CN1148783C - 高压放电灯 - Google Patents

Abstract

高压放电灯具有一个装在外壳(4)内的放电容器(1)，外壳内置有一个给氧器(30)。该给氧器(30)装有氧化银，并可以置于在灯工作期间所获得的温度为至少340℃的位置之处，在该温度下氧化物分解，并且释放氧气。借此防止源于烃污染物的黑色涂层沉积物。

Description

高压放电灯

本发明涉及一种高压放电灯，该灯包括：

一个透光放电容器，该容器以气密方式密封，充有电离气体，其中装有放电电极，该电极连接到进入放电容器的内电流导体3上；

一个透光外壳，该外壳以气密方式密封，并包围着放电容器；

电流导体，其进入外壳，并连接到相应内电流导体3上；

一个给氧器，其装有氧化合物，并置于外壳中，以便氧化合物受热分解释放氧气于外壳中。

从美国专利A-4918352已知这种高压放电灯。

在已知灯的外壳中或者充有含氧气体，或者装有给氧器，后者靠开灯发热释放出氧气。按照所述专利说明书，采取所述措施，使电流导体表面氧化，从而防止自放电容器充有的气体产生的钠损失。

一完成制造灯的过程，在外壳内就存在气体氧的缺点是，外壳的气密性不能由外壳内发生辉光放电证实。如此，给氧器会有优越之处，它是在外壳气密性证实之后，仅靠受热释放氧气。然而，遗憾的是，所述专利说明并未叙述为所述目的而能使用的任何氧化合物(compoundpound)。

从美国专利A-4,499,396已知，为了防止外壳内表面的黄磷涂层被还原以及因此而变黑，由于痕量氧的存在外壳内充有少量氧化气体是有好处的。变黑使灯的光保持(luminous maintenance)下降。然而，为防止这种情况，在灯的制造过程完成之后，就在外壳中存在氧气是一个缺点。

尽管如此，已强烈意识到需避免发生高压放电灯的外壳变黑的现象。这种变黑之所以会发生原因在于外壳内存在烃类。在灯工作的第一个小时期间，烃就已经分解，所得到的碳以一层黑沉积在外壳和/或放电容器上。这一黑层不仅影响光保持，而且也影响放电容器的温度，这样会导致色漂移。因为在灯工作几小时内就已经发生这种沉积物，所以它们对灯的性能有一种长期持久的消极影响。因而，非常希望尽可能快地消灭碳沉积物的存在。

灯内烃类可能源于几个因素。烃类能以灯零件如在其电流导体上的污染物的形式引入外壳，或者源于在最后充惰性气体如Ne/Nz之前抽空外壳所使用的真空泵内的油。其也可以是粘合剂残余物，如：在放电容器端都制诸如氧化锆之类的保热(heat conserving)涂层的涂层所使用的粘合剂，或者制黄磷涂层所用的粘合剂。除产生黑沉积物妨碍透光、降低光保持、以及可能引起色漂移外，源于烃类的碳，如果存在的话，还可以使黄磷涂层还原，使涂层变黑，并使其效应减小。

APL工程材料公司(美国，伊利诺斯州)，在其产品开发资料通报(Product Derelopment Information Bulletin)，金属卤化物灯吸气剂(MetalHalide Lamp Getter)，12/1/89中，公开了一种金属卤化物灯，该灯在其外壳内装了一个不锈钢箱，该箱有一个多孔盖，并装有置于200～360℃下的过氧化钡盘。吸气剂保持外壳中有少量氧化气氛。据说，这对对烃污染物敏感的灯特别有好处，例如：具有涂磷外壳的灯。

已发现BaO₂在给氧器中作为氧生成剂价格低廉。BaO₂按如下反应式放出氧并与烃类反应。

                                    (I)

                (II)

然而，使用BaO₂在技术上有一些缺点。

第一，BaO₂按下反应式与通常在灯中存在的氢反应。

       

在灯中使用BaO₂最初由美国专利A-3519864提出，其真正目的在于吸收对放电容器中的放电电压有负作用的氢。

这样形成的Ba(OH)₂，接着可以按下反应式分解。

       

