CN102138197B - 用于荧光灯的汞分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于荧光灯的汞分配系统(11；21，31)，其包含含有释放汞的化合物的分配部件(12；22，32)。分配部件(12；22，32)安装在适于通过电磁感应加热的金属支撑件(13；23；33)上，以促进所述释放汞的化合物的活化。金属支撑件(13；23；33)的表面积在9和64mm²之间。本发明还涉及一种包含所述汞分配系统(11；21；31)的荧光灯。

Description

用于荧光灯的汞分配系统

本发明涉及一种用于荧光灯的汞分配系统和一种包含此分配系统的荧光灯。

一般来说，荧光灯包含玻璃管，例如具有线状或环状形状，包含一种或多种稀有气体，通常为氩或氖，以及几毫克的汞。在灯内部存在有两个电极，也称为阴极，其在灯的气态气氛中触发并保持放电从而导致发光。电极的形式为设置在管体端部的金属纤丝。优选地，由相对于灯同轴设置的遮挡元件对电极进行侧向遮挡。在灯工作期间，遮挡部件阻挡蒸发的阴极材料，因此防止其沉积到玻璃壁上，所述沉积是所不希望的，因为这会导致局部变黑以及降低的发光。

在荧光灯中，汞的剂量必须要尽可能的精确以及可重现。实际上，存在汞的最小剂量，低于所述剂量荧光灯不能正常工作，但是另一方面，由于汞的毒性，不允许汞的量远超过所需的最小量。实际上，在打破灯的情况下以及在其工作寿命结束时的灯的丢弃阶段期间，这会导致环境问题。此外，仍涉及环境问题的是，在荧光灯领域中的国际标准要求越来越低的汞量。因此灯生产商要求对于灯中汞量的更高程度的控制(具有最低的标准偏差)和其剂量的更高精确性。一些最新代的灯要求大约为2±0.1mg的汞的最小量，例如在该领域中具有大约1.6cm直径、称为“T5”那些。

在荧光灯的生产阶段，汞分配系统通常是基于在高温下，典型地大约在800-900℃时能释放汞的化合物，同时其保证在低于400℃时微量或无汞释放。在中间生产步骤期间，这种性能允许避免汞释放和所不希望的灯污染。如美国专利3657589中所描述的，在各种类型的具有这种性能的释放汞的化合物中，最常用的是Ti_xZr_yHg_z化合物，其中x和y在0到13之间变化，条件是它们的和在3和13之间并且z为1或2。特别优选地是Ti₃Hg的使用。

这些化合物也可用于与可最大化汞释放的促进剂结合。如专利EP0669639中所描述的，这些促进剂由铜与至少一种选自锡、铟和银的第二元素构成，如专利EP 0691670中所描述的，由铜和硅构成，或如专利EP 0737995中所描述的，由铜、锡和稀土金属构成，所有均以申请人的名义。

作为替代，可使用钛-铜-汞三元化合物例如在以申请人名义的专利GB 2056490中所描述的那些，或四元释放汞的化合物，其具有10-42重量％钛，14-50％铜，20-50％汞以及1-20重量％的锡、铬和硅中的一种或多种元素，如在以申请人名义的国际专利申请公开WO2006/008771中描述的。

所熟知的是，用于荧光灯的汞分配系统可有利地包含能吸收有害气体的吸气材料。由于灯的生产过程，在灯中可存在所不希望的气态化学物质并且它们可在灯的工作期间生成。因此吸气材料的使用使灯的工作寿命延长并且在保持其性能随时间基本恒定。

汞分配系统要求释放汞的化合物的活化过程，这典型地通过电磁感应产生并且可在灯的生产期间实施。由于汞分配系统的减小的尺寸，必要的是，使用非常高的且聚焦的电磁场以达到释放汞所要求的温度，这导致高的设备成本以及要求卓越的精度。此外，当灯也包含表面非常宽且通常约为250mm²的遮挡部件时，在活化过程中这些遮挡部件也由于电磁感应而受热，并导致对灯工作有害的气体的释放。这种现象，一般称为“脱气”，减小了包含在分配系统中的吸气材料的吸收容量，因此导致其工作寿命的缩短，且因此导致灯工作寿命的缩短。

