[發明專利]優化的HID弧管幾何結構

在審

• 申請號: 201611021789.4
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN106887376A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: A.博羅齊基;P.霍爾瓦思
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01J61/30
• 分類號: H01J61/30;H01J61/33
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐予紅,姜甜

技術領域

本公開一般涉及優化的高強度放電(HID)弧管幾何結構以改進燈色控制和溫度分布。

背景技術

陶瓷金屬鹵化物(“CMH”)燈是特殊類型的高強度放電(“HID”)燈，以及更具體來說涉及金屬鹵化物電弧放電燈。這些燈已知為工作在高壓力和高溫度，并且具有由陶瓷材料所制成的放電管(經常稱作“弧管”)。CMH燈的弧管包括稀有氣體(例如氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)或者其混合物)、水銀或者其備選的一部分(其蒸汽用作緩沖氣體)和金屬鹵鹽的混合物(例如NaI(碘化鈉)、TlI(碘化鉈)、CaI₂(碘化鈣)和REI_n(其中REI_n表示稀土碘化物))的可電離填充。金屬鹵鹽的這個混合物(有時稱作“金屬鹵化物劑量”)負責燈的高發光效能、優良顏色質量和白色。用于CMH燈的特性稀土碘化物可包括DyI₃、HoI₃、TmI₃、LaI₃、CeI₃、PrI₃和NdI₃中的一個或多個。

具有陶瓷弧管的常規HID燈(例如高壓鈉(HPS)和陶瓷金屬鹵化物(CMH)燈)具有“盒形”(圓柱)幾何結構的弧管設計。這個幾何限制基本上歸因于早期陶瓷弧管制造技術的限制，例如中心主體管部件的擠出和平坦盤形弧管端部(又稱作“插塞”)的擠壓。由于圓柱幾何結構，常規CMH燈不是工作在跨弧管的整個中心主體部分的準均勻溫度分布。具體來說，常規CMH弧管的放電室的一些區域甚至在高溫穩態操作條件期間也可比其他區域要涼，并且這些較涼區域形成多個局部“冷點”位置。圓柱形狀的CMH弧管設計呈現冷角，其充當局部冷點，特別是在封閉圓柱放電室的插塞表面和圓柱中心主體管的表面的界面部分。CMH燈的放電室中的汽化金屬鹵鹽(例如碘化鈉蒸汽)可按照飽和汽相存在，其中熔解金屬鹵鹽的汽相和液相處于熱均衡，并且均同時存在。液相之上的均衡蒸汽壓力通過液相的溫度來控制，液相的溫度通常等于“放電室壁的內表面上的最冷點”的溫度，因為這個物理點及其周圍區域是蒸汽首先冷凝的位置。但是，一旦被冷凝，這個液體冷凝物通過重力來控制，使得它沿向下方向流動。如果冷凝劑量流動到放電室的內表面上的局部更熱位置，則它迅速再汽化，并且劑量微滴的這種迅速汽化引起放電等離子體的瞬時蒸汽劑量密度的尖峰。蒸汽劑量密度的這類尖峰又生成燈電特性的電壓尖峰，其也可引起光強度的尖峰以及來自燈的發射光的相關突然顏色變化。光強度的這類尖峰和關聯的突然顏色變化是不合需要的，并且擾亂高質量照明環境、例如零售位置照明。

在CMH弧管的兩個相對電極彼此進一步背向移動的設計中，它們之間的發光電弧放電變成線路發射器，以及擬相等輻照的表面原來是橢圓，其仍然是“球狀體”放電室幾何結構的一員。這種概念在過去一直用作用于對QMH放電室進行成形的基礎，并且這個相同概念當前用來設計現有技術形狀的CMH放電室。

但是，也必須考慮從熱電極尖端到達CMH放電室的內表面的熱輻射。來自弧管壁上的電極的這個附加輻照能夠局部增加放電室的端部上的一些點的溫度，這些端部是弧管的中心主體部分與CMH弧管的延長管狀密封部分(又稱作“分支”)匯合的界面區域。因此，當CMH燈沿垂直定向進行操作時，來自電極的定域熱輻射能夠再汽化液體金屬鹵化物劑量(其因重力而沿放電室壁的內部表面向下流動)。如果CMH弧管具有由兩個半球所組成(并且其另外還可包括在弧管中心的圓柱段)的“球形”設計，則燈的垂直操作特別成問題，因為潛在局部過熱和液體劑量微滴的再汽化可易于在這種CMH弧管的底部主體-分支界面段(“主體-分支過渡部分”)發生。這種情況可發生，因為球形弧管設計的半球端部不是完全適合線路發射器的熱輻射場，并且不能適應來自電極的附加定域熱通量。因液體劑量移動和再汽化引起的電、光和顏色不穩定性的這種現象引起CMH燈的瞬時顏色不穩定性和增加的顏色可變性，其通常稱作“劑量不穩定性”。