CN100358083C - 金属卤化物灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配备放电室的金属卤化物灯，该放电室有陶瓷壁。该放电室包括其端部间距为EA的两个电极。该放电室的内径Di延伸跨越所述距离EA。满足关系式EA/Di＞5。按照本发明，除Hg和CeI3之外，该放电室的填充物还包括LiI。

Description

金属卤化物灯
技术领域
本发明涉及包括放电室的金属卤化物灯，该放电室具有陶瓷壁，该陶瓷壁包围带有至少包括Hg、碱性卤化物和CeI3的可电离填充物的放电空间，在该放电空间内还配有其端部间距为EA的两个电极，并且该放电室有至少跨越距离EA的内径Di，并满足关系式EA/Di＞5。
背景技术
在未公开的欧洲专利申请No.96203434.4(PHN 16.105)中披露了开篇所述的那种类型的灯。将高发光效率和良好的颜色特性结合的这种公知的灯(特别是一般彩色再现指数Ra≥45和色温Tc在2600和4000K之间的范围内)特别适合用作光源，尤其适用于一般照明的目的。作为相对于电极距离并由此相对于放电电弧长度有较小直径的结果，由放电室的壁抑制放电电弧，并获得大致直线形状的放电电弧。由于Ce一般对灯的放电电弧有强收缩影响，所以同时使用Ce是有利的。一般来说，由于所述放电电弧收缩程度变大，因而应用在水平燃烧位置上呈现较大程度曲率的放电电弧。由于这种几何结构的结果，还发现放电室的壁承受这种因热应力放电室壁破裂的风险很小的均匀加热。此外还发现所述几何结构还基本上可抑制在放电中出现的螺旋形状的不稳定性。
有利的是，通过抑制放电电弧，利用由放电室壁陶瓷构成的良好导热率作为限定放电室壁中热应力的措施。
在本说明书和权利要求中，术语陶瓷壁指金属氧化物壁，例如蓝宝石或致密烧结的多晶Al2O3，和金属氮化物，例如AlN的壁。这些材料非常适于制造气密性的半透明体。由已知的灯发射的光有坐标(x，y)的色点，该色点完全不同于由不适合用作室内照明的全(full)辐射体发射的光的色点。一般把全辐射体的色点的全体称为黑体线(BBL)。为了室内照明的目的，仅采用被认为是白光的其色点仅与BBL稍有不同的光。因此，对于室内照明应用，通常采用色点坐标(x，y)最大偏差为(0.03，0.03)，并且在相同色温Tc下与BBL的偏离最好不大于(0.015；0.015)的灯。
在已知的灯中，利用已形成的见解，该见解本身是众所周知的，即如果碱性卤化物以Na-卤化物的形式用作灯的填充成分，那么可以实现良好的彩色再现，而且在灯工作期间，出现强烈的扩展(broadening)和在Na-D线中Na发射的逆转。这要求放电室中最冷点Tkp至少达到1100K(820℃)的高温。
在实际条件下，Tkp较大值的要求排除了使用石英或石英玻璃的放电室壁，而不得不使用陶瓷的放电室壁。
EP-A-0215524(PHN 11.485)披露了一种金属卤化物灯，在该金属卤化物灯中，采用上述见解，该灯有出色的颜色特性(特别是一般的彩色再现指数Ra≥80，色温Tc在2600和4000K之间的范围内)，因此非常适合用作光源，尤其适合室内照明。所述已知灯有0.9≤EA/Di≤2.2的相当短的放电室，和对于实际灯来说，有大于50W/cm2的较大壁负载。在所述应用中，把壁负载定义为灯的瓦数与位于电极端部之间的放电室壁部分的外表面的商。
这种灯的缺点是它有相对有限的发光效率。
具有不仅包括碱性金属和Ce，而且还包括Sc的填充物，并具有十分接近BBL色点的金属卤化物灯本身是已知的。但是，由于其很强烈的反应特征的结果，Sc显得不适用于带有陶瓷灯室的金属卤化物灯。
发明内容
本发明涉及用于获得具有高发光效率的金属卤化物灯的措施，该金属卤化物灯适用于室内照明的目的。
为实现上述具有高发光效率的金属卤化物灯，开篇所述那种类型的灯具有本发明的特征，即碱性卤化物包括LiI。
利用该措施，可以实现使灯以高发光效率发光和以十分接近BBL的色点发光，以致由该灯发射的光可以被看成室内照明使用的白色光。通过在1和8之间的摩尔比范围内选择LiI和CeI3，有利于产生进一步的作用。在本发明的灯的优选实施例中，碱性卤化物还包括NaI。除了保持十分接近BBL使灯可以用于室内照明目的的色点外，NaI的存在还使灯的色点可以在沿BBL的宽范围内选择。LiI和NaI最好共同存在，其相对于CeI3的摩尔比在4和10之间的范围内。这可以获得这样的灯，其发射光的色点坐标与BBL的偏离小于(0.015，0.015)，同时光的色温在3000K和4700K之间的范围内。
最好选择其壁负载最大为30W/cm2，更有利于抑制放电室壁的热应力。
