Инертные газы

2.8 Инертные газы

Для наполнения галогенных ламп, используются четыре газа – азот, аргон, криптон и ксенон; применяются и смеси этих газов. Выбор рода и состава наполняющих газов зависит от типа ламп, их параметров и назначения.

Применение инертных газов обусловлено тем, что они в обычных условиях не реагируют с какими бы то ни было элементами. Из перечисленных выше к «чисто» инертным газам относятся только аргон, криптон и ксенон. Азот в большинстве случаев также инертен, но при повышенных температурах соединяется с некоторыми металлами, образуя нитриды, которые обычно весьма стабильны даже при комнатной температуре. С некоторыми элементами азот реагирует только в присутствии катализаторов, например с водородом, образует аммиак NH.

Газы получают с помощью воздухоразделительных машин, которые производят в огромных количествах кислород и азот с попутным извлечением аргона, криптона и ксенона.

Азота в составе воздуха почти 80%; поэтому его получение не составляет больших трудностей и он дешев. Аргона в воздухе несравненно меньше (около 1%), и его извлечение довольно трудно. Оно усложняется еще тем, что температура кипения, а значит, и улетучивания аргона находится между температурой кипения азота и кислорода. Это требует применения специальных схем ректификации.

Криптона и ксенона в воздухе – ничтожное количество, и поэтому эти газы очень дороги. Только лишь в последние годы в связи с большим развитием техники получения огромных количеств кислорода для металлургической промышленности оптовые цены на криптон и ксенон несколько уменьшились.

Газы находятся в лампах при высоких температурах и давлениях. Указанные условия, а также эмиссионные явления с поверхности раскаленного тела накала могут быть причинами ионизации газов, что в свою очередь может привести к возникновению разряда в лампах.

Галогенные лампы наполняются газами до давления выше 10⁵ Па (в холодном состоянии) путем вымораживания введенных в лампу газов глубоким охлаждением оболочки ламп жидким азотом. Жидкий азот не опасен в работе, не воспламеняется и не ядовит. В отличие от него жидкий кислород горюч и взрывоопасен, поэтому он не используется в качестве охладителя.

Нужно иметь в виду, что при переходе от газообразного состояния к жидкому происходят большие изменения давления газа (пара). Таким образом, меняя температуру на поверхности кварцевой оболочки, можно оказывать значительное влияние на давление газов внутри готовых ламп.

2.9 Галогены и их соединения

Галогенные добавки, вводимые в лампы накаливания, составляют химически активную часть газового наполнения, выполняющую регенеративную роль путем превращения вольфрама, испаряющегося с раскаленного тела накала, в летучие соединения и последующего их обратного разложения на теле накала.

При выборе состава и количества галогенных добавок необходимо учитывать три требования: 1) должны быть созданы условия оптимального режима работы лампы и максимального использования возможностей галогенного цикла; 2) галогенные добавки по своему составу и состоянию должны позволять их точную дозировку в лампы и применение таких методов введения, которые обеспечивали бы постоянство концентрации и количества; 3) должна быть обеспечена технологичность процесса введения в лампы, безвредность в обращении, отсутствие агрессивности по отношению к откачному и наполняющему оборудованию (насосам, трубопроводам, кранам, приборам контроля).

В принципе галогенные добавки могут быть в любом виде – твердом, жидком и газообразном. Способы введения в лампы тоже могут быть разными – непосредственное введение в лампы либо нанесение на тело накала или на другие элементы конструкции ламп, либо предварительное подмешивание к инертным газам. В лампы могут быть введены один или несколько галогенов как в чистом виде, так и в виде различных соединений. При всех способах главным является максимальное обеспечение указанных выше трех требований и минимальное загрязнение ламп посторонними элементами.

Выбор методов введения галогенов, а также их состава и количества зависит от параметров и конструкции ламп.

Исторически первые галогенные лампы были изготовлены с использованием чистых галогенных элементов сначала йода, а затем и брома. Как показали многочисленные последующие работы, именно эти, наименее агрессивные галогены оказались единственно пригодными для использования в лампах накаливания. Имеются данные о попытках изготовить лампы с хлором и фтором, но от их широкого использования пришлось отказаться из-за исключительной агрессивности.

