CN1132220C

CN1132220C - 低压汞蒸气放电灯

Info

Publication number: CN1132220C
Application number: CN998032093A
Authority: CN
Inventors: J·H·雷斯; A·J·H·P·范德波尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: DE69919505T2; JP2002528879A; US6445121B1; EP1044462B1; WO2000025345A1; CN1291342A; DE69919505D1; TW433537U; EP1044462A1

Abstract

低压汞蒸气放电灯带有放电容器和第一和第二端部(12a)。放电容器以气密方式封闭放电空间，放电空间带有汞和稀有气体的填充物。每个端部(12a)支持设置在放电空间中的电极(20a)。电极屏蔽板(22a)环绕至少一个电极(20a)，并根据本发明横截面为螺旋形形状。电极屏蔽板(22a)最好由陶瓷材料制成。电极屏蔽板(22a)最好由氧化从电极释放的碱土金属的材料或与碱土金属形成合金的材料所覆盖，该碱土金属由电极(20a)释放。根据本发明的灯具有较低的汞消耗量。

Description

低压汞蒸气放电灯

技术领域

本发明涉及带有放电容器的低压汞蒸气放电灯，

该放电容器以气密方式包围放电空间，该放电空间带有汞和稀有气体的填充物，

设置在放电空间中的电极，用于在放电空间中产生和维持放电，以及

至少基本上包围至少一个电极的电极屏蔽板。

背景技术

汞是在汞蒸气放电灯中用于(有效)产生紫外(UV)辐射的基本成分。包括发光材料(例如荧光粉末)的发光层可以存在于放电容器的内壁上，用于将UV转换到其它波长，例如转换到用于太阳晒黑目的(太阳睡椅灯)的UV-B和UV-A，或者转换到用于一般照明目的的可见光。因此这种放电灯也被称为荧光灯。低压汞蒸气放电灯的放电容器一般是圆形形状的，并且细长的和紧凑形的实施例都有。一般，所谓紧凑形荧光灯的管形放电容器包括一组较小直径的较短的直的部分，各直的部分或者由桥部或者由弯曲部互连。紧凑形荧光灯一般带有(一体的)灯头。

由日本专利申请JP-A-62-208536的英文摘要可知开篇中所述类型的低压汞蒸气放电灯。在已知的灯中，包围电极的电极屏蔽板是圆柱形形状，并在所谓的阳极区的方向上带有窄开口。已知的电极屏蔽板由玻璃制造，并与电极电绝缘。同时还被称为阳极屏蔽或阴极屏蔽的已知电极屏蔽板的使用，实现了所谓阴极辉光中的高能电子的一部分在电极屏蔽板的内表面处复合，同时这些电子的另一部分通过开口扩散。其结果是，阴极辉光和阳极区相互耦合，并提高了已知放电灯的效率。

使用已知低压汞蒸气放电灯的缺点是其汞消耗量较高。其结果是，如果要实现足够长的寿命，对于已知的灯来说就需要较高的汞剂量。这在灯寿命结束以后非专业化处理的情况下对于环境是有害的。

发明内容

本发明的目的是提供一种开篇中所述的低压汞蒸气放电灯，该灯消耗的汞较少。

为达到该目的，根据本发明的低压汞蒸气放电灯的特征在于电极屏蔽板的横截面为螺旋形形状。

为实现低压汞蒸气放电灯的良好的工作，这种放电灯的电极不仅包括具有高熔点的材料(一种广泛使用的金属是钨)，而且包括具有低的所谓功函数(降低的发射势能)的(发射体)材料，以便于给放电提供电子(通过发射，阴极功能)，以及便于从放电接收电子(阳极功能)。已知的具有低功函数的发射体材料例如是碱土金属的氧化物。已观察到，在这种低压汞蒸气放电灯工作期间(发射体)材料例如由于来自一个电极(多个电极)的所述碱土金属的蒸发或溅射而被释放。已发现，一般这些材料沉积在放电容器的内壁上。进一步发现沉积在放电容器中别处的碱土金属不再参与光产生过程。在灯寿命期间，所沉积的(发射体)材料造成所谓的变黑(变灰效应)，这通常可以以在低压汞蒸气放电灯电极附近的带黑色的圈的形式被看到。由于审美上的原因这种变黑是不希望有的。化学分析还显示出含汞的汞齐形成在内壁上变黑的斑点中。可获得的用于放电的汞量由于这些汞齐的形成而(逐渐)减少，这对灯寿命有不良影响。为抵消在灯寿命期间这种汞的损失，在灯中需要较高的汞剂量，这由于环境的原因是不希望的。

