CN1169190C - 高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本高压放电灯包括一个灯管(1)，灯管(1)内装配了一个阳极(4)和一个阴极(5)，阳极(4)和阴极(5)在空间上被一个1-2mm的电极间距D隔开，阳极(4)的顶端(9)具有一个饨圆形的端表面。以平方毫米为单位的端表面的面积S和以安培为单位的灯电流I满足关系：0.09≤S/I≤0.16，当3.5≤I≤8.0A。可电离的含金属卤化物的填充物包括适量的密度介于65-125mg/cm3之间的汞。灯的功率范围为200W-400W。计算求出的功率间距比，PGR＝P/D大于120W/mm。这种灯适用于光率相当高的应用场所，同时，它的工作状态相当稳定，而且还具有相当长的使用寿命。

Description

高压放电灯
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯，包括：
一个石英玻璃灯管，以气密的方式密封，它的内壁环绕构成一个放电空间；
一种在放电空间内的填充物，含有汞和金属卤化物；
一个阳极和一个阴极，装配在放电空间内，它们构成了一个放电路径，并且在空间上被一个电极间距D隔开，阳极与阴极分别与电流馈入装置相连，电流馈入装置从所述放电空间经过灯管的内壁一直延伸到外部，所述阳极具有一个端表面S为钝圆形的顶端；
一个穿过灯的放电路径的灯电流I，灯电流I被定义为： I = P V 其中，P是以瓦特为单位的额定功率，V是以伏特为单位的灯电压；
一个功率间距比PGR，它被定义为： PGR = P D 其中，P是以瓦特为单位的灯的额定功率，D是以毫米为单位的电极间距D。
背景技术
这种灯可由EP-A-0714118获知。所述的这种已知的灯，其放电空间的填充物添加有适量的密度为50mg/cm3的汞。它的平均功率是250W，平均电压约为66V。这种灯在稳态工作期间的灯电流约为3.8安培，灯的阳极有一个直径为0.5mm的顶端，因而
Figure C0080264700043
之比为0.051mm2/A。这种已知的灯是一种直流灯，供投影使用，如液晶投影仪。在这种应用中，石英玻璃是一种具有SiO2重量比至少占95％的玻璃，由它制成的灯管被安装在一个导光的光学单元/系统上，如同一个反射器上存在的一个焦点。用于投影使用的高压放电灯的最主要的要求是有一个高的发光率。这可以通过在具有一个短的放电路径的灯内聚集一个大的输入功率来获得，这也就意味着PGR值相当的大。我们可以这样来理解，这好比是将放电路径的一个重要部分放在反射器的焦点上或至少放在与反射器的焦点相邻的位置。用于投影使用的高压放电灯的其它要求是要有高的屏照度、一套好的系统维护、一条稳定的放电通路以及使用寿命内灯头保持明亮，也就是说，黑化和内壁腐蚀应减小到一个可以接受的水平。所述的已知的灯存在着电极间距在2.5-3mm之间以及功率在125-250W范围内的缺点，这表明它的PGR值范围仅仅为40-80W/mm。由于放电路径的重要部分偏离了反射器的焦点，因此，3mm这样一个相对宽的电极间距，使这种已知的灯相对地不适用于高光学要求的照明系统中。但是为了克服宽电极间距的缺点，仅仅减小电极间距会导致新的问题，例如将增大阳极的腐蚀和/或放电通路的不稳定性，从而面临灯过早失效的危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种如开篇所述类型的高压放电灯，这种灯不存在上面所提到的缺点。
根据本发明，该目的是这样实现的，即开篇所述类型的高压放电灯，其特征在于：以平方毫米为单位的端表面的面积S与以安培为单位的灯电流I满足关系式： 0.09 ≤ S I ≤ 0.16 , 当3.5≤I≤8.0A；
