CN101720494B - 高压钠灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压钠灯，该高压钠灯包括：真空罩(3)，该真空罩(3)包括底座部分(7)；电弧管(5)，该电弧管(5)包括均经由导体部件(17、23)与底座部分(7)相连接的第一电极(13)和第二电极(15)。至少一个导体部件(23)被布置成通过屏蔽部件(31)而被隔离，以用于防止在所述高压钠灯(1)的工作期间从至少一个导体部件(23)至电弧管(5)的光电子流。该灯包括第二电弧管。

Description

高压钠灯

技术领域

本发明涉及根据权利要求1  的前序部分所述的高压钠灯。本发明涉及但不限于灯制造工业。 

背景技术

高压钠灯(HPS)可以具有被封装在抽空的玻璃罩内的加长电弧管，其中电弧管容纳HPS灯的电极。因此HPS灯在玻璃罩(玻璃灯泡)内部具有真空，以使电弧管与周围环境温度的变化相隔离。电弧管可以由半透明的氧化物制成，并且在高温和高压下发生强放电。电弧管的电极通过设置在玻璃罩内的导体而与灯座相连接。 

HPS灯在从35瓦特到1000瓦特的瓦特数内可用，但是最常用的瓦特数介于50瓦特到400瓦特之间。一个1000瓦特的HPS灯可以单独产生超过140000流明，并具有大于150lm/W的光效率。常规的HPS灯需要介于2500V到4000V之间的起始脉冲来点火。AC电压网络中的HPS灯的标准工作条件需要230V/50Hz的电源电压。HPS灯通常对主电压供应的偏差很敏感。 

美国专利4333032中公开了一种HPS灯。该HPS灯被设计用于解决伴随电弧管的钠损耗的问题，电弧管的钠损耗缩短了灯的寿命。美国专利4333032的结构具有以预定距离布置在玻璃罩的内壁上的钡膜，该钡膜将光电子吸引至灯引入导体，而不是电弧管。 

本发明的目的还是为了实现具有长寿命性能的HPS灯。本发明的目的还是提供确保关键照明应用即使在瞬时停电之后也仍保持点亮的HPS灯。另一目的还是提供确保光输出的较低下降的HPS灯和包括增强的显色(color rendering)的HPS灯。 

因此，本发明的目的是为了克服已知技术的缺点。 

发明内容

已经通过引言中所限定的HPS灯而解决了该问题，其中该HPS灯的特征在于权利要求1的特征部分的特征。 

因此，由于电弧管内的高温和高压，可以减少钠离子从电弧管的扩散。已经显示出来自金属导体(还可被用作用于电弧管的金属支架结构)的光电子流将减少直到90％。由于来自电弧管的钠损失(钠离子的扩散)取决于来自金属导体的阴离子的释放量，因此当屏蔽部件屏蔽金属导体以使得金属导体不暴露于电弧管时，钠损失将会很小。 

因此，影响电弧管的正钠离子的负的再充电将较少。这将导致较少的来自电弧管的钠离子扩散，从而增长高压钠灯的寿命，同时，该离子吸收的减少将减轻电弧管和玻璃罩内部的变黑，从而导致光输出的更少的下降。 

优选地，高压钠灯包括第二电弧管。 

这样，高压钠灯具有双电弧管。这为高压钠灯提供了甚至更长的寿命周期。该第二电弧管确保即使在瞬时断电之后关键照明应用依然保持发光。由于每次仅一个电弧管是有效的(燃烧的)，因而双电弧管解决方案使高压钠灯的寿命时间加倍。具有最低内部压力的电弧管将首先点火，因而另一保持关闭。在瞬时断电的情况下，由于另一电弧管没有燃烧，这使得其温度(并因而使得其压力)低于先前燃烧的电弧管，因而另一电弧管将更易于点火。由于如上文所讨论的为了减轻电弧管的变黑而设置屏蔽部件，在瞬时断电的情况下，要被点火的电弧管的温度将更低，因而高压钠灯将更容易点火。当在街灯光源/装置和街道交通中安装高压钠灯时的该益处取决于光的产生。 

