Higanylámpa

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A higanylámpa felépítésére – mint általában a nagynyomású kisülőlámpákra – jellemző, hogy a kisülőcső egy külső burában helyezkedik el. Mivel nagyobb higanygőznyomáshoz nagyobb áramsűrűség és térerősség tartozik, a higanylámpa kisülőcsöve a fénycsőnél lényegesen rövidebb és kisebb keresztmetszetű.

Higanylámpa felépítése
Higanylámpa

A higanylámpa alkatrészei a mellékelt ábra szerint: a fej(1), a külső bura (2), az állvány (3), a kisülőcső (4), a fém tartóbordák és egyben áramvezetők (5), a gyújtóellenállás (6), valamint a külső bura belső felületére felvitt fénypor-réteg (7).

A kisülőcső fajlagos falterhelése 3–8 W/cm², átlagos falhőmérséklete kb. 1000 K, ezért kvarcból készül. Az árambevezető a kisülőcsőbe molibdénfóliákkal történik, hasonlóan a halogénlámpákhoz. Mivel ennek a fényforrásnak a gyújtása nem külön glimmlámpás gyújtóval történik, a (fő)elektródok mellett ún. segéd- vagy gyújtóelektródákat is találunk. A főelektródok volfrámból készülnek, aktiváló anyaguk vagy a felületükön, vagy a katódspirál menetei között helyezkedik el. A kisülőcső (kvarctest) elektromos csatlakozását és mechanikai tartását a nikkel (vagy nikkelezett vas) tartóborda, ill. az áramvezetők biztosítják.

A működő lámpa kisülőcsövében, az ív tengelyében a hőmérséklet igen nagy (5...6000 K). Ezen hőmérsékleten a bejuttatott higanycsepp teljes egészében gőzzé alakul s mivel a saját folyadékával nem érintkezik, nem telített, hanem túlhevített (telítetlen) állapotban van. Ez annyit jelent, hogy a beadagolt higany tömege adott körülmények között megszabja az ionizált és gerjesztett higanyatomok mennyiségét, vagyis döntő hatással van a lámpa elektromos és fénytechnikai paramétereire. Adott teljesítményhez adott kisülőcsőhossz és adott tömegű higanybevitel tartozik, tehát – ellentétben a fénycsőgyártással – itt pontosan ügyelni kell a higanymennyiségre, amely teljesítménytől függően néhány mg.

A bura anyaga általában keményüveg, egyes kisebb teljesítményű, belső téri világításra gyártott lámpáknál lágyüveg. A burának több funkciója van: védi a kisülőcsövet, megakadályozza a Mo-bevezetők oxidációját, hordozza a fényport, végül kiszűri a maradék UV-sugárzás zömét. A burát a stabil falhőmérséklet beállítása céljából 1–3x104 Pa nyomású Ar–N2 eleggyel töltik.

Stabilan üzemelő lámpában a higanygőz nyomása bar (100 kPa) nagyságrendű, ezen a nyomástartományon alakul ki az a 20–50 V/cm térerősség, amely az optimális működéshez szükséges. Startergázra a nagynyomású lámpában is szükség van; a higanyon kívül a kisülőcső néhány ezer Pa nyomású argont is tartalmaz. Az argon a higanygőzzel Penning-keveréket alkot. A higanylámpákat 125 W-ig E26/E27, 125 W felett E39/E40 fejjel látják el.

Tulajdonságok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nagynyomású higanylámpa átlagos élettartama 16-20 000 óra, kezdeti fényhasznosítása 50-60 lm/W. (Pl. a 250 W-os típus kezdeti fényárama 13 klm). A gyakori kapcsolások a fényáramcsökkenést a higanylámpánál is gyorsítják. Az élettartam legelején a fényáram meredekebben csökken, ami azzal indokolható, hogy a gyártás során a kisülőcső falán és az elektródokon mindig maradnak adszorbeálódott gázok, és gőzök, melyek az üzemelés első 100-200 órájában kötődnek meg véglegesen, bizonyos öntisztulást idézve elő a kisülőcső terében. Az élettartam során az elektródokra felvitt emittáló anyag párolog, az emisszióképesség csökken, ennek következtében megnövekszik a gyújtás időtartama, továbbhevülnek az elektródok, ami újabb anyag-párolgást és porladást, végeredményben fényáramcsökkenést eredményez. A fényáramcsökkenéshez az is hozzájárul, hogy a kisülőcső falfeketedése miatt egyre kisebb intenzitású UV sugarak érik a fényport, tehát a fénypor által emittált fény is gyengébb lesz, másrészt a fénypor lassú szerkezeti átalakulása (öregedése) a kvantumhatásfok csökkenéséhez vezet.

Színvisszaadás - színhőmérséklet

A nagynyomású higanykisülésben a látható vonalak mellett főként a 365 nm-es UV-vonal gerjed. A leggyakrabban alkalmazott higanylámpafénypor az európiummal aktivált ittrium-vanadát, ami által sikerült javítani a lámpa eredendően gyenge színvisszaadását; így a „de luxe” kivitelű lámpák színvisszaadási indexe 57 (a standard típusé 50 alatt). A nagyobb színvisszaadási indexű lámpák korrelált színhőmérséklete 4000 K, a kisebbé 3400 K körüli. Érthető tehát, hogy a higanylámpát olyan külső tereken és nagykiterjedésű belső tereken alkalmazzák, ahol a színvisszaadásra nincs különösebb igény.

