雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，包括：燈管，該燈管包括外泡體和嵌入該外泡體的內泡體，該內泡體內凹形成腔體，該內泡體中填充有單質鈉元素，該外泡體中設置有汞齊；磁芯，插入該腔體內，該磁芯外繞線圈以產生感應電磁場，該感應電磁場耦合所述內泡體中的鈉原子和所述外泡體中的汞原子發光放電。本發明能夠保證鈉原子和汞原子均能夠達到最佳放電發光條件，而且無需設置電極，可以顯著改善光源壽命和長期使用的穩定性。
【專利說明】雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈。
【背景技術】
[0002]無極燈作為一種長壽命、免維護、高光效及高顯色性的照明產品，已經被國內及國際市場廣泛接受。常規的無極燈是通過感應耦合燈管內汞元素，進而發光放電的一種電光源產品。其通過高頻磁芯發射射頻范圍的電磁波，耦合激發燈管內的放電物質(如汞原子)，進而汞原子發射出的253.7nm紫外線可有效的激發三基色或其他光譜組分的光線進行照明。由于無極燈本身沒有電極，故可保證其長期(5年或更長時間)使用情況下的穩定、無需替換等特點。產品在工廠車間照明、道路隧道照明及投光泛光照明工程中均有著顯著效果。
[0003]目前以汞作為發光放電物質的無極燈的發射光譜成分均按照熒光燈的光譜成分進行配比，即通過三基色熒光粉填充并發射光譜，其色溫通常為2700K?6500K之間，即黃光暖色照明至冷光白光照明。
[0004]但目前此類無極燈，其產品光效完全受制于汞元素的紫外線(253.7nm)激發效率和熒光粉(如三基色熒光粉)的轉化效率，在此兩類效率均達到最高值情況下，基本上產品的光源光效在701m/W-1001m/W之間，無再上升的理論可能性。
[0005]而鈉元素作為傳統氣體放電燈中低壓鈉燈和高壓鈉燈的最主要放電物質，其發光放電時大部分輻射能量都集中在鈉元素的589.0nm和589.6nm共振譜線上，適當選取放電條件，可以獲得很高的共振輻射效率。目前的低壓鈉燈可達到1501m/W以上光效，而高壓鈉燈也可達到1101m/W以上光效，其光效較常規的汞激發無極燈要高出50%左右。
[0006]鈉單質元素發光的光譜線集中在589.0nm和589.6兩根黃光線光譜上，雖然光效很高，但顯色性非常低。通過匹配汞激發的高效熒光粉發光，可以兼容此兩類元素的低氣壓高光效發光特性，保證光效和顯色性兼容改善的目的。但是，由于鈉元素和汞元素的最佳放電發光條件差別較大，因此目前尚沒有同時使用兩種元素且發光放電效果較好的產品。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是提供一種雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，能夠保證鈉原子和汞原子均能夠達到最佳放電發光條件，而且無需設置電極，可以顯著改善光源壽命和長期使用的穩定性。
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供了一種雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，包括:
[0009]燈管，該燈管包括外泡體和嵌入該外泡體的內泡體，該內泡體內凹形成腔體,該內泡體中填充有單質鈉元素，該外泡體中設置有汞齊；
[0010]磁芯，插入該腔體內，該磁芯外繞線圈以產生感應電磁場，該感應電磁場耦合所述內泡體中的鈉原子和所述外泡體中的汞原子發光放電。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述外泡體的端部與所述內泡體的端部封接在一起，所述腔體在該內泡體的端部和外泡體的端部具有開口，所述磁芯經由該開口插入所述腔體。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述腔體在該內泡體的端部具有開口，所述磁芯經由該開口插入所述腔體，所述外泡體的端部與位于所述腔體外的磁芯的端部封接在一起。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述內泡體同軸嵌入該外泡體，所述內泡體在中心軸處內凹形成所述腔體。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述內泡體中的鈉原子發光放電時，鈉蒸汽的氣壓為
0.1Pa?10Pa，內泡體內的溫度為200°C?300°C;所述外泡體中的汞原子發光放電時，汞蒸汽的氣壓為0.6Pa至IPa。
