수은증기램프

Mercury-vapor lamp
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시동 후 약 15초 후에 175와트 수은증기등이 켜집니다.
175W 수은증기 램프의 클로즈업.아크 튜브 하단에 있는 작은 대각선 실린더는 스타터 전극에 전류를 공급하는 저항입니다.

수은증기 램프는 [1]기화된 수은을 통해 빛을 내는 전기 아크를 사용하는 가스 방전 램프입니다.아크 방전은 일반적으로 더 큰 붕규산염 유리 [1]전구 안에 장착된 작은 용융 석영 아크 튜브로 제한됩니다.외부 전구는 투명하거나 형광체로 코팅될 수 있습니다. 두 경우 모두 외부 전구는 단열재를 제공하고, 빛이 생성하는 자외선으로부터 보호하며, 용융 석영 아크 [1]튜브를 편리하게 장착할 수 있습니다.

수은 증기 램프는 백열등 및 대부분의 형광등보다 에너지 효율이 뛰어나며 [1][2]와트당 35~65루멘의 광효율을 자랑합니다.또한 24,000시간 범위에서 긴 전구 수명과 고휘도, 선명한 백색 [1][2]광출력이 장점입니다.이러한 이유로, 그것들은 공장, 창고, 스포츠 경기장 및 가로등뿐만 아니라 넓은 구역의 오버헤드 조명에도 사용됩니다.투명한 수은 램프는 수은의 스펙트럼 [2]라인의 조합으로 인해 청록색 빛과 함께 하얀 빛을 생성합니다.이것은 사람의 피부색에 맞지 않기 때문에 일반적으로 소매점에서는 [2]사용하지 않습니다."색 보정된" 수은 전구는 흰색 빛을 방출하는 외부 전구 내부에 있는 인광으로 이 문제를 해결하여 더 나은 색 표현을 제공합니다.

1기압 안팎의 내부 압력으로 작동하며 전기 밸러스트뿐만 아니라 특수 고정 장치가 필요합니다.또한 최대 출력에 도달하려면 4분에서 7분의 예열 시간이 필요합니다.수은 증기 램프는 금속 할로겐화물 [3]램프의 더 높은 효율성과 더 나은 색 밸런스로 인해 구식이 되고 있습니다.

오리진스

쿠퍼 휴이트 램프, 1903년
고압수은증기램프 제조, 1965

찰스 휘트스톤은 1835년에 수은 증기의 방전 스펙트럼을 관찰했고, 그 스펙트럼의 자외선 선에 주목했다.1860년, John Thomas Way는 대기압에서 공기와 수은 증기의 혼합물로 작동하는 아크 램프를 [4]조명을 위해 사용했습니다.독일의 물리학자 레오 아론스(1860–1919)는 1892년에 수은 방전을 연구하여 수은 [5]아크에 기초한 램프를 개발하였다.1896년 2월, 영국의 허버트 존 다우싱과 H. S. 키팅은 수은 증기 램프를 특허 받았으며, 일부 사람들은 수은 증기 [6]램프가 최초의 수은 증기 램프라고 생각한다.

광범위한 성공을 거둔 최초의 수은 증기 램프는 1901년 미국인 엔지니어 Peter Cooper Hewitt에 [7]의해 발명되었다.휴이트는 1901년 [8]9월 17일 미국 특허 682,692를 받았다.1903년, 휴이트는 더 높은 색 품질을 가진 개량판을 만들었고, 결국 산업적으로 널리 [7]쓰이게 되었다.수은증기 램프의 자외선은 1910년까지 수처리에 적용되었다.휴이트 램프는 많은 양의 수은을 사용했다.1930년대에 Osram-GEC 회사, General Electric 회사 및 기타에 의해 개발된 현대적인 형태의 개선된 램프는 일반 조명용으로 수은 증기 램프를 널리 사용하게 되었습니다.

