CN103797560A

CN103797560A - 高效率的卤素灯

Info

Publication number: CN103797560A
Application number: CN201280029169.9A
Authority: CN
Inventors: G.Z.切赫; P.L.纳吉; F.福泽考什; L.巴拉; B.梅蔡
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2014-05-14
Also published as: US8525409B2; WO2012173913A1; US20120319576A1; TW201314734A; EP2721632A1

Abstract

本发明提供了一种高效率的卤素灯，其包括透光性封套，所述透光性封套包括在一起形成中空内部的两个间隔开的椭圆部分。所述封套具有密封端部。引线与接近所述封套端部的灯丝电接触，从而为所述灯提供功率。存在间隔开所述椭圆部分的封套的中心部分。导电灯丝设置于所述封套的内部。所述灯丝包括以盘绕线圈形状设置于所述椭圆部分中的盘绕线圈部分和设置于所述封套的中心部分的盘绕线圈部分之间的单个线圈间隔部分。至少一个灯丝支撑件接近所述封套的中心设置所述灯丝。气体容纳于所述封套的内部中。

Description

高效率的卤素灯

技术领域

本发明的技术领域涉及灯，特别地为具有高效率的卤素灯。所述高效率可由所述灯的封套的形状和灯中的灯丝的构造和位置带来。

背景技术

如图1所示，目前用于欧洲230-240V线电压的卤素灯处于接近于D类范围边界的C类范围的较低范围中。然而，B类效率是最合意的。将红外反射涂层应用于灯可改进灯效率，因此达到B能量类理论上是可能的。

存在应用红外（IR）反射技术的卤素灯设计的数个主要要求，以制备更高效率的卤素灯。红外反射多层的IR反射率和可见光透射率是应该被增加的。应该优化灯泡和灯丝形状以将红外辐射尽可能多地反射回灯丝。而且，在制造过程中和灯泡的整个使用寿命期间，灯丝应该保持在设计位置，即在灯泡中心。尽管如此，即使是对于其中电线和线圈尺寸较小的低瓦数灯而言，达到B类也是巨大的一步。小的电线和线圈尺寸可易于在制造过程中和其整个使用寿命期间导致灯丝的失配和变形。

发明内容

在一个实施例中，本公开的灯包括透光性（例如玻璃）封套，所述透光性封套包括两个间隔开、连接的椭圆部分，所述两个间隔开、连接的椭圆部分在一起形成中空内部。所述封套具有密封端部。存在间隔开所述椭圆部分的封套的中心部分。导电灯丝设置于所述封套的内部。引线与接近所述封套端部的灯丝电接触，从而为所述灯提供功率。所述灯丝包括以盘绕线圈形状设置于所述椭圆部分中的盘绕线圈部分和设置于所述封套的中心部分的盘绕线圈部分之间的单个线圈间隔部分。即，所述灯丝的盘绕线圈部分为所述灯丝的线圈以匝盘绕之处。所述灯丝的单个线圈间隔部分为在灯丝中仅存在单个线圈之处。至少一个灯丝支撑件接近所述封套的中心设置所述灯丝。气体不透气地密封于所述封套的内部。

参照上述的灯的特定方面，椭圆部分中的每一个具有长轴和短轴，其中所述长轴可为约12mm至17mm之间，且所述短轴（mm）可大约等于1.2*(长轴-5)。所述封套的中心部分可为圆柱形管的形状。所述灯丝支撑件可由具有高熔点（例如1800-2000℃以上）的金属制得，例如钨或钼。所述灯丝可设计用于230-240伏的线电压，且所述灯可在25-150W操作。红外辐射反射涂层可设置于所述封套的表面上。所述灯可为卤素灯，在卤素灯的情况中，所述气体包括含有卤素的惰性气体。例如，所述气体可含有Ar、Kr、Xe或N₂或它们的组合作为惰性气体，以及Cl、I、Br或F或它们的组合作为卤素。

所述灯丝可包括接近所述封套的端部的单个线圈间隔部分。所述灯丝支撑件可包括接近所述封套的端部中的每一个设置的侧灯丝支撑件和在所述封套的中心部分设置的中心灯丝支撑件。所述封套可包括接近端部的外管状部分，所述端部与所述椭圆部分相邻，并在所述椭圆部分外部。所述侧灯丝支撑件可设置于所述封套的椭圆部分中以及所述外管状部分中。所述侧灯丝支撑件中的每一个可焊接至靠近所述灯丝的盘绕线圈部分中的一个的接近所述封套的端部的单个线圈间隔中的一个。所述封套可包括接近其端部设置的夹紧部分。所述侧灯丝支撑件可在椭圆部分中的封套的内部空间内延伸，以不接触所述夹紧部分。所述侧灯丝支撑件与所述夹紧部分分开，甚至与所述夹紧部分中的Mo箔分开，以防止在寿命结束时可导致灯爆炸的高电流电弧放电。在另一方面，所述夹紧部分的内表面为弯曲的，这可在制造过程中导致所述灯丝支撑件的变形。

