CN1937169B - 高温运行式无电极灯泡及具有该灯泡的等离子照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡，包括：发光装置，其限定用于封闭发光材料的空间，且由具有选择通透性的玻璃制成，该玻璃使所述发光装置产生的可见光透过且将红外线反射至内部；以及支撑装置，其从所述发光装置延伸以具有特定长度，且支撑所述发光装置。

Description

高温运行式无电极灯泡及具有该灯泡的等离子照明系统
技术领域
本发明涉及一种使用微波的等离子照明系统，尤其是涉及一种能够将无电极灯泡内的温度保持在高水平的等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡，以及具有该高温运行式无电极灯泡的等离子照明系统。
背景技术
一般来说，等离子照明系统(PLS)是一种这样的照明系统，在该照明系统中利用主要用于微波炉的高频振荡器(磁控管)来产生高频，且这种微波将灯泡中的缓冲气体转化为等离子体状态以使金属化合物能够连续发光，从而在没有电极的情况下提供具有极好光强度的光线。
图1为示出传统等离子照明系统的一个示例的竖直的横截面图。图2为示出传统等离子照明系统中无电极灯泡和灯泡马达的结合状态的前视图。图3为用于解释S3滤波效应的曲线图。
如图中所示，等离子照明系统包括：安装在壳体10中的磁控管20，用于产生微波；高压产生器30，其使效用交流电源(utility AC power)的电压增加，并将其供应至磁控管20；波导40，连接于磁控管20的出口且传递在磁控管20中产生的微波；无电极灯泡50，其通过微波能利用处于等离子体状态的封闭的材料产生光；谐振器60，覆盖在波导40和无电极灯泡50的前侧，用于截取微波且使从无电极灯泡50产生的光线通过；反射罩70，其容置谐振器60并将在无电极灯泡50中产生的光直接聚焦反射；介质镜80，其安装在谐振器60的内侧、无电极灯泡50的后方，以使微波通过且反射光；以及冷却风扇90，其位于壳体10的一侧且冷却磁控管20和高压产生器30。
无电极灯泡50构造为具有：发光装置51，其具有预定的内容积且由石英制成，并具有封闭的发光材料，所述发光材料例如为硫双原子分子(S2)、惰性气体、放电催化剂(discharge catalyst)、钠等，以通过被转化为等离子体状态而发光，且发光装置51置于壳体10的外侧；以及支撑装置52，其整体地从发光装置51延伸且被壳体10的内侧支撑。
支撑装置52的一端利用具有中空秆状的连接件100结合于灯泡马达110的转轴111。无电极灯泡50的支撑装置52插入、连接且结合于连接件100，而灯泡马达110的转轴111通过螺丝固定。
在附图中，未解释的附图标记120为风扇马达。
下文将说明传统等离子照明系统的运行。
根据控制器的命令，磁控管20由于高压而振荡，且产生具有很高频率的微波。随着所产生的微波通过波导40发射进入谐振器60，封闭在无电极灯泡50中的惰性气体被激发。在这个过程中，发光材料连续产生等离子体且产生具有固有发射频谱的光。
从无电极灯泡50产生的光被反射罩70和介质镜80反射，并照亮空间。此时，还给灯泡马达110供电，且转轴111在转动时以预定速度转动无电极灯泡50，从而避免电场集中在无电极灯泡50的发光装置51上，并且避免发光装置51周围的气流停滞，由此避免无电极灯泡50的损坏。而且，风扇马达120通过由转动冷却风扇90所导入的空气来冷却磁控管20和高压产生器30。
在这种等离子照明系统中，如图3所示，封闭在发光装置51中的硫双原子分子(S2)均匀分布在发光装置51的全部区域，而硫三原子分子(S3)的密度在发光装置51的内壁周围极度增加。这种硫三原子分子(S3)为深褐色材料，且起到截取光线的过滤器的作用。这被称作S3滤波效应(Transportand equilibrium in molecular plasmas：the sulfur lamp，C.W.Johnston，2003，59页)。结果，S3滤波效应减小了发光装置51的发射效率，所以需要消除这种发射效率的减小。
而且，因为用作发光装置51的石英是昂贵的玻璃，所以需要用具有功能优于石英的功能且更经济的材料来替代石英。
发明内容
鉴于上述情况提供了本发明，本发明的目的是提供一种等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡，其能够进行高温运行且具有改进的发射效率。
而且，本发明的另一目的是提供一种等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡，其由于具有优于传统灯泡的耐热性，而能够进行高温运行。
本发明的再一目的是提供一种具有高温运行式无电极灯泡的等离子照明系统，其具有改进的发射效率和经济效率。
