CN1056466C - 无电极灯及提供光的方法 - Google Patents

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Abstract

一种无电极灯及提供光的方法，具有其容积与表面积之比为至少0.53cm的透光材料的灯泡，它包括一种充填物，该充填物含有从包括硫、硒和碲的一组组份中所选出的至少一种组份，所述组份具有0.75mg/cc至1.3mg/cc的密度，并在灯的工作温度下基本上放射可见光，以及以24.67瓦/cc和41.5瓦/cc之间的功率密度将电磁能量耦合到充填物的装置，使所述可见光从所述灯泡放射出来。

Description

无电极灯及提供光的方法
本发明是1993年10月15日申请的第08/136,078号美国专利申请的部分继续申请。
本发明涉及一种改进的产生辐射的方法，并涉及一种改进的无电极灯。
众所周知，无电极灯用于照明，它由包括微波和射频的电磁能供电。而且，众所周知，这种灯可以包括一种充填物，其中用硫或硒或它们的化合物产生辐射。1993年6月3日申请的第071，027号美国专利申请，以及第WO92/08240号PCT国际专利都已对这种灯作了披露，它们在此作为参考资料。
众所周知，灯的各种性能中一种重要的品质因数就是效能，即可见光输出与输入灯的电功率之比，因为它决定了使用灯的成本。上述PCT申请所披露的这种灯是一类具有高效能的灯。根据本发明，已经发现通过在一种特定的状态下使用这种灯，其效能可以有进一步实质性的改进。
根据本发明的第一方面，提供一种无电极灯，该无电极灯具有其容积与表面积之比为至少0.53cm的透光材料的灯泡，它包括一种充填物，该充填物含有从包括硫、硒和碲的一组组份中所选出的至少一种组份，所述组份具有0.75mg/cc至1.3mg/cc的密度，并在灯的工作温度下基本上放射可见光，以及
以24.67瓦/cc和41.5瓦/cc之间的功率密度将电磁能量耦合到充填物的装置，使所述可见光从所述灯泡放射出来。
提供较大的容积与表面积之比可以使通过灯泡壁损耗的热减至最小。由于所输入的电能转换为光或热，因此，增大容积与表面积之比可以得到提高发光效率的效果。在球面灯泡的情况下，通过增大灯泡的直径来增大容积与表面积之比。
根据本发明的第二个方面，一种提供光的方法，包括提供一种具有其容积与表面积之比为至少0.53cm的透光材料的灯泡，它包括一种充填物，该充填物含有从包括硫、硒和碲的一组组份中所选出的至少一种组份，所述组份具有0.75mg/cc至1.3mg/cc的密度，并在灯的工作温度下基本上放射可见光，以及
以24.67瓦/cc和41.5瓦/cc之间的功率密度将电磁能量耦合到充填物，使所述可见光从所述灯泡放射出来。在此状态下使用可以产生未曾料到的实际改善其效率的效果。
以下将结合附图更详细地描述本发明。
图1是本发明一个实施例的透视图。
图2是图1所示实施例的侧视图。
图3是采用硫充填物的发光谱线图。
图4是采用硒充填物的发光谱线图。
图5是采用碲充填物的发光谱线图。
参见图1，其中描述了作为本发明一个实施例的灯2由微波能源供电，当然，也可以采用射频能源。
灯2包括一个微波谐振腔4，它由金属圆筒6和金属网8组成。网8可有效地允许光从腔体内穿透出来而将微波能留在里面。
灯泡10设置在腔体内，在所述的实施例中它是球面形的。参见图2，该灯泡由杆12支承，后者与用以旋转灯泡的电动机14连接。这种旋转有助于稳定灯的工作。
微波能由磁控管16产生，波导18将该微波能传送到腔壁内的一条缝隙(未图示)，由此将微波耦合到腔体并耦合到灯泡10内的充填物。
灯泡10包括泡壳(例如由透光材料制成)和泡壳内的充填物。充填物包括硫、硒或者碲，或者这些物质之一的一种化合物。可以应用于充填物的物质有InS，As2S3，S2Cl2，CS2，In2S3，SeS，SeO2，SeCl4，SeTe，SCe2，P2Se5，SeAs2，TeO，TeS，TeCl5，TeBr5和TeI5。
此外，也可以采用其它硫、硒和碲的化合物，例如，在室温下具有相对较低真空压力的化合物，即，它们处于固态或液态，以及在能有效保持有用光输出的工作温度下的一种真空压力。
根据本发明的一个方面，灯壳的容积与表面积之比至少为0.45cm。如上所述，这有助于高效率。容积与表面积的较佳比例为0.6cm以上。这里所用的术语“容积与表面积”中的“表面积”指的是灯壳的外表面积(容积是指灯泡内表面所包含的部分)。
此外，使用期间硫、硒或碲的密度为1.75mg/cc以下，功率密度为100瓦/cc左右以下和5瓦/cc左右以上。
值得注意的是，本发明的灯在功率密度为20瓦/cc以下的条件下使用。术语“功率密度”指的是输入灯泡的功率除以灯泡的容积。在本发明的灯中，可以采用任何充填物，包括一种充填物或各种充填物的组合，它们置于灯的工作温度下并置于所选择的功率密度，在灯泡内产生硫、硒和/或碲的足够的密度，提供有用的照明。
该灯可以输出少量的红外能谱，已经发现能谱随着功率密度的变化而偏移。在较高的功率密度下要求采用风冷却。
实例1
在进行试验的本发明的一个特定实施例中，采用外径为4.7cm(壁厚为1.5mm)的球面形灯泡，形成具有0.64cm的容积与表面积之比。所加功率为1100瓦，充填物为1.3mg/cc密度下的硫，形成24.67瓦/cc的功率密度，灯泡以300RPM旋转。产生其光谱如图3所示的可见光。灯泡周围的平均功效为165流明/瓦(微波瓦特)。所产生的可见光谱功率与红外光谱功率之比为10比1。作为这种常规类型的灯，典型的充填物包括惰性气体，具体是压力为150乇的氩。
比较(实例1)
在上述采用“仅仅含硫”之充填物的PCT申请的例子中，球面形无电极石英灯泡的内径为2.84cm(外径为30mm)，容积与表面积之比为0.43cm，并充填了0.062mg-moles(克分子)/cc(1.98mg/cc)的硫和60乇的氩。当用功率密度为280瓦/cc的微波能点亮时，灯周围的功效为140流明/瓦。
实例2
直径为40mm外径(37mm内径)，形成容积与表面积之比为0.53cm的球面形灯泡充填了34mg的硒和300乇的氙气，形成1.28mg/cc的硒密度。该灯用谐振腔内部的1000瓦微波能供电。产生其光谱如图4所示的可见光。灯泡周围的平均功效超过180流明/瓦。
比较(实例2)
如上述PCT申请中所披露的，容积为12cc(壁厚为1.5mm)的无电极石英灯泡充填了54mg的硒和60乇的氩。灯泡设置在微波谐振腔内，并用3500瓦的微波能量点燃。灯泡周围的平均功效为120流明/瓦左右。
从参照上述实例可见，通过工作于上面讲述的状态下可以在功效方面得到实质性的改善。
实例3
外径为40mm(内径为37mm)，形成容积与表面积之比为0.53cm的球面形灯泡充填了20mg的碲和100乇的氙，形成0.75mg/cc的碲密度。该灯用微波谐振腔内部1100瓦左右的能量供电。产生其光谱如图5所示的可见光。灯泡周围的平均功效至少为105流明/瓦。
上面已经揭示了其功效得到改善的灯。尽管本发明是结合较佳和图示的实施例来描述的，但显然对于本领域的熟练人员来说，还可以在本发明的精神和范围内对此作出种种变换，因此，本发明仅仅由所附的权利要求书和相同的内容所限定。