所述灯丝支撑件可为箔。所述箔可具有0.01至0.3mm的厚度。所述封套的玻璃可接近所述箔的边缘而熔融，从而使所述箔部分嵌入。所述灯丝支撑件可包括焊接至所述灯丝的单个箔，或包括将所述灯丝夹在之间并焊接至所述灯丝的两个箔（或折叠的单个箔）。所述两个箔或折叠的单个箔也可焊接在一起。

本公开的灯的另一实施例包括透光性（例如玻璃）封套，所述透光性封套包括两个连接的椭圆部分，所述两个连接的椭圆部分在一起形成中空内部。每个椭圆部分包括长轴和短轴，其中所述长轴为约12mm至17mm之间，且所述短轴（mm）大约等于1.2*(长轴-5)。导电灯丝设置于所述封套的内部。所述封套包括密封端部。引线与接近所述封套端部的灯丝电接触，从而为所述灯提供功率。至少一个灯丝支撑件用于接近所述封套的中心设置所述灯丝。气体不透气地密封于所述封套的内部。

与第一实施例相关的上述本公开的灯的全部特定方面可以以任意组合适用于该实施例。例如，在所述椭圆部分之间可存在所述封套的中心（例如圆柱管状）部分。所述灯丝可包括以盘绕线圈形状设置于所述椭圆部分中的盘绕线圈部分和设置于所述封套的中心部分的盘绕线圈部分之间的单个线圈间隔部分。而且，所述灯丝支撑件可包括接近所述封套的端部的侧灯丝支撑件和在所述封套的中心部分中的中心灯丝支撑件。

根据如下附图和具体实施方式，可获得本发明的许多另外的特征，优点和更完全的理解。应了解，如上发明内容描述了大体上的本发明，而如下具体实施方式更仔细地描述了本发明并显示了特定的实施例，所述特定的实施例不应被解释为如权利要求书所限定的宽泛发明的必要限定。

附图说明

图1为显示了现有技术中随瓦特数而变化的卤素灯的效率图；

图2显示了本公开具有用于将填充气体添加至灯的附接管的双椭圆灯；

图3A为在已去除填充气体管之后本公开的双椭圆灯的放大侧视图；

图3B为旋转90度的图3A的灯的侧视图；

图3C为示于图3B中的灯的封套的中心部分、中心灯丝支撑件和灯丝的盘绕线圈部分的进一步放大图；

图4显示了可在图3的灯的椭圆部分之间发生光耦合的示意图；

图5为显示了随着椭圆短轴以及封套的椭圆部分之间的距离D而变化的红外辐射（IR）增益的图；

图6为显示了随着椭圆长轴和所得IR增益而变化的椭圆短轴的图；

图7A显示了双灯丝支撑箔的一个方面；

图7B显示了双灯丝支撑箔的另一方面；

图7C显示了双灯丝支撑箔的又一方面；以及

图8A-C显示了单个折叠灯丝支撑箔的多个方面。

具体实施方式

参照图2和3，本公开的灯10包括耐热透光性灯泡或封套12，所述耐热透光性灯泡或封套12具有形成中空内部18的两个连接的椭圆部分14、16。封套12由熔融或合成二氧化硅（石英）制得。本公开的灯10理想地具有两个椭圆部分14、16，特别是并非1个，且并非3个或更多个。本文公开的灯可用于例如A形灯泡、球形灯泡或烛形灯泡。两个椭圆灯泡部分可与中心圆柱管状部分20连接，所有部分均在它们外表面上具有IR辐射反射涂层（未显示）。中心连接灯泡部分20未例如使用推击（dunching）而被扭曲。填充气体管19在图2中显示为中心设置，但可设置于示于图3中的灯的椭圆部分中的一个与夹紧部分之间，在此情况中，较长的侧灯丝支撑件44和在椭圆与夹紧部分之间的较长的管状部分45将用于接收排气管。灯10在双椭圆封套的内部18中包括电光源或灯丝22。灯包括电流导体24，所述电流导体24包括外引线26、密封箔28和灯丝22。示于图2中的灯仅包括中心灯丝支撑件46，而示于图3中的灯也包括侧灯丝支撑件44。

