EP0276888A2 - Gasentladungslampe - Google Patents

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EP0276888A2
EP0276888A2 EP88200094A EP88200094A EP0276888A2 EP 0276888 A2 EP0276888 A2 EP 0276888A2 EP 88200094 A EP88200094 A EP 88200094A EP 88200094 A EP88200094 A EP 88200094A EP 0276888 A2 EP0276888 A2 EP 0276888A2
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EP
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discharge vessel
envelope
airgel
lamp
lamp according
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EP88200094A
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Ernst Dr. Fischer
Horst Dr. Hörster
Reinhard Dr. Kersten
Joseph Gijsbertus Van Lierop
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/34—Double-wall vessels or containers

Definitions

  • the invention relates to a gas discharge lamp with a discharge vessel containing an ionizable gas filling and made of translucent material, which is surrounded at a distance by a translucent outer envelope, the discharge vessel having a heat-insulating, porous, translucent envelope within the outer envelope.
  • Gas discharge lamps especially high pressure gas discharge lamps, have a discharge vessel made of translucent and heat-resistant material, e.g. made of quartz glass or sintered aluminum oxide. Common gas fillings of such lamps contain e.g. Sodium and / or mercury, optionally with additions of metal halides to improve color rendering.
  • a single or double-walled quartz glass tube US Pat. Nos. 29 72 693 and 32 50 934. To further reduce heat dissipation, the space between the discharge vessel and the outer bulb has been evacuated. In many cases, especially with low power gas discharge lamps, e.g. less than 70 W, the thermal insulation of the discharge tube by external quartz glass tubes is not sufficient, since the distance between the discharge tube and the outer shell is too small.
  • a gas discharge lamp of the type mentioned is known, the covering being made of glass wool.
  • Such an envelope causes a strong scattering of the light emanating from the discharge vessel, which makes it difficult to focus it.
  • a covering may only have a relatively loose packing, but this limits the thermal insulation.
  • the invention has for its object to provide a gas discharge lamp with a sheath, which brings about good thermal insulation of the discharge vessel, but at the same time either not at all or only slightly influences the emitted light.
  • the envelope is a microporous airgel which at least partially encloses the discharge vessel.
  • Such a microporous airgel consists of a cross-linked and open-pored solid structure of low density (less than 10% of the density of a solid body made of the material). All cavities between the solid particles have transverse diameters that are smaller than the light wavelength and e.g. between 0.03 and 0.2 ⁇ m, preferably between 0.04 and 0.07 ⁇ m. An airgel of this type therefore causes only a very slight scattering of the light.
  • the envelope of the discharge vessel can e.g. consist of silicon dioxide airgel or aluminum oxide airgel.
  • Such aerogels are particularly heat-resistant. Their light absorption is negligible.
  • thermal insulation brought about by these aerogels reduces the thermal radiation of the discharge vessel in such a way that the connected load of the lamp can be reduced, or for a given one, if the vessel dimensions are still technically manageable Performance can be used on larger vessel dimensions, which enables easier production.
  • the envelope is a coherent mass which tightly surrounds the discharge vessel.
  • the discharge vessel can be encapsulated with the airgel.
  • a covering offers excellent protection against explosion of the discharge vessel.
  • the temperature distribution on the discharge vessel becomes more uniform. This has a beneficial influence on a number of lamp properties, e.g. stable color rendering, positional independence of the lamp and mechanical strength by lowering peak temperatures and thus reducing the tendency to recrystallization of the discharge vessel.
  • the space between the discharge vessel and the outer envelope can be completely filled with airgel.
  • the envelope can consist of airgel particles or of a coherent mass. Such a mass is advantageous because light scatter at the boundary from the airgel and the outer shell is reduced.
  • the discharge vessel is at least partially covered with a molded body made of airgel that is adapted to its outer shape, this molded body can be produced separately and placed on the discharge vessel during lamp assembly.
  • the sheathing can be in two parts and envelop the discharge vessel only in the area of the lamp electrodes. It has been found that such a covering surrounding only the lamp electrodes can be sufficient as thermal insulation.
