CN1873905A - 高压气体放电灯的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压气体放电灯的冷却装置，包含有导流组件及气流产生装置，其中导流组件具有凹陷部及通气孔，凹陷部用以容置反射罩颈部，经由气流产生装置产生冷却气流，通过通气孔后，可流经放电灯管及反射罩颈部之间的间隙，而对放电区域及反射罩颈部产生冷却效果，最后热气流经由反射罩与前灯盖玻璃的气隙离开；或经由气流产生装置吸取冷却气流，通过反射罩与前灯盖玻璃的气隙后，对放电区域及反射罩颈部产生冷却效果，最后热气流经放电灯管及反射罩颈部之间的间隙，通过通气孔后离开，此吹气或吸气所产生的冷却气流，可使反射罩与放电灯管的放电区域维持在最佳的操作温度，提高放光率并延长工作寿命。

Description

高压气体放电灯的冷却装置

技术领域

本发明涉及高压气体放电灯，特别是涉及一种应用于高压气体放电灯组的冷却装置。

背景技术

参阅图1所示，现有高压气体放电灯(HID Lamp，High Intensity DischargeLamp)的使用上，将放电灯管1安装于一多孔隙陶瓷座2(Ceramic Seat)上，使放电灯管1(Lamp)穿过反射罩3(Reflector)，并将球状的放电区域1a(DischargeVessel)置于反射罩3内面焦点上，利用抛物面将放电区域1a所放出的光线集中反射向前，穿过前灯盖玻璃4(Front Glass)朝向前方投射。

放电灯管1是由石英玻璃所制造而成的，其外壳最高安全使用温度都建议在1050℃以下，更高的温度将造成石英玻璃的加速劣化，影响放电灯管1的寿命。而放电灯管1的电极本身也有其温度限制，以钨丝电极为例，其软化点约在3400℃，因此放电灯管1点亮过程中，电极温度必须保持在其软化点以下，以确保电极在使用中的寿命与功能。

然而为了提高放电灯的放光效果，电极温度期望能在较高的温度运作，同时又不能超过放电灯管1石英玻璃外壳或电极材料所能承受的操作上限，且放电灯管1的球状放电区域1a(电极所在部分)上、下表面温度也必须均匀，并尽可能减少上、下表面温差，因为在放光过程中汞蒸气的对流效应往往会使得放电灯管1上、下表面温差过大，导致上表面温度过高，造成石英玻璃损坏；而下表面却又温度过低，形成汞蒸汽冷凝，而无法有效维持放光正常，因此高压气体放电灯必须在极小的上、下表面温度差范围内工作。

因此高压气体放电灯必须具备可控制温度分布的冷却装置，同时使高压气体放电灯维持在较佳的工作温度范围，以兼顾工作寿命及放光效率。

传统上为了使高压气体放电灯在反射罩内操作，系统厂商都是外加一个或多个风扇5由反射罩3的上/下侧及后侧吹气，以带动气流由反射罩3前侧边的“气隙”3a(Air Gap)通过，将冷却空气导入反射罩3内，同时也直接由反射罩3的外部进行冷却。其中，气隙3a可为反射罩3上所开的孔隙，也可为前灯盖玻璃4与反射罩3组装后所预留的微小间隙，以供气体流通。

但是上述的作法，有下列缺点：

其一，吹进反射罩3内的冷却气流，必须使用跟系统设置在一起作动的风扇5，无法达到不同导流的目的，而且由外部吹动气流的作法，常会使冷却气流仅在气隙3a之间流通，无法确实流经放电区域1a上表面，无法达成有效对灯管放电区域1a的冷却效果。

其二，能吹进反射罩的气流，除了会冷却放电区域1a的上半部之外，也会冷却到放电区域1a的下半部。以放电区域1a的温度分布而言，由于受到汞蒸汽热对流效应的影响，汞蒸汽大多集中在放电区域1a上半部放光、发热，使放电区域1a的上半部需要较强烈的冷却作用；反之，放电区域1a的下半部原本就具备较低的温度，对其进行冷却并非维持高压气体放电灯运作所期望的结果。然而冷却气流受到重力吸引及热对流效应，往往会对放电区域1a的下半部形成较强烈的冷却效应，使得放电区域1a下半部温度过低，造成汞蒸汽凝结，进而降低卤钨循环清除内璧黑化的能力，而放电区域1a上半部却温度过高，形成石英玻璃损坏的现象。因此为使冷却气流经过预期的冷却位置，反射罩3内部结构及放电灯管1，必须经过复杂的设计，增加了成本。