灯通过夹紧部分30在封套的端部处不透气密封，玻璃封套在上述夹紧部分30处被挤压在一起而封闭成平整横截面。平整夹紧部分30示于图2、3a或3b中。在封套的每一端处，焊接的外引线26、密封箔28和灯丝22的间隔单个线圈部分32由挤压在一起的夹紧部分30中的灯泡本身的石英密封。密封箔28是本领域已知的，并可由焊接至外引线26的第一密封箔34制得，上述外引线26包括钼或者钼合金或掺杂钇和/或钇氧化物的钼。外引线26可由钼制得。钽或铂的任选的第二密封箔36例如焊接至第一密封箔34，并转而在灯的两侧焊接至灯丝22的单个线圈端部32。第二密封箔36可省略或由除了第二密封箔36之外的另一焊接辅助件代替。当省略第二密封箔36时，单个线圈端部焊接至第一密封箔34。电流导体24将灯丝或电光源22连接至外部电源。

灯丝设置于封套的中心处（即靠近中心轴线，所述中心轴线于封套内部中在封套的端部之间延伸，并设置于椭圆部分的中心C处，且由图7A中的十字C和图3B中的线C表示）。中心轴线C沿着椭圆部分的长轴a延伸，短轴b与所述中心轴线C垂直。存在灯丝22的两个盘绕线圈（CC）部分38，其由灯丝22的中心单个线圈间隔部分40分开。灯丝的单个线圈间隔部分32也设置于封套12的端部42处。单个线圈部分32、40比灯丝22的活性盘绕线圈（CC）部分38冷得多。灯丝22的CC部分38充当达到最佳操作温度的燃烧器或辐射器，并居中于每个椭圆部分14、16中。灯丝22可达到2700-3000℃的温度。灯丝22适用于230-240V的线电压，这要求灯丝具有一定长度。这转而影响所需的封套12的长度。灯丝22的CC部分38居中于封套12的椭圆部分14、16中。在两个椭圆部分14、16之间的CC灯丝部分38的光耦合通过灯泡的中心部分20（例如连接圆柱部分）而存在。灯丝22的CC部分38通过灯丝支撑件保持在中心，所述灯丝支撑件由金属（例如钨、箔）制得，并包括侧灯丝支撑件44和在侧灯丝支撑件44之间的中心灯丝支撑件46。中心灯丝支撑件46为安装于连接中心部分20中的箔。侧灯丝支撑件44为在灯的内部空间18内安装于封套12的端部42中（例如在管状部分45内部）的箔。测灯丝支撑箔44不从内部接触夹紧部分30。中心灯丝支撑箔46和测灯丝支撑箔44可渗透（penetrate）至灯泡的椭圆部分，并尽可能靠近灯丝22的CC部分38而焊接至灯丝的间隔。灯丝支撑箔44、46可包括一个或两个部分。双灯丝支撑箔48a、48b、48c（图7A-C）（或如图8A-C中所示的折叠单个支撑箔）可提供相对于封套的中心轴线C更好的灯丝中心性。灯泡的玻璃可在极小的区域中熔融（melted）至灯丝支撑箔的边缘，以防止灯丝支撑箔的轴向移动。

相比于120V灯丝，在230-240线电压灯丝的情况中，作为灯丝的活性（辐射）部分的灯丝22的盘绕线圈片段38过长而无法安装至单个椭圆灯泡中。因此，盘绕线圈（CC）片段38分成两个部分，中心单个盘绕（SC）片段（间隔）40位于中间。两个分开的活性CC部分38安装至卤素燃烧器的分开的椭圆部分14、16（图2）。

增加双椭圆设计的效率的一种方式是增加椭圆表面，但这受限于形成灯泡的管的直径。由灯丝至椭圆的开放端的方向的红外辐射无法被反射回灯丝。通过在椭圆部分之间的封套的圆柱形部分而在两个CC片段之间光耦合，从而增加效率，如图4示意性所示。来自第一CC片段的红外辐射直接到达第二CC片段，或者在连接中心圆柱形部分20的表面上一次或多次反射之后到达第二CC片段。尽管中心部分20无需具有精确圆柱形的几何形状，但扭曲或其他不规则表面（例如推击）可破坏所述耦合。因此，在该设计中推击（dunching）不用于线圈支撑件。

效率增加（IR增益）取决于椭圆几何形状（长轴和短轴）、线圈几何形状，并显著取决于椭圆部分之间的距离（D，mm），如图5和6所示。随着D增加，IR增益增加，且对于更小的椭圆而言所述效果更大。然而，D仅可减小至其中两个椭圆部分仍然不彼此接触的点。在图5中，D=∞意指在两个椭圆之间不存在光耦合。否则，中心灯丝支撑件或线圈支架46无法安装于椭圆部分之间。