[0015]根據本發明的一個實施例,所述磁芯的磁通密度為50mT至IOOOmT,所述磁芯產生的耦合電磁場頻率為30KHZ至100MHZ。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述內泡體中填充有惰性氣體。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述外泡體內填充有惰性氣體,所述外泡體的內壁涂覆有熒光粉。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述內泡體的管壁橫截面積為0.2cm2至50cm2。
[0019]根據本發明的一個實施例，所述內泡體的材料為抗鈉腐蝕玻璃，所述外泡體的材料為硼硅酸鹽玻璃。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0021]本發明實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈采用雙層嵌套式燈管，內泡體利用高溫低壓鈉蒸汽共振光譜放電，而外泡體利用低溫低壓汞蒸氣紫外光譜線激發發光，使得鈉元素和汞元素處于相對獨立的空間中，可以通過單一磁芯激發兩種元素都達到最佳放電發光效果。
[0022]另外，本發明實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈采用感應電磁場來激發鈉原子和汞原子發光放電，無需設置電極，因而能夠極大改善和提高光源壽命以及長期使用的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的磁芯產生的感應電磁場的空間分布示意圖；
[0024]圖2是本發明第一實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的燈管的結構示意圖；
[0025]圖3是本發明第一實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的整體結構示意圖；
[0026]圖4是本發明第二實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]通常，鈉元素在260°C溫度下達到0.4Pa蒸汽壓強的條件下，可發射最大效率的共振黃光線光譜線(589.0nm和589.6nm),而在此條件下，汞元素發射紫外253.7nm譜線的強度明顯減弱，無法有效激發熒光粉發光。
[0028]本發明實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈采用兩層嵌套式燈管，內泡體嵌入外泡體中，單個磁芯激發內泡體中的鈉原子以及外泡體中的汞原子發光放電，從而能夠使兩種元素都達到最佳放電發光效果。另外，鈉元素和汞元素相互隔離不會反應形成鈉汞齊，也就不會因此附著熒光粉導致燈管內表面黑化以及燈管光衰嚴重等問題。
[0029]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
[0030]本發明實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈包括燈管和磁芯，該燈管為雙層泡體結構，包括外泡體和內泡體，其中內泡體嵌入外泡體中，該內泡體內凹形成腔體。另夕卜，該內泡體中填充有單質鈉元素，該外泡體中設置有汞齊。該磁芯插入內泡體內凹形成的腔體內，磁芯外繞線圈以產生感應電磁場，該感應電磁場耦合內泡體中的鈉原子和外泡體中的汞原子發光放電。
[0031]參考圖1，圖1示出了磁芯11產生的感應電磁場的空間分布，磁芯11可以是圓柱形，但并不限于此。磁芯11外繞線圈12，磁芯11通過外繞的線圈12中的交變電壓信號感應產生感應磁場B，磁芯11內的交變磁通量再進一步感應出磁芯11周圍空間的感應電場E。感應電場E用于耦合放電物質放電，更加具體而言，耦合內泡體中的鈉原子和外泡體中的萊原子發光放電。
[0032]需要說明的是，雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的自身體積、結構設計以及感應電磁場耦合的空間形狀都可以進一步產生不同的放電參數，例如耦合電壓、感應電流等
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[0033]下面結合具體實施例進行說明。
[0034]第一實施例
[0035]參考圖2，作為一個非限制性的例子，內泡體13和外泡體14的形狀可以是球形或者橄欖橢球形，但并不限于此。內泡體13和外泡體14可以采用同軸嵌入式結構，也就是內泡體13同軸嵌入外泡體14內部。
[0036]內泡體13在中心軸處具有內凹形成的腔體10，該腔體10在內泡體13的端部具有開口，以供磁芯插入。
