專利名稱：快速再啟動(dòng)陶瓷放電金屬鹵素?zé)舻闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷放電金屬鹵素(CDM)燈，并且更具體地涉及具有顯著減小的熱態(tài)再啟動(dòng)(re-strike)時(shí)間的CDM燈。
背景技術(shù)：
CDM燈在瞬時(shí)斷電后典型地需要十到十五分鐘以冷卻到足以到達(dá)可以發(fā)生再啟動(dòng)的擊穿電壓。通過比較，石英金屬鹵素?zé)舻湫偷乇憩F(xiàn)出在從大約六到十分鐘的范圍內(nèi)的再啟動(dòng)時(shí)間，并且高壓鈉(HPS)燈典型地表現(xiàn)出在從大約一到兩分鐘的范圍內(nèi)的再啟動(dòng)時(shí)間。另外，當(dāng)采用與第一惰性放電管(inactive discharge tube)并聯(lián)的第二惰性放電管時(shí)，HPS燈可表現(xiàn)出基本上瞬間的再啟動(dòng)時(shí)間，電力一恢復(fù)其就啟動(dòng)。該方法已被證明在CDM燈中是不能工作的，尤其是高瓦特?cái)?shù)形式，這是因?yàn)镃DM燈中的高得多的蒸汽壓力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過相對(duì)于高瓦特?cái)?shù)(150W或更高)CDM燈的陶瓷放電管增大外燈泡的尺寸，減小了熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。在此由比值A(chǔ)代表該尺寸區(qū)別，比值A(chǔ)是外燈泡的直徑D與陶瓷放電管的內(nèi)徑ID的比值。該比值必須大于大約5.8，并且優(yōu)選地至少為大約8.7。
還發(fā)現(xiàn)，通過使這種燈的外燈泡填充有諸如氮、氦、氖、氬、氪和氙中的一種或幾種的惰性氣體，也減小了熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。
還發(fā)現(xiàn)，在熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間已通過上述方法中的一種或兩種減小的這種燈中，通過將諸如鈧、鈰或鈉的具有用于碘的消氣能力的金屬添加到放電管，進(jìn)一步減小了熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。
總之，通過以下方式減小了高瓦特?cái)?shù)(150W或更高)陶瓷放電金屬鹵素(CDM)燈的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，所述方式包括(a)增大外燈泡的直徑D與放電管的內(nèi)徑ID的比值A(chǔ)；或(b)使外燈泡填充有諸如氮、氦、氖、氬、氪或氙中的一種或多種的惰性氣體；或即應(yīng)用(a)又應(yīng)用(b)。通過將(a)和/或(b)與(c)將諸如鈧、鈰和鈉的用于碘的消氣劑金屬添加到放電管進(jìn)行組合，可進(jìn)一步減小熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，組合(a)、(b)和(c)以構(gòu)成高瓦特?cái)?shù)(150W或更高)CDM燈，其中比值A(chǔ)選擇成至少為12；選擇氮以在導(dǎo)致從大約100到500Torr的壓力的量下存在于外燈泡中；并且以從大約3.75％到6.25％的重量百分比的量將鈧金屬添加到放電管的鹽中。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的高瓦特?cái)?shù)CDM燈的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明的高瓦特?cái)?shù)CDM燈的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的高瓦特?cái)?shù)CDM燈和本發(fā)明的高瓦特?cái)?shù)CDM燈的各種實(shí)施例的設(shè)計(jì)特征的以分鐘為單位的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的柱狀圖；以及圖4是本發(fā)明的高瓦特?cái)?shù)CDM燈的一個(gè)實(shí)施例中相對(duì)于以mg為單位的鈧劑量的以分鐘為單位的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的柱狀圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的高瓦特?cái)?shù)(150W或更高)CDM燈的示意圖。該燈設(shè)有典型地由多晶氧化鋁(PCA)制成的陶瓷放電管3，該陶瓷放電管具有陶瓷側(cè)壁3a和陶瓷端壁3b和3c，該管3具有內(nèi)徑ID，并且封閉包含可電離的填充物的放電空間11。電極4、5延伸穿過插塞6和7，并且接收來自還支承放電管3的導(dǎo)體8、9的電流。管3由抽真空的外燈泡1圍繞，該外燈泡具有直徑D1并且在一端處用燈頭2密封。
放電管3的可電離填充物典型地包括諸如氙、氬或氪的點(diǎn)燃?xì)怏w?？呻婋x的填充物還包括汞和鈉、鈣、鉈和稀土元素的碘化物，所述稀土元素諸如鏑、鈥和銩。
在美國(guó)專利6,555,962、6,031,332和5,973,453中較詳細(xì)地說明了這種現(xiàn)有技術(shù)的CDM燈，上述專利的全部說明書通過參考包含于此。用于這些燈的典型的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間是從大約十到十五分鐘。
