NL8901518A - Startelektroden voor hoge-intensiteits gasontladingslampen. - Google Patents

Description

Startelektroden voor hoge-intensiteits gasontladingslampen Achtergrond van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op elektrodevrije hoge-> intensiteits gasontladingslampen (in de Engelstalige vakliteratuur "high-intensity-discharge (HID) lamps" genoemd), en meer in het bijzonder op nieuwe elektroden voor het inleiden van een plasmaontlading binnen de ontladingsboogruimte van een elëktrodevrije HID-lamp.

Het is algemeen bekend om binnen de omhulling van een HID-lamp een I toroïde-voroig lichtemitterend plasma te verschaffen. De geïnduceerde plasmaboog is voor het onderhouden hiervan afhankelijk van een sole-noïdaal, divergentievrij elektrisch veld, welk veld door het veranderen van het magnetische veld van een bekrachtigingsspoel wordt opgewekt, welke typisch de vorm van een solenoïde heeft. Voor het starten van de plasmaontlading is het noodzakelijk om over de ontladingsbuis een zeer hoge elektrische-veldgradiënt te ontwikkelen. Het is echter moeilijk een voldoende hoge elektrische-veldgradiënt te ontwikkelen, in het bijzonder in de bijbehorende bekrachtigingsspoel omdat de spoelstroom ontoelaatbaar hoog kan worden, zelfs wanneer deze slechts op pulsbasis wordt verschaft. Het verschaffen van een zeer hoge elektrische-veldgradiënt kan voorts onmogelijk zijn omdat het noodzakelijke veld per winding van de bekrachtigingsspoel het elektrische doorslagniveau van deze spoel tussen de windingen kan overschrijden. Het is bijgevolg moeilijk om middelen voor het starten van inductief bedreven HID-lampen te verschaffen, waarbij het tevens moeilijk is om te voorzien in het in warme toestand herstarten van een dergelijke lamp lamp. Het is bijgevolg zeer wenselijk middelen voor het starten van de plasmaontlading van een HID-lamp te verschaffen, welke startmiddelen gemakkelijk bij in de handel verkrijgbare lampen kunnen worden toegepast, onder gebruikelijke omgevingsvoorwaarden .

Samenvatting van de uitvinding

Volgens de uitvinding is een elektrodevrije hoge-intensiteits gasontladingslamp verschaft, met een omhulling welke binnen de boring van een bekrachtigingsspoel is gelegen, waarbij in het inwendige van deze omhulling een ontladingsplasma dient te worden verschaft, aangedreven door de bekrachtigingsspoel, en voorzien van een paar startelektroden waarvan elk grenst aan of de omhulling binnen gaat door het bijbehorende ene van een tegenover elkaar liggend paar eindvlakken van de omhulling. Het tussen het paar startelektroden koppelen van een puls van hoge spanning heeft een elektrisch veld tussen de ene elektrode en de andere elektrode of de bekrachtigingsspoel tot gevolg, met een grootte en positie voldoende om in het materiaal binnen de omhuling van de lamp tenminste een vonkkanaal te veroorzaken waarin vervolgens het plasma kan worden gevormd in reactie op het door de bekrachtigingsspoel verschafte normale veld.

In huidige voorkeursuitvoeringsvormen zijn de startelektroden geleidende organen met afgeronde einden, welke axiaal langs de as van een lamp met een in hoofdzaak cilindrische omhulling zijn geplaatst.

Bijgevolg is een doelstelling van de onderhavige uitvinding het verschaffen van nieuwe startelektroden voor een elektrodevrije hoge-intensiteits gasontladingslamp.

Deze en andere doelstellingen van de uitvinding zullen duidelijk worden bij het lezen van de volgende gedetailleerde beschrijving, beschouwd in samenhang met de tekeningen.