填充物包含适量的密度介于65-125mg/cm3之间的汞；
电极间距在1-2mm之间；以及
PGR值至少为120W/mm。
实验证明了权利要求书所限定的本发明的灯满足了本发明的目的，权利要求书被视为所有互相关联的特征的总和。例如，S/I之比要是比给定的范围值小，如减小阳极端表面的面积S或是增大灯电流I，将导致阳极端表面具有过高的温度，见表1所示。
表1
  灯号   面积S(mm2)   电流I(A)   S/I之比(mm2/A)   端表面温度(K)
  L1(参考)L2   0.650.20   55   0.130.04   30003200
阳极的这个温度被看作是相当高的，这是由于该温度将使阳极端表面的腐蚀作用增大。从腐蚀的阳极释放出的物质将附着在灯管的管壁上，引起灯管的黑化。之后，不仅灯的灯效率要减弱，而且灯寿命缩短的危险也会增大。如果S/I之比大于所给的范围值，就会增大放电通路不稳定的危险。放电通路的不稳定性表现为光的闪动，这对肉眼是不舒适的。闪动意味着放电路径的触点在阳极端表面漂动，因而放电路径的位置将不断改变。当灯被安装在一个有固定焦点的反射器上时，至少有一些时间放电路径将在反射器的焦点之外，从而导致光损耗的危险增大。如果在所述已知的灯的基础上仅仅是加宽了电极间距(缺口)，放电通路的不稳定性和由此产生的闪动仍都有可能存在。放电通路不稳定性的危险不再增加的条件是同时增加每单位体积的汞量，也就是说增加工作气压，和减小电极间距并以根据灯电流I为前提给出的关系式调节阳极端表面的面积S。
为了能够使灯有很强的亮度，需要灯的发光率要有相当高的值。根据：L∝(P/D)，P/D是PGR值，放电通路的中心发光率L正比于灯功率P，反比于电极间距D。本发明中灯的标准的平均损耗功率和平均电压一般分别是200-400W和50-60V。结合1-2mm的电极间距，PGR值至少可达到120W/mm，甚至达到200W/mm。正因为有了这样高的PGR值，我们就可以得到所需的比较高的发光率L的值。
本发明的高压放电灯的一个具体实施例的特征是填充物中包含了一种含卤元素的发射体，如一种气态发射体。这种卤素选自氯、溴和碘所构成的组。产生最佳效果的发射体是碱性的溴化物，在某一轻微的程度上说是镧系元素的溴化物。发射体降低了温度，满足了阴极传递电子的需要。没有发射体，4-6安培的灯电流需要钨阴极温度达到3000-3600K，而发射体存在的情况下，如DyBr3，钨阴极温度为2000-2800K时就足以达到相同的灯电流了。
根据本发明实现的一个高压放电灯的优选实施例，其特征在于，填充物包含了InBr和SnBr2。由于以往的灯的填充物中含有稀土金属元素或是稀土金属元素的卤化物，它的石英玻璃管壁容易受到腐蚀，这种腐蚀作用增大了灯过早失效的危险。不再使用或减少使用稀土材料的数量，并替代为使用InBr和SnBr2作为放电填充物的主要组成成份，减小了石英玻璃管壁腐蚀的危险。使用LiBr、NaBr和KBr这些发射体代替DyBr3，虽然阴极温度略有增加，但会使石英玻璃管壁的腐蚀进一步得到降低。如果用NaBr或是LiBr代替DyBr3，由于Na或Li发射出一种较强的黄/红光，灯的色温会降低。表2指出了不同的发射体在灯的初始状态时的特征参数。
表2
 L3  L4  L5  L6  L7  L8
填充物发射体功率(W)/间距(mm)初始状态的灯效率(lm/W)  HgInBrSnBr2ArNaBr250/1.565  HgArInBrDyBr3250/1.555  HgInBrSnBr2ArNo400/265  HgInBrSnBr2ArLiBr400/266  HgInBrSnBr2ArNaBr400/271  HgInBrSnBr2ArKBr400/262