圖2是本發(fā)明的高瓦特?cái)?shù)CDM燈的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。該實(shí)施例類似于圖1的現(xiàn)有技術(shù)的燈，并且除了外燈泡10之外，相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記，外燈泡10具有比圖1的外燈泡1大的尺寸，如大于D1的直徑D2所示。由于放電管的內(nèi)徑ID沒變，所以比值A(chǔ)＝D2/ID大于比值D1/ID。
圖3是相對(duì)于七個(gè)不同的燈的設(shè)計(jì)特征的以分鐘為單位的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的柱狀圖。燈都是CDM400W/100V燈，這些燈在商品化的S51型CWA鎮(zhèn)流器上工作，該鎮(zhèn)流器在連接到真空泵的可拆除的外燈泡系統(tǒng)中。燈在用于再啟動(dòng)測(cè)試的再供電之前關(guān)閉五秒鐘。
放電管是具有9.8mm×38mm(ID×IL)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的PCA電弧管，并且用高溫玻璃密封到PCA。放電管充有包含NaI、CaI2、TlI和稀土元素碘化物的鹽混合物。添加有作為啟動(dòng)輔助劑的少量氪的氙被用作點(diǎn)燃?xì)怏w。除了其外燈泡填充有氣體的燈之外，汞的劑量是4.6mg。這些燈添加有5至13mg的劑量的汞，以便獲得在400W的10％以內(nèi)的操作。放電管在測(cè)試之前放置十五分鐘。
在七個(gè)燈泡設(shè)計(jì)(指示為1-7)的系列中的變量包括兩個(gè)不同的外燈泡尺寸，第一個(gè)代表現(xiàn)有技術(shù)的燈，指示為ED 18，并且具有大約21/4英寸的直徑，而第二個(gè)指示為ED 37，具有大約45/8英寸的直徑，該直徑是ED 18燈泡的直徑的大約105％。某些外燈泡維持真空，而其它的則填充有300 Torr的壓力的氮。包含真空的燈具有鋇環(huán)形消氣劑，而填充有氣體的燈具有固態(tài)消氣劑。某些放電管添加有2mg劑量的鈧金屬，這對(duì)應(yīng)于鹽的5％的重量百分比。
圖3示出，當(dāng)單獨(dú)或以不同組合引入不同變量時(shí)，熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的逐步減小。柱條1代表燈1的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈1是具有維持真空的ED 18外燈泡的現(xiàn)有技術(shù)的燈，并且具有12.2分鐘的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。柱條2代表燈2的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈2是通過用較大的ED 37外燈泡代替ED 18外燈泡而修改了的燈1，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間減小到11.7分鐘。柱條3代表燈3的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈3是通過用氮填充外燈泡而修改了的燈1，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間減小到8.2分鐘。柱條4代表燈4的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈4是通過將較大的ED 37外燈泡與氮填充進(jìn)行組合而修改了的燈1，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間減小到7.4分鐘。柱條5代表燈5的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈5是通過將較大的ED 37外燈泡與將鈧添加到放電管進(jìn)行組合而修改了的燈1，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間減小到6.7分鐘。柱條6代表燈6的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈6是通過將氮填充與鈧的添加進(jìn)行組合而修改了的燈1，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間減小到6.4分鐘。柱條7代表燈7的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，該燈7是通過將較大的ED 37外燈泡、氮填充和鈧的添加進(jìn)行組合而修改了的燈1，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間減小到4.2分鐘。
這些結(jié)果證明，外燈泡的較大尺寸和外燈泡的氣體填充的兩個(gè)設(shè)計(jì)特征每個(gè)都導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的減小(分別到11.7和8.2分鐘)，而這兩個(gè)特征的組合導(dǎo)致進(jìn)一步的減小(到7.4分鐘)，并且這些特征中的任意一個(gè)與將鈧添加到放電管的組合導(dǎo)致進(jìn)一步的減小(分別到6.7和6.4分鐘)，并且所有這些特征的組合導(dǎo)致最大的減小(到4.2分鐘)。
