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CN1278369C - 低压汞蒸汽放电灯 - Google Patents

低压汞蒸汽放电灯 Download PDF

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CN1278369C CNB998010847A CN99801084A CN1278369C CN 1278369 C CN1278369 C CN 1278369C CN B998010847 A CNB998010847 A CN B998010847A CN 99801084 A CN99801084 A CN 99801084A CN 1278369 C CN1278369 C CN 1278369C
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Abstract

低压汞蒸汽放电灯配有放电室和第一以及第二端部(12a)。放电室以气密方式封闭其内包括汞和惰性气体的填充物的放电空间。各端部(12a)支撑设置于放电空间的电极(20a)。电极护罩(22a)由陶瓷材料制备并包围至少一个电极(20a)。最好，电极护罩(22a)的形状为管状并有朝向放电空间的横向缝隙。本发明的灯有较低的汞消耗。

Description

低压汞蒸汽放电灯
本发明涉及一种低压汞蒸汽放电灯，该灯包括放电室，该放电室以气密方式封闭其中包含汞和惰性气体的填充物的放电空间；设置于放电空间中的电极，用于在所述放电空间中产生和维持放电；和电极护罩，至少基本上包围至少一个电极。
在汞蒸汽放电灯中，汞是(有效地)产生紫外(UV)光的主要成分。放电室的内表面可配置包含发光材料(例如荧光粉)的发光层，用于将UV转换为其它波长，例如为了制革的目的(非日光(sunbed)灯)将UV转换为UV-B和UV-A，或将UV转变为可见辐射。因此这种放电灯还被称为荧光灯。
在开篇中所述的这种类型的低压汞蒸汽放电灯披露于DE-A1060991中。在所述的已知灯中，由薄钛片制备包围电极的电极护罩。由于使用也称其为阳极护罩或阴极护罩的电极护罩，可消除在放电室内表面的变黑。在该方案中，钛用作吸气剂，用于化学吸附氧、氮和/或碳。
使用金属或金属合金的缺点是，它可引起电极金属线的短路。此外，在电极护罩中的金属可与存在于灯中的汞混合并因此吸收汞。结果，已知的灯需要相对高的汞剂量，以获得足够长的使用寿命。在其使用寿命结束后，对已知灯的不明智的处理将对环境产生不利影响。
本发明的目的在于提供在开篇中所述的那种低压汞蒸汽放电灯，该灯有较低的汞消耗。
为了实现该目的，本发明的低压汞蒸汽放电灯的特征在于，用陶瓷材料制备电极护罩。
为了使低压汞蒸汽放电灯适当工作，这种放电灯的电极包括具有低的所谓逸出功(逸出功电压较低)的(发射体)材料，该材料用于提供供放电的电子(阴极功能)和接收放电的电子(阳极功能)。具有低逸出功的已知材料例如是钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)。已观察到，在低压汞蒸汽放电灯的工作期间，电极材料(钡和锶)有蒸发。并且发现，发射体材料通常淀积于放电室的内表面上。还发现淀积于放电室中其它部位的上述Ba(和Sr)不再参加产生光的过程。淀积的(发射体)材料还在内表面上形成含汞的汞齐，结果，可用于放电操作的汞量(逐渐)减少，这会对灯的使用寿命产生负面影响。为了在灯的使用寿命期间补偿汞的这种损失，需要较高的汞剂量，从环境保护的观点来看，较高汞剂量的这种情况是不希望的。本发明人已认识到，提供一种包围电极且由陶瓷材料制备的电极护罩可减少在电极护罩中的该材料与存在于放电室中的汞的反应，这种反应导致汞齐(Hg-Ba，Hg-Sr)的形成。此外，使用电绝缘材料消除了在电极金属线和/或在大量电极绕组上短路的现象。已知的灯还具有较容易与汞形成汞齐的导电材料的电极护罩。通过显著减少包围电极的护罩材料与汞反应的程度来限制放电灯的汞消耗。
电极护罩本身应该一点也不吸收汞。为此，电极护罩的材料至少包括由镁、铝、钛、锆、钇和稀土形成的系列中至少之一的氧化物。最好，电极护罩由包括氧化铝的陶瓷材料制备。特别是，可由也称作DGA的所谓致密烧结的Al2O3制备适当的电极护罩。使用氧化铝的其它优点是：由这种材料制备的电极护罩可抗较高温度(＞250℃)。在这种较高温度下，有减弱电极护罩的(机械)强度的较大风险，因而对电极护罩的形状有不利的影响。如果金属或金属合金用作电极护罩，正如在公知的放电灯中的情况那样，电极护罩的温度绝对不能太高，以防止金属或金属合金中的一种金属开始变形或蒸发，从而出现不希望的放电室内表面变黑。在较高的温度下源于电极并且淀积于氧化铝电极护罩上的(发射体)材料不能或几乎不能与因所述高温的结果存在于放电中的汞反应，从而至少基本上阻止了含汞汞齐的形成。以这种方式，使用本发明的电极护罩服务于双重目的。一方面，它有效地阻止源于电极的材料淀积在放电灯的内表面上，另一方面，它可阻止淀积于电极护罩上的(发射体)材料与存在于放电灯中的汞形成汞齐。最好，在工作中，电极护罩的温度超过250℃。这种较高温度的优点在于，特别是在初始阶段，电极护罩变得比已知灯中的温度高，结果，吸附于电极护罩上的任何汞都会越来越更迅速地释放。
