CN1024728C - 高压水银蒸气放电灯 - Google Patents

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Abstract

一种高压水银蒸汽放电灯，其外壳(2)具有两个钨电极(9，10)和填充物，填充物除含有稀有气体外，还含有在高于200巴的水银蒸汽压力下大于0.2毫克/立方毫米的水银和10-6与10-4微克分子/立方毫米之间的氯、溴或磺中的至少一种卤素，壳壁的工作负荷大于1瓦/平方毫米。

Description

本发明涉及一种高压水银蒸汽放电灯，该放电灯包括一外壳、若干钨电极和填充物，外壳由耐高温的材料构成，填充物则实质上由工作时处于游离状态的水银、稀有气体和卤素组成。
从西德专利DE-AS 1489417了解到的这种超高压水银蒸汽放电灯具有一个容积为55立方毫米的细长石英玻璃外壳。该外壳充有稀有气体和6.5毫克的水银，这相当于0.12毫克/立方毫米的水银量。水银的蒸汽压大概约为120巴。这种灯的功率密度约为14.5瓦/立方毫米。为延长灯的寿命，不仅用例如水流冷却外壳壁，而且还往外壳中装入每立方毫米5·10-4至5·10-2克原子的至少一种卤素。
虽然这类灯在120巴的水银蒸汽压力下的发光率高，但它们发出的主要是典型的水银光谱，这种水银光谱叠加在一连续的光谱上，且含有小量的红色部分。
英国专利GB    PS    1109135公开了一种超高压水银蒸汽放电灯，该放电灯具有石英玻璃制成的毛细管管状外壳，外壳中充有多达0.15毫克/立方毫米的水银，这相当于150巴的水银蒸汽压。为改善彩色的重现情况，这种灯还充有至少一种金属碘化物。这种灯的电极负荷高，而使钨从电极上蒸发并沉积在外壳壁上。这会导致外壳发黑，结果使外壳强烈受热，从而使外壳爆炸，特别是水银蒸汽压高时，更是如此。
本发明的目的提供一种本说明书开端所述的那种高压水银蒸汽放电灯，但本发明的灯不仅发光率高，光输出量也令人满意，而且其彩色重现情况有所改善，使用寿命有所提高。
根据本发明，为在本说明书开端所述的那种高压水银蒸汽放电灯中达到上述目的，令水银量大于0.2毫克/立方毫米，水银蒸汽的工作压力高于200巴，并使壳壁负荷高于1瓦/平方毫米，此外Cl、Br和I其中一种卤素的填充量在10-6和10-4微克分子/立方毫米之间。
在高达大约150巴的水银蒸汽压力下，水银高压灯的光输出和彩色重现情况实质上是恒定的，这是因为所发出的光实质上是水银的线性辐射光以及电子和水银原子的复合所发出的连续辐射光。我们意外地发现，提高水银蒸汽压力时，由于连续辐射剧急增加，光输出和彩色重现率大量增加。可以假定，在高于200巴的高压下，除准分子状态的连续辐射外，分子的真正约束状态下的谱带辐射也起很大的作用。在大约300巴的工作压力下，可见辐射光的连续部分大大超过50%。因此发射出来的光谱中的红色部分也增加了。
为使水银蒸汽达到如此高的压力，令灯壳壁处于很高的温度（约1000℃）。此外还将灯壳选择得尽可能小到足以耐受这种高压。壁温高和灯壳小具体反映在至少为1瓦/平方毫米的高的壁负荷上。外壳由石英玻璃或氧化铝构成是行之有效的。
水银蒸汽压力的上限视    外壳材料的强度而定，但在实际情况下约为400巴。水银量最好在0.2和0.35毫克/立方毫米之间，水银蒸汽压则最好在200和350巴之间。
外壳尺寸极小时会因钨从电极蒸发而导致壳壁发黑的程度增加。壳壁的这种发黑必须绝对避免，因为不然的话若壳壁温度在使用期限内因所吸收的热辐射增加而提高时会导到灯壳的破坏。作为防止壳壁因钨的转移而发黑的措施，本发明的高压水银蒸汽放电灯中装了少量的氯、溴或碘中的至少一种卤素。这些卤素使钨的转移形成一个循环，借助于这个循环蒸发了的钨能被转移回到电极上。
在本发明的高压放电灯中，卤素以采用溴是行之有效的，溴是以 CH2Br2的形式在大约0.1毫巴的充填压力引进放电灯中的。放电灯一亮，该化合物就分解。
本发明的水银蒸汽放电灯不含金属卤化物，因为要使辐射光的连续部分真正地增加，金属卤化物的浓度就需要高到使电极因钨的高速转移而出现极其快速腐蚀的程度。因此上面谈到的那种高负荷金属卤化物灯，例如英国专利GB-PS    1109135中所谈到的那一种，其使用寿命一般只有几百小时，而本发明的放电灯，其使用寿命可以在光输出大致恒定（△n＜2%）、彩色坐标大致上不变（△x，△y在5000小时期间＜0.005）的情况下达到5000小时以上。
本发明的放电灯其色温高于8000°K。在本发明的放电灯周围设一个阻挡蓝色辐射光的滤光层可以进一步提高本发明放电灯的色温和彩色重现率。
在这方面应该指出的是，我们从英国专利GB-PS    1539429中知道，为减少加有卤化物的高压水银蒸汽放电灯中蓝色的辐射光部分，采用了一个滤光层，从而改善了辐射出来的辐射光的彩色。在水银蒸汽压力高达150巴左右的水银蒸汽放电灯中，这一类滤光层实际上是不起作用的，因为所发出的光实质上不含红色部分。可是本发明的放电灯其光谱中所含的连续辐射光部分是如此之多，以致在光损失仅为15%的情况下，采用蓝色辐射光部分的滤光层就可以得到色温约5500°K、彩色重现率约为70%的白光。
