Lampade al sodio: design, principio di funzionamento, tipi, applicazione

I disegni delle prime luci erano piuttosto primitivi. Consistevano in due elettrodi, tra i quali bruciava una scarica ad arco. Ci sono stati due svantaggi significativi in ​​questi progetti: a causa del burnout, gli elettrodi necessitavano di una regolazione costante e lo spettro delle radiazioni ha catturato una parte significativa della radiazione ultravioletta. Pertanto, le lampade a incandescenza e successivamente le lampade al sodio occuparono molto rapidamente le loro nicchie nell'illuminazione di stanze e strade.

In tutta onestà, devo dire che anche questi dispositivi di illuminazione sono ancora in concorrenza con marchi di lampade a LED più economiche.

Ma ci sono aree in cui l'uso delle lampadine al sodio sarà una priorità per lungo tempo. L'ottimismo aggiunge un flusso elevato a lampade a scarica, durata del funzionamento e indicatori di alta efficienza di questi dispositivi.

Design e principio di funzionamento

L'azione della lampada a scarica di sodio si basa sulla proprietà del vapore di sodio, in grado di emettere luce monocromatica nello spettro giallo-arancio. Questa sostanza gassosa è racchiusa in uno speciale pallone (tubo) chiamato bruciatore. Poiché il vapore di sodio riscaldato ad alta temperatura agisce in modo aggressivo sulle superfici di vetro, il tubo realizzato con sostanze più stabili - vetro borosilicato o allumina policristallina (a seconda del tipo di lampada).

Su ciascun lato del bruciatore sono presenti elettrodi progettati per creare scariche ad arco che riscaldano il vapore di sodio. Questo disegno è alloggiato in un pallone di vetro sottovuoto che termina con una base filettata.

È opportuno notare qui che esistono due tipi di tali dispositivi di illuminazione: NLND (bassa pressione) e NLVD (alta pressione). Il design sopra descritto dà un'idea generale della costruzione di lampade a scarica di sodio di entrambi i tipi. Queste lampade si differenziano per il design dei bruciatori e la pressione di vapore di lavoro all'interno dei tubi.

Nelle lampade al sodio a bassa pressione, il suo valore non supera 0,2 Pa e in NLVD - circa 10 kPa. Di conseguenza, anche le temperature di lavoro dei vapori di sodio differiscono: 270–300 ° С per NLND e 650–750 ° С nei bruciatori ad alta pressione. Da questo è chiaro che i bruciatori NLVD hanno livelli piuttosto elevati di flussi di luce, cioè brillano abbastanza intensamente.

Non c'è nulla di sorprendente nel fatto che le lampade al sodio ad alta pressione hanno gradualmente sostituito dal mercato gli apparecchi di illuminazione di tipo NLND. Sebbene lo spettro di luce corrispondente alla bassa pressione sia più piacevole alla vista, i bruciatori NLND hanno lasciato il posto a modelli più potenti con un'emissione di luce abbastanza elevata.

Data questa circostanza, ci concentreremo sulle lampade di tipo NLVD. Il design di tale sorgente luminosa è mostrato nella Figura 1. Ecco uno schema di una lampada tubolare DNaT.

I numeri indicano:

• 1 - pallone esterno;
• 2 - base nichelata;
• 3 - piastre di contatto;
• 4 - tubo di scarico del gas (bruciatore);
• 5 - elettrodi di molibdeno;
• 6 - vapore di sodio miscelato con gas inerti (argon o xeno);
• 7 - amalgama di sodio;
• 8 - input sigillato di niobio;
• 9 - conduttori metallici;
• 10 - piastre di molibdeno;
• 11 - Getter (Getter).

In fig. 2 mostra una foto di una lampada al sodio di questo tipo.

Le boccette delle lampade al sodio sono cilindriche (come nella figura 2), ellittiche, rivestite all'interno con un sottile strato di sostanza che diffonde la luce (DNaS). Possono essere glassati (DNaMT) o contenere un riflettore a specchio vicino al bruciatore (DNaZ).

