CN203707081U

CN203707081U - 双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯

Info

Publication number: CN203707081U
Application number: CN201420076201.5U
Authority: CN
Inventors: 李文鹏; 李维德
Original assignee: JIANGSU LIDE LIGHTING INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU LIDE LIGHTING INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2024-02-21

Abstract

本实用新型提供了一种双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，包括：灯管，该灯管包括外泡体和嵌入该外泡体的内泡体，该内泡体内凹形成腔体，该内泡体中填充有单质钠元素，该外泡体中设置有汞齐；磁芯，插入该腔体内，该磁芯外绕线圈以产生感应电磁场，该感应电磁场耦合所述内泡体中的钠原子和所述外泡体中的汞原子发光放电。本实用新型能够保证钠原子和汞原子均能够达到最佳放电发光条件，而且无需设置电极，可以显著改善光源寿命和长期使用的稳定性。

Description

双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯

技术领域

本实用新型涉及一种双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯。

背景技术

无极灯作为一种长寿命、免维护、高光效及高显色性的照明产品，已经被国内及国际市场广泛接受。常规的无极灯是通过感应耦合灯管内汞元素，进而发光放电的一种电光源产品。其通过高频磁芯发射射频范围的电磁波，耦合激发灯管内的放电物质（如汞原子），进而汞原子发射出的253.7nm紫外线可有效的激发三基色或其他光谱组分的光线进行照明。由于无极灯本身没有电极，故可保证其长期（5年或更长时间）使用情况下的稳定、无需替换等特点。产品在工厂车间照明、道路隧道照明及投光泛光照明工程中均有着显著效果。

目前以汞作为发光放电物质的无极灯的发射光谱成分均按照荧光灯的光谱成分进行配比，即通过三基色荧光粉填充并发射光谱，其色温通常为2700K～6500K之间，即黄光暖色照明至冷光白光照明。

但目前此类无极灯，其产品光效完全受制于汞元素的紫外线（253.7nm）激发效率和荧光粉（如三基色荧光粉）的转化效率，在此两类效率均达到最高值情况下，基本上产品的光源光效在70lm/W-100lm/W之间，无再上升的理论可能性。

而钠元素作为传统气体放电灯中低压钠灯和高压钠灯的最主要放电物质，其发光放电时大部分辐射能量都集中在钠元素的589.0nm和589.6nm共振谱线上，适当选取放电条件，可以获得很高的共振辐射效率。目前的低压钠灯可达到150lm/W以上光效，而高压钠灯也可达到110lm/W以上光效，其光效较常规的汞激发无极灯要高出50%左右。

钠单质元素发光的光谱线集中在589.0nm和589.6两根黄光线光谱上，虽然光效很高，但显色性非常低。通过匹配汞激发的高效荧光粉发光，可以兼容此两类元素的低气压高光效发光特性，保证光效和显色性兼容改善的目的。但是，由于钠元素和汞元素的最佳放电发光条件差别较大，因此目前尚没有同时使用两种元素且发光放电效果较好的产品。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，能够保证钠原子和汞原子均能够达到最佳放电发光条件，而且无需设置电极，可以显著改善光源寿命和长期使用的稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，包括：

灯管，该灯管包括外泡体和嵌入该外泡体的内泡体，该内泡体内凹形成腔体，该内泡体中填充有单质钠元素，该外泡体中设置有汞齐；

磁芯，插入该腔体内，该磁芯外绕线圈以产生感应电磁场，该感应电磁场耦合所述内泡体中的钠原子和所述外泡体中的汞原子发光放电。

根据本实用新型的一个实施例，所述外泡体的端部与所述内泡体的端部封接在一起，所述腔体在该内泡体的端部和外泡体的端部具有开口，所述磁芯经由该开口插入所述腔体。

根据本实用新型的一个实施例，所述腔体在该内泡体的端部具有开口，所述磁芯经由该开口插入所述腔体，所述外泡体的端部与位于所述腔体外的磁芯的端部封接在一起。

根据本实用新型的一个实施例，所述内泡体同轴嵌入该外泡体，所述内泡体在中心轴处内凹形成所述腔体。

根据本实用新型的一个实施例，所述内泡体中的钠原子发光放电时，钠蒸汽的气压为0.1Pa～10Pa，内泡体内的温度为200℃～300℃；所述外泡体中的汞原子发光放电时，汞蒸汽的气压为0.6Pa至1Pa。

