CN201038122Y - 一种高效长寿命陶瓷金卤灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出二种高效长寿命陶瓷金卤灯电极系统，其一为两段式结构，另一种为三段式结构，两段式结构为由铌杆或铌管接有直径细于铌杆或铌管的钍钨杆，钍钨杆末端绕有用比钍钨杆更细的钨丝制成的螺旋电极，在钨杆外绕有用W、Mo、Ta、Ni等材料制的金属丝螺旋，螺旋外再涂敷有难熔绝缘材料涂层；三段式电极系统是在铌杆和钍钨杆之间有一段较铌杆细但比钍钨杆粗的钼杆，钼杆外绕有金属丝螺旋，其外并涂敷有难熔绝缘材料涂层。上述结构增加了热阻、降低了电极系统的热能损失并增加了绝缘涂敷层的机械强度。该绝缘涂层减小了电极引线与陶瓷袖管之间的空隙并完全阻断了金属卤化物与电极引线的直接接融，有助于灯的长期稳定性的提高，因此此种结构电极的灯寿命将更长，色温和显色指数更加稳定。

Description

一种高效长寿命陶瓷金卤灯

技术领域：

本实用新型涉及一种陶瓷金卤灯，尤其是一种小功率高效长寿命陶瓷金卤灯电极系统。

背景技术：

近年来陶瓷金卤灯工艺技术发展愈益成熟，性能参数大辐提升并已在各个方面远远超越传统的石英金卤灯，其应用在快速推广。虽然如此但目前陶瓷金卤灯性能尚未臻完善，各种更为先进的专利技术正在不断涌现，更为完善的陶瓷金卤灯将陆续推出。目前小功率陶瓷金卤灯的常用电极(见图4)是一个设计独特、性能优异、但结构复杂、制造困难并且成本高昂的美国通用电气公司的专利产品，由图4可知这种电极结构是在较粗的铌杆1后焊接较细的钼芯杆2，在钼杆前端再焊接一根更细的钨杆电极3，在钼芯杆2上密绕钼螺旋4，在钨杆电极3前端密绕数圈更细钨杆螺旋5，钨螺旋5的作用是真正的电极。工作时钨电极温度很高(约3000℃)，但其钨芯杆3很细，导走热量很少，其后钼杆2及钼螺旋4基本充满瓷袖套管足以支撑电极居中稳定，并减少热量向二端及经瓷袖套向四周的散失，同时减少了两端凝结的液态金属卤化物向袖套管中的渗入和对铌杆的腐蚀。由于此种结构电极的热阻较大，明显降低了封接端温度，使封接更为安全可靠，而同时又提高了电极根部灯冷端的温度，使泡壳中的金属卤化物蒸发更为完全，灯性能得以大幅改进。由于陶瓷灯壳导热性较石英壳好，加以电极引线导走的热量较少，泡壳温度较高且更为均匀，可以适当增大泡壳体积，以降低壁负荷，使电弧管壳温度最高部分(正对电弧的泡壳部分)的壁负荷适当降低，从而降低该处温度，延长灯的寿命。

图4所示的电极系统确有多种优点，对提高灯性能起了很大作用，但其制作较为复杂成本亦高，需要一提的还有这种电极结构使得较多金属卤化物蒸汽渗入到陶瓷袖管中的钼螺旋周围空间，并永久沉积其中，直到该空间的全部缝隙填满为止，这必然造成使用初期灯的各种参数的较大漂移。所以对这种结构进行改进是十分必要的。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种陶瓷金卤灯电极系统，这种陶瓷金卤灯具有低功率、高光效、长寿命的特点。

