CN1006113B

CN1006113B - 高压钠灯

Info

Publication number: CN1006113B
Application number: CN87105496.5A
Authority: CN
Inventors: 池裕次郎; 米沢昭弘; 大岛进一; 神谷明宏; 広濑吉夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-08-05
Filing date: 1987-08-05
Publication date: 1989-12-13
Also published as: JPH0470741B2; EP0257830A1; CN87105496A; EP0257830B1; JPS63152847A; US4800321A

Abstract

本高压钠灯含有内径１２ｍｍ以上的发光管灯泡和封入的钠汞齐。为得到最大灯效率，发光管内径φ、封入汞齐钠比Ｘ、封入钠量Ｙ，及点灯时的电场强度ΔＶ应满足以下关系：１０^{０．８４８}·φ^{（－０．１７１）}ｌｏｇＸ＋（０．１０５φ－１０．２２）＜ｌｏｇＹ＜１０^{０．８４８}φ^{（－０．０１７１）}ｌｏｇＸ－１０^１．４３φ^{（－０．５７４）}且－７．９７ｌｏｇφ＋１４．８＜ｌｏｇΔＶ＜８４．７ｌｏｇφ－８４．５。

Description

高压钠灯

本发明涉及在发光管灯泡内封入起动气体及水银、钠的饱和型高压钠灯。

因高压钠灯一般能得到高效率，故在道路、停车场、广场等广大领域广泛用作照明光源。

且近年来对于效率高且光输出强的放电灯的需要正在增长，为此，可考虑通过使高压钠灯的发光管灯泡的大直径化，而制成高效率且输出大的灯。

在此处，高压钠灯的效率很大程度上由灯泡的内径、封入钠量（封入钠汞齐重量）、汞齐钠比（相对于汞齐钠的钠重量比）和点灯时的电场强度等所决定。

如对有关该封入钠量及汞齐钠比加以说明，则已有的灯通常如图18所示的那样，封入的金属蒸气所具有的钠量与汞齐钠比随灯泡的内径而异。且另一方面，如看一下封入这种气体后该灯的点灯条件，则以往是以与图19所示的管径相适应的电场强度进行点灯的。

即，为了谋求灯的输出增大，照上述设计技术方法使灯泡大直径化的技术，可在例如特公昭57-39015号公报，及特开昭49-39985号公报等中见到。但这样所设计出的灯，如图16中的虚线所示，存在的现象是以大致12mm为界，该灯的效率会显著降低。

这可推测出其原因为随着灯泡的大直径化，由灯泡端部所引起的热损失相对地减少，而吸收从电弧放射出的D共振线的钠蒸气量增大。

如上所述，在使现有的设计思想适用于大直径的发光管的场合，灯泡的内径如超过12mm，则灯的效率会显著降低，从而缺少高效率的高压钠灯的优点，而给实用化带来障碍。

如上所述，在已有技术中发光管的灯泡的内径如超过12mm，则其效率显著降低。

因此，本发明的目的是去掉上述缺点，而提供一种高压钠灯，该灯能在发光管的灯泡内径大于12mm时消除灯的效率显著降低的现象。

本发明的高压钠灯所形成的式样为发光管灯泡的内径大于12mm，且由具有以下关系者所构成，即关于该发光管内的汞齐钠比X[Wt%]、封入钠量Y[mg/cc]、灯泡的内径φ[mm]，及点灯时的电场强度△V[V/cm]的关系为：

10^0.848·φ^（-0.171）logX+（0.105φ-10.22）

＜logY＜10^0.848φ^（-0.171）logX-10^1.43φ^（-0.574）

且

-7.97logφ+14.8＜log△V＜84.7logφ-84.5

在本发明的高压钠灯中，由于如上述那样规定了汞齐钠比和封入钠量的关系，且确定了点灯时的电场强度和灯泡内径的条件，故即使谋求发光管的大直径化，也能防止灯的效率大幅度降低。

一般对高压钠灯的灯效率有影响的主要因素可列出下列的事项：即灯泡的内径，管长，灯泡的透光率，封入的稀有气体的压力，封入汞齐量，汞齐钠比，点灯时的电场强度及管壁负载。

在此处本发明者们根据已进行的各种实验结果判明，与为使灯效率提高，而使管壁负载、稀有气体的压力等增大到不会发生故障的程度的已有的技术设计方法所制成的高压钠灯相比，通过在通常设定的那样的管壁负载、稀有气体的压力下，只要使封入汞齐量，汞齐钠比及电场强度为最佳，就能消除随着灯泡的大直径化而使灯效率显著降低的现象。

因而，本发明者们，对于各种灯泡内径，就有关汞齐钠比、钠量及点灯时的电场强度进行了各种实验，找到了能消除随着灯泡的大直径化而引起的效率大幅度降低的最佳条件而完成了本发明。

