高壓鈉燈的制作方法

專利名稱：高壓鈉燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的高壓鈉燈。本發明涉及但不限于燈
制造工業。
背景技術：
高壓鈉燈(HPS)可以具有被封裝在抽空的玻璃罩內的加長電弧管，其中電弧管容 納HPS燈的電極。因此HPS燈在玻璃罩(玻璃燈泡)內部具有真空，以使電弧管與周圍環 境溫度的變化相隔離。電弧管可以由半透明的氧化物制成，并且在高溫和高壓下發生強放 電。電弧管的電極通過設置在玻璃罩內的導體而與燈座相連接。 HPS燈在從35瓦特到1000瓦特的瓦特數內可用，但是最常用的瓦特數介于50瓦 特到400瓦特之間。 一個1000瓦特的HPS燈可以單獨產生超過140000流明，并具有大于 1501m/W的光效率。常規的HPS燈需要介于2500V到4000V之間的起始脈沖來點火。AC電 壓網絡中的HPS燈的標準工作條件需要230V/50Hz的電源電壓。HPS燈通常對主電壓供應 的偏差很敏感。 美國專利4333032中公開了一種HPS燈。該HPS燈被設計用于解決伴隨電弧管的 鈉損耗的問題，電弧管的鈉損耗縮短了燈的壽命。美國專利4333032的結構具有以預定距 離布置在玻璃罩的內壁上的鋇膜，該鋇膜將光電子吸引至燈引入導體，而不是電弧管。
本發明的目的還是為了實現具有長壽命性能的HPS燈。本發明的目的還是提供確 保關鍵照明應用即使在瞬時停電之后也仍保持點亮的HPS燈。另一 目的還是提供確保光輸 出的較低下降的HPS燈和包括增強的顯色(color rendering)的HPS燈。
因此，本發明的目的是為了克服已知技術的缺點。

發明內容
已經通過引言中所限定的HPS燈而解決了該問題，其中該HPS燈的特征在于權利 要求1的特征部分的特征。 因此，由于電弧管內的高溫和高壓，可以減少鈉離子從電弧管的擴散。已經顯示出 來自金屬導體(還可被用作用于電弧管的金屬支架結構)的光電子流將減少直到90%。由 于來自電弧管的鈉損失(鈉離子的擴散)取決于來自金屬導體的陰離子的釋放量，因此當 屏蔽部件屏蔽金屬導體以使得金屬導體不暴露于電弧管時，鈉損失將會很小。
因此，影響電弧管的正鈉離子的負的再充電將較少。這將導致較少的來自電弧管 的鈉離子擴散，從而增長高壓鈉燈的壽命，同時，該離子吸收的減少將減輕電弧管和玻璃罩 內部的變黑，從而導致光輸出的更少的下降。
優選地，高壓鈉燈包括第二電弧管。 這樣，高壓鈉燈具有雙電弧管。這為高壓鈉燈提供了甚至更長的壽命周期。該第 二電弧管確保即使在瞬時斷電之后關鍵照明應用依然保持發光。由于每次僅一個電弧管是 有效的(燃燒的)，因而雙電弧管解決方案使高壓鈉燈的壽命時間加倍。具有最低內部壓
3力的電弧管將首先點火，因而另一保持關閉。在瞬時斷電的情況下，由于另一電弧管沒有燃 燒，這使得其溫度(并因而使得其壓力)低于先前燃燒的電弧管，因而另一電弧管將更易于 點火。由于如上文所討論的為了減輕電弧管的變黑而設置屏蔽部件，在瞬時斷電的情況下， 要被點火的電弧管的溫度將更低，因而高壓鈉燈將更容易點火。當在街燈光源/裝置和街 道交通中安裝高壓鈉燈時的該益處取決于光的產生。 適合地，屏蔽部件是由圍繞至少一個導體部件的陶瓷材料制成的圓柱體。