使用横截面为螺旋形形式的电极屏蔽板的另外的优点是，在放电容器内壁变黑现象的减少使得与已知放电灯相比放电灯提高了有用寿命期间的流明输出。

在已知的低压汞蒸气放电灯中，在围绕电极的区域中由于存在圆柱形电极屏蔽板而使汞吸收降低。然而，在已知电极屏蔽板中面对放电空间(阳极区方向)的较大开口的存在仍使得在放电灯工作期间释放的发射体材料的相当一部分有可能沉积在放电容器的内壁上。

当根据本发明在低压汞蒸气放电灯中使用横截面为螺旋形形状的电极屏蔽板时，从放电空间的方向看去电极(电极上的发射体材料)被电极屏蔽板完全遮盖。这种横截面为螺旋形形状的电极屏蔽板可以说是实现了当沿放电空间的方向看去时电极不能看到放电容器内壁的直接“图象”。根据本发明的措施显著降低了工作期间由电极沿放电空间的方向发射的材料沉积在放电容器内壁上的危险。

当电极屏蔽板的横截面基本为螺旋形时特别有利。这种螺旋形电极屏蔽板给从电极到放电空间的放电提供了良好的通路。另外，例如由于给合适的材料薄片提供所需要的螺旋形状，使得螺旋形电极屏蔽板容易制造。

根据本发明的低压汞蒸气放电灯的一个优选实施例的特征在于电极屏蔽板被绕成螺旋形，使得这种螺旋形包括至少一整圈。从电极到放电空间的放电通路穿过螺旋形绕制的电极屏蔽板的圈而延伸。如果该螺旋形包括至少完整的一圈，则沿放电空间的方向在任何地方电极都将不会“看到”放电容器的壁，换句话说，发射体材料被沉积在放电容器壁上的风险显著降低。

在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的另一个实施例中，电极屏蔽板有一窄的开口，使所述开口的尺寸合适，从而允许电极穿过。这种措施的优点是，在制造放电灯的过程中，当电极已被(例如借助于焊接操作)安装在所谓的固定件上时，可以围绕该电极设置电极屏蔽板，其中该固定件包括穿过放电灯端部到达放电容器外的电流提供导体。

根据本发明的低压汞蒸气放电灯的再一个实施例的特征在于，至少一个电极包括在工作期间部分地从电极释放的碱土金属，并且在于，电极屏蔽板包括氧化从电极释放的碱土金属的材料或与源于至少一个电极的碱土金属形成合金的材料。由实验发现，金属形式的碱土金属与汞一起形成汞齐，并且发现碱土金属的氧化物不与汞反应。这样，在相似的条件下例如BaO、SrO、Ba₃WO₆，Sr₃WO₄等形式的碱土金属不与汞一起形成汞齐，而金属形式的碱土金属确实与汞结合，形成例如Ba-Hg或Sr-Hg汞齐。包括氧化从电极释放的碱土金属的材料或与源于电极的碱土金属形成合金的材料的电极屏蔽板的设置显著降低了汞被汞齐化的危险，从而保持了供放电使用的汞，并且降低了放电灯的汞消耗量。

根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例的特征在于，电极屏蔽板的材料包括对碱土金属进行氧化的材料的氧化物。由于源于电极并沉积在电极屏蔽板上的碱土金属的化学状态从金属形式改变成合适的金属氧化物，因而放电灯的汞消耗量降低。合适的材料是具有一个以上氧化状态的氧化材料，该材料不处于其最低的氧化状态。另外的合适的材料是氧不足(oxygen deficit)的材料。碱土金属最好是钡或锶，并且氧化物从由MnO₂、TiO₂、Fe₂O₃、In₂O₃、SnO₂、SnO₂：Sb、ZrO₂、Nb₂O₅、V₂O₅、Tb₄O₇和ZnO形成的一组中选择。与金属形式的碱土金属(来自电极)接触将导致相应的碱土金属氧化物的形成，即BaO和/或SrO。