以下用附图等对与本发明的高压钠灯有关的实施例进行详细说明。

图1表示与本发明的一实施例有关的高压钠灯的基本构造。即图1中，1为由例如玻璃等所形成的外管，在该外管1的一端上封装有芯柱2，且装有灯头3。4为装在上述外管1内的发光管，把例如由总透光率为96%的透光陶瓷所制成的发光管灯泡4a的两端以例如由铌所制成的闭塞体5a、5b进行封闭，在这些闭塞体5a、5b上密封地贯穿有至少一方兼起排气管作用的电极支持管6a、6b，并分别连有电极7a、7b。在这样的发光管内封入有定量的水银、钠及作为起动用的稀有气体氙，例如2.67×10³Pa。

这样所形成的发光管4，将上述电极支持管6a、6b的外端部支持在导电性支座8a、8b上，通过导电性支架9a、9b对这些支座8a、8b在电气上及机械上进行连接和支持。且，上述支架9a、9b通过分别封装在芯柱2上的引线10a、10b连接到灯头3上。

在此，本发明者们立足于对于灯泡的内径来讲，存在着最佳的点灯时的电场强度、汞齐钠比和装入钠量这一见解，制作了以下式样的高压钠灯，反复进行了各种试验。

首先，对于发光管的灯泡的内径设定为36mm，电极间的距离设定为256mm，汞齐钠比设定为15Wt%，封入钠量设定为0.175mg/cc，其电功率为6千瓦的高压钠灯，通过使发光管的最冷处的温度变化而使灯的电场强度变化且点灯时，可得到如图2所示的电场强度-灯效率特性。

根据此实验结果，在以上述方式构成的灯中存在有使灯的效率成为最高的电场强度，该值可理解为4.5V/cm。

且有关上述的最佳电场强度，为了研究因汞齐钠比变化而引起的变化，将灯泡内径定为36mm，电极间的距离定为256mm，封入钠量定为0.3mg/cc，并分别制作使汞齐钠比在3到25Wt%的范围内变化的钠灯，在进行和上述相同的实验时，就得到如图3所示的结果。又同样对于令封入钠量为0.75mg/cc，使汞齐钠比在3到25Wt%的范围内作变化的钠灯，得到了如图4所示的结果。在两图中用虚线表示的曲线为连接就各汞齐钠比所得最高效率的点（图中圆点）的连接线。

在此处，如从两图中所能理解的那样，以图3中的虚线所示的曲线和以图4中的虚线所示的曲线分别完全一致，换句话说即使封入的钠量不同，但相对于电场强度的灯效率的特性并没有差异，而是一定的。且对于在0.3mg/cc到1.5mg/cc的范围内的各种封入钠量进行实验的结果，证实相对于电场强度的灯效率的特性是一定的，在图5（a）、（b）中表示有该特性。且在此处图5（b）为表示有在图5（a）中的主要部分的图。

这样，即使封入的钠量变化，其所能取得的效率也能符合于效率电场强度特性，其理由由发明者推断如下：

即，钠汞齐的饱和蒸气压以汞齐的钠比和温度决定。所谓该钠比既指无限量的汞齐的场合，且也指残留汞齐的场合，且饱和蒸气中的钠比比残留汞齐的钠比小。因而在有限量的钠汞齐的场合，由于蒸发钠比相对于当初封入的汞齐钠较小，故残留汞齐的钠比变成比当初封入的钠比大。且封入汞齐量越小，残留的汞齐的钠比与封入汞齐钠比产生了较大的变化，而成为高钠比。因而例如在同一容量的容器中设将钠比为A₁（%）的汞齐量B，封入一号容器内，令温度为T，则钠蒸气压比成为A（%）及残留汞齐钠比成为A₃（%）。此时在2号容器内如对汞齐钠比G₁（%）和封入量φ在A₁＞a，且B₁＞b₁的范围内适当地进行选择，则在同一温度T下即能得到和一号容器相同的钠蒸气压比A₂（%）和残留汞齐钠比A₃（%）。可认为同样的情况在高压钠灯之中也会发生。

即，如使汞齐钠比及封入钠比变化，灯效率亦变化，而将各最高效率（图中圆点）连接起来的曲线能在电场强度为4.5V/cm处达到峰值。

再者，本发明者们对于发光管的灯泡的内径从12mm到48mm的高压钠灯，研究了其灯效率相对电场强度的变化时，即得到图6至图8所示的结果。

图6是有关灯泡的内径为12mm的钠灯，通过和上述相同的实验确认多个钠灯的最高灯效率，该多个钠灯的汞齐钠比在13～30Wt%范围内，其封入钠量在0.3～1.5mg/cc的范围内，并将这些最高的灯效率点和图5相同地连接起来的图，且关于图7及图8中也是在有关内径为24mm，48mm的灯内，使封入钠量、汞齐钠比变化而分别进行实验求得的。