例如，在美国专利US 6043603中描述了用于荧光灯的汞分配系统，其中释放汞的化合物和吸气材料呈现为沉积在作为支撑件的片状金属板上的粉末的形式并且按照条状图案设置。通过为具有比释放汞的化合物的粉末更大尺寸的电磁场设定靶(target)，作为用于释放汞的化合物的支撑件的片状金属板的使用允许提高活化过程的效率。但是，在平板支撑件上的条状形式的释放汞的化合物和吸气材料的设置可导致颗粒从支撑件上分离，并带来使灯变黑和损坏的风险。

在以申请人名义中的国际专利公开WO 98/53479中描述了包含能释放汞的化合物粉末和吸气材料粉末的丝状汞分配部件。在汞分配系统中，丝状部件的使用是非常有利的，由于其允许精确地投配汞(好于条状物)并且使损坏灯或破坏其工作的颗粒分离的风险最小化。但是，如前所述，丝状部件具有非常小的尺寸，这在材料活化步骤期间需要使用非常高的电磁场并导致聚焦问题。在丝状部件安装到遮挡部件上的情况下，活化过程导致遮挡部件的变热并且因此导致脱气现象，结果是上述讨论的吸气材料的吸收能力减小。

因此，本发明的目的是提供一种用于荧光灯的汞分配系统，其可克服存在于现有技术中的缺点，并且特别是允许提高释放汞的化合物的活化过程的效率而不导致脱气问题或危害吸气材料的吸收容量。通过汞分配系统实现所述目的，其主要特征公开于权利要求1中并且其它特征公开于从属权利要求中。

根据本发明的汞分配系统包含安装在适当支撑件上的汞分配部件。作为支撑件的表面积的优化尺寸的结果，本发明的汞分配系统允许获得简单且有效的释放汞的化合物的活化，同时使脱气现象最小化。

此外，丝状部件相对于支撑件的布置可选择为形成闭合回路。通过相对于电磁场适当地定位回路，可在分配系统中感应出电流，这有助于其加热过程并因此有助于其活化。

本发明提供的其它优点是，既相对于阴极纤丝又相对于可能的遮挡部件优化了分配系统的设置，因此有助于使其脱气和可降低灯的性能和寿命的相关问题最小化。

根据本发明的可能实施例的下文详细和非限定性的描述以及附图，本领域的技术人员能清楚根据本发明的汞分配系统的其它特点和优点，其中：

图1是荧光灯的透视、部分剖视图，其包含根据本发明的汞分配系统的第一实施方案；

图2是图1中显示的分配系统的细节图；

图3显示了本发明的分配系统的第二实施方案；

图4显示了根据本发明的汞分配系统的第三实施方案；和

图5显示了根据本发明的汞分配系统的第四实施方案。

为了提高对附图的理解，所示的组成部件的尺寸和大小比例不是成比例的。此外，未显示出对于实施本发明非严格必要的可能分配系统的细节。例如，图1和图2中的丝状部件显示为具有纵向狭缝，但是需指出的是，根据本发明，要么丝状部件具有狭缝，要么可同样地使用仅在其端部具有孔的丝状部件。

图1显示了荧光灯10的部分剖视图，其包含根据本发明的汞分配系统11。汞分配系统11包含安装在支撑件13上的分配部件12。优选地，如国际公开WO 98/53479中所描述的，分配部件12优选是丝状部件。此丝状部件的特征在于，其长度与最大横向宽度之比至少为2∶1。丝状部件12的典型长度在2到7mm之间，而横向方向的尺寸典型地在0.5到1.5mm之间。丝状部件的横截面优选为不规则四边形状，但是也可以使用其它几何形状，例如正方形或圆形。此外，丝状部件12优选地具有适于帮助来自化合物的汞蒸气的受控释放的纵向狭缝。有利的是，丝状部件12还包含吸气材料，例如，如在美国专利US 3203901中所描述的含有16重量％Al的Zr-Al合金，或包含大约80重量％Zr，15％Co以及剩余为删的Zr-Co-MM合金，其中MM指Y、La、Ce、Pr、Nd，稀土金属或这些元素的混合物。在这种情况下，释放汞的化合物和吸气材料以粉末形式存在于丝状部件中，所述粉末为相互混合的并通常具有优选为低于125μm的颗粒尺寸。

