ประเภทและกลไกของหลอดฮาโลเจน

หลอดฮาโลเจนชนิดแก๊ส

หลอดฮาโลเจนเป็นหลอดไส้ที่บรรจุก๊าซเฉื่อยและก๊าซฮาโลเจนจำนวนเล็กน้อยไว้ในหลอด

ก๊าซเฉื่อย

ก๊าซเฉื่อย ได้แก่ ฮีเลียม (He 4.00g/mol) นีออน (Ne 20.18g/mol) (ไนโตรเจน (N2 28.02/mol)) อาร์กอน (Ar 39.95g/mol) (คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 44.01g/mol) โมล)), คริปทอน (Kr 83.80/mol), ซีนอน (Xe 131.29g/mol) และเรดอน (Rn 222.000/mol)
ฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน ซีนอน และเรดอน เรียกอีกอย่างว่าก๊าซมีตระกูลและก๊าซหายาก เพราะพวกมันมีอยู่ในอากาศในปริมาณที่น้อยมาก
ผลการยับยั้งไอของทังสเตนที่ใช้ในเส้นใยมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อน้ำหนักอะตอมเพิ่มขึ้น ยิ่งน้ำหนักอะตอมสูง ค่าการนำความร้อนยิ่งต่ำ และยิ่งลดการสูญเสียความร้อนของไส้หลอดได้มากเท่านั้น ประสิทธิภาพการส่องสว่างจะเพิ่มขึ้น 5-10%
“ตามทฤษฎีแล้ว เรดอนซึ่งมีน้ำหนักอะตอมสูงที่สุดมีประสิทธิภาพมากที่สุด อย่างไรก็ตาม เรดอนเป็นก๊าซกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายซึ่งปล่อยรังสีแอลฟาออกมาโดยมีครึ่งชีวิตสั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถนำมาใช้ได้ เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีอุณหภูมิสูงถึง 1,000°C หรือ สูงขึ้นจะสลายตัวเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์และออกซิเจน ใช้ไม่ได้ เนื่องจากการสลายตัวด้วยความร้อน
ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าซีนอนมีประสิทธิภาพสูงสุดในการระเหยทังสเตน
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากซีนอนและคริปทอนมีราคาแพง จึงไม่ค่อยได้ใช้มากนัก และใช้อาร์กอนซึ่งมีราคาถูกกว่าก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ”
อย่างไรก็ตาม อาร์กอนเพียงอย่างเดียวไม่ได้ให้ฉนวนไฟฟ้าที่เพียงพอ ดังนั้นหากไส้หลอดขาดระหว่างการให้แสงสว่าง จะเกิดอาร์คดิสชาร์จ เพื่อเป็นการตอบโต้ จะมีการผสมไนโตรเจนจำนวนเล็กน้อยซึ่งมีความเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง . หลอดไฟขนาดเล็กที่มีไส้หลอดสั้นกว่าจะมีโหลดไฟฟ้าสูงกว่า ส่งผลให้อายุการใช้งานสั้นลง

