CN1215527C - 光源 - Google Patents

Abstract

一种光源，包括一个灯泡(1)，一布置在灯泡(1)内的灯丝(2)和灯丝(2)的发热装置(3)，其中灯丝(2)既发射可见光，也发射热辐射，其设计结构为了保证在电功率与光功率之间达到高转换效率，其中发热装置(3)具有一个间接加热灯丝(2)的发热元件(4)，其特征在于，发热元件(4)是一种通过电流加热的炽热元件并被布置在一个由灯丝(2)构成的内腔中。

Description

光源

发明领域

本发明涉及一种光源，尤其是一种白炽灯，包括一个灯泡，布置在灯泡内的灯丝和灯丝的发热装置，其中灯丝既发射可见光，也发射热辐射。

发明背景

所述类型的光源很长时间以来已在实际应用中为人们所熟知，并且具有不同的结构型式和尺寸规格。其中，例如白炽灯，人们知道它是一种电光源，一般其中有一根钨丝，通过电流加热达到尽可能高的温度。同时产生热辐射，炽热的金属丝的光效能随着温度的升高而增强。除此以外，众所周知，还有所谓的非热辐射源，如采用低压或高压结构型式的惰性气体、水银，钠或金属卤化物放电灯，统称为放电灯。

迄今为止，人们所了解的用电工作的各类电光源，它们共同的缺点是从电功率转换成可见光的光功率的效率很低。转换率几乎超不过30％。所耗用的电功率的大部分主要是表现为热量形式的没有经济效益的损耗功率。

提高人们所知的这种光源的一种可能性在于，把由灯丝或炽热的金属丝发射的热量由灯泡的内侧反射回到灯丝或炽热的金属丝上去。由此产生一种灯丝的或炽热金属丝的返回热。这样所得到的结果是，为了达到同样的的灯丝温度，较之在没有反射的情况下进行加热时所需要的电功率要小。而由灯泡所发射的可见光功率则是完全相同的。在理想的情况，只需要发射可见光功率和由灯泡所吸收的热损耗功率加起来的那么多的电功率。转换效率改善的百分率相当于反射的热辐射率。如果我们以钨丝灯的一般热损耗为大约25％为依据，忽略灯泡内侧的镜面化镀层的辐射吸收，理论上，转换效率可以提高到75％或140流明/瓦特，典型情况下，其中电介质镜面化镀层的吸收只有0.1％。

如果灯泡内侧的镜面化镀层具有例如99.9％的反射能力，据统计，镜面化镀层材料中吸收的光子为千分之一。因此，在辐射发射到灯泡中时，在光子通量完全被吸收到灯泡中之前，它在灯泡内侧上只能进行1000次的反射。光子通量在反射轨道上与灯丝或炽热金属丝相遇并被吸收的概率，与灯丝的体积或灯丝的表面面积与灯泡的反射体积或灯泡的反射表面面积之比成正比。

因此，为了使灯丝达到尽可能高的返回热量，如果灯丝的面积相当大，以至于光子通量在经过尽可能少的反射次数之后在灯泡的内侧与灯丝相遇并被吸收，这样才具有优越性。

但是，这样做的缺点是，当灯丝的面积变大时，灯丝的电阻变小，以至于为了达到发光所需要的灯丝温度，要求灯丝中的电流要明显高于一般灯丝面积或一般灯丝横截面情况下流过灯丝的电流。这可能给电源的用户造成安全危险。这样，综合起来考虑，在尽可能高的灯丝面积和为此所需要的不利的高电流这个问题上就会陷入困境。

发明的概要说明

为此，本发明的基本任务就是，用简单的方法，使本文开头所述类型的光源安全地实现高转换效率。

上面所提出的任务是通过一种符合本发明的光源来解决的。据此，这种光源是这样构成的，即：加热装置具有一个用来间接加热灯丝的加热元件。

按照符合本发明的方式可以断定，用令人惊异的简单方法构成一种独立的灯丝加热元件可解决上述任务。其中，灯丝间接地通过加热元件加热，这样所产生的一大优点是，灯丝的设计可以与其电阻特性无关，因此，有可能实现大面积的灯丝，它对由灯泡内侧反射的热辐射具有高吸收能力，实现为加热灯丝所需要的加热设备可以与灯丝的设计构型无关。因此，一种可以利用可安全使用的电流工作的加热设备也是可以实现的。加热设备与灯丝之间不再需要电接触。