适合地，屏蔽部件是由围绕至少一个导体部件的陶瓷材料制成的圆柱体。 

因此，陶瓷圆柱体降低了燃烧的电弧管的钠损失，因而降低了外玻璃罩上的温度，并减轻了外玻璃罩上的变黑。该陶瓷圆柱体易于安装，并且被保持在位置上而不需要附加装置。 

优选地，该陶瓷为块滑石。 

因此，来自金属导体的光电子流被减少直到90％，从而有效地减少了来自有效的电弧管的钠损失。 

适合地，该至少一个导体部件用作支架结构，该支架结构具有与罩的与底座部分相对的部分相邻接的部分。 

因此，可以通过固定在罩内的集成的导体/支架结构来实现灯罩内的电弧管的安装。 

优选地，电弧管包括在约120至150mbar(优选地是130至140mbar)的高气压下的氙气。 

这样实现长寿命的HPS灯。可以使用高压电弧管，或者优选地，在同一玻璃罩内使用用于实现较长寿命的具有所述高压的两个或更多个电弧管。由于高压涉及较大的钠泄漏，因而高压电弧管的使用是苛刻的，但是由于应用屏蔽部件减少了钠损失，因而实现了长寿命。选择氙气作为填充气体降低了导热性，最小化了在HPS灯初始运行期间来自电极的溅射。电弧管中更高的气压延长了灯的寿命，增强了灯的显色，并且提高了灯的光输出。 

附图说明

现在将参考本发明的示意性附图以示例方式描述本发明，在附图中： 

图1是根据第一实施例的HPS灯的侧视图； 

图2是以陶瓷圆柱体形式的屏蔽部件的视图； 

图3是图1中的HPS灯的电弧管的横截面； 

图4是根据另一实施例的HPS灯的侧视图； 

图5是穿过图4中的HPS灯截取的横截面A-A； 

图6是示出了在两个电弧管之间对称地布置的屏蔽部件的、图4中的灯的另一视图； 

图7是降低在交流电的一个半波期间的负电位的本发明原理的图； 

图8是示出了根据已知技术的阳性钠离子从电弧管的强扩散的说明性例子； 

图9是减少阳性钠离子在工作期间从图4的电弧管的扩散的说明性例子； 

图10a-10c是示出了在装配有屏蔽部件的双高压电弧管之间进行切换的原理的说明图； 

图11是具有围绕公用导体对称地布置的三个高压电弧管的HPS灯的俯视图；以及 

图12是根据另一实施例的HPS灯的侧视图。 

具体实施方式

下面将参考与实施例有关的附图详细说明本发明的实施例，其中，为了本发明的清楚和理解本发明起见，从附图中删除了一些不重要的细节。 

参考图1，示出了根据第一实施例的HPS灯(高压钠灯)1。外灯泡或玻璃罩3封装陶瓷电弧管5。玻璃罩3被抽空且处于真空。在玻璃罩3的底端布置构成插座9的底座部分7，其中插座9具有用于安装到支架(未示出)中的螺纹11。电弧管5具有第一电极13和第二电极15(用作阴极)，并且具有氙启动气体和钠汞汞齐成分。 

第一电极13经由金属构成的第一导线17与底座部分7相连接，并且被布置成与插座9的中间部分19电接触。第二电极15经由金属构成的第二刚性导线23与插座9的插套21相连接，从而也构成了在玻璃罩3中央承载电弧管5的支架结构25。支架结构25具有与玻璃罩3的内部的与底座部分7相对的上部29相邻接的部分27。 

将第二导体金属线23布置成通过屏蔽部件31来屏蔽(或隔离)，其中屏蔽部件31用于防止在HPS灯1工作期间从导体部件(即，第二导线23)释放的光电子流到达电弧管5。将屏蔽部件31布置成与电弧管5相平行，并且基本上具有相同的范围。由于防止(或者至少显著地阻止)了来自第二导体金属线23的阴离子的光电子流(否则该阴离子的光电子流附着至电弧管5的壁33的外部并吸引钠离子)，从而减少了来自电弧管5的钠损失。通过夹具35将屏蔽部件31附加到线23，并且屏蔽部件31适合于用来屏蔽线23，使得屏蔽部件31阻止到电弧管5的光电子流，但是同时屏蔽部件31不能宽到阻挡在工作期间从电弧管5产生的光。 

电弧管5和玻璃罩3之间的容积处于真空，并且减少了电弧管5的对流和热损失以维持高效能。在冷状态下，玻璃罩3中的压力通常约为7Pa。 

在HPS灯1中使用吸气剂(未示出)，以避免有害气体杂质，否则例如有害气体杂质将缩短HPS灯1的寿命及其光效。吸气剂结合和捕获气体分子，以维持玻璃罩3内的清洁空气。 