色温 5000  6500  8500  6000  5000  6300
在填充物中含有一种气态发射体的所有灯中，电极间距增大得相对缓慢，放电保持相对平稳。另一方面，没有气态发射体的灯阴极会受到明显的腐蚀，进而导致电极间距快速地增加。由于气态发射体和含有SnBr2和InBr的填充物的混合，灯管保持了明亮。同时，由于灯管的填充物中含有一种气态发射体，因而获得了一套相当好的系统维护。
如表2所示，用NaBr作为气态发射体的灯的每瓦特的流明值相对较高。这是因为钠的发射波长约为590nm。但是，由于这种发射波长介于红光和绿光之间，它不能用于基于红-绿-蓝光系统的数据/图像投影灯。有NaBr的灯的系统功效表面上看起来与有一种不同的气态发射体的灯的系统功效相同，但是，由于系统功效值在很大程度上依赖于光学系统类型的选择，因而用数量表示的系统功效值是随机的。
我们很惊奇地发现，与使用气态发射体如NaBr或LiBr的灯相比，使用KBr作为气态发射体的灯管，它的石英玻璃管壁的腐蚀有更加显著的减小。进一步的研究表明，如果电流馈入装置包括一个由钼构成的金属箔，在灯内这个金属箔尤其容易被腐蚀。同样，用KBr作为气态发射体的灯明显降低了电流馈入装置的损坏。具体地说，这种由钼构成的金属箔腐蚀的减小是与用LiBr或NaBr作为气态发射体的灯比较后观察到的。我们还发现含有LiBr、SnBr2、Li/Na/K的卤化物和汞的填充物对钨没有腐蚀性。
根据本发明实现的高压放电灯的另一个具体实施例，其特征在于，阳极和阴极都有一个基本上是由纯钨制成的顶端。实验表明使用基本上纯的钨，如：称作“ZG钨”的这种没有掺杂物的钨，会使石英玻璃管壁的腐蚀率相对较低。使用掺有Al-K-Si的“WD钨”或是掺有钍的钨材料会加大石英玻璃管壁腐蚀率相对偏高的危险，表现出来就是石英玻璃管壁上的白浊。尽管由于掺杂钍的钨材料的优点是可以提供给阳极一个较低的电子功函数，从而降低了阳极的温度，但在其石英玻璃管壁上也可以观察到白浊。
根据本发明实现的高压放电灯的一个具体实施例，其特征在于，灯被固定在一个灯帽上，电流馈入装置分别被固定在灯帽的触点上。灯帽上有一些装置，如突起物，当灯帽与具有接收手段的光学系统结合使用，例如反射器，可以以对抵的方式接收到上述的突起物。用这些方法可以将放电路径安排在预先确定的位置上，而不需要根据系统调整灯的位置。
由EP910111公开了一种适用于小型投影装置的小型直流放电灯，例如：适用于灯的发光率值为1.5英寸的投影装置。这种小型放电灯的放电路径为0.8-1.5mm，平均消耗功率范围是40-60W，从而得到PGR值在40-75W/mm之间。因此，这种灯的缺点是屏照度和发光率L都相当低，这使得它不适用于大型的投影装置中。但如果增大灯的功率或是减小电极间距将会导致电弧接触不稳定和/或增大阴极的腐蚀，从而减少系统寿命。
附图说明
本发明的高压放电灯的具体实施例如图所示，其中图1是灯的立面图；图2是带有灯帽的灯的立面图。
具体实施方式
图1中的高压放电灯包括一个以气密的方式密封的石英玻璃灯管1和一个环绕在放电空间3四周的内壁2。一个阳极4和一个阴极5被装配在放电空间3内，它们定义了一个放电路径6，阳极和阴极在空间上被一个电极间距D隔开，并且与电流馈入装置7、8相连。电流馈入装置7、8从放电空间3通过灯管1的内壁2一直延伸到外部。阳极4有一个顶端9，顶端9的端表面不锋利，也就是说是钝形的，例如可以是钝圆形的。阴极5也有一个顶端9’，顶端9和9都是由“ZG钨”制成的。放电空间的体积为0.38cm3。灯的填充物包括80毫巴的氩、29毫克的汞、0.05毫克的InBr、0.23毫克的SnBr2和0.05毫克作为气态发射体的NaBr。电极间距D在灯的初始状态时为1.5mm。灯的额定功率在50V时为250W。灯在稳态工作期间的灯电流约为5A，端表面的表面积S为0.65mm2，从而S/I之比为0.13mm2/A。灯的色温约为5000K，灯效率约为65lm/W。计算求出的功率间距比，也就是灯的PGR值约为165W/mm。
