CN1078826A - 高压钠放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压钠放电灯，所述灯配备一个 有氧化铝陶瓷器壁(3a)的放电室(3)、其中至少存在 作为一种可电离填充成分的Na、一种稀有气体和Al (20)。按照本发明，所述Al设置在该放电室器壁附 近一个在该灯工作条件下能达到至少1000K温度的 位置。

Description

本发明涉及一种高压钠放电灯，它配备一个有氧化铝陶瓷器壁的放电室，放电室中至少有作为一种可电离填充成分的Na、一种稀有气体和Al存在，并配备主电极，在工作条件下电极之间发生放电。

开头段落中提到的那种灯是从美国专利4，859，905得知的。在这种已知的灯中，Al以Zr-Al合金形式固定到电极棒上。然后，这种Al起到放电室中释放的或作为杂质存在的游离O₂的吸气剂作用。这之所以重要，是由于放电室中的游离O₂导致通过NaO中间体生成铝酸钠，从而使作为可电离填充成分的Na消失。具有重大意义的是，要在放电室中的Na以仅少许过量或甚至根本不过量存在的所有情况下防止Na消失。然而，除了由于游离O₂而发生的Na消失外，由于Na和器壁材料Al₂O₃之间的直接化学反应而引起的Na消失也会发生，从而导致生成铝酸钠。然而，在已知灯中采取的措施对这些形式的Na消失无显著影响。

本发明除其它方面外，目的是提供一种措施，以防止与开头段落提到的那种灯的器壁氧化铝直接反应所引起的Na消失。

按照本发明，开头段落提到的那种灯就是为了实现这一目的，其特征在于该Al设置在放电室器壁附近一个在该灯工作条件下达到至少1000    K温度的位置。

已发现，按照本发明所描述的措施能在非常高的程度上防止与器壁氧化铝反应所引起的Na消失。如果Al分压高于在盛行温度和Na压下属于铝酸钠生成反应的平衡压力，那么，在具有1000    K以上最冷斑温度的灯中甚至可有效阻止反应。在Na压决定于一般气体定律、因而决定于放电室平均温度的不饱和灯中，这种情况尤其真实。

高压钠放电灯，只要该灯辐射的光的演色性当用演色性指数Ra表示时具有至少60的数值，就认为具有改善的演色性。

在高压钠灯辐射的光的情况下，“白”光一般可定义为处于色度图上由通过如下座标点（X;Y）的直线围成的区域中的光：（0，400;0，430），（0，510;0，430），（0，485;0，390）和（0，400;0，360）。因而色温Tc介于大约2300K和4000K之间。辐射白光的高压钠灯可代替白炽灯用于（例如）强烈照明用途。演色性指数Ra大于80是替代白炽灯所必需具备的。对于实用高压钠灯来说，演色性指数可达到的最大数值介于80和大约85之间。

高压钠放电灯辐射的光，其光谱特征是在589纳米（nm）附近两侧有光谱条纹的吸收带，最大值彼此间隔△λ。这种间隔△λ的值决定演色性指数Ra和色温Tc两者的数值，即决定色度图上的相关座标。

△λ和Na压之间成正比关系，除其它文献外，可参阅J.J.de    Groot和H.A.J.M.van    Vliet的“The    high-pressure    sodium    lamp”（高压钠灯），1986。因此，灯中的盛行Na压可通过测量△λ来确定。

一般用途的饱和高压钠灯的Na压对应于在该灯工作条件下一个处于大约800    K和1000    K之间的最低温斑的Na压。属于这些温度的Al的饱和压力低于铝酸钠生成反应中盛行的Al平衡压力，因此，当适用本发明时，在这些灯中的最冷斑附近会发生Al冷凝。因而，按照本发明的措施在这些情况下不会导致阻止铝酸钠生成反应，但能在颇大程度上使之延迟，从而可实现大大延长灯的寿命。这是按照本发明的措施的一个重要优点，对于那些专门包含Na作为可电离填充成分的灯来说尤其如此，因为已发现，在这些灯中导致Na消失的反应比在那些还含有Hg作为可电离填充成分的可比灯中进行得更快。