为实现上述目的，根据本发明的一个方案，提供了一种等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡，包括：发光装置，其限定用于封闭发光材料的空间，且由具有选择通透性的玻璃制成，该玻璃使所述发光材料产生的可见光透过且将红外线反射至内部；以及支撑装置，其从所述发光装置延伸以具有特定长度，使所述支撑装置能支撑所述发光装置，其中所述发光材料是由硫三原子分子在高温时分解而成的硫双原子分子；所述具有选择通透性的玻璃是低发射率玻璃，以使所述发光装置的内部温度维持在高温，并减少由硫三原子分子导致的表面遮蔽。
根据本发明的另一个方案，所述发光装置由能够吸热的硼硅玻璃制成。
本发明还提供一种等离子照明系统，具有高温运行式无电极灯泡，所述等离子照明系统包括：高压产生器；磁控管，其通过接收从所述高压产生器产生的高压来产生微波；无电极灯泡；以及谐振器，其覆盖在所述无电极灯泡上，用于截取所述微波并使所述光通过；该无电极灯泡包括：发光装置，其限定用于封闭发光材料的空间，且由具有选择通透性的玻璃制成，该玻璃使所述发光装置产生的可见光透过且将红外线反射至内部；和支撑装置，其从所述发光装置延伸以具有特定长度，使所述支撑装置能够支撑所述发光装置；其中所述发光材料是由硫三原子分子在高温时分解而成的硫双原子分子；以及所述具有选择通透性的玻璃是低发射率玻璃，以使所述发光装置的内部维持在高温，并减少由硫三原子分子导致的表面遮蔽。
附图说明
根据本发明的再一个方案，提供了一种具有高温运行式无电极灯泡的等离子照明系统，包括：高压产生器；磁控管，其通过接收从所述高压产生器产生的高压来产生微波；无电极灯泡，其通过接收从所述磁控管产生的微波，利用处于等离子体状态的封闭的发光材料产生光；以及谐振器，覆盖在所述无电极灯泡上，用于截取所述微波并使所述光通过。
旨在提供对本发明进一步的理解且整合在本发明中并构成该说明的一部分的附图，示出了本发明的实施例，其与说明书一起用于解释本发明的原理。
在所述附图中：
图1为示出传统等离子照明系统的一个示例的竖直的横截面图；
图2为示出传统等离子照明系统中无电极灯泡和灯泡马达的结合状态的前视图；
图3为用于解释S3滤波效应的曲线图；
图4为用于解释根据本发明一个方案的等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡的示意图；以及
具体实施方式
图5为用于解释图4中无电极灯泡的运行的原理图。
现在将参照附图进一步详细地说明根据本发明的等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡以及具有该高温运行式无电极灯泡的等离子照明系统。然而，对与图1和图2中所示构件相同的组件的阐述和说明将会被省略。
首先，将说明根据本发明一个方案的等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡的优选实施例。
图4为用于解释根据本发明一个方案的等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡的示意图。图5为用于解释图4中无电极灯泡的运行的原理图。
根据本发明的高温运行式无电极灯泡50包括：由外表面51a形成的发光装置51，外表面51a限定用于封闭诸如硫双原子分子之类发光材料的内部空间；以及支撑装置52，其一端连接于发光装置51的外表面51a，且另一端结合于灯泡马达110的转轴111。
这里，外表面51a由具有选择通透性的玻璃制成，发光材料的激发时所产生的可见光能够有效地透过所述玻璃，但是在发光材料的激发中产生的红外线不能透过只能被反射。例如可以使用低发射率(emissivity)的玻璃作为这样的玻璃。
如果外表面51a由低发射率的玻璃制成，在发光材料的激发中产生的可见光会有效地透过无电极灯泡50，以此提高无电极灯泡50的发射效率。而且，没有透过外表面51a的被反射的红外线将发光装置51的温度维持在高温水平。由于发光装置51的温度维持在高温水平，所以顺利实现了发光材料的激发，并由此提高了无电极灯泡50的发射效率。
而且，由于发光装置51的温度维持在高温水平，硫三原子分子就分解为硫双原子分子。因此，降低了硫三原子分子的比例，并由此改善了S3滤波效应。因此，减少了用于截取透过外表面51a的可见光的构件，由此提高了无电极灯泡50的发射效率。
而且，过发光装置51的外表面51a减小了红外线的发射，并由此使围绕无电极灯泡50设置的谐振器60更少地受到红外线的影响。因此，减少了例如谐振器60由于高温而变形的情况，由此改善了谐振器60的可靠性。
接着，将说明根据本发明另一个方案的等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡的优选实施例。这里，将参考图4对该优选实施例进行说明，在该优选实施例中使用的基本组件与上述实施例的基本组件相同。
