые галогенные лампы мощностью свыше 10 Вт с сентября 2021 года в пользу эко-галогенных лампочек, [7] позже запланированной даты сентября 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 осаждается на внутренней поверхности колбы, в результате чего колба чернеет, а нить накаливания становится все слабее, пока она в конечном итоге не сломается. Однако присутствие галогена запускает обратимый цикл химической реакции с этим испаряющимся вольфрамом. Галогенный цикл сохраняет колбу чистой и обеспечивает почти постоянную светоотдачу на протяжении всего срока службы лампы. При умеренных температурах галоген реагирует с испаряющимся вольфрамом, образующийся галогенид перемещается в заполнении инертным газом. Однако в какой-то момент он достигнет областей с более высокой температурой внутри колбы, где затем диссоциирует , высвобождая вольфрам обратно на нить накаливания и освобождая галоген для повторения процесса. Однако для успешного протекания этой реакции общая температура оболочки лампы должна быть значительно выше, чем в обычных лампах накаливания: только при температуре выше 250 °C (482 °F) [11] внутри стеклянной оболочки пары галогена могут соединиться с вольфрамом и вернуть его в нить накаливания, а не вольфрам осядет на стекле. [12] 300-ваттная трубчатая галогенная лампа, работающая на полной мощности, быстро достигает температуры около 540 °C (1004 °F), в то время как 500-ваттная обычная лампа накаливания работает всего при 180 °C (356 °F), а 75-ваттная обычная лампа накаливания — всего при 130 °C (266 °F). [13]
Лампочка должна быть сделана из плавленого кварца (кварца) или стекла с высокой температурой плавления (например, алюмосиликатного стекла ). Поскольку кварц очень прочен, давление газа может быть выше, [14] что снижает скорость испарения нити, позволяя ей работать при более высокой температуре (и, следовательно, световой эффективности ) в течение того же среднего срока службы. Вольфрам, выделяющийся в более горячих областях, обычно не откладывается обратно там, откуда он пришел, поэтому более горячие части нити в конечном итоге истончаются и выходят из строя.
Кварцевые йодистые лампы, использующие 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 накала также возможна с помощью фтора, но его химическая активность настолько велика, что другие части лампы подвергаются воздействию. [17] [19] Галоген обычно смешивают с благородным газом , часто криптоном или ксеноном . [20] Первые лампы использовали только вольфрам для опор нити накала, но в некоторых конструкциях используется молибден — примером является молибденовый экран в двухнитевой фаре H4 для европейского асимметричного ближнего света.
При фиксированной мощности и сроке службы световая эффективность всех ламп накаливания максимальна при определенном расчетном напряжении. Галогенные лампы, рассчитанные на напряжение от 12 до 24 вольт, имеют хорошую светоотдачу, а очень компактные нити накаливания особенно полезны для оптического управления (см. рисунок). Диапазоны многогранных рефлекторных ламп "MR" мощностью 20–50 Вт изначально были задуманы для проецирования 8-миллиметровой пленки , но теперь широко используются для освещения витрин и в домашних условиях. Совсем недавно стали доступны версии с более широким лучом, предназначенные для прямого использования при напряжении питания 120 или 230 В.
Галогенные лампы накаливания ведут себя так же, как и другие лампы накаливания, когда работают при другом напряжении. Однако световой поток сообщается как пропорциональный , а световая эффективность пропорциональна . [21] Нормальное соотношение относительно срока службы таково, что он пропорционален . Например, лампа, работающая при напряжении на 5% выше своего расчетного, будет производить примерно на 15% больше света, а световая эффективность будет примерно на 6,5% выше, но, как ожидается, будет иметь только 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 быть недостаточно, и лампа становится черной. Работа при повышенном напряжении, как правило, не рекомендуется. При пониженном напряжении испарение ниже, а галогена может быть слишком много, что может привести к ненормальному отказу. При гораздо более низком напряжении температура колбы может быть слишком низкой для поддержки галогенного цикла, но к этому времени скорость испарения слишком низкая для того, чтобы колба значительно почернела. Если лампочки действительно почернели, рекомендуется запустить лампы при номинальном напряжении, чтобы перезапустить цикл. [22] Существует много ситуаций, когда галогенные лампы успешно диммируются. Однако срок службы лампы может быть не так велик, как прогнозируется. Срок службы при диммировании зависит от конструкции лампы, используемой галогенной добавки и того, ожидается ли диммирование обычно для этого типа.
Как и все лампы накаливания , галогенная лампа производит непрерывный спектр света, от ближнего ультрафиолетового до глубокого инфракрасного. [23] Поскольку нить накаливания лампы может работать при более высокой температуре, чем негалогеновая лампа, спектр смещен в сторону синего цвета, производя свет с более высокой эффективной цветовой температурой и более высокой энергоэффективностью.