  • the sheathing of the discharge vessel with an airgel reduces the requirements for a vacuum between the discharge vessel and the outer sheath and for the heat resistance of the outer sheath, so that, according to a development according to the invention, the latter can be made of plastic.
  • the outer shell is designed as a reflector, i.e. the outer shell is provided with a reflective layer on its outside or inside.
  • the gas discharge lamp can be used as a lamp.
  • the lamp according to the invention can be a high-pressure gas discharge lamp, but also a low-pressure sodium vapor discharge lamp.
  • the high-pressure metal halide discharge lamp according to FIG. 1 has a discharge vessel 1 made of quartz glass, in which an ionizable gas filling and two electrodes 2 are accommodated, the connecting wires 3 of which are welded to intermediate pieces 4, which in turn are connected to strong pole wires 5, which are connected to a lamp base 6 are connected.
  • the discharge vessel 1 is surrounded at a distance by a glass outer shell 7.
  • the discharge vessel 1 is inside the outer envelope 7 with a porous, translucent envelope 8 made of an airgel, e.g. Silicon dioxide airgel. In this case, the discharge vessel 1 is completely encapsulated with the airgel 8.
  • an airgel e.g. Silicon dioxide airgel.
  • the low-pressure sodium vapor discharge lamp shown in FIG. 2 has a U-shaped discharge vessel 9, which has an ionizable gas filling and is provided with lateral bulges 10 for receiving sodium. At the ends of the U-shaped discharge vessel 9 there are electrodes 11, the connections of which are connected to a lamp base 12.
  • the discharge vessel 9 is surrounded by a glass outer shell 13 at a distance.
  • the space between the discharge vessel 9 and the outer envelope 13 is covered with microporous, spherical airgel particles 14 filled, which form a translucent envelope of the discharge vessel 9.
  • the high-pressure sodium vapor discharge lamp according to FIG. 3 has a tubular discharge vessel 15 made of translucent aluminum oxide.
  • the ends of the discharge vessel 15 are closed with ceramic plugs 16, in which current supply wires 17 to electrodes 18 are received.
  • Shaped bodies 19 made of airgel, in particular aluminum oxide airgel, are placed on the ends of the discharge vessel 15 and envelop the discharge vessel 15 only in the area of the lamp electrodes 18.
  • the high-pressure metal halide discharge lamp according to FIG. 4 designed as a radiator, has a discharge vessel 20 which is accommodated in an outer envelope 21 made of glass or plastic.
  • the lamp structure essentially corresponds to the lamp according to FIG. 1.
  • the outer envelope 21 has a parabolic shape and is covered on the inside with a reflection layer 22.
  • the space between the discharge vessel 20 and the outer envelope 21 is completely filled with airgel 23.
  • the operating conditions of the lamps described are largely independent of the gas pressure in the outer envelope.
  • the otherwise usual geometrical position dependence of the color temperature is significantly reduced; for example, 1, the difference in color temperature between the vertical and horizontal position of the discharge from 700 to 200 K.
  • the aerogels made of silicon dioxide or aluminum oxide are UV-resistant.
  • the described airgel envelopes of the discharge vessels show no noticeable absorption of the emitted radiation in the visible spectral range. These airgel casings are heat-resistant up to approximately 1000 ° C.

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Abstract

Bei einer Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß (1) aus licht­durchlässigem Material, das mit Abstand von einer licht­durchlässigen Außenhülle (7) umgeben ist, hat das Entladungsgefäß eine wärmeisolierende, lichtdurchlässige Umhüllung (8) aus einem mikroporösen Aerogel.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurchlässigen Außenhülle umgeben ist, wobei das Entladungsgefäß innerhalb der Außenhülle eine wärme­isolierende, poröse, lichtdurchlässige Umhüllung aufweist.