图2是根据第二实施例的以由块滑石制成的陶瓷圆柱体37的形式的屏蔽部件31的视图。在HPS灯1的组装期间，陶瓷圆柱体37易于安装，这使得制造成本有效。在将第二导线23弯曲成期望的形状之前，将陶瓷圆柱体37缠绕到该导线上。 

图3示意性地示出了图1中的HPS灯1的电弧管5的横截面。当该灯是冷的时，在普通HPS灯中电弧管内的氙气压力稍小于27kPa。在图3的实施例中，电弧管5具有27kPa的气压。较高的压力增强了HPS灯1的显色、HPS灯1的光输出和HPS灯1的寿命时间。由于HPS灯1的非常高的化学活动，电弧管5通常由半透明氧化铝(氧化铝)制成。电弧管5被封装在玻璃罩3中，并且容纳作为启动气体的氙气、钠和汞。汞与钠以汞齐的形式。因此将电弧管5设计成耐高温和抗热钠腐蚀效果。电弧管5的最高温度约为1100℃，钠汞齐池温度约为700℃。在本申请中，将电弧管5定义为高压电弧管。高压电弧管5的等离子体电弧柱(未示出)在工作期间具有通常稍小于1atm(10⁵Pa)的钠、汞和惰性气体的总压力。 

还可以使用诸如氩气和氖气等的其它气体作为启动气体。由于氙气减小了HPS灯的电流，并且由于氙气降低了导热性，最小化了在HPS灯1的初始运行期间来自电极13、15的溅射，因而主要优先选择氙气。另外，氙气产生在560nm处的发射带以及对589nm线的红肩(red shoulder)的增强，这提供了对放电的发光效能的贡献。汞蒸气还减少了热传导损失，改善了显色，以及增大了放电的电导率。汞与钠非常容易地形成汞齐，并且汞齐比纯钠更易于处理。 

图3中的电弧管5包括分别被布置在底部39和顶部41中的第一电极13和第二电极15。电极13、15均包括保持由钨构成的引脚45的铌管43，并且电极13、15被与各个铌管43焊接在一起。电弧管5包括PCA管47(半透明多晶氧化铝管)，通过底部39和顶部41封闭该PCA管47的端部，其中底部39和顶部41包括穿过装配的电极13、15。底部39和顶部41由与PCA管47相同的半透明陶瓷材料构成，并被与PCA管47熔合在一起。在组装电弧管5和电极13、15时，铌管43之一连同其电极15被通过底部41中的孔而装入电弧管5中，并被通过陶瓷釉料环49而与底部41焊接在一起。然后，将汞齐添加到电弧管5中，并将另一铌管43及其电极13安装在底部。在将铌管43与底部39焊接在一起之前，向电弧管5填充氙启动气体。当达到想要的压力时，熔化第二釉料环49’，并且密封电弧管5。 

图4是根据另一实施例的HPS灯1的侧视图，其中，玻璃罩3包括相互平行安装的两个电弧管5’、5”(图4中仅示出一个，还参考图5和6)。 由陶瓷圆柱体37部分地覆盖耦合到电弧管5’、5”的底部41的第二导体23，其中，陶瓷圆柱体37用于防止在HPS灯1工作期间从导线23释放的光电子流，否则该光电子流将被吸引到电弧管5’或电弧管5”。下面将进一步更详细地对此进行讨论。 

通过在HPS灯1中装配具有屏蔽导体(第二导线23)的两个电弧管5’、5”，HPS灯的寿命时间在理论上被加倍。使用常用的屏蔽导体还节省了玻璃罩3内的空间。 

在导线17和23之间设置距离D，否则导线17和23将相互靠近。由于该较大的距离D，金属支架结构与用于点火的电弧管之间的电“泄漏场”将减小，因此该布置还与陶瓷圆柱体37相协作，减少该金属支架结构的平行放置对点火时的电弧管的负面影响。由此以这种量度设置距离D，使得所提供的启动能量的大部分真正地到达用于点火的电弧管。 

HPS灯1的点火处理中的第一步骤用于产生过电压，过电压在点火气体内产生放电。由于平行地耦合这两个电弧管5’、5”，因此这两个电弧管均处于用于点火的位置，但是这两个电弧管相继点火。当一个电弧管5’已建立了其电弧时，电弧放电升高了电弧管5’内的气体温度。由于电流跟随第一个点火的电弧管5’中建立的电弧，因此另一电弧管5”将不点火。首先点火的电弧管取决于这两个电弧管5’、5”中的哪一个在电弧管内具有最低气压。在电弧管5’、5”的制造期间，各个电弧管将具有其相互不同的各自独有的压力。在HPS灯1的点火期间，具有最低压力的电弧管将首先点火。当该电弧管5’工作时，由于电弧管5’的电阻降低而导致的经由有效的电弧管5’的电流通路，另一电弧管5”保持关闭。 

