WO2010006467A1 - 汞分配器 - Google Patents

Description

汞分配器 技术领域

本发明是关于一种汞分配器， 能提供固定汞容量的管状容器。 背景技术

曰光灯是在一根抽成真空的密闭玻璃管内放入一小滴汞并填充入氩气， 管内主要 气体为氩 （Argon ) 气 （另包含氖 Neon或氪 Krypton ) 气压约大气的 0. 3%， 两端通以 高电压， 迫使氩气放电。 这些氩气所放出的电子， 高速撞击汞原子， 使汞原子提升到 一个高能量状态 （称作电子激发态） 。 高能量的激发态原子非常不稳定， 因此， 很快 就放出光来而回到原来的安定状态。 但是， 激发态汞原子所放出的光， 大部分是波长 很短的蓝光甚至紫外光， 不适合用来照明， 因此日光灯管的内壁会涂上一层荧光物质， 荧光物质会吸收汞原子所放出的光， 然后再放出波长较长的光， 而当汞原子通过灯管 内电流通入产生气体放电的过程， 使灯管内的电子被加速与汞气体碰撞， 会使得汞原 子吸收电子的部份动能， 并转换成较不稳定的激发态， 经由一连串的重新分布能量， 通过释放出紫外光， 而恢复为原来稳定的状态； 然后当紫外光撞击到涂布在灯管内表 面的荧光物质时， 荧光物质吸收紫外光后， 便会释放出可见光来， 而被用来作为照明 使用， 而不同的荧光物质会发出不同的可见光。

另外由于日光灯管内必须能够产生气体放电， 而气体放电必须电子能够游离更多 的气体。虽然日光灯管内的气体受到电场作用后为加速， 可是若管内的气体原子太多， 电子还没有被加速到足够游离气体时便和气体原子碰撞， 则无法游离气体 （只能产生 完全弹性碰撞） 。 因此进行降低气体的密度 （也就是压力） ， 可以增加电子碰撞前平 均移动的长度 （平均自由径） ， 也就是增加电子被加速的距离 （所获能量 = 电量 *电 场 *距离） ， 使得电子有足够能量游离气体。 但是气体密度也不能太低， 否则电子与气 体不易产生碰撞， 因此在某个范围的压力， 将是最容易产生气体放电的， 过高或过低 都较不容易。 这个压力范围依照气体不同而略有不同， 但也都约略在日光灯管内压力

- 1 - 确认本 的范围， 大气压的百分之一左右 （约 2. 3torr， 一大气压 = 760torr ) 。

灯管的发光原理是将汞蒸汽灌入灯管内， 让电能激发汞蒸汽而产生的高能的紫外 光， 投射在灯管内的荧光涂料， 而最后反射出近日光颜色的照明灯色， 因此汞蒸汽是 灯管制造业不可或缺的材料； 由于汞的密度高达 13. 59 g/cm3，加上本身表面张力很大， 因此不易对汞做定量控制， 以往一般灯管制业者是采用造汞蒸汽作法， 先将汞与其它 金属混合制造成汞齐， 再对汞齐做定量控制， 之后将汞齐加以高热， 最后汞齐气化生 成汞蒸汽； 而荧光灯管或曰光灯管的发亮都需要搭配微量汞蒸汽与荧光粉做激发， 一 般制造灯管用的汞量标准， 约每一盏日光灯约 2〜4毫克加上 0. 3毫克的误差， 才能生成 足够量的汞蒸汽； 然而， 以往一般灯管制业者所制造灯管的作法， 通常会有下列问题 产生：

1.当每一盏灯内的汞蒸汽含量若是偏差太大时， 在整个发光过程中， 呈现的亮度 会有明显差异， 因此在灯管制造上， 不容易控制每一盏灯的亮度； 所以灯管制造业者， 需要花费繁琐的制程， 对汞的使用量下一番功夫控制， 才能避免生成的汞蒸汽量差异 过大， 而使得灯管在亮度上明显不一。