较好是，把Al设置在器壁上位于主电极之间的部分附近。这样做的优点在于，器壁的这一部分在灯工作期间达到最高壁温，而且作为结果，实现了比较高的Al分压。这对于防止生成具有β-和β″-铝酸盐结构的铝酸钠（NaAl₁₁O₁₇，NaAl₅O₆）特别重要。具有β-和β″-结构的铝酸盐的生成强烈依赖于盛行温度，而且发现它在1350 K以下难以发生，这与在800 K的温度就已有可观程度生成的所谓单铝酸钠（NaAlO₂）成鲜明对照。在1350 K以上的温度，β-和β″-铝酸盐的生成速度迅速增加。与在高压钠灯中可能存在的所有Na压条件相比，β-和β″-铝酸盐生成过程的Al平衡分压是比较高的。因此，把Al设置在器壁的最热部分附近，从而产生比较高的局部Al压，有利于防止生成β-β″-铝酸盐。这不仅导致提高灯的寿命，而且也使灯的设计者在考虑灯的参数时有更大的选择自由，尤其在考虑与其有关的预期器壁负荷和最高壁温时更是如此。一般来说，鉴于陶瓷器壁材料本身的耐温性能，要选择后者使之不高于1600 K。

借助于熔化把铝固定到放电室器壁上，有利于简化灯的制造。因此，铝在放电室中的存在形式可以是利用短时间外部加热熔化到放电室器壁上的一段铝丝或一个铝粒。

本发明的所述方面及其它方面将参照附图更详细地加以解释，其中

图1表示一种按照本发明的灯，

图2给出图1灯的部分详细断面视图，

图3a给出一种按照本发明的灯中铝酸钠生成的研究结果，

图3b给出一种在器壁附近无Al的对比灯中铝酸钠生成的研究结果，和

图4给出一种按照本发明的灯和一种对比灯的光谱测定结果。

图1表示一种按照本发明的高压钠放电灯，它配备一个用氧化铝陶瓷器壁3a封闭放电空间3b的放电室3，其中至少存在作为可电离填充成分的Na、一种稀有气体和Al。这种灯配备有安排在放电空间3b中的主电极4和5，两电极之间在工作条件下发生放电。主电极4和5均连接到各自的电流导通元件40和50，每个电流导通元件都穿过放电室3的器壁3a，并借助于熔融陶瓷接头9以气密方式与其连接（图2）。这种灯也配备一个外泡1和一个灯帽2。导通元件40通过软导体6′电连接到刚性电流导体6上，后者从内部连接到灯帽2。导通元件50通过辅助导体7电连接和机械连接到刚性电流导体8，后者也从内部连接到灯帽2。

图2详细说明包括电流导通元件40在内的放电室3的部分构造。电流导通元件40在陶瓷封塞30构成陶瓷器壁一部分的区域穿过陶瓷器壁3a。由电极棒4a和电极绕组4b组成的主电极4固定到导通元件40上。

Al粒20用熔化法固定到器壁3a位于电极4和5之间的部位。

额定功率为250瓦（W）的所述灯的实施方案是一种不饱和高压钠灯，它除Na外也含有Hg作为可电离填充成分。Na和Hg两者在灯的工作条件下都完全处于蒸气相中。Xe存在于该放电室中作为稀有气体，其压力为260毫巴（mbar）。Al以一段350微克、直径150微米、长7毫米并用熔化法固定到器壁上的铝丝形式配置在该放电室中。

在该灯的工作条件下，△λ是35纳米，这对应于大约45千帕（kPa）的Na压。最冷斑的温度是1050    K。最高壁温是1410    K。这种灯辐射的光的色温Tc为2350    k。因此，总体演色性指数Ra介于70和75之间。

