Bóng đèn HPS | Bóng đèn cao áp Sodium | Bóng đèn cao áp Natri


Bóng cao áp natri - High Pressure Sodium Lamp (HPS Lamps)


Bóng đèn cao áp natri (HPS lamp) dùng để chiếu sáng đường phố là loại bóng đèn được phổ biến nhất trên toàn thế giới. Đèn cao áp natri là một sự cải tiến so với đèn natri áp thấp (LPS lamp), kết quả là nó phát ra thứ ánh sáng có màu sắc tốt hơn trong khi hiệu suất phát quang chỉ thấp hơn một ít so với đèn natri áp suất thấp. Đèn HPS được General Electric phát triển ở Schectady New York và Nela Park bang Ohio. Sản phẩm được lần đầu tiên được đưa ra thị trường là vào năm 1964.

 

Louden, Schmidt và Homonnay là ba nhà phát minh đã tạo ra bóng đèn HPS
 Ảnh: Mr.Louden, Mr.Schmidt và Mr.Homonnay 03 người đã sáng chế ra đèn HPS

Ưu điểm của bóng đèn HPS:

- Hiệu suất phát quang tốt (tính theo lumen/watt)

- Kích thước nhỏ gọn hơn bóng đèn natri thấp áp hay đèn huỳnh quang vì vậy bóng HPS lắp được với hầu hết các bộ đèn chiếu sáng đường phố.

- Tuổi thọ lớn hơn bóng đèn LPS (bóng đèn sodium thấp áp).

 

Nhược điểm của bóng đèn cao áp sodium (HPS Lamps):

- Nhiệt độ màu kém hơn nhiều so với đèn metal halide và đèn halogen

- Nguồn phát sáng hoạt động ở điện áp thấp (52~100V) nên khi sử dụng yêu cầu phải có thêm bộ chấn lưu, điều này làm giảm hiệu suất của cả bộ đèn đồng bộ.

 

Đặc tính kỹ thuật cơ bản:

- Chỉ số màu: CRI 20~30

- Hiệu suất phát quang 80~140 lm/w

- Tuổi thọ bóng đèn: 24.000 giờ

 

Lĩnh vực sử dụng chủ yếu:

- Chiếu sáng ngoài trời, chiếu sáng đô thị, chiếu sáng sân nhà, chiếu sáng nhà xưởng…

 

 

Lịch sử phát minh sáng chế đèn HPS

Đầu tiên các nhà nghiên cứu thấy rằng khi cho hơi natri vào trong một cái ống hồ quang có áp suất cao thì nó có hiệu quả phát sáng tốt hơn. Vấn đề ở chỗ là họ chưa tìm được loại vật liệu có thể chịu được áp lực cao, chịu được nhiệt độ cao và chịu được ăn mòn của sodium.

 

Phải đến 35 năm sau, kể từ khi Compton phát minh ra việc dùng vật liệu natri là loại vật liệu lý tưởng để có thể làm bóng đèn HPS, năm 1955 một nhà nghiên cứu có tên là Robert L.Coble làm việc tại General Electric Lab gần Schenectady New York đã phát triển được một loại vật liệu được gọi là Lucalox, Lucalox là một thuật ngữ thương mại của loại vật liệu gốm ôxít nhôm thiêu kết.

 

Kết quả của Robert L.Coble đã mở đường giúp cho William Louden, Kurt Schmidt và Elmer Homonnay phát minh ra bóng đèn cao áp natri HPS.

 

Louden, Schmidt và Homonnay làm việc tại Nela Park bang Ohio (một trung tâm nghiên cứu của General Electric ở Cleveland). Họ đã tìm ra cách để chế tạo được ống hồ quang bằng vật liệu mới Lucalox và lắp các điện cực đặc biệt vào bên trong ống. Kết quả phiên bản thương mại đầu tiên của bóng đèn cao áp natri ra đời năm 1964, trong những năm 1980 các kỹ sư của General Electric đã có nhiều cải tiến hơn để tăng hiệu suất phát quang cũng như tuổi thọ làm việc của bóng đèn này.

 

 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bóng đèn cao áp sodium

 

Cấu tạo bóng đèn cao áp natri (HPS lamp)

 Ảnh: cấu tạo của bóng đèn cao áp sodium

Đèn HPS bao gồm một ống hồ quang hẹp gắn điện cực hai đầu được cố định bởi các thanh đỡ lắp trong một bóng đèn. Ống hồ quang được làm bằng vật liệu gốm ôxít nhôm nó có khả năng chịu được nhiệt độ cao, áp suất cao và đặc biệt là chống được tác động ăn mồn của chất kiềm như natri. Sodium, thủy ngân và xenon được cho vào bên trong ống hồ quang này.

 

Duy trì được độ chân không bên trong đèn là một vấn đề quan trọng, oxy và các khí khác có thể xâm nhập vào qua thời gian, để giữ được độ chân không ổn định, bên trong bóng có lắp thêm bộ Getter để hút oxy còn lại và các khí không mong muốn. Khi ở trạng thái mát mẻ, natri được lưu trữ trên các hốc chứa hỗn hợp trên đầu ống hồ quang. (khác với đèn LPS là natri được lưu giữ trong các bướu trên mặt ống).

 

Để hoạt động được, bóng đèn được lắp kèm với các thiết bị như chấn lưu, bộ mồi (ignitor)…, cách hoạt động phổ biến nhất là bắt đầu Ignitor sẽ gửi xung cao áp chạy qua khí xenon có trong ống hồ quang, lúc đó đèn sẽ phát ra màu xanh như đèn xenon. Dòng hồ quang tiếp tục làm nóng thủy ngân và hơi thủy ngân sẽ phát sáng đèn sẽ trở nên có màu xanh nhạt. Đèn tiếp tục được làm nóng lên và khi đó sodium trong ống trở thành dạng hơi lúc này nhiệt độ bên trong ống hồ quang đã vượt 240 độ C. Hơi natri được trộn lẫn với các tạp chất khác để tạo ra ánh sáng trắng nhiều hơn do thủy ngân hỗ trợ thêm phổ ánh sáng màu xanh với phổ màu vàng tinh khiết của sodium.

 

 

Xử lý bóng đèn HPS sau khi hết hạn sử dụng

Sodium ở loại bóng đèn này là một chất rất dễ nay hơi, khi tiếp xúc với không khí natri có thể gây nổ. Các loại bóng sodium không nên được xử lý như việc xử lý rác thải thông thường. Đã có nhiều trường hợp các xe chở rác bắt lửa khi các bóng đèn phía sau bị vỡ. Đèn sodium cũng chứa thủy ngân, kể cả đèn LPS mới có chứa lượng thủy ngân thấp hơn trước đây nhưng cũng cần phải có cách xử lý thích hợp khi tiêu hủy nó.

 

 

Nguồn trích dẫn: http://www.edisontechcenter.org/

Anh Sơn