CN1365509A

CN1365509A - 低压汞蒸汽放电灯和汞齐

Info

Publication number: CN1365509A
Application number: CN01800580A
Authority: CN
Inventors: M·H·R·兰克霍尔斯特; W·C·克伊尔; L·C·I·卡尔登霍文
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2002-08-21
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: EP1181710B1; US6734616B2; JP2003528431A; WO2001071770A1; US20010030506A1; TW494439B; CN1221009C; KR20020006544A; DE60128629T2; EP1181710A1; DE60128629D1

Abstract

一种低压汞蒸汽放电灯提供有放电容器(10)。放电容器(10)以气密方式封闭提供有汞和惰性气体填充物的放电空间(11)。放电容器(10)设有与放电空间(11)连通的汞齐。该放电灯包括用于维持放电容器(10)内的放电的装置。该放电灯的特征在于汞齐包括铋－铅汞齐,其中铅含量在35≤Pb≤60at%范围内,铋含量在40≤Bi≤65at%范围内,汞含量在0.05≤Hg≤1at%范围内。优选,汞齐另外包括金,金含量在0.1≤Au≤20at%范围内。优选,金含量在8≤Au≤12at%范围内。根据本发明的灯在标称工作时呈现高初始辐射输出和与相对高辐射输出相结合的短起动时间,这可以在相对大的温度间隔中实现。

Description

低压汞蒸汽放电灯和汞齐

技术领域

本发明涉及包括放电容器的低压汞蒸汽放电灯，

该放电容器以气密方式密封提供有汞和惰性气体填充物的放电空间，

放电容器含有与放电空间连通的汞齐，

并且该低压汞蒸汽放电灯包括用于维持放电空间中的放电的装置。

本发明还涉及用在该低压汞蒸汽放电灯中的汞齐。

背景技术

在该低压汞蒸汽放电灯中，汞是用于(有效地)产生紫外(UV)光的主要部分。可用发光层覆盖放电容器的内壁，发光层包括用于将UV转换成其它波长例如转换成用于晒黑目的(目光灯)的UV-B和UV-A或转换成用于一般照明目的的可见辐射的发光材料(例如荧光粉粉末)。因此这种放电灯还被称为荧光灯。低压汞蒸汽放电灯的放电容器一般为管形和且截面为圆形，并包括两个伸长和紧凑实例。一般情况下，所谓紧凑型荧光灯的管形放电容器包括相对短的收集部分和具有相对小直径的直管部分，直管部分一方面借助桥接部分或另一方面借助例如弓形部分互连。紧凑型荧光灯一般设有灯头(集成电子部件)。

在本发明的权利要求书和说明书中，使用术语“标称工作”表示汞蒸汽压使得灯的辐射输出至少是最佳工作期间的80％的工作条件，即在汞蒸汽压最佳化的工作条件下。相对于只含有单体汞的放电灯来说，汞齐限制放电容器内的汞蒸汽压。这可使灯可在相对高的灯温度下标称工作，在例如当灯承受高负载或当灯用在封闭或通风不好的发光设备中时可产生这种相对高的灯温。而且，在说明书和权利要求书中，“初始辐射输出”定义为在接通放电灯之后1秒时放电灯的辐射输出，“起动时间”定义为由放电灯达到最佳工作期间的80％的辐射输出所需的时间。

开篇提到的低压汞蒸汽放电灯还称为蒸汽压控制电灯，并公开于US专利4093889中。该公知灯具有在室温下相对低的汞蒸汽压。结果，该公知灯的缺点是当普通电源用于操作所述灯时，初始辐射输出相对低。另外，由于在接通灯之后汞蒸汽压只稍稍有所增加，因此起动时间相对长。

除了上述汞齐灯之外，低压汞蒸汽放电灯是公知的，它包括(主)汞齐和所谓辅助汞齐。如果辅助汞齐包括足够的汞，则灯具有相对短的起动时间。在灯刚刚被接通之后，即在预热电极期间，辅助汞齐被电极加热，以便相对快速地分散它所含有的汞的实质部分。在这点上，希望在接通之前灯在充分长的时间内是熄灭的，以便容许辅助汞齐拾取足够的汞。如果灯在相对短时间周期内是熄灭的，则起动时间的减少只是很小的。此外，在初始辐射输出(甚至)比只包括主汞齐的灯低的情况下，这起因于通过辅助汞齐调整放电空间中的相对低的汞蒸汽压。相对长的灯遇到的另外的问题是由辅助汞齐释放的汞散布到整个放电容器中花费相对长的时间，因而在接通这种灯之后，证实了在辅助汞齐附近有相对亮区和在远离辅助汞齐的地方有相对暗区，这些区域在几分钟之后消失。