如图所示，在灯工作期间适于阻挡所蒸发的阴极材料的遮挡部件15安装于第三电极14。支撑件13例如通过焊接或机械卷边安装于灯14的第三电极。作为替代，支撑件可安装于灯的一条引线上(固定纤丝的金属线)，而不是安装于第三电极。

如图2所详示，在本发明的第一实施方案中，支撑件13为片状金属板形式。

从美国专利US 6043603中可知，用作汞分配部件的支撑件的片状金属板的使用，允许通过提供具有比分配部件12更大尺寸的靶并允许在电磁场和分配系统之间的更好配合而提高释放汞的化合物的活化过程的效率。

但是作为多次测试的结果，发明人发现，尽管支撑件13的宽的表面积允许提高活化过程的效率，但是这引起支撑件13的脱气并且导致类似于前文讨论的负面结果。因此，有必要的是，设计支撑件13以达到有效活化过程的要求但同时保证支撑件13的有限的杂质脱气。根据本发明，支撑件13的尺寸必须在9到64mm²之间。实际上，在灯领域，优选使用保证脱气值低于10cm³毫巴的分配系统。使用具有表面积大于64mm²的支撑件，发明人发现来自分配系统的脱气高于上述提及的上限值。在本发明的优选实施方案中，支撑汞分配部件的金属片材的表面积在20到50mm²之间。

仍参考图2的细节，片状金属板13具有矩形形状，其中短侧具有稍大于丝状部件12的纵向尺寸的尺寸。丝状部件12通过焊接而安装在片状金属板13的面上并靠近其边缘之一。在生产过程中，当通过焊接实施安装时，在焊接的中间步骤期间，可优选地使丝状部件12与焊接区隔开以避免释放汞的化合物的所不希望的活化或灯污染风险。

为了在释放汞的化合物的活化步骤期间避免遮挡部件15处于电磁场中，支撑件13的重心与遮挡部件15的最近边必须隔开至少5mm。

图3显示了本发明的分配系统的第二实施方案。分配系统21包含安装在仍为片状金属板形式的支撑件23上的丝状部件22，所述支撑件又安装在竖直件24上。与图2的片状金属板13不同的是，该片状金属板23具有至少一个在横向方向上的折叠。或者，可提供弯曲部分。在小直径灯中，具有折叠或弯曲的片状金属板的实施方案是特别有益的，其中分配系统也可用作遮挡部件。

用于生产丝状部件12、22的支撑件13、23的适当材料为例如钢铁、镍和镀镍铁，其为典型地用于丝状分配部件的生产中的金属。

图4显示了根据本发明的分配系统的第三实施方案。分配系统31包含装配在支撑件33上的丝状部件32，所述支撑件优选为柱形，具有小的横截面并包含第一直线部分33a和第二弯曲部分33b。支撑件33安装在竖直件34上。术语“具有小的横截面的支撑件”指的是具有小于2mm的横向尺度的支撑件。

丝状部件32安装在第二弯曲部分的自由端和第一直线部分之间，因此形成闭合回路。此实施方案具有这样的优点：在活化过程期间，通过相对于电磁场适当地定位由丝状部件32和支撑件33形成的闭合回路，可感应出电流。作为这一方面的结果，可通过使用具有比片状金属板实施方案更小尺寸的支撑件33，获得用于释放汞的化合物活化的丝状部件32的有效加热，这就分配系统的整体尺寸来说具有显著的优点。发明人发现，通过使用在支撑件和分配部件之间的闭合回路结构，包含在闭合回路支撑件中以保证有效活化过程并避免脱气问题的适当表面积在9到35mm²之间。

在图5中显示了作为本发明的替代性实施方案的分配系统41，其中通过一个或多个机械安装件(45、45′)将丝状分配元件安装在金属板支撑件43上。

清楚的是，上述说明的本发明的实施方案仅是可允许多个变体的实施例。例如，折叠的片状金属板支撑件可用于闭合回路实施方案中，其中将丝状部件安装在片状金属板的相对边上。参考下面的实施例，将对本发明进行进一步的描述。

