CN1328754C - 一种无汞或低汞的高强度放电灯 - Google Patents

一种无汞或低汞的高强度放电灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一类无汞或低汞的高强度放电灯，包括金属卤化物放电灯及高压汞灯、汞－氙灯等。本发明无汞或低汞的高强度放电灯在使用时，根据灯的种类和功率确定最合适的Se用量，部分或完全取代汞，其余成分采用公知技术，可达到合适的光谱，并具有很高的显色指数的光谱。本发明无汞或低汞的高强度放电灯可以完全取代或大大降低了汞的用量，达到环保的效果。

Description

一种无汞或低汞的高强度放电灯
技术领域
本发明涉及一种无汞或低汞的高强度放电灯(HID灯)，尤其是一种无汞或低汞的金属卤化物放电灯及其他现有技术中需要充入汞以以保证工作时的气体压力的各类HID灯。
技术背景
现有高强度放电灯(HID灯)中有很多均充有汞，如金属卤化物灯中任一汞灯、高压汞灯、汞-氙灯等。而汞是一种污染大气、水源和土壤的有毒物质，进入人、畜体内后极难排除，不仅严重危害肌体、致人体质衰弱、提前衰老、痴呆、胎儿畸形、弱智，生命缩短等。因此近年来，禁汞之势渐趋严格。按照该趋势预计，若干年内将禁止一切含汞物品的销售，各种光源也在禁止之列。
约十年前，人们即已开始进行无汞高强度放电灯，如无汞金属卤化物灯的研发，至今还没有获得成功。例如，有人提出以氙气代替汞，但是，这样灯压降将过低，灯电流很大，不便使用，加以光效低，为达到同样的照明效果，耗电将明显增加。又有人提出以锌代汞，但是，锌的熔点为420℃，而沸点则高达907℃。为使锌大量蒸发形成足够高的锌蒸气压力，电弧管工作温度需高达1180K以上。工作在这样高温度下的石英管，再加以大量的金属、硷金属和卤素离子的轰击，极易析晶而致失透、鼓泡、炸裂，灯寿命很短，很难有实用价值。所以，目前尚未见无汞金卤灯问世，而无汞金卤灯的开发与应用，又势在必行，刻不容缓。其他充汞高强度放电灯的无汞或少汞技术的开发，亦存在同样的问题。
发明内容
本发明的目的是消除或减少汞污染危害，提供一种无汞或低汞的高强度放电灯(HID灯)，尤其是针对金属卤化物放电灯以及其他现有技术中需要充入汞以以保证工作时的气体压力的各类HID灯。
为达到以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
在自然界的92种元素中，除汞以外，只有一种元素硒(Se)可在某些种类HID灯，尤其是金卤灯或其他现有技术需要充入汞的HID灯的工作条件下大量蒸发，形成高压蒸汽因而可以用来代替汞。硒(Se)的有关参数如下：硒(Se)是元素周期表上第34号元素，原子量为78，96，共有六种同位素存在，其化学性能比较稳定，价键为6价、4价和负2价，平时多以8原子共价状态存在。其电离电位为9.75V，略低于汞，谐振电位为分别为5.95V和6.30V，相应的谐振辐射为207.4nm和196nm，其熔融温度为220℃，即493K而沸点为688℃即961K，此温度虽高于汞，但HID灯如金卤灯特别是车用氙气金卤灯及舞台金卤灯工作时的电弧管温度是完全可以满足的。另外，硒(Se)不与电极或金属卤化物起化学反应，可能部分置换金属卤化物中的卤素形成硒卤素化合物如Se2I2，Se2Br2等，这些卤化物的汽化温度在227℃以下，灯工作时与HgI2，HgBr2相似，将参加卤素循环，形成动态平衡。因此，本发明将适量的硒(Se)代替汞充入灯中，其用量由灯的种类和功率确定。同时充入适当气压的惰性气体，如氙、氪、氩等，并根据设计的色温充入相应成分的金属卤化物的混合物，惰性气体和金属卤化物的成分及用量均按现有公知技术设计。在工作时，放电首先是在惰性气体中发生，大电流低电压电弧使电弧管加热，在管壳温度达700℃时Se大量蒸发，气压迅速上升，放电压降随之升高而转入高压Se蒸汽和所充入金属卤化物蒸汽中的弧光放电。本发明HID灯在使用时，根据灯的种类、功率大小确定最合适的Se用量(部分或完全取代汞)，并按照现有技术确定金属卤化物等其他成分，则可达到合适的光电特性和光谱，并具有很高的显色指数(例如95)。各种紧凑形金属卤化物灯如车用氙气金卤灯和舞台金属卤化物灯，由于泡壳体积很小、壁负荷大、温度高，很容易满足Se对电弧管管壁温度的要求。
本发明HID灯中以Se取代汞的用量应根据灯的类型和功率确定，硒(Se)取代汞的量(克分子量)为原充入汞量的10％～100％。
以金属卤化物放电灯为例，在车用氙气金属卤化物灯及50W以下商用照明金卤灯中可用相应量(克分子量)的Se完全取代汞。
50W以上100W以下功率的商业照明金卤灯则可以减少常规充汞量的70％，而代之以相应量(克分子量)的硒(Se)。100W以上功率的商业照明金卤灯则可以减少常规充汞量的10％～40％，而代之以相应量(克分子量)的硒(Se)。
在100W或以上更大功率(如250W或575W)的舞台用金属卤化物灯中充入的汞量可以适当减少20％～50％，代之以相同量(克分子量)的硒(Se)充入。
在现有100W以下高压汞灯中，可以适当减少充入汞量的30％～40％，代之相应量(克分子量)的硒(Se)。
现有汞-氙灯有400W，500W，1000W的规格，可以适当减少充入汞量的10％～40％，代之以相应量(克分子量)的硒(Se)。
本发明无汞或低汞的高强度灯(HID灯)可以完全取消或大幅降低汞的用量，符合环保要求的发展趋势的，是一种很有前途的新型灯种。
附图说明
图1是本发明实施例1使用的无汞电弧管结构示意图；
图2是本发明实施例2使用的车用硒氙金卤灯结构示意图；
图3是本发明实施例3使用的35W商用无汞金卤灯结构示意图；
图4是本发明实施例4、5使用的250W或575W减汞舞台用金卤灯结构示意图。
附图标记说明
1、电弧管壳  2、惰性气体  3、金属卤化物丸  4、Se
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述
实施例1
在现有35W车用氙气金属卤化物灯电弧管中完全取消汞，代之以相应克分子量的Se，可制成显色性＞90的无汞车用灯，根据现有公知技术标准适量选配其他金属卤化物成分可以调节相关色温为4000K，5000K，6000K或其他所需的色温，图1所示的电弧管的结构可用以制作所述无汞氙气金卤灯。
实施例2
在图2所示的现有35W的车用氙气金卤灯中取消充入汞，代之以相应克分子量的Se。金属卤化物和惰性气体成分及用量采用现有公知技术，可制成无汞的高显色性的车用硒氙金卤灯。
实施例3
在现有35W商用照明金卤灯中取消充入汞，代之以相应克分子量的Se，金属卤化物和惰性气体成分及用量采用现有公知技术，可制成无汞商用照明金卤灯。
实施例4
在现有250W舞台照明金卤灯中适当减少充入汞量，减少常规充汞量的50％，代之以相应克分子量的硒(Se)，金属卤化物和惰性气体成分及用量采用现有公知技术，可制成舞台用250W金属卤化物灯。
实施例5
在现有575W的舞台用金卤灯中适当减少充入汞量，减少的比例是1/3，代之以相当于1/3汞量(克分子量)的Se元素，原充入的金属卤化物量不变，则可得到色温略低但显色性大为提高的舞台用照明金卤灯。
实施例6
在现有70W高压汞灯中减少中35％的充汞量代之以相应量(克分子量)的硒，可使汞污染程度降低，光效提高，显色指数上升。
实施例7
在现有125W商用照明金卤灯中适当减少充入汞量，减少常规充汞量的30％，而代之以相应量(克分子量)的硒(Se)，金属卤化物和惰性气体成分及用量采用现有公知技术，可制成少汞的商用金卤灯，可减少环境污染。
实施例8
在现有500W的汞--氙灯中，可以适当减少充入汞量的20％而代之以相应量(克分子量)的硒(Se)，可部分降低汞污染。