因此，陶瓷圓柱體降低了燃燒的電弧管的鈉損失，因而降低了外玻璃罩上的溫度， 并減輕了外玻璃罩上的變黑。該陶瓷圓柱體易于安裝，并且被保持在位置上而不需要附加 裝置。 優選地，該陶瓷為塊滑石。 因此，來自金屬導體的光電子流被減少直到90%，從而有效地減少了來自有效的 電弧管的鈉損失。 適合地，該至少一個導體部件用作支架結構，該支架結構具有與罩的與底座部分 相對的部分相鄰接的部分。 因此，可以通過固定在罩內的集成的導體/支架結構來實現燈罩內的電弧管的安 裝。 優選地，電弧管包括在約120至150mbar (優選地是130至140mbar)的高氣壓下 的氙氣。 這樣實現長壽命的HPS燈。可以使用高壓電弧管，或者優選地，在同一玻璃罩內使 用用于實現較長壽命的具有所述高壓的兩個或更多個電弧管。由于高壓涉及較大的鈉泄 漏，因而高壓電弧管的使用是苛刻的，但是由于應用屏蔽部件減少了鈉損失，因而實現了長 壽命。選擇氙氣作為填充氣體降低了導熱性，最小化了在HPS燈初始運行期間來自電極的 濺射。電弧管中更高的氣壓延長了燈的壽命，增強了燈的顯色，并且提高了燈的光輸出。


現在將參考本發明的示意性附圖以示例方式描述本發明，在附圖中 圖1是根據第一實施例的HPS燈的側視圖； 圖2是以陶瓷圓柱體形式的屏蔽部件的視圖； 圖3是圖1中的HPS燈的電弧管的橫截面； 圖4是根據另一實施例的HPS燈的側視圖； 圖5是穿過圖4中的HPS燈截取的橫截面A-A ; 圖6是示出了在兩個電弧管之間對稱地布置的屏蔽部件的、圖4中的燈的另一視 圖； 圖7是降低在交流電的一個半波期間的負電位的本發明原理的圖； 圖8是示出了根據已知技術的陽性鈉離子從電弧管的強擴散的說明性例子； 圖9是減少陽性鈉離子在工作期間從圖4的電弧管的擴散的說明性例子； 圖10a-10c是示出了在裝配有屏蔽部件的雙高壓電弧管之間進行切換的原理的
說明圖； 圖ll是具有圍繞公用導體對稱地布置的三個高壓電弧管的HPS燈的俯視圖；以及
圖12是根據另一實施例的HPS燈的側視圖。
具體實施例方式
下面將參考與實施例有關的附圖詳細說明本發明的實施例，其中，為了本發明的 清楚和理解本發明起見，從附圖中刪除了一些不重要的細節。 參考圖1，示出了根據第一實施例的HPS燈(高壓鈉燈)1。外燈泡或玻璃罩3封 裝陶瓷電弧管5。玻璃罩3被抽空且處于真空。在玻璃罩3的底端布置構成插座9的底座 部分7，其中插座9具有用于安裝到支架(未示出)中的螺紋ll。電弧管5具有第一電極 13和第二電極15 (用作陰極)，并且具有氙啟動氣體和鈉汞汞齊成分。
第一電極13經由金屬構成的第一導線17與底座部分7相連接，并且被布置成與 插座9的中間部分19電接觸。第二電極15經由金屬構成的第二剛性導線23與插座9的 插套21相連接，從而也構成了在玻璃罩3中央承載電弧管5的支架結構25。支架結構25 具有與玻璃罩3的內部的與底座部分7相對的上部29相鄰接的部分27。
