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CN1337059A - 高压气体放电灯 - Google Patents

高压气体放电灯 Download PDF

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Abstract

高压气体放电灯(1)包括:有壁(3)的灯泡(2)。灯工作中壁负荷至少是30w/cm2,内设电极对(5)的放电空腔(4),放电空间(4)包含填充气体,填充气体包括汞、氩和锡和铟的除氟之外的卤化物还加有碱金属卤化物,碱金属是钾、铷或铯。卤化物是氯化物,溴化物和碘化物。按本发明的高压气体放电灯提高了石英玻璃灯泡壁(3)的防腐蚀能力的抗结晶化能力。

Description

高压气体放电灯
本发明涉及高压气体放电灯，它包括：
石英玻璃灯泡，它按密封方式闭合，有由壁包围的空间，空间中设有一对电极；
所述壁的外表面在由极对之间延伸；和
空间中的填充气体，其中包括稀有气体，锡和铟的卤化物。
这种高压气体放电灯已由专利文献DE 2455277予美国专利US-4001626公开。由于填充气体中有卤化锡，因此，操作中灯产生较高强度的光。存在于填充气体中的卤化铟所产生的发射光的色点和色温在一定程度上接近预计的色点和色温。灯泡用例如SiO2含量至少为95wt％的石英玻璃制成，现有的灯的缺点是灯泡壁的快速腐蚀和/或结晶令人不满意。这种腐蚀和/或结晶化部分原因是填充气体的腐蚀造成的。结果，灯的这度保持性较差，会出现光散射，因此，光聚焦较差。腐蚀和/或结晶化导致包括灯的较短寿命和/或膨胀即增大了灯泡壁包围的空间的有较高危险性的另外的缺点。
同一专利文献中还说明了填充气体中还加了氯化锂或氯化锂。充有这些添加气体的灯所发射的光的色点和气温很接近预计的色点和色温。但是，这种灯的缺点是灯泡壁的快速腐蚀和/或结晶化甚至更严重。
本发明的目的是，提供本评语工篇中所述的那一种高压气体放电灯，  能消除上述的石英玻璃的腐蚀和结晶化缺点。
按本发明，实现该发明目的的措施是，开篇中所述类型的高压气体放电灯的特征是，灯泡壁的外表面上的壁负荷是30w/cm2，其中的填充气体包括有至少一种碱离子和至少一种卤化物离子的碱金属卤化物，其中，所述的碱离子选自钾、铷(Rb)和铯，卤化物离子选自氯、溴和碘。
卤化锂和卤化钠碱金属卤化物组的一部分。
钾、铷、和铯的卤化物也属于这组碱金属卤化物。专利文献DE-2455277说明了填充气体中的氯化锂和氯化钠对灯泡壁的腐蚀和结晶化的缺点。由于钾、铷和铯的卤化物也属于该同一组的碱金属卤化物，如果在填充气体中有这些卤化物中中一种或几种，预计这些卤化物将导致不能令人满意的石英玻璃的腐蚀和结晶化。因此，认为现有灯的填充气体中用的钾、铷或铯的卤化物是不能用。实验中意外地发现，与已知的灯相比与填充气体中有氯化锂或氯化钠和锡和铟的卤化物的灯相比，按本发明的灯有更长的寿命，而且减小了爆炸的危险。惊人的效果证明灯中在灯泡壁的外表面上有较高的至少为30w/cm2的壁负荷。有这种高的壁负荷的灯中灯泡壁的主要部分的温度在800℃以上。
壁负荷为30w/cm2的灯中出现例如最大为10mm的短放电电弧。若要从有这种短放电电弧的灯获得特别有用的光亮度，那么，操作中灯泡空间中通常是呈现出较高的压力，因此，能得到所要求的灯电压。灯中较高的压力导致强对流，结果，在灯泡壁中出现局部高温，通常温度高于1050℃。高温也不可避免的造成灯泡壁的腐蚀和/或结晶化的危险明显升高。意外地发现，与现有的灯相比，与填充气体中有锂或钠的氯化物和锡和铟的卤化物的灯相比，本发明的灯的石英玻璃的腐蚀和晶化均减少。按本发明的高压气体放电灯的灯泡壁外表面上的壁负荷大于30w/cm2，放电电弧小于3mm，发现本发明的高压气体放电灯很适合于用作投影用。