  • Gasentladungslampen, insbesondere Hochdruck-Gasentladungs­lampen, besitzen ein Entladungsgefäß aus lichtdurch­lässigem und wärmebeständigem Material, z.B. aus Quarzglas oder gesintertem Aluminiumoxid. Übliche Gasfüllungen derartiger Lampen enthalten z.B. Natrium und/oder Queck­silber, gegebenenfalls mit Zusätzen von Metallhalogeniden zur Verbesserung der Farbwiedergabe. Zur Wärmedämmung des Entladungsgefäßes ist es bekannt, dieses mit einem einfachen bzw. doppelwandigen Quarzglasrohr zu umgeben (US-PS 29 72 693 und 32 50 934). Zwecks weiterer Verringerung der Wärmeableitung hat man den Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben evakuiert. In vielen Fällen, insbesondere bei Gasentladungslampen geringer Leistung, z.B. kleiner 70 W, reicht die Wärmedämmung des Entladungsgefäßes durch äußere Quarzglasrohre nicht aus, da der Abstand zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle zu gering ist.
  • Aus der GB-PS 481 320 ist eine Gasentladungslampe der eingangs erwähnten Art bekannt, wobei die Umhüllung aus Glaswolle besteht. Eine derartige Umhüllung bewirkt eine starke Streuung des vom Entladungsgefäß ausgehenden Lichtes, wodurch dessen Fokussierung erschwert wird. Um dies zu vermeiden, darf eine derartige Umhüllung nur eine relativ lose Packung aufweisen, wodurch aber die Wärme­dämmung beschränkt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gas­entladungslampe mit einer Umhüllung zu schaffen, welches eine gute Wärmedämmung des Entladungsgefäßes bewirkt, gleichzeitig aber das ausgestrahlte Licht entweder gar nicht oder nur wenig beeinflußt.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Gasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Umhüllung ein das Entladungsgefäß mindestens teilweise einschließendes mikroporöses Aerogel ist.
  • Ein solches mikroporöses Aerogel besteht aus einem vernetzen und offenporigen Festkörpergerüst geringer Dichte (weniger als 10 % der Dichte eines massiven Körpers aus dem Material). Alle Hohlräume zwischen den Festkörper­teilchen haben Querdurchmesser, die kleiner als die Licht­wellenlänge sind und z.B. zwischen 0,03 und 0,2 µm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 0,07 µm liegen. Daher bewirkt ein derartiges Aerogel nur eine ganz geringe Streuung des Lichtes.
  • Die Umhüllung des Entladungsgefäßes kann z.B. aus Siliziumdioxid-Aerogel oder aus Aluminiumoxid-Aerogel bestehen. Derartige Aerogele sind besonders wärmefest. Ihre Lichtabsorption ist vernachlässigbar gering.
  • Durch die mit diesen Aerogelen bewirkte Wärmedämmung wird die thermische Abstrahlung des Entladungsgefäßes so ver­ringert, daß bei noch technisch beherrschbaren kleineren Gefäßdimensionen die Anschlußleistung der Lampe verkleinert werden kann, oder für eine vorgegebene Leistung auf größere Gefäßdimensionen zurückgegriffen werden kann, wodurch eine einfachere Fertigung ermöglicht wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Gasentladungslampe nach der Erfindung ist die Umhüllung eine kohärente Masse, die das Entladungsgefäß eng umschließt. In dieser Weiterbildung kann das Entladungsgefäß mit dem Aerogel umgossen sein. Eine derartige Umhüllung bietet außer der Wärmedämmung einen hervorragenden Schutz gegen Explosion des Entladungsgefäßes. Bei einer vollständigen Umhüllung des Entladungsgefäßes mit dem Aerogel wird die Temperatur­verteilung auf dem Entladungsgefäß gleichmäßiger. Dies hat einen günstigen Einfluß auf eine Reihe von Lampen­eigenschaften, wie z.B. stabile Farbwiedergabe, Lage­unabhängigkeit der Lampe und mechanische Festigkeit durch Erniedrigung von Spitzentemperaturen und damit Verringerung der Rekristallisationsneigung des Entladungs­gefäßes.