这是一个不希望发生的反应。

其次，反应(I)、(III)和(IV)可以同时发生。如此，难以准确测BaO₂剂量。这些反应的速度与温度的依赖关系不同，使测量剂量更为复杂化。为解决这个问题，APL商业通报叙述了位于灯内的BaO₂容器必须使BaO₂维持于约250～360℃下。BaO₂最好保持在325℃以下。然而，这就是全部，但容易认识到，作为灯内的温度曲线，以一种复杂的方式，与下列诸因素有关，例如：工作位置：水平、垂直或者任何中间位置，尺寸和能构成灯罩的材料。

最后，BaO₂的释氧速度仅在500℃以上才是高的，这样，所允许的最高温度360℃就违背了灯的寿命开始时快速释氧的要求。

本发明的目的是提供一种如起始段落所述类型的、具有一个能在较低温度下快速释放氧气的给氧器的高压放电灯。

该目的因为给氧器含有Ag₂O而实现了。

已发现，氧化银对消除高压放电灯的外壳内所存在的烃的负效应十分有效。该化合物在较低温度下能按以下反应迅速释放氧。

            

在温度约为300℃时才开始释放氧气。从而，能够在确实没有氧气释放下完成灯的制造过程。借此，如所希望的那样，能够借助辉光放电证实外壳的气密性。然而，另一方面，氧化银在约340℃下能够加速释放氧，而在约400℃下能很快地释放。这点从图5曲线1能够显而易见，曲线1表示在将样品从室温加热到400℃时样品的重量损失，Δ重量，与时间的函数关系。在400℃下，Ag₂O于20分钟内完全分解。该曲线显现出，在较低水平下，有一个较宽的温度范围，约340～约400℃，该温度范围中氧化银作为氧发生体是活性的。而在400℃和高于400℃，则快速释放。这种性能使给氧器可以安装在各种位置，特别是基本在灯工作期间由放电产生的光路外侧，以便通过放电发出的热激活给氧器。在这方面，所指的光意味着可见光以及紫外光。如此，给氧器不需遮断，基本上可以说，任何直接源于放电的光。

在约150℃发生的小量重量损失是由于二氧化碳造成的，在较小程度上是由于水造成的。正如从图5曲线2所见，BaO₂显示出相似的小量重量损失，是由于直到400℃释放出的污染物，而基本上没有释放出任何氧。

在灯的制造过程完成之后，而在灯第一次工作之前，能够借助激活工序释放出氧气，该事实进一步增加了选择给氧器位置的自由度。可以采用外热源加热给氧器进行激活，例如高频电磁场、激光或其他适当的加热设备。

氧化银给氧器的优点在于，它能在室温空气中贮存较长时间，至少10天，而对其在灯内良好性能基本没有显著影响。此外，因反应V得到的给氧器的银残余物对灯内气体是惰性的，而反应III和IV所形成的产物正相反。

给氧器可以安装在邻近放电容器密封的位置，或者，例如与放电容器成一条线的位置，例如安装在电流导体上。

对在给氧器中氧化银的量要求不严格。它受灯的尺寸、生产工艺和外壳内所存在的涂层的影响。每种类型的灯所需要的数量可以用几个实验很容易地确定。过量一般对灯的质量无害，因为过量的氧将由例如电流导体的表面氧化作用所约束。按照美国专利A-4918352所列举的，这对放电容器中有钠的灯有良好的影响。通常，氧化银的量，假如存在，可以选择为其氧含量为外壳内所充气体的约0.5～3.3％(体积)，或者，因其分解而产生的初始氧分压为约5～约20毫巴。

对于本发明的本质来说，外壳具有什么形状，其形状是管状还是例如卵形，以及其是单端还是双端，是有一个或多个还是没有帽；是诸如石英玻璃还是硬质玻璃的玻璃，还是任何其他透光材料构成；所有这些都不是重要问题。放电容器可以是诸如石英玻璃、或者单晶或多晶材料、诸如烧结氧化铝之类的材料构成。放电容器可以具有各种形状之一，诸如是管状、是单端或者双端。其所充气体可以包括惰性气体，可包括汞，可能包括是诸如溴化物和/或碘化物的金属卤化物，或者，例如钠汞齐。外壳可以抽真空或者充气体，例如，用Ne/Nz混合物充气。通常，外壳会装吸氢剂，以避免污染物分解释放出氢，扩散到放电容器中，以及由此增加点火电压。