现在参照附图说明一下本发明的一些实施例，附图中：
图1是灯壳呈椭圆形的高压水银蒸汽放电灯的示意图;
图2是灯壳呈圆柱形的高压水银蒸汽放电灯的示意图，灯壳周围又环绕有一个涂有滤光层的外灯壳;
图3是高压水银蒸汽放电灯在高于200巴水银蒸汽压力下所发出的光谱的示意图;
图4则是图2所示灯中所采用的滤光层的透射光谱的示意图。
图1所示的高压水银蒸汽放电灯1具有一个石英玻璃制成的椭圆形灯壳2。灯壳两端连续有圆筒形石英部分3和4，该筒形部分中以真空密闭的方式密封有钼箔5和6。钼箔5和6的内端与钨电极引线杆7和8相连接，钨电极引线杆7和8上带有钨绕件9和10。钼箔5和6的外端连接有钼供电导线11和12伸出灯外。
图2所示的高压水银蒸汽放电灯13其结构与图1所示的放电灯类似，只是灯壳14呈圆筒形。灯13周围环绕有石英玻璃外壳15，外壳15的内侧涂有干涉性滤光层16。该滤光层16用以减少灯13发射出的蓝色辐射光。
一些实用实施例的数据如下：
放电灯1
图1的椭圆形灯壳其壁厚为1.8毫米，其内部尺寸及工作数据如下：
长    7毫米
直径    2.5毫米
灯壳容积    23立方毫米
电极间隙    1.2毫米
填充的水银    6毫克水银（0.261毫克/立方毫米）
卤素 5·10-6微克分子的CH2Br2（10-5微克分子的Br/立方毫米）
工作压力    约200巴
功率    50瓦
工作电压    76伏
光输出    58流明/瓦
壳壁负荷    1.30瓦/平方毫米
放电灯2
图1的椭圆形灯壳，其壁厚为1.7毫米，其内部尺寸及工作数据如下：
长    5毫米
直径    2.5毫米
灯壳容积    16.5立方毫米
电极间隙    1.0毫米
填充的水银    4毫克水银（0.243毫克/立方毫米）
卤素 5·10-6微克分子/立方毫米的CH2Br2
工作压力    约220巴
功率    40瓦
工作电压    80伏
光输出    56流明/瓦
壳壁负荷    1.30瓦/平方毫米
放电灯3
图2的圆筒形灯壳，其壁厚为1.3毫米，无外灯壳，其内部尺寸及工作数据如下：
长    4毫米
直径    1.5毫米
灯壳容积    7立方毫米
电极间隙    1.0毫米
填充的水银    2.5毫克水银（0.357毫克/立方毫米）
卤素 5·10-6微克分子/立方毫米的CH2Br2
工作压力    300巴
功率    30瓦
工作电压    92伏
光输出    60流明/瓦
壳壁负荷    1.36瓦/平方毫米
上述各放电灯，其色温高于8000°K，但与工作压力低的灯相比， 其彩色重现率大大提高了。例如，刚谈到的那三个灯，其彩色重现率Ra分别为51.5、55.2和61.6，而工作压力为100巴的类似放电灯，其彩色重现率仅达32.7。
图3中绘制了实例2放电灯的光强I对波长的关系曲线。从该曲线可以看出，可见光的连续部分占大约50%。
在图2所示的灯中，干涉性滤光层16由，举例说，依次交替涂敷的经ZrO2改性过的二氧化钛和不定形二氧化硅组成。在一个实际的实施例中，所采用的滤光层其透射度为Tr，在图4中作为波长λ的函数表示出来。于是有关的光技术数据如下：
不带滤光层：    色温：8580°K
彩色重现率：55.2
光输出：56流明/瓦
带滤光层：    色温：5500°K
彩色重现率：69.7
光输出：48流明/瓦
由此可见，采用干涉性滤光层时，不仅色温大大降低了，而且彩色重现率也显著提高了。
与类似的高负荷金属卤化物灯相比，本发明的放电灯在光技术数据方面高度稳定，工作时的光输出实质上不变，使用寿命极长。高负荷金属卤化物灯的使用寿命达数百小时，而本发明的放电灯即使运行5000小时以上之后实质上也显示不出任何变化。

Claims (3)

1、一种高压水银蒸汽放电灯，该放电灯包括一耐高温材料制成的外壳，该放电灯具有若干钨电极和一种主要由在工作条件下处于游离状态的水银、稀有气体和卤素组成的填充物，该高压水银蒸汽放电灯的特征在于，水银量大于0.2毫克/立方毫米，水银蒸汽压在200巴和400巴之间，壳壁负荷大于1瓦/平方毫米，且装有数量在10-6和10-4微克分子/立方毫米之间的Cl、Br或I中的一种卤素。
2、如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，水银量在0.2和0.35毫克/立方毫米之间，水银蒸汽工作压力在200和350巴之间。
3、根据以上任一权利要求所述的放电灯，其特征在于，该放电灯周围环绕有阻挡蓝色辐射光的滤光层。
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