尽管许多不同的椭圆几何形状是可能的，但对于在25-150W瓦特数范围内的常规230-240V CC灯丝，椭圆部分14、16的长轴a为12mm至17mm之间。为了使IR增益达到最大，椭圆部分的短轴b大约等于1.2*(a-5)。相关的IR增益图示于图6中。更高IR增益的目标区域显示为31.2%和31.8%。产生该更高增益的椭圆部分14、16的长轴a为约13.6mm至14.5mm和更高，特别是14.1至14.5和更高，椭圆部分14、16的短轴b为约10.5mm至约12mm和更高，特别是10.8mm至约11.8mm和更高。

通过将灯丝22保持在封套中心（沿着椭圆部分的中心轴线C）而使增益达到最大。由于不适当的线圈支撑件设计而在制造过程中可发生灯丝的失配，且由于由重力所导致的线圈变形而在整个寿命中的燃烧过程中可发生灯丝的失配。为了解决所述两个问题，灯丝线圈支撑件44、46可由适当成型的金属箔制得，间隔32、40在50处焊接至所述金属箔，如图3和7可以看出。图7A-C中的圆圈显示了灯丝的盘绕线圈部分的轮廓。如果灯丝支撑件44、46尽可能靠近CC片段，则线圈的CC片段38可保持在封套的中心（参见图3）。在所述情况中，由重力所导致的变形也小得多。使用中心灯丝支撑箔46以将灯丝中心间隔40保持在两个椭圆部分之间，如图2所示。更好的解决方法是使用3个灯丝支撑件，一个在中心间隔上，两个在侧间隔上，如图3A和B所示。如果中心箔渗透至椭圆中（例如参见图3C），其焊接点尽可能地靠近CC片段，则可获得更好的中心设置。这示于图3B和C中。

箔的材料为具有高熔融温度（例如至少1800-2000℃）的金属或金属合金，例如钨或可能的钼。灯丝支撑箔44、46的厚度可为0.01至0.3mm之间。取决于居中要求，可使用单箔或双箔，但双箔灯丝支撑件（夹心结构）48a、48b、48c可提供更好的中心性。不同的双箔灯丝支撑件示于图7中。在“夹心”中的箔48a可围绕必须支撑的线圈间隔而为未成形且平行的（图7A）。当在成形箔48b上在中间施用轴向凹部（dip）52时，在焊接之前线圈间隔的设置更容易。所述成形箔也包括成形为以一定角度延伸远离凹部52的部分51（在顶部和底部）。另外，不仅可进行箔-线圈-箔焊接，还可在接触点处将两个灯丝支撑箔48c彼此焊接（图7B）。一个简单的解决方法示于图7C中，其中箔48c成形为具有以一定角度延伸远离中心（在顶部和底部）的部分53，但在中间54不存在灯丝间隔的凹部。

如果双宽箔对折（如图8A-C所示），则夹心箔结构可由一片制得，图8A-C分别具有类似于图7A-C的那些的箔形状。不同于使用两个箔，使用在折痕58处折叠的单个较宽的箔56获得所述形状。

为了在轴向方向上固定灯丝支撑箔44、46，可在制造过程中将灯泡或封套玻璃在一个或多个小的区域中熔融至箔的边缘上。这可防止支撑箔在轴向方向上的位移。该灯丝支撑件解决方法的一个优点是，其防止了在寿命结束时的高电流电弧，因为不需要厚的电线从引线从夹紧部分进入灯的内部空间18中。在附图中所示的灯的示例性设计中，在靠近夹紧部分的灯的内部空间的两侧处存在灯丝的两个自由单个盘绕部分32（参见图3A和B）。这些单个盘绕部分32可充当保险丝，从而在灯的烧坏过程中防止高电流冲击。

在常规卤素灯中，蒸发的灯丝材料可在封套的内表面上冷凝，从而导致封套变暗。灯丝蒸发和封套变暗导致光损失或更低的灯效率。封套可填充有助于降低灯丝的蒸发的填充气体，如惰性气体（例如Ar、Kr或Xe或它们的组合）、氮气和卤素。填充气体的一个例子包含约5%N₂和约95%Xe（体积百分比）和一些卤素。Xe的一部分可由Kr代替，例如约65%Xe、30%Kr。卤素可为例如Br、Cl或I或它们的组合。卤素可以以气体形式或甚至液体形式的极不同的化合物填充。其他组分可以以极小的量添加至填充气体，例如O₂、H₂或含有Si或P的其他化合物。