Claims (15)

1.一种无电极灯，其特征在于包括：
具有其容积与表面积之比为至少0.53cm的透光材料的灯泡，它包括一种充填物，该充填物含有从包括硫、硒和碲的一组组份中所选出的至少一种组份，所述组份具有0.75mg/cc至1.3mg/cc的密度，并在灯的工作温度下基本上放射可见光，以及
以24.67瓦/cc和41.5瓦/cc之间的功率密度将电磁能量耦合到充填物的装置，使所述可见光从所述灯泡放射出来。
2.如权利要求1所述的无电极灯，其特征在于，所述可见光由所选的一种组份或一组组份放射。
3.如权利要求2所述的无电极灯，其特征在于，所选的组份为硫。
4.如权利要求2所述的无电极灯，其特征在于，所选的组份为硒。
5.如权利要求2所述的无电极灯，其特征在于，所选的组份为碲。
6.如权利要求2所述的无电极灯，其特征在于，所述电磁能量为微波能量。
7.如权利要求2所述的无电极灯，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为0.64cm。
8.如权利要求2所述的无电极灯，其特征在于，由所述组份放射的可见光位于连续波带上。
9.一种提供光的方法，其特征在于包括如下步骤：
提供一种具有其容积与表面积之比为至少0.53cm的透光材料的灯泡，它包括一种充填物，该充填物含有从包括硫、硒和碲的一组组份中所选出的至少一种组份，所述组份具有0.75mg/cc至1.3mg/cc的密度，并在灯的工作温度下基本上放射可见光，以及
以24.67瓦/cc和41.5瓦/cc之间的功率密度将电磁能量耦合到充填物，使所述可见光从所述灯泡放射出来。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述可见光由所选的一种组份或一组组份放射。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所选的组份为硫。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所选的组份为硒。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所选的组份为碲。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电磁能量为微波能量。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为0.64cm。
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