Korte beschrijving van de tekeningen

Figuur 1 is gedeeltelijk in doorsnede een zijaanzicht van een elektrodevrije HID-lamp, met een eerste uitvoeringsvorm van startelektroden hiervoor; en

Figuur 2 is gedeeltelijk in doorsnede een verder zijaanzicht van een elektrodêvrije HID-lamp, met een tweede uitvoeringsvorm van startelektroden hiervoor.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

In eerste instantie verwijzend naar figuur 1, waarin een inductie, of elektrodevrije hoge-intensiteits gasontladingslamp 10 (HID)-lamp een ontladingsbuis, of omhulling, 11 met een nagenoeg cilindrische vorm omvat, welke een nagenoeg gasvormig materiaal 11a omsluit bestaande uit een startgas zoals argon, xenon en dergelijke, en een metaalhalogenide zoals natriumjodide en dergelijke. Binnen de omhulling 11 wordt een nagenoeg toroïdevormige plasmaontladingsboog 12 in stand gehouden, opgewekt door een met een bekrachtigingsspoel 14 opgewekt elektrisch veld, in reactie op een tussen de tegenover elkaar liggende spoeleinden 14a en l4b aangeboden hoogfrequent (HF) signaal. De omhulling 11 is met zijn as in hoofdzaak langs de as van de spoel 14 gepositioneerd.

Overeenkomstig een aspect van de uitvinding is aan de buitenzijde van de boven- en ondervlakken 11b en 11c van de ontladingsbuis een paar startelektroden 16a en 16b verschaft in de vorm van langwerpige geleidende organen welke zich in axiale richting naar de omhulling uitstrek- ken, nagenoeg langs de middenlijn hiervan. Via middelen 17 voor pulsen van hoge spanning wordt een wisselspanning aan de, buiten de omhulling gelegen elektroden 16 aangelegd, via bijbehorende verbindingsmiddelen 17a en 17b, gelijktijdig met het aan de bekrachtigingsspoel 14 aanleggen van de HF-spanning, om te bereiken dat binnen het inwendige 11a van de buis een start-voorontlading 18 wordt gevormd. Deze start-voorontlading vormt wat genoemd kan worden "vonkkanalen" welke zich vanaf een van het afgeronde einde van de ene startelektrode aangrenzende ruimte naar een aan het afgeronde einde van de andere startelektrode aangrenzende ruimte uitstrekken, bijvoorbeeld een eerste vonkkanaal 18a, hierbij worden tevens soortgelijke voorontladings-vonkkanalen binnen de buis 11 verschaft, welke zich op willekeurige wijze vanaf de omgeving van elke startelektrode naar het geheel van de bekrachtigingsspoelwindingen uitstrekken, waarbij aldus startkanalen 18b worden gevormd vanaf de ; omgeving van de bovenste startelektrode 16a naar de onderste windingen van de bekrachtigingsspoel 14, met naar andere delen van de bekrachtigingsspoel gevormde verdere kanalen, tot aan de bovenste startkanalen 18c welke vanaf de bovenste startelektrode 16 naar de bovenste windingen van de bekrachtigingsspoel worden gevormd. Gelijktijdig worden verdere startkanalen 18b gevormd vanaf de omgeving van de onderste startelektrode 16b naar de bovenste delen van de bekrachtigingsspoel 14, met verdere kanalen 18e welke vanaf de onderste startelektrode 16b naar de onderste delen van de bekrachtigingsspoel 14 worden gevormd, en met nog verdere kanalen welke tussen de kanalen 18b en 18e worden gevormd. Er kan worden gezien dat de meerderheid van vonkkanalen, d.w.z. de kanalen 18b t/m 18e welke tussen de startelektroden en de bekrachtigingspoel 14 worden gevormd, vonkontladingen binnen de ruimte van de ontladingsbuis verschaffen welke in hoofdzaak met een toroïde-vormig ontladingsplasma 12 wordt gevuld, in reactie op een aan de elektrode 16 vanaf de middelen 17 toegevoerde hoogfrequente wisselspanning. Wanneer bijgevolg de vonkontladingen 18 van voldoende sterkte zijn zal er plasma worden gevormd dat in het toroïde-vormige pad van de gewenste ontladingsboog zal diffunderen, welk diffunderend plasma zal ontsteken in de gewenste toroïde-vormige gasontlading 12. Gebleken is dat door de startvoedingsbron 17 verschafte hogere HF-frequenties tot bredere vonkkanalen 18 leiden en behulpzaam kunnen zijn bij het tot stand brengen van het plasma 12.