其三，风扇5由反射罩3外部吹袭，实际上使冷却气流通过气隙3a的效果并不佳，使冷却效果集中在反射罩3或多孔隙陶瓷座2的外部表面，对于反射罩3内部的放电区域1a，以及反射罩3内部的反射镀膜面的冷却效果不佳。

为了导引冷却气流流经预期的冷却位置，达成预期的冷却效果，US6724147号专利案提出一种具备导气组件的高压气体放电灯，于反射罩3的颈部，插入一个管状的空气通道，以将冷却气流直接吹向放电灯管1的放电区域1a的上半部进行冷却。然而此种设计形成二个问题：

一、反射罩3颈部在插设放电灯管1之后，剩下的体积极小，因此管状空气通道必须制作成内、外径极小的管体，才有办法安装在反射罩3颈部，对准放电灯管1的放电区域1a。空气通道尺寸过小，制作成本高、安装不易，也容易受到外力破坏。

二、管状空气通道直接导引冷却气流冷却放电区域1a，对反射罩3缺乏较佳的冷却效果。特别是在放电灯管1的穿设孔开口边缘，其上半侧接近放电灯管1的放电区域1a，承受大量辐射热后，温度远高于其它部位，形成热应力，容易受到热应力破坏而碎裂。且过度集中对放电区域1a的冷却，使得反射罩3的冷却量不足，仍必须外加系统风扇，以解决反射罩3内温度过高，造成反射镀膜面脱落的问题。因此US6724147号专利案仍未确实解决放电灯管1及反射罩3的冷却问题。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种高压气体放电灯的冷却装置，藉以针对放电灯管及反射罩进行冷却，使其温度分布符合高放光率且又可延长使用寿命的需求。

为了达成上述之目的，本发明提供一种高压气体放电灯的冷却装置，包含有导流组件及气流产生装置，其安装在反射罩颈部，用以针对穿设于反射罩的放电灯管进行冷却。其中反射罩的颈部具有穿设孔，放电灯管穿设于此一穿设孔，而使放电区域位于反射罩抛物面或椭圆面的焦点上，且放电灯管以耐温陶瓷水泥或陶瓷膏固定于穿设孔中，并与穿设孔的孔壁之间形成间隙，供空气流通。

上述的导流组件具有凹陷部及通气孔，反射罩的颈部放置于凹陷部，而通气孔则与凹陷部连通。气流产生装置对应于通气孔，用以带动空气流通，使冷却气流经由通气孔进入凹陷部中，再经过穿设孔而对放电灯管及反射罩进行冷却，最后由反射罩前侧的气隙排出。气流产生装置也可反向运转，使冷却气流由反射罩前侧的气隙吸入，对放电灯管及反射罩进行冷却，再经由穿设孔进入导流组件的凹陷部，然后由通气孔离开。

本发明的功效在于，针对放电区域进行冷却，可使放电灯管在温度接近上限操作，使放光效率佳，同时避免温度超过操作上限，可有效延长放电灯管与电极材料的寿命。而反射罩的颈部及接近放电区域的部份，也受到冷却气流的充分冷却，可避免热应力破裂，也可减缓材料在高温下的劣化速度，而增加使用寿命。

此外，本发明可在放电灯管熄灭之后持续运作，使放电灯管的石英玻璃泡壳外壳加速并以适当温度冷却，以利于下一次点灯时的冷启动与热启动功能。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有高压气体放电灯管的剖面示意图；

图2及图3为本发明第一较佳实施例的剖面示意图；

图4为本发明第一较佳实施例另一方向的剖面示意图；

图5及图6为本发明第二较佳实施例的剖面示意图；

图7为本发明的反射罩颈部、放电灯管及放电区域的局部放大示意图；

图8及图9为本发明第三较佳实施例的剖面示意图；及

图10及图11为本发明第四较佳实施例的剖面示意图。

其中，附图标记：

1    放电灯管

1a   放电区域

2    多孔隙陶瓷座

3    反射罩

3a   气隙

4    前灯盖玻璃

5    风扇

10   反射罩

11   气隙

12   反射罩颈部

13   穿设孔

14   耐温陶瓷水泥或陶瓷膏

20   前灯盖玻璃

30   放电灯管

31   放电区域

40   导流组件

41   凹陷部

42   插设孔

43  通气孔

44  导管

50  气流产生装置

60  导流组件

63  通气孔

80  导流组件

83  通气孔

A   穿设孔的边缘

具体实施方式

请参阅图2及图3所示，为本发明第一较佳实施例所提供的一种照明装置，包含有一高压气体放电灯组及一冷却装置，冷却装置可控制并持续带动冷却气流，流通高压气体放电灯组内外，以控制高压气体放电灯组内部的温度分布，以使其在适当的温度范围运作，使高压气体放电灯组具备较佳的工作寿命。