將第二導體金屬線23布置成通過屏蔽部件31來屏蔽(或隔離)，其中屏蔽部件31 用于防止在HPS燈1工作期間從導體部件(即，第二導線23)釋放的光電子流到達電弧管 5。將屏蔽部件31布置成與電弧管5相平行，并且基本上具有相同的范圍。由于防止(或 者至少顯著地阻止)了來自第二導體金屬線23的陰離子的光電子流(否則該陰離子的光 電子流附著至電弧管5的壁33的外部并吸引鈉離子)，從而減少了來自電弧管5的鈉損失。 通過夾具35將屏蔽部件23附加到線23，并且屏蔽部件23適合于用來屏蔽線23，使得屏蔽 部件31阻止到電弧管5的光電子流，但是同時屏蔽部件31不能寬到阻擋在工作期間從電 弧管5產生的光。 電弧管5和玻璃罩3之間的容積處于真空，并且減少了電弧管5的對流和熱損失 以維持高效能。在冷狀態下，玻璃罩3中的壓力通常約為7Pa。 在HPS燈1中使用吸氣劑(未示出)，以避免有害氣體雜質，否則例如有害氣體雜 質將縮短HPS燈1的壽命及其光效。吸氣劑結合和捕獲氣體分子，以維持玻璃罩3內的清 潔空氣。 圖2是根據第二實施例的以由塊滑石制成的陶瓷圓柱體37的形式的屏蔽部件31 的視圖。在HPS燈1的組裝期間，陶瓷圓柱體37易于安裝，這使得制造成本有效。在將第 二導線23彎曲成期望的形狀之前，將陶瓷圓柱體37纏繞到該導線上。
圖3示意性地示出了圖1中的HPS燈1的電弧管5的橫截面。當該燈是冷的時，在 普通HPS燈中電弧管內的氙氣壓力稍小于27kPa。在圖3的實施例中，電弧管5具有27kPa 的氣壓。較高的壓力增強了 HPS燈1的顯色、HPS燈1的光輸出和HPS燈1的壽命時間。由 于HPS燈1的非常高的化學活動，電弧管5通常由半透明氧化鋁(氧化鋁)制成。電弧管 5被封裝在玻璃罩3中，并且容納作為啟動氣體的氙氣、鈉和汞。汞與鈉以汞齊的形式。因 此將電弧管5設計成耐高溫和抗熱鈉腐蝕效果。電弧管5的最高溫度約為110(TC，鈉汞齊 池溫度約為70(TC。在本申請中，將電弧管5定義為高壓電弧管。高壓電弧管5的等離子體 電弧柱(未示出)在工作期間具有通常稍小于latm(105Pa)的鈉、汞和惰性氣體的總壓力。
還可以使用諸如氬氣和氖氣等的其它氣體作為啟動氣體。由于氙氣減小了 HPS燈 的電流，并且由于氙氣降低了導熱性，最小化了在HPS燈1的初始運行期間來自電極13、15的濺射，因而主要優先選擇氙氣。另外，氙氣產生在560nm處的發射帶以及對589nm線的紅 肩(red shoulder)的增強，這提供了對放電的發光效能的貢獻。汞蒸氣還減少了熱傳導損 失，改善了顯色，以及增大了放電的電導率。汞與鈉非常容易地形成汞齊，并且汞齊比純鈉 更易于處理。 圖3中的電弧管5包括分別被布置在底部39和頂部41中的第一電極13和第二 電極15。電極13、 15均包括保持由鎢構成的引腳45的鈮管43，并且電極13、 15被與各個 鈮管43焊接在一起。電弧管5包括PCA管47(半透明多晶氧化鋁管)，通過底部39和頂 部41封閉該PCA管47的端部，其中底部39和頂部41包括穿過裝配的電極13、 15。底部 39和頂部41由與PCA管47相同的半透明陶瓷材料構成，并被與PCA管47熔合在一起。在 組裝電弧管5和電極13、 15時，鈮管43之一連同其電極15被通過底部41中的孔而裝入電 弧管5中，并被通過陶瓷釉料環49而與底部41焊接在一起。然后，將汞齊添加到電弧管5 中，并將另一鈮管43及其電極13安裝在底部。在將鈮管43與底部39焊接在一起之前，向 電弧管5填充氙啟動氣體。當達到想要的壓力時，熔化第二釉料環49'，并且密封電弧管5。
