ES2234319T3 - Lampara de descarga de vapor de mercurio a baja presion. - Google Patents
Lampara de descarga de vapor de mercurio a baja presion.Info
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Abstract
Lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión que comprende un recipiente (10) de descarga, encerrando dicho recipiente (10) de descarga, de manera estanca a los gases, un espacio (11) de descarga dotado de un relleno de mercurio y un gas noble, teniendo al menos una parte de una pared interna del recipiente (10) de descarga una capa (16) transparente, comprendiendo dicha capa (16) transparente un óxido de escandio, itrio o un metal de tierras raras, caracterizada porque la capa (16) transparente comprende además un borato y/o un fosfato de un metal alcalinotérreo y/o de escandio, itrio o un metal de tierras raras adicional.
Description
Lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja
presión.
La invención se refiere a una lámpara de descarga
de vapor de mercurio a baja presión que comprende un recipiente de
descarga, encerrando dicho recipiente de descarga, de manera estanca
a los gases, un espacio de descarga dotado de un relleno de mercurio
y un gas noble,
teniendo al menos una parte de una pared interna
del recipiente de descarga una capa transparente,
comprendiendo dicha capa transparente un óxido de
escandio, itrio o un metal de tierras raras.
En las lámparas de descarga de vapor de mercurio,
el mercurio constituye el componente principal para la generación
(eficiente) de luz ultravioleta (UV). Una capa luminiscente, que
comprende un material luminiscente (por ejemplo, un polvo
fluorescente), puede estar presente en una pared interna del
recipiente de descarga para convertir UV en otras longitudes de
onda, por ejemplo, a UV-B y UV-A con
fines de bronceado (lámparas de paneles solares) o en radiación
visible con fines de iluminación general. Tales lámparas de descarga
se denominan por tanto lámparas fluorescentes. El recipiente de
descarga de las lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja
presión es normalmente circular y comprende realizaciones tanto
alargadas como compactas. Generalmente, el recipiente tubular de
descarga de las lámparas fluorescentes compactas comprende un grupo
de partes rectas relativamente cortas que tiene un diámetro
relativamente pequeño, partes rectas que están conectadas entre sí
por medio de unas partes de unión o a través de unas partes
dobladas. Las lámparas fluorescentes compactas están dotadas
normalmente de un casquillo (integrado) de lámpara.
Es sabido que se toman medidas en las lámparas de
descarga de vapor de mercurio a baja presión para inhibir el
ennegrecimiento de partes de la pared interna del recipiente de
descarga, partes que se encuentran en contacto con la descarga que,
durante el funcionamiento de la lámpara, está presente en el espacio
de descarga. Un ennegrecimiento así, el cual se establece por la
interacción del mercurio y el vidrio, es indeseable y no sólo da
lugar a una menor producción de luz sino que también confiere a la
lámpara un aspecto antiestético, particularmente porque el
ennegrecimiento se produce irregularmente, por ejemplo, en forma de
manchas o puntos oscuros. Mediante el uso de los óxidos mencionados
en el párrafo inicial, el ennegrecimiento y la decoloración de la
pared interna del recipiente de descarga se reducen a un mínimo.
Por el documento
US-A-4.544.997, se conoce una
lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión del tipo
descrito en el párrafo inicial. En la lámpara conocida, dichos
óxidos se proporcionan como una capa delgada sobre la pared interna
del recipiente de descarga. Las capas transparentes conocidas de
dichos óxidos son incoloras, apenas absorben radiación UV o luz
visible y satisfacen los requisitos de transmisividad de luz y
radiación.
Una desventaja del uso de la lámpara de descarga
de vapor de mercurio a baja presión conocida es que el consumo de
mercurio es aún relativamente elevado. Por consiguiente, para
obtener una vida útil suficientemente larga, es necesaria una
cantidad relativamente grande de mercurio para la lámpara conocida.
En el caso de un procesamiento imprudente tras el final de la vida
útil, esto es perjudicial para el medioambiente.