Основной недостаток применения чистых йода и брома заключается в крайней трудности соблюдения режимов их введения в лампы и необходимости строгой дозировки галогена. Эти условия имеют первостепенное значение для нормальной работы лампы. В частности, при комнатной температуре пары йода имеют очень низкое давление и поэтому ими трудно заполнить оболочку ламп до необходимого количества. Чистый бром при комнатной температуре – жидкость, что также неудобно для введения в лампы и дозировки. Избыток галогена приводит к коррозии вольфрамовых и молибденовых деталей ламп, а недостаточное количество вызывает почернение стенок оболочки; поэтому колебания концентрации галогена в лампах должны находиться в очень узких пределах. Кроме того, все галогены в чистом виде в определенной степени агрессивны, что вызывает большие трудности технологического характера, связанные с нарушением установок откачки и наполнения ламп, разъеданием составных элементов конструкций оборудования – трубопроводов, кранов и приборов.

Все это вместе взятое привело к мысли использовать в качестве галогенных добавок не чистые галогены, а некоторые из их неагрессивных, нетоксичных соединений. Это позволило, с одной стороны, более строго контролировать количество вводимого в лампы галогена, с другой – создавать технологические режимы их введения, пригодные для промышленного производства. Галогенные соединения внутри лампы диссоциируют при высоких температурах, высвобождая свободный галоген, который включается в регенеративный цикл путем взаимодействия с вольфрамом.

Известно большое количество химических соединений галогенов.

При выборе наиболее оптимальных из них следует руководствоваться следующим основным принципом: внутрь ламп должно попадать минимальное количество посторонних элементов, которые, не участвуя в регенеративном цикле, не вредили и не мешали бы его нормальному протеканию. Естественно, что поскольку в лампу вводится не чистый галоген, а какое-то его соединение, совсем избавиться от попутных элементов, входящих в химический состав данного соединения, невозможно. Но свести к минимуму воздействие посторонних элементов возможно.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что наиболее пригодными для этих целей являются галогеноводородные соединения НI,Вг, НСI и галогеноуглеводородных соединения СНХ(где X – галоген). Такие соединения имеют, как правило, низкие температуры кипения и стабильны при нормальных температурных условиях, что очень важно с технологической точки зрения.

Укажем, что йодистые и бромистые соединения обладают во многих случаях одинаковыми преимуществами и являются равнозначными для ламп многих типов. Однако, когда к лампам предъявляются особые требования по световой отдаче и цветности излучения, йодистые соединения являются менее предпочтительными, поскольку йод в газообразном состоянии в лампах имеет специфическое голубовато-фиолетовое свечение и поглощает до 10 % излучения в видимой области спектра. Кроме того, йод в большей степени, чем бром, склонен к сепарации и осаждению. В отличие от йода бром, а также хлор и даже фтор не поглощают света и образуют прозрачные соединения.

Вместе с галогеном внутрь ламп попадают углерод и водород. После диссоциации свободный углерод реагирует с вольфрамом, образуя карбиды, которые очень вредны для тела накала, приводят к его хрупкости и преждевременному разрушению. Поэтому одним из критериев выбора того или иного соединения является стремление добиться минимального загрязнения газового наполнения ламп углеродом. Другими словами, следует отдавать предпочтение соединениям, в химический состав которых входит не молекулярный, а атомарный углерод.

Что касается водорода, то, как показали теоретические и экспериментальные исследования, в определенных количествах он не только не вреден, но и играет положительную роль. Поэтому при выборе углеводородных соединений необходимо использовать такие из них, в составе которых водород находится в оптимальных количествах.

То же можно сказать и о кислороде, попадающем в лампы по различным каналам. В определенных пределах он также не оказывает пагубного действия, более того, он даже необходим.

Таким образом, самыми подходящими галогенными соединениями, которые нашли в настоящее время наиболее широкое применение в промышленном производстве галогенных ламп, являются бромистый метил СНВг и бромистый метилен СНВг.

Похожие работы

Анализ энергоэффективности системы освещения учебных помещений корпуса Т (I этаж)

Скачать

98500

7

14

... 1,2-1,25 3 Плавное управление мощностью и световым потоком светильников в зависимости от распределения естественной освещенности 1,3-1,4 5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). , (5.14) где Knpai – коэффииент потерь в ПРА существующих светильников системы освещения i-ro помещения; KnpaiN – коэффициент потерь в устанавливаемых ПРА. 6. Замена светильников ...

Товароведная характеристика сахара-песка, экспертиза качества

Скачать

66732

9

0

... присутствует сахар различных производителей и различных марок (сахар-песок, сахарная пудра, сахар-рафинад), а также различной фасовки. Предметом исследования послужили характеристики сахара-песка (фасовкой по 800 грамм) трех производителей: -"Русский сахар" Никифоровского завода, -"Услад" Добринского завода, -"Кристалл-Бел" Чернянского завода. Нами были отобранные пробы в соответствии с ...