圖4是根據另一實施例的HPS燈1的側視圖，其中，玻璃罩3包括相互平行安裝的 兩個電弧管5'、5"(圖4中僅示出一個，還參考圖5和6)。由陶瓷圓柱體37部分地覆蓋耦 合到電弧管5' 、5"的底部41的第二導體23，其中，陶瓷圓柱體37用于防止在HPS燈1工作 期間從導線23釋放的光電子流，否則該光電子流將被吸引到電弧管5'或電弧管5"。下面 將進一步更詳細地對此進行討論。 通過在HPS燈1中裝配具有屏蔽導體(第二導線23)的兩個電弧管5' 、5"，HPS燈 的壽命時間在理論上被加倍。使用常用的屏蔽導體還節省了玻璃罩3內的空間。
在導線17和23之間設置距離D，否則導線17和23將相互靠近。由于該較大的距 離D，金屬支架結構與用于點火的電弧管之間的電"泄漏場"將減小，因此該布置還與陶瓷圓 柱體37相協作，減少該金屬支架結構的平行放置對點火時的電弧管的負面影響。由此以這 種量度設置距離D，使得所提供的啟動能量的大部分真正地到達用于點火的電弧管。
HPS燈1的點火處理中的第一步驟用于產生過電壓，過電壓在點火氣體內產生放 電。由于平行地耦合這兩個電弧管5'、5"，因此這兩個電弧管均處于用于點火的位置，但是 這兩個電弧管相繼點火。當一個電弧管5'已建立了其電弧時，電弧放電升高了電弧管5'內 的氣體溫度。由于電流跟隨第一個點火的電弧管5'中建立的電弧，因此另一電弧管5"將 不點火。首先點火的電弧管取決于這兩個電弧管5'、5"中的哪一個在電弧管內具有最低氣 壓。在電弧管5'、5"的制造期間，各個電弧管將具有其相互不同的各自獨有的壓力。在HPS 燈l的點火期間，具有最低壓力的電弧管將首先點火。當該電弧管5'工作時，由于電弧管 5'的電阻降低而導致的經由有效的電弧管5'的電流通路，另一電弧管5"保持關閉。
起初在點火期間，當電弧管5'是冷的時，由通過光電效應、輻射等釋放的電子所導 致的低的且間歇的電流在電弧管5'、電極13、15之間流動。當電流由于每個電子釋放至少 一個其它電子而變得自維持時，達到擊穿電流。此時，電流的進一步增大導致擊穿電壓，在 該階段等效電阻是負的。電極13、15之間的電壓通常降低到數百伏特以下，并且發生輝光 放電。當驅動電路(未示出)向HPS燈1提供必要的功率電平時，發生從輝光放電向電弧 的轉換。HPS燈1的預熱時間在3至4分鐘之間，并且觸發時間約為1分鐘。
高溫和高壓產生鈉離子的擴散，該鈉離子的擴散部分地穿過電弧管5的端部(在電弧管的內壁與底端和頂端之間)，且部分地穿過電弧管5的PCA管47的壁33 (由于陶瓷 不耐久且其微結構正在改變)。 由于離子吸收和離子的穿過，該鈉離子的擴散具有使電弧管5的陶瓷壁33變黑的 趨勢。該擴散取決于從金屬導體部件23(第二導線)釋放的陰離子的發生。該陰離子的釋 放是由于來自工作中的有效的電弧管5中的放電的強輻射而導致的。在交流電的一個半波 期間的負電位導致了陰離子吸引至PCA管47的外側并使之帶負電。該負的再充電利用強 的吸引力影響位于電弧管5的內部附近的正鈉離子，這具有增大鈉離子從電弧管5的擴散 的趨勢。借助于屏蔽金屬導體部件23的屏蔽部件31，S卩，使金屬導線不暴露于點火后的電 弧管5，更少的陰離子將吸引至PCA管47的外側并使之帶負電，其中，將從電弧管5吸引更 少的正鈉離子，從而提供了 HPS燈1的更長的壽命時間。參見下面與圖7有關的進一步討 論。 圖5是穿過圖4中的HPS燈截取的橫截面A-A。