  • Der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle kann vollständig mit Aerogel gefüllt sein. Dies hat den Vorteil, daß das Aerogel gleichzeitig als mechanische Halterung für das Entladungsgefäß dienen kann und damit weitere den Lichtaustritt behindernde Halterungen entfallen können. Die Umhüllung kann aus Aerogelteilchen bestehen oder aus einer kohärenten Masse. Eine solche Masse ist vorteilhaft, weil Lichtstreuung an der Grenze vom Aerogel und der Außenhülle vermindert wird.
  • Wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Gasentladungs­lampe nach der Erfindung das Entladungsgefäß wenigstens teilweise mit einem seiner Außenform angepaßten Formkörper aus Aerogel umhüllt ist, kann dieser Formkörper getrennt hergestellt und bei der Lampenmontage auf das Entladungs­gefäß aufgesetzt sein.
  • Sind in das Entladungsgefäß Elektroden aufgenommen, kann die Umhüllung zweiteilig sein und das Entladungsgefäß lediglich im Bereich der Lampenelektroden umhüllen. Es hat sich herausgestellt, daß eine derartige nur die Lampen­elektroden umgebende Umhüllung als Wärmedämmung ausreichend sein kann.
  • Die Umhüllung des Entladungsgefäßes mit einem Aerogel verringert die Anforderungen an ein Vakuum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle und an die Wärmefestig­keit der Außenhülle, so daß diese gemäß einer Weiter­bildung nach der Erfindung aus Kunststoff bestehen kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Außenhülle als Reflektor ausgebildet, d.h. die Außenhülle ist auf ihrer Außen- oder Innenseite mit einer Reflexionsschicht versehen. In diesem Falle kann die Gasentladungslampe als Strahlerlampe verwendet werden.
  • Die Lampe nach der Erfindung kann eine Hochdruck-­Gasentladungslampe, aber auch eine Niederdruck-Natrium­dampfentladungslampe sein.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Lampe nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe, deren Entladungsgefäß mit einem Aerogel umgossen ist,
    • Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt einer Niederdruck-­Natriumdampfentladungslampe, bei welcher der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle mit Aerogelteilchen gefüllt ist,
    • Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Hochdruck-Natrium­dampfentladungslampe, deren Enden eine Umhüllung aus Aerogel haben,
    • Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe, deren Außenhülle als Reflektor ausgebildet ist.
  • Die Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe nach Fig. 1 besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem eine ionisierbare Gasfüllung und zwei Elektroden 2 unterge­bracht sind, deren Anschlußdrähte 3 an Zwischenstücke 4 angeschweißt sind, die ihrerseits mit kräftigen Pol­drähten 5 verbunden sind, welche mit einem Lampensockel 6 verbunden sind. Das Entladungsgefäß 1 ist mit Abstand von einer gläsernen Außenhülle 7 umgeben.
  • Das Entladungsgefäß 1 ist innerhalb der Außenhülle 7 mit einer porösen, lichtdurchlässigen Umhüllung 8 aus einem Aerogel, z.B. Siliziumdioxid-Aerogel, versehen. In diesem Fall ist das Entladungsgefäß 1 mit dem Aerogel 8 vollständig umgossen. (Die Herstellung von Silizium­dioxid-Aerogel ist in "Journal of Non-Crystalline Solids" 82(1986), Seite 265 bis 270, Amsterdam beschrieben.)
  • Die in Fig. 2 dargestellte Niederdruck-Natriumdampf­entladungslampe besitzt ein U-förmiges Entladungsgefäß 9, das eine ionisierbare Gasfüllung hat und mit seitlichen Ausbuchtungen 10 zur Aufnahme von Natrium versehen ist. An den Enden des U-förmigen Entladungsgefäßes 9 befinden sich Elektroden 11, deren Anschlüsse mit einem Lampensockel 12 verbunden sind. Das Entladungsgefäß 9 ist mit Abstand von einer gläsernen Außenhülle 13 umgeben. Der Raum zwischen Entladungsgefäß 9 und Außenhülle 13 ist mit mikroporösen, kugelförmigen Aerogelteilchen 14 gefüllt, die eine lichdurchlässige Umhüllung des Entladungsgefäßes 9 bilden.