2. 在灯管制造上， 由于汞在应用上始终很难做到定量控制， 尤其是在微量使用的 控制上； 通常若要将汞与其它金属混合， 以改变汞原来的物理性质， 才能在应用上做 使用量的控制， 否则将很难精确掌握汞的实际用量；

3.—般用来制造汞蒸汽的汞齐， 为一种汞与其它金属所混合出的物质， 在汞齐受 热制造汞蒸汽的过程中， 常有受热不完全的问题产生， 很难将全部的汞齐完全气化成 为汞蒸汽， 因此在加热制造过程中， 会残留多余的汞齐， 所以不好控制汞实际上的使 用量， 而生成的汞蒸汽量也因此产生偏差， 残留的汞齐也会造成环境的二次污染。

由此可见， 提供一种可有效控制汞或汞蒸汽的使用量的， 确实掌握每一盏灯的生 产质量的汞分配器实为必要。 发明内容

本发明的目的即在于提供一种汞分配器， 是利用管状容器的容积， 对汞做定量控 制， 应用在灯管制造上所需的汞蒸汽生成材料上， 目的为了减少因汞量控制而影响灯 管亮度一致的问题。

本发明的另一目的即在于提供一种汞分配器，是利用管状容器作为盛装汞的材料， 可用辐射加热方式， 可对管内的汞受热， 只要加热温度维持在摄氏 356. 73度以上， 管 内的汞就会完全气化成汞蒸汽， 不会有汞残留在管内， 可排除汞的二次污染的问题。

可达成上述发明目的的一种汞分配器， 主要是由管状容器及汞所组成， 其中该管 状容器作为汞的盛装容器， 通过控制管状容器的容积， 使其盛装的汞量约为 2. 13毫克， 以达到汞在定量使用上的控制； 另外管状容器管口的特殊设计， 为了是利用大气压力， 从管口对管内的汞施压， 使汞不因管状容器口朝下而流出， 因此管状容器管口设计上 不宜过大， 而管口的平滑处理过程也使管内径往内缩小或是封闭管口， 以防止汞流出； 接着以辐射加热方式， 对管内的汞加热， 可将汞完全气化成汞蒸汽， 不会有汞残 留在管内的问题， 改善过去利用对汞齐加热产生汞蒸汽的方法， 而产生有汞残留在管 内的问题； 另外， 也可利用具吸热性的管状容器， 有助于辐射加热过程中， 利用吸热 性质促进管状容器的加热， 使管内的汞更快气化成汞蒸汽； 再通过电极射出加速运动 的电子， 撞击密闭管内的气体原子而产生紫外线， 透过玻璃管上涂布的荧光粉而发光 ·， 而汞原子通过气体放电的过程释放出紫外光 （主要波长为 253. 7 run) ， 所消耗的电能 可以转换为紫外光， 其它的能量则转换为热能。 通过灯管内表面的荧光物质吸收紫外 光后释放出可见光， 而不同的荧光物质会发出不同的可见光。

在密闭的日光灯管中， 需要有汞的存在以形成微量汞蒸汽， 协助气体放电的进行。 本发明可利用控制管状容器的管长及管内径， 来控制汞的使用量， 透过计算管状容器 的容积， 就可以估算出实际的汞量， 方便制作不同亮度的灯管。

本发明所提供的汞分配器与现有技术相比， 具有以下优点-

1.本发明的汞分配器， 是利用控制管状容器的管长及管内径， 并计算管状容器的 容积， 来控制汞的使用量， 对汞进行定量控制， 应用于灯管制造上所需的汞蒸汽生成 材料上， 使汞蒸汽能均匀分布于灯管内部， 而达成灯管亮度一致的目的。

2.本发明的汞分配器， 是利用管状容器作为盛装汞的材料， 可用辐射加热方式， 可对管状容器内的汞受热， 只要加热温度维持在摄氏 356. 73度以上， 管内的汞就会完 全气化成汞蒸汽， 不会有汞残留在管内， 可排除汞的二次污染的问题。