El documento
US-A-4 803 401 da a conocer una
lámpara fluorescente compacta con una capa transparente en el
recipiente exterior, comprendiendo la capa transparente un óxido de
Al, Ti, Mg, Zr, Si o B y/o un fosfato tal como un pirofosfato de
calcio. Se inhibe el ennegrecimiento del recipiente exterior.
El documento
US-A-4199708 da a conocer una
lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión que
incorpora un recubrimiento de pirofosfato de calcio para mejorar la
uniformidad de la emisión de luz.
Es un objeto de la invención proporcionar una
lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión del tipo
descrito en el párrafo inicial, que consuma una cantidad de mercurio
relativamente pequeña.
Con este fin, la lámpara de descarga de vapor de
mercurio a baja presión según la invención, se caracteriza porque la
capa transparente comprende además un borato y/o un fosfato de un
metal alcalinotérreo y/o de escandio, itrio o un metal de tierras
raras adicional.
Las capas que comprenden tanto los óxidos
mencionados en el párrafo inicial como dichos boratos y/o fosfatos
de acuerdo con la medida inventiva, parecen ser bastante resistentes
al efecto de la atmósfera de mercurio-gas noble que,
en funcionamiento, predomina en el recipiente de descarga de una
lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión.
Sorprendentemente, se ha descubierto que el consumo de mercurio de
las lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión,
dotadas de una capa transparente según la invención, es
considerablemente menor que en las capas transparentes de las
lámparas conocidas de descarga de vapor de mercurio a baja presión.
A título de ejemplo, las lámparas de descarga de vapor de mercurio a
baja presión dotadas de una capa transparente según la invención se
compararon con las lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja
presión conocidas dotadas de una capa transparente que comprende un
óxido. Tras varios miles de horas de funcionamiento, en las capas
transparentes según la invención se encontró un contenido de
mercurio al menos el doble de pequeño en comparación con las capas
transparentes conocidas. Dicho efecto tiene lugar tanto en las
partes rectas como en las partes dobladas de los recipientes
(tubulares) de descarga de las lámparas de descarga de vapor de
mercurio a baja presión. Se utilizan partes dobladas en, por
ejemplo, lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión
con forma de gancho. La medida según la invención es notablemente
adecuada para lámparas fluorescentes (compactas) que tienen partes
de lámpara dobladas.
Las capas transparentes en la lámpara de descarga
de vapor de mercurio a baja presión según la invención, satisfacen
además los requisitos de transmisividad de luz y radiación y pueden
proporcionarse fácilmente como capas transparentes, cerradas y
homogéneas, muy finas, sobre una pared interna de un recipiente de
descarga de una lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja
presión. Por ejemplo, esto se efectúa enjuagando el recipiente de
descarga con una solución de una mezcla de compuestos
organometálicos adecuados (por ejemplo, acetonatos o acetatos, por
ejemplo, acetato de escandio, acetato de itrio, acetato de lantano o
acetato de gadolinio, mezclados con acetato de calcio, acetato de
estroncio o acetato de bario) o de ácido bórico o de ácido fosfórico
diluido en agua, mientras que la capa deseada se obtiene tras secar
y sinterizar.
Una ventaja adicional del uso de una capa
transparente según la invención en lámparas de descarga de vapor de
mercurio a baja presión es que tales capas presentan una
reflectividad relativamente alta en el intervalo de longitudes de
onda en torno a 254 nm (en el recipiente de descarga, el mercurio
genera, entre otras cosas, una radiación resonante en una longitud
de onda de 254 nm). Dado el índice de refracción de la capa
transparente, el cual es relativamente elevado con respecto al
índice de refracción de la pared interna del recipiente de descarga,
se escoge preferiblemente un espesor de capa tal que la
reflectividad a dicha longitud de onda sea máxima. Mediante el uso
de tales capas transparentes, se incrementa la producción inicial de
luz de las lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja
presión.
