CN1628366A - 不含汞的高压气体放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车技术领域的高压气体放电灯(HID[高强放电灯])。为了实现灯特性的改进，特别是与相同功率的不含汞的气体填充物的灯大致相同的发光功效以及最高可获得的燃弧电压，放电容器(1)在其处于工作位置的最低处的壁部(10)上设置有至少大致反射在灯工作中产生的红外线的涂层(15)，以便升高最冷点的温度以及特别是积聚在此的发光物质的温度，由此使得发光物质的足够量变为气态，其中没有汞，并且特别地使用金属卤化物作为电压梯度生成剂。

Description

不含汞的高压气体放电灯
本发明涉及一种高压气体放电灯(HID[高强放电灯])，尤其涉及一种特别是不含汞的且适用于汽车技术领域的高压气体放电灯。
常规的高压气体放电灯一方面包含放电气体(通常是金属卤化物例如碘化钠或碘化钪)，其作为实际上的发光材料(发光体)，另一方面包含汞，其主要用于形成电压梯度并且具有增加灯的功效和燃弧电压(burning voltage)的重要功能。
由于这种类型的灯具有良好的特性，因此该灯被广泛地使用，并且还应用于汽车技术领域中。然而，对于这种应用场合，处于环境原因，特别地要求该灯不含汞。
不含汞的灯的基本问题在于，以给定灯功率的连续工作将导致燃弧电压较低，这又灯电流较高并且发光功效较低。
US-PS 5952768披露了一种带有透明的优选为二向色性的涂层的放电灯，该涂层吸收紫外线辐射并且优选为反射红外线辐射，以便使得灯的最冷区域的温度升高。其目的在于保持较高的金属卤化物蒸气压力并且提高该灯的功效、寿命、和颜色特性。
其缺点在于，该灯在其气体填充物中仍包含汞，因此其不符合其应用于汽车领域相关的上述要求。
本发明的目的在于，提供一种具有不含汞的气体填充物的高压气体放电灯，该放电灯可获得与含汞的灯的发光功效大致相当的发光功效。
另一目的在于，提供一种具有不含汞的气体填充物的高压气体放电灯，该放电灯具有的燃弧电压比不含汞的灯可大致实现的燃弧电压高。
特别是，该目的旨在提供这样一种高压气体放电灯，借助该放电灯可实现以上两个目的(较高的功效和较高的燃弧电压)中的至少一个目的，并且不需要增加灯功率或增大灯的外泡体的外尺寸。
另一目的在于提供一种通常用于机动车应用场合的具有流明保持性的不含汞的高压气体放电灯，即，其中随着灯的使用过程发光特性的下降表现出与含汞的灯相似的梯度。
最后，该目的特别是旨在提供一种适用于机动车技术领域的高压气体放电灯。
依据权利要求1，使用这样一种不含汞的高压气体放电灯实现了该目的，该高压气体放电灯具有放电容器，该放电容器包括在其处于工作位置的最低处的壁部上的至少大致反射红外线的涂层，该涂层的尺寸如此选择，即，使得在开灯之后，积聚在该带涂层的壁部上的发光物质的温度升高到使得所述物质至少大致变为气态的温度程度。
由于弧光发电发出的红外线辐射照射到带涂层的壁部上并且在该处被反射，以便该红外线辐射两次穿过发光物质，由此发光物质被更强烈地加热，因此可大致实现温度的升高。除了任何由涂层吸收的红外线辐射产生少量的加热之外，该带涂层的壁部以及沉积在其上的发光物质被额外地加热。
为了优化灯特性并实现尽可能高的燃孤电压和发光功效，因此涂层的尺寸被如此确定，即，使得发光物质尽可能地优选为完全地变为气态。
这可特别地通过以下方式实现，即，不使用汞且不使用替代物，或者使用替代的电压梯度生成剂例如适当的对环境有利的金属卤化物以代替汞，假如只要在任何情况下由于最冷点可获得更高的温度而使得足够量的发光物质变为气态，则由此可实现灯的发光功效和燃弧电压的进一步增大。这可通过引入稀有气体(例如氙)来进一步支持，该稀有气体可增大在放电空间内的气体压力。
该解决方案的另一优点在于，其可应用于其气体填充物中含汞的放电灯，其功效可由此显著地增加。
应当注意，高压气体放电灯从US-PS 5952768中是已知的，其中披露了一种设置有大致半圆形的反射涂层的放电容器，该涂层在电极即轴向端部的区域中包括氧化锆。该涂层的目的在于降低多次的内反射。在带有平的夹制部的灯中，设置在夹制部上的涂层此外用于降低辐射。由此增加该灯的功效和光通量，即在该灯中保持适当的蒸气压力。