为解决以上技术问题，本实用新型包括有一个陶瓷电弧管8，陶瓷电弧管二端带有支撑电极系统的陶瓷袖管9a、9b，电极系统的最外端为铌杆或铌套管1a、1b用以与陶瓷管进行气密性匹配封接，陶瓷电弧管中充有汞、金属卤化物和惰性气体，本实用新型设计的一种陶瓷金卤灯专用电极，其结构示如图2或图3，两图所示分别为两段式和三段式电极系统，所述电极系统的铌杆或铌管接有直径细于铌杆或铌管的钼杆(三段式)或钨杆(二段式)，接钼杆时钼杆后端接有更细的钨杆，无论两段式或三段式结构，钨杆末端均绕有比钨杆更细的钨螺旋形电极。在铌杆或铌管后的钼杆或钨杆外绕有用W、Mo、Ta、Ni等材料制的金属丝螺旋4，其外并涂敷有难熔绝缘材料如陶瓷、石英或硬质玻璃等材料制成的涂层。

所述的难熔绝缘涂层在灯工作温度下要求不熔化、不与钨、钼、铌以及填充的金属卤化物产生化学作用，且饱和蒸汽压较低，热阻较大。可以选用各种难熔绝缘材料如Al₂O₃，TiO₂，Y₂O₃，ZrO₂，SiO₂，SiC，Si₃N₄，BN等各种陶瓷、石英或硬质玻璃材料等。

此种电极系统结构的特点是在制灯的最后阶段使涂在钼杆(三段式电极系统)或钨杆(二段式电极系统)外的难熔材料涂层的外径接近并略小于瓷袖管的内径并基本充满袖套管，与图4所示结构相比，这样的结构不仅更好地保证了电极处于灯轴线位置，而且更少金属卤化物蒸汽及汞蒸汽能渗入袖管中，从而更好地保证了灯工作参数的稳定性。

图1示出了这种陶瓷金卤灯电弧管结构，图中8为陶瓷金卤灯电弧管，该电弧管管壳详细结构则表明在图5、图9(二段式电极系统)和图6、图10中(三段式电极系统)，图中9a、9b为灯二端支撑电极的陶瓷袖套管，10a、10b为密封陶瓷焊料。

本实用新型的电极引线周围的绝缘材料涂层经处理后形成良好的绝缘陶瓷壳层，该壳层包裹在引线周围，与外侧陶瓷袖管间不存在膨胀系数匹配问题，由于该涂层为绝缘陶瓷，热导率很低，经此涂层导管径向或轴向导走的热量减少，因此提高了电极根部附近的冷端温度，同时，还降低了陶瓷┄铌杆密封处的温度。使得灯的光电参数进一步提高，与铌杆封接处也更为可靠。

由于陶瓷涂层6a、6b与钼杆2a、2b，钨杆3a、3b之间不存在空隙、与支撑电极陶瓷端管9a，9b之间空隙也较小，灯运转期间，金属卤化物蒸汽渗入陶瓷袖管的量较少，引起的色温和色坐标漂移较图4所示现用的钼杆螺旋电极要小得多。此种结构电极与钼螺旋电极相同，具有一定柔性，很容易插入支撑电极的陶瓷袖管并保证电极处于灯轴位置，不会因温度变化而产生大的应力。该绝缘涂层完全阻断了金属卤化物与电极引线的直接接触，有助于灯的长期稳定性的提高，因此此种结构电极的灯寿命将更长，色温和显色指数更加稳定。此外，无论是两段式或三段式电极结构，在铌杆或铌管后的钼杆或钨杆外绕有的用W、Mo、Ta、Ni等材料制的金属丝螺旋，增加了热阻、降低了电极系统的热能损失并增加了绝缘涂敷层的机械强度。

附图说明：

图1为陶瓷金卤灯结构示意图

图2为本实用新型电极系统的二段式结构示意图

图3为本实用新型电极系统的三段式结构示意图

图4为常规陶瓷金卤灯的电极系统结构示意图

图5为本实用新型陶瓷金卤灯电弧管结构示意图(电极系统为二段式结构)

图6为本实用新型陶瓷金卤灯电弧管结构示意图(电极系统为三段式结构)

图7为本实用新型实施例35W陶瓷金卤灯二段式电极结构尺寸图

图8为本实用新型实施例35W陶瓷金卤灯三段式电极结构尺寸图

图9为本实用新型实施例35W陶瓷金卤灯结构尺寸图  (电极系统为二段式结构)