  • Die Hochdruck-Natriumdampfentladungslampe nach Fig. 3 besitzt ein rohrförmiges Entladungsgefäß 15 aus licht­durchlässigem Aluminiumoxid. Die Enden des Entladungs­gefäßes 15 sind mit Keramikstopfen 16 verschlossen, in denen Stromzuführungsdrähte 17 zu Elektroden 18 aufge­nommen sind. Auf die Enden des Entladungsgefäßes 15 sind Formkörper 19 aus Aerogel, insbesondere Aluminiumoxid-­Aerogel, aufgesetzt, welche das Entladungsgefäß 15 lediglich im Bereich der Lampenelektroden 18 umhüllen.
  • Die als Strahler ausgebildete Hochdruck-Metallhalogenid­entladungslampe nach Fig. 4 besitzt ein Entladungs­gefäß 20, welches in einer Außenhülle 21 aus Glas oder Kunststoff untergebracht ist. Der Lampenaufbau entspricht im wesentlichen der Lampe nach Fig. 1. Die Außenhülle 21 hat hierbei jedoch eine parabolische Form und ist auf der Innenseite mit einer Reflexionsschicht 22 bedeckt. Der Raum zwischen Entladungsgefäß 20 und der Außenhülle 21 ist hierbei vollständig mit Aerogel 23 gefüllt.
  • Bei einer Hochdruck-Metallhalogeniddampfentladungslampe nach Fig. 1 mit 35 W Anschlußleistung ohne Umhüllung wurde durch die Aerogelumhüllung des Entladungsgefäßes die Anschlußleistung auf 20 W verringert bei gleicher Farb­temperatur. Darüber hinaus ergab sich überraschenderweise auch noch eine Verbesserung der Lichtausbeute von 78 auf 86 lm/W. Die Dichte des Siliziumdioxid-Aerogels betrug 0,16 g/cm³, während die Dichte von Quarzglas 2,2 g/cm³ ist.
  • Die Betriebsbedingungen der beschriebenen Lampen sind weitgehend unabhängig vom Gasdruck in der Außenhülle. Die sonst übliche geometrische Lageabhängigkeit der Farb­temperatur ist deutlich verringert; so verringert sich z.B. bei der Lampe nach Fig. 1 die Differenz der Farb­temperatur zwischen vertikaler und horizontaler Stellung der Entladung von 700 auf 200 K. Die verwendeten Aerogele aus Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid sind UV-beständig. Die beschriebenen Aerogelumhüllungen der Entladungsgefäße zeigen keine merkbaren Absorptionen der ausgesandten Strahlung im sichtbaren Spektralbereich. Diese Aerogel­umhüllungen sind bis etwa 1000°C wärmebeständig.

Claims (10)

1. Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß aus lichtdurch­lässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurch­lässigen Außenhülle umgeben ist, wobei das Entladungsgefäß innerhalb der Außenhülle eine wärmeisolierende, poröse, lichtdurchlässige Umhüllung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein das Entladungsgefäß mindestens teilweise einschließendes mikroporöses Aerogel ist.
2. Lampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein Silizium­dioxid-Aerogel ist.
3. Lampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein Aluminium­oxid-Aerogel ist.
4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine kohärente Masse ist.
5. Lampe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Masse die Außenhülle füllt.
6. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle mit Aerogel­teilchen gefüllt ist.
7. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Formkörpern besteht, die der Form des Entladungsgefäßes angepaßt sind.
8. Lampe nach Anspruch 7, in dessen Entladungsgefäß Elektroden aufgenommen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß lediglich im Bereich der Lampenelektroden von Formkörpern umhüllt ist.
9. Lampe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle aus Kunststoff besteht.
10. Lampe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle als Reflektor ausgebildet ist.
EP88200094A 1987-01-28 1988-01-20 Gasentladungslampe Withdrawn EP0276888A3 (de)

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