Ag₂O的物理形态与给氧器的性能无关，Ag₂O原则上能够以极细粉末状使用，其粒子尺寸为几十纳米至若干毫米。然而，由于生产给氧器的实践方面的原因，优选使用粒子尺寸为约0.1～约50微米的粒子。

给氧器可以有由诸如不锈钢、镍、钛等各种金属制的容器。出自易于加工的理由，优选应用镀镍铁或镍铬合金。容器形状可以为任何几何形状。实例如图所示。

在给氧器的实施方案中，容器由金属带成形。带可以成形为诸如装入氧化银粉末的μ形槽。然后可以将槽加工，得到例如四面闭合的套管，该套管有一条由原金属带相邻边或搭接边构成的长缝，以供氧通过，如后文所述。该套管可以依灯内存在的氧化银量被切成所需要的长度。与切割操作同时，或另选在切割操作之后，可以将套管在切割所得端面上压缩成封端。另外可选择，借助于一个另外的帽能够得到封端。

在外壳装有吸氢剂如Ar₂Ni的情况下，给氧器和吸气剂可以合为一体。如此，共用体，如金属共用件，可以装纳吸气剂和氧化银两者。氧化银和吸气剂例如可以存在于该共用体的共用凹进部分。它们甚至能以混合物的形式存在。共用载物架以及还有使用混合物使吸气剂和给氧器的制造成本和灯的组装成本下降。

按照本发明的高压放电灯的实施方案如图所示，其中：

图1表示灯的侧视图；

图2表示给氧器的第一实施方案；

图3表示给氧器的第二实施方案；

图4表示给氧器的第三实施方案；

图5为给氧器释放氧气图。

图1所示高压放电灯有一个透光放电容器1，它以气密方式密封，并充有电离气体。图中，钨放电电极2装于其中，并连接到进入放电容器1的内电流导体3上。图中，放电容器1是石英玻璃制的，并充有稀有气体、汞以及钠、铟和铊的碘化物。图中放电容器1的端部7有保热涂层ZrO₂。

图中，硬质玻璃制的管状透光外壳4，以气密方式密封，并围绕放电容器1。电流导体5进入外壳4，并连接到相应内电流导体3。如图4所示的并装有氧化合物的给氧器30置于外壳中，以便氧化合物受热分解释放氧气于外壳4中。吸气剂6也置于外壳4中。图中使用Saes pH/SF50吸气剂。所述吸气剂含有Zr₂Ni作为活性成分。图中，给氧器30和吸气剂6与放电容器安装在一条线上，并焊于电流导线5上。外壳4固定于帽8上，相应电流导体连接到帽8的接头9上。

给氧器30装有Ag₂O作为释放氧气的化合物。

给氧器30置于在灯工作期间温度至少为340℃的位置，图中约400℃。如此，在图1中所示的灯中，由工作的灯放热而加热给氧器，结果快速放出氧气。

给氧器30包含装有60毫克粉状Ag₂O的通氧的容器31，34。

所示的灯耗电250瓦。其外壳4体积约310毫升，并装有600毫巴Ne/N₂混合物。

图1灯的改进型中，给氧器30和吸气剂合并在一起，如此构成一体，装在图1中给氧器30的相邻位置。在另一改进型中，容器31、34装有吸气剂和氧化银两者。在再一个改进型中，Zr₂Ni吸气剂和氧化物(oxygen oxide)以混合物的形式装在载物架6′中，如图1虚线所示。

图2中，给氧器10包含一个圆柱形容器11，在其顶开口，内装疏松或压缩氧化银粉末12。该顶用诸如由烧结金属粉末制的盘的零件13封口，零件13能够保持粉末并使气体能自由通过。支撑14固定于容器11上，以便将给氧器10稳定定位在灯内。

图3中，给氧器20包含装有氧化银粉末22的环状容器21。粉末22采用能使气体自由通过的金属件23保持在容器21中。支架24固定于容器21，以便将给氧器20固定在灯内。

