CN1157669A - 低气压放电灯 - Google Patents

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Abstract

低气压放电灯具有中空筒状电极(3)进入其中的灯管(1)，放电路径延伸在电极之间。至少一个电极在距其空端(4)一定距离处有一个延伸在放电路径上的两端开口管(5)。该管通过导电装置(7)连接到电极上，并镀有电子发射材料(6)。装置(7)的材料的截面表面积最多为电极材料的截面表面积的25％。

Description

低气压放电灯
本发明涉及一种低气压放电灯，包括：
以真空密封方式封口、具有尾部的管状玻璃灯管；
在灯管中含有稀有气体的可电离填充物；
分别在一个尾部进入灯管、每个有一端在灯管内和灯管外的中空筒状电极。
这样一种低气压放电灯已知于EP-A0562679(PHN14.189)。
已知的电灯具有易于实现的简单结构。其中的中空筒状电极有多种作用：它们可作为灯管内的电极，可作为灯管内和灯管壁中的电流提供导体和电流通路，还可作为能由其清洁灯管和装入填充物管道。灯管可以用真空密封方式来封口，其中使一个玻璃管在灯管外熔合到一个电极上，并在玻璃管的空端对口，例如通过熔接来实现。
已知电灯的结构使得易于制成具有较小内径(如1.5至7mm)和较大长度(如1m或更长)的电灯。
可电离填充物可包含一种稀有气体或稀有气体的混合物，或者还包含诸如汞的可蒸发成分。灯管壁可涂有荧光材料。该电灯可用来照明或用作信号灯，例如充入氖灯作为汽车的尾灯或停车灯。在后一种应用中，该电灯和白灯相比的优点是它在10ms后就已完全发光。而白炽灯在通电后需300ms。
已知电灯的缺点是其光能量比较低。
本发明的目的是提供一种开头一段所述类型的、能提供增大光能量的低气压放电灯。
根据本发明，这一目的的实现方法是：一段管在至少一个电极的延伸方向上位于距电极一端的一定距离处，该管镀有电子发射源，由导电装置连接到电极上，该导电装置的材料在横向于电极方向的截面表面积最多为电极本身材料的截面表面积的25％，而且该管至少在面对电极的一端是开口的。
根据本发明的电灯在功耗相同时提供了增大的光能量。
在电灯的启动过程中放电弧主要产生在电极的内部。电弧也打在管上并使其升温。在一段时间之后电弧主要产生在管上并保持在那里。
在电灯工作过程中管具有比较高的温度。结果是形成良好的电子发射。导电装置为管提供热绝缘，这样电极本身比较凉，温度低于已知电灯的电极。这由和灯管接触区域的电极温度以及灯管外的电极温度得到证明。因此工作中灯管以及灯管外的电极可以接触或由具有较低耐热性的材料相连。
一般地，导电装置形成50-2000k/w的热阻。如果热阻远大于该值，管一般会达到可以开始产生蒸发的温度。如果热阻低于该值，对管温度的影响就小。热阻为100-2000k/w是优选的。
只有一个电极装有管的电灯非常适合于直流工作。这时有管的电极是阴极。不过对于诸如交流工作，两个电极都装有这种管是优选的。
导电装置可以由一根金属丝构成，通过诸如接触焊接或激光焊接被焊接到电极和管上。不过，该装置另外也可包含两根或多根金属丝。对于在工作中由于诸如撞击或震动而受到加速影响的电灯，这一实施方案是优选的。
在优选实施方案中，管和电极为一个整体。在这种情况中可用诸如锯、磨、钻、气割或腐蚀等方法，从圆筒壳上去掉一些材料以在其纵向部位上形成电极和管，在管和电极之间可保留一个或几个连接体以作为导电装置。三个沿圆周分布的这样的连接体可形成牢固的机械结构。管壁由诸如固体材料构成，比如和电极相同的材料，例如管和电极是一个整体。
在优选实施方案中，管壁是多孔的。制成管的材料是耐熔金属，比如Ni、Mo、Ta或其合金。这样的好处是可附着在管上的发射源材料的粘附强度和数量都可得到提高。另外，管的热容量比较低，使得电极的升温很快。
有利的是，多孔材料是网状的，因为这容易处理并且有较高的强度。比如网由具有几十个微米直径的金属丝以每毫米几根丝的密度编织而成。
管内镀有发射源是优选的。不过管也可在外部镀膜，或者内外都镀膜。在内部镀膜的情况下放电弧优先加在管的内部。这样任何从管上脱离的材料基本上保持在管内，而不会沉积在灯管壁上。当管浸在发射源材料的悬浮液中时，管可以特别轻易地被内外都镀膜。在电灯寿命的末期上如果内部发射源存料将被耗尽时，那么外部发射源可作为备用源料。
管的热绝缘性可通过选取管和电极之间的距离、管和电极之间连接体的数量以及其平均截面而加以选择，如果管和电极是组合元件，绝缘性也可通过选取上述装置的材料，特别是其热导率而调节。那些现有技术领域的熟练工可轻易地为每个灯型做较小的测试系列而作出选择。
发射源可从诸如低气压放电灯的电灯得知的发射源或其混合物中选择。从BaO、CaO和SrO作发射源非常适合，例如这可从其碳酸盐的等摩尔部分中获得。另外也可用BaxSri-xY2O4，其中X例如可为0.75。
电极(管也可能如此)可由具有和灯管玻璃相一致的膨胀系数的金属制成，例如对石灰玻璃可用CrNiFe合金，如Cr的重量比为6％，Ni的重量比为42％，其余为Fe。对硬玻璃灯管，如硼硅玻璃，电极可由如Ni/Fe或NiCoFe制成，如Ni的重量比为29％，Co的重量比为17％，其余为Fe，例如其直径为1.5mm，壁厚为0.12mm。
另外，电极和管的组合单元中的管可由诸如含重量比例为18％的Cr，10％的Ni，其余为Fe的CrNiFe或者Ni组成。那么导电装置可以是NiCr，如Ni80Cr20(重量/重量)，例如是以0.125或0.250mm直径的金属丝形式存在。
在根据本发明的电灯的实施方案中，管在两端都开口并置于灯管内部。在这一实施方案中放电弧产生的几乎所有辐射都被利用，这对比较短的灯管特别有吸引力。
引发本发明的实验表明：对于发射源加在放在放电灯管内部的管中的情况，而该管有一端开口，封口端面对电极或远离电极，则放电弧围绕管进入电极。这样灯管在管附近严重变黑。
