CN101371329B

CN101371329B - 带有安装在放电容器端部上的冷却片的高压放电灯

Info

Publication number: CN101371329B
Application number: CN2007800024911A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡·云斯特; 克劳斯·施托克瓦尔德
Original assignee: PATRA PATENT TREUHAND
Current assignee: PATRA PATENT TREUHAND
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: JP4934152B2; EP1974367B1; CN101371329A; DE102006002261A1; WO2007082885A1; DE502007004388D1; US7977884B2; US20080315770A1; EP1974367A1; JP2009524185A; CA2636354A1

Abstract

在陶瓷放电容器的密封件上安有薄片，它们用于放电容器的冷却。它们是密封件的整体组成部分。

Description

带有安装在放电容器端部上的冷却片的高压放电灯

技术领域

本发明从根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯出发。这种灯特别是用于通用照明的带有陶瓷放电容器的高压放电灯。其特别涉及金属卤化物灯或者高压钠灯或者高压汞灯。

现有技术

US-A 4 970 431公开了一种钠高压放电灯，其中放电容器的管壳由陶瓷制成。在圆柱形的放电容器端部安有鳍状的突起部，这些突起部用于散热。

EP-A 506 182公开了石墨或者碳等构成的覆层，这些覆层在端部被施加到陶瓷的放电容器上，以进行冷却。

发明内容

本发明的任务是，提供一种高压放电灯，其色散相对于目前的灯被明显减小。

该任务通过权利要求1的特征来解决。

特别有利的扩展方案在从属权利要求中得到。

带有陶瓷放电容器的高压放电灯具有中央部分和两个通过密封件来封闭的端部，其中电极固定在密封件中，这些电极伸入放电容器所包围的放电体积中，其中包含金属卤化物或者金属的填充物被置于该放电体积中。在此，在端部上有鳍状的薄片，它们径向往外延伸。在此，这些薄片的表面总体上主要设置在背离放电地位于如下的线之后的区域内：该线通过将电极的尖端投影到放电容器的内表面上而确定。

优选的是，所述薄片彼此旋转对称地设置，特别是以三重至八重对称地设置。在此，出于简单的原因，这些薄片的形状可以是基本上类似的，但是也并非必须如此。例如可以交替地使用两组薄片，于是对于八重对称，每种类型各有四个薄片。

本发明特别适合于如下的高负载的金属卤化物灯：在这些金属卤化物灯中，放电容器的内长度和最大内直径的比例(所谓的长宽比)在1.0至8.0之间，优选为至少1.5(包括端点值)。

在制造技术上有利的是，薄片的宽度处于放电容器中央部分的壁厚的量级，确切地说，在宽度恒定的情况下，特别是偏离该壁厚最大50％，优选最大25％。

特别地，密封件实施为毛细管是有利的。然而，这些密封件也可以以其他方式实施，例如参见DE-A 197 27 429，其中使用了金属陶瓷杆。本发明也可应用于栓塞技术(Stopfentechnologien)，其中所述薄片或者可以位于放电容器上，或者可以位于独立的栓塞件(Stopfenteil)上，或者可以位于两个实体上。

当所述薄片位于密封件的邻近端部的部分上时，或者当所述薄片置于端部上时，可以实现特别好的冷却作用。

通常，所述薄片具有两个宽侧和一个窄侧，其中窄侧径向朝外取向。这些侧共同限定了薄片的表面。特别优选地，窄侧可以是倾斜的，并且特别是设置有涂层。涂层应当是高发射性的(hochemissiv)。合适的材料特别是石墨或者碳，即其他的碳变体，例如DLC(类似金刚石的碳)。

一般地，冷却特性也可以如下控制：密封件的一部分，特别是所述薄片的一部分(如窄侧)用高发射率的涂层覆盖。也可能的是，在密封部上使用涂层，而在该位置上不同时使用片状的突起。

作为管壳的材料，可以使用Al₂O₃，特别是PCA，或者其他常用的陶瓷如AlON或者AlN。对于填充物的选择也没有特别的限制。

由于金属卤化物填充物在放电容器内浓的分布，所以具有近似均匀的壁厚分布以及变细地结束的端部形状的高压放电灯的燃烧器或者放电容器与填充物组成有关地显示出部分的高色散。典型的是，填充物在远离放电的、在如下的线之后的区域中聚集：该线通过将电极尖端投影到内燃烧器表面而确定。迄今还不能足够精确地设置使填充物定位到放电容器的内部的、对应于窄的温度范围的表面区域上以及使填充物定位到(可能存在的)毛细管的其余体积(Restvolumina)中。因此，现在取决于将鳍状物或者薄片设置到放电容器上，这些鳍状物或者薄片的作用主要在位于通过将电极尖端投影到内燃烧器表面而确定的线之后的区域中得以实现。这特别是主要意味着，鳍状物的表面的至少三分之二在如下区域中张开：该区域远离放电地位于通过将电极尖端投影到放电容器的壁上而确定的线之后。

