조명기구

● 백열전구     백열전구는 필라멘트에 전류를 흘려 높은 온도로 가열시켜 열방사를 이용한 광원으로서, 에디슨이 1879년에 진공 탄소필라멘트 전구를 실용화시켰다. 당시 발광효율이 1.4[1m/W], 수명은 40시간에 불과했으나, 1908년 쿨리지에 의한 텅스텐 인선방법 개발, 1910년 직선 텅스텐 필라멘트를 코일링하고 가스를 봉입한 가스든 전구의 개발에 의해 10[1m/W]에 도달한 이후 이중코일링화, 할로겐 전구의 등장 등 여러 가지로 개량되어 오고 있으나, 에너지 효율이 낮은 단점 때문에 최근 일반조명분야에서는 전구형 및 콤팩트 형광램프로 일부 대체되고 있다.   ● 할로겐 전구     일반 텅스텐 전구는 점등중에 필라멘트 표면으로부터 텅스텐 원자가 증발하여 유리구 내벽에 부착하는 흑화 현상을 일으킴으로써 빛의 투과를 감소시킨다. 할로겐 전구는 유리구안에 불활성 기체 외에 요드, 브롬, 염소 등의 할로겐 화합물을 미량 봉입한 것으로, 할로겐은 낮은온도에서 텅스텐과 결합하고 높은 온도에서는 분해되는 성질이 있다. 이와 같은 성질에 기초한 할로겐 사이클에 따라 증발된 텅스텐을 필라멘으로 되돌리는 작용을 이용하여 유리구의 흑화를 줄이는 한편 필라멘트가 증발하여 가늘어지는 것을 방지하여 광속이나 색온도 저하를 적게 하고 수명도 연장시킨 것이다. 흑화가 적으므로 유리구가 적어도 되며 체적이 일반 텅스텐 전구에 비하여 1/10 정도로 작아도 충분하다. 유리구 관벽의 온도는 텅스텐 할로겐 화합물에 부착되지 않도록 250~850[℃]로 설계되므로 유리구는 종래의 전구보다 소형으로 하여 관벽 부하를 높게 한다. 이 때문에 고온에 견딜 수 있는 석영유리가 주로 사용되지만 경질유리가 사용 되기 도 한다.   ● 형광램프     형광램프는 1938년 GE社의 인만(Inman)에 의해 개발되어 지금까지 이르고 있으며, 옥내조명의 주광원으로서 효율 및 연색성의 개선에 많은 노력이 이루어져 왔다. 그 동안 백열전구에 비해 고효율, 장수명인 까닭에 일반 조명이외의 산업, 의료, 농수산 분야에도 널리 이용되고 있다. 최근에는 에너지 절약과 소형화의 요구에 따라 전구형 및 컴팩트형 램프가 개발되어, 전자는 백열전구 대체용으로, 후자는 형광램프의 길이를 1/3이상 줄이는 데 공헌하고 있다. 이와 함께 3파장 발광형 램프의 개발에 따라 소형경량화, 고효율화, 고연색화가 이루어지고 있다. 또한, 전자식 안정기와 조합하여 고주파점등에 의해 시스템 종합효율이 100[lm/W]까지 달성되고 있다.   ● HID램프     HID(High Intensity Discharge)램프는 1930년대에 고압수은램프, 1950년대에 메탈할하이드램프, 1960년대에 고압나트륨램프가 각각 실용화되어 왔다. 이중에서 고압 수은램프는 기술적으로는 포화되어, 최근에는 고압나트륨램프와 메탈할라이드램프의 개발이 중심을 이루고 있다. HID램프는 연색성을 높이면서 보다 소형화·소출력화되면서 이용범위를 넓혀가고 있는 추세이다.   ● 메탈핼라이드 램프     메탈핼라이드램프는 고압수은램프의 발광을 개선시키기 위해 발광관내에 금속할로겐 화합물을 첨가함으로써 그 금속 원자 고유의 발광을 이용하여 발광효율과 연색성을 향상시킨 램프이다. 그 구조는 고압수은램프와 유사하지만, 금속증기압을 높이기 위해 발광관이 약간 작고, 최냉부인 전극부근에는 보온막을 칠하여 관벽온도를 균일한 고온으로 유지하도록 하고 있다. 메탈핼라이드램프의 경우에는 보조전극이 없는 경우도 있다. 발광관내에는 램프전압, 발광관 온도를 조절하기 위한 수은과 아르곤, 광색보완용으로 금속할로겐화합물이 봉입되어 있다. 금속할로겐화합물은 금속 단체보다 증기압이 높기 때문으로 취급이 용이한 화합물 형태로서 봉입한다. 일반 조명용으로는 Na(나트륨, TL(탈륨), In(인듐), Sc(스칸듐), Se(셀레늄), Th(토륨), Dy(디스프로슘), Sn(주석), Tm(툴륨), Ho(홀뮴)등 의 할로겐화합물이 사용되고 있다.   ● 고압나트륨 램프     10[kPa](약 0.1기압) 정도의 나트륨 중기압 중의 아크방전에 의한 발광을 이용한 램프이다. 발광관은 700~800[℃]의 고온에서도 나트륨에 침식되지 않는 투광성 알루미나 세라믹스를 사용한다. 발광관내에는 나트륨과 수은의 아말감 및 시동보조용인 크세논(또는 아르곤, 네온)가스가 봉입되어 있다. 외구는 경질유리로 만들어져 있으며, 외관 내는 바륨(Ba)게터를 사용하여 고진공으로 함으로써 주위온도의 영향을 받지 않 도록하고 있다.   ● 저압 나트륨 램프     저압 나트륨 램프는 일반적으로 'U'형의 발광관을 Tubular 형태의 외구(Out Bulb)내에 장착한 구조이며, 외구 내부에는 발광관의 적절한 관부 온도(260℃)를 유지할수 있도록 산화인듐이 도포되어 있으며 일종의 적외선 반사판 역할을 합니다. 발광관 내에는 네온과 아르곤 혼합가스 및 고순도 나트륨 금속이 봉입되어 있으며, 나트륨이 증발할 때 열 손실을 최소로 하여 램프 효율을 증대 시킬 수 있도록 발광관 관벽에 나트륨금속을 모아 놓기 위한 다수의 작은 돌기들이 있습니다. 또한 네온과 아르곤 혼합가스는 나트륨금속이 충분히 증발될 수 있도록 열을 발생하여 램프 시동을 원활히 합니다. 램프 시동초기에는 네온 및 아프곤 혼합물 보다 나트륨 이온화가 어려울 뿐만 아니라, 여기되는 전위도 훨씬 낮기 때문에 적황색의 글로우 방전이 일어나며 나트륨 금속이 점차 증발됨에 따라 소위 나트륨 D-Line이라고 하는 589~59.6nm의 단파장이 항색의 광출력을 내게 됩니다. 저압 나트륨 램프는 대략 10분 이내에 정격 광출력에 도달되며 기타 HID 램프와는 달리 발광관내의 증기압이 낮으므로 전원 재인 가시 즉시 재 점등 됩니다. 저압 나트륨 램프는 SOX 램프와 SOX-E(Economy) 2종류가 있습니다. SOX-E 램프는 SOX 램프보다 발광관의 열손실을 훨씬 줄임으로서 전력손실을 최소화하여 램프효율을 한층 증대시킨 경제성을 추구한 우수한 램프입니다.