灯管可以这样封口：用玻璃管在灯管外熔接到一个或两个电极上再封口。不过另外也可对电极管本身在灯管外进行密封。为此，(玻璃)管可通过熔合来封口，例如用激光，或者被紧压，或紧压并熔合。
在根据本发明的电灯的另一个实施方案中，管装在灯管外的电极前端。这样的好处是在工作中从管上脱离的材料将基本上落在灯管外，从而使灯管本身保持干净。因此在电灯寿命期内保持了高的光强输出。这个实施方案对填充物含有可蒸发成分的电灯特别重要。因为在正常工作中放电弧主要加在管上，所以管所处于的灯管外的空间具有比较高的温度。这样蒸发成分可认为比较高的蒸气压。
远对电极的另一端可和上述正对电极的一端一样是开口的，另外它也可封口，比如被紧压。
根据本发明的低气压放电灯的第一实施方案如图1的侧视图所示，有部分断开。图2显示的是第二实施方案，也是侧视图并部分断开。
图中的低气压放电灯有一个以真空密封方式封口的、具有尾部2的管状玻璃灯管1。它含有包含稀有气体的可电离填充物，图中是含氩和汞的填充物。磷的混合物8覆盖在灯管内表面的主要部位上。中空筒状电极3分别在一个尾部2进入灯管，并有在灯管内和灯管外的端4A、4B。
管5在至少一个电极3的延伸方向上位于电极的端4之一，即4A之前的一定距离处，该管5至少在面对电极的一端是开口的，镀有电子发射源6，并由导电装置7连接到电极3上，该导电装置7的材料在横向于电极方向的截面表面积最多为电极本身材料的截面表面积的25％。
在图示实施方案中，管5在两端都开口，并在灯管1内装在电极3之前。
管内外都镀有发射源。电极和管形成一个整体。在图中两个电极都具有这样镀有发射源的管，管通过沿圆周分布的三个连接体连接到电极上，三个连接体在图中占了圆周的大约10％，构成了导电装置。
在具有内径为3.5mm，外径为5mm的石灰玻璃灯管的类似电灯中，采用了3Cr6Ni42Fe52(重量/重量/重量)电极。电极内径为1.5mm，壁厚为0.12mm。具有固体镍壁的管在两端都开口，有4mm长，延伸在每个电极前的3mm处。管内外都镀有BaCaSrO3。管由一根0.4mm直径的镍丝支撑，镍丝的截面表面积大约是电极本身材料的截面表面积的6％，所形成的热阻为320k/w。
该电灯和电极上没有管、但所有其它方面都相同的电灯(ref)进行了比较。参考电灯和根据本发明的电灯(inv1)一样，工作在10mA的交流电流下。根据本发明的电灯还工作在30mA下(inv2)。电灯上的电压Vla、功耗Pla、光能量Φ和发光效能η列于下面的表1中。
表1
电灯 Vla[V] Pla[W] Φ[lm] η[lm/W]
ref 304 3.0 135 44
inv1 180 1.8 135 75
inv2 163 4.9 300 60
由表1明显可见：工作在相同电流下时，根据本发明的电灯比参考电灯消耗更低的功率，而发出相同的光能量，因此就有明显更高的发光效能。当电灯在更高功率下工作时(inv2)，发光效能和光能量一样都高于参考电灯。
同样的灯管，但没有镀磷，具有相同的电极、有发射源的管和导电装置，填充上25mbar的氖气，其中按体积加入0.05％的氩气。电灯(inv3)工作在10mA的直流电流下，和电极上没有管、但所有其它方面都相同的参考电灯(ref2)进行了比较。
结果列于表2中。
表2
电灯 Vla[V] Pla[W] Φ[lm] η[lm/W]
ref 800 8 120 15
inv3 650 6.5 120 18.5
由该表明显可见根据本发明的电灯有更高的发光效能，这使得和参考电灯有相同的功耗时，光能量比参考电灯更高。
电灯inv3在图中用a-g标出的位置进行了温度测量，阴极在位置g。这些温度和用于比较的参考电灯(ref2)对应的温度一起列于下面的表3中。
表3
温度(℃) a b c d e f g
inv3 45 55 63 47 124 120 71
ref2 60 60 60 50 177 177 230
由表3明显可见电灯inv3的最高测量温度比参考电灯中的低50℃。因为电灯显然必须用电极凸出部分固定以对其供电，位置g的阴极附近的温度是最低的，并远低于(71℃)参考电灯，这对于选取在工作中和电灯相连接的材料是非常重要的。显然由e-g的温度可见参考电灯的灯管的温度主要来自通过灯管壁传导的电极所产生的热量。电灯inv3的灯管的温度主要来自电极的管所产生的辐射。
在另一个实施方案中，管壁是多孔材料，例如是直径在50-100um之间的金属丝网，其密度为每毫米3-6根丝。合适的材料有诸如Ni、Mo和Ta。在一个实施方案中，管的长度和内径分别为3mm和1.5mm。
图2中，对应于图1的部分的标号增加了10。图1和图2实施方案的电灯，以下分别称为inv4和inv5，在工作1小时和2000小时后测量了其电灯特性。电灯inv4中管之间的距离为12cm，其结构在所有其它方面和电灯inv1相同。电灯inv5的结构只是管置于灯管外这一点和电灯inv4不同。电灯inv5中管之间的距离为14cm。电灯结构在其他方面，即管的材料和尺寸，导电装置和电极都相同。电灯inv4和inv5填充了40mbaAr和2mgHg。以下电灯特性在40mA电灯电流下，在工作1小时和2000小时的电灯寿命T(h)之后进行了测量：电灯电压Vla(V)，电灯功耗Pla(W)，电灯光能量Φ(lm)。和发光效能η(lm/w)，列于下面的表4中。工作2000小时后的发光效能η2000和工作1小时后的发光效能η1的比值也列于表中。
表4
电灯 T[h] Vla[V]  Pla[W] φ[lm] η[lm/W] η2000/η1
inv4inv5 1200012000 768298100 3.03.33.94.0 130108162138 43.332.741.534.5 -75.7-83.1
由于电灯inv5中放电弧穿过中空电极再加在管上，所以放电弧所产生的辐射被部分截止，尽管如此，电灯inv5在工作2000小时后的发光效能仍高于电灯inv4。