电极屏蔽板本身不能吸收明显的汞量。为此目的，电极屏蔽板的材料包括，例如来自由镁、硅、铝、钛、锆、钇和稀土元素形成的一组的至少一种元素的至少一种氧化物，或者电极屏蔽板由金属制造，例如铁或钛。电极屏蔽板最好由包括氧化铝的陶瓷材料制造。一种特别合适的电极屏蔽板是由致密地烧结的Al₂O₃制造的电极屏蔽板，也被称作PCA(多晶铝氧)。使用氧化铝的一个额外的优点是由这种材料制造的电极屏蔽板耐较高的温度(＞250℃)。电极屏蔽板的(机械)强度被减弱的风险在这种较高的温度下增加，由此电极屏蔽板形状的耐久性受到不良影响。源于电极并沉积在由氧化铝制造的处于这种显著升高温度下的电极屏蔽板上的材料(即发射体)由于这一升高的温度而不能或者基本上不能与放电中出现的汞反应，从而至少基本上防止了汞形成汞齐。这样，根据本发明的横截面为螺旋形形状的陶瓷电极屏蔽板的使用起到双重作用。一方面，它有效地减少源于电极的材料在放电容器内壁上的沉积，同时另一方面，它阻碍沉积在电极屏蔽板上的材料(发射体)与放电灯中存在的汞一起形成汞齐。在工作期间电极屏蔽板的温度最好高于250℃。这种较高温度的优点是电极屏蔽板变得比在已知灯中热，特别是在最初阶段，其结果是仍被束缚在电极屏蔽板上的任何汞都更快速和更容易地被释放。

在靠可控镇流器例如所谓高频调整(HFR)减光镇流器而工作的灯中存在了使用横截面为螺旋形形状的氧化铝电极屏蔽板的另一个优点，其中特别是在降低的光输出的情况下可能发生电极的(发射体)材料的过量蒸发，同时在这些条件下一般通过“偏置”电流的使用，电极被额外地加热。电极屏蔽板将捕获该材料，并实现对汞齐的形成的有效抵消。由此低压汞蒸气放电灯的汞消耗量降低。

陶瓷电极屏蔽板的使用进一步降低了在电极屏蔽板中材料的反应能力，即它们与放电容器中存在的汞反应以形成汞齐(Hg-Ba，Hg-Sr)的倾向。此外，电绝缘材料的使用防止了电极引线的短路和/或电极的若干线匝的短路。

电极屏蔽板的形状及其相对于电极的定位影响电极屏蔽板的温度。电极屏蔽板的对称轴最好至少与电极的纵轴基本平行或者基本与之重合。

附图说明

现在将参照若干实施例和附图更详细地说明本发明，其中：

图1以纵向截面视图示出了根据本发明的低压汞蒸气放电灯的一个实施例；

图2以透视图示出了图1的细部；

图3A是图2的横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板的横截面视图；

图3B是图3A的横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板的另一个实施例的横截面；以及

图4与已知放电灯的汞消耗量相比，示出了带有根据本发明的电极屏蔽板并以所谓长周期靠减光镇流器而工作的低压汞蒸气放电灯的汞消耗量。

各附图纯属图解性质的，并非按比例真实绘制的。为清楚起见有些尺寸已被特意放大。在各图中已尽可能对等同的部件给出了同样的参考标号。

具体实施方式

图1示出了具有玻璃放电容器10的低压汞蒸气放电灯，该放电容器带有围绕纵轴2的管形部分11，该放电容器能透射在放电容器10中产生的光辐射，并具有第一和第二端部12a、12b。在本例中，管形部分11长度为120cm，内径为24mm。放电容器10以气密方式封闭了一个放电空间，该放电空间具有汞和稀有气体例如氩的填充物。管形部分的壁通常涂覆有发光层(图1中未示出)，该发光层包括将紫外(UV)辐射(通常)转换成可见光的发光材料(例如荧光粉)，该紫外辐射是由受激的汞返回到基态而产生的。端部12a、12b各支撑一个设置在放电空间13中的电极20a、20b。电极20a、20b包括钨绕组，该钨绕组涂覆有电子发射物质，在本例中为钡、钙和锶的氧化物的混合物。电流提供导体30a、30a’、30b、30b’从电极20a、20b开始延伸，穿过端部12a、12b到达放电容器10的外部。电流提供导体30a、30a’、30b、30b’连接到紧固在灯头32a、32b上的各接触管脚31a、31a’、31b、31b’上。电极环(图1中未示出)通常绕其上夹持有玻璃封壳的各电极20a、20b而设置，利用该电极环投配汞。在另一个实施例中，在排气管中设置包括汞和PbBiSn或BiIn合金的汞齐，该管与放电容器10相连通。

在图1的实施例中，电极20a、20b被电极屏蔽板22a、22a’包围，根据本发明该电极屏蔽板22a、22a’具有横截面为螺旋形(被高度示意地画出)的形状。图2以透视图示出图1的细部，其中端部12a借助于电流提供导体30a、30a’支撑电极20a。围绕电极20a有一由紧固装置27a支撑的横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板22a，该紧固装置27a由支撑装置26a保持在端部12a中。图3A示出了图2的横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板22a的横截面。这里电极20a作为具有由de表示的外周的绕组的一部分被高度示意地画出。横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板22a具有由ds表示的窄开口。在图3B所示的另一实施例中，横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板22a’具有(有规则的)多边形形状。横截面为螺旋形的另一实施例包括基本为立方体形或六边形形状的电极屏蔽板。在面对放电的放电灯一侧，电极屏蔽板22a、22a’带有一由ds表示的尺寸的横向窄开口25a、25a’。在一具体的优选实施例中，电极20a具有外径de＝1.8mm，开口的尺寸ds≥1.8mm，最好ds至少基本上等于2mm。