通过适当选择壁厚度，可以实现在壁温度控制和放电室壁中热应力方面的进一步改进。如果陶瓷壁有至少1mm的厚度，那么可更好地利用陶瓷壁的良好导热率。壁厚度的增加导致通过放电室壁的热辐射的增加，但最重要的是有利于把更多的热从电极之间的壁部分传送给放电室的相对较冷的端部。以这种方式，可以实现在放电室壁上出现的温度之差被限定在大约200K。壁厚度的增加还导致壁上负载的下降。
再有，通过增加EA增加的比率EA/Di使壁上负载受限。在这种情况下，在放电室壁上将增加辐射损失，并由此导致在灯工作期间放电室热损失的增加。在其它恒定条件下，这将导致TKP的下降。
为了获得高发光效率和良好的颜色特性，需要有包含足够大浓度的Li、Na和Ce的放电。由于卤化物盐过量存在，因而由TKP的值来实现。已经发现，在灯的工作期间，TKP呈现至少1100K的值。特别是为了获得Ce的足够高的蒸气压力，最好达到1200K或更高的TKP的值。
再考虑到Ce蒸气压力与温度的强烈依赖性，不必使用很大值的TKP，该值有利于获得灯的长使用寿命。总之，应该注意使TKP小于陶瓷壁材料可以长时间经受的最大温度。
进一步的实验表明，作为TKP的最大值不要超过1500K。如果TKP＞1500K，那么放电室中的温度和压力呈现这样的值，即产生腐蚀放电室壁的化学过程，这会导致不能接受的灯寿命缩短。如果把致密烧结的Al2O3用于放电室的壁，那么Tkp的最大值最好为1400K。
一般来说，把用于灯点火的惰性气体加入在放电室的可电离填充物中。惰性气体填充压力的选择能够影响灯的光技术特性。
附图说明
根据参照附图(未按比例)的说明，本发明灯的这些和其它方面将变得明了。
在附图中：
图1示意地表示本发明的灯，
图2是图1所示灯的放电室的详细展示，和
图3表示本发明灯的色点坐标曲线。
具体实施方式
图1表示配备放电室3的金属卤化物灯，该放电室3具有围绕放电空间11的陶瓷壁，在放电室3内封入至少包括Hg、碱性卤化物和CeI3的可电离填充物的放电空间11。两个其端部相距EA的电极被安装在放电空间内，放电室有至少跨越距离EA的内径Di。利用陶瓷凸出栓塞34、35在一侧密封放电室，该栓塞包围与放电室中的电极4、5连接的电流直通导体(图2：40、41、50、51)，其间具有窄插入空间，并在远离放电空间的端部附近以气密方式通过熔化陶瓷接头(melting-ceramic joint)(图2：10)与该导体连接。用外壳1包围放电室，其中在该外壳的一端设有灯头2。在灯工作时，放电将在电极4、5之间延伸。电极4通过电流导体8与构成灯头2一部分的第一电触点连接。电极5通过电流导体9与构成灯头2一部分的第二电触点连接。图2(未按实际比例)中更详细示出的放电室有陶瓷壁，并由内径为Di的圆柱形部件31形成，利用构成放电空间的端部表面33a、33b的各端部壁部分32a、32b在两端界定该圆柱形部件。各端部壁部分有在其中借助烧结接头S按气密方式将陶瓷凸出栓塞34、35固定在端部壁部分32a、32b中的开口。各陶瓷凸出栓塞34、35严密地密封带有端部4b、5b的相关电极4、5的电流直通导体40、41、50、51。利用熔化陶瓷接头10按气密方式在远离放电空间一侧，电流直通导体与陶瓷凸出栓塞34、35连接。
按间距EA设置电极端部4b、5b。各电流直通导体分别包括强抗卤化物部分41、51，例如以Mo-Al2O3金属陶瓷形式；和利用熔化陶瓷接头10按气密方式固定于相应的端部栓塞上的部件40、50。熔化陶瓷接头在Mo金属陶瓷41、51上延伸某一距离，例如大约延伸1mm。可以由除Mo-Al2O3金属陶瓷之外的材料构成部件41、51。其它可能的结构是众所周知的，例如在EP-0587238(US-A-5424609)中披露的结构。已发现了特别适合的结构，尤其是在相同材料的引线(pin)周围提供的强抗卤化物线圈。Mo极适合于用作强抗卤化物材料。部件40、50由其膨胀系数与端部栓塞的膨胀系数对应的金属构成。例如，Nb是非常适合的材料。部件40、50分别按图中未详细示出的方式与电流导体8、9连接。提供已说明的直连结构，该结构可以在任何期望的燃烧位置使灯工作。每个电极4、5包括在端部4b、5b附近设有绕组4c、5c的电极棒4a、5a。利用烧结接头S按气密方式将凸出的陶瓷栓塞固定在端部壁部分32a和32b上。然后，把电极端部放置在由端部壁部分形成的端部表面33a、33b之间。