根据以上实验结果，作为得到最高的灯效率的条件，有必要使汞齐钠比及封入钠量和电场强度最佳，有关电场强度，如下表所示，可理解为必需采用与灯泡内径相适应的值：

表1

灯泡内径φ 最高效率最佳电场强度

（mm） [1m/w] △V[V/cm]

12 158 6.4

24 155 5.2

36 152 4.5

48 140 4.2

且，再者，将这些数据作为相对于灯泡内径φ的最佳电场强度△V画出，即可得到图9，在此处，通过

log△V＝-0.305logφ+1.13

的数学式，本发明者们已发现了灯泡内径φ和最佳电场强度之间存在着相关的关系。

接着，下面说明可得到最高的灯效率的汞齐钠比及封入钠量和灯泡内径的关系。

为了求得最佳的汞齐钠比及封入钠量，本发明者们，制作成多个钠灯，其汞齐钠比在15～30wt%的范围内，其封入钠量在0.15～1.5mg/cc的范围内作各种变化，并就每个灯泡内径对已得到最高灯效率的情况进行研究，就得到如图10至图13所示的结果。

在此处，如上所述，对应于各灯泡的内径的最佳电场强度由于可以log△V＝-0.305logφ+1.13近似表示（具体如表1所记载的那样），如下表所示的那样相当于该电场强度和图中的实线的交点的汞齐钠比，封入钠量成为在该灯泡的内径下制成效率最高的钠灯的条件。

表2

φ12的场合

封入钠量Y（mg/cc）汞齐钠比X（wt%）

0.15 -

0.30 19.8

0.75 25.0

1.50 28.5

表3

φ24的场合

封入钠量Y（mg/cc）汞齐钠比X（wt%）

0.15 -

0.30 18.2

0.75 24.1

1.50 27.5

表4

φ36的场合

封入钠量Y（mg/cc）汞齐钠比X（wt%）

0.15 13.2

0.30 17.7

0.75 22.4

1.50 26.9

表5

φ48的场合

封入钠量Y（mg/cc）汞齐钠比X（wt%）

0.15 -

0.30 16.8

0.75 20.9

1.50 26.2

如更具体地对上面进行说明，则在灯泡的内径为36mm，封入钠量为1.5mg/cc，汞齐钠比为20wt%的发光管的场合，如图12所示，在电场强度约为5V/cm的条件下使之点灯，就能获得在该封入钠量和汞齐钠比的情况下的最高效率，但这意味着该效率比在与灯泡的内径相同的发光管中所能得到的最高的灯效率低。

将这些实验结果进行归纳，则作为相对于封入钠量的汞齐钠比，在图14中进行表示。如从该图所明了的那样，在各灯泡的内径中，能得到最高效率的汞齐钠比X和封入钠量Y的关系可表示为：

logY＝BlogX+C

在此处，如从上述的实验结果求出在各直径下的B及C，则得到表6之值。

表6

φ B -C

12 4.55 6.45

24 4.14 5.79

36 3.84 5.31

48 3.63 4.95

如将这些的B及C以和灯泡内径的关系进行图示，则成为如图15（a）、（b）所示，可发现它可与

logB＝（-0.171）logφ+0.848

log（-C）＝（-0.200）logφ+1.033

的式子相近似。

因而，将其代入上述式中，求汞齐钠比X和封入钠量Y的关系，则可近似为

气压logY＝10^0.848·φ^（-0.171）logX-10^1.33·φ^（-0.200）

如对如以上那样，发现了如在汞齐钠比X[wt%]，封入钠量Y[mg/cc]进点灯时的电场强度△V之间能满足下列关系：

log△V＝-0.3051logφ+1.13 ……（1）

logY＝10^0.848·φ^（-0.171）logX-10^1.33φ^（-0.200） ……（2）

就能得到相对于该灯泡内径的最高灯效率。且，满足上述关系式的高压钠灯具有在图16中以实线所示的效率。

与其相反，关于以已有的设计技术方法所进行设计的高压钠灯，在进行同样的实验时，存在着以同一图中的虚线所示的结果，因而本发明完成了飞跃性的效率提高。

且作为得到效率比以已有的设计技术方法所设计的高压钠灯的效率高的条件，可理解为在灯泡内径超过48mm的场合，效率至少能达到591m/w，同样在内径超过36mm的场合，效率至少能达到911m/w，在内径超过24mm的场合，效率至少能达到1241m/w，而在内径超过12mm的场合，效率至少能达到1571m/w。