Высокотемпературные нити излучают некоторую энергию в УФ- диапазоне. Небольшие количества других элементов могут быть смешаны с кварцем, так что легированный кварц (или селективное оптическое покрытие) блокирует вредное УФ-излучение. Твердое стекло блокирует УФ-излучение и широко используется для лампочек автомобильных фар. [24] В качестве альтернативы галогенная лампа может быть установлена внутри внешней колбы, подобно обычной лампе накаливания, что также снижает риски, связанные с высокой температурой колбы. Нелегированные кварцевые галогенные лампы используются в некоторых научных, медицинских и стоматологических приборах в качестве источника УФ-В.
Галогенные лампы должны работать при гораздо более высоких температурах, чем обычные лампы накаливания для правильной работы. Их небольшой размер помогает концентрировать тепло на меньшей поверхности оболочки, ближе к нити накаливания, чем негалогеновые лампы накаливания. Из-за очень высоких температур галогенные лампы могут представлять опасность возгорания и ожогов. В Австралии многочисленные пожары в домах каждый год приписываются потолочным галогенным светильникам. [25] [26] Департамент пожарной охраны и аварийно-спасательных служб Западной Австралии рекомендует домовладельцам рассмотреть возможность использования компактных люминесцентных ламп с более низкой температурой работы или светодиодных ламп . [27] Галогенные торшеры были запрещены в некоторых местах, например, в общежитиях , из-за большого количества пожаров, которые они вызвали. 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 большая высота ламп может привести их к близкому расположению к легковоспламеняющимся материалам, таким как шторы . [29] Некоторые правила безопасности требуют, чтобы галогенные лампы были защищены сеткой или решеткой, особенно для мощных (1–2 кВт) ламп, используемых в театре , или стеклянным и металлическим корпусом светильника, чтобы предотвратить возгорание драпировок или легковоспламеняющихся предметов при контакте с лампой. Чтобы уменьшить непреднамеренное воздействие ультрафиолета (УФ) и удержать горячие осколки лампы в случае взрывоопасного отказа лампы, лампы общего назначения обычно имеют поглощающий УФ-излучение стеклянный фильтр над или вокруг лампы. В качестве альтернативы, лампы-колбы могут быть легированы или покрыты для фильтрации УФ-излучения. При наличии соответствующей фильтрации галогенная лампа подвергает пользователей меньшему воздействию ультрафиолета, чем стандартная лампа накаливания, обеспечивая тот же эффективный уровень освещения без фильтрации. [ необходима цитата ]
Любое поверхностное загрязнение, особенно масло с человеческих пальцев, может повредить кварцевую колбу при нагревании. Загрязнения, поскольку они поглощают больше света и тепла, чем стекло, создают горячую точку на поверхности колбы, когда лампа включена. Это экстремальное, локализованное тепло заставляет кварц изменяться из стекловидной формы в более слабую, кристаллическую форму, которая пропускает газ. Это ослабление может также привести к образованию пузыря в колбе, что ослабит ее и приведет к ее взрыву. [30]
Небольшая стеклянная колба может быть заключена в гораздо большую внешнюю стеклянную колбу, что обеспечивает ряд преимуществ, если небольшой размер не требуется: [1]
Галогенные лампы доступны в серии различных форм и размеров и обозначаются в соответствии с системой кодирования, которая указывает диаметр колбы, а также имеет ли колба встроенный инфракрасно-прозрачный дихроичный отражатель. Многие такие лампы имеют обозначения, которые начинаются с буквы «T», что означает, что они «трубчатые», за которой следует число, указывающее диаметр трубки в восьмых долях дюйма: лампа T3, тогда это трубчатая галогенная лампа диаметром 9,5 мм ( 3 ⁄ 8 дюйма ). [Примечание 1] Обозначение MR означает « многогранный отражатель », причем число, следующее за ним, по-прежнему соответствует восьмым долям дюйма в диаметре всей колбы. [Примечание 2] Если лампа имеет код «G», [Примечание 3] это будет означать, что лампа имеет форму двухштырькового контакта, а число, следующее за G, будет указывать расстояние в миллиметрах между штырьками, обычно 4, 6,35 или 10; Если за G следует буква «Y», то штырьки лампы толще обычных — таким образом, G6.35 имеет штырьки диаметром 1 мм, а GY6.35 имеет штырьки диаметром 1,3 мм. Если есть код «C», он представляет собой количество витков в нити накаливания. [31] Длина (иногда также называемая «высотой») любой двухсторонней цилиндрической лампочки должна быть указана отдельно от ее кода форм-фактора, обычно в миллиметрах, как и напряжение и мощность лампы — таким образом, T3 120 В 150 Вт 118 мм означает двухстороннюю трубчатую лампочку диаметром 9,5 мм ( 3 ⁄ 8 дюйма), которая работает при 120 В и имеет мощность 150 Вт, а также длину 118 мм.