작동 원리

튜브 안의 수은은 상온에서 액체이다.램프가 완전히 빛을 [1]내기 전에 기화 및 이온화가 필요합니다.램프의 기동을 용이하게 하기 위해 제3전극은 한쪽 주전극 근처에 장착되어 저항을 통해 다른 쪽 주전극에 접속된다.수은에 더해 저압으로 아르곤가스를 충전한다.전원이 공급될 때 아르곤을 이온화하기에 충분한 전압이 있을 경우 이온화된 아르곤 가스는 시동 전극과 인접한 주 전극 사이에 작은 호를 친다.이온화된 아르곤이 전도하면서 아크에서 나오는 열이 액체 수은을 증발시킵니다. 다음으로, 두 개의 주요 전극 사이의 전압이 수은 가스를 이온화합니다.두 개의 주 전극 사이에서 아크가 시작되고 램프가 주로 자외선, 보라색 및 파란색 방출 라인을 통해 방사됩니다[9].액체 수은이 계속 증발하면 램프 크기에 따라 아크 튜브 압력이 2~18bar로 증가합니다.압력이 증가하면 [10][11]램프가 더욱 밝아집니다.전체 예열 과정은 대략 4분에서 7분 정도 소요됩니다.일부 전구에는 시동 전극을 인접한 주 전극과 단락시켜 주 아크가 부딪히면 시동 아크가 꺼지는 열 스위치가 포함되어 있습니다.

수은 증기 램프는 음극 저항 장치입니다.즉, 튜브를 통과하는 전류가 증가함에 따라 저항이 감소합니다.따라서 램프가 전력선과 같은 정전압 전원에 직접 연결되면 램프를 통과하는 전류가 자신을 파괴할 때까지 증가합니다.따라서 밸러스트를 통해 전류를 제한하려면 밸러스트가 필요합니다.수은 증기 램프 발라스트는 형광 램프에 사용되는 발라스트와 유사합니다.사실, 최초의 영국 형광등은 80와트 수은 증기 밸러스트에서 작동하도록 설계되었다.또한 자체 밸러스트 수은 증기 램프도 사용할 수 있습니다.이 램프는 아크 튜브와 직렬로 텅스텐 필라멘트를 사용하여 저항성 밸러스트 역할을 하고 아크 튜브에 전체 스펙트럼 빛을 추가합니다.자체 밸러스트 수은 증기 램프는 적절한 전압으로 공급되는 표준 백열등 소켓에 나사로 고정할 수 있습니다.

수은 증기 가로등
어두워진 후 클로즈업

금속 할로겐화물

금속 할로겐화물 램프라고 불리는 매우 밀접한 관련이 있는 램프 디자인은 수은과 아말감에서 다양한 화합물을 사용합니다.요오드화 나트륨과 요오드화 스칸듐이 일반적으로 사용됩니다.이 램프는 인광기에 의존하지 않고도 훨씬 더 좋은 품질의 빛을 낼 수 있습니다.시동 전극을 사용하는 경우 램프가 켜지면 주 전극과 시동 전극 사이에 전위를 제거하기 위해 항상 열 단락 스위치가 있습니다(할로겐화물 존재 시 이러한 전위가 유리/금속 씰의 고장을 일으킬 수 있습니다).보다 현대적인 금속 할로겐화물 시스템은 별도의 시동 전극을 사용하지 않습니다. 대신 고압 나트륨 증기 램프와 마찬가지로 고전압 펄스를 사용하여 램프를 시작합니다.

자체 밸러스트 램프

자체 밸러스트(SB) 램프는 내부에 필라멘트가 전기 밸러스트 역할을 하는 아크 튜브와 직렬로 연결된 수은 증기 램프입니다.외부 밸러스트 없이 주 전원과 직접 연결할 수 있는 유일한 수은 증기 램프입니다.이 램프는 비슷한 크기의 백열등과 같거나 약간 더 높은 효율을 가지고 있지만 수명이 더 길다.기동시에 곧바로 점등합니다만, 통상, 전원이 끊어졌을 경우는 몇분 정도 걸립니다.필라멘트에서 방출되는 빛 때문에 수은 증기 램프보다 약간 더 나은 연색 특성을 가집니다.자체 밸러스트 램프는 일반적으로 표준 수은 증기 램프보다 더 비쌉니다.