常见的高压气体放电灯组包含有一反射罩10及一前灯盖玻璃20及一放电灯管30。反射罩10通常呈现抛物面或椭圆面形态，而放电灯管30具备一个球状或椭圆状的放电区域31，其位置通常会放置于反射罩10的抛物面或椭圆面的焦点上，而放电灯管30的电极则位于此一放电区域31，经由电子式控制线路激发电极与放电空间内部填充成分，形成电弧放光，并朝不特定方向发散的光线，经由反射罩10反射后，朝单一方向投射，穿过前灯盖玻璃20进行照明。

反射罩10前侧与前灯盖玻璃20连接处，具有微小间隙，形成气隙11(AirGap)，此气隙也可为反射罩10前侧所开的孔隙，可供气体通过，使空气流通反射罩10内外。而反射罩10的外侧面，对应于轴线位置形成一向外突出的反射罩颈部(Neck)12，反射罩颈部12的中心轴线则具有一穿设孔13，此一穿设孔13乃用以供放电灯管30通过。此外穿设孔13的孔径大于放电灯管30的管径，使穿设孔13的内壁与放电灯管30之间形成气流通路，如图4所示。以本实施例为例，穿设孔13的孔径约8mm，而放电灯管30的管径约5.2mm左右，可经由适当的气量分配，使气流可顺利通过此一气流通路。

冷却装置包含有一导流组件40及气流产生装置50(Air flow generator)。

其中导流组件40由陶瓷材料烧结成形，具备耐高温特性，其外观形态呈现一盖体，具有一内凹的凹陷部41，而凹陷部41的底部设有一插设孔42，用以容置放电灯管30的一端。该导流组件40的侧面则形成一通气孔43，藉以连通凹陷部41与导流组件40外部。而导流组件40的外部具有突出的导管44，连接该通气孔43，以由导流组件40外部导入气流，或将气流导出导流组件40，且为了避免导管44过长形成过大的压力差，影响气流的流速，导管44的长度不大于5公分，以免产生过大的流阻。反射罩颈部12置于凹陷部41中，并以耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14涂布于反射罩颈部12与凹陷部41之间，以将导流组件40固定于反射罩颈部12。同时放电灯管30也是使用耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14加以固定于反射罩颈部12的穿设孔13中，而固定用的耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14的涂布将符合冷却气流的原则，并预留一定孔隙供冷却气流通过，如图4所示。而放电灯管30突出于反射罩颈部12的一端，则由导流组件40覆盖，并与导流组件40之间形成间隙空间，以供冷却气体流通，使通气孔43、凹陷部41、穿设孔13及气隙11之间，共同形成一气体流通路径，以供冷却气流流动，流经放电灯管30的放电区域31表面以及反射罩10的内壁，形成热交换。在安装程序上，通常是先将放电灯管30固定于穿设孔13内后，再将导流组件40覆盖在反射罩颈部12，并用耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14加以固定。

气流产生装置50置于导管44的一端，用以带动气体流动，以吹气或吸气的方式进行。当气流产生装置50朝通气孔43吹气时，冷却气流可由通气孔43进入，通过放电灯管30与穿设孔13之间的气流通道，而与反射罩颈部12及放电区域31进行热交换而产生冷却效果，吸热后的热空气则沿着反射罩10的流动，经由气隙11离开，如图2所示。气流产生装置50也可对通气孔43进行吸取空气，使冷却气流由气隙11进入反射罩10，朝向放电灯管30与穿设孔13之间的气流通道流动，而对反射罩颈部12及放电区域31产生冷却作用，吸热后的热空气可经由通气孔43而被气流产生装置50抽出。

气流产生装置50可为一可控制风速流量的小型风扇，对应于通气孔43，进行吹气或是吸气。也可同时开设多个通气孔43，对应于多个气流产生装置50，利用多个气流产生装置50同时运转，以增加气流量的控制范围。此外，为了因应放电灯管30所产生的高温，该小型风扇由耐高温材料所制成，配合适当的隔热设计可使用于50℃到300℃的吸、排热气流，以避免在高温环境下被破坏。