横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板降低了来自电极的(发射体)材料沉积在放电容器内壁上，并在那里引起不希望有的变黑的危险。当由陶瓷材料(例如致密地烧结的氧化铝)制造这种电极屏蔽板时，进一步实现了使在低压汞蒸气放电灯工作期间沉积在陶瓷电极屏蔽板上的(发射体)材料具有如此高的温度，使该材料不能形成汞的汞齐，由此实现了灯的汞消耗量的显著的进一步降低。

进行了若干实验，在实验期间带有根据本发明的横截面为螺旋形类型电极屏蔽板的低压汞蒸气放电灯靠所谓的高频调整(HFR)减光镇流器而工作，并测量了电极区域中的汞消耗量，同时将其与带有已知电极屏蔽板的参考灯的汞消耗量进行比较。图4与已知放电灯的汞消耗量相比，示出了随低压汞蒸气放电灯的工作小时数而变化的汞消耗量，该低压汞蒸气放电灯具有横截面为螺旋形类型的电极屏蔽板，各电极屏蔽板由致密地烧结的氧化铝制造，并各带有Fe₂O₃层，每个电极屏蔽板围绕电极而设置。这里放电灯靠减光镇流器以165分钟ON与15分钟OFF的交替的所谓长切换周期工作了1250小时。安装有横截面为螺旋形类型电极屏蔽板的电极在工作1000小时之后显示出在电极区域(对于每个电极测量的)中7μg(曲线a)的汞消耗量，其中横截面为螺旋形类型电极屏蔽板是涂覆有Fe₂O₃层的氧化铝，而已知灯显示出在电极区域中225μg(曲线b)的汞消耗量。通过这一比较明显看出在寿命期间已知放电灯比安装有根据本发明的电极屏蔽板的放电灯消耗明显更多的汞。

显而易见，对于本领域技术人员来说可以在本发明范围内有许多变型。放电容器的形状不必是细长的和管形的，而是也可以是不同的形状。特别是，放电容器可以具有弯曲的形状(例如弯弯曲曲的形状)。电极屏蔽板的紧凑结构使得可以在小型荧光灯中有利地利用本发明。此外，横截面为螺旋形的形状可以用另一种方法由几个部分构成。

本发明存在于各新颖的特征以及各特征的任意结合中。

Claims

1.一种带有放电容器(10)的低压汞蒸气放电灯，

该放电容器(10)以气密方式包围放电空间(13)，该放电空间(13)带有汞和稀有气体的填充物，

设置在放电空间(13)中的电极(20a、20b)，用于在放电空间(13)中产生和保持放电，以及

包围电极(20a、20b)的电极屏蔽板(22a、22a’)，

其特征在于，电极屏蔽板(22a、22a’)的横截面为螺旋形的形状。

2.如权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于电极屏蔽板(22a、22a’)被绕成螺旋形，使得所述螺旋形包括至少完整的一圈。

3.如权利要求2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于，电极屏蔽板(22a、22a’)有一窄的开口(25a、25a’)，使所述开口的尺寸适于允许电极穿过。

4.如权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于，

电极(20a、20b)包括在工作期间部分地从电极(20a、20b)释放的碱土金属，并且在于，

电极屏蔽板(22a、22a’)包括氧化从电极(20a、20b)释放的碱土金属的材料或与源于至少一个电极(20a、20b)的碱土金属形成合金的材料。

5.如权利要求4的低压汞蒸气放电灯，其特征在于，电极屏蔽板(22a、22a’)包括对碱土金属进行氧化的材料的氧化物。

6.如权利要求5的低压汞蒸气放电灯，其特征在于，碱土金属是钡或锶，并且氧化物从由MnO₂、TiO₂、Fe₂O₃、In₂O₃、SnO₂、SnO₂：Sb、ZrO₂、Nb₂O₅、V₂O₅、Tb₄O₇和ZnO形成的一组中选择。

7.如权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于，电极屏蔽板(22a、22a’)由陶瓷材料制造。

8.如权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于，在工作期间电极屏蔽板(22a、22a’)的温度高于250℃。