另外，公知的低压汞蒸汽放电灯没有汞齐并只含有单体汞。这些灯，也称为汞灯，具有在室温下的汞蒸汽压和初始辐射输出相对高的优点。此外，起动时间相对短。在接通之后，这种类型的相对长灯也证实了在整个长度上具有基本恒定的亮度，这归因于在接通这些灯时蒸汽压(室温下)足够高。可使用汞灯实现在相对高灯温下的标称工作，其中汞灯的放电空间含有(适当)足够汞以在工作温度下产生接近于最佳汞蒸汽压的汞蒸汽压。然而，在灯的使用寿命期间，由于例如粘接到放电容器内壁上和/或发射体材料上而使汞损失。结果是，这种灯实际上只有有限的使用寿命。因此，实际上汞灯中的汞剂量基本上比以汽相的标称工作期间需要的汞量高。然而，这种灯的缺点是汞蒸汽压等于符合于放电容器的最冷点温度的饱和蒸汽压。由于饱和蒸汽压随着温度指数地增加，因此例如在通风不好的照明设备中或在灯承受高负载时发生的温度变化导致辐射输出的减少。在相对低的环境温度，汞蒸汽压降低，这也使辐射输出的减少。

发明内容

本发明的目的是提供开篇所述类型的灯，当规则地使用时，具有相对高的初始辐射输出和相对短的起动时间以及在相对大的环境温度范围内的相对高辐射输出。

根据本发明，该目的是如下实现的：汞齐包括铋铅化合物，其中铅含量(Pb)在35≤Pb≤60at％范围内，铋含量(Bi)在40≤Bi≤65at％范围内，汞含量(Hg)在0.05≤Hg≤1at％范围内。

使用这种Bi-Pb汞齐的优点是，在室温下，汞蒸汽压相对接近于液体汞的蒸汽压。如果汞齐具有上述成分，则放电灯标称工作在位于从65-165℃的相对宽温度范围内的放电容器的对应最冷点温度下。使用这种Bi-Pb汞齐的另一优点在于汞蒸汽压作为温度函数所绘制的曲线，可通过汞含量调整。可通过选择根据本发明的Bi-Pb汞齐的成分获得(主)汞齐的所述特性，即宽温度间隔和可变的汞蒸汽压曲线。

使用根据本发明的Bi-Pb汞齐的又一优点在于汞齐可用在暗淡的低压汞蒸汽放电灯中。

优选，汞齐中的铅含量在40≤Pb≤50at％范围内，铋含量(Bi)在50≤Bi≤60at％范围内。特别适合的是接近在44at％Pb的Bi-Pb低共熔点的汞齐组分。

在工作中，Bi-Pb汞齐的上述组分能在位于从65-165℃的相对宽温度范围内的放电容器的对应最冷点温度下实现的低压汞蒸汽放电灯的辐射输出(标称工作)的至少80％。包括根据本发明的Bi-Pb汞齐的放电灯的起动时间少于十秒，在任何情况下，同时辅助汞齐使起动时间减少到小于3秒。根据本发明组成的汞齐特别适合用在(节能)(紧凑型)低压汞蒸汽放电灯中。这种放电灯具有好的初始辐射输出并在标称工作时将相对短起动时间与用于放电容器的最冷点温度的相对宽间隔相结合。结果，可在相对大温度间隔中进行标称灯工作。

优选，汞含量(Hg)在0.05和0.75at％范围内。

根据本发明，低压汞蒸汽放电灯的优选实施例的特征在于汞齐还包括金，金含量(Au)在0.1≤Au≤20at％范围内。

在工作中，使用Bi-Pb-Au汞齐的上述组分，在位于从50-160℃的相对宽温度范围内的放电容器的对应最冷点温度下实现至少80％的低压汞蒸汽放电灯的辐射输出(标称工作)，同时在位于从70-130℃的相对宽温度范围内的放电容器的对应最冷点温度下实现至少90％的辐射输出。

使用这种Bi-Pb-Au汞齐的另一优点是汞蒸汽压作为温度函数绘制的曲线不只是经过汞含量调整而还可以经过汞齐成分调整。

根据本发明的所述Bi-Pb-Au汞齐的组分如此选择，以便汞齐在100-140℃的温度范围内熔化。此外，所述汞齐的少量汞含量在较高温度下(140-175℃)产生相对低的汞激活性，汞齐以液体状态存在于放电容器内(汞是汽相的)。在相对低温度下的相对高的汞激活性可通过汞不容易与下面的合金混合而获得。Bi-Pb-Au汞齐组分特别适合，其中添加的金接近于Bi和Pb的上述低共熔点。这种汞齐具有56∶44的Bi-Pb比。

