CN1788329A - 具有反射器和冷却装置的高压放电灯 - Google Patents

Abstract

记载了一种具有反射器(2)和冷却装置的高压放电灯，其中该冷却装置包括至少一对喷嘴(7)，该喷嘴将冷却气流(8)引导至放电管(3)的电极引线贯穿部上。

Description

具有反射器和冷却装置的高压放电灯

本发明涉及一种具有反射器和冷却装置的紧致型高压放电灯，适用于投影设备。

已知高压气体放电灯(HID[高强度放电]灯)尤其是UHP(超高性能)灯因其优良的光学特性而优选用于投影目的。

对于这些应用需要尽可能为点状的光源，这是因为在电极尖端之间产生的发光放电弧一定不能超过约为0.5～2.5mm的长度。此外，还要求尽可能高的发光强度以及尽可能自然的光谱组成。

可用UHP灯来最佳地获得这些特性。然而，在对这些灯的改进中必须同时达到两个基本要求。

一方面，放电管的最高温度一定不能高到以致于出现析晶现象。对于灯的上侧来说尤其是这样，这是因为在灯的放电管内部中的强烈对流总是特别强地加热放电弧上方的区域。

另一方面，放电管内表面(燃弧器空间)上的最冷点仍然必须具有足够高的温度，以便使得汞不会沉积在那里，而是在足够的总量上保持为汽态。

这两个相互冲突的要求使得最高温度和最低温度(通常处于放电管的内上侧和内下侧)之间的最大允许差异比较小。然而，该内部对流主要是加热放电管上方的区域，只能通过灯泡的适当形状在有限的范围内降低其温度，因而比较难以保持在该最大差异范围内，并且灯的功率提升被限制在有限的范围内。

最后，所述的要求还经常在灯的光输出是黯淡时出现问题，这是因为在大多数情况下这会导致气体的降温并凝结，从而损害到所发光的光谱和光度特性。

因此，本发明的目的是为投影目的提供一种高压放电灯，该高压放电灯的光谱和光度特性使其特别适用于投影。

从美国专利5109181已知适合于投影的UHP灯，其通常运行在100W及以上的功率。其中的放电管和钨电极两者都被强烈地加热。为了避免在其中出现石英重结晶的风险，德国专利申请DE-OS 10100724.8提出了一种具有冷却装置的高压气体放电灯，该放电灯防止了灯泡的析晶现象并且以增强的灯功率基本上防止了填充气体的凝结。在这种情况下，通常出现在石英燃弧器上侧的放电管最热部分被非常强烈地冷却，而放电管的下部较冷部分基本上不被冷却，否则就会降低灯内的汞蒸汽压。然而，高的汞蒸汽压是高功率UHP灯的基本前提。

图1示出了UHP灯的结构原理。在放电管3的内部空间4中填充有汞和附加物并且具有两个钨电极5，在灯的运行期间，在两个电极之间形成放电弧。如果要在灯的内部空间4中达到有效的灯运行所需要的高气压，该灯的内部空间4必须以气密方式从周围环境中密封起来。为此，将导电钼箔10熔合或者夹紧在放电管4的石英中。电极5连接至钼箔10。通过外部引线11进行灯的电力供给。钨电极在电极引线贯穿部6的区域中与放电管3的石英直接接触。

此外，德国专利申请10231258.3提出了一种具有冷却装置的放电灯，该冷却装置特别适合于高压气体放电灯。提供了一种特殊布置的喷嘴来导入冷却空气，该特殊布置的喷嘴有可能将放电管的温度降低至不会损害石英玻璃的程度，同时保证了足够长的灯寿命。喷嘴的尺寸和位置选择成尽可能地排除由阻挡光路径造成的光损耗。该冷却系统使得用300W以上的功率以及200巴以上的汞蒸汽压来运行放电能成为可能。对于对光通量有高要求的现代投影应用来说，诸如电子灯图像显示器或数字控制泛光灯，这种灯为其提供了足够量的光。

虽然放电管的石英重结晶问题能用所提出的在所述灯的冷却装置来解决，但是另一个问题还没有解决，即由热的等离子弧的可高达8000K以上的高温所引发的问题：该高温强烈地加热钨电极，使得钨电极以增大的速率被烧尽，由此而降低了放电弧能达到的总光效。所不希望有的结果是缩短了放电灯的寿命。