请参阅图5及图6所示，为本发明第二较佳实施例所提供的高压气体放电灯的冷却装置，在导流组件40上同时开设二个通气孔43，对应于二气流产生装置50，各通气孔43与气流产生装置50以导管44进行连接，且各导管44的长度不大于5公分。该二气流产生装置50可同时吹气或是吸气，以图5为例，气流产生装置50同时朝向通气孔43吹气，使冷却气流进入穿设孔13，并通过放电灯管30及反射罩颈部12之间的间隙，而对放电区域31及反射罩颈部12产生冷却效果，最后热气流经由反射罩10与前灯盖玻璃20的气隙11离开。图6所示者为气流产生装置50同时对通气孔43吸气，冷却气流通过反射罩10与前灯盖玻璃20的气隙11后，对放电区域31及反射罩颈部12产生冷却效果，最后热气流经放电灯管30及反射罩颈部12之间的间隙，通过通气孔43后离开。

本发明提供冷却气流流过反射罩颈部12及放电区域31，可控制冷却反射罩颈部12全部及/或放电区域31全部的温度，或冷却反射罩颈部12上半部及/或放电区域31上半部，或冷却反射罩颈部12下半部及/或放电区域31下半部。在放电灯管30熄灭后，气流产生装置50仍可持续运转一段时间，使放电灯管30的石英玻璃泡壳能加速冷却，使放电灯管30不论是热启动或是冷启动，都能快速地重新启动。

而气流产生装置50可依据放电区域31温度的变化，改变气流带动效果，以控制灯管外壳温度，使高压气体放电灯在工作的温度范围内，维持最佳的放光效果，同时延长使用寿命。一般高压气体放电灯的电极为钨丝，其软化点约在3400℃，因此其操作温度必须小于此一温度点，而于放电区域31上方表面温度，因使用石英玻璃材料的限制，必须低于1050℃(球壳内的温度经过灯管外壳后会形成一温差)，本发明的冷却装置，可针对电极所在位置的放电区域31进行有效冷却及温度控制，可确保放电灯管30与电极在高温下运作产生最佳放光率，且又不会超过电极与石英玻璃材料所能承受的上限，延长高压气体放电灯的使用寿命。

再参阅图7所示，冷却装置除了有效冷却放电灯管30之外，冷却气流经由气流通道直接流过反射罩颈部12，且确实通过穿设孔13的边缘A，有效冷却反射罩颈部12及穿设孔13的边缘A，可避免温度剧烈变化形成热应力，而造成反射罩10热震或因热胀冷缩而碎裂。同时，冷却气流流经气隙11，因此可使冷却气流确实经过反射罩10内侧面，可同时对反射罩10内壁进行冷却，避免温度过高使反射镀层提早劣化。

如前所述，本发明可控制冷却气流流过的区域，来控制冷却放电灯管30及反射罩10的不同区域，可针对反射罩颈部12上半部及/或放电区域31上半部，或反射罩颈部12下半部及/或放电区域31下半部进行冷却。针对冷却气流流动方向的控制，可利用导流组件40的设置及固定用的耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14的涂布，来构成不同的气流通路形态，以导引冷却气流的流向。也可以直接于导流组件40内部设置导流结构，导引冷却气流由放电灯管30的上半部及下半部流过。

参阅图8所示，为本发明第三较佳实施例所示的照明装置，包含有高压气体放电灯组及一冷却装置，其中高压气体放电灯组的结构组成大致与第一较佳实施例相同，其包含反射罩10、前灯盖玻璃20及放电灯管30，而冷却装置安装在反射罩颈部12，以对放电灯管30及反射罩10进行冷却。冷却装置包含导流组件60及气流产生装置50，为提升冷却气流的导引效果，于本实施例中，通气孔63位于导流组件60的上侧面，而放电灯管30利用耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14固定于反射罩颈部12的穿设孔13，并于放电灯管30与反射罩颈部12之间形成通气流道，且耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14填满穿设孔13的下半部，使此一通气流道形成一上导孔，气流产生装置50由导流组件60的上半侧吸气或吹气，除了带动冷却气流的流通之外，也可控制冷却的部位。以气流产生装置50对通气孔63进行吹气为例，冷却气流通过通气孔63后，通过穿设孔13的孔壁与放电灯管30之间的气流通道，且是流过气流通道的上半部(因为下半部已经填满耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14)，而使冷却效果集中于反射罩颈部12及放电区域31的上半部，吸热后的热空气会经由位于反射罩10上侧的气隙11离开。此外，将通气流道下半部填满耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14，而形成上导孔，可以让冷却气流通过通气孔63后就直接朝向通气流道的上半部流动，不会在导流组件60内部环绕，可减少冷却气流于导流组件60内部流动时的阻力，并避免冷却气流溢散，集中冷却效果。此外，第一实施例中的导管可选择性地设置，于本实施例中移除导管，以简化导流组件60的外部结构。而该导流组件60的外部无突出的导管，使气流产生装置50直接对着通气孔63吹气或吸气，为维持气流产生装置50的气流带动效果，气流产生装置50与通气孔63之间的距离不大于5公分，以使气流带动效果集中于针对通气孔63吸气或吹气，维持带动冷却气流流动的效率。