图10为本实用新型实施例35W陶瓷金卤灯结构尺寸图  (电极系统为三段式结构)

附图标记说明：

铌杆或铌管1(1a，1b)，钼杆(2a，2b)，钨杆(3a，3b)，钼螺旋(4a，4b)，钨螺旋电极(5a，5b)，陶瓷涂层(6a，6b)，陶瓷电弧管8，支撑电极系统的陶瓷袖套(9a、9b)，气密性封接用陶瓷焊料(10a、10b)，陶瓷金卤灯外壳11，电弧管支架12、13，灯头14，灯脚15a、15b，

具体实施方式：

实施例1：(参见图1、图2、图5、图7、图9)

图1表示35W陶瓷金卤灯的结构，其电极系统为二段式结构(如图7所示)，它包括一个石英玻璃外壳11，陶瓷电弧管8，电弧管两端各有的电极5a，5b，1a，1b，3a，3b构成的电极引出线，引出线支架12、13，灯头14，灯脚15a、15b。其陶瓷电弧管8结构及尺寸如图9所示，管壳二端为支撑电极的陶瓷袖套管9a、9b，陶瓷袖套管9a、9b的外端有密封用玻璃-陶瓷焊料10a、10b。电弧管中充有汞、金属卤化物和惰性气体，电弧管与外界的密封靠电极引线的铌杆1a，1b部分与陶瓷袖管9a，9b之间的焊料10a，10b保证。

所述的陶瓷电弧管8的管壳为半透明陶瓷材料，陶瓷电弧管8的管壳为圆柱形、球形，椭球形或橄榄形。其特点是二侧向电极引线靠近时壁厚逐渐加厚，提高二端保温效果、提高冷端温度，这样在不降低冷端温度的情况下设计较长的管壳，适当加长极间距离，并降低工作气压，在保持原灯压降及功率不变的情况下加长了电弧尺寸，降低了电弧管中段峰值壁负荷区的负荷，从而提高发光效率并延长了灯管寿命。

所述陶瓷金卤灯的电极系统采用如图2所示的两段式结构，在封接用铌杆(1a，1b)后直接焊接细钍钨杆3a、3b，钍钨杆3a、3b的直径比铌杆1a、1b直径细，钍钨杆3a、3b末端设置有由细钨丝制成的螺旋电极5a、5b，电极5a、5b所用的钨丝的直径比钍钨杆3a、3b直径更细；而在紧接铌杆1a、1b后的钍钨杆3a、3b外绕有用W、Mo、Ta、Ni等材料制的金属丝螺旋4a、4b，螺旋外再涂敷难熔绝缘材料的涂层6a、6b。该涂层紧裹钼螺旋4a、4b，并且其外直径(与铌丝la，1b直径相同)略小于支撑电极的陶瓷袖管内径，正好置入其中，缝隙很小。

所述的涂层6a、6b可以选用各种难熔绝缘材料，如Al₂O₃，TiO₂，ZrO，SiC，SiN，BN等各种陶瓷及石英或硬质玻璃材料。具体尺寸则如图7所示，本实施例1所述的铌杆1a、1b直径为0.7mm，钍钨杆3a、3b直径为0.24mm，钼螺旋丝4a、4b直径为0.12mm，钨螺旋电极5a、5b直径为0.13mm，钼螺旋外径0.7mm，其余尺寸表明在图7中。本实施例电弧管尺寸如图9所示。

实施例2(参见图1、图3、图6、图8、图10)