优选，汞齐中的金含量在8≤Au≤12at％范围内。这种组分的Bi-Pb-Au汞齐在汞蒸汽压曲线中呈现双峰值，这是由Bi-Pb低共熔点(在125℃)上的结构式BiPb₃Au的大量三元金属间化合物熔化造成的。

向Bi-Pb汞齐中添加金的又一优点是，在低温下(室温)，汞蒸汽压基本上与达到非常低的汞浓度(0.3％Hg)的汞浓度无关。结果，放电灯对在其它灯部件例如放电容器壁和/或发射体材料中的汞损失相对迟钝的(不可逆的)。

除了上述材料之外，根据本发明的汞齐可包括添加剂，例如锌、银、镓、铟、锡、锑和/或其它元素。希望这种添加剂不使Bi-Pb合金的熔化温度范围(100-140℃)移动20℃以上。

在低压汞蒸汽放电灯的使用寿命开始阶段，在工作期间相对大量的汞粘接到壁上。为了预防发生这种情况，根据本发明的灯的放电容器可用金属氧化物保护层涂敷内表面。例如是氧化钪、氧化钇、氧化镧或镧系的一种元素的氧化物的这种保护层抵制由粘接在壁上引起的汞损失。具有少量汞消耗的放电灯是有利的，因为它能进行汞的更优化设计。

通过参照以下所述实施例(一个或多个)使本发明的这些和其它方面更明显。

附图说明

图1A是包括根据本发明的低压汞蒸汽放电灯的紧凑型荧光灯的实施例的截面图；和

图1B是图1A中所示的低压汞蒸汽放电灯的细节的截面图；

图2是用于根据本发明的Bi-Pb汞齐的作为温度函数的汞蒸汽压与两种公知汞齐的汞蒸汽压曲线对比的曲线图；和

图3是用于根据本发明的汞齐Bi-Pb-Au的作为温度函数的汞蒸汽压与两种公知汞齐的汞蒸汽压曲线对比的曲线图。

附图只是示意性的，并没有按比例绘出。特别是为了清楚起见，有些尺寸放大了很多。在附图中，相同参考标记尽可能表示相同的部件。

具体实施方式

图1A表示包括低压汞蒸汽放电灯的紧凑型荧光灯。所述低压汞蒸汽放电灯提供有透辐射的放电容器10，它以气密方式封闭具有约10cm³体积的放电空间11。放电容器10是截面至少基本上为圆形和具有约10mm的(有效)内径的玻璃管。该玻璃管被弯成所谓钩形，并且在本例中，包括大量直管部分，图1A中示出了两个直管部分31、33。该玻璃管还包括大量弧状部分，图1A中示出了两个弧状部分32、34。放电容器10在内壁12上设有发光层17。在另一实施例中，省略发光层。放电容器10由壳体70支撑，而壳体70还支撑设有本质上公知的电和机械接触件73a、73b的灯头71。低压汞蒸汽放电灯的放电容器10被固定到灯壳体70上的透光外壳60包围。透光外壳60一般具有粗糙外形。

图1B是图1A中所示的低压汞蒸汽放电灯的细节的非常示意的截面图。除了汞之外，放电容器10中的放电空间11包括惰性气体，本例中为氩。由设置在放电空间11中的电极对41a(图1B中只示出一个电极)形成用于维持放电的装置。电极对41a是用电子发射物质覆盖的钨线圈，本例中电子发射物质是氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。每个电极对41a由放电容器10的(窄)端部支撑。馈流导体50a、50a’通过放电容器10的端部从电极对41a延伸，并伸出到外部。馈流导体50a、50a’与容纳在壳体70内并与灯头71上的电接触件73b(见图1A)电连接的(电子)电源连接。

除了汞之外，放电空间11还包括惰性气体，本例中为氩和氖。在本例中，汞不只存在于放电空间11中，而且还存在于根据本发明的汞齐63中。为此，在图1B所示的例子中，在放电容器10中设置具有含4.0％重量FeO的石灰玻璃的壁61的容器60，在本例中，容器60位于放电容器10的管形凸部62a中。在工作中，汞齐63与放电容器10连通。在容器60的壁61中，通过熔化形成开口64。容器60具有凸出部分68，容器60利用该凸出部分68夹持在凸部62a中。容器60包括根据本发明的汞齐63；在所示实施例中，为带有铋、铅和金的合金的Hg汞齐的100mg的量。(除了少量添加剂或杂质以外)，根据本发明的Bi-Pb-Au汞齐63的特别适合的组分具有在40≤Pb≤50at％范围内的铅含量，在50≤Bi≤60at％范围内的铋含量，在8≤Au≤12at％范围内的金含量，和约0.5at％Hg的汞含量。

