雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的制作方法
【專利摘要】本實用新型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(nèi)泡體，該內(nèi)泡體內(nèi)凹形成腔體，該內(nèi)泡體中填充有單質(zhì)鈉元素，該外泡體中設(shè)置有汞齊；磁芯，插入該腔體內(nèi)，該磁芯外繞線圈以產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，該感應(yīng)電磁場耦合所述內(nèi)泡體中的鈉原子和所述外泡體中的汞原子發(fā)光放電。本實用新型能夠保證鈉原子和汞原子均能夠達(dá)到最佳放電發(fā)光條件，而且無需設(shè)置電極，可以顯著改善光源壽命和長期使用的穩(wěn)定性。
【專利說明】雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈。
【背景技術(shù)】
[0002]無極燈作為一種長壽命、免維護(hù)、高光效及高顯色性的照明產(chǎn)品，已經(jīng)被國內(nèi)及國際市場廣泛接受。常規(guī)的無極燈是通過感應(yīng)耦合燈管內(nèi)汞元素，進(jìn)而發(fā)光放電的一種電光源產(chǎn)品。其通過高頻磁芯發(fā)射射頻范圍的電磁波，耦合激發(fā)燈管內(nèi)的放電物質(zhì)(如汞原子)，進(jìn)而汞原子發(fā)射出的253.7nm紫外線可有效的激發(fā)三基色或其他光譜組分的光線進(jìn)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(wěn)定、無需替換等特點。產(chǎn)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(fā)光放電物質(zhì)的無極燈的發(fā)射光譜成分均按照熒光燈的光譜成分進(jìn)行配比，即通過三基色熒光粉填充并發(fā)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(chǎn)品光效完全受制于汞元素的紫外線(253.7nm)激發(fā)效率和熒光粉(如三基色熒光粉)的轉(zhuǎn)化效率，在此兩類效率均達(dá)到最高值情況下，基本上產(chǎn)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(tǒng)氣體放電燈中低壓鈉燈和高壓鈉燈的最主要放電物質(zhì)，其發(fā)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(dāng)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(dá)到1501m/W以上光效，而高壓鈉燈也可達(dá)到1101m/W以上光效，其光效較常規(guī)的汞激發(fā)無極燈要高出50%左右。
[0006]鈉單質(zhì)元素發(fā)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(fā)的高效熒光粉發(fā)光，可以兼容此兩類元素的低氣壓高光效發(fā)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(fā)光條件差別較大，因此目前尚沒有同時使用兩種元素且發(fā)光放電效果較好的產(chǎn)品。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)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(dá)到最佳放電發(fā)光條件，而且無需設(shè)置電極，可以顯著改善光源壽命和長期使用的穩(wěn)定性。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型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(nèi)泡體，該內(nèi)泡體內(nèi)凹形成腔體,該內(nèi)泡體中填充有單質(zhì)鈉元素，該外泡體中設(shè)置有汞齊；
[0010]磁芯，插入該腔體內(nèi)，該磁芯外繞線圈以產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，該感應(yīng)電磁場耦合所述內(nèi)泡體中的鈉原子和所述外泡體中的汞原子發(fā)光放電。
[0011]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述外泡體的端部與所述內(nèi)泡體的端部封接在一起，所述腔體在該內(nèi)泡體的端部和外泡體的端部具有開口，所述磁芯經(jīng)由該開口插入所述腔體。
[0012]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述腔體在該內(nèi)泡體的端部具有開口，所述磁芯經(jīng)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(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)泡體同軸嵌入該外泡體，所述內(nèi)泡體在中心軸處內(nèi)凹形成所述腔體。
[0014]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)泡體中的鈉原子發(fā)光放電時，鈉蒸汽的氣壓為0.1Pa?10Pa，內(nèi)泡體內(nèi)的溫度為200°C?300°C;所述外泡體中的汞原子發(fā)光放電時，萊蒸汽的氣壓為0.6Pa至IPa。
[0015]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述磁芯的磁通密度為50mT至IOOOmT,所述磁芯產(chǎn)生的耦合電磁場頻率為30KHZ至100MHZ。
[0016]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)泡體中填充有惰性氣體。
[0017]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述外泡體內(nèi)填充有惰性氣體，所述外泡體的內(nèi)壁涂覆有熒光粉。
[0018]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)泡體的管壁橫截面積為0.2cm2至50cm2。
[0019]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述內(nèi)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(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0021]本實用新型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(nèi)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(fā)發(fā)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(fā)兩種元素都達(dá)到最佳放電發(fā)光效果。
[0022]另外，本實用新型實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈采用感應(yīng)電磁場來激發(fā)鈉原子和汞原子發(fā)光放電，無需設(shè)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(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型實施例的雙層嵌套式無電極鈉汞雙層放電燈的磁芯產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場的空間分布示意圖；