Principio di azione.

L'accensione del bruciatore della lampada al sodio proviene da un arco elettrico che si alza tra gli elettrodi. Nel canale della scarica elettrica, si forma un flusso di particelle cariche dal vapore di sodio. A rigor di termini, all'interno del tubo di scarico del gas non è puro sodio, ma una miscela di gas. Per una migliore accensione dell'arco aggiungere argon o xeno o vapore di mercurio.

Gli apparecchi senza mercurio esistono già oggi. Finora hanno un design più complesso, ma lo sviluppo è in corso e probabilmente un giorno sostituiranno le lampade al mercurio convenzionali.

Dopo che ai catodi viene applicata un'alta tensione di impulso, si verifica l'accensione della NLVD. Per un po ', la lampada si illumina debolmente. Dopo circa 7 a 10 minuti, dopo che il vapore di sodio si è riscaldato alla temperatura operativa, la lampada passa alla modalità di emissione della luce massima.

Il principio di funzionamento è simile al funzionamento delle lampade al mercurio, ma per accendere un apparecchio riempito con vapore di sodio, è necessario un impulso di tensione superiore rispetto all'accensione DRL. Dopo aver riscaldato il bruciatore, le correnti di impulso devono essere limitate. Pertanto, per questo tipo di apparecchi di illuminazione, i produttori di NLVD hanno sviluppato reattori speciali con dispositivi di accensione a impulsi integrati. Senza l'uso di una IZU, è impossibile accendere una lampada al sodio collegandola direttamente alla rete elettrica.

Classificazione delle lampade al sodio

Come notato sopra, le lampade al sodio sono di due tipi: NLND e NLVD. Possono anche essere classificati per tipo di pallone, per composizione di impurità e potenza di radiazione. Poiché la tensione di vapore del sodio influisce direttamente sull'emissione luminosa della lampada, esamineremo brevemente gli apparecchi con precisione in questo parametro.

Bassa pressione (NLND)

Il primo apparve NLND (bassa pressione nel bruciatore). Forniscono una bassa resa cromatica, ma hanno un piacevole spettro di radiazioni per l'uomo. Sono stati utilizzati in modo massiccio negli anni '30 del secolo scorso. Le lampade a bassa pressione possono essere trovate oggi, ma sono sostituite da lampade al sodio più avanzate, sulle quali ci soffermeremo più in dettaglio.

Alta pressione (NLVD)

L'elevata efficienza di NLVD li ha resi leader tra le altre sorgenti luminose a scarica di gas. L'efficienza luminosa di tali lampade raggiunge i 150 lumen / watt. Possono funzionare fino a 28500 ore. È vero, al termine della loro vita utile, la loro emissione di luce diminuisce e il colore si sposta sul lato rosso dello spettro.

Per una serie di parametri, NLVD supera la qualità delle lampade fluorescenti che emettono bagliori freddi e lampade ad alogenuri metallici che consumano molta elettricità. Tra le moderne fonti di luce elettriche ci sono pochi apparecchi che possono rendere una lampada al sodio degna di concorrenza.

Vantaggi e svantaggi

I vantaggi delle lampade al sodio sono i seguenti:

• redditività delle lampade tubolari;
• funzionamento a lungo termine;
• stabilità dei parametri elettrici per quasi tutta la vita utile;
• calde tonalità di radiazione di sodio (vedi Fig. 3);
• una gamma abbastanza ampia di temperature a cui le lampade al sodio funzionano stabilmente - da -60 a +40 gradi Celsius.

Sfortunatamente, ci sono degli svantaggi che limitano l'ambito di NLVD:

• la fastidiosa frequenza della luce tremolante;
• inerzia all'accensione;
• esplosività di NLVD;
• la presenza di contenuto di mercurio nella maggior parte dei modelli;
• le radiazioni risonanti si indeboliscono durante il funzionamento;
• aumento del consumo energetico prossimo alla fine della sua vita utile;
• la necessità di utilizzare reattori per il collegamento di lampade.