根据本发明的高温运行式无电极灯泡50包括：由外表面51a形成的发光装置51，外表面51a限定用于封闭诸如硫双原子分子之类的发光材料的内部空间；以及支撑装置52，其一端连接于发光装置51的外表面51a，且另一端结合于灯泡马达110的转轴111。
这里，限定发光装置51的外表面51a由硼硅玻璃(borosilicate glass)制成。所述硼硅玻璃为包含作为酸性成分的氧化硼B2O3和石英粉的玻璃。所述硼硅玻璃包括例如派热克斯玻璃(Pyrex)、氧化铝玻璃等。
派热克斯玻璃是一种由美国康宁公司(Corning Inc.)在1915年研制的特种玻璃，美国康宁公司的总部位于美国纽约州科宁市沿河广场一号(OneRiverfront Plaza，Corning，New York，the United States)，所述派热克斯玻璃为一种包含有大约80％石英粉和大约14％硼粉的典型硼硅玻璃。派热克斯玻璃的特点在于高耐热冲击性、高化学稳定性和低热膨胀系数。一般玻璃在1,400℃至1,500℃时玻璃化，而此种硼硅玻璃直到接近于1,600℃才玻璃化。这种温度是接近于坩埚耐热度极限的温度，因此分解技术很困难。派热克斯玻璃具有低成本和极好成型性的优点，其比石英玻璃更适合于大量生产。
因为发光装置51的外表面51a由具有良好耐热性能的硼硅玻璃制成，所以可以在高温下运行无电极灯泡50。因此，硫三原子分子分解为硫双原子分子，降低了硫三原子分子的比例，由此改善了S3滤波效应。而且，由于高温运行，硫双原子分子的激发被积极的执行，由此提高了无电极灯泡50的发射效率。
而且，因为硼硅玻璃与传统石英玻璃相比更可以进行大量的生产，所以硼硅玻璃的成本低。这样就因为能够减小无电极灯泡50的制造成本而具有经济优势。
最后，将说明根据本发明再一方案的具有高温运行式无电极灯泡的等离子照明系统的优选实施例。这里，使用相同的标记表示与上述附图中所示部件类似的部件。
根据本发明的具有高温运行式无电极灯泡的等离子照明系统包括：安装在壳体10中的磁控管20，用于产生微波；无电极灯泡50，其通过波导40接收从磁控管20产生的微波，利用封闭在外表面51a中的、处于等离子体状态的发光材料产生光；和谐振器60，覆盖在无电极灯泡50上，用于截取微波并使光通过。
发光装置51的外表面51a由上述低发射率玻璃或者硼硅玻璃制成。
下文将说明根据本发明的等离子照明系统的运行。
根据控制器的命令，磁控管20由于高压而振荡，且产生具有很高频率的微波。随着所产生的微波通过波导40发射入谐振器60，封闭在无电极灯泡50中的惰性气体被激发。
在这个激发过程中，发光材料连续产生等离子体且产生具有固有发射频谱的光线。从无电极灯泡50产生的光被反射罩70和介质镜80反射，且照亮空间。
此时，因为发光装置51的外表面51a由低发射率玻璃或者硼硅玻璃制成，所以发光装置51能够以高温运行。
因此，能够改善发光装置51中的S3滤波效应，同时能够改善无电极灯泡50的发射效率。而且，因为硼硅玻璃比传统的石英玻璃更便宜，所以能够降低所述等离子照明系统的整体制造成本。

Claims (4)

1.一种等离子照明系统的高温运行式无电极灯泡，包括：
发光装置，其限定用于封闭发光材料的空间，且由具有选择通透性的玻璃制成，该玻璃使所述发光装置产生的可见光透过且将红外线反射至内部；以及
支撑装置，其从所述发光装置延伸以具有特定长度，使所述支撑装置能够支撑所述发光装置；
其中所述发光材料是由硫三原子分子在高温时分解而成的硫双原子分子；以及
其中所述具有选择通透性的玻璃是低发射率玻璃，以使所述发光装置的内部温度维持在高温，并减少由硫三原子分子导致的表面遮蔽。
2.如权利要求1所述的高温运行式无电极灯泡，其中：
所述发光装置由能够吸热的硼硅玻璃制成。
3.一种等离子照明系统，具有高温运行式无电极灯泡，所述等离子照明系统包括：
高压产生器；
磁控管，其通过接收从所述高压产生器产生的高压来产生微波；
无电极灯泡，包括：发光装置，其限定用于封闭发光材料的空间，且由具有选择通透性的玻璃制成，该玻璃使所述发光装置产生的可见光透过且将红外线反射至内部；和支撑装置，其从所述发光装置延伸以具有特定长度，使所述支撑装置能够支撑所述发光装置；以及
谐振器，其覆盖在所述无电极灯泡上，用于截取所述微波并使所述光通过；
其中所述发光材料是由硫三原子分子在高温时分解而成的硫双原子分子；以及
其中所述具有选择通透性的玻璃是低发射率玻璃，以使所述发光装置的内部维持在高温，并减少由硫三原子分子导致的表面遮蔽。
4.如权利要求3所述的等离子照明系统，其中所述发光装置由能够吸热的硼硅玻璃制成。
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