[0024]圖2是本實用新型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(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本實用新型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(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本實用新型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(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]通常，鈉元素在260°C溫度下達(dá)到0.4Pa蒸汽壓強的條件下，可發(fā)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(fā)射紫外253.7nm譜線的強度明顯減弱，無法有效激發(fā)熒光粉發(fā)光。
[0028]本實用新型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(nèi)泡體嵌入外泡體中，單個磁芯激發(fā)內(nèi)泡體中的鈉原子以及外泡體中的汞原子發(fā)光放電,從而能夠使兩種元素都達(dá)到最佳放電發(fā)光效果。另外，鈉元素和汞元素相互隔離不會反應(yīng)形成鈉汞齊，也就不會因此附著熒光粉導(dǎo)致燈管內(nèi)表面黑化以及燈管光衰嚴(yán)重等問題。
[0029]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。
[0030]本實用新型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(jié)構(gòu)，包括外泡體和內(nèi)泡體，其中內(nèi)泡體嵌入外泡體中，該內(nèi)泡體內(nèi)凹形成腔體。另外，該內(nèi)泡體中填充有單質(zhì)鈉元素，該外泡體中設(shè)置有汞齊。該磁芯插入內(nèi)泡體內(nèi)凹形成的腔體內(nèi)，磁芯外繞線圈以產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，該感應(yīng)電磁場耦合內(nèi)泡體中的鈉原子和外泡體中的汞原子發(fā)光放電。
[0031]參考圖1，圖1示出了磁芯11產(chǎn)生的感應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)磁場B，磁芯11內(nèi)的交變磁通量再進(jìn)一步感應(yīng)出磁芯11周圍空間的感應(yīng)電場E。感應(yīng)電場E用于耦合放電物質(zhì)放電，更加具體而言，耦合內(nèi)泡體中的鈉原子和外泡體中的萊原子發(fā)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(jié)構(gòu)設(shè)計以及感應(yīng)電磁場耦合的空間形狀都可以進(jìn)一步產(chǎn)生不同的放電參數(shù)，例如耦合電壓、感應(yīng)電流等
坐寸ο
[0033]下面結(jié)合具體實施例進(jìn)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(nèi)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(nèi)泡體13和外泡體14可以采用同軸嵌入式結(jié)構(gòu)，也就是內(nèi)泡體13同軸嵌入外泡體14內(nèi)部。
[0036]內(nèi)泡體13在中心軸處具有內(nèi)凹形成的腔體10，該腔體10在內(nèi)泡體13的端部具有開口，以供磁芯插入。
[0037]外泡體14包圍內(nèi)泡體13，外泡體14的端部和內(nèi)泡體13的端部封接在一起，例如對于玻璃材質(zhì)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(nèi)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(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)，磁芯11插入內(nèi)泡體13內(nèi)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(shù)量通常是一根，但也可以超過一根。磁芯11外繞線圈12以產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，進(jìn)而激發(fā)燈管內(nèi)的放電物質(zhì)。
[0040]通過材質(zhì)的選擇，可以使得磁芯11有效產(chǎn)生總磁通量，其磁通密度優(yōu)選為50mT至IOOOmT之間。產(chǎn)品的功率越大，則磁芯11的體積也應(yīng)當(dāng)越大，以保證燈管內(nèi)能夠耦合足夠
的能量。
[0041]磁芯11的材質(zhì)可以是PC95等磁芯材料，但并不限于此。優(yōu)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(dǎo)率大于5000，單位體積損耗為300KW/m3。
[0042]磁芯11產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場的頻率優(yōu)選為30KHZ至100MHZ之間。通過交流交替電磁場能量，使得燈管內(nèi)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(nèi)泡體13優(yōu)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(nèi)泡體13內(nèi)的鈉元素進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，同時不會造成鈉元素因滲透而逐步降低含量的問題。內(nèi)泡體13中的鈉元素含量視產(chǎn)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(yōu)選的實例，內(nèi)泡體13中可以填充惰性氣體，例如單質(zhì)氖氣、單質(zhì)氬氣、單質(zhì)氪氣或其混合類氣體。優(yōu)選地，填充惰性氣體后，內(nèi)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(yīng)，可有效幫助燈管啟動。
[0045]優(yōu)選地，內(nèi)泡體13內(nèi)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(chǎn)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(fù)合導(dǎo)致?lián)p失)不至于過快增加而致使管壓增大、發(fā)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(nèi)泡體13的管壁橫截面積優(yōu)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(guān)鍵參數(shù)，為設(shè)計5W至500W的低壓無電極內(nèi)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(yōu)選為硼硅酸鹽玻璃材質(zhì)，但并不限于此。外泡體14內(nèi)設(shè)置汞齊15，用于形成汞原子的激發(fā)發(fā)光和放電維持。該汞齊15優(yōu)選為合金汞齊，可以包括汞丸以及與其相連的不銹鋼銦網(wǎng)。該汞齊15可以設(shè)置在外泡體14的冷端141內(nèi)。外泡體14采用包括但不限于球泡類設(shè)計結(jié)構(gòu)，同樣便于耦合中心軸處磁芯11的感應(yīng)電磁場。
