stringtranslate.com

Галогеновая лампа

Галогенная лампа, работающая в патроне со снятым защитным стеклом
Галогеновая лампа за круглым УФ-фильтром. В комплект некоторых галогеновых светильников входит отдельный фильтр для удаления УФ-излучения.
Галогенная лампа (105 Вт) для замены с цоколем E27
Капсула галогенной лампы крупным планом

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 .

История

Лампа накаливания с углеродной нитью, в которой для предотвращения потемнения колбы использовался хлор, была запатентована [2] Эдвардом Скрибнером из компании US Electric Lighting Co. в 1882 году, а лампы «NoVak», заполненные хлором, поступили в продажу в 1892 году. [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]

Поэтапный отказ

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]

Галогенный цикл

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.

Влияние напряжения на производительность

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 продлен, как прогнозируется. Срок службы при диммировании зависит от конструкции лампы, используемой галогенной добавки и того, ожидается ли диммирование обычно для этого типа.

Спектр

Мощность галогенного света как функция длины волны. Цветная полоса указывает на видимый спектр света. Обратите внимание, что этот спектр искажается чувствительностью оптического детектора , используемого при измерении, что значительно снижает видимую мощность в инфракрасном диапазоне.

Как и все лампы накаливания , галогенная лампа излучает 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, что позволяет излучать 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.

Безопасность

Перегоревшая галогенная лампа форм-фактора R7S

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 вместо них 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]

Форм-факторы

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 ( 38 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 накала. [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 ( 38  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 называют лампами типа J и типа T.

Приложения

Медицинский галогенный фонарик для наблюдения за зрачковым световым рефлексом

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 светодиодных, 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]

Обогрев

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]

Общее освещение

Галогенный прожектор мощностью 150 Вт

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.

Освещение сцены

Галогенные лампы накаливания используются в большинстве театральных и студийных (кино- и теле) светильников, включая прожекторы с эллипсоидальным отражателем , Source Four и Френеля . Лампы PAR также в основном галогенные.

Специализированный

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 .

Утилизация

Галогенные лампы не содержат ртути. General Electric заявляет, что их кварцевые галогенные лампы не будут классифицироваться как опасные отходы. [35]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Однако T-3, T дефис 3, представляет собой галогенную «трубчатую» лампу диаметром 3/8 дюйма с одним двухштырьковым цоколем, а не цилиндрическую трубку T3 диаметром 3/8 дюйма с электродами на противоположных концах.
  2. ^ Таким образом, MR11 представляет собой многогранную рефлекторную лампу диаметром 11/8 или 1 3/8 дюйма.
  3. ^ «G» означает «стекло».