高压气体放电灯的优选实施例中，碱离子是钾。灯中用卤化钾的特例中得到极好的结果。填充气体中有卤化钾的灯在工作5000小时以后石英玻璃不有出现任何腐蚀和结晶化。这些灯的另外的优点是，对钼箔和穿过灯泡壁连接到电极的电导体组分的腐蚀大大降低。
高压气体放电灯的优选实施例中，卤化物离子是溴。卤化物和例如钨的电极材料一起在灯中产生循环，在灯工作时这种循环阻止由于电极材料的淀积而引起的灯泡壁变黑。实验表明，若卤化物是氯，很难出现钨循环，因此，与卤化物是溴或碘相比。氯使灯壁变黑的危险性更大。实验还表明，如果卤化物是碘，在灯中形成碘化锡。这样形成的碘化锡有多种性能，其中，吸收在光谱中的蓝光区中的射线。该吸收导致灯的效率降低。此外，该吸收不出现色差。因为，放电电弧有时流造成的直径梯度，这就是说，有吸收梯度。观察者不愿意出现这些色差。实验中还发现，若卤化物是溴，极小发生这些现象，或者说根本不会出现这些情况。
高压气体放电灯的另一实施例中，高压气体放电灯包括反光器，灯泡固定在反光器中。给出的投影屏上产生大的光亮度，若按本发明的灯用于投影，所谓的荧光屏亮度是最重要的。为此，灯泡放大反光器，因此反射由放电电弧产生的光并把光构形成光束。为了得到大的荧光屏亮度，要求工作中的放电电弧短，例如放电电弧的长度最大为3mm。还要求放电电弧稳定并在反光器的焦点位地中，或者至少很接近反光器的焦点。灯泡固定在反光器中，保证以简单方式使放电电弧处于反光器的焦点中。由此得到使光有效反射和聚焦的极有利的条件，相应地得到大的荧光屏亮度。
高压气体放电灯的另一实施例中，高压气体放电灯是直流(DC)灯。用填充气体中的卤化钾，卤化铷，卤化铯的实验，特别是用溴化物形式的实验中，意外地发现，这些卤化物作为气相发射体工作。气相发射体降低了灯工作中提供电子的阴极所要求的温度。要使灯电流达到4至8A，没有发射体的同样的灯中钨电极的温度需要达到3000至3600K。有这种气相发射体存在时，要达到这样的灯电流电极的温度约为500K以下。由于上述的卤化物起到气相发射体的作用，DC灯中的特殊优点是所谓的烧黑的阴极腐蚀明显降低。这种降低的腐蚀是指放电电弧的长度增大较缓慢。因此，放电电弧能更长期地保持较高的稳定性。
注意，用石英玻璃灯泡的高压气体放电灯中用稀土卤化物由EP-A2-0605248公开。稀土卤化物是指原子序号为21.39和57至71的元素的卤化物。但是，稀土卤化物价格较贵，与石英玻璃灯泡的反应较容易。结果，填充气体中有稀土盐化物的灯也有石英玻璃灯泡快速腐蚀和晶化的缺点。
以下将参见附图更详细说明按本发明的高压气体放电灯的实施例。
唯一的附图是按本发明的高压气体放电灯的实施例的正视图。
图示的高压气体放电灯1包括石英玻璃灯泡2，它有灯泡壁3和壁外表面15，还包括由灯泡壁3包围的空间4，空间4中设有两个电极5。电极5用含26wt％的铼的钨合金构成。或者，电极5也可以用钼、钨、铼、或含钨、钼和/或铼组成的混合物构成。用密封方式嵌入的钼箔6和用外电流导体7把各个电板5连接到图3外接点14a和14b。填充气体包括作为稀有气体的氩气和作为缓冲气体的汞，空间4中有溴化锡，溴化铟和溴化钾。高压气体放电灯1构成为交流(AC)灯，但也可以构成的直流(DC)灯。图示的高压气体放电灯1中，用粘胶13把灯泡2固定在有反光层10的凹形椭圆反光器9中。