R7S — это двухцокольная, утопленная одноконтактная (RSC) линейная галогенная лампа, обычно имеющая длину 118 мм или 78 мм. Некоторые менее распространенные длины — 189 мм, 254 мм и 331 мм. Эти лампы имеют форму T3 на цоколе RSC/R7S. Их также могут называть лампами типа J и типа T.
Галогенные фары используются во многих автомобилях. Галогенные прожекторы для систем наружного освещения, а также для водных судов также производятся для коммерческого и рекреационного использования. Теперь они также используются в настольных лампах.
Вольфрамово-галогенные лампы часто используются в качестве источника ближнего инфракрасного света в инфракрасной спектроскопии .
Галогенные лампы использовались на шаре Таймс-сквер с 1999 по 2006 год. Однако с 2007 года галогенные лампы были заменены светодиодными из-за гораздо более длительного срока службы, примерно в десять раз больше у светодиодов, чем у ламп накаливания. [32] Цифры «Нового года», которые загораются, когда шар Таймс-сквер достигает основания, в последний раз использовали галогенное освещение для падения шара в 2009 году. [33]
Галогенные лампы являются нагревательными элементами в галогенных духовках , инфракрасных обогревателях и керамических варочных панелях .
Галогеновые лампы низкой мощности широко используются владельцами варанов . Две или три небольшие галогеновые лампы могут производить все необходимое тепло в вольере и распознаются животными как источники тепла, предотвращая попытки любопытных особей прикоснуться к ним. Толстые стеклянные линзы галогеновых ламп безопасны для использования внутри вольеров для рептилий с высокой влажностью.
Для имитации тепла, выделяемого при возвращении космических аппаратов в атмосферу , использовались блоки мощных трубчатых галогенных ламп . [34]
Стационарные лампы используются в наружном и внутреннем прожекторном освещении, хотя усовершенствования в светодиодных системах вытесняют галогенные лампы. Круглые прожекторы со встроенными многогранными рефлекторными лампами широко используются в бытовом и коммерческом освещении. Трубчатые галогенные лампы обеспечивают большое количество света из небольшого источника и поэтому могут использоваться для производства мощных прожекторов для архитектурных световых эффектов или для освещения больших площадей на открытом воздухе.
Низковольтные лампы используют цоколи GU5.3 и аналогичные двухштырьковые цоколи , тогда как лампы сетевого напряжения используют те же цоколи, что и обычные сетевые лампы накаливания вольфрамовой нити, или специальный цоколь GU10/GZ10. Цоколи GU10/GZ10 имеют форму, предотвращающую использование дихроичных рефлекторных ламп в светильниках, предназначенных для алюминизированных рефлекторных ламп, что может привести к перегреву арматуры. Теперь доступны светодиодные версии всех этих ламп с более высокой эффективностью.
Трубчатые лампы с электрическими контактами на каждом конце теперь используются в автономных светильниках и бытовых светильниках. Они бывают разной длины и мощности (50–300 Вт). Более мощные лампы используются в качестве переносных рабочих светильников с лампочками мощностью 250 или 500 Вт.
Вольфрамовые галогенные лампы используются в большинстве театральных и студийных (кино- и теле) светильников, включая прожекторы с эллипсоидальным отражателем , Source Four и Френеля . Лампы PAR также в основном вольфрамовые галогенные.
Проекционные лампы используются в кино- и слайд-проекторах для домашнего использования, а также в небольших офисах или школах. Компактный размер галогенной лампы позволяет использовать ее в качестве переносного проектора, хотя между лампой и пленкой необходимо разместить теплопоглощающие фильтры, чтобы предотвратить плавление. Галогенные лампы иногда используются для инспекционных ламп и осветителей предметного столика микроскопа. Галогенные лампы использовались для подсветки ранних плоских ЖК-дисплеев, но теперь используются и другие типы ламп, такие как CCFL и светодиодные .
Галогенные лампы не содержат ртути. General Electric заявляет, что их кварцевые галогенные лампы не будут классифицироваться как опасные отходы. [35]
Индустрия галогенных ламп добровольно взяла на себя инициативу по ремонту около 40 миллионов галогенных торшерных ламп. CPSC известно о 189 пожарах и одиннадцати смертельных случаях, произошедших из-за этих ламп.
Медиа, связанные с галогенными лампами на Wikimedia Commons