Ссылки

  1. ^ ab "Tungsten Halogen - Double Jacket". Lamptech.co.uk . 14 сентября 2014 г. Получено 23 января 2019 г.Источник содержит иллюстрации различных двухколбовых галогенных ламп.
  2. US 254780, Scribner, Edward A., «Электрическая лампа накаливания», опубликовано 07.03.1882, передано United States Electric Lighting Co. 
  3. ^ Фурфари, ФА (2001). «Другой вид химии: история вольфрамовых галогенных ламп». Журнал IEEE Industry Applications . 7 (6): 11. doi :10.1109/2943.959111.
  4. ^ ab US 2883571, Fridrich, Elmer G. & Wiley, Emmett H., «Электрическая лампа накаливания», опубликовано 21 апреля 1959 г., передано General Electric Co. 
  5. ^ Кейн, Рэймонд; Селл, Хайнц (2001). Революция в лампах: хроника 50 лет прогресса (Второе издание). Лилберн, Джорджия: Fairmont Press. ISBN 9780881733785.
  6. ^ "График поэтапного отказа от лампочек / Советы по освещению - Lyco". www.lyco.co.uk . Архивировано из оригинала 27 октября 2017 г. Получено 30 апреля 2018 г.
  7. ^ Кроссли, Дэвид (февраль 2020 г.). "ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ (ШАРООБРАЗНЫЕ) ПОЭТАПНЫЙ ОТКАЗ ОТ АВСТРАЛИИ" (PDF) . lightingcouncil.com.au . Совет по освещению Австралии . Получено 2 октября 2023 г. .
  8. ^ "Галогенные лампы будут запрещены на рынке ЕС с сентября - LEDinside". www.ledinside.com . Получено 26 августа 2018 г.
  9. ^ Каработт, Майк (26 мая 2020 г.). «Вывод из эксплуатации галогенных ламп в Австралии отложен до конца 2021 г.». Leading Edge Energy . Получено 9 марта 2021 г. .
  10. ^ «Конец галогенных лампочек предвещает более яркое и чистое будущее». gov.uk . 9 июня 2021 г. . Получено 9 июня 2021 г. .
  11. ^ Секстон, Дж. Эндрю (1 февраля 1991 г.). "Сервер технических отчетов НАСА (NTRS) - Результаты квалификационных испытаний на вибрацию и термовакуум для низковольтной вольфрамово-галогеновой лампы". Https . Получено 19 января 2019 г.
  12. Роберт Вольке (29 июля 2009 г.). Что Эйнштейн сказал своему парикмахеру: больше научных ответов на повседневные вопросы. Random House. стр. 52. ISBN 978-0-307-56847-2.
  13. ^ Группа по пожарной безопасности и безопасности жизнедеятельности. "Галогенные лампы Torchiere и пластиковые абажуры - Правила и процедуры" (PDF) . Университет Колорадо в Боулдере.[ постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ Некоторые лампы имеют давление в 15 раз больше атмосферного в холодном состоянии, а некоторые лампы увеличивают давление в пять раз при рабочей температуре . Кейн и Селл 2001, стр. 76–77
  15. ^ Зублер и Мосби Светотехника 1959 54.734
  16. ^ Ковингтон, Эдвард Дж. "Вольфрамово-галогеновая лампа". Архивировано из оригинала 5 марта 2016 года . Получено 4 марта 2016 года .
  17. ^ ab Burgin and Edwards Lighting Research and Technology 1970 2.2.95–108
  18. ^ Т'Джампенс и ван дер Вейер Технический обзор Philips, 1966 г., 27.173
  19. ^ Schroder Philips Технический обзор 1965 26.116
  20. ^ Хойсингер, Питер; Глаттаар, Рейнхард; Род, Вильгельм; Пинай, Хельмут; Бенкманн, Кристиан; Вебер, Йозеф; Вуншель, Ханс-Йорг; Стенке, Виктор; Лейхт, Эдит; Стенгер, Герман (2002). «Благородные газы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Уайли. дои : 10.1002/14356007.a17_485. ISBN 3527306730.
  21. ^ Нойманн Лихтехник 1969 21 6 63A
  22. ^ "Руководство Lutron по регулированию яркости низковольтного освещения | Lighting Services Inc". Lighting Services Inc. Архивировано из оригинала 7 октября 2018 г. Получено 12 октября 2018 г.(Также доступно в формате PDF на lutron.com)
  23. ^ Информация о вольфрамово-галогеновых лампах. Архивировано 03.03.2011 на сайте Wayback Machine на сайте Karl Zeiss Online Campus (дата обращения: 2 ноября 2010 г.)
  24. ^ Burgin Lighting Research and Technology 1984 16. 2 71
  25. ^ Тысячи людей подвергаются риску гибели из-за галогенных ламп-ловушек. Архивировано 18 декабря 2012 г. на сайте Wayback Machine на The Sunday Age (дата обращения: 22 декабря 2012 г.)
  26. ^ Галогенный точечный светильник пожарной безопасности Архивировано 09.04.2013 на сайте Wayback Machine at Fire and Rescue NSW (дата обращения 22 декабря 2012 г.)
  27. Downlights Архивировано 08.02.2013 на сайте Wayback Machine Министерства пожарной охраны и экстренных служб Западной Австралии (дата обращения 22 декабря 2012 г.)
  28. ^ "The Light Stuff". Popular Science : 41. Октябрь 1997.
  29. ^ Нэнси Харви Стеортс (1999). Безопасность и вы . Syracuse University Press. стр. 15. ISBN 0815628005. 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.
  30. Кремер, Джонатан З. «Типы лампочек и их применение». Архивировано 29 июня 2011 г. на Wayback Machine Megavolt, раздел «Галоген». Доступ 26 мая 2011 г.
  31. Владимир Протопопов (17 марта 2014 г.). Практическая оптоэлектроника: Иллюстрированное руководство для лаборатории. Springer. С. 37. ISBN 978-3-319-04513-9.
  32. ^ "Lighting New Year's Eve". www.usa.philips.com . Philips. Архивировано из оригинала 16 мая 2016 года . Получено 21 сентября 2017 года .
  33. ^ "Times Square Alliance – New Year's Eve – 2010 Widgets". Архивировано из оригинала 30 декабря 2009 года.
  34. ^ Рэймонд Кейн, Хайнц Селл, Революция в лампах: хроника 50 лет прогресса, второе издание , 2001 Fairmount Press, ISBN 0-88173-351-2 стр. 72-74 
  35. ^ "MSDS — Информационный лист по материалам ламп — Двухцокольные или штыревые кварцевые галогенные лампы" (PDF) . Текущая версия от GE . 2017. Архивировано из оригинала (PDF) 23 января 2019 . Получено 22 января 2019 .

Внешние ссылки