起初在点火期间，当电弧管5’是冷的时，由通过光电效应、辐射等释放的电子所导致的低的且间歇的电流在电弧管5’、电极13、15之间流动。当电流由于每个电子释放至少一个其它电子而变得自维持时，达到击穿电流。此时，电流的进一步增大导致击穿电压，在该阶段等效电阻是负的。电极13、15之间的电压通常降低到数百伏特以下，并且发生辉光放电。当驱动电路(未示出)向HPS灯1提供必要的功率电平时，发生从辉光放电向电弧的转换。HPS灯1的预热时间在3至4分钟之间，并且触发时间约为1分钟。 

高温和高压产生钠离子的扩散，该钠离子的扩散部分地穿过电弧管5的端部(在电弧管的内壁与底端和顶端之间)，且部分地穿过电弧管5的PCA管47的壁33(由于陶瓷不耐久且其微结构正在改变)。 

由于离子吸收和离子的穿过，该钠离子的扩散具有使电弧管5的陶瓷壁33变黑的趋势。该扩散取决于从金属导体部件23(第二导线)释放的阴离子的发生。该阴离子的释放是由于来自工作中的有效的电弧管5中的放电的强辐射而导致的。在交流电的一个半波期间的负电位导致了阴离子吸引至PCA管47的外侧并使之带负电。该负的再充电利用强的吸引力影响位于电弧管5的内部附近的正钠离子，这具有增大钠离子从电弧管5的扩散的趋势。借助于屏蔽金属导体部件23的屏蔽部件31，即，使金属导线不暴露于点火后的电弧管5，更少的阴离子将吸引至PCA管47的外侧并使之带负电，其中，将从电弧管5吸引更少的正钠离子，从而提供了HPS灯1的更长的寿命时间。参见下面与图7有关的进一步讨论。 

图5是穿过图4中的HPS灯截取的横截面A-A。这里清楚地示出了第二金属导线23的对称布置，并且陶瓷圆柱体37被相对于这两个电弧管5’、5”而缠绕在第二导线23上(如上文所讨论的，为了阻止在工作期间从金属导体23的金属材料向任一电弧管5’、5”释放阴离子)。在图5中中间平面P被假想地示出，并被绘制在电弧管5’、5”中间。将具有陶瓷圆柱体37的导线23布置在平面P中。在平面P和第一线L’之间限定角度α，其中第一线L’与第二金属导线23(对应于具有陶瓷圆柱体37的部分)以及第一电弧管5’的纵向中心线相交。在平面P和第二线L”之间限定角度β，其中第二线L”与第二金属导线23(其相同的部分被陶瓷圆柱体包围)以及第二电弧管5”的纵向中心线相交。角度α对应于角度β。因此这两个电弧管5’、5”利用一个共用的屏蔽部件31。 

图6是示意性地示出了两个电弧管5’、5”之间的对称布置的屏蔽部件31的图4中的HPS灯1的另一视图，图7是降低由金属导体和有效的电弧管之间的电场产生的交流电的一个半波期间的负电位的原理的图。利用以虚线标记的具有在现有技术条件下的电位的正弦曲线来示出该交流电。由于应用了屏蔽金属导体23的屏蔽部件31，因此(以连续线标记的)电位将小于现有技术的电位。因此，由于降低的负电位，将从电弧管5吸引更少的正钠离子，由此提供了HPS灯1的更长的寿命时间。 

图8是示出了根据已知技术的来自电弧管5的正钠离子(Na+)的强扩散的示例性例子。图8示意性地示出了与图7的具有以虚线标记的大的负电位的状态相对应的状态。根据现有技术，从金属导体23释放大量的阴离子，从而从活动电弧管5吸引大量的正钠离子。在图9中，示意性地示出了屏蔽部件31的性能。在图9中，所释放的阴离子的量非常小。屏 蔽部件31有力地防止从与电弧管5连接的金属导体23释放阴离子。因此，如同利用现有技术的情况一样，由于更少的负充电将不会影响电弧管5中的阳离子，因此实现了减少在工作期间正钠离子从电弧管5的扩散。 