在灯中可实现使用氧化铝陶瓷电极护罩包围电极的其它优点，即可在调光的镇流器下工作，例如在所谓的高频调整(HFR)调光镇流器下工作，其中特别是在可调的光强度下，所述电极在使用所谓“偏置电流”时的所述条件下通常被附加地加热，因而可发生电极发射体材料的过度蒸发。电极护罩捕获该材料并有效地阻止汞齐的形成。结果，限制低压汞蒸汽放电灯的汞消耗。
电极护罩的形状和其相对于电极的位置影响电极护罩的温度。本发明低压汞蒸汽放电灯的另一个实施例的特征在于，电极护罩的形状为管状。在低压汞蒸汽放电灯中的电极通常是细长和圆柱形对称的，例如具有围绕纵轴的绕组的线圈。管状电极护罩与电极的这种形状很好地协调一致。最好，电极护罩的对称轴大体与电极的纵轴平行或基本上重合。在后一种情况下，从电极护罩的内部至电极外部尺寸的平均距离至少基本上恒定。
低压汞蒸汽放电灯的特定的优选实施例的特征在于，电极护罩的内周界(circumference)ds满足关系：
1.25×de≤ds≤2.5×de，
其中de表示电极的外周界。在所述区域，在低压汞蒸汽放电灯的工作期间电极护罩的温度是如此之高，以致至少基本上消除了因电极的蒸发或所谓的溅射而淀积于电极护罩上的(发射体)材料与存在于放电中的汞反应从而形成汞齐的现象。电极护罩的内周界ds的下限1.25×de确保电极护罩的(机械)安装不导致电极护罩与电极之间太小的间隙。电极护罩的内周界ds低于2.5×de确保工作中淀积于电极护罩上的(发射体)材料的温度在预定的温度范围内以有效地阻止汞齐的形成。
最好，电极护罩在其面对放电空间的一侧设有缝隙。在电极护罩中沿放电方向的缝隙使低压汞蒸汽放电灯的电极之间的放电路径较短。这对灯的高效率有利。该缝隙最好与电极护罩的对称轴平行地延伸(所谓在电极护罩中的横向缝隙)。在已知的灯中，电极护罩中的小孔或缝隙背向放电空间。在另一个实施例中，电极护罩的形状是管状并且不设置缝隙。
参照下述实施例及其阐述，将明了本发明的这些和其它方案。
附图中：
图1是本发明低压汞蒸汽放电灯的实施例的纵向剖面图；
图2表示以透视方式局部画出的图1的细节；
图3A表示如图2所示的围绕电极的电极护罩的实施例；
图3B表示如图3A所示的围绕电极的电极护罩的另一个实施例；
图4表示在具有短周期的冷启动镇流器下工作时，本发明的带有电极护罩的低压汞蒸汽放电灯的汞消耗与已知放电灯的汞消耗的比较；
图5表示在具有长周期的可调光镇流器下工作时，本发明的带有电极护罩的低压汞蒸汽放电灯的汞消耗与已知放电灯的汞消耗的比较。
这些附图纯碎是示意性的，并且未按比例画出。特别是为了清楚起见，某些尺寸被强烈地夸张。在这些附图中，只要可能，用相同的参考标号表示相同的部分。
图1表示包括玻璃放电室10的低压汞蒸汽放电灯，其中放电室10具有围绕纵轴2的管状部分11，放电室射出产生于放电室10内的辐射，并且放电室还分别配备第一端部12a和第二端部12b。在该例中，管状部分11的长度为120cm，其内径为24mm。放电室10以气密方式封闭放电空间13，在该放电空间中包含1mg汞和例如氩的惰性气体的填充物。通常用包括发光材料(例如荧光粉)的发光层(图1中未示出)涂敷管状部分的壁，该发光材料可将因受激汞的还原所产生的紫外(UV)光转换为(通常是)可见光。端部12a和12b分别支撑设置于放电空间13内的电极20a和20b。电极20a和20b是覆盖有电子发射物质的钨的绕组，在本例中该电子发射物质为氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。电极20a、20b的电流供给导体30a、30a′、30b、30b′分别穿过端部12a、12b并伸出放电室10外。电流供给导体30a、30a′、30b、30b′与固定于灯头32a、32b上的接触管脚31a、31a′、31b、31b′连接。通常，围绕各电极20a、20b设置电极环(图1中未示出)，在电极环上夹置用于均匀分布汞的玻璃器皿。在另一个实施例中，在与放电室10连通的排气管中配置包括汞和PbBiSn合金的汞齐。