3.本发明的汞分配器， 是对管状容器管口进行特殊改良， 并利用大气压力及汞的 特性， 从管口对管内的汞施压， 使汞不因管状容器口朝下而流出， 因此管状容器管口 设计上不宜过大， 而管口的处理过程也使管内径往内缩小或是封闭管口， 以防止汞流 出； 附图说明

图 1为本发明汞分配器的管状容器制作过程图示；

图 2为本发明汞分配器的第一实施例图；

图 3为本发明汞分配器的第二实施例图；

图 4为本发明汞分配器的第三实施例图。 具体实施方法

请参阅图 1， 为本发明汞分配器的管状容器制作过程图示， 由图中可知， 该管状 容器裁切的尺寸可容许误差范围越小越好， 例如其设定条件为管内长 5mm、 管内直径 0. 2mra、 管外径 1圆、 管内注满汞及熔点必须在摄氏 356. 73度以上， 因此进行设计管 内长为 5mm、 管内直径为 0. 2mm以及管外径为 1瞧的容积， 而制作过程是先将细长管 状容器 1的内直径维持在 0. 2mm的标准， 然后再将细长管状容器 1截断成较短的管状 容器 11， 而该管状容器 11可容纳汞的容量约为 2. 13毫克， 为了能符合灯管制造上的 平均用量标准。 至于该管状容器 11的外型， 只要其容积维持在 0. 136〜0. 157 賺3的 范围即可， 之后利用辐射加热方式对管状容器 11加热， 等到其温度达到摄氏 356. 73 度， 管内的汞会完全气化成汞蒸汽， 由管状容器 11的管口发散出来。 另外， 管状容器 的材料采用吸热性材料 （如红外玻璃， IR Glass) ， 能有助于管状容器吸热， 加速汞 蒸汽的产生。 当日光灯管中具有汞蒸汽后， 于日光灯管两端通以高电压， 迫使氩气放 电， 并释放出电子高速撞击汞原子， 使汞原子提升为电子激发态， 而高能量的激发态 原子非常不稳定， 因此， 很快就释放出光来而回到原来的安定状态。 但是， 激发态汞 原子所放出的光， 大部分是波长很短的蓝光甚至紫外光， 不适合用来照明， 因此日光 灯管的内壁会涂上一层荧光物质， 荧光物质会吸收汞原子所放出的光， 便会释放出可 见光来， 而被用来作为照明使用。 请参阅图 2， 为本发明汞分配器的第一实施例图， 由图中可知， 该汞分配器 2采 用单一管口结构 （管内长为 5mm) ， 该单一管口结构为一端管口呈现封闭状态， 而另 外一端管口则呈现开放状态； 该单一管口结构的管状容器是先经由将细长的管状容器 裁断成较短的汞分配器 2后， 在将管状容器封口处 23用高温火焰封住， 成为单一管口 结构的管状容器， 来预防汞 21流出； 另外由于在同类的分子间， 分子会有相互吸引的 力量， 称为 「内聚力」 ， 而不同的分子间， 彼此也会有相互吸引的力量， 称为 「附着 力 J , 例如液体的分子彼此吸引， 形成内聚力， 而管状容器的管壁会吸引液体， 形成 附着力。

