|
세리믹 메탈할라이드램프세라믹 메탈할라이드 램프(CNH)는 뛰어난 광학특성을 가지고 있다. 이것은 발광물질인 금속 할로겐화물(메탈할라이드)를 봉입하기 위한 발광관에 기존의 석영이 아닌 투광성 세라믹을 채용하고 있기 때문이다. 투광성 세라믹의 장점을 <표 1>에 나타내었다. CMH는 2종류의 램프 구조가 있다. 그 하나는 램프 내에 시동기를 내장하여 H용 안정기로 점등 가능한 L형이고, 다른 하나는 외부 시동기형으로 전용안정기가 필요한 S형이다.현재 CMH는 20W~400W의 램프가 개발되어 판매되고 있다. 일본에서는 20W~150W의 출력범위는 S형이 주류이고, 150W~400W의 출력범위는 L형이 주류이다. 이것은 안정기의 가격이나 에너지절약 교환 전의 램프종에 의한 영향이 크다.여기에서는 CMH 중에서도 최고출력인 H용 안정기로 점등 가능한 L형 CMH 680W 개발에 있어, 고출력화의 포인트, 개발램프의 특성, 에너지절약 효과에 대해 차례대로 설명한다. CMH 고출력화의 포인트1. 발광관의 최적화(1) 본관부 형상의 검토개발착수 당초의 개발관 형상 A와 개선설계의 발광관 형상 B를 <그림 1>에 나타내었다.형상 A는 CMH 400W급의 발광관 형상에서 상이 설계한 것으로, 3개의 세라믹 부품을 끼워 넣어 일체화시킨 것이다. 형상 A에서는 점등 중, 본관부에 균열이 생길 수 있다. 이것은 형상이나 두께가 다르다는 점에 기인한 온도 기울기의 변화가 균열 발생의 요인이 된 것으로 추정한다. 세라믹은 석영에 비교하여 열충격에 대한 강도가 떨어지기 때문에 형상이나 두께의 설계개선에 의해 극복할 필요가 있다. 형상 B는 본관부 균열에 대한 개선형 발광관이다. 형상 A에서의 개선점은 본관부의 두께를 균일화하고 있는 점, 둥근 일체성형품으로 하는 점이다. 이 설계개선에 의해 점등 중의 본관부의 온도 기울기를 완만하게 변화시켜 균열의 발생을 방지하고 있다. 발광관 형상 B를 이용하여 고출력 동작 시 안정점등을 확립하고 있다.
 (2) 세관부(봉지부) 관경의 검토<그림 1>의 발광관 형상 A와 형상 B의 세관부의 지름을 비교하면 형상 B의 관경 쪽이 가늘다는 것을 알 수 있다. 형상 A에서는 발광관 내 봉입물을 가두는 역할을 하는 봉지부에서 수명점등 중 균열이 발생하여 발광관 내 봉입물이 나와버리는 경우가 있다. 이 봉지부의 균열은 전기를 발광관 내에 도입하기 위한 금속 리드선과 발광관의 세라믹 및 그것의 극간을 메우기 위한 봉지재의 팽창계수가 각각 다르다는 점에 기인한다. 관경이 두꺼우면 각각의 불균형도 커지고 봉지부 균열이 발생하기 쉽다. 형상 B에서는 전극구조, 봉지부 사용부재의 최적화에 의해 관경을 가늘게 하고 있다. 봉지부에서 봉지재의 체적을 형상 A에 비교, 약 60% 삭감시켜 균열 발생의 원인인 봉지부의 응력을 완화할 수 있다. 이처럼 이 발광관 형상 B에서 관경의 세관화에 의해 수명시간까지의 고출력 점등이 가능하다. (3) 발광특성 향상의 검토발광관이 형상 A 사양의 램프와 형상 B 사양 램프의 램프효율과 Ra 특성을 <표 2>, 각각의 분광분포를 <그림 2>에 나타내었다. 두 발광관 모두 봉입물에는 DyI3-HoI3-TmI3-NaI-TII를 이용하여 동작 전압조정에 Hg를, 시동용 가스에는 희가스를 사용하고 있다. <표 2>에서 발광관 형상 B사양의 램프는 형상 A 사양에 비교하여 램프효율이 30lm/W(40%) 높고, Ra도 10포인트 우수하다. 램프효율의 상승률 40%는 램프효율에 크게 기여한 가시광 변환효율의 약 40% 상승에 의한 것이다. 또 Ra 상승은 <그림 2>에 나타난 각각의 분광분포의 비교에서 알 수 있듯이, 가시광 영역(380mm~780mm)의 거의 전파장에 걸친 발광강도의 상승에 의한 것이다. 이런 특성의 향상은 형상 개선에 의한 발광관 동작 온도 밸런스의 최적화 효과나 세관부의 극간삭감효과의 상승효과에 의한 것이다.2. 이상 발생 시 안전성 향상 검토CMH의 점등에는 안정기가 필요하다. 