Claims (9)

1.一种低气压放电灯，包括：
以真空密封方式封口，具有尾部(2)的管状玻璃灯管(1)；
在灯管中含有稀有气体的可电离填充物；
分别在一个尾部(2)进入灯管、每个都有一端(4A)在灯管内和一端(4B)在灯管外的中空筒状电极(3)；
其特征在于：管(5)在至少一个电极(3)的延伸方向上位于距电极一端(4A)的一定距离处，该管镀有电子发射源(6)，由导电装置(7)连接到电极上，该导电装置(7)的材料在横向于电极方向的截面表面积最多为电极本身材料的截面表面积的25％，而且该管(5)至少在面对电极(3)的一端是开口。
2.根据权利要求1的低气压放电灯，其特征在于管(15)的壁由多孔材料制成。
3.根据权利要求2的低气压放电灯，其特征在于多孔材料是网状。
4.根据权利要求1、2或3的低气压放电灯，其特征在于管(5)在两端都开口，并在灯管(1)内装在电极(3)之前。
5.根据权利要求1、2或3的低气压放电灯，其特征在于管(15)在灯管(11)外装在电极(13)之前。
6.根据权利要求1、2、3、4或5的低气压放电灯，其特征在于管(5)在内部镀有发射源(6)。
7.根据权利要求6的低气压放电灯，其特征在于在于管(5)内外都镀有发射源(6)。
8.根据权利要求1或4至7之一的低气压放电灯，其特征在于电极(3)和管(5)是一个整体。
9.根据上述权利要求之一的低气压放电灯，其特征在于两个电极(3)都具有管(5)。
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