因汞 21的密度极高， 自然表面张力也够大， 汞 21本身的原子内聚力大于汞 21 与管壁之间的附着力， 故汞柱液面中央会稍比四周凸起， 加上管内直径设定为 0. 2ram 以及汞 21的表面张力大于大气压力的缘故， 使汞 21能稳定留在单一管口结构的管状 容器内， 不容易从细小的管状容器管口 22流出。 请参阅图 3， 为本发明汞分配器的第二实施例图， 由图中可知， 该汞分配器 3采 用单一管口内缩结构 （管内长为 5mra) ， 该单一管口内缩结构为一端管口呈现封闭状 态， 而另外一端管口则内缩开放的管口来使口径变小； 该单一管口内縮结构的管状容 器是先经由将细长的管状容器裁断成较短的汞分配器 3后，在将管状容器封口处 33用 高温火焰封住， 成为单一管口内缩结构的管状容器， 来预防汞 31流出； 另外由于在同 类的分子间， 分子会有相互吸引的力量， 称为 「内聚力」 ， 而不同的分子间， 彼此也 会有相互吸引的力量， 称为 「附着力」 ， 例如液体的分子彼此吸引， 形成内聚力， 而 管状容器的管壁会吸引液体， 形成附着力。 因汞 31的密度极高， 自然表面张力也够大， 汞 31本身的原子内聚力大于汞 31 与管壁之间的附着力， 故汞柱液面中央会稍比四周凸起， 加上管状容器内缩管口 32来 使口径变小、管内直径设定为 0. 2mm以及汞 31的表面张力大于大气压力的缘故， 使汞 能稳定留在单一管口内缩结构的管状容器内，不容易从细小的管状容器内缩管口 32流 出。 请参阅图 4， 为本发明汞分配器的第三实施例图， 由图中可知， 该汞分配器 4采 用双管口内缩结构 （管内长为 5mra) ， 该双管口内缩结构为两端管口呈现幵放状态， 并内缩两端开放的管口来使口径变小； 另外由于在同类的分子间， 分子会有相互吸引 的力量， 称为 「内聚力」 ， 而不同的分子间， 彼此也会有相互吸引的力量， 称为 「附 着力 j ， 例如液体的分子彼此吸引， 形成内聚力， 而管状容器的管壁会吸引液体， 形 成附着力。

因汞 41的密度极高， 自然表面张力也够大， 汞 41本身的原子内聚力大于汞 41 与管壁之间的附着力， 故汞柱液面中央会稍比四周凸起， 加上管内直径设定为 0. 2mm， 因此汞分配器 4可用双管口内缩结构， 在加上管状容器两端内缩管口 42、 43的口径变 小以及汞的表面张力大于大气压力的缘故， 使汞能稳定留在双管口内缩结构的管状容 器内， 不容易从细小的管状容器两端内缩管口 42、 43流出。

上述说明仅仅是本发明具体实施例的具体说明， 然本领域一般技术人员可理解， 任何非实质性更改或变换皆包含在本发明范围内， 该实施例并非用以限制本发明的专 利范围。

Claims

权利 要 求 书 一种汞分配器， 包括：

汞；

管状容器， 该管状容器为汞分配器的盛装容器， 而盛装的内容物为汞， 该管 状容器的容积设定于一定范围内， 即可盛装定量的汞于管状容器内，另外对管状 容器的管口进行结构设计， 使汞能更稳定的留在管状容器内。

如权利要求 1所述的汞分配器，其中该管状容器为利用改变管状容器的管长及管 内径， 来控制容器内的汞量。

如权利要求 1所述的汞分配器，其特征在于， 该管状容器为使用吸热性材料所制 造而成， 该吸热性材料为吸收热能的材料， 有助于对管状容器中， 汞的温度升高 速率。

如权利要求 1所述的汞分配器， 其中该吸热性材料为 IR Glass等具吸热性的材 料。

如权利要求 1所述的汞分配器，其中该管状容器的管口的结构设计采用双管口内 缩结构， 该双管口内缩结构为两端管口呈现开放状态， 并内缩两端开放的管口来 使口径变小。

如权利要求 1所述的汞分配器，其中该管状容器的管口的结构设计采用单一管口 结构， 该单一管口结构为一端管口封住， 而另外一端管口则呈现开放状态。 如权利要求 1所述的汞分配器，其中该管状容器的管口的结构设计采用单一管口 内缩结构，该单一管口内缩结构为一端管口封住，而另外一端管口则内缩开放的 管口来使口径变小。