還可看出，單獨(dú)氣體填充具有比單獨(dú)增大燈泡尺寸具有稍大的效果，導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間對(duì)于燈3從12.2減小到8.2分鐘或減小32％，與此相比對(duì)于燈2從12.2減小到11.7分鐘或減小4％。也可以通過比較具有較大外燈泡和鈧的燈5和7的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間看出該效果。增加氣體填充導(dǎo)致熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間從燈5的6.7分鐘減小到燈7的4.2分鐘，減小大約37％。
圖4是對(duì)于本發(fā)明的CDM400W燈相對(duì)于以mg為單位的鈧劑量的以分鐘為單位的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的柱狀圖，這些燈具有氣體填充的ED37外燈泡和分別包含1mg、2mg和4mg的鈧金屬的放電管。以與上述燈1-7相同的方式構(gòu)造并測(cè)試標(biāo)記為8-10的燈的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。圖4示出從具有1mg鈧的燈8的7.1分鐘變化到具有4mg鈧的燈10的3.8分鐘。
這些結(jié)果可與具有氣體填充的ED37燈泡但不具有鈧的燈4的7.4分鐘的再啟動(dòng)時(shí)間相比較。雖然燈8表現(xiàn)出相對(duì)于燈4的大約4％的改進(jìn)，但進(jìn)一步的測(cè)試顯示出不一致的結(jié)果。燈9表現(xiàn)出相對(duì)于燈4的大約43％的大得多的改善，并且燈10表現(xiàn)出相對(duì)于燈9的大約10％的進(jìn)一步的改善。然而，燈10中的較大量的鈧減小了燈電壓達(dá)因數(shù)2，因而需要添加10mg的汞。
基于這些和其它考慮，優(yōu)選添加至少約1.5mg并且不多于約2.5mg的量的鈧，低于1.5mg則對(duì)熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間的改善傾向于微小或不一致，而高于2.5mg雖然可獲得進(jìn)一步的改善，但可能伴隨有顯著的燈電壓降低。
重要的是，作為金屬添加碘消氣劑，以便在燈冷卻時(shí)吸收過量的碘，因而減小時(shí)間以達(dá)到為了發(fā)生再啟動(dòng)的足夠低的擊穿電壓。
雖然不用來限定本發(fā)明，但理論表明在燈冷卻期間，形成帶高負(fù)電的碘離子，耗盡燈再啟動(dòng)所需的自由電子的放電空間。如果存在過量的汞，則其可以通過形成HgI2吸收過量的碘。然而，HgI2在較低溫度下形成并且冷凝掉熱放電氣體。諸如鈧的消氣劑金屬的添加導(dǎo)致ScI3的優(yōu)先形成，ScI3較快地去除過量的碘離子，因?yàn)槠湓诒菻gI2高的溫度下形成和冷凝掉熱放電氣體。這里提出的實(shí)施例和示例是為了解釋分發(fā)明及其實(shí)際應(yīng)用，并且由此使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出并利用本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，上述說明和示例僅是為了說明和舉例的目的而提出的。本發(fā)明的其它實(shí)施例、各種實(shí)施例和等效物，以及其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。因而，可從研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求書獲得本發(fā)明的原理。
權(quán)利要求
1.一種高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，包括具有?cè)壁(3a)和端壁(3b，3c)的陶瓷放電管(3)，所述陶瓷放電管(3)封閉一放電空間(11)，所述放電空間容納包括鹽的填充物，所述填充物能夠在施加的電壓的影響下維持氣體放電；通過所述端壁(3b，3c)延伸到所述放電空間(11)中的一對(duì)電極(4，5)；用于將電流供給到所述電極(4，5)并用于支承所述陶瓷放電管的一對(duì)導(dǎo)體(8，9)；圍繞所述陶瓷放電管(3)、所述電極(4，5)和所述導(dǎo)體(8，9)的外燈泡(1)；以及用于密封所述外燈泡并用于提供從外部電流源到所述導(dǎo)體(8，9)的穿過連接的端蓋(2)；其特征在于，所述外燈泡(1)的直徑D2與所述陶瓷放電管(3)的內(nèi)徑ID的比值大于5.8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述外燈?1)的直徑D2與所述陶瓷放電管(3)的內(nèi)徑ID的比值至少為8.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述外燈?1)的直徑D2與所述陶瓷放電管(3)的內(nèi)徑ID的比值至少為12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，在所述外燈?1)中存在惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述惰性氣體是從由氮、氦、氖、氬、氪和氙組成的組中選擇的一種或多種氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述惰性氣體是氮。