Energiamérleg

A higanylámpába bevezetett összes energiának összesen mintegy 16-17%-át kapjuk vissza fény formájában. Több mint 80% a sugárzott vagy elvezetett hő, vagyis veszteség; 3-4% mint UV sugárzás lép ki a lámpából. Ma már - a sokkal korszerűbb és gazdaságosabb egyéb nagynyomású lámpák birtokában kijelenthető, hogy a higanylámpa inkább a múlt fényforrása, mint a jövőé. A legutóbbi évtizedek világítástechnikai rekonstrukcióját jellemezte a higanylámpák fokozatos kiváltása nagynyomású nátriumlámpákkal (közvilágítás, ipari világítás). A higanylámpák életben maradása azonban még hosszú évtizedekig várható a korszerű LED-es világítási formák megjelenése ellenére is. Ennek oka, hogy a higanylámpák gyártása kiforrott, "rutinszerű" gyártástechnológiává vált. A higanylámpák beszerzési költsége a pl. nátrium lámpákkal ellentétben igen csekély. Működtető részegységei könnyedén és olcsón beszerezhetőek, kiegészítő áramköri elemeinek meghibásodására csak nagyon ritkán kerül sor. Megjegyzendő az a kísérleti irányvonal az iparágban, hogy a higanylámpák egyszerű kiváltását olyan nátrium lámpák kifejlesztésével igyekeznek megvalósítani ami belső gyújtót és egyéb részegységeket kompletten a lámpabúrán belül tartalmaznak. Ennek az irányvonalnak a nem titkolt célja, hogy a higanylámpáktól lényegesen jobb szín és fényáram hasznosítású nátrium lámpákat olyan meglévő lámpatestekbe is lehessen alkalmazni, melyek áramkörileg higanylámpák működtetésére készültek. Az ilyen belső gyújtószerkezettel ellátott lámpák (vélhetően a kevés gyártásmennyiség miatt) még igen drágák, így a hagyományos higanylámpák kerülnek továbbra is az ilyen lámpatestekbe. A távol-keleten a higanylámpák fejlesztése nem állt le, gyártásuk nagy ütemben zajlik, elsősorban a színvisszaadás és fényhasznosítás területén történnek a fejlesztések és kutatások. Megjegyzendő tény, hogy a higanylámpák fejlesztésében világszínvonalú, úttörő kutatásokat (az akkor még magyar) Tungsram vállalat végzett, mely kutatási tapasztalatok nagyban hozzájárultak a világban elterjedt HPS nátriumlámpák kifejlesztéséhez is. Az 1990-es évekig a higanylámpák gyártása szinte zömmel a magyar Tungsram gyárban történt, ahonnan kiváló minőségű higanygőz és speciálisan kifejlesztett izzók kerültek a világ minden tájára. A mai higanygőz és nagynyomású HPS izzók szinte kizárólag a távol-keleten készülnek. Magyarországon az izzógyártás és a közel száz éves fényforrás fejlesztő kutatás is megszűnt.

Típusok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Alkalmazásukat tekintve három alapvető típus létezik:

1, A világítási célú higanylámpa, teljesítmény szerint 50, 80, 125, 175, 250, 400 W-os típusokat gyártanak. Egyes cégek foglalkoznak irányított fényű higanylámpák gyártásával is, ilyenkor a kisülőcsövet a reflexiós bevonattal ellátott burába szerelik.

2, A hangulatkeltő hatású "UV-lámpa", amely a külső burában tér el az alaptípustól. A bura sötét lágyüvegből készül, a látható sugárzást majdnem teljesen elnyeli, az UV-t a 320-400 nm tartományban átengedi. Ez a tulajdonsága alkalmassá teszi lumineszkáló anyagok gerjesztésére, megjelenítésére.

3, Az orvosi kvarclámpa, amely lényegében külső bura nélküli kisülőcső. Mivel a bura nélkül nagyobbak a hőveszteségek, a csővégeket az elektródok magasságáig hőreflektáló fémbevonattal látják el. A legkorszerűbb kvarclámpák olyan kvarcüvegből készülnek, amely a távoli UV-t nem engedi át, s így nem okoz ózonképződést, valamint fémadalékokat tartalmaz az UV vonalak fokozása céljából. A lámpákat nemcsak orvosi gyakorlatban (téli napfénypótlás) alkalmazhatják, hanem egyéb területeken is, ahol az UV sugárzás hatásait kívánják hasznosítani (pl. Eprom beégetés). De orvosi céllal alkalmaznak még germicid csöveket is, ami a kvarclámpák egy speciális típusa. Elsősorban fertőtlenítő hatása miatt szélesen elterjedt az egészségügyben, levegő fertőtlenítésre. Egyéb helyszíneken számtalan kiviteli formája ismert, egészen a víz fertőtlenítésen át a várótermek fertőtleítéséig. A germicid csövek UV sugárzási spektruma rendkívül roncsoló hatású az emberi szem számára, ezért olyan helyen alkalmazható csak, ahol a közvetlen beletekintés szavatoltan gátolva van, illetve emberi szövettel közelről sehogyan sem érintkezhet. Létjogosultságát az egészségügyi intézmények közel 80 éve alkalmazva igazolják. A germicid csövek csak körültekintéssel alkalmazhatóak hagyományos áramköri elemekkel, leggyakoribb kiviteli formája fénycsőre emlékeztet. Kizárólag UV álló lámpatestbe szerelhetőek, melyek a látható UV fényt terelőlapokkal irányítják megfelelő irányba (pl. felfelé).

Léteznek ún. ultranagynyomású (UHP) higanylámpák, melyekben a nyomás a 200 bart is eléri. A higanyspektrum vonalai itt már annyira kiszélesednek, hogy megközelítik a folytonos színképet, így nagymértékben javul a színvisszaadás. Főként projektorokban alkalmazzák ezt a lámpatípust.

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Poppe Kornélné - Dr. Borsányi János: Világítástechnika I. BMF KVK 2024, Budapest 2005.