[0037]外泡體14包圍內泡體13，外泡體14的端部和內泡體13的端部封接在一起，例如對于玻璃材質的泡體，可以通過玻璃熔融封接在一起。需要說明的是，封接在一起的外泡體14和內泡體13的端部仍然具有對外開放的開口，以供磁芯插入。另外，外泡體14還可以具有冷端141，該冷端141可以設置在外泡體14的端部，但并不限于此。冷端141用于容置汞齊。
[0038]結合圖2和圖3，圖3示出了第一實施例中的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的整體結構，磁芯11插入內泡體13內凹形成的腔體10中。
[0039]磁芯11的形狀例如是圓柱形，插入中心軸處的腔體10中，但磁芯11的形狀并不限于圓柱形。插入腔體10中的磁芯11的數量通常是一根，但也可以超過一根。磁芯11外繞線圈12以產生感應電磁場，進而激發燈管內的放電物質。
[0040]通過材質的選擇，可以使得磁芯11有效產生總磁通量，其磁通密度優選為50mT至IOOOmT之間。產品的功率越大，則磁芯11的體積也應當越大，以保證燈管內能夠耦合足夠的能量。
[0041]磁芯11的材質可以是PC95等磁芯材料，但并不限于此。優選地，在25°C情況下，25KHZ以上耦合頻率及200mT磁通密度以上時，初始磁導率大于5000，單位體積損耗為300KW/m3。
[0042]磁芯11產生的感應電磁場的頻率優選為30KHZ至100MHZ之間。通過交流交替電磁場能量，使得燈管內的放電原子頻繁震蕩運動，增加等離子體的碰撞頻率，形成鈉元素和汞元素的放電維持電弧。
[0043]內泡體13優選采用抗鈉腐蝕玻璃材料，包括但不限于普通鈉-鈣玻璃，或填充氧化鋁和氧化硼的硅酸鹽類玻璃。此類玻璃可有效保證不與內泡體13內的鈉元素進行化學反應，同時不會造成鈉元素因滲透而逐步降低含量的問題。內泡體13中的鈉元素含量視產品功率的大小而定，通常的范圍為0.2mg至50mg之間。
[0044]作為一個優選的實例，內泡體13中可以填充惰性氣體，例如單質氖氣、單質氬氣、單質氪氣或其混合類氣體。優選地，填充惰性氣體后，內泡體13中總氣體氣壓為IO-1OOOPa ;另外，惰性氣體尤其是氖氬混合形成的潘寧效應，可有效幫助燈管啟動。
[0045]優選地，內泡體13內的鈉元素蒸汽壓強為0.1Pa?10Pa，單位立方厘米的耦合放電功率不大于50W，故屬于低氣壓氣體放電燈產品，其放電管電流密度一般在0.02A/cm2至2A/cm2之間，為保證管壁處鈉離子的損失(管壁處的鈉離子和電子復合導致損失)不至于過快增加而致使管壓增大、發光效率下降等問題，還考慮到鈉本身共振光譜輻射吸收的幾率，內泡體13的管壁橫截面積優選為0.2cm2至50cm2之間。而放電管長度則是決定燈管功率的主要關鍵參數，為設計5W至500W的低壓無電極內泡體鈉燈，燈管總放電管軸長度在2cm至30cm之間。
[0046]外泡體14采用優選為硼硅酸鹽玻璃材質，但并不限于此。外泡體14內設置汞齊15，用于形成汞原子的激發發光和放電維持。該汞齊15優選為合金汞齊，可以包括汞丸以及與其相連的不銹鋼銦網。該汞齊15可以設置在外泡體14的冷端141內。外泡體14采用包括但不限于球泡類設計結構，同樣便于耦合中心軸處磁芯11的感應電磁場。
[0047]外泡體14的內壁可以涂覆有熒光粉16，通過汞原子發光放電激發外泡體14內壁的熒光粉16，從而產生可見光。
[0048]在一個優選的實例中，外泡體14中可以填充有惰性氣體，例如單質氖氣、單質氬氣、單質氪氣或其混合類氣體，使得外泡體14內總氣體氣壓為IO-1OOOPa ;另外，惰性氣體尤其是氖氬混合形成的潘寧效應，可有效幫助燈管啟動。
[0049]外泡體14中的汞蒸氣放電，可以有效加溫內泡體13中的鈉蒸汽，使得內泡體13中鈉蒸汽的溫度為200°C?300°C，鈉蒸汽的氣壓為0.1Pa?10Pa，維持鈉原子最佳的共振光譜輻射效率(為了達到最佳效率，鈉蒸汽的最佳溫度為260°C);而外泡體14中的汞蒸氣的氣壓為0.6Pa至IPa (最優為0.8Pa左右)，從而使得汞蒸氣達到最佳的253.7nm紫外線的輻射效率。
[0050]另外，外泡體14的冷端141是外泡體的最低溫度點，其溫度控制了汞齊15的溫度，從而控制了外泡體14中的汞蒸氣的壓強。
[0051]第二實施例
[0052]參考圖4，圖4示出了第二實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的整體結構，其和圖3所示的結構基本相同，也包括內泡體13、外泡體14、磁芯11和線圈12。其中，外泡體14可以具有冷端141，冷端141內設置有汞齊15。外泡體14的內壁可以涂覆有熒光粉16。