然而，以上的公开申请不涉及到或甚至没有提到不使用汞的相关问题。最后，没有考虑到：用于涉及结合情况的相关机动车技术领域的重要细节，用于与反射体配合使用的灯涂层(弧光特别是热点以及电极的自由端不能对于反射器被屏蔽)，以及灯的外形尽可能稳定不变的要求，因此以上的这篇公开申请是不相关的。
从属权利要求涉及本发明的其它的有利的实施例。
可借助于权利要求2所述的确定尺寸的形式以所需方式影响温度平衡。其中，温度升高的位置由涂层的位置或范围来确定(其中至少大致沉积有发光物质)，而温度升高的程度由填充密度和该涂层材料中的颗粒尺寸以及涂层的厚度来调节。
如权利要求3所述的实施例具有特别的优点，即，由此可实现例如金属涂层的光反射特性，以便与附加的主反射体配合使用可实现形式为主反射体和副反射体的发射光的聚光改进。
如权利要求4所述的实施例具有特别的优点，即，该灯本身的制造过程不需要改变，只是使用了附加的制造步骤，以便在以其它的通常方式制成的灯上提供涂层。此外，被反射的红外线辐射不仅两次穿过发光物质，而且还两次穿过带有涂层的壁区域，如上所述该壁区域是属于最冷点的，因此可升高其温度。
如权利要求5所述的实施例可防止发光物质在灯工作时以及伴随的加热过程中移动到夹制部中，这可能导致连接到相应电极上的钼箔的腐蚀。
权利要求6描述了带有优选的特别有效的涂层的实施例。
权利要求7和8涉及优选地使用以代替汞的电压梯度生成剂，以及借助于该电压梯度生成剂可实现该灯的特别好的发光功效，同时权利要求9描述了一种替代可能，以便实现更高的发光功效和燃孤电压的目的。
为了更好地理解本发明并更容易地实施本发明，以下将参照附图来详细描述本发明，其中附图只是用于进行图示不是限定性的，在附图中：
图1是第一实施例的侧视示意图；
图2是第二实施例的侧视示意图；
图3是第三实施例的侧视示意图；以及
图4是第三实施例的底视示意图。
图1-3示出了在工作状态下的依据本发明的高压气体放电灯。该灯均包括石英玻璃制成的放电容器1，该放电容器封装有放电空间2并且在其彼此相对的端部处并入到石英玻璃部分(夹制部)5中。
放电空间2填充有包括放电气体和电压梯度生成剂的气体，该放电气体借助激励或放电从而发出光辐射，放电气体和电压梯度生成剂均可从金属卤化物族中选择。
发光物质例如为碘化钠和/或碘化钪，而所使用的电压梯度生成剂可以是碘化锌和/或其它物质，以代替汞。
除了电压梯度生成剂之外或替代该电压梯度生成剂，特定量的稀有气体(例如氙)可引入到放电空间2中，以便增加气体压力并且由此增加功效和燃弧电压。
电极3的自由端从其彼此相对的端部突伸到放电空间2中，该自由端由熔点尽可能高的材料例如钨制成。
电极3的另一相应端部均连接到导电带或箔4特别是钼箔上，由此实现了该放电灯的连接端子6与电极3之间的电连接。电极3的这些端部和导电箔4嵌入在夹制部5中。
夹制部5优选为相对于放电容器1对称地布置，即夹制部位于其纵向轴线上。这具有以下的优点，本发明的灯的外泡体的外尺寸不必改变，对于这些灯应用于机动车头灯而言这是特别重要的。此外，带有对称夹制部的灯的制造将更简单并且成本更低。
在该灯的工作状态下在电极3的末端之间激励产生电弧放电(发光电孤)。
如上所述，依据本发明的高压气体放电灯的气体填充物优选为包括一种或多种适合的金属卤化物作为电压梯度生成剂，以便代替汞。然而，这些卤化物具有相对较低的蒸气分压力，这使得必需改变在放电容器1内的温度平衡，以便实现与使用汞的情况下大致相同的发光功效(光通量)以及可能的最高燃弧电压。实际上，当开灯时，特别的必需将发光物质的温度提高到某一程度，其中该发光物质以固态聚集在关断的灯的最低工作位置的壁区域10上，以便在开灯之后使得发光物质在放电空间2中以足够的量变为气态，以实现尽可能高的发光功效和燃弧电压。其中的另一困难在于，在该灯的工作状态下最低的壁区域10是最冷的区域。
如果可能的话，应当在灯功率不增加的情况下，在此实现温度平衡的改变。
这些目的可借助于以下将描述的(由阴影线表示的)涂层15来大致实现，该涂层优选为设置在放电容器2的外表面上以及夹制部5的部分上，或者设置在围绕放电容器的(未示出的)外泡体的内表面或外表面上。
优选的是，涂层15设置在放电容器2上，这是因为涂层的边缘可以更精确地与电极末端的位置和在其间形成的电弧放电的位置相协调，该电极末端必须(在所需的辐射方向上)不得由涂层进行屏蔽。