수명말기의 안정기에서는 내부절연물의 절연성능 저하에 의해 단락이상이 발생하는 경우가 가끔 있다. 이러한 단락발생 시에는 CMH의 발광관으로 과도한 전류가 입력된다. 이 때 발광관은 급격한 온도 상승과 내부압력상승을 따라 파손되기도 한다. 더욱이 이때까지의 CMH보다도 고출력형으로 하기 위해 보통보다 안전면을 강화시킬 필요가 있다. 따라서 이상 발생 시 안전성을 확보하기 위한 개발램프에는 이중의 보호기능을 부가시켰다.보호기능 중 하나는 CHM에서 일반적으로 이용되는 발광관의 주위를 두꺼운 석영통으로 뒤덮어 외구를 보호하는 기능이다. 만일 발광관의 파손이 발생해도 석영통이 발광관 파손의 충격을 흡수하여 외구를 보호한다.두 번째 보호기능은 이번에 새롭게 부가시킨 기능으로, 램프 내에 점등회로 가운데 용단선을 넣어 발광관의 파손자체를 방지하는 기능이다. 용단선은 과도한 전류가 흐를 때 용단하여 발광관으로의 과잉입력 전류를 차단하여 발광관의 파손을 막는다. 후자의 보호기능의 동작평가 결과를 <그림 3>로 나타내었다. 횡축은 발광관이 파손되기까지의 시간, 또는 보호기능이 동작하기까지의 시간을 나타내는 공통축이다. 종축은 발광관의 입력전류값을 나타낸 것이다.<그림 3>에서 발광관이 파손되는 시간은 세라믹이기 때문에 다소 불균형적임을 알 수 있다. 이에 비해 보호기능의 동작 불균형은 적다. 보호기능 동작형향은 발광관의 파손경향보다 좌측의 단시간측에 위치하고 있어 발광관이 파손되기 전에 동작하고 있음을 알 수 있다. 이것으로 보호기능은 발광관의 파손자체를 막는 기능을 충분히 다하고 있다는 것이 짐작 가능하다. 이상의 2중 보호기능의 부가에 의해 고출력 점등 중, 이상 발생 시에도 외구나 발광관을 보호하는 높은 안전성을 확립하고 있다.
 개발램프의 사양과 특성개발램프의 외관을 <그림 4>로, 램프의 사양을 <표 3>으로 각각 나타내었다. 개발램프는 저렴한 가격의 H700W용 안정기에서 점등 가능한 L형의 CMH로, 점등 시 램프전력은 680W이다. H나 MH의 700W보다도 20W 에너지 절약형이면서 램프특성은 H나 MH를 능가한다.램프효율은 700W급 백색광원에서는 최고수준인 105lm/W(투명형)을 실현하고 있다. 또 Ra는 85로 연색성이 뛰어나고 색재현성이 좋은 고연색형으로 대응하고 있다. 램프 정격수명은 700W의 백색광원에서는 최장인 12,000시간으로 우수하다. 또 수명말기의 광속유지율에 있어서도 80%로 높은 수준이다. 더욱이 이 개발램프는 수직 점등형 램프로 점등가능 범위는 수직 ±30°이다.이 개발램프의 외구에는 H700W와 동형상의 BT-150 외구(최대외경 Φ150mm)와 구금도 동형의 E39구금을 채용하고 있다. 또 램프 전체 길이도 370mm의 동사양으로 하여, H700W와 호환성이 있는 기기를 사용할 수 있다. 개발램프의 에너지절약 효과H 및 MH를 CMH 680W로 교환하는 경우의 에너지 절약효과를 <표 4>로 나타내었다. 또한 이 예는 일정조건(전기요금단가 22엔/kWh, 연간점등시간 3000hours, CO2 배출계수 0.555kg-CO2/kWh)에 기초한 개산이다.예 1의 동일 등수(100등) 교환하는 경우, H, MH의 700W를 CMH 680W로 교환하면 3%의 에너지절약과 조도상승에 의한 작업환경을 개선할 수 있다. 또 H, MH의 1000W 경우는 안정기의 교환이 필요하였지만 약 30%나 높은 에너지절약이 가능하다.예 2의 동일조도에서 배치를 리뉴얼하는 경우 등수삭감에 의해 더욱 에너지절약을 실현할 수 있다. H, MH의 700W를 CMH 680W로 교환하면 등수를 삭감하여 약 40%의 에너지절약이 가능하다. 또 H, MH의 1000W에서도 안정기의 교환이 필요한데, 약 40%의 에너지효과를 실현시킬 수 있다.이상과 같이, 이 개발램프 CMH 680W는 H나 MH의 700W의 교환뿐 아니라, 1000W의 교환에도 대응할 수 있는 에너지절약 램프이다.
<Energy News>
|
|
장바구니
주문내역