或者，也能用不同的方式固定灯泡2，例如，用夹紧方式把灯泡2固定在例如抛物面形的不同形状的反光器中。反光器9是打开的，但它也可以闭合，例如用闭合板闭合。反光器9有焦点11。图示的高压气体放电灯1特别适合作投影灯，额定功率例如400w，2mm的短电极距离D，灯工作中有约60巴的高压力。灯的外表面15有40w/cm2高的壁负荷。短电极距离D和高压力使灯的稳定放电电弧12的长度大大缩短，而且，稳定的放电电弧及基本上处于或邻近反光器9的焦点。表1中列出了按本发明的高压气体放电灯和填充气体中有卤化钠或卤化锂的灯和其填充气体中没有碱金属卤化物的灯等许多灯的试验结果。表1中所有的灯的灯泡壁3的外表面15处的壁负荷约为40w/cm2。
                                          表1
L1 L2 L3 L4 L5 L6
填充气体 Hg，InBr，SnBr2，Ar Hg，InBr，SnBr2，Ar Hg，InBr，SnBr2，Ar Hg，InBr，SnBr2，Ar Hg，InBr，SnBr2，Ar Hg，InBr，SnBr2，Ar
碱金属卤化物 KBr LiBr KBr LiBr NaBr -
功率/D 400/2 400/2 400/2 400/2 400/2 400/2
灯型 AC AC DC DC DC DC
效率(流明/瓦) 59 63 62 66 71 65
色温 6300 6200 6300 6000 5000 8500
寿命测试性能 至1000小时性能满意 100小时后结晶化和膨胀 至800小时性能满意 5小时后因腐蚀而损坏 75小时后因腐蚀而损坏 400小时后因腐蚀而停止
灯试验结果表明，按本发明的灯与现有灯的发光效率不同。但是，如果按本发明的灯用在把光分成红、绿和蓝的RGB系统为基础的常用的投影系统中，发现，系统的效率至少基本上与现有灯的效率相同。但是，能任意选择投影系统，系统效率与该选择密切相关，所以，系统效率的规范还不是太清楚。
灯的结果还表明，填充气体中有溴化钾的高压气体放电灯(L1，L3)的石英玻璃的腐蚀比没有碱金属卤化物的高压气体放电灯(L6)或填充气体中有Li或Na的溴化物的高压气体放电灯(L2，L4，L5)的石英玻璃的腐蚀变小得多。腐蚀减小的结晶是灯L3比L4；L5和L6和L7比L2有更长的使用寿命。

Claims (6)

1.  高压气体放电灯(1)，包括：
石英玻璃灯泡(2)，它是密封闭合的，有由壁(3)包围的空间(4)，其中设有一对电极(5)；
在一个对极(5)之间延伸的所述壁(3)的外表面；和
填充在空间(4)中的填充气体，它包含稀有气体和锡和铟的卤化物，
基特征是，壁(3)在它的外表面的壁负荷至少是30w/cm2，其中，填充气体包含有至少一种碱离子和至少一种卤化物离子的碱金属卤化物，所述碱离子选自钾、铷、和铯，卤化物离子选自氯、溴和碘。
2.按权利要求1的高压气体放电灯，其特征是，灯(1)的放电电弧(2)的长度最大为10mm。
3.按权利要求1或2的高压气体放电灯，其特征是，碱离子是钾。
4.按权利要求1，2或3的高压气体放电灯，其特征是，卤化物离子是溴化物。
5.按权利要求1、2、3或4的高压气体放电灯，其特征是，高压气体放电灯(1)包括其中固定灯泡(2)的反光器(9)。
6.按权利要求1、2、3、4或5的高压气体放电灯，其特征是，高压气体放电灯(1)是直流灯。
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