因此，利用符合本发明的光源可以提供一种用简单方法就能达到高转换效率和高安全性的光源。本发明的光源，特别是白炽灯，包括一个灯泡，一布置在灯泡内内的灯丝和灯丝的发热装置，其中灯丝既发射可见光，也发射热辐射，其中发热装置具有一个间接加热灯丝的发热元件，其中，发热元件是一种通过电流加热的炽热元件，它被布置在一个由灯丝构成的内腔中。

在尽可能有利的热辐射吸收特性方面，灯丝可以设计成带状的，或完全一般地设计成扁平灯丝。作为一种替代方式，灯丝也可以完全一般地设计成体积灯丝，也就是占有一定空间的体积，或包括一定的体积。特别是，灯丝可以设计成盘形的或圆柱形的。其中，设计构型可以设想为完整的圆柱形外壳或圆柱形外壳的一部分，特别是可以设想为圆柱形外壳的一半。在基本上为完整的圆柱形外壳的情况下，这种圆柱形外壳也可以设计成在侧面敞开的或者有纵向开口的。这样对于灯丝的散热性能是有利的。

为了保证能特别有效的吸收由灯泡内侧发射的热辐射，圆柱形外壳或部分圆柱形外壳或半个圆柱形外壳的直径可以设计得略小于灯泡的直径。特别是，在这种情况下，灯丝可以布置在灯泡的中心，并且/或者布置在灯泡内与灯泡的纵向轴线共轴的位置上。

根据灯丝的设计构型，灯丝可以把灯泡的整个内腔分成一个或多个半内腔或分内腔。

灯泡可以具有一个如此之大的外表面，以至于可以通过对流冷却或通过其它强制冷却方法把由于例如吸收热辐射所产生的表面热量带走，灯丝或灯泡的尺寸和形状可以相应地相互调整。

原则上，灯丝可以用钨和/铼和/或钽和/或锆和/或铌。这可由对光源特性的具体要求来决定。其中，灯丝采用上面提到的各种材料可以采取熔结的形式。

另外，灯丝可以至少部分地是由一种非金属材料构成的。可以改善灯丝的机械稳定性。

鉴于表面温度特别高以及在可见的范围内的光通量特别高，灯丝至少可以部分地用碳化钽和/或碳化铼和/或碳化铌和/或碳化锆构成。这样，可以使得表面温度达到高于现在人们所了解的钨丝灯一般所能达到的表面温度。

具体地说，加热元件可以是一种通过电流加热的炽热元件。同时，灯丝通过炽热元件的热辐射被加热。炽热元件可以与灯丝无关，独立地适应灯的性能。炽热元件可以是采用特别简单方式的一种螺旋线灯丝。

鉴于灯丝通过炽热元件加热特别便利，所以，炽热元件可以布置在由灯丝构成的一个内腔或半内腔内，最好是布置在一个圆柱形外壳内或半个圆柱形外壳内。这样，炽热元件辐射热的大部分差不多都被灯丝所吸收。如果灯丝的构型被设计成在一定范围敞开的物体，例如被设计成半圆柱形外壳，炽热元件可以起补充发光的作用。这种情况下，炽热元件是在由灯丝的构型所决定的方向上产生辐射。如此，在灯丝被加热到进行光发射的温度之前，光源可能已经发光。因此，这洋基本上就避免了从激活光源到光发射之间的时滞现象。

炽热元件可以用特别简单的方式用钨丝构成。对此，可以设想采用传统的螺旋线加热钨丝。

采用结构上特别简单的方法，灯丝可以固定在加热元件或炽热元件的引线上。这样可以避免在灯泡内另外采用灯丝固定设施。

作为对于用电加热的炽热元件的可交替使用的方案或补充手段，为了间接地加热灯丝，可以在灯泡内或灯泡外布置磁感应器。这样可以以简单的方式间接地加热灯丝。

为了优化对可见光透明的灯泡内侧的反射状态，灯泡可以在其内侧加以镜面化镀层。同时，这样可能以特别有利的方式处理介电多层镀层问题。其中采用光谱可选择的镜面化镀层，它基本上能反射热辐射成分和传送可见的辐射射线。