在如图所示按照本发明的灯的实施中，额定灯功率为150W。适合用控制高压钠灯的现有装置控制的该灯有105V的灯电压。放电室的可电离的填充物包括0.7mg的Hg(＜1.6mg/cm3)和摩尔比为5.5∶1的13mg的Li及Ce的碘化盐。Hg用于确保灯电压在80V和110V之间，这是必需要的，以确保灯可以被控制高压钠灯的现有装置控制。此外，填充物包括作为点火气体且填充压力为250mbar的Xe。
电极端部间隔EA为32mm，内径Di为4mm，因而比率EA/Di＝8。放电室的壁厚度为1.4mm。因此该灯有21.9W/cm2的壁负载。
在工作状态下，该灯有104lm/W的发光效率。由该灯发射的光的Ra和Tc的值分别为96和4700K。由该灯发射的光有其值为(.353，.368)的色点(x，y)，在恒定温度下，该色点与黑体线上的色点(0.352；0.355)的偏离小于(0.015，0.015)。
图3中，灯的色点用L0表示。在表示彩色三角形一部分的该曲线中，在水平轴上绘制色点的x坐标，而在垂直轴上绘制色点的y坐标。BBL表示黑体线。虚线表示在K、L1、L2下的恒定色温Tc线，而L3分别表示在具有包含LiI、NaI和CeI3的可电离填充物的灯L1、L2和L3的色点。摩尔比LiI/CeI3和NaI/CeI3对于L1分别为6和1，对于L2分别为2.9和3，而对于L3分别为2.4和7。作为比较，L11、L12和L13分别表示按照现有技术的灯L11、L12和L13的色点，在这些现有技术的灯中，放电室仅包含Na和Ce的卤化物。摩尔比NaI/CeI3对于L11为1，对于L12为3，对于L13为7。最后，L10表示仅包含CeI3作为卤化物的灯L10的色点。下表中列出曲线所示灯的光技术数据。
表
    灯号     发光效率(lm/W)     Ra(K)     Tc(x；y)   色点坐标
    L0     104     96     4700   .353；.368
    L1     106     92     4100   .377；.37
    L2     117     80     3800   .39；.389
    L3     114     64     3000   .433；.395
    L10     97     69     6300   .312；.383
    L11     113     71     6100   .318；.386
    L12     133     69     4800   .356；.411
    L13     134     59     3800   .405；.426
表中列出的灯都有相同结构的放电室，相同的额定功率和在80V与110V之间范围内的灯电压。最低点Tkp的温度范围为1200K至1250K。灯放电室的壁厚度为1.4mm，在放电室壁上出现的温度差约为150K。
从表中列出的数据可以得出，与现有技术(EP96203434.4(PHN16.105))的灯相比，本发明的灯有实质上改善的色点，同时具备相当高的发光效率。对于NaI的量相同的灯来说，发光效率的下降在5％和15％之间。本发明的灯有与发光效率一般在100lm/W至130lm/W范围内的普通使用的高压钠灯差不多的发光效率。
最后，应该指出，例如对于3000K的色温来说，BBL上的色点有坐标(0.437；0.404)。灯L3的色点与这些值仅有(0.004；0.009)的偏离。

Claims (6)

1.一种金属卤化物灯，包括带有陶瓷壁的放电室，该陶瓷壁包围带有至少包括Hg、碱性卤化物和CeI3的可电离填充物的放电空间，在该放电空间内还配有其端部间距为EA的两个电极，并且该放电室有至少跨越距离EA的内径Di，并满足关系式EA/Di＝8，其特征在于，碱性卤化物包括LiI。
2.如权利要求1所述的灯，其特征在于，LiI和CeI3的摩尔比在1和8之间的范围内。
3.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于，碱性卤化物还包括NaI。
4.如权利要求3所述的灯，其特征在于，LiI和NaI相对于CeI3的摩尔比在4和10之间的范围内。
5.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于，灯的放电室的壁负载≤30W/cm2。
6.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于，LiI、NaI和CeI3过量存在，并且在灯的工作期间，在过量的地方存在最低1100K的最冷点Tkp的温度和最高1500K的温度。
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