为了克服上述缺点，为本发明的高压放电灯开发了一种新的冷却装置。这里的冷却装置包括至少一对喷嘴7，该喷嘴朝着放电管3的电极引线贯穿部6引导冷却气流8。经由放电管3的这些区域来对电极进行外部冷却是特别有效的，这是因为电极和外部空间在那里具有非常良好的耦合。

灯主体在电极引线贯穿部6处以气密方式密封，以使灯主体内高的汞蒸汽压成为可能。因此在那里，热钨电极和周围的石英主体之间具有紧密接触。因此，能实现电极的有效冷却，而且有可能用本发明的冷却装置来相当大地降低电极引线贯穿部和电极的温度，使得电极和石英主体的使用寿命得以延长。

参考附图对本发明作更详细的解释，附图中：

图1示出了一种UHP灯的结构原理；

图2示意性地示出了按照德国专利申请10231258.3的现有技术的高压放电灯的冷却装置；

图3示意性地示出了按照本发明用于高压放电灯的冷却装置；

图4示出了本发明的冷却装置，其中一个或若干个喷嘴布置在反射器的前面；

图5示出了本发明的冷却装置，其中一个或若干个喷嘴布置在反射器的颈部中；

图6示出了本发明的冷却装置，其中电极被两个套筒部分围绕，冷却气流能从相反方向鼓入到套筒部分中；和

图7示出了向面对着反射器开口的套筒型冷却喷嘴的气体供给。

图2示出了在德国专利申请10231258.3中提出的一种放电灯的冷却系统。该冷却系统已经提供了一种功率、效率以及光效均被显著增强的放电灯1，同时也已经实现了放电灯寿命的显著增长。这里，气流8是指向放电管3，并且至少一个喷嘴7布置成使其不会延伸到由灯或反射器2产生的辐射路径中去。如此提供的冷却装置对这种灯的光效和辐射特性两者都不会有不利影响。

相反，按照本发明，如图3所示，不是只使用了一个喷嘴，而是使用了至少一对喷嘴7，不是对着放电管3的最热部分引导冷却气流8，而使对着电极的电极引线贯穿部6。为此，该喷嘴对7的两个喷嘴以小于1cm的相互距离穿过反射器2。对于由于阻挡辐射路径而带来的光损耗，本发明的冷却装置所防止的光损耗与德国专利申请10231258.3中公开的冷却装置差不多。此外，来自两个喷嘴7的两股气流8的叠加能产生气体湍流，该气体湍流以特别有效的方式冷却了放电管3的电极引线贯穿部6的上部。

用这样一种冷却装置能极大地延长钨电极5的预期寿命，并且能极大地降低电极温度。

当反射器2中包括若干喷嘴对7时就获得了本发明的一个特别实施例，这使得放电管3的电极引线贯穿部的特别热的上侧总是被非常强烈地冷却。这例如在将放电灯用在为若干工作取向(例如立式安装和吊装)而设计的投影系统中时是非常有用的。

为了均匀地控制放电灯高的热负荷，并且为了避免高的峰值负荷，德国专利申请02102727.1提出了一种放电灯，在该放电灯中自动控制某些工作参数，诸如电流强度、灯功率、压力和/或冷却气体的流量。为此而使用了一种控制单元，用于至少是在放电灯的开启和关闭阶段控制灯驱动器和/或冷却装置，以确保一个或若干个工作参数不偏离其给定范围。这样一种工作参数的控制也可非常有利地用于本发明的高压放电灯。

然而，很明显，通过喷嘴7相对于灯1的另一种布置也可以实现本发明的目的，亦即引导冷却气流流向放电管的电极引线贯穿部。因此，选择如图4所示的喷嘴布置是有利的。在这里，一个喷嘴7布置在反射器2的前面，因此不会妨碍光路径。另一个喷嘴7邻近于反射器颈部布置，由此也不会损害反射器的光功率。用这种特殊的布置可能实现对放电管3的电极引线贯穿部的有效冷却。