如果采用一种不完全把炽热元件封闭起来的灯丝，热辐射将由炽热元件直接发射到灯泡的内侧。灯泡的内侧又会将热辐射反射到灯丝上。

灯丝发射的热辐射也会被灯泡的内侧反射，因而有助于灯丝的反馈加热。总括起来，本发明的光源可以称之为辐射炉灯，其中，灯泡被设计成一个由内部加热的红外辐射的辐射炉。

由于灯丝具有可以达到的大面积，因此可以构成大光功率的光源。光源的色温也可以与灯丝或炽热元件的的表面温度无关，独立地进行调整。这一点可以通过光谱可选择的镜面化镀层实现，光谱可选择的镜面化镀层可以预先传送由灯泡发射的辐射功率的光谱分布以及由此而产生的色温。

特别是，与迄今使用的同等光功率的热光源相比，不仅降低了炽热元件的表面温度，而且也降低了灯丝的表面温度，这是因为，一方面，炽热元件的总辐射功率只相当于可见辐射功率与光源热损失功率之和。但是，这比与迄今类似的热辐射器的总辐射功率要小，即小在被再反射的和被再吸收的热辐射部分或红外辐射功率部分。根据斯特凡-博尔茨曼定律，总比热辐射是温度的函数，因此，与迄今类似的热光源相比，本发明的炽热元件可以在较低的温度下工作。另一方面，灯丝的表面温度相比之下也同样被调整得比较小，因为通过较大的和温度较低的灯丝表面可以产生类似的光通量。因此，灯丝表面构成了一个设计上新的和附加的自由度。

虽然灯丝可以在相对较低的温度下工作，因而所产生的灯丝材料的蒸发也相对较小，但由于表面面积很大，不需要的蒸发可能出现在尽可能接近灯泡内侧的位置上。由于蒸发的和沉积在灯泡内侧附近的灯丝材料，降低了灯泡内侧的或灯泡内侧镜面化镀层的反射率，从而提高了灯泡的或镜面化镀层的吸收率，即提高了热损失功率。因此，进一步降低灯丝材料的蒸发是很有意义的。

为了降低灯丝材料的蒸发，可以在灯泡内投放惰性气体和/或卤素气体，其中卤素气体可能具有溴和/或碘。这样，在使用钨灯丝的情况下可能产生通常的钨碘循环。

作为可替代的解决蒸发问题的另一个解决办法，可以用一种镀层材料给灯丝和/或炽热元件镀上一层镀层，镀层材料的熔点高于灯丝和/或元件或炽热元件。这个问题的关键在于与温度相关联的固体的蒸汽压力与它的熔点的关系。另外，沉积的镀层材料的吸收率略低于一般灯丝或炽热元件的沉材料的积层。作为熔点很高的镀层材料，可以使用例如碳化钽和/或碳化铼和/或碳化铌和/或碳化锆。

通过设计上规定的大灯丝面积可以产生，并由光源发射出很大的光通量，以至于只使用一个根据本发明的光源就能照明很大的建筑物内部空间外部场地。

附图的简单说明

有不同的可能性，以优异的方式把本发明的原理设计出来和进而制造出来。为此，一方面要了解权利要求1后面的诸项权利要求，另一方面还要了解根据设计图纸对本发明一较佳实施例的说明。与根据设计图纸对本发明一较佳实施例的说明结合起来，还能普遍地解释对原理进行较佳的设计和进而制造的方法。在图中：

图1是一透视侧视图，表示本发明的一光源实施例，

图2是一图1所示的实施例的俯视图。

较佳实施例的详细叙述

图1用透视侧视图表示本发明一光源的实施例。光源被设计成白炽灯，它有一个灯泡1，灯泡内布置有一灯丝2。为了给灯丝2加热，设有一发热装置3，要为它提供一定的电流。被加热的灯丝2既发射可见光，也发射辐射热。被加热的灯丝2的温度约为3000摄氏度。