在图1所示的实例中，按照本发明，用其长度为ls的电极护罩22a、22b包围电极20a、20b，其中由陶瓷材料制造该电极护罩。图2是图1所示通过电流供给导体30a、30a′支撑电极20a的端部12a的细节的局部透视图。电极20a被由支撑金属线26a支撑的管状电极护罩22a所包围，该支撑金属线26a配置于端部12a中。图3A和3B是管状电极护罩22a的两个实施例的剖面图。示于图3A和3B中的剖面图相对图2中的纵轴2旋转90°。电极20a作为绕组的一部分非常示意性地示出，所述电极具有用de标示的外周界。圆柱形对称的电极护罩22a有用ds标示的内周界。在另一个实施例中，电极护罩也可以是(规则)多边形，例如至少大体为立方形或六边形的电极护罩。在面对放电的放电灯一侧，电极护罩22a配置有用dsl标示的横缝25a、25a′。在特定的优选实施例中，电极20a的外径de＝2mm，电极护罩ls的长度＝8mm，内径ds＝3mm。电极护罩的适当外径为4mm。给出电极直径，使ds＝1.5×de，电极护罩满足下列关系：
1.25×de≤ds≤2.5×de
该电极护罩阻止来自电极的(发射体)材料淀积于放电室的内壁上，从而防止不希望的黑化。由于本发明的电极护罩，在低压汞蒸汽放电灯的工作期间，淀积于陶瓷电极护罩上的(发射体)材料的温度如此之高，以致该材料不能形成含汞的汞齐，从而可观地减少灯的汞消耗。
实验表明，在所谓的高频调整(HFR)调光镇流器的情况下，配有由DGA制成且围绕电极的管状电极护罩的低压汞蒸汽放电灯在点燃100小时之后在电极区域中呈现低于2μg的汞消耗，而配置公知电极护罩的参考灯则在电极区域中呈现多于2μg的汞消耗。在点燃10000小时之后，在这种镇流器下工作的参考灯因缺乏汞而不再启动。这种使用寿命显著上短于接近17000小时的这些放电灯的常规使用寿命。包括围绕电极的陶瓷电极护罩的低压汞蒸汽放电灯满足规定的使用寿命要求。
在进一步的实验中，把按照本发明制造的低压汞蒸汽放电灯与公知的放电灯进行比较。在图4中，把本发明的包括电极护罩的低压汞蒸汽放电灯的汞消耗与公知放电灯的汞消耗进行比较，其中该放电灯在所谓的具有短开关周期的冷启动镇流器下工作，交替地点燃15分钟然后关闭5分钟。在点燃1000小时之后，配有管状DGA电极护罩的电极在电极区域中有25μg的汞消耗(曲线a)，而公知的灯则在电极区域中有148μg的汞消耗(曲线b)。使用本发明的DGA管使电极区域中的汞消耗降低约70％。在图5中，把本发明的包括电极护罩的低压汞蒸汽放电灯的汞消耗与公知放电灯的汞消耗进行比较，其中该放电灯在具有长开关周期的可调光的镇流器下工作1250小时，并在其中交替地点燃灯165分钟然后关闭灯15分钟。在点燃1000小时之后，包括管状DGA电极护罩的电极在电极区域中有25μg的汞消耗(曲线a′)，而公知的灯则在电极区域中有225μg的汞消耗(曲线b′)。这种比较表明，在其使用寿命期间，公知的放电灯有比本发明的配有电极护罩的放电灯大得多的汞消耗。
显然，本领域的技术人员可以在本发明的范围内进行许多改变。该放电室不必一定为纵长和管状的，它可以为不同的形状。特别是，放电室可以为曲线形状(例如弯曲的形状)。
本发明体现在其每一个新颖的特征部分和特征部分的每一种组合上。

Claims (6)

1.一种低压汞蒸汽放电灯，包括放电室(10)，放电室(10)以气密方式封闭放电空间(13)，在该放电空间中包含汞和惰性气体的填充物；设置于放电空间(13)中的电极(20a；20b)，用于在所述放电空间(13)中产生和维持放电；和电极护罩(22a)，至少大部分包围至少一个电极(20a；20b)，
其特征在于，电极护罩(22a)由陶瓷材料制备。
2.如权利要求1所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，陶瓷材料包括氧化铝。
3.如权利要求1或2所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，电极护罩(22a)的形状为管状。
4.如权利要求3所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，电极护罩(22a)的内径ds满足关系：
1.25×de≤ds≤2.5×de，
其中de表示电极(20a；20b)的外径。
5.如权利要求3所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，电极护罩(22a)在其面对放电空间(13)的一侧开有缝隙(25a、25a′)。
6.如权利要求1或2所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，工作中，电极护罩(22a)的温度高于250℃。
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