ทะเยอทะยาน

เก็ตเตอร์เป็นสารเคมีที่ใช้ในการกำจัดสิ่งเจือปนออกจากผลิตภัณฑ์ที่ใช้สุญญากาศ
สำหรับหลอดไส้ หากมีความชื้น ออกซิเจน หรือสิ่งสกปรกอื่นๆ ปะปนอยู่ในหลอดไฟเพียงเล็กน้อย จะทำให้เกิดวัฏจักรของน้ำ ซึ่งจะกินทังสเตนและทำให้อายุการใช้งานของหลอดไฟสั้นลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องถอดน้ำออก ภายในหลอดไฟ มีการวิจัยและพัฒนา getters ต่างๆเพื่อเป็นมาตรการตอบโต้ หลอดไส้ใช้วิธีการสร้างสุญญากาศโดยใช้ตัวรับฟอสฟอรัสในระหว่างกระบวนการผลิต ในวิธีนี้ ไส้หลอดทังสเตนจะถูกจุ่มลงในส่วนผสมของฟอสฟอรัสและน้ำ และหลังจากที่หลอดไฟหมด ไฟฟ้าจะถูกนำไปใช้เพื่อสร้างการปลดปล่อยแสงและกำจัดก๊าซที่ตกค้าง ฟอสฟอรัสเก็ตเตอร์ใช้เพื่อเพิ่มระดับของสุญญากาศ และธาตุฮาโลเจนยังถูกปิดล้อมเป็นเก็ตเตอร์เพื่อป้องกันการทำให้ดำคล้ำ
วิธีการลดการเกิดสีดำโดยใช้ธาตุฮาโลเจนเป็นตัวรับถูกใช้มาเป็นเวลานาน และในปี พ.ศ. 2435 ได้มีการวางจำหน่ายหลอดไฟไส้หลอดคาร์บอนที่มีคลอรีน ในปี 1933 มีการเสนอสิทธิบัตรสำหรับแนวคิดในการห่อหุ้มไอโอดีนเพื่อเปลี่ยนทังสเตนที่ระเหยกลายเป็นไอโอไดด์ของทังสเตนเพื่อป้องกันไม่ให้เกาะติดกับหลอดไฟ ด้วยวิธีนี้ วิธีการห่อหุ้มสารประกอบฮาโลเจนในหลอดไฟทั่วไปมีประสิทธิภาพในการป้องกันไม่ให้หลอดไฟดำคล้ำ แต่จะทำปฏิกิริยากับไส้หลอดทังสเตนในส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำ ทำให้อายุการใช้งานของหลอดไฟสั้นลง ฉันทำ. นอกจากนี้ ไอโอดีนจำเป็นต้องระเหยและใส่เข้าไปในหลอดไฟในระหว่างการผลิต และมีข้อเสีย เช่น ช่วงแคบที่วัฏจักรฮาโลเจนทำงานได้อย่างเสถียร ดังนั้นจึงมีการพิจารณาก๊าซฮาโลเจนอื่นๆ ในปี พ.ศ. 2508 ที’ Jampens และ van der Weijer จาก Philips ได้แนะนำหลอดไฟที่ใช้สารประกอบอินทรีย์ของโบรมีน สารประกอบโบรมีน (CHBr3, CH2Br2 ฯลฯ) มีความดันไอสูง จึงสามารถปิดล้อมเป็นก๊าซได้ ต่อมาก็มีการใช้สารประกอบคลอรีนและใช้ในหลอดเปิดรับแสงของเครื่องถ่ายเอกสาร
เซอร์โคเนียมักใช้เป็นส่วนประกอบในหลอดไฟ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของเครื่องทำความร้อนหลอดฮาโลเจน วิธีนี้ใช้ยาก ดังนั้นจึงมักใช้แทนทาลัม (Ta) แทนทาลัมเป็นโลหะอ่อนที่หลอมละลายสูงคล้ายกับตะกั่ว และดูดซับไฮโดรเจนหลายร้อยเท่าของปริมาตรในสถานะความร้อนสีแดงเข้ม (ประมาณ 700°C) ฉันอยู่นี่.
แน่นอนว่าเครื่องทำความร้อนหลอดไฟบางรุ่นที่มีฮาโลเจนต่ำกว่า 2200K หากเติมฮาโลเจนเข้าไป มันจะทำงานในทิศทางที่ขัดขวางวัฏจักรของน้ำ ดังนั้นหากมีความชื้นหลงเหลืออยู่เพียงเล็กน้อย ก็สามารถสร้างฮีตเตอร์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานได้ นี่เป็นเพราะฮาโลเจนมีราคาถูกกว่า เพื่อสร้างฮีตเตอร์หลอดไฟที่มีความน่าเชื่อถือสูงโดยมีอายุการออกแบบตั้งแต่ 5,000 ชั่วโมงถึง 20,000 ชั่วโมง การใส่เกตเตอร์โดยไม่ใช้ฮาโลเจนจึงปลอดภัยกว่าการใส่ฮาโลเจน