图1B中所示的例子中，馈流导体之一50a’还设有载有所谓辅助汞齐83的所谓标记。当接通低压汞蒸汽放电灯时，辅助汞齐83被电极41a加热，使它相对快速地释放存在于其中的汞的本质部分。在上述低压汞蒸汽放电灯的又一实施例中，不用容器配置汞齐，在这种情况下，使用玻璃棒以防止汞齐进入放电容器中。

根据本发明的Bi-Pb和Bi-Pb-Au汞齐特别适合用在(紧凑型)荧光灯中。

根据本发明的放电灯的另一实施例包括所谓无电极放电灯，其中用于维持放电的装置位于由放电容器包围的放电空间外部。通常，所述装置是由电导体缠绕的线圈形成的，并在工作期间，利用高频电压，例如具有约3MHz的频率，给所述线圈供电。一般情况下，所述线圈环绕软磁材料的芯。

图2表示其中根据本发明的特别合适的汞齐Bi56-Pb44-Hg0.5(曲线A)的作为温度(摄氏度)函数的汞蒸汽压(以Pa表示的P_Hg)与两个公知汞齐即Bi53-Sn47-Hg3(曲线R，从US4157485知道的汞齐)和Bi48-Sn24-Pb28-Hg3(曲线T，从US4093889知道的汞齐)的对应汞蒸汽压曲线对比的曲线图。两个水平链点线表示辐射输出至少为最佳工作期间的80％的范围。图2中所示的汞蒸汽压曲线之间的对比表示根据本发明的Bi-Pb汞齐具有较宽的饱和范围并且这种汞齐可用于具有较高最冷点温度的灯中。

图3表示其中根据本发明的特别合适的汞齐Bi50-Pb40-Au10-Hg0.5(曲线B)的作为温度(摄氏度)函数的汞蒸汽压(以Pa表示的P_Hg)与两个公知汞齐即Bi53-Sn47-Hg3(曲线R，从US4157485知道的汞齐)和Bi48-Sn24-Pb28-Hg3(曲线T，从US4093889知道的汞齐)的对应汞蒸汽压曲线对比的曲线图。两个水平链点线表示辐射输出至少为最佳工作期间的80％的范围。对于Bi50-Pb40-Au10-Hg0.5汞齐的汞蒸汽压曲线呈现双峰值，这是由于在125℃的Bi-Pb低共熔点上的大量结构式BiPb3Au的三元金属间化合物的熔化造成的。图3中所示的汞蒸汽压曲线之间的对比表示根据本发明的Bi-Pb汞齐具有较宽的饱和范围并且这种汞齐可用于具有较高最冷点温度的灯中。

对于在它们的使用寿命期间消耗相对少的汞的无电极低压汞蒸汽放电灯，可设计具有相对低的初始汞含量的更优化汞齐，这有利于在放电灯的使用寿命期间在相对大环境温度范围内获得高辐射输出。

显然，在本发明的范围内，本领域技术人员可做出各种修改。本发明的保护范围不限于上面给出的实施例。本发明体现在每个新的特征和特征的每个组合上。权利要求书中的参考标记不限制其保护范围。动词“包括”及其动词变化的使用不排除存在权利要求书中提到的元件以外的元件或步骤。在元件前面使用冠词“一个”不排除存在多个这种元件。

Claims

1、一种低压汞蒸汽放电灯，包括：放电容器(10)，该放电容器(10)以气密方式封闭提供有汞和惰性气体填充物的放电空间(11)，放电容器(10)含有与放电空间(11)连通的汞齐(63)，并且该低压汞蒸汽放电灯包括用于维持放电空间(11)中的放电的装置(41a、41b)，其特征在于汞齐(63)包括铋-铅化合物，其中铅含量(Pb)在35≤Pb≤60at％范围内，铋含量(Bi)在40≤Bi≤65at％范围内，汞含量(Hg)在0.05≤Hg≤1at％范围内。

2、如权利要求1所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于铅含量在40≤Pb≤50at％范围内，铋含量在50≤Bi≤60at％范围内。

3、如权利要求1或2所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于汞齐(63)还包括金，金含量(Au)在0.1≤Au≤20at％范围内。

4、如权利要求1所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于金含量在8≤Au≤12at％范围内。

5、如权利要求1或2所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于汞含量(Hg)在0.05-0.75at％范围内。

6、一种用在如权利要求1或2所述的低压汞蒸汽放电灯中的汞齐。