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述氮以在大約100到500Torr的范圍內(nèi)的壓力存在于所述外燈泡(1)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，在所述放電?3)中存在用于碘的消氣劑金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述消氣劑金屬是從由鈧、鈰和鈉組成的組中選擇的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述消氣劑金屬是鈧?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述鈧以鹽的從大約3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述鈧以鹽的大約5％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，在所述放電?3)中存在鈧。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述鈧以鹽的從大約3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述鈧以鹽的大約5％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
16.一種高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，包括具有?cè)壁(3a)和端壁(3b，3c)的陶瓷放電管(3)，所述陶瓷放電管(3)封閉一放電空間(11)，所述放電空間容納包括鹽的填充物，所述填充物能夠在施加的電壓的影響下維持氣體放電；通過所述端壁(3b，3c)延伸到所述放電空間(11)中的一對(duì)電極(4，5)；用于將電流供給到所述電極(4，5)并用于支承所述陶瓷放電管的一對(duì)導(dǎo)體(8，9)；圍繞所述陶瓷放電管(3)、所述電極(4，5)和所述導(dǎo)體(8，9)的外燈泡(1)；以及用于密封所述外燈泡并用于提供從外部電流源到所述導(dǎo)體(8，9)的穿過連接的端蓋(2)；其特征在于，在所述外燈泡中存在惰性氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述惰性氣體是從由氮、氦、氖、氬、氪和氙組成的組中選擇的一種或多種氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述惰性氣體是氮。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述氮以在大約100到500Torr的范圍內(nèi)的壓力存在于所述外燈泡(1)中。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述外燈?1)的直徑D2與所述陶瓷放電管(3)的內(nèi)徑ID的比值A(chǔ)大于5.8。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述外燈?1)的直徑D2與所述陶瓷放電管(3)的內(nèi)徑ID的比值至少為8.7。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述外燈?1)的直徑D2與所述陶瓷放電管(3)的內(nèi)徑ID的比值至少為12。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，在所述放電?3)中存在用于碘的消氣劑金屬。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述消氣劑金屬是從由鈧、鈰和鈉組成的組中選擇的。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述消氣劑金屬是鈧?br> 26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)簦涮卣髟谟?，所述鈧以鹽的從大約3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述鈧以鹽的大約5％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述放電?3)中存在鈧。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述鈧以鹽的從大約3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的高瓦特?cái)?shù)陶瓷放電金屬鹵素?zé)?，其特征在于，所述鈧以鹽的大約5％的重量百分比的量存在于所述放電管(3)中。
全文摘要
通過以下方式減小高瓦特?cái)?shù)(150W或更高)陶瓷放電金屬鹵素(CDM)燈的熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間，所述方式包括(a)增大外燈泡(1)的直徑(D2)與放電管(3)的內(nèi)徑(ID)的比值A(chǔ)；或(b)使外燈泡填充有諸如氮、氦、氖、氬、氪或氙的惰性氣體；或既應(yīng)用(a)又應(yīng)用(b)。通過將(a)和/或(b)與(c)將諸如鈧、鈰和鈉的用于碘的消氣劑金屬添加到放電管(3)進(jìn)行組合，可進(jìn)一步減小熱態(tài)再啟動(dòng)時(shí)間。
文檔編號(hào)H01J61/26GK101061567SQ200580039670
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
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