ก๊าซฮาโลเจน

มีก๊าซฮาโลเจนอยู่ 4 ประเภท ได้แก่ ฟลูออรีน (F 19.00 ก./โมล) คลอรีน (CL 35.45/โมล) โบรมีน (Br 79.90 ก./โมล) และไอโอดีน (I 126.90 ก./โมล) ยิ่งน้ำหนักอะตอมน้อยเท่าไร ไอโอดีนที่มีปฏิกิริยามากกว่าคือปฏิกิริยาน้อยที่สุดเนื่องจากมีปฏิกิริยามากกว่าในยุคแรก ๆ ของหลอดฮาโลเจน ไอโอดีนถูกล้อมรอบด้วยสารฮาโลเจน อย่างไรก็ตาม ไอโอดีนมีข้อเสีย เช่น ความจำเป็นในการระเหยและใส่เข้าไปในหลอดไฟในระหว่างการผลิต และช่วงที่วงจรฮาโลเจนทำงานได้อย่างเสถียรนั้นแคบ ใช้สำหรับ”
โบรมีนมีปฏิกิริยามากกว่าไอโอดีน และมีส่วนช่วยให้วงจรฮาโลเจนมีประสิทธิภาพ
แม้ในกรณีที่วัฏจักรฮาโลเจนของไอโอดีนไม่สามารถจัดการกับการระเหยและการทำให้ดำของทังสเตนได้ วัฏจักรฮาโลเจนก็สามารถจัดการกับมันได้ และมันเป็นไปได้ที่จะขยายประเภทของหลอดฮาโลเจน
มีความแปรปรวนเมื่อวัฏจักรฮาโลเจนจบลงด้วยการที่ทังสเตนกลับคืนสู่ไส้หลอด การระเหยได้รับการส่งเสริมในพื้นที่ อุณหภูมิของชิ้นส่วนนั้นเพิ่มขึ้นในอัตราเร่ง และการตัดการเชื่อมต่อเกิดขึ้นที่จุดร้อน
อาจมีสีดำเกิดขึ้นขึ้นอยู่กับปริมาณของก๊าซฮาโลเจน จำเป็นต้องเติมก๊าซฮาโลเจนในปริมาณขั้นต่ำที่ไม่ทำให้เกิดการใส่ร้ายป้ายสี ด้วยการลดปริมาณก๊าซฮาโลเจนให้น้อยที่สุด วัฏจักรฮาโลเจนจะถูกควบคุม ส่งผลให้อายุของหลอดไฟยาวนานขึ้นและมีความเสถียร ความเข้มข้นขั้นต่ำที่ต้องการคือประมาณ 0.1% โมลาร์ถึงก๊าซเฉื่อย
เครื่องทำความร้อนหลอดไฟที่มีอุณหภูมิสีประมาณ 2200K (K → เคลวิน: หน่วยของอุณหภูมิสัมบูรณ์ บวก 273 องศาเซลเซียส) หรือน้อยกว่านั้นไม่จำเป็นต้องมีฮาโลเจน ที่อุณหภูมิสีดังกล่าว การระเหยของทังสเตนจะไม่สำคัญเลยภายในอายุที่กำหนดของเครื่องทำความร้อน (5,000 หรือ 20,000 ชั่วโมง) และไม่จำเป็นต้องใช้วงจรฮาโลเจน (ดังนั้นใยจึงสึกน้อยมาก -> อายุการใช้งานไม่จำกัด)