這里清楚地示出了第二金屬導線 23的對稱布置，并且陶瓷圓柱體37被相對于這兩個電弧管5'、5"而纏繞在第二導線23上 (如上文所討論的，為了阻止在工作期間從金屬導體23的金屬材料向任一電弧管5'、5"釋 放陰離子)。在圖5中中間平面P被假想地示出，并被繪制在電弧管5'、5"中間。將具有 陶瓷圓柱體37的導線23布置在平面P中。在平面P和第一線L'之間限定角度a ，其中 第一線L'與第二金屬導線23(對應于具有陶瓷圓柱體37的部分)以及第一電弧管5'的 縱向中心線相交。在平面P和第二線L"之間限定角度P，其中第二線L"與第二金屬導線 23(其相同的部分被陶瓷圓柱體包圍)以及第二電弧管5"的縱向中心線相交。角度a對 應于角度P。因此這兩個電弧管5'、5"利用一個共用的屏蔽部件31。
圖6是示意性地示出了兩個電弧管5'、5"之間的對稱布置的屏蔽部件31的圖4 中的HPS燈1的另一視圖，圖7是降低由金屬導體和有效的電弧管之間的電場產生的交流 電的一個半波期間的負電位的原理的圖。利用以虛線標記的具有在現有技術條件下的電位 的正弦曲線來示出該交流電。由于應用了屏蔽金屬導體23的屏蔽部件31，因此(以連續線 標記的)電位將小于現有技術的電位。因此，由于降低的負電位，將從電弧管5吸引更少的 正鈉離子，由此提供了 HPS燈1的更長的壽命時間。 圖8是示出了根據已知技術的來自電弧管5的正鈉離子(Na+)的強擴散的示例性 例子。圖8示意性地示出了與圖7的具有以虛線標記的大的負電位的狀態相對應的狀態。 根據現有技術，從金屬導體23釋放大量的陰離子，從而從活動電弧管5吸引大量的正鈉離 子。在圖9中，示意性地示出了屏蔽部件31的性能。在圖9中，所釋放的陰離子的量非常 小。屏蔽部件31有力地防止從與電弧管5連接的金屬導體23釋放陰離子。因此，如同利 用現有技術的情況一樣，由于更少的負充電將不會影響電弧管5中的陽離子，因此實現了 減少在工作期間正鈉離子從電弧管5的擴散。 圖10a至10c是示出了在安裝有屏蔽部件31的雙高壓電弧管5'、5"之間進行切換 的原理的圖示，其中屏蔽部件31用于屏蔽與圖6所示的電弧管5'、5"相連接的導體部件。
圖10a示出了首先點火的高壓電弧管5'(取決于這兩個高壓電弧管5'、5"中的哪 一個具有最低氣壓)。在此情況下是左側的高壓電弧管5'。在HPS燈1的工作期間，該左 側的高壓電弧管5'將具有約為110(TC的溫度，并且該有效的左側的高壓電弧管5'內的壓 力將高于無效的另一高壓電弧管5"(高于該圖右手側的高壓電弧管)。
在瞬時斷電的情況下，如圖10b中示意性地示出地，左側的高壓電弧管5'將關閉， 因而HPS燈1也將關閉。在這種情況下，左側的高壓電弧管5'將比右側的高壓電弧管5" 溫度更高。因此，右側的高壓電弧管5"內的壓力將小于左側的高壓電弧管5'內的壓力。
如圖10c中示意性地示出的，當此后立即向HPS燈1通電時，由于右側的高壓電弧 管5"相對于左側的高壓電弧管5'具有最低溫度，因而右側的高壓電弧管5"具有最低電壓， 因此右側的高壓電弧管5"更易于點火。因此，由于平行裝配的高壓電弧管的交替點火，HPS 燈1將具有增大的壽命時間，其中高壓電弧管5' 、5"還具有共用導線23和與導線23相鄰 的共用屏蔽部件31，并且對導線23進行屏蔽以使得導線23不被暴露于這兩個高壓電弧管 5'、5"。也就是說，屏蔽部件31適合于與在HPS燈1的壽命時間期間交替工作的這兩個高 壓電弧管相協作。 由于為了如上文所討論地降低使高壓電弧管5'變黑而設置的屏蔽部件31，要點 火的另一高壓電弧管5"的溫度將較低，因而在瞬時斷電的情況下HPS燈1將更易于點火。 當在街燈支架和街道交通中安裝該高壓燈時，該益處依賴于光的產生。