图4中的给氧器30包含采用冷成形金属薄片得到的凹形容器31。容器31有直边上沿32。氧化银33置于容器31的凹部。采用不透气的金属薄片构成的保持件34封闭容器31的上沿；保持件34借助多处焊接例如焊点35，35′固定到沿32上。该容器可防粉尘，但氧气经位于上沿32和保持件34之间的、并在每两个焊点之间的狭缝36自由逸出，图中所示仅狭缝之一。保持件34有后状物37，以固定给氧器于灯内。

图1所示类型的灯未装给氧器者为Ref.灯；装有直到将给氧器安装在灯内的工序其均保存在惰性气体中的新鲜给氧器者为FD灯；装有在安装之前在环境大气中至少保存了72小时的老化的给氧器者为AD灯；在外壳中装有特意计量的油，但未装给氧器者为O灯；装有特意计量的油和新鲜给氧器者为OFD灯。在这些试验灯内装的给氧器均有115毫克Ag₂O。

使所述灯工作，一旦稳定工作便进行测量，点燃后15分钟，作为时间的0小时时刻。稳定工作100小时后再次进行测量。测定光输出和色三角图中色点(Color point)的x坐标。因为放电容器所充的气体中含碘化钠，由于热积累黑色沉积物所造成的放电容器温度增加导致放电弧光灯(discharge arc)内存在大量钠，并且借此导致x坐标较高。x值低表示不存在黑色沉积物。表1示出了所述数值和所计算的100小时时的光保持，后者为所示时间的光通量对稳定工作0小时的光通量的百分比。

                          表1

灯		0小时	100小时	发光度(％)
					Ref.	流明X	19640±270356±3	17680±520368±5	90.0
FD	流明X	20140±345360±4	19640±380355±5	97.5
					AD	流明X	20500+455360+4	19950+330357±1.5	97.3
O	流明X	17470±1140368±9	12730±2090380±8	72.9
					OFD	流明X	18955±970363±6	19435±555358±4	102.5

比较Ref.灯与FD灯和AD灯的结果，可见，给氧器大大增加了光保持，无论给氧器是新鲜的还是老化的均无显著影响。从O灯明显看出烃类的不利影响。表1最后一行清楚表明，给氧器对消除即使是有意加入的油(OFD灯)的不利影响具有良好的能力。具有给氧器的灯100小时色点的x坐标最低，也说明消除了热积累涂层的沉积。

在灯工作2000小时之后，分析外壳内的气体，可见，装有给氧器的灯含有二氧化碳，而不含氢。释放的氧气不妨碍吸氢剂的性能。二氧化碳能被吸气剂缓慢吸收，而无害于灯。

Claims (7)

1.一种高压放电灯，该灯包括：

一个透光放电容器(1)，该容器以气密方式密封，充有电离气体，其中装有放电电极(2)，该放电电极(2)连接到进入放电容器(1)的内电流导体(3)上；

一个透光外壳(4)，该外壳以气密方式密封，并包围着放电容器(1)；

电流导体(5)，其进入外壳(4)，并连接到相应内电流导体(3)上；

一个给氧器(30)，其装有氧化合物，并置于外壳中，以便氧化合物受热分解释放氧气于外壳(4)中；

该灯的特征在于给氧器(30)装有Ag₂O。

2.按照权利要求1要求的高压放电灯，其特征在于给氧器(30)置于在灯工作期间获得至少340℃温度的位置。

3.按照权利要求1或2要求的高压放电灯，其特征在于外壳(4)内装有吸氢剂(6)。

4.按照权利要求3要求的高压放电灯，其特征在于吸氢剂(6)包含Zr₂Ni。

5.按照权利要求1～4中任何一项要求的高压放电灯，其特征在于给氧器(30)包括其中存在粉末状Ag₂O的通氧的容器(31，34)。

6.按照权利要求3或4要求的高压放电灯，其特征在于氧化银和吸氢剂装在一个共用载物架(6′)中。

7.按权利要求6要求的高压放电灯，其特征在于氧化银以与吸氢剂混合物的形式存在。

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