วงจรฮาโลเจน

หลอดฮาโลเจนเป็นหลอดไฟประเภทหนึ่งซึ่งบรรจุก๊าซฮาโลเจนจำนวนเล็กน้อยไว้ในก๊าซเฉื่อย เช่น อาร์กอนหรือไนโตรเจน
การปิดแก๊สฮาโลเจนทำให้สามารถป้องกันการสึกหรอของทังสเตนซึ่งเป็นวัสดุของไส้หลอดได้และยังสามารถเพิ่มอุณหภูมิของไส้หลอดให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นได้ มีประโยชน์ นี่เป็นเพราะวงจรฮาโลเจน ไส้หลอดทังสเตนจะร้อนขึ้นในขณะที่หลอดไฟเปิดอยู่ ระเหยกลายเป็นอะตอมและเคลื่อนที่ภายในหลอดไฟ ขณะที่เดินทาง มันจะรวมตัวกับฮาโลเจนในหลอดไฟเพื่อสร้างทังสเตนเฮไลด์ ทังสเตนฮาไลด์เคลื่อนที่เข้าใกล้ไส้หลอดด้วยการพาความร้อนและการแพร่กระจาย เมื่อไส้หลอดร้อนขึ้นระหว่างการให้แสง ทังสเตนฮาไลด์จะแยกตัวเมื่ออุณหภูมิสูงถึง 1,400°C หรือสูงกว่า และทังสเตนจะกลับคืนสู่ไส้หลอด และฮาโลเจนจะระเหยอีกครั้งและก่อตัวเป็นทังสเตนฮาไลด์ วัฏจักรนี้เรียกว่าวัฏจักรฮาโลเจน
ในการทำให้เกิดวงจรฮาโลเจน จำเป็นต้องใช้วัสดุที่ช่วยให้ผนังด้านในของหลอดไฟมีอุณหภูมิสูงกว่า 250°C ระหว่างการจุดไฟ ดังนั้นจึงใช้แก้วควอทซ์ทนความร้อนสำหรับหลอดไฟ
ทังสเตนที่ระเหยแล้วกลับคืนสู่ไส้หลอด แต่ไม่สมบูรณ์ มีความแปรปรวนเมื่อวัฏจักรฮาโลเจนจบลงด้วยการที่ทังสเตนกลับคืนสู่ไส้หลอด การระเหยได้รับการส่งเสริมในพื้นที่ อุณหภูมิของชิ้นส่วนนั้นเพิ่มขึ้นในอัตราเร่ง และการตัดการเชื่อมต่อเกิดขึ้นที่จุดร้อน วงจรฮาโลเจนซ้ำๆ ทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอในไส้หลอด ซึ่งในที่สุดจะทำให้ลวดขาด

W+(Om+Xn) →(WX+WO+WOX+WO2+X2)→WX→W+O

อัดแก๊สแรงดันสูงเข้าหลอดไฟ

ยิ่งแรงดันแก๊สเติมสูงเท่าใด อายุการใช้งานของหลอดไฟก็จะยาวนานขึ้นเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพ ความดันจะเพิ่มความหนาแน่นของโมเลกุลของก๊าซ การระเหยของทังสเตนจะชนกับโมเลกุลของก๊าซ และการเคลื่อนตัวของทังสเตนจะถูกระงับ ความดันไอรอบเส้นใยเพิ่มขึ้นและใกล้ถึงจุดอิ่มตัว ดังนั้นการระเหยจึงถูกระงับ
ในฐานะที่เป็นวิธีการเติมก๊าซลงในหลอดฮาโลเจน จะใช้หลอดไฟที่มีการเชื่อมท่อแก้วไอเสีย และหลังจากที่ด้านในของหลอดไฟถูกไล่ออกแล้ว ก๊าซที่ปิดสนิทจะถูกเติมในขณะที่ทำให้เย็นลงด้วยไนโตรเจนเหลว ก๊าซที่เติมจะถูกทำให้เป็นของเหลวโดยไนโตรเจนเหลว ปริมาตรลดลง และความดันภายในลดลง
เติมก๊าซที่ความดันสูง 1×10^5~4×10^5Pa ความดันระหว่างแสงสูงถึง 1.3 ถึง 7.0 เท่า