例如在圆柱形的燃烧器形状中，目前的放电容器通常在端面上具有带增大的壁厚的形状，并且由此产生增大的端部表面。另一问题是：由于陶瓷的与壁厚相关的特定发射系数，从而当放电容器在排空的或者填充气体的外灯泡中工作时提高了红外辐射的发射。在此，放电容器的表面通过按照Stefan-Boltzmann定律的特定发射功率来确定：

P_rad/A＝ε＊σ＊T⁴

在此，

P_rad/A：每单位表面所发射的辐射功率；

ε＝进行发射的表面的半球发射系数；

σ＝Stefan-Boltzmann常数；

T＝表面温度。

由此，通过在放电容器端部的热阱效应，产生了集中的填充物分布，该分布确定在放电容器中所使用的金属卤化物的蒸汽压力，使得可以设置针对相同工作功率的较大灯组的、典型为≤75K的对于陶瓷灯系统足够的色散值。

在球形的放电容器情况下，或者在具有半球形端部形状或者圆锥形延伸的端部形状或者椭圆地成形的端部形状以及大约1.5至8的较高的长宽比IL/ID的圆柱形的中间部分的放电容器情况下，产生特别严重的问题。由于至密封件区域中的细的过渡(通常是毛细管区域)，在放电容器的端部产生部分不充分的冷却效果，并且由此产生对于温度的不充分的固定，该温度对于在内壁的窄的温度范围中的集中的填充物沉淀是不足够的。

根据本发明，基本上设计了两种机制用于增强放电容器的端部的冷却。由此，意味着电弧放电在其中燃烧的放电容器至端部形状的过渡，其中这些端部形状包括用于电学线路耦合输入或者电磁线路耦合输入的电极结构。如果通过成型没有预先给定在端部区域中的壁厚相对于放电容器的壁厚明显的变大(在圆柱形的放电容器中典型为因子1.5至2.5)，则尤其如此。然而也并不排除针对这种情况的应用。

重要的是，表面通过在过渡区域中模制到密封件上的翼或者鳍状成形物而扩大，这些成形物优选具有平行于轴的纵向取向，具有围绕环周的至少三重对称性以及最大八重对称性。其特别是薄片。

鳍状的成形物区域可以是基本上平滑的面，或者也可以是在表面上以小面(facettiert)方式构建。特别地，小面区域可以平面地形成薄片的其余表面区域的边界，并且相对于放电容器的轴线和重心具有限定的取向。

此外可能有以下材料的涂层：该材料在近红外(NIR)(由此典型地意味着在1μm至3μm之间的波长范围)中相对于陶瓷材料在650℃至1000℃之间的温度范围中具有提高的半球发射率ε。该涂层应当优选施加在放电容器的端部和密封件之间的过渡区域中。这特别也单独适合于密封件，其中涂层也可以在没有薄片的情况下被施加。

带有半球形的发射系数ε(优选ε≥0.6)的耐高温的涂层适合作为涂层材料，其中有石墨、Al₂O₃和石墨的混合物、Al₂O₃和金属Ti、Ta、Hf、Zr的碳化物的混合物以及半金属(例如Si)的混合物。还适合的是如下混合物：该混合物还附加地包含其他金属，用于设置可能希望的导电能力。

自然，两种措施可以彼此适当地组合，使得表面发射提高的一部分通过薄片增大表面来实现，并且同时一部分通过这些薄片或者邻接的更冷的密封区域的部分的涂层来实现。

总之，在陶瓷放电容器的情况下使用整体的薄片得到一系列优点：

1.实现更为有效的冷却，同时具有较小的附加陶瓷物质；

2.减小了纵向至密封件中的热流；

3.明显增大了端部区域中表面调节的灵活性；

4.在电极馈电装置的立体角范围中减小阴影效应；

5.借助较小的表面区域的、有效的局部温度调节作用的可调节性。

这些特性特别是对于具有小的总表面以及可能具有提高的长宽比的放电容器的高负载形式是重要的，因为在这些前提下，通过热流在较大的壁横截面上的局部冷却变得困难。

放电容器的总质量通过这种薄片仅仅不明显地增大，并且由此保持在临界值之下，其中该临界值在点燃时会对灯的起动特性产生不利影响。由此，在良好的点燃和有效的冷却之间得到精巧的折衷。在有意识地忍受恶劣的等温条件的情况下，这种措施允许非常高的色彩稳定性。这在放弃目前的尽可能好的等温条件的目标的情况下发生，并且允许通过有意识地构建温度梯度来精确地确定填充物的聚集区域。