图10a至10c是示出了在安装有屏蔽部件31的双高压电弧管5’、5”之间进行切换的原理的图示，其中屏蔽部件31用于屏蔽与图6所示的电弧管5’、5”相连接的导体部件。 

图10a示出了首先点火的高压电弧管5’(取决于这两个高压电弧管5’、5”中的哪一个具有最低气压)。在此情况下是左侧的高压电弧管5’。在HPS灯1的工作期间，该左侧的高压电弧管5’将具有约为1100℃的温度，并且该有效的左侧的高压电弧管5’内的压力将高于无效的另一高压电弧管5”(高于该图右手侧的高压电弧管)。 

在瞬时断电的情况下，如图10b中示意性地示出地，左侧的高压电弧管5’将关闭，因而HPS灯1也将关闭。在这种情况下，左侧的高压电弧管5’将比右侧的高压电弧管5”温度更高。因此，右侧的高压电弧管5”内的压力将小于左侧的高压电弧管5’内的压力。 

如图10c中示意性地示出的，当此后立即向HPS灯1通电时，由于右侧的高压电弧管5”相对于左侧的高压电弧管5’具有最低温度，因而右侧的高压电弧管5”具有最低电压，因此右侧的高压电弧管5”更易于点火。因此，由于平行装配的高压电弧管的交替点火，HPS灯1将具有增大的寿命时间，其中高压电弧管5’、5”还具有共用导线23和与导线23相邻的共用屏蔽部件31，并且对导线23进行屏蔽以使得导线23不被暴露于这两个高压电弧管5’、5”。也就是说，屏蔽部件31适合于与在HPS灯1的寿命时间期间交替工作的这两个高压电弧管相协作。 

由于为了如上文所讨论地降低使高压电弧管5’变黑而设置的屏蔽部件31，要点火的另一高压电弧管5”的温度将较低，因而在瞬时断电的情况下HPS灯1将更易于点火。当在街灯支架和街道交通中安装该高压灯时，该益处依赖于光的产生。 

图11是具有围绕共用导体而对称地配置的三个高压电弧管5’、5”、5”’且具有共用屏蔽部件31的HPS灯1的俯视图。该布置在理论上使HPS灯1的寿命时间增加两倍。 

图12是根据另一实施例的HPS灯1的侧视图。该实施例示意性地示出了屏蔽两个导体部件17、23的屏蔽部件31的布置。屏蔽部件31是被 布置成与导体部件17、23相邻(或直接在导体部件17、23上)的陶瓷涂层。 

当然，本发明绝不受限于上述的优选实施例，而是对于本领域的普通技术人员来说，在不背离所附的权利要求中限定的本发明的基本思想的情况下，显然存在对上述实施例的变型或组合的许多可能性。例如，在不背离本发明的范围的情况下，还可以使用其中主体和端部为单个单元的单片电路电弧管设计。此外，对于电弧管，可以使用烧结电极来代替钨螺旋电极。 

Claims (6)

1.一种高压钠灯，包括：真空罩(3)，所述真空罩(3)包括底座部分(7)；第一电弧管(5’)和第二电弧管(5”)，所述第一电弧管(5’)和第二电弧管(5”)均包括经由第一导体部件(17)与底座部分(7)相连接的第一电极(13)、以及经由第二导体部件(23)与底座部分(7)相连接的第二电极(15)；其特征在于：所述第一电弧管(5’)和第二电弧管(5”)被相互平行地安装，所述第二导体部件(23)被对称地置于所述第一电弧管(5’)和第二电弧管(5”)之间，且被布置成通过屏蔽部件(31)而被隔离，以用于防止在所述高压钠灯(1)的工作期间从所述第二导体部件(23)至所述第一电弧管(5’)和第二电弧管(5”)的光电子流。

2.根据权利要求1所述的高压钠灯，其中所述屏蔽部件(31)是由围绕所述第二导体部件(23)的陶瓷制成的圆柱体(37)。

3.根据权利要求2所述的高压钠灯，其中所述陶瓷是块滑石。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压钠灯，其中所述第二导体部件(23)用作支架结构(25)，其中所述支架结构(25)具有与所述真空罩(3)的与所述底座部分(7)相对的部分相邻接的部分(27)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的高压钠灯，其中所述电弧管(5’)和第二电弧管(5”)包括在120至150mbar的高气压下的氙气。

6.根据权利要求5所述的高压钠灯，其中所述高气压为130至140mbar。

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