根据本实用新型的一个实施例，所述磁芯的磁通密度为50mT至1000mT，所述磁芯产生的耦合电磁场频率为30KHZ至100MHZ。

根据本实用新型的一个实施例，所述内泡体中填充有惰性气体。

根据本实用新型的一个实施例，所述外泡体内填充有惰性气体，所述外泡体的内壁涂覆有荧光粉。

根据本实用新型的一个实施例，所述内泡体的管壁横截面积为0.2cm²至50cm²。

根据本实用新型的一个实施例，所述内泡体的材料为抗钠腐蚀玻璃，所述外泡体的材料为硼硅酸盐玻璃。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯采用双层嵌套式灯管，内泡体利用高温低压钠蒸汽共振光谱放电，而外泡体利用低温低压汞蒸气紫外光谱线激发发光，使得钠元素和汞元素处于相对独立的空间中，可以通过单一磁芯激发两种元素都达到最佳放电发光效果。

另外，本实用新型实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯采用感应电磁场来激发钠原子和汞原子发光放电，无需设置电极，因而能够极大改善和提高光源寿命以及长期使用的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的磁芯产生的感应电磁场的空间分布示意图；

图2是本实用新型第一实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的灯管的结构示意图；

图3是本实用新型第一实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的整体结构示意图；

图4是本实用新型第二实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的整体结构示意图。

具体实施方式

通常，钠元素在260℃温度下达到0.4Pa蒸汽压强的条件下，可发射最大效率的共振黄光线光谱线（589.0nm和589.6nm），而在此条件下，汞元素发射紫外253.7nm谱线的强度明显减弱，无法有效激发荧光粉发光。

本实用新型实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯采用两层嵌套式灯管，内泡体嵌入外泡体中，单个磁芯激发内泡体中的钠原子以及外泡体中的汞原子发光放电，从而能够使两种元素都达到最佳放电发光效果。另外，钠元素和汞元素相互隔离不会反应形成钠汞齐，也就不会因此附着荧光粉导致灯管内表面黑化以及灯管光衰严重等问题。

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯包括灯管和磁芯，该灯管为双层泡体结构，包括外泡体和内泡体，其中内泡体嵌入外泡体中，该内泡体内凹形成腔体。另外，该内泡体中填充有单质钠元素，该外泡体中设置有汞齐。该磁芯插入内泡体内凹形成的腔体内，磁芯外绕线圈以产生感应电磁场，该感应电磁场耦合内泡体中的钠原子和外泡体中的汞原子发光放电。

参考图1，图1示出了磁芯11产生的感应电磁场的空间分布，磁芯11可以是圆柱形，但并不限于此。磁芯11外绕线圈12，磁芯11通过外绕的线圈12中的交变电压信号感应产生感应磁场B，磁芯11内的交变磁通量再进一步感应出磁芯11周围空间的感应电场E。感应电场E用于耦合放电物质放电，更加具体而言，耦合内泡体中的钠原子和外泡体中的汞原子发光放电。

需要说明的是，双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的自身体积、结构设计以及感应电磁场耦合的空间形状都可以进一步产生不同的放电参数，例如耦合电压、感应电流等等。

下面结合具体实施例进行说明。

第一实施例

参考图2，作为一个非限制性的例子，内泡体13和外泡体14的形状可以是球形或者橄榄椭球形，但并不限于此。内泡体13和外泡体14可以采用同轴嵌入式结构，也就是内泡体13同轴嵌入外泡体14内部。

内泡体13在中心轴处具有内凹形成的腔体10，该腔体10在内泡体13的端部具有开口，以供磁芯插入。

外泡体14包围内泡体13，外泡体14的端部和内泡体13的端部封接在一起，例如对于玻璃材质的泡体，可以通过玻璃熔融封接在一起。需要说明的是，封接在一起的外泡体14和内泡体13的端部仍然具有对外开放的开口，以供磁芯插入。另外，外泡体14还可以具有冷端141，该冷端141可以设置在外泡体14的端部，但并不限于此。冷端141用于容置汞齐。