顺便提一下，用已有的设计技术方法时灯效率和灯泡内径的关系可近似地以1m/w＝-2.75φ+190的数值表示。

因而，如从图5到图8求出效率高于上述灯效率的电场强度的范围，即得到如下表所示的电场强度。

表7

灯泡内径电场强度（V/cm）

（mm）下限值上限值

12 6.2 6.9

24 3.0 9.0

36 1.9 10.8

48 1.4 12.0

上表的电场强度的下限值和上限值可近似地以下列的与灯泡的内径有关的关系式表示。

log△V＝-7.97logφ+14.8（下限值）

log△V＝84.7·logφ-84.5（上限值）

因而为了得到比用已有的设计技术方法所设计的高压钠灯的效率高的效率，最好能满足在图17中所示的下式：

-7.97logφ+14.8＜log△V＜84.7logφ-84.5 ……（A）

且，如着眼于关于汞齐钠比和封入钠量的关系，则在图10到图13中最好能满足对应于上述的电场强度的下限值及上限值的汞齐钠比和封入钠量的范围，与各灯泡的内径有关的范围在下表中表示。

表8

如将上表所示的结果以数学式表示，则

当灯泡内径为12mm时为

4.55log X-6.64＜log Y＜4.55log X-6.23

当灯泡内径为24mm时为

4.14log X-6.99＜log Y＜4.14log X-4.50

当灯泡内径为36mm时为

3.84log X-7.01＜log Y＜3.84log X-3.52

当灯泡内径为48mm时为

3.63log X-6.98＜log Y＜3.63log X-2.91再者，这些式子可以下列的与灯泡的内径有关的关系式进行表示。

10^0.848·φ^（-0.171）logX+（0.105φ-10.22）＜logY

＜10^0.848φ^（-0.171）log X-10^1.43φ^（-0.574） ……（B）

如以上那样，在发光管的灯泡的内径超过12mm时的高压钠灯中如其构成能满足上式（A）式和（B）式则与用已有的设计技术方法所构成的高压钠灯相比，能制成灯泡效率优越的钠灯。

且，在以上已详述的实施例中，是对有关将管长设定为约300mm，灯泡的透光率设定为约96%，氙的封入压力设定为2.67×10³Pa，管壁负载设定为约20w/cm²的钠灯进行说明的，而也可以根据其用途、式样而改变这些设定值。

且，有关灯泡的内径也是就12φ、24φ、36φ、48φ的内径进行说明的，而本发明并不限于这些尺寸，如应用于有关超过12φ者也非常有益。

如以上所说明的那样，本发明能提供有关发光管的灯泡内径超过12mm时能防止灯效率显著降低的高压钠灯。

图1为表示本发明的高压钠灯的一例的结构图，

图2为表示在灯泡内径为36φ的场合下电场强度和灯效率的特性图，

图3为表示在汞齐钠比变化的场合下电场强度和灯效率的关系的特性图，

图4为表示在封入钠量变化的场合下电场强度和灯效率的关系的特性图，

图5（a）、（b），图6，图7（a）、（b）及图8（a）、（b）为表示在汞齐钠比和封入钠量变化的场合下电场强度和灯效率的关系的特性图，

图9为表示对于各内径的最佳电场强度的关系图，图10至图11为表示在灯泡内径为36φ、12φ、24φ、48φ的各场合下封入钠量、汞齐钠比及电场强度的关系的特性图，

图14为表示关于灯泡的内径分别为12φ、24φ、36φ、48φ时封入钠量和汞齐钠比的最佳关系的关系图，

图15为导出汞齐钠比X和封入钠量Y的关系式所用的关系图，

图16为表示对于各种灯泡内径用本发明的实施例及已有例能得到的最高灯效率的概略图，

图17为表示与灯泡内径相适应的适当的电场强度的范围的关系图，

图18为表示已有的高压钠＊的汞齐钠比和封入钠量的相关图，

图19为表示已有的高压钠灯的电场强度和灯泡内径的关系的相关图。

1……外管，4……发光管，4a……灯泡，5a、5b……闭塞体，7a、7b……电极。

Claims

1、一种高压钠灯，其为在用耐热性、耐腐蚀性的透光绝缘物所形成的发光管灯泡内封入有起动气体及水银、钠的饱和型的高压钠灯，其特征在于上述发光管形成为该灯泡的内径超过12mm，有关汞齐钠比X[Wt%]、封入钠量Y[mg/cc]、上述灯泡的内径φ[mm]及点灯时的电场强度△V[V/cm]具有下列关系，即

10^0.848·φ^（-0.171）logX+（0.105φ-10.22）

＜logY＜10^0.848φ^（-0.171）logX-10^1.43φ^（-0.574）

且

-7.97logφ+14.8＜log△V＜84.7logφ-84.5