如上所述，第三较佳实施例的气流产生装置50除了可对通气孔63进行吹气之外，也可对通气孔63吸气，使冷却气流由气隙11进入，并由通气孔63被吸取而离开。

请参阅图9所示，为第三较佳实施例的气流产生装置50对通气孔63进行吸气，使冷却气流由位于反射罩10上侧的气隙11进入，由于通气流道呈现上导孔形态，使冷空气会沿着放电灯管30的上半部流动，集中对放电区域31的上半部进行冷却。吸热后的热空气则会经由通气孔63而被气流产生装置50吸出。

第三较佳实施例也可改变设置为多个气流产生装置50共同带动冷却气流，以增加对空气流量的控制，而穿设孔13的下半部依然填充耐热陶瓷水泥或陶瓷膏14，以固定放电灯管30，并堵塞气流通道的下半部，使冷却气流经由气流通道的上半部流动，以针对放电区域31的上半部进行冷却，而不使放电区域31的下半部温度过低。

参阅图10及图11所示，为本发明第四较佳实施例所提供的照明装置，其中导流组件80开设有二通气孔83，且各通气孔83分别对应于一气流产生装置50。如同第三较佳实施例，耐温陶瓷水泥或陶瓷膏14在固定放电灯管30时，涂布于放电灯管30及穿设孔13的下半部，保留位于穿设孔13上半部通气流道，而形成上导孔形态。该二气流产生装置50以吹气或吸气方式带动冷却气流，可使冷却气流流过气流通道的上半部，而冷却反射罩颈部12及放电灯管30的上半部，集中对放电区域31上半部的冷却，而不会过度冷却放电区域31的下半部。

图10为二气流产生装置50同时对通气孔83进行吹气，使冷却气流由不同的通气孔83进入导流组件80，通过通气流道并对反射罩颈部12及放电灯管30的上半部冷却，吸热后的热空气经由反射罩10上侧的气隙11离开。

图11为二气流产生装置50同时对通气孔83吸气，使冷却气流经由反射罩10上侧的气隙11进入反射罩10，冷却气流对反射罩颈部12及放电灯管30的上半部冷却，吸热后的热空气则经由不同的通气孔83而被气流产生装置50吸走。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1、一种高压气体放电灯的冷却装置，安装在一反射罩的一颈部，用以冷却一放电灯管，该颈部具有一穿设孔，该放电灯管穿置于该穿设孔；

其特征在于，该穿设孔的孔径大于该放电灯管的直径，使该穿设孔的孔壁与放电灯管间形成一气流通道；

其特征在于，该高压气体放电灯的冷却装置还包含有：

一导流组件，具有一通气孔及一凹陷部，该反射罩的颈部置于该凹陷部，该通气孔与该凹陷部相通；及

一气流产生装置，用以产生一冷却气流通过该通气孔及该气流通道，而与该放电灯管及该颈部进行热交换，而将热气排出。

2、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该气流产生装置与该通气孔的距离不大于5公分。

3、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包含一导管连接该通气孔，并突出于该导流组件外部，该气流产生装置设于该导管的一端。

4、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该气流产生装置为一可控制风速流量的风扇。

5、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该气流产生装置为一风扇，该风扇由耐高温材料所制成，配合适当的隔热设计可使用于50℃到300℃的吸、排热气流。

6、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该通气流道为一上导孔，位于该穿设孔的上半部，该穿设孔的下半部以耐温陶瓷水泥或陶瓷膏加以填充。

7、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该通气流道为一上导孔及一下导孔，同时导引气流由穿设孔的上半部及下半部通过。

8、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该气流产生装置朝向该通气孔吹送该冷却气流。

9、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该气流产生装置是由该通气孔吸取该冷却气流。

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