结合图2和图3，图3示出了第一实施例中的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的整体结构，磁芯11插入内泡体13内凹形成的腔体10中。

磁芯11的形状例如是圆柱形，插入中心轴处的腔体10中，但磁芯11的形状并不限于圆柱形。插入腔体10中的磁芯11的数量通常是一根，但也可以超过一根。磁芯11外绕线圈12以产生感应电磁场，进而激发灯管内的放电物质。

通过材质的选择，可以使得磁芯11有效产生总磁通量，其磁通密度优选为50mT至1000mT之间。产品的功率越大，则磁芯11的体积也应当越大，以保证灯管内能够耦合足够的能量。

磁芯11的材质可以是PC95等磁芯材料，但并不限于此。优选地，在25℃情况下，25KHZ以上耦合频率及200mT磁通密度以上时，初始磁导率大于5000，单位体积损耗为300KW/m³。

磁芯11产生的感应电磁场的频率优选为30KHZ至100MHZ之间。通过交流交替电磁场能量，使得灯管内的放电原子频繁震荡运动，增加等离子体的碰撞频率，形成钠元素和汞元素的放电维持电弧。

内泡体13优选采用抗钠腐蚀玻璃材料，包括但不限于普通钠-钙玻璃，或填充氧化铝和氧化硼的硅酸盐类玻璃。此类玻璃可有效保证不与内泡体13内的钠元素进行化学反应，同时不会造成钠元素因渗透而逐步降低含量的问题。内泡体13中的钠元素含量视产品功率的大小而定，通常的范围为0.2mg至50mg之间。

作为一个优选的实例，内泡体13中可以填充惰性气体，例如单质氖气、单质氩气、单质氪气或其混合类气体。优选地，填充惰性气体后，内泡体13中总气体气压为10-1000Pa；另外，惰性气体尤其是氖氩混合形成的潘宁效应，可有效帮助灯管启动。

优选地，内泡体13内的钠元素蒸汽压强为0.1Pa～10Pa，单位立方厘米的耦合放电功率不大于50W，故属于低气压气体放电灯产品，其放电管电流密度一般在0.02A/cm²至2A/cm²之间，为保证管壁处钠离子的损失（管壁处的钠离子和电子复合导致损失）不至于过快增加而致使管压增大、发光效率下降等问题，还考虑到钠本身共振光谱辐射吸收的几率，内泡体13的管壁横截面积优选为0.2cm²至50cm²之间。而放电管长度则是决定灯管功率的主要关键参数，为设计5W至500W的低压无电极内泡体钠灯，灯管总放电管轴长度在2cm至30cm之间。

外泡体14采用优选为硼硅酸盐玻璃材质，但并不限于此。外泡体14内设置汞齐15，用于形成汞原子的激发发光和放电维持。该汞齐15优选为合金汞齐，可以包括汞丸以及与其相连的不锈钢铟网。该汞齐15可以设置在外泡体14的冷端141内。外泡体14采用包括但不限于球泡类设计结构，同样便于耦合中心轴处磁芯11的感应电磁场。

外泡体14的内壁可以涂覆有荧光粉16，通过汞原子发光放电激发外泡体14内壁的荧光粉16，从而产生可见光。

在一个优选的实例中，外泡体14中可以填充有惰性气体，例如单质氖气、单质氩气、单质氪气或其混合类气体，使得外泡体14内总气体气压为10-1000Pa；另外，惰性气体尤其是氖氩混合形成的潘宁效应，可有效帮助灯管启动。

外泡体14中的汞蒸气放电，可以有效加温内泡体13中的钠蒸汽，使得内泡体13中钠蒸汽的温度为200℃～300℃，钠蒸汽的气压为0.1Pa～10Pa，维持钠原子最佳的共振光谱辐射效率（为了达到最佳效率，钠蒸汽的最佳温度为260℃）；而外泡体14中的汞蒸气的气压为0.6Pa至1Pa（最优为0.8Pa左右），从而使得汞蒸气达到最佳的253.7nm紫外线的辐射效率。