작동

색 보정 80W 고압 수은증기 램프를 절반 밝기로 예열

수은증기 램프가 처음 켜지면 소량의 수은만 이온화되고 아크 튜브의 가스 압력이 매우 낮아 자외선 수은 대역에서 많은 빛이 생성되기 때문에 짙은 파란색 빛을 낼 것이다.주 아크가 충돌하고 가스가 가열되고 압력이 증가하면, 빛은 가시 범위로 이동하고 높은 가스 압력은 수은 방출 띠를 다소 넓히며, 비록 여전히 연속 스펙트럼은 아니지만 인간의 눈에는 거의 흰색으로 보이는 빛을 생성한다.최대 강도에서도 인광기가 없는 수은증기 램프의 빛은 확연히 푸르스름하다.전구가 작동 온도에 도달하면 석영 아크 튜브의 압력이 약 1기압까지 상승합니다.방전이 중단되어야 하는 경우(예: 전기 공급 중단) 전구가 충분히 식어 압력이 상당히 떨어질 때까지 램프가 다시 켜지지 않습니다.램프가 다시 켜지기 전에 오랜 시간이 걸리는 이유는 압력이 높아지면 내부 가스의 고장 전압(아크를 시작하는 데 필요한 전압 – 파셴의 법칙)이 높아져 밸러스트의 기능을 벗어나기 때문입니다.

색상 고려 사항

인광 코팅된 125 W 램프의 예

푸르스름한 색조를 교정하기 위해 많은 수은 증기 램프가 외부 전구 내부에 자외선 방출의 일부를 붉은 빛으로 변환하는 형광체로 코팅되어 있습니다.이는 전자기 스펙트럼의 매우 부족한 적색 끝을 채우는 데 도움이 됩니다.이러한 램프를 일반적으로 "색 보정" 램프라고 합니다.현대의 수은 증기 램프는 대부분 이 코팅이 되어 있습니다.수은광에 대한 최초의 불만 중 하나는 스펙트럼의 [12]붉은 끝의 빛이 부족하기 때문에 사람들을 "무혈 시체"처럼 보이게 하는 경향이 있다는 것이었다.인광기를 사용하기 전에 이 문제를 수정하는 일반적인 방법은 백열등과 함께 수은등을 작동시키는 것이었습니다.또한 초고압 수은 증기 램프(일반적으로 200atm 이상)에서 빨간색이 증가하여 최신 소형 투영 장치에 적용되고 있다.외부에서는 코팅된 램프나 색상 보정된 램프는 일반적으로 방출되는 조명 주위에 파란색 "헤일로"로 식별할 수 있습니다.

방사선 스펙트럼

방출선 스펙트럼의[13][14] 가장 강한 피크는 다음과 같다.

수은 증기의 라인 스펙트럼.수은증기 램프의 청록색 빛깔은 강한 보라색과 녹색 선으로 인해 발생합니다.
파장(nm) 이름(포토 레지스트 참조) 색.
184.45 자외선(UVC)
253.7 자외선(UVC)
365.4 I라인 자외선(UVA)
404.7 H라인 보라색
435.8 G라인 파랑색
546.1 초록의
578.2 황갈색
650.5 빨간.

저압 수은 증기 램프에서는 184nm 및 254nm의 라인만 존재합니다.184 nm의 빛이 흡수되는 것을 방지하기 위해 퓨전 실리카가 제조에 사용됩니다.중압 수은증기 램프에는 200~600nm의 선이 존재합니다.램프는 주로 UV-A(약 400nm) 또는 UV-C(약 250nm)에서 방출되도록 구성할 수 있습니다.고압 수은증기 램프는 일반적으로 일반적인 조명 용도로 사용됩니다.그들은 주로 파란색과 녹색으로 방출한다.

자외선 청소

저압 Hg 램프는 다소 작지만 효율적인 딥 UV 광원이 될 수 있습니다.

저압 수은증기[15] 램프는 일반적으로 짧은 파장의 빛을 투과할 수 있도록 석영 전구를 가지고 있습니다.합성 석영을 사용하면 석영의 투명도가 더욱 높아지고 185 nm의 방사선도 관찰된다.이러한 램프는 자외선 살균 [16]조사에 사용할 수 있습니다.185 nm 라인은 산소를 함유한 대기에 오존을 발생시켜 청소 과정에 도움이 되지만 건강에 해롭기도 합니다.

광오염에 관한 고려사항

빛 오염이 가장 중요한 장소(예: 전망대 주차장)에는 저압 나트륨이 선호된다.매우 가까운 두 파장에서 좁은 스펙트럼 라인을 방출하기 때문에 가장 쉽게 걸러낼 수 있습니다.인광체가 없는 수은 증기 램프는 차선입니다. 몇 가지 뚜렷한 수은 라인만 생성하므로 걸러내야 합니다.

금지.

EU에서는 2015년에 조명 목적으로 저효율 수은 증기 램프를 사용하는 것이 금지되었습니다.소형 형광등에서 수은을 사용하거나 [17]조명 이외의 목적으로 수은 램프를 사용하는 데는 영향을 주지 않습니다.