[0047]外泡體14的內(nèi)壁可以涂覆有熒光粉16，通過汞原子發(fā)光放電激發(fā)外泡體14內(nèi)壁的熒光粉16，從而產(chǎn)生可見光。
[0048]在一個優(yōu)選的實例中，外泡體14中可以填充有惰性氣體，例如單質(zhì)氖氣、單質(zhì)氬氣、單質(zhì)氪氣或其混合類氣體，使得外泡體14內(nèi)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(yīng)，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(nèi)泡體13中的鈉蒸汽，使得內(nèi)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(dá)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(yōu)為0.8Pa左右)，從而使得汞蒸氣達(dá)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(jié)構(gòu)，其和圖3所示的結(jié)構(gòu)基本相同，也包括內(nèi)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(nèi)設(shè)置有汞齊15。外泡體14的內(nèi)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(qū)別在于磁芯11相對于內(nèi)泡體13和外泡體14的安裝位置，在第二實施例中，內(nèi)泡體13內(nèi)凹形成腔體，該腔體在內(nèi)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(nèi)，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(nèi)，其好處是可以保證磁棒本身發(fā)熱量可以用于加熱內(nèi)泡體13內(nèi)的鈉元素放電以及加溫外泡體14內(nèi)的汞元素蒸汽溫度。另外，可以將圖3所示的結(jié)構(gòu)看作是磁芯外置式結(jié)構(gòu)，而將圖4所示的結(jié)構(gòu)看作是磁芯內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。
[0054]采用圖4的結(jié)構(gòu)，封接在外泡體14內(nèi)的磁芯11和線圈12的表面可以進(jìn)行去離子水處理，并經(jīng)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(zhì)氣體，避免破壞外泡體14內(nèi)的真空惰性氣體環(huán)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(nèi)泡體13、外泡體14以及磁芯11的形狀、參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容與第一實施例相同，這里不再贅述。
[0056]綜上，本實用新型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(yīng)耦合的方式發(fā)光放電，保證了產(chǎn)品長期使用的穩(wěn)定性和壽命，理論壽命可接近10萬小時。同時感應(yīng)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(fā)光效率，理論估計鈉元素的發(fā)光效率將接近1601m/W。而鈉單質(zhì)元素發(fā)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。本實用新型實施例還通過匹配汞激發(fā)的高效熒光粉發(fā)光，從而兼容鈉元素和汞元素的發(fā)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(fā)光，保證了兩種單質(zhì)原子均能夠達(dá)到最佳的放電發(fā)光參數(shù)，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(dǎo)致后期燈管內(nèi)表面黑化及燈管光衰嚴(yán)重的問題。
[0058]本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)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(nèi)泡體，該內(nèi)泡體內(nèi)凹形成腔體，該內(nèi)泡體中填充有單質(zhì)鈉元素，該外泡體中設(shè)置有汞齊； 磁芯，插入該腔體內(nèi)，該磁芯外繞線圈以產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，該感應(yīng)電磁場耦合所述內(nèi)泡體中的鈉原子和所述外泡體中的汞原子發(fā)光放電。
2.根據(jù)權(quán)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(nèi)泡體的端部封接在一起，所述腔體在該內(nèi)泡體的端部和外泡體的端部具有開口，所述磁芯經(jīng)由該開口插入所述腔體。
3.根據(jù)權(quán)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(nèi)泡體的端部具有開口，所述磁芯經(jīng)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(jù)權(quán)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(nèi)泡體同軸嵌入該外泡體,所述內(nèi)泡體在中心軸處內(nèi)凹形成所述腔體。
5.根據(jù)權(quán)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(nèi)泡體中的鈉原子發(fā)光放電時，鈉蒸汽的氣壓為0.1Pa?lOPa，內(nèi)泡體內(nèi)的溫度為200°C?300°C ;所述外泡體中的萊原子發(fā)光放電時，萊蒸汽的氣壓為0.6Pa至IPa。
6.根據(jù)權(quán)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(chǎn)生的耦合電磁場頻率為30KHZ至100MHZ。
7.根據(jù)權(quán)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(nèi)泡體中填充有惰性氣體。
8.根據(jù)權(quán)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(nèi)填充有惰性氣體，所述外泡體的內(nèi)壁涂覆有熒光粉。
9.根據(jù)權(quán)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(nèi)泡體的管壁橫截面積為0.2cm2至50cm2。
10.根據(jù)權(quán)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(nèi)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】H01J61/34GK203707081SQ201420076201
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】李文鵬, 李維德 申請人:江蘇立德照明產(chǎn)業(yè)有限公司