另外，外泡体14的冷端141是外泡体的最低温度点，其温度控制了汞齐15的温度，从而控制了外泡体14中的汞蒸气的压强。

第二实施例

参考图4，图4示出了第二实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯的整体结构，其和图3所示的结构基本相同，也包括内泡体13、外泡体14、磁芯11和线圈12。其中，外泡体14可以具有冷端141，冷端141内设置有汞齐15。外泡体14的内壁可以涂覆有荧光粉16。

第二实施例与第一实施例的主要区别在于磁芯11相对于内泡体13和外泡体14的安装位置，在第二实施例中，内泡体13内凹形成腔体，该腔体在内泡体13的端部具有开口，磁芯11的主体部分通过该开口插入腔体内，磁芯11的端部位于腔体外，而外泡体14的端部与该磁芯11的端部封接在一起。换言之，第二实施例中的磁芯11被封接在外泡体14内，其好处是可以保证磁棒本身发热量可以用于加热内泡体13内的钠元素放电以及加温外泡体14内的汞元素蒸汽温度。另外，可以将图3所示的结构看作是磁芯外置式结构，而将图4所示的结构看作是磁芯内置式结构。

采用图4的结构，封接在外泡体14内的磁芯11和线圈12的表面可以进行去离子水处理，并经高温烘烤后置入，以移除表面附着的水蒸气、氧气或二氧化碳等杂质气体，避免破坏外泡体14内的真空惰性气体环境。另外，线圈12可以通过镍铬钼合金等金属线通过玻璃封接处引出。

第二实施例中内泡体13、外泡体14以及磁芯11的形状、参数等相关内容与第一实施例相同，这里不再赘述。

综上，本实用新型实施例的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯通过无电极化处理，采用磁芯感应耦合的方式发光放电，保证了产品长期使用的稳定性和寿命，理论寿命可接近10万小时。同时感应耦合的方式避免了电极的自身功率损耗，更加增加灯管的发光效率，理论估计钠元素的发光效率将接近160lm/W。而钠单质元素发光的光谱线集中在589.0nm和589.6两根黄光线光谱上，虽然光效很高，但显色性较低。本实用新型实施例还通过匹配汞激发的高效荧光粉发光，从而兼容钠元素和汞元素的发光特性，既提高了光效，又改善了显色性。

钠元素和汞元素在相互独立的泡壳腔体中放电发光，保证了两种单质原子均能够达到最佳的放电发光参数，而且钠元素也不会与汞元素形成钠汞齐，不会因此附着荧光粉导致后期灯管内表面黑化及灯管光衰严重的问题。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述外泡体的端部与所述内泡体的端部封接在一起，所述腔体在该内泡体的端部和外泡体的端部具有开口，所述磁芯经由该开口插入所述腔体。

3.根据权利要求1所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述腔体在该内泡体的端部具有开口，所述磁芯经由该开口插入所述腔体，所述外泡体的端部与位于所述腔体外的磁芯的端部封接在一起。

4.根据权利要求1所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述内泡体同轴嵌入该外泡体，所述内泡体在中心轴处内凹形成所述腔体。

5.根据权利要求1所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述内泡体中的钠原子发光放电时，钠蒸汽的气压为0.1Pa～10Pa，内泡体内的温度为200℃～300℃；所述外泡体中的汞原子发光放电时，汞蒸汽的气压为0.6Pa至1Pa。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述磁芯的磁通密度为50mT至1000mT，所述磁芯产生的耦合电磁场频率为30KHZ至100MHZ。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述内泡体中填充有惰性气体。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述外泡体内填充有惰性气体，所述外泡体的内壁涂覆有荧光粉。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述内泡体的管壁横截面积为0.2cm²至50cm²。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的双层嵌套式无电极钠汞双层放电灯，其特征在于，所述内泡体的材料为抗钠腐蚀玻璃，所述外泡体的材料为硼硅酸盐玻璃。