Onder verwijzing naar figuur 2 waarbij in een huidige verdere voorkeursuitvoeringsvorm een tweede lamp 10' een omhulling 11' heeft welke axiaal nagenoeg langs de as van de bekrachtigingsspoel 14 is gepositioneerd. De ontladingsbuis 11' is van inwendige tegenover elkaar gelegen startelektroden 20 voorzien. Een eerste, bovenste startelektrode 20a heeft een einde 22 met een bolvormige of soortgelijke configuratie, en een elektrode-gedeelte 20c dat door een gedeelte 11'b van de bovenste wand 11'b van de ontladingsbuis gaat en op gasdichte wijze daarin is opgesloten. Gelijksoortig heeft een tweede, onderste startelektrode 20b een nagenoeg rond einde 22 en een gedeelte 20d dat door de onderste wand 11'd van de ontladingsbuis gaat en op gasdichte wijze hierin is opgesloten. De inwendige startelektroden 20 zijn met geschikte middelen 17' verbonden voor het opwekken van pulsen van hoge spanning en hoge frequentie, welke middelen 17' een uitgangsleiding 17c met hoge potentiaal ten opzichte van een verbinding 17d met gemeenschappelijk schakelingspo-tentiaal heeft, waarbij de leiding 17c met het leidinggedeelte 20a van de eerste startelektrode is verbonden, terwijl de andere startelektrode 20b met het gemeenschappelijke schakelingspotentiaal is verbonden ter voltooiing van de startketen van hoge spanning. De werking van de inwendige startelektrode 20 is gelijk aan de werking voor het starten van de gasontladingsboog 12 met de buiten de buis gelegen startelektrode 16, hoewel hierbij geen afhankelijkheid van verschuivingsstromen door het diëlektricum van de boven- en onderwanden 11b en 11c van de omhulling optreedt, zoals bij de uitwendige elektrodeconfiguratie van figuur 1, waardoor de startstroom in de uitvoeringsvorm 10' in het algemeen hoger kan zijn. Dit verschaft niet alleen een krachtiger vonkontlading en een grotere waarschijnlijkheid van het starten van de hoofdontlading maar ook dat het, door het tot stand brengen binnen de omhulling, in plaats van door middelen buiten de omhulling, mogelijk is de scheiding van de startelektroden nauwgezet in stand te houden.

Het toepassen van startelektroden 16 of 20 laat een zeer grote start-stroom toe (tot meer dan 100 ampère) welke gedurende een korte tijd door middel van pulsmiddelen 17 gelijktijdig met het aanleggen van het HF-bekrachtigingssignaal aan de spoel 14 kan worden verschaft. De werking van de ontladingsbuis 11 lijkt dan op de werking van een flitslamp waarin een gasontlading als een vonkkanaal begint en zich tot een in radiale richting uitbreidende ontladingskolom vergroot en naar de ruimte beweegt waarin de hoofdontladingstoroïde uiteindelijk wordt gevormd. De radiale uitbreiding van het plasma kan zich relatief snel voltrekken, waarbij een schokgolf wordt veroorzaakt in het zog waarvan een elektro-dedichtheid van voldoende hoge waarde achterblijft voor het starten van de solenoïdevormige gasontladingsboog. Het gebruik van de startelektroden maakt zowel het koud-starten van een hoge-druk-HID-gasontladingslamp mogelijk, zoals een lamp waarin xenon als buffergas wordt toegepast (met een druk van ten minste 200 Torr), en maakt tevens het in warme toestand herstarten van lampen mogelijk, zoals die waarin kwik als buffergas wordt toegepast, direkt nadat een dergelijke lamp is gedoofd. Het zal duidelijk zijn dat de starteleketroden 16 en 20 in het geval van een solenoïde-vormige gasontlading voldoende dun worden gemaakt, zodat de startelektroden niet overmatig worden verwarmd door het door de bekrach-tigingsspoel verschafte hoofdinductieveld. De startelektroden 20 zullen in de meeste gevallen bijgevolg slechtst over een korte afstand de ruimte voor de ontladingsboog binnendringen en de voornaamste elektrische functies met betrekking tot de ontladingsboog niet verstoren. De startelektroden worden gebruikelijk van wolfraam gemaakt, hoewel begrepen dient te worden dat ook andere metalen kunnen worden toegepast. Het startelektrodemateriaal dient voor het verhinderen van een sterke reactie met de componten van de ontladingsboog te worden gekozen, welke reactie chemisch van aard kan zijn (zoals chloor en dergelijke), hoewel verwacht mag worden dat tijdens normaal bedrijf de startelektroden onvoldoende warm zullen worden voor een nadelige reactie met de componenten van de ontladingsboog. De startelektroden dienen echter voldoende omvang te hebben om het voeren van de startstromen van 100 ampère of meer mogelijk te maken, welke nodig zijn voor het gedefinieerd starten van een gasontlading met een puls van korte duur, welke bijvoorbeeld slechtst enkele microseconden kan bedragen.