En una realización preferida de la lámpara de
descarga de vapor de mercurio a baja presión según la invención, la
capa transparente comprende un borato y/o un fosfato de calcio,
estroncio y/o bario. Una capa transparente de este tipo tiene un
coeficiente de transmisión para la luz visible relativamente alto.
Además, las lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión
con una capa transparente que comprende borato de calcio, borato de
estroncio o borato de bario o fosfato de calcio, fosfato de
estroncio o fosfato de bario tienen un buen mantenimiento.
En una realización preferida adicional de la
lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión según la
invención, la capa transparente comprende un borato y/o un fosfato
de lantano, cerio y/o gadolinio. Una capa transparente así presenta
un coeficiente de transmisión para la radiación ultravioleta y la
luz visible relativamente elevado. Se ha descubierto además que una
capa transparente que comprende borato de lantano o borato de
gadolinio o que comprende fosfato de cerio o fosfato de gadolinio
tiene una buena adhesión a la pared interna del recipiente de
descarga. Además, la capa puede proporcionarse de una manera
relativamente sencilla (por ejemplo, con acetato de lantano, acetato
de cerio o acetato de gadolinio mezclado con ácido bórico o ácido
fosfórico diluido), lo cual tiene un efecto de ahorro de costes,
particularmente en un proceso de fabricación en serie de lámparas de
descarga de vapor de mercurio a baja presión.
Una ventaja adicional del uso en lámparas de
descarga de vapor de mercurio a baja presión de una capa
transparente que comprenda un borato y/o un fosfato de escandio,
itrio, lantano, cerio y/o gadolinio es que tales capas presentan una
reflectividad relativamente alta en el intervalo de longitudes de
onda en torno a 254 nm. Mediante el uso de dichas capas
transparentes altamente refractivas y la optimización del espesor de
capa de tales capas, se obtiene una lámpara de descarga de vapor de
mercurio a baja presión que tiene una mayor producción inicial de
luz. Tales capas pueden utilizarse con provecho particular en, por
ejemplo, lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión
con propósitos de radiación (denominadas lámparas germicidas).
La capa transparente en una lámpara de descarga
de vapor de mercurio a baja presión según la invención, comprende
preferiblemente un óxido de itrio y/o gadolinio. Una capa
transparente así tiene un coeficiente de transmisión relativamente
alto para la radiación ultravioleta y la luz visible. Además, se ha
descubierto que una capa que comprenda tales óxidos es poco
higroscópica y presenta una buena adhesión a la pared interna del
recipiente de descarga. Además, la capa puede proporcionarse de una
manera relativamente simple (por ejemplo, con acetato de itrio o
acetato de gadolinio), lo cual tiene un efecto de ahorro de
costes.
En realizaciones prácticas de la lámpara de
descarga de vapor de mercurio a baja presión, dicha capa
transparente tiene un espesor de aproximadamente 5 nm a
aproximadamente 200 nm. Con un espesor de capa de más de 200 nm, se
da una absorción demasiado grande de la radiación generada en el
espacio de descarga. Con un espesor de capa de menos de 5 nm, existe
una interacción entre la descarga y la pared del recipiente de
descarga. Un espesor de capa de al menos sustancialmente 90 nm, es
particularmente adecuado. Con un espesor de capa así, la capa
transparente presenta una reflectividad relativamente alta en el
intervalo de longitudes de onda en torno a 254 nm.
Una realización preferida adicional de la lámpara
de descarga de vapor de mercurio a baja presión según la invención
se caracteriza porque un lado de la capa transparente orientado
hacia el espacio de descarga está dotado de una capa de material
luminiscente. Una ventaja del uso en lámparas de descarga de vapor
de mercurio a baja presión de una capa transparente según la
invención es que la capa luminiscente que comprende un material
luminiscente (por ejemplo, un polvo fluorescente) tiene una adhesión
considerablemente mejor a tal capa transparente que a una capa
transparente de la lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja
presión conocida.