在图2的实施例中，图1中的灯管1被安装在一个灯帽10上，灯帽10通过触点11与电流馈入装置7、8分别连接起来。灯帽10上有突出物12，突出物正对着放电空间3。这个实施例中的灯非常适用于带有一个圆形球面的光学系统以对抵的方式接收上述的突出物，这样做的目的是将光学系统中的放电路径安排在一个预先确定的位置上，而不需要根据系统调整灯的位置。

Claims (8)

1.一种高压放电灯，包括：
一个石英玻璃灯管(1)，以气密的方式密封，和一个环绕放电空间(3)的内壁(2)；
置于放电空间(3)内的一种填充物，含有汞和金属卤化物；
装配在放电空间(3)内的一个阳极(4)和一个阴极(5)，它们定义了一个放电路径(6)，所述的阳极和阴极在空间上被一个电极间距D隔开，并且分别与电流馈入装置(7、8)相连，电流馈入装置(7、8)从放电空间(3)经过灯管(1)的内壁(2)一直延伸到外部，所述的阳极(4)有一个钝形端表面的顶端(9)，所述钝形端表面面向所述阴极(5)；
一个穿过灯的放电路径(6)的灯电流I，灯电流I被定义为： I = P V 其中，P是以瓦特为单位的灯的额定功率，V是以伏特为单位的灯电压；
一个功率间距比PGR，它被定义为： PGR = P D 其中，P是以瓦特为单位的灯的额定功率，D是以毫米为单位的电极间距D，
其特征在于：所述的以平方毫米为单位的端表面的面积S与以安培为单位的灯电流I满足如下的关系式： 0.09 ≤ S I ≤ 0.16 , 当3.5≤I≤8.0A；
所述的填充物包含有适量的密度介于65-125mg/cm3之间的汞；
所述的电极间距在1-2mm之间；
所述的PGR值的范围为：120W/mm＜＝PGR＜＝400W/mm。
2.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述的填充物包含一种含卤元素的气相发射体，从由碱性卤化物和镧系卤化物的构成的组中选择含卤元素的气相发射体，从由氯、溴和碘构成的组中选择卤化物。
3.如权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，所述的发射体包括KBr。
4.如权利要求1、2或3所述的高压放电灯，其特征在于，所述的填充物含有InBr和SnBr2。
5.如权利要求1或2或3所述的高压放电灯，其特征在于，所述的阳极(4)和阴极(5)都各有一个顶端(9，9’)，而且顶端(9，9’)基本上是由纯钨制成的。
6.如权利要求1或2或3所述的高压放电灯，其特征在于，所述的高压放电灯被固定在灯帽(10)上，电流馈入装置(7，8)分别被固定在所述的灯帽的相应触点(11)上。
7.如权利要求4所述的高压放电灯，其特征在于，所述的阳极(4)和阴极(5)都各有一个顶端(9，9’)，而且顶端(9，9’)基本上是由纯钨制成的。
8.如权利要求4所述的高压放电灯，其特征在于，所述的高压放电灯被固定在灯帽(10)上，电流馈入装置(7，8)分别被固定在所述的灯帽的相应触点(11)上。
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Termination date: 20091119