Hoewel enkele huidige voorkeursuitvoeringsvormen van onze nieuwe uitvinding gedetaillerd zijn beschreven, zal het duidelijk zijn dat door een vakman vele wijzigingen en varianten kunnen worden vervaradigd. De beschermingsomvang is derhalve slechtst begrensd door de bijgevoegde conclusies en niet door de bij wijze van voorbeeld beschreven specifieke details en uitvoeringsvormen.

Claims (13)

1. Hoge-intensiteits gasontladingslamp, gekenmerkt door. een voor plaatsing in een boring van een bekrachtigingsspoel ingerichte omhulling en middelen voor het in stand houden van een plasma-ontla-ding in reactie op het veld van de bekrachtigingsspoel, en startelektrodemiddelen, ingericht voor het ontvangen van een startsig-naalpuls, voor het binnen de omhulling verschaffen van ten minste een vonkkanaal voor het ten minste ondersteunen van het in werking stellen van de plasmaontlading wanneer het startpulssignaal is ontvangen.

2. Lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de omhulling eerste en tweede tegenover elkaar liggende oppervlakken bezit, waarbij de startelektrodemiddelen een eerste geleidende elektrode omvatten welke met betrekking tot de omhulling volledig buiten en aangrenzend aan het eerste oppervlak is gelegen, en een tweede geleidende elektrode welke met betrekking tot de omhulling volledig buiten en aangrenzend aan het tweede oppervlak is gelegen.

3. Lamp volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat ten minste een van de eerste en tweede elektroden in een richting weg van de omhulling is verlengd. k. Lamp volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat de omhulling een symmetrieas heeft, waarbij de langwerpige elektrode in hoofdzaak langs deze as is gericht.

5. Lamp volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat elk van de elektroden in tegenovergestelde richting weg van de omhulling is verlengd.

6. Lamp volgens conclusie 5. met het kenmerk, dat de omhulling een symmetrieas heeft, waarbij elk van de langwerpige elektroden in hoofdzaak langs deze as is gericht.

7· Lamp volgens conclusie 5. met het kenmerk, dat het dichtst bij de omhulling gelegen einde van de langwerpige elektroden voornamelijk rond is.

8. Lamp volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat het dichtst bij de omhulling gelegen einde van de ten minste ene langwerpige elektrode voornamelijk rond is.

9. Lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de omhulling eerste en tweede tegenoverelkaar gelegen oppervlakken heeft, waarbij de startelektrodemiddelen een langwerpige geleidende eerste elektrode omvatten, welke zodanig is gepostioneerd dat deze zich door het eerste oppervlak van buiten de omhulling in het inwendige van de omhulling uitstrekt, en een langwerpige geleidende tweede elektrode welke zodanig is gepostio- neerd dat deze zich door het tweede oppervlak in het inwendige van de omhulling uitstrekt.

10. Lamp volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat de omhulling een symmetrieas heeft en de langwerpige elektroden in hoofdzaak langs deze as zijn gericht.

11. Lamp volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat elk van de elektroden is verlengd in een richting in hoofdzaak tegengesteld aan de richting waarin de andere is verlengd en weg van de omhulling.

12. Lamp volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat elk van de langwerpige elektroden een binnen de omhulling gelegen bolvormig einde heeft.

13. Lamp volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat elk van de langwerpige elektroden een door het bijbehorende vlak op gasdichte wijze heengaand middengedeelte heeft.

14. Lamp volgens conclusie 9* met het kenmerk, dat ten minste het gedeelte van elke elektrode binnen de omhulling van een materiaal is vervaardigd dat nagenoeg niet door de middelen voor het in stand houden van de gasontlading wordt beïnvloed.