Estos y otros aspectos de la invención resultan
evidentes a partir de, y se dilucidarán con referencia a, las
realizaciones descritas de aquí en adelante.
En los dibujos:
La figura 1A muestra una realización en vista en
alzado de la lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión
según la invención;
la figura 1B es un corte transversal de un
detalle de la lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja
presión que se muestra en la figura 1; y
la figura 2 muestra una realización alternativa
en vista en alzado de la lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la invención.
Las figuras son meramente esquemáticas y no están
a escala. En particular, algunas dimensiones se muestran de manera
muy exagerada por motivos de claridad. En las figuras, los
componentes similares se denotan en lo posible con los mismos
números de referencia.
La figura 1A muestra una lámpara de descarga de
vapor de mercurio a baja presión dotada de un recipiente 10 de
descarga transmisor de la radiación, que encierra, de manera estanca
a los gases, un espacio 11 de descarga que tiene un volumen de
aproximadamente 30 cm^{3}. El recipiente 10 de descarga es un tubo
de vidrio (de carbonato de calcio) que tiene una sección transversal
al menos sustancialmente circular con un diámetro D interno
(efectivo) de aproximadamente 10 mm. El tubo está doblado en forma
de gancho y, en esta realización, tiene cuatro partes 31, 33, 35 y
37 rectas y tres partes 32, 34 y 36 arqueadas. La figura 1B es un
corte transversal de un detalle de la lámpara de descarga de vapor
de mercurio a baja presión que se muestra en la figura 1A. El
recipiente 10 de descarga está previsto en una superficie 12 interna
con una capa 16 transparente según la invención y de una capa 17
luminiscente. El recipiente 10 de descarga está soportado por un
alojamiento 70 que también soporta un casquillo 71 de lámpara. El
espacio 11 de descarga no sólo comprende mercurio sino también un
gas noble, argón en esta realización. En esta realización, no sólo
comprende mercurio el espacio 11 de descarga sino que también hay
mercurio en un elemento 20 de control de la presión de vapor,
denominado amalgama, en la realización, 50 mg de una amalgama de un
3% en peso de Hg con una aleación de, por ejemplo,
bismuto-estaño o
bismuto-estaño-plomo. Unos medios 40
para mantener una descarga están constituidos por un par 41a; 41b de
electrodos dispuestos en el espacio 11 de descarga. El par 41a; 41b
de electrodos es un arrollamiento de tungsteno recubierto con un
material emisor de electrones, aquí una mezcla de óxido de bario,
óxido de calcio y óxido de estroncio. Cada electrodo 41a; 41b está
soportado por una parte 14a; 14b terminal (cortada) del recipiente
10 de descarga. Unas conducciones 50a, 50a'; 50b, 50b' de suministro
de corriente salen del par 41a; 41b de electrodos a través de las
partes 14a; 14b terminales del recipiente 10 de descarga al
exterior. Las conducciones 50a, 50a'; 50b, 50b' de suministro de
corriente están conectadas a una fuente de alimentación (no
mostrada) que está alojada en el alojamiento 70 y está conectada
eléctricamente a unos contactos 73a, 73b eléctricos y mecánicos en
el casquillo 71 de lámpara.
La figura 2 muestra una realización alternativa
de una lámpara de descarga de vapor de mercurio a baja presión según
la invención, que está dotada de un recipiente 100 de descarga que
encierra, de manera estanca a los gases, un espacio 111 de descarga
que comprende mercurio y un gas noble. En este caso, el recipiente
de descarga comprende una mezcla de un 75% en volumen de argón y un
25% en volumen de neón, con una presión de relleno de 400 Pa. El
recipiente 100 de descarga está constituido por una parte tubular
transmisora de la luz de vidrio de carbonato de calcio que tiene
tres segmentos 132, 134, 136 con forma de U, con una longitud total
de aproximadamente 46 cm y un diámetro interno de aproximadamente 10
mm, y que está sellada por unas partes 114A; 114B terminales. Los
segmentos 132, 134, 136 están interconectados por unos canales 161,
162. Una superficie interna de la parte tubular está dotada de una
capa 116 transparente y de una capa 117 luminiscente. El recipiente
10 de descarga tiene un volumen V de aproximadamente 36 cm^{3}.