参照图1-4，涂层15大致仅在处于最低工作位置的壁区域10上延伸，并且在放电容器1的侧壁的部分上延伸，但是上壁区域13没有涂层。相反的是，夹制部5的邻接放电容器2的部分在其整个周边上设置有涂层。
详细地，在图1所示的第一实施例中，涂层15在放电容器1的下壁区域10和侧壁上延伸，涂层边缘在两个电极3之间的连接线之下且平行于该线延伸。涂层的边缘随后在每一电极末端的区域中沿放电容器1与夹制部5之间的过渡部的方向向上延伸，该夹制部最终完全地由涂层15包围。
在图2所示的实施例中，涂层15的边缘以大致V形从放电容器1与夹制部5之间的过渡点沿放电容器1的最低点的方向在放电容器1的侧壁上延伸。
在图3和4所示的实施例中，涂层15的边缘在放电容器1的侧壁处离开该过渡点更倾斜地向下延伸，以便使得涂层不覆盖下壁区域10的一部分。这可以特别在图4中可清楚地看出，图4是该灯的下侧的平面图。
除了这三个示例之外，对于涂层而言明显可以具有边缘梯度，这是对于所示的梯度的变型，即，其中例如图1所示的边缘到电极之间的连接线的距离或大或小，或者图2和3的边缘的梯度的倾斜度或大或小，或者其中边缘不是直的而是弯曲的。
还应当注意到，在涂层的成型中，特别是如果涂层对于可见光而言是大致不可透过的，则弧光特别是其最热位置(热点)以及电极末端相对于反射体没有被隐藏或被屏蔽。
涂层大致由氧化锆(ZrO2)形成。然而，也可使用替代材料，例如Nb2O5和Ta2O5，它们的红外线反射能力好于ZrO2，但是它们较昂贵。最后，另一可行的是使用晶体形式的SiO2。
由电弧放电发出的红外线辐射中的大部分被涂层反射，小部分或根本没有辐射被吸收。在灯工作的过程中，带涂层的壁部和沉积在其上的发光物质与没有涂层的部分相比借助红外线辐射的两次经过而被更强烈地加热。发射率以及相应的加热程度基本上由涂层15的成分来确定，特别是由其填充密度和颗粒尺寸以及大致由其厚度来确定。
涂层15设置在这些区域上并且具有这样的填充密度、颗粒尺寸、和厚度，即发光物质积聚在最低的壁区域10上，并且作为最冷点的该壁区域本身在开灯之后尽可能强烈地被加热。
该灯的发光功效可特别通过使用尺寸如此确定的该涂层15来实现，例如为目前仅大致使用含汞的气体填充物的尺寸。另外，所发出的光的光谱特征和色点以及流明保持性大致相当于含汞的灯的光谱特征和色点以及流明保持性，这对于机动车应用场合而言是特别重要的。
该灯的燃孤电压与已知的不含汞的灯相比也借助该涂层15明显提高，这还取决于层厚、颗粒尺寸、和填充密度。
特定区域的适当涂层可具有不同的层厚、颗粒尺寸、和填充密度，这使得在放电容器1的壁和夹制部5上可实现特别均匀的温度分布。
为了简化通过本发明的灯可实现的改进，以下给出了含有碘化锌作为电压梯度生成剂的不含汞的高压气体放电灯的比较示例。以下列出的测量数值是不带外泡体的情况下获得的。在四个列中列出的递增数值保持与使用外泡体的情况大致相同。
表1示出了对于不带涂层的各种灯的发光功效与带有如图1-3所示设置的氧化锆涂层的该灯的发光功效的比较，并且示出了在这些发光功效之间相应差别。
表1
 不带ZrO2  带有ZrO2
 灯类型  Δ[1m/W]  Δ[1m/W]  Δ[1m/W]
 B15T-1  54.4  61.0  6.6
 B15T-2  55.4  59.8  4.4
 B16T-1  78.8  85.5  6.7
 B16T-2  74.3  80.2  5.9
 B16T-10  76.2  85.4  9.2
 B18T-5  67.2  73.2  6.0
 B18T-6  70.9  75.1  4.2
 B18T-9  67.4  71.9  4.5
 P1-4  83.2  88.9  5.7
 A3P-7  63.2  68.9  5.7
 A3P-9  62.9  69.5  6.6
表2示出了不带和带有依据本发明的上述涂层的该灯类型的燃弧电压，以及两个燃弧电压其间的差别。
表2
 不带ZrO2  带有ZrO2
 灯类型  U[V]  U[V]  ΔU[V]
 B15T-1  49.0  51.0  2.0
 B15T-2  45.0  53.2  8.2