圖11是具有圍繞共用導體而對稱地配置的三個高壓電弧管5'、5"、5"'且具有共 用屏蔽部件31的HPS燈1的俯視圖。該布置在理論上使HPS燈1的壽命時間增加兩倍。
圖12是根據另一實施例的HPS燈1的側視圖。該實施例示意性地示出了屏蔽兩 個導體部件17、23的屏蔽部件31的布置。屏蔽部件31是被布置成與導體部件17、23相鄰 (或直接在導體部件17、23上)的陶瓷涂層。 當然，本發明絕不受限于上述的優選實施例，而是對于本領域的普通技術人員來 說，在不背離所附的權利要求中限定的本發明的基本思想的情況下，顯然存在對上述實施 例的變型或組合的許多可能性。例如，在不背離本發明的范圍的情況下，還可以使用其中主 體和端部為單個單元的單片電路電弧管設計。此外，對于電弧管，可以使用燒結電極來代替 鎢螺旋電極。
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權利要求
一種高壓鈉燈，包括真空罩(3)，所述真空罩(3)包括底座部分(7)；電弧管(5)，所述電弧管(5)包括均經由導體部件(17、23)與底座部分(7)相連接的第一電極(13)和第二電極(15)；其特征在于至少一個導體部件(23)被布置成通過屏蔽部件(31)而被隔離，以用于防止在所述高壓鈉燈(1)的工作期間從至少一個導體部件(23)至所述電孤管(5)的光電子流。
2. 根據權利要求l所述的高壓鈉燈，其中所述高壓鈉燈(1)包括第二電弧管(5")。
3. 根據權利要求1或2所述的高壓鈉燈，其中所述屏蔽部件是由圍繞所述至少一個導 體部件(23)的陶瓷制成的圓柱體(37)。
4. 根據權利要求3所述的高壓鈉燈，其中所述陶瓷是塊滑石。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的高壓鈉燈，其中所述至少一個導體部件(23)用 作支架結構(25)，其中所述支架結構(25)具有與所述罩(3)的與所述底座部分(7)相對的 部分相鄰接的部分(27)。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的高壓鈉燈，其中所述電弧管(5)包括在約為120 至150mbar、優選地為130至140mbar的高氣壓下的氤氣。
全文摘要
本發明涉及高壓鈉燈，該高壓鈉燈包括真空罩(3)，該真空罩(3)包括底座部分(7)；電弧管(5)，該電弧管(5)包括均經由導體部件(17、23)與底座部分(7)相連接的第一電極(13)和第二電極(15)。至少一個導體部件(23)被布置成通過屏蔽部件(31)而被隔離，以用于防止在所述高壓鈉燈(1)的工作期間從至少一個導體部件(23)至電弧管(5)的光電子流。該燈包括第二電弧管。
文檔編號H01J7/14GK101720494SQ200880017114
公開日2010年6月2日 申請日期2008年5月23日 優先權日2007年5月24日
發明者比約恩·維爾納, 米卡埃爾·塞韋林松 申請人:奧拉萊特國際公司