在完全放弃涂层的情况下，薄片的区域是光学透明的或者至少是半透明的。对于带有涂层的区域也应当尽可能地实现这一点。为了接近这个目标，带有涂层的区域从灯的中心出发所展现的立体角被尽可能减小，因为涂层吸收辐射并且因此降低效率。出于这个原因，涂层应当施加到薄片的倾斜的面上，因为这样从中心出发其立体角显得更小。这特别是适合于薄片的窄侧。一种替代方案是，将涂层尽可能远地向后施加到薄片和/或密封件上，因为由此也减小了被有效遮挡的立体角。通过这种方式，可以实现冷却的最优值而同时具有最优的效率。特别有效的涂层是石墨和TiC。

薄片的最大高度也是冷却作用的一种控制手段，特别是当薄片被设置在放电容器上时，因为根据设置高度，消散由另一温度水平出发来进行。

这种整体的薄片的一种特别的优点是，与独立的附件相比一方面特别有效地冷却，并且当使用现代的制造方法如注塑方法、粉浆浇铸方法(Schlickerguss-Verfahren)或者快速原型方法(rapidprototyping-Verfahren)时，其可以简单地制造。

附图说明

以下将借助多个实施例进一步阐述本发明。其中：

图1示出了高压放电灯；

图2示出了图1中的放电灯的细节；

图3示出了放电容器的另一实施例；

图4示出了放电容器的另一实施例；

图5至10分别示出了放电容器的另一实施例；

图11示出了薄片的几何参数的示意图。

具体实施方式

图1示出了金属卤化物灯1。该灯由管状的、陶瓷构成的放电容器2构成，两个电极引入该放电容器中(不可见)。放电容器具有中央部分5和两个端部4，在端部上设有两个密封件6，它们在此实施为毛细管。优选的是，放电容器和密封件整体地由如PCA的材料制造。

放电容器2被外灯泡7包围，灯头8封闭该外灯泡7。放电容器2在外灯泡中借助支架保持，该支架包含短的和长的馈电装置11a和11b。在密封件6上分别有薄片10，这些薄片鳍状地径向向外延伸。

图2示出了密封件6的区域的俯视图。薄片10具有两个宽侧12和一个窄侧13。薄片四点均匀地围绕密封件分布。在倾斜的窄侧13上设有石墨或者碳构成的高发射的层14。薄片具有大约放电容器的中央部分的最大高度一半的最大高度。

图3示出了放电容器2，其中在左侧的实施例中，薄片15从放电容器的端部的大致最大高度分岔并且保持高度。在右侧的实施例中，薄片的质量明显更小，其方式是薄片的最大高度随着与端部4的增大的距离而均匀地减小。这两个实施例表明了：薄片的形状可以与当前的要求精确地相协调。薄片的数量、总质量和长度可以根据所希望的冷却程度而被优化。

图4在左边的实施例中示出了仅仅通过涂层16实现冷却的可能性，其中该涂层像袖子那样将密封件在其中间部分中完全包围。在右边的实施例中示出了薄片17的一种类型，这种薄片仅仅位于密封件本身上，并且不再延伸到放电容器上，其中该放电容器在此与毛细管分离。薄片在此圆弓状成形。

图5在左边的实施例中示出了带有短的密封件20和非常短的薄片21的放电容器19，然而其中一共使用了八个薄片。图5此外在右边的实施例中示出了一种布置，在这种布置中除了这些薄片还附加地使用了在薄片之后的旋转对称的涂层22。

其他的实施例是具有比8更大的数目，尤其是高达16。在此，鳍状物的数目不必是偶数的，它也可以是奇数的，例如有5个鳍状物。另一实施例的特色在于，使用薄片的按不同方式构建的组，例如在密封件上的两组，它们的宽度和高度不同并且交替。

每个薄片或者鳍状物都具有径向朝着放电容器的轴线延伸的、给定的最大高度，并且具有轴向延伸的最大长度以及最大宽度。所有这三个量都可以具有恒定的值，然而它们通常可以变化，使得它们最佳地匹配要求。

鳍状物或者薄片的长度L可以从放电容器的总长度GL的一部分(包括密封件本身的长度)、特别是从总长度的至少二十分之一直到总长度的一半。也就是有1/20GL≤L≤0.5GL。在L＝0.5GL的情况下，鳍状物及其在另一端部的配对物共同有效地在整个放电容器上延伸。

鳍状物或者薄片的高度H可以从放电容器最大外直径的一半与毛细管直径的一半之间的差DF的一部分(特别是十分之一)一直达到该差DF的两倍，特别是1.4倍，特别优选为直到1倍。也就是说，1/10DF≤H≤2DF。优选的是1/5DF≤H≤1.4DF。鳍状物也可以是分级的(gestuft)，也就是说，其高度H沿着长度L逐步变化。