实施例1

获得了根据本发明的汞分配系统，在面积为25mm²的金属基材(5mm长和5mm宽)上安装丝状分配元件(长度约为5mm，以及具有大约1mm的最大横向宽度和大约0.8mm的高度的不规则四边形的横截面)。在真空条件(压力低于10^-4毫巴)下，通过直径为40mm的感应线圈将分配系统加热到750℃或900℃，线圈与标称功率为5KW的RF电源相连。在实验期间，汞分配系统垂直地与电磁场结合。在表1和2中报道了杂质脱气量(通过压力表测定)和为获得所需温度而需要的功率。

实施例2

获得了根据本发明的汞分配系统，将如实施例1中的丝状分配元件安装在具有面积为54mm²的金属基材上(6mm长和9mm宽)并且在相同的实验条件下评价。在表1和2中报道了杂质脱气量和为获得所需温度而需要的功率。

实施例3(对比例)

获得了汞分配系统，将如实施例1中的丝状分配元件安装在具有面积为72mm²的金属基材上(8mm长和9mm宽)并且在相同的实验条件下评价。在表1和2中描述了脱气量和为获得所需温度而需要的功率。

实施例4(对比例)

在与前述实施例中描述的相同的实验条件下，评价了如实施例1中但未将其安装在金属基材上的丝状分配元件。在表1和2中报道了脱气量和为获得所需温度而需要的功率。

表1

表2

Claims (19)

1.一种用于荧光灯的汞分配系统(11；21；31，41)，其包含分配部件(12；22；32；42)，该分配部件(12；22；32；42)含有适于释放汞的化合物，所述分配部件(12；22；32；42)安装在适于用电磁感应加热的金属支撑件(13；23；33；43)上以活化所述释放汞的化合物，其特征在于分配部件为丝状，并且适于暴露于电磁场的支撑件的表面积在9到64mm²之间。

2.根据权利要求1的分配系统，其特征在于金属支撑件为片状金属板形式(13；23；43)。

3.根据权利要求2的分配系统，其特征在于片状金属板的表面积在20到50mm²之间。

4.根据权利要求3的分配系统，其特征在于片状金属板(23)具有至少一个在横向方向的弯曲。

5.根据权利要求3的分配系统，其特征在于分配部件(12；22；42)安装在片状金属板(13；23；43)的面上。

6.根据权利要求4的分配系统，其特征在于分配部件(22)安装在片状金属板(23)的相对的边之间。

7.根据权利要求1的分配系统，其特征在于金属支撑件(33)包含第一直线部分(33a)和第二弯曲部分(33b)，分配部件(32)在第二弯曲部分(33b)的自由端和第一直线部分(33a)之间并由此形成闭合回路。

8.根据权利要求7的分配系统，其特征在于适于暴露于电磁场的金属支撑件(33)的表面积在9到35mm²之间。

9.根据权利要求1的分配系统，其特征在于还包括在灯的工作期间适于阻挡阴极材料蒸发的遮挡部件(15)。

10.根据权利要求1的分配系统，其特征在于释放汞的化合物包含Ti_xZr_yHg_z，x和y的范围在0到13之间并且z等于1或2，x与y之和在3到13之间。

11.根据权利要求10的分配系统，其特征在于释放汞的化合物包含Ti₃Hg相。

12.根据权利要求10的分配系统，其特征在于释放汞的化合物还包含汞释放促进剂化合物。

13.根据权利要求12的分配系统，其特征在于汞释放促进剂化合物包含铜以及至少一种选自锡、铟和银的第二元素。

14.根据权利要求12的分配系统，其特征在于汞释放促进剂化合物包含铜和硅。

15.根据权利要求12的分配系统，其特征在于汞释放促进剂化合物包含铜、锡和稀土金属。

16.根据权利要求1的分配系统，其特征在于释放汞的化合物包含钛-铜-汞三元化合物。

17.根据权利要求1的分配系统，其特征在于释放汞的化合物包含四元释放汞的化合物，其具有10-42重量％钛，14-50重量％铜，20-50重量％汞和1-20重量％的一种或多种在锡、铬和硅中的元素。

18.根据权利要求10的分配系统，其特征在于释放汞的化合物还包括吸气材料。

19.一种荧光灯，其包含根据权利要求1-16中任一项的汞分配系统。

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