Claims (9)

1、一种高强度放电灯，其特征在于：在所述高强度放电灯的电弧管内充入汞量(克分子量)减少10％~100％，而加入与汞减少的克分子量相同数量的硒。
2、如权利要求1所述的高强度放电灯，其特征在于：所述高强度放电灯为金属卤化物放电灯。
3、如权利要求2所述的高强度放电灯，其特征在于：对于车用氙气金属卤化物灯完全取消充入的汞而代之以相应汞量(克分子量)的硒。
4、如权利要求2所述的高强度放电灯，其特征在于：对于50W以下商用照明金卤灯完全取消充入的汞而代之以相应量(克分子量)的硒。
5、如权利要求2所述的高强度放电灯，其特征在于：对于50W以上100W以下功率的商用照明金卤灯，减少了常规充汞量的70％，而代之以相应量(克分子量)的硒。
6、如权利要求2所述的高强度放电灯，其特征在于：对于100W以上的商用照明金卤灯，减少了常规充汞量的10％~40％，而代之以相应量(克分子量)的硒。
7、如权利要求2所述的高强度放电灯，其特征在于：对于100W以上舞台用金属卤化物灯中，减少了常规充汞量的20％~50％，而代之以相应量(克分子量)的硒充入。
8、如权利要求1所述的高强度放电灯，其特征在于：所述高强度放电灯为高压汞灯，所述高压汞灯减少常规充汞量的30％~40％，而代之以相应量(克分子量)的硒。
9、如权利要求1所述的高强度放电灯，其特征在于：所述高强度放电灯为汞-氙灯，所述汞--氙灯减少常规充汞量的10％~40％，而代之以相应量(克分子量)的硒。
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