考虑到光源的高转换效率和工作的可靠性，发热装置3有一个发热元件4，用来间接给灯丝2加热。发热元件4是一个螺旋线形的炽热元件，可以用钨制成。灯丝2基本上被设计成圆柱形外壳形状，因此对于由灯泡1的内侧发射的热辐射有较大的吸收面积。这样，灯丝2可以有效地通过发射的热辐射被重复加热。因此，与光功率相同的传统的加热元件4所需要的温度相比，它可以选择较低的温度。所以。根据本发明的光源与传统的光源相比，可以以较小的能源工作，因而比传统的光源更经济。

圆柱形外壳形的灯丝2用简单的方法固定在发热元件4的馈电引线5上。发热元件4或呈螺旋线形的炽热元件的定位与灯丝2同心或同轴。灯丝2的布置则又与似管状形的灯泡1同心和同轴。圆柱形外套形的或管状形的灯丝2是用钨制成的。

在灯泡1的下端设有与馈电引线接触的电触点6。电触点6与灯泡1的下端熔接。

灯丝2的直径略小于灯泡1的直径。

在灯泡1的内侧设有一层镜面化镀层7。镜面化镀层用来充分有效地反射由发热元件4和/或灯丝2发射的热辐射。

发热元件4和/或灯丝2可以设一层熔点很高的材料镀层。这样可以减少灯丝和/或发热元件材料的蒸发。

图2用一俯视图表示图1的实施例。其中特别可以特别清楚地看出，灯丝2基本上是布置在灯泡1内的同心位置，发热元件基本上定位在灯丝2的中部。

关于根据本发明的原理设计出来和进而制造出来的更多的优点，一方面可以从一般说明中了解，另一方面也可从所附权利要求中了解。

最后需要特别强调指出，前面完全是随心所欲地挑选的实施例仅仅是为了说明本发明的原理，本发明的原理并不局限于这个实施例。

Claims (18)

1，一种光源，包括一个灯泡(1)，一布置在灯泡(1)内的灯丝(2)和灯丝(2)的发热装置(3)，其中灯丝(2)既发射可见光，也发射热辐射，其中发热装置(3)具有一个间接加热灯丝(2)的发热元件(4)，其特征在于，发热元件(4)是一种通过电流加热的炽热元件并被布置在一个由灯丝(2)构成的内腔中。

2，根据权利要求1所述的光源，其特征在于，灯丝被设计成带状的，或被设计成扁平灯丝。

3，根据权利要求1所述的光源，其特征在于，其灯丝(2)被设计成盘形或圆柱形外壳。

4，根据权利要求1所述的光源，其特征在于，其灯丝被设计成半圆柱形外壳。

5，根据权利要求3所述的光源，其特征在于，其灯丝(2)被设计成敞开的，纵向开口的圆柱形外壳。

6，根据权利要求3到5中任一项所述的光源，其特征在于，圆柱形外壳或半圆柱形外壳的直径小于并接近灯泡(1)的直径。

7，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，其灯丝(2)被布置在灯泡(1)的同心位置。

8，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，灯丝(2)被布置在与灯泡(1)纵向轴线共轴的位置。

9，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，其灯丝(2)含有钨或铼或钽或锆或铌。

10，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，其灯丝至少部分地是由一种非金属构成的。

11，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，其灯丝至少部分地是由碳化钽或碳化铼或碳化铌或碳化锆构成的。

12，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，炽热元件是是由钨构成的。

13，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，灯丝(2)被固定在发热元件(4)的一馈电引线(5)上。

14，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，灯泡(1)在其内侧有一层镜面化镀层(7)。

15，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，在灯泡(1)内充有惰性气体和卤素气体。

16，根据权利要求15所述的光源，其特征在于，卤素气体含有溴和/或碘。

17，根据权利要求1到5中任一项所述的光源，其特征在于，灯丝(2)和/或炽热元件镀有一种镀层材料，这种镀层材料的熔点高于灯丝和/或炽热元件材料的熔点。

18，根据权利要求17所述的光源，其特征在于，镀层材料含有碳化钽或碳化铼或碳化铌或碳化锆。

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