I reattori a volte sono una fonte di rumore e consumano fino al 60% del consumo energetico. Richiedono anche ulteriore manutenzione.

Nonostante la presenza degli svantaggi di cui sopra, in alcune aree in cui la resa cromatica della sorgente luminosa non è significativa, l'uso di NLVD è molto vantaggioso e in alcuni casi semplicemente insostituibile.

Campo di applicazione

La luce giallo-arancione dei dispositivi di illuminazione è piacevole per gli occhi, ma la sua monocromaticità attenua i colori dei colori degli interni. Pertanto, le lampade al sodio non vengono utilizzate nei locali residenziali come principale dispositivo di illuminazione. Possono servire solo come elementi di illuminazione decorativa.

La Figura 3 mostra una foto di tale retroilluminazione.:

Gli studi hanno dimostrato che la luminescenza gialla tende a influenzare positivamente lo sviluppo delle piante. Allo stesso tempo, la loro crescita si intensifica e la produttività aumenta. In estate, la vegetazione riceve tale illuminazione dalla luce solare. Ma nelle serre in cui le verdure vengono coltivate in inverno, la luce solare non è chiaramente sufficiente. NLVD è ideale per questi scopi (vedi figura 4).

L'uso di lampade al sodio per l'illuminazione delle serre non solo aumenta la produttività, ma consente anche di risparmiare energia.

Presta attenzione alla luce monocromatica delle lampade al sodio. Il colore ovattato delle piante indica che quasi tutta la luce delle lampade viene spesa per la produzione di clorofilla.

La monocromaticità è molto utile nell'illuminazione stradale. Tale luce non è dispersa nella nebbia. L'uso dell'illuminazione stradale per l'illuminazione delle autostrade può migliorare la sicurezza del traffico. Parcheggia zone e percorsi con illuminazione stradale basata su NLVD, che hanno uno spettro di luce gialla, aumentano il comfort dei vacanzieri di notte.

Meno comunemente, tali apparecchi di illuminazione vengono utilizzati in locali industriali (di solito in magazzini), nonché nella progettazione di insegne pubblicitarie e decorazioni.

collegamento

Poiché per accendere il bruciatore è necessaria un'alta tensione di impulso (a volte fino a 1000 V), ciò complica il cablaggio delle lampade al sodio. Dobbiamo usare attrezzature aggiuntive. I reattori per NLVD sono di due tipi: EMR (elettromagnetico) e reattori (elettronico).

IZU sono collegati in parallelo al circuito della lampada e gli strozzatori sono collegati in serie, a volte attraverso un dispositivo di accensione a impulsi.

La Figura 6 mostra la connessione di NLVD.

Prestare attenzione al modo in cui l'acceleratore (reattore) e IZU sono collegati.

Per l'auto-connessione, è necessario rispettare il requisito: la lunghezza del filo dall'induttore alla base della lampada non deve superare i 100 cm.

Alcuni produttori stranieri forniscono al mercato dispositivi di illuminazione al sodio con dispositivi di avviamento integrati nella lampadina.

Considerazioni sulla sicurezza e sullo smaltimento

I rischi nel funzionamento delle lampade al sodio sono associati ad alta pressione e temperatura all'interno del bruciatore. Anche la superficie del pallone si riscalda fino a 100 ° C e può causare ustioni se maneggiata con noncuranza. Esiste la possibilità che il pallone esploda sotto l'influenza di gas caldi che fuoriescono dal bruciatore.

Al fine di proteggere dalle conseguenze della distruzione, vengono realizzate lampade in cui le lampade si trovano dietro un vetro spesso. Prestare attenzione al design apparecchi di illuminazione stradale (Fig. 5).

A causa della presenza di mercurio nelle lampade al sodio, si applicano requisiti speciali per il loro smaltimento. Gli apparecchi usati non devono essere smaltiti nei bidoni della spazzatura. Devono essere inviati a imprese speciali per lo smaltimento e l'elaborazione.

Video in aggiunta all'articolo