本实施例为35W陶瓷金卤灯，其电极系统为三段式结构，如图8所示，在封接用铌杆1a、1b后直接焊接钼杆2a、2b，钼杆2a、2b后焊接细钍钨杆3a、3b。钼杆2a、2b的直径比钍钨电极3a、3b的直径粗，但比铌杆1a、1b直径细。钍钨杆3末端设置有由钨杆制成的螺旋电极5a、5b，所用钨杆的直径比钍钨杆3直径更细；在紧接铌杆la、1b后的钼杆2a、2b外绕有用W、Mo、Ta、Ni等材料制的金属丝螺旋，其外并涂敷有难熔绝缘材料如陶瓷、石英或硬质玻璃等材质的涂层6a、6b，所述的涂层可以选用各种难熔绝缘材料，如Al₂O₃，Ti0₂，ZrO，SiC，SiN，BN等各种陶瓷及石英或硬质玻璃材料。具体尺寸则如图8所示，本实施例所述的铌杆1a、1b直径为0.7mm，钼杆2a、2b直径为0.3mm，其外钼螺旋直径为0.18mm，钍钨电极3a、3b直径为0.15mm，末端钨螺旋丝5a、5b直径为0.13mm，电极引线外陶瓷涂层直径为0.7mm。

图1表示35W陶瓷金卤灯的结构，它包括一个石英玻璃外壳11，陶瓷电弧管8，电弧管两端各有本实用新型的电极系统中2a、2b，3a、3b，4a、4b构成引出支架12、13，灯头14，灯脚15a、15b。其陶瓷电弧管8结构及尺寸如图10所示，管壳二端为支撑电极的陶瓷袖套管9a、9b，陶瓷袖套管9a、9b的外端有密封用陶瓷焊料10a、10b。电弧管中充有汞、金属卤化物和惰性气体，电弧管与外界的密封靠电极引线的铌杆1a、1b部分与陶瓷袖管9a、9b之间的焊料10a、10b保证。

所述的陶瓷电弧管8的管壳为半透明陶瓷材料，陶瓷电弧管8的管壳为圆柱形、球形或椭球形。其特点是从电弧管中心部分向二侧电极引线靠近时壁厚逐渐加厚，提高了二端保温效果、提高了电极附近管壳的冷端温度，从而可以在不降低冷端温度的情况下设计较长的管壳，加长极间距离，降低工作气压，保持原灯压降及功率不变的情况下加长了电弧尺寸，降低了中部电弧区的峰值壁负荷，从而延长了灯管寿命并提高发光效率。

Claims (4)

1.一种高效长寿命陶瓷金卤灯，包括有一个陶瓷电弧管(8)，陶瓷电弧管(8)两端各带有一支撑电极的细长陶瓷袖管(9a、9b)，电极系统的最外端为铌杆或铌套管(1a，1b)，陶瓷电弧管(8)中充有汞、金属卤化物和惰性气体，所述铌杆或铌管(1a，1b)后接有钼杆(2)，钼杆(2)后接更细的钨杆(3)，钨杆末端绕有比钨杆更细的钨丝绕制成的钨螺旋电极(5a，5b)而构成的三段式电极系统，其特征在于：所述电极引线的钼杆(2)外绕有用W、Mo、Ta、Ni等材料制成的金属丝螺旋(4)，螺旋(4)外涂敷有难熔绝缘材料的涂层(6)。

2.根据权利要求1所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于：所述电极引线钼杆(2)外的涂层(6)可以选用各种难熔稳定绝缘材料，如Al₂O₃，SiO₂，TiO₂，ZrO₂，SiC，SiN，BN各种陶瓷及石英或玻璃材料。

3.一种高效长寿命陶瓷金卤灯，包括有一个陶瓷电弧管(8)，陶瓷电弧管(8)两端各带有一支撑电极的细长陶瓷袖管(9a、9b)，电极系统的最外端为铌杆或铌套管(1a，1b)，陶瓷电弧管(8)中充有汞、金属卤化物和惰性气体，所述铌杆或铌管(1a，1b)后直接接钨杆(3)，钨杆(3)前端绕有由细钨丝绕制的螺旋形电极(5)，构成二段式电极系统，其特征在于：在所述钨杆(3)与电极(5)相隔一段距离的中后段外绕有用W、Mo、Ta、Ni材料制的金属丝螺旋(4)，其外涂敷有难熔绝缘材料涂层(6)。

4.根据权利要求3所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于：所述的涂层(6)可以选用各种难熔稳定绝缘材料，如Al₂O₃，SiO₂，TiO₂，ZrO₂，SiC，SiN，BN各种陶瓷及石英或玻璃材料。

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