[0053]第二實施例與第一實施例的主要區別在于磁芯11相對于內泡體13和外泡體14的安裝位置，在第二實施例中，內泡體13內凹形成腔體，該腔體在內泡體13的端部具有開口，磁芯11的主體部分通過該開口插入腔體內，磁芯11的端部位于腔體外，而外泡體14的端部與該磁芯11的端部封接在一起。換言之，第二實施例中的磁芯11被封接在外泡體14內，其好處是可以保證磁棒本身發熱量可以用于加熱內泡體13內的鈉元素放電以及加溫外泡體14內的汞元素蒸汽溫度。另外，可以將圖3所示的結構看作是磁芯外置式結構，而將圖4所示的結構看作是磁芯內置式結構。
[0054]采用圖4的結構，封接在外泡體14內的磁芯11和線圈12的表面可以進行去離子水處理，并經高溫烘烤后置入，以移除表面附著的水蒸氣、氧氣或二氧化碳等雜質氣體，避免破壞外泡體14內的真空惰性氣體環境。另外，線圈12可以通過鎳鉻鑰合金等金屬線通過玻璃封接處引出。
[0055]第二實施例中內泡體13、外泡體14以及磁芯11的形狀、參數等相關內容與第一實施例相同，這里不再贅述。
[0056]綜上，本發明實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈通過無電極化處理，采用磁芯感應耦合的方式發光放電，保證了產品長期使用的穩定性和壽命，理論壽命可接近10萬小時。同時感應耦合的方式避免了電極的自身功率損耗，更加增加燈管的發光效率，理論估計鈉元素的發光效率將接近1601m/w。而鈉單質元素發光的光譜線集中在589.0nm和589.6兩根黃光線光譜上，雖然光效很高，但顯色性較低。本發明實施例還通過匹配汞激發的高效熒光粉發光，從而兼容鈉元素和汞元素的發光特性，既提高了光效，又改善了顯色性。
[0057]鈉元素和汞元素在相互獨立的泡殼腔體中放電發光，保證了兩種單質原子均能夠達到最佳的放電發光參數，而且鈉元素也不會與汞元素形成鈉汞齊，不會因此附著熒光粉導致后期燈管內表面黑化及燈管光衰嚴重的問題。
[0058]本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，包括: 燈管，該燈管包括外泡體和嵌入該外泡體的內泡體，該內泡體內凹形成腔體，該內泡體中填充有單質鈉元素，該外泡體中設置有汞齊； 磁芯，插入該腔體內，該磁芯外繞線圈以產生感應電磁場，該感應電磁場耦合所述內泡體中的鈉原子和所述外泡體中的汞原子發光放電。
2.根據權利要求1所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述外泡體的端部與所述內泡體的端部封接在一起，所述腔體在該內泡體的端部和外泡體的端部具有開口，所述磁芯經由該開口插入所述腔體。
3.根據權利要求1所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述腔體在該內泡體的端部具有開口，所述磁芯經由該開口插入所述腔體，所述外泡體的端部與位于所述腔體外的磁芯的端部封接在一起。
4.根據權利要求1所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述內泡體同軸嵌入該外泡體,所述內泡體在中心軸處內凹形成所述腔體。
5.根據權利要求1所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述內泡體中的鈉原子發光放電時，鈉蒸汽的氣壓為0.1Pa?lOPa，內泡體內的溫度為200°C?300°C ;所述外泡體中的萊原子發光放電時，萊蒸汽的氣壓為0.6Pa至IPa。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述磁芯的磁通密度為50mT至IOOOmT,所述磁芯產生的耦合電磁場頻率為30KHZ至100MHZ。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述內泡體中填充有惰性氣體。
8.根據權利要求1至5中任一項所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述外泡體內填充有惰性氣體，所述外泡體的內壁涂覆有熒光粉。
9.根據權利要求1至5中任一項所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于，所述內泡體的管壁橫截面積為0.2cm2至50cm2。
10.根據權利要求1至5中任一項所述的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈，其特征在于,所述內泡體的材料為抗鈉腐蝕玻璃,所述外泡體的材料為硼硅酸鹽玻璃。
【文檔編號】H01J61/12GK103762152SQ201410059963
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】李文鵬, 李維德 申請人:江蘇立德照明產業有限公司