미국에서는 2008년 [18]1월 1일 이후 수은증기램프 발라스트를 제외한 일반 조명용 수은증기램프 발라스트가 금지되었다.이러한 이유로 여러 제조업체에서 수은 증기 고정 장치를 교체할 필요가 없는 소형 형광(CFL) 및 발광 다이오드(LED) 전구를 판매하기 시작했습니다.미국 에너지부는 2015년에 HID 램프의 수은 증기 유형에 대해 2010년에 제안된 규제가 상당한 비용 [19]절감 효과를 거두지 못하기 때문에 시행되지 않을 것이라고 결정했다.

자외선 위험

일부 수은 증기 램프(금속 할로겐화 램프 포함)는 자외선 복사가 빠져나가는 것을 방지하는 기능을 포함해야 합니다(또는 기능을 포함하는 고정 장치에 설치되어야 합니다).일반적으로 램프의 붕규산염 글라스 외측 전구가 이 기능을 수행하지만, 외측 엔벨로프가 [20]손상될 수 있는 상황에서 램프를 설치할 경우 각별히 주의해야 합니다.체육관에서 공이 램프에 부딪혀 램프가 손상되어 단파 자외선 [21]복사에 의한 일광 화상 및 눈 염증이 발생한 사례가 기록되었습니다.체육관 등의 장소에서 사용하는 경우 램프의 외측 전구를 보호하기 위해 고정장치에는 강력한 외측 가드 또는 외측 렌즈가 포함되어 있어야 합니다.또한, 외부 유리가 깨지면 고의로 타버리는 특별한 "안전" 램프가 만들어진다.이는 일반적으로 얇은 탄소 스트립을 사용하여 전극 중 하나를 연결함으로써 이루어집니다. 탄소 스트립은 공기가 있으면 연소됩니다.

붕규산염 유리로 만들어진 외피가 있는 일반적인 수은 증기 램프는 여전히 비교적 적은 양의 365 nm UV 복사를 램프에서 방출할 수 있습니다.이로 인해 조명기구 건설에 사용되는 일부 플라스틱의 노화가 가속화되어 불과 몇 년의 사용 후 현저하게 변색될 수 있습니다.폴리카보네이트는 특히 이 문제를 겪고 있으며, 램프 근처에 위치한 상당히 새로운 폴리카보네이트 표면이 잠시 후 칙칙하고 노란색으로 변하는 것을 볼 수 있습니다.

사용하다

구역 및 가로등

비록 다른 종류의 HID가 점점 더 흔해지고 있지만,[citation needed] 수은 증기 램프는 여전히 때때로 미국에서 지역 조명과 거리 조명에 사용된다.

자외선 경화

수은 증기 램프는 인쇄 산업에서 잉크를 경화시키는 데 사용됩니다.일반적으로 사용되는 잉크를 빠르게 경화 및 설정하기 위해 고성능입니다.이러한 시스템은 밀폐되어 있으며 인간의 노출을 방지하기 위한 보호 기능과 생성된 [citation needed]오존을 제거하기 위한 특수 배기 시스템을 갖추고 있습니다.

분자분광학

고압 수은 증기 (및 일부 특수 설계된 금속-할라이드) 램프는 아크 플라즈마의 높은 전자 온도 때문에 밀리미터 및 테라헤르츠 파장에서 유용한 광대역 연속체("노이즈") 에너지를 제공하기 때문에 분자 분광학에서 응용됩니다; 이온화된 수은의 주요 UV 방출 라인은 254 nm와 관련이 있습니다.T= 11,500K의 흑체.이러한 특성은 이러한 주파수를 생성하는 데 사용할 수 있는 몇 안 되는 단순하고 저렴한 소스 중 하나입니다.예를 들어, 표준 250와트 일반 조명 수은 램프는 120GHz에서 6THz의 상당한 출력을 생성합니다.또, 열석영 아크관 엔벨로프로부터 중적외선의 단파장이 방출된다.자외선 출력과 마찬가지로 유리 외부 전구는 이러한 주파수에서 대부분 불투명하므로 이를 위해 제거(또는 특수 제작된 [citation needed]램프에서 제외)해야 합니다.

투영

초고성능 램프로 불리는 특수 초고압 수은증기 램프는 DLP, 3LCD, LCoS 프로젝터 등 디지털 비디오 프로젝터에 흔히 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

외부 링크