Unas conducciones 150a, 150a'; 150b, 150b' de suministro de
corriente pasan a través de cada parte 114A; 114B terminal hasta uno
respectivo de los electrodos 141a; 141b dispuesto en el espacio 111
de descarga.
En una realización de la lámpara de descarga de
vapor de mercurio a baja presión, se añadieron varias
concentraciones de una solución de Me(AC)_{2}, en la
que Me = Sr o Ba, y de H_{3}BO_{3} a soluciones que comprenden
varias concentraciones de Y(Ac)_{3} (acetato de
itrio) para la fabricación de una capa transparente según la
invención. La relación molar entre la Me(Ac)_{2} y
el H_{3}BO_{3} se mantuvo constante. Con fines comparativos,
también se preparó un 1,25% en peso de Y(Ac)_{3}.
Tras enjuagar y secar, los recipientes tubulares de descarga se
dotaron de un recubrimiento pasando un exceso de las soluciones
anteriormente mencionadas a través de los recipientes. Tras
recubrir, los recipientes de descarga se secaron en aire a una
temperatura de aproximadamente 70ºC. Posteriormente, los recipientes
de descarga se dotaron de un recubrimiento luminiscente que
comprende tres fosfatos conocidos, concretamente un material que
despide luz verde con aluminato de cerio y magnesio activado por
terbio, un material que despide luz azul con aluminato de bario y
magnesio activado por europio bivalente, y un material que despide
luz roja con óxido de itrio activado por europio trivalente. Tras
recubrir, los recipientes de descarga se doblaron en la forma de
gancho conocida con las partes 31, 33, 35 y 37 rectas y las partes
32, 34 y 36 arqueadas (véase la figura 1A). Posteriormente, se montó
un número de recipientes de descarga en lámparas de descarga de
vapor de mercurio a baja presión a la manera
habitual.
habitual.
La adhesión del material luminiscente a la capa
transparente de un número de los recipientes de descarga así
fabricados se examinó empleando una prueba denominada "prueba de
percusión". El resultado se muestra en la tabla I.
La magnitud "despegadura" mencionada en la
columna 5 de la tabla I comprende una escala que va de 0 = "no hay
despegadura" (adhesión innegable) a 10 = "despegadura total"
(no hay adhesión). La fila 1 muestra el resultado de una capa
luminiscente proporcionada directamente sobre la pared interna del
recipiente de descarga. La fila 2 muestra el resultado de una capa
transparente de la lámpara de descarga conocida. Las filas 3 y 4 de
la tabla I muestran los resultados de dos capas transparentes
(concentraciones diferentes de Y(Ac)_{3}) de
lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión según la
invención. La tabla I muestra que la adhesión de la capa
luminiscente a una capa transparente de acuerdo con la medida
inventiva es comparable o mejor que la de una lámpara de descarga
sin recubrimiento y es considerablemente mejor que la adhesión de la
capa luminiscente a una capa transparente de la lámpara de descarga
conocida.
La tabla 2 muestra los resultados de las pruebas
de mantenimiento:
La tabla II muestra que el mantenimiento de
lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión, dotadas de
una capa transparente según la invención, se mejora con respecto a
la lámpara de descarga conocida y con respecto a la lámpara de
descarga sin recubrimiento. Pruebas comparables, en las que se
utilizó Ba(Ac)_{2} en lugar de
Sr(Ac)_{2} como precursor de la capa transparente,
muestran que el mantenimiento de estas lámparas de descarga es
comparable con el de la lámpara de descarga conocida, pero las
lámparas de descarga que tienen una adición de Ba según la invención
presentan una adhesión mejorada de la capa luminiscente a la capa
transparente.