如图5所示，当一个喷嘴7直接插入到反射器颈部中时，就提供了喷嘴的另一种有利布置。在这种情况下，喷嘴7的形状必须在某种程度上进行改型，以确保气流8会击中放电管3的电极引线贯穿部6。

在所述的每个实施例中，喷嘴7具有约0.5～2mm的直径，并且连接到能在喷嘴中产生几百毫巴气压的气压源。

图6中示出了本发明放电灯的另一个实施例。在这里，用来冷却放电管3的电极引线贯穿部的两个喷嘴被构造成围绕放电管3的套筒部分9。从任一端将冷却气体8鼓入到这些套筒9中，从而从各个侧面上包围住放电管3。然而，如果将套筒部分9内的放电管3的轴线设置成这样，即相比于沿着电极引线贯穿部的下部流过的空气，有更强的空气流能沿着电极引线贯穿部6中那些变得特别热的部分流过，那么这是特别有利的。这可以通过将放电管3放置在套筒部分9的非中心位置而且向下偏移来实现。在该方式中，电极引线贯穿部的上部流动有特别强的冷却空气流。在电极引线贯穿部的区域，该套筒部分9的直径比放电管的直径长大约0.5～4mm。再一次，该套筒型喷嘴应该连接至能在喷嘴中产生几百毫巴气压的气压源。

图7示出了在套筒型喷嘴形状的情况下，对于用来冷却面对着反射器开口的电极的那个喷嘴，如何实现气体供给。在这里要注意，该气体供给不应该对灯辐射出的光造成太强的遮挡效应。这例如可以通过将该气体供给的横截面积保持为小来实现。也能想到使用透明材料来进行气体供给，但是这样就要将可能的光学(透镜)效应考虑进来。

在最近的上文所述的实施例中的本发明高压放电灯明显不同于关于国际专利申请WO 00/60643中的DC放电灯所述的已知冷却系统。该专利申请记载了一种套筒型喷嘴，该喷嘴冷却垂直放置的DC放电灯中的放电管。这里在放电灯的一端提供了单独的喷嘴。然而，这种布置的唯一目的是要实现放电管的冷却。其中提供了阳极和阴极的特殊结构来降低电极的热负荷。这种电极结构在DC放电灯中是常见的，这是因为由此能避免为电极使用特殊的冷却装置。

然而，由于本发明的放电灯以交变电流运行，阳极和阴极的特殊结构是不可能的。相反，在本发明的放电灯中，两个电极都被直接冷却。如上文所述实施例那样，两个彼此类似的套筒型喷嘴是适用于此的。在这里，阳极和阴极可以具有相同的结构。因此，本发明的放电灯与国际专利申请WO 00/60643的装置的决定性区别在于能按照本发明进行高压放电灯的交流运行。

因此，对于本发明高压放电灯的电极就有一种特别有效的冷却系统可用，这种灯的功率和使用寿命由此而被相当大地提升。

参考标号列表

1   放电灯

2   反射器

3   放电管

4   放电管的内部空间

5   电极

6   电极引线贯穿部

7   喷嘴

8   空气流

9   套筒部分

10  钼箔

11  外部电流引线

Claims (10)

1.一种具有反射器和冷却装置的高压放电灯，其特征在于，所述冷却装置包括至少一对喷嘴(7)，该喷嘴将冷却气流(8)引导至放电管(3)的电极引线贯穿部(6)上。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，该对喷嘴包括两个喷嘴(7)，这两个喷嘴以小于2cm的相互距离穿过反射器(2)。

3.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，一个或若干个喷嘴(7)布置在反射器(2)的前面。

4.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，一个或若干个喷嘴(7)布置在反射器的颈部。

5.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，该放电管(3)被两个套筒部分(9)包围，冷却气流(8)可从彼此相反的方向导入套筒。

6.根据权利要求5所述的放电灯，其特征在于，在电极引线贯穿部(6)的区域，该套筒部分(9)的直径比放电管的直径长0.5～4mm。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的放电灯，其特征在于，用控制单元来控制冷却功率，以便遵守给定的工作参数。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的放电灯，其特征在于，该喷嘴具有约为0.5～2mm的直径。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的放电灯，其特征在于，其连接至能在喷嘴中产生几百毫巴气压的气压源。

10.一种投影系统，具有权利要求1～9中任一项所述的高压放电灯。

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