为比较起见，在一个所有其它方面都相同的灯中，在放电室内器壁附近不设置Al。两种灯都先工作1200小时，然后对每种灯的放电室器壁研究单铝酸Na形式和具有β-和β″-结构的铝酸Na形式的Na存在情况。这种研究按如下方式进行：在除去Na-Hg齐之后，用原子吸收光谱法确定单铝酸Na形式的Na的数量。也通过溶解，从单铝酸Na中除去Na。然后用中子活化分析法确定剩余的Na量，而这种Na就是从具有β-和β″-结构的铝酸Na产生的。为此，放电室器壁在长度方向上划分成7部分。结果在图3中给出;图3a说明按照本发明的灯，而图3b则说明对比灯。

在图3中，放电室各部分用字母A至G标在横座标上。A部分和G部分是在陶瓷封塞水平上的器壁部分。B至F部分是位于两陶瓷封塞之间彼此等尺寸的器壁部分。

在所存在的铝酸Na中实测的Na量，以直方图形式，用相对单位标出每个器壁部分的情况，表示单铝酸Na形式的Na的直方棒画上斜线，而表示β-和β″-铝酸Na形式的Na的直方棒则画上点。

图3a和图3b结果的比较表明，Al的存在完全防止了具有β-和β″-铝酸盐结构的铝酸Na生成，而且在非常大的程度上防止了其它类型铝酸Na的生成。

所述灯的另一个实施方案（额定功率215瓦）是不饱和高压钠灯，其△λ为32纳米，对应于灯工作期间的Na压为大约40千帕。最冷斑温度是1140    K，在放电室两端周围使用Ta（钽）质热屏，每个热屏大约10毫米高。

放电室除含有Na外也含有Hg，充气压力为260毫巴的Xe，和一段用熔化法固定到放电室器壁上、重350微克的Al丝。

这种灯辐射的光谱中的△λ值在若干时间间隔上进行测定。为比较起见，也测定同种灯但器壁附近无Al的光谱△λ值。

结果在图4中给出，其中曲线Ⅰ代表按照本发明的灯，曲线Ⅱ则代表放电室器壁附近无Al的对比灯。

对这些曲线的检查表明，在按照本发明的灯中，几乎完全防止了Na消失，从而防止了单铝酸Na、β-和β″-铝酸Na的生成。这可以从下列众所周知的原理来解释，除其它文献外，可参阅J.J.de Groot和H.A.J.M.van Vliet的“The high-pressure sodium lamp”，1986，高压钠放电灯发射的光，其光谱特征是在589纳米附近两侧有光谱条纹的吸收带，其最大值彼此间隔△λ。间隔△λ与盛行Na压之间存在一定关系，这种间隔随盛行Na压降低而按比例缩小。间隔△λ可认为是由一个位于589纳米波长和吸收带短波侧光谱条纹的最大值之间的比例△λ_B建立的。△λ与Na压之间的关系类似于△λ与Na压之间的关系。这使得有可能用如下方法确定Na损失发生到何种程度：对一种灯在其寿命期间的不同时段测定△λ或△λ_B的数值。在气密的放电室中（即一种正在工作的灯的严格前提），Na损失只能从下列一种或数种成分缺乏耐Na能力来解释：陶瓷器壁，电流导通元件，熔融陶瓷接头，和电极。由于所研究的这些灯之间的唯一区别是器壁附近Al的存在，所以比较△λ或△λ_B实测值正在发生的变化，是一种确定铝酸Na生成方面变化的可靠手段。

Claims (4)

1、一种高压钠放电灯，所述灯配备一个有氧化铝陶瓷器壁的放电室、其中至少存在作为可电离填充成分的Na、一种稀有气体和Al，并配备能在工作条件下在其间发生放电的主电极，其特征是所述Al设置在该放电室器壁附近一个能在该灯工作条件下达到至少1000K温度的位置。

2、一种按照权利要求1的灯，其特征在于所述Al设置在该器壁一个介于主电极之间的部分附近。

3、一种按照权利要求1或2的灯，其特征在于所述铝用熔化法固定到该放电室的器壁上。

4、一种按照权利要求1、2或3的灯，其特征在于所述Al以一段丝或一个粒的形式存在于该放电室中。

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