La tabla III muestra, a título de ejemplo, el
resultado del consumo de mercurio (expresado en \mug Hg) de varias
lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión. El ejemplo
de la tabla III está relacionado con una lámpara de descarga de
vapor de mercurio a baja presión, tal como se muestra en las figuras
1A y 1B, con una capa transparente que comprende Sr, en la que el
recipiente tubular de descarga está doblado en forma de gancho y
tiene cuatro partes 31, 33, 35 y 37 rectas y tres partes 32, 34 y 36
arqueadas. Las figuras mencionadas en la primera columna de la tabla
III corresponden a los números de referencia de las partes rectas y
dobladas relevantes. El contenido de mercurio (en \mug Hg) de la
capa transparente se midió (destructivamente) en seis lámparas tras
varios miles de horas de funcionamiento. Los valores hallados para
el consumo de mercurio se promediaron. La tabla III no expone ningún
resultado de las mediciones del consumo de mercurio en el entorno
del electrodo y la amalgama.
La tabla III muestra que el consumo de mercurio
es considerablemente menor, tanto en las partes 31, 33, 35, 37
rectas como en las partes 32, 34, 36 arqueadas del recipiente de
descarga, que en las lámparas de descarga sin capa transparente o en
las lámparas de descarga conocidas. En líneas generales, el consumo
de mercurio se mejora en un factor de dos, desde una lámpara de
descarga sin capa transparente hasta una lámpara de descarga dotada
de la capa transparente conocida de Y_{2}O_{3}, y el consumo de
mercurio mejora adicionalmente en otro factor de dos, desde una
lámpara de descarga dotada de la capa transparente conocida de
Y_{2}O_{3} hasta una lámpara de descarga dotada de una capa
transparente según la invención. Debido a la medida según la
invención, el consumo de mercurio en, particularmente, las partes
32, 34, 36 dobladas del recipiente de descarga se mejora
considerablemente. En particular, este es el caso cuando se emplean
capas transparentes relativamente gruesas porque el recipiente de
descarga se estira aproximadamente un 30% durante el doblamiento, de
manera que la capa transparente es más delgada en las partes 32, 34,
36 dobladas que en las partes 31, 33, 35, 37 rectas del recipiente
de descarga. Cabe indicar que el punto de color de la lámpara de
descarga de vapor de mercurio a baja presión dotada de las capas
transparentes según la invención satisface los requisitos habituales
(x \approx 0,31, y \approx 0,32).
Claims (7)
1. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión que comprende un recipiente (10) de descarga,
encerrando dicho recipiente (10) de descarga, de
manera estanca a los gases, un espacio (11) de descarga dotado de un
relleno de mercurio y un gas noble,
teniendo al menos una parte de una pared interna
del recipiente (10) de descarga una capa (16) transparente,
comprendiendo dicha capa (16) transparente un
óxido de escandio, itrio o un metal de tierras raras,
caracterizada porque
la capa (16) transparente comprende además un
borato y/o un fosfato de un metal alcalinotérreo y/o de escandio,
itrio o un metal de tierras raras adicional.
2. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la reivindicación 1, caracterizada porque
el metal alcalinotérreo es calcio, estroncio y/o bario.
3. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la reivindicación 1, caracterizada porque
el metal de tierras raras adicional es lantano, cerio y/o
gadolinio.
4. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada
porque el óxido es óxido de itrio y/o óxido de gadolinio.
5. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada
porque la capa (16) transparente tiene un espesor de entre 5 nm y
200 nm.
6. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada
porque un lado de la capa (16) transparente orientado hacia el
espacio (11) de descarga está dotado de una capa (17) de un material
luminiscente.
7. Lámpara de descarga de vapor de mercurio a
baja presión según la reivindicación 6, caracterizada porque
el material luminiscente comprende una mezcla de aluminato de cerio
y magnesio activado por terbio que despide luz verde, aluminato de
bario y magnesio que despide luz azul, activado por europio
bivalente, y con óxido de itrio que despide luz roja, activado por
europio trivalente.
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