 B16T-1  33.0  34.7  1.7
 B16T-2  32.8  35.6  2.8
 B16T-10  31.9  34.5  2.6
 B18T-5  44.3  47.1  2.8
 B18T-6  42.1  47.7  5.6
 B18T-9  43.4  47.2  3.8
 P1-4  34.2  37.0  2.8
 A3P-7  46.8  54.5  7.7
 A3P-9  48.6  55.2  6.6
最后，表3示出了不带和带有依据本发明的上述涂层的相同灯类型的最冷点温度，以及所得到的温度差。
表3
    不带ZrO2     带有ZrO2
 灯类型     Tmin[℃]     Tmin[℃]   ΔTmin[℃]
 B15T-1     863     869   6
 B15T-2     856     868   12
 B16T-1     856     866   10
 B16T-2     856     871   15
 B16T-10     844     862   18
 B18T-5     833     853   20
 B18T-6     827     857   30
 B18T-9     831     858   27
 P1-4     835     852   17
 A3P-7     850     871   21
 A3P-9     840     865   25
如果省去汞而没有代替物的话，如果这种情况是所需的，即不使用电压梯度生成剂，或者如果特定量的稀有气体(例如氙)引入到放电空间2中作为电压梯度生成剂的代替物以便提高气体压力，则使用依据本发明的涂层15可实现对于特定应用场合满意的发光功效和/或燃弧电压。
最后应当指出，借助本发明的原理可提高放电容器的最冷点的温度，本发明的原理显然可应用于含汞的灯，其中对于环境的缺点是可接受的。在这种情况下，这种温度的提高可用于例如增加发光功效或对于给定功效而降低灯功率。

Claims (10)

1.一种不含汞的高压气体放电灯，其具有放电容器(1)，该放电容器包括在其处于工作位置的最低处的壁部(10)上的至少大致反射红外线的涂层(15)，该涂层(15)的尺寸如此选择，即，使得在开灯之后，积聚在该带涂层的壁部上的发光物质的温度升高到使得所述物质至少大致变为气态的程度。
2.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，该涂层的尺寸由其表面面积和/或厚度和/或颗粒尺寸和/或该颗粒的填充密度来给定。
3.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，该涂层(15)至少对于可见光而言是大致不可透过的。
4.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，该涂层(15)设置有该放电容器(1)的外表面上或在围绕该放电容器的外泡体的内或外表面上。
5.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，该涂层(15)设置在夹制部(5)的区域上，即，在其邻接该放电容器(1)的区域上。
6.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，该涂层(15)由氧化锆形成。
7.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，在其气体填充物中还包括形式为一种或多种金属卤化物的电压梯度生成剂。
8.如权利要求7所述的高压气体放电灯，其特征在于，该电压梯度生成剂包括碘化锌。
9.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于，该气体填充物包括额外量的稀有气体，例如氙，以便增加该灯的气体压力和发光功效。
10.一种特别是用于机动车头灯的照明单元，其包括如上述权利要求中任一项所述的高压气体放电灯。
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