В последнее время проблема повышения экологичности разрядных источников света (ИС) приобретает все большую актуальность. Особенно эта проблема обостряется для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) ввиду прогрессирующего их использования в освещении жилых помещений. Главным фактором, определяющим экологическую опасность разрядных ламп, является наличие в них ртути в жидкой фазе.
Работы по решению данной проблемы ведутся достаточно давно. В настоящее время можно выделить следующие направления повышения экологичности разрядных ламп:
- Создание ЛЛ на безртутной основе. В рамках проработки данного направления делались попытки создания ЛЛ с использованием разряда в инертных газах (Ar, Ne, Xe), в молекулярных газах (аммиак, пары воды и перекиси водорода) и в парах кадмия (Cd). Однако, удовлетворительных результатов, соответствующих требованиям серийного и массового производства, они пока не дали.
- Создание ЛЛ с уменьшенным количеством ртути. В ходе работ по данному направлению было установлено, что уменьшить количество жидкой ртути, вводимой в ЛЛ, можно с переходом на малые диаметры и малые габариты ЛЛ (до 3 мг), а также в безэлектродных ЛЛ (до 1 мг). Для ЛЛ с диаметром 38, 32, 26 мм количество ртути должно быть не менее 1 мг на 1000 ч работы лампы (15 ÷ 20 мг).
- Создание ЛЛ с дозированием ртути в связанном состоянии.
- Создание разрядных ламп с защитными покрытиями. Исследования показали, что наиболее перспективно использование защитных фторопластовых полимерных покрытий на малогабаритных КЛЛ, которые интенсивно приходят на смену ламп накаливания (особенно в быту), и безэлектродных ЛЛ, в которые можно дозировать достаточно малое количество ртути.
- Создание серных безэлектродных ламп. Работы по ЛЛ низкого давления пока не проводились.
Достаточно подробно данные направления повышения экологичности разрядных ИС рассматривались нами на светотехнических конференциях.
Остановимся более подробно на возможности дозирования в ЛЛ ртути в связанном состоянии как наиболее перспективном в настоящее время. В связанном состоянии ртуть может вводиться в лампы:
- в виде порошка меркурида титана на подложке, который в откачанной;
- лампе выделяет пары ртути при нагреве подложки до 800-9000°С;
- в виде твердых амальгам.
Анализ показывает, что наиболее перспективным оказывается применение амальгамного метода. Замечательной особенностью амальгамных ЛЛ (АЛЛ) является то, что амальгама во время работы лампы выделяет оптимальное количество ртути (0,076 мг в ЛЛ мощностью 40 Вт), а в выключенном состоянии практически полностью поглощает ее из объема лампы. Утилизация АЛЛ также представляется более надежной ввиду того, что ртуть не «разбросана» в лампе, а находится в амальгаме. Кроме всего прочего, амальгамный метод введения ртути в ЛЛ оказывается практически незаменимым в случае ламп, работающих в условиях повышенных термических или электрических нагрузок (например, в закрытых светильниках). В данном случае использование вместо чистой ртути высокотемпературных амальгам (на основе Cd и In) позволяет обеспечить оптимальное давление паров ртути в лампе (РHg = 0,8 ÷ 1,0 Па) и, следовательно, максимальный световой поток (при использовании ртути в свободном состоянии он снижается на 20-30%). При работе ЛЛ в открытых светильниках используют низкотемпературные амальгамы (на основе свинца (Pb), олова (Sn) и висмута (Bi)). Лампы с такими амальгамами имеют одинаковые с ртутными ЛЛ зависимостями светового потока от температуры окружающей среды.
Хотя АЛЛ имеют ряд важных преимуществ (прежде всего в плане экологичности) перед обычными ртутными ЛЛ, их производство ведущими производителями ИС было практически прекращено, в том числе из-за широкого применения зеркальных светильников открытого типа. АЛЛ в ограниченных количествах выпускаются лишь для тех областей применения, в которых использование обычных ртутных ЛЛ проблематично (например, в закрытых герметичных светильниках, применяемых, в частности, на флоте и в космонавтике).
В последние годы специалистами светотехнического факультета МГУ им. Н. П. Огарева и НИИ «Человек и свет» с использованием лабораторной и опытной базы ОАО «Лисма-ВНИИИС им. А. Н. Лодыгина» и ОАО «Лисма» был выполнен комплекс исследований (теоретических, экспериментальных, технологических) по выбору составов амальгам, технологии их изготовления, конструкции и технологии изготовления АЛЛ.
С целью исключения дозаторов жидкой ртути или амальгам на всех позициях откачного полуавтомата, а также улучшения обезгаживания компонентов амальгамы, была разработана технология введения амальгамы в штенгель или объем лампы до операции откачки (нужно иметь только один дозатор перед откачным полуавтоматом). Для минимального изменения состава амальгамы при прохождении лампы в печи откачного полуавтомата амальгаму предложено помещать в контейнер, конструкция которого обеспечивает малое испарение ртути из амальгамы. В целях
уменьшения времени разгорания АЛЛ, а также увеличения значения светового потока в момент включения лампы было предложено использование пусковой амальгамы (в контейнере) вблизи катода. Второй вариант уменьшения времени стабилизации — форсированный режим (ток в 1,5 раза выше) в течение 10 ÷ 15 минут.
Разработанные конструкции и технология изготовления амальгамных компактных и линейных ЛЛ, выбранные оптимальные конструкции контейнеров и составы амальгам позволяют снизить потребление ртути в 2-3 раза по сравнению с базовыми ЛЛ. Кроме того, даже это небольшое количество ртути находится в связанном состоянии, когда лампа выключена.
Выполненные многовариантные исследования по определению количества испаряющей из амальгам ртути (при откачке ламп) показали, что выбранные составы амальгам и конструкции контейнеров обеспечивают наличие в готовых лампах (компактных и линейных) минимального количества ртути, которое достаточно для работоспособности ламп в течение нормируемых сроков службы с характеристиками на уровне базовых ламп с жидкой ртутью (3 ÷ 5 мг в КЛЛ, 10 ÷ 15 мг в линейных ЛЛ).
Исследования по минимизации ртути в ЛЛ показали острую необходимость разработки метода определения в ЛЛ достаточно малых количеств ртути (3 ÷ 15 мг).
Для этого разработаны:
1) технология изготовления ЛЛ с контролируемым количеством ртути методом испарения ртути из амальгамы, расположенной в удлиненном штенгеле (двойная отпайка) (информация нами также опубликована);
2) разработана методика определения количества ртути (с использованием контрольных ламп с известным количеством ртути), основанная на определении времени переноса ионов ртути к катоду при работе ламп на постоянном токе (явление катафореза).
Получены градуиро-вочные графики, с помощью которых можно по созданной методике определять количество ртути в лампах мощностью 20 и 40 Вт. Работы будут расширены на другие типы ламп.
Учитывая высокую экологичность АЛЛ и принимая во внимание положительные результаты проведенных исследований, можно сделать вывод о том, что было бы уместно возвратиться к совершенствованию и широкому производству этого типа ламп.
А. А. ДУРДАЕВ, А. А. АШРЯТОВ, А. С. ФЕДОРЕНКО.