鳍状物的宽度B常常是恒定的，并且通常在0.2mm至1.5mm的范围内变化。第二优选的实施形式是径向向外减小的宽度。也可能的是向外增大的宽度，其中特别是宽度B的弧长BL保持恒定。典型弧长BL是密封件的环周U的1/10下至1/50U。也即在此为1/50≤BL/U≤1/10。在截面中来看，鳍状物的宽部的另一形状是三角形的或者特别是梯形的。

鳍状物越长，则放电容器或者毛细管的壁厚可以选得越小。当鳍状物在密封件(通常为毛细管)的整个轴向长度上延伸时，由此强烈地增大了密封件的表面。如果将作为密封件的未被结构化的管与设置有鳍状物的相同外直径的管相比，则由于减小的横截面而减小了至端部的热流。

图6示出了带有薄片26的放电容器25，其中高度H连续地从零值向内变化直到大约H＝0.5DF的最大值。

图7示出了带有阶梯状的薄片27的放电容器25，使得薄片的高度H阶跃式地改变。此外，在此示出了总长度GL的定义。

图8示出了带有阶梯状的薄片26的圆柱形放电容器30，其中薄片在密封件的整个长度上伸展。薄片的低的部分26a延伸直到放电容器的端部，其中薄片的高度按两级进一步增大。部分26a具有对应于放电容器直径的高度的大约50％，并且部分26c具有放电容器直径的高度的100％。

图9示出了一种圆柱形的放电容器30，其中放电容器的整个长度都覆盖有薄片35。

图10示出了由独立的栓塞37封闭的放电容器的端部36的视图。在此，薄片38具有鳍状物的形状，该薄片紧靠在线PL之后设置。小的薄片40附加地设置在栓塞37上。

同时，在该图中表明了在电极41的尖端上的投影线PL的概念。本发明的实质在于，鳍状的薄片在放电容器的至少一个端部上像这里用38所示出的那样设置，这些薄片按其高度H径向朝外延伸，其中薄片的表面总体上主要设置在背离放电地位于如下的线之后的区域内：该线通过将电极的尖端投影到放电容器的内表面上而确定。优选的是，该部分至少是三分之二。但是也可以为高达100％。鳍状物在此可以仅仅在投影线PL和密封件的附加物(Ansatz)AA之间延伸，在它们之间鳍状物展现了最大的作用，或者还可以进一步向后延伸到密封件的一部分或者密封件的整个长度上。但是它也可以仅仅处于密封件的区域中。虚线示出了鳍状物的可能的实施例。

图11示出了示意图，用于解释如下概念：薄片的高度H，宽度B和长度L。在尺寸H、B和L的可变大小的情况下，分别意味着最大的高度、宽度或者长度。

Claims

1.一种带有陶瓷放电容器的高压放电灯，所述陶瓷放电容器具有中央部分和通过两个密封件被封闭的两个端部，其中电极固定在所述密封件中，这些电极伸入放电容器所包围的放电体积中，其中包含金属和/或金属卤化物的填充物被置于所述放电体积中，其特征在于，至少在一个端部上有鳍状的薄片，所述薄片按其高度H径向往外延伸，其中这些薄片的表面设置在背离放电地位于如下的线之后的区域内：所述线通过将电极的尖端投影到放电容器的内表面上而确定，其中薄片、放电容器和密封件整体地由陶瓷材料制造。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片彼此旋转对称地设置。

3.根据权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，旋转对称为三重至八重对称。

4.根据权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片的形状是类似的，或者在组内是类似的。

5.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器具有1.5至8的长宽比。

6.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片的壁厚对应于放电容器的中央部分的壁厚。

7.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片的壁厚与放电容器的中央部分的壁厚最大偏离50％。

8.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述密封件实施为毛细管。

9.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片位于所述密封件的与端部邻近的部分上。

10.根据权利要求9所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片置于所述端部上，并且具有与所述端部相同的最大直径。

11.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片具有两个宽侧和一个窄侧，其中所述窄侧在径向上位于外部。

12.根据权利要求11所述的高压放电灯，其特征在于，所述窄侧是倾斜的，并且设置有涂层。

13.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述密封件的一部分被高发射率的涂层覆盖。

14.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述薄片的一部分被高发射率的涂层覆盖。

15.根据权利要求11所述的高压放电灯，其特征在于，至少一个薄片具有不同高度H的、通过至少一个边缘划界的部分面，并且至少一个这种部分面设置有涂层。

16.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，至少一个薄片具有最大高度H、最大宽度B和最大长度L，其中这些量中的每一个都可以是恒定的或者可以朝着更小的值变化。

17.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器鼓起地成形，使得放电容器的直径朝着端部变小。