根据前述公开，本发明的许多修改和变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，应了解，在所附权利要求书的范围内，可不同于具体显示和描述而实施本发明。

Claims

1.一种灯，其包括：

透光性封套，所述透光性封套包括两个间隔开、连接的椭圆部分、所述封套的密封端部和所述封套的中心部分，所述两个间隔开、连接的椭圆部分在一起形成中空内部，所述中心部分间隔开所述椭圆部分；

导电灯丝，所述导电灯丝设置于所述封套的内部，所述灯丝包括盘绕线圈部分和单个线圈间隔部分，所述盘绕线圈部分以盘绕线圈形状设置于所述椭圆部分中，所述单个线圈间隔部分在所述封套的所述中心部分处设置于所述盘绕线圈部分之间；

至少一个灯丝支撑件，所述至少一个灯丝支撑件用于接近所述封套的中心设置所述灯丝；以及

气体，所述气体容纳于所述封套的内部中。

2.根据权利要求1所述的灯，其包括接近所述端部设置的单个线圈间隔部分，所述灯丝支撑件包括接近所述端部中的每一个设置的侧灯丝支撑件和设置于所述中心部分处的中心灯丝支撑件。

3.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，每个所述椭圆部分包括长轴和短轴，其中所述长轴为大致12mm至17mm之间，所述短轴（mm）大致等于1.2*(长轴-5)。

4.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述封套的所述中心部分为圆柱形管状。

5.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件由钨或钼制得。

6.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件为箔。

7.根据权利要求6所述的灯，其特征在于，所述箔具有0.01至0.3mm的厚度。

8.根据权利要求6所述的灯，其特征在于，通过局部熔融玻璃而将所述灯丝支撑箔部分嵌入所述封套的玻璃中。

9.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯丝设计用于230-240线电压，且所述灯在25至150W之间操作。

10.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述封套包括接近所述端部设置的夹紧部分，所述侧灯丝支撑件于所述椭圆部分中在所述封套的内部内延伸，且不接触所述夹紧部分。

11.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述侧灯丝支撑件设置于所述封套的所述椭圆部分中，且所述侧灯丝支撑件中的每一个靠近所述灯丝的所述盘绕线圈部分中的一个接近所述端部焊接至所述单个线圈间隔中的一个。

12.根据权利要求6所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件可包括焊接至所述灯丝的单个箔，或包括将所述灯丝夹在之间并焊接至所述灯丝的两个箔或单个折叠箔。

13.根据权利要求1所述的灯，其为卤素灯，且所述气体包括含有卤素的惰性气体。

14.一种灯，其包括：

透光性封套，所述透光性封套包括在一起形成中空内部的两个连接的椭圆部分，每个椭圆部分包括长轴和短轴，其中所述长轴为大致12mm至17mm之间，且所述短轴（mm）大致等于1.2*(长轴-5)；

导电灯丝，所述导电灯丝设置于所述封套的内部；

所述封套的密封端部；

气体，所述气体容纳于所述封套的内部中。

15.根据权利要求14所述的灯，其包括：

在所述椭圆部分之间的所述封套的中心部分，和

所述灯丝包括以盘绕线圈形状设置于所述椭圆部分中的盘绕线圈部分和设置于所述封套的所述中心部分处的所述盘绕线圈部分之间的单个线圈间隔部分。

16.根据权利要求14所述的灯，其特征在于，所述封套的所述中心部分为圆柱形管。

17.根据权利要求16所述的灯，其特征在于，不推击所述封套的所述中心部分。

18.根据权利要求15所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件包括接近所述端部的侧灯丝支撑件和在所述封套的所述中心部分中的中心灯丝支撑件。

19.根据权利要求14所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件由钨或钼制得。

20.根据权利要求14所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件为箔。

21.根据权利要求20所述的灯，其特征在于，所述箔具有0.01至0.3mm的厚度。

22.根据权利要求20所述的灯，其特征在于，所述灯丝焊接至所述箔。

23.根据权利要求20所述的灯，其特征在于，所述封套由玻璃组成，且通过局部熔融玻璃而将所述箔部分嵌入所述封套的玻璃中。

24.根据权利要求14所述的灯，其特征在于，所述灯丝设计用于230-240伏的线电压。

25.根据权利要求20所述的灯，其特征在于，所述灯丝支撑件可包括连接至所述灯丝的单个所述箔，或包括将所述灯丝夹在之间的两个所述箔或单个折叠的所述箔。

26.根据权利要求14所述的灯，其为卤素灯，且所述气体包括含有卤素的惰性气体。