[实用新型]短弧灯

说明书

本实用新型涉及一种根据权利要求1之前序部分的短弧灯。具体而言，本实用新型涉及一种大功率的氙气短弧灯。此外，本实用新型还可与其它象水银短弧灯这样的短弧灯一起使用。具体而言，本实用新型可被应用于阳极直径较大的直流灯上。最佳的应用是在用于静止图象领域(例如大图象的幻灯片)和数字投影技术的放电灯，其中，因为胶片不移动，因此可以明显感觉到电弧的移动。

目前，有关电弧不稳定性的问题基本被认为是一种电极现象。迄今为止，人们仅仅试图找到一种适合于放电并尽可能有利于流动的电极形状(US-A5818169)。但是，在这种情况下，并未考虑灯泡内涡旋的逆流。充填气体(氙、氪或氩)或蒸汽(汞或另一种金属)流动内的动能并没有通过有利于流动的电极形状而减小，而且由气体反向流动而产生的对放电弧的涡流干扰也没有得以消除。

到目前为止，用于减小电弧不稳定性的措施列举如下：

-在增加电弧间距的同时，减小充填压力，从而用相同的电流得到相同的灯电压。但是，对于光学照相领域而言，具有尽可能小的电弧间距是很重要的，目的是模拟尽可能呈点状的光源。

-减小电流，因为当电流越小时，气体的涡流也越小。但是，在这种情况下，辐射通量也要减小，这一点很不利。

-使电灯沿垂直的燃烧位置工作，同时阳极设置于顶部。这样就在很大程度上限制了应用范围。

然而，所有这些措施都是为了应付紊流的后果，而不是从一开始就防止紊流发生。

本实用新型的目的在于提供一种属于权利要求1之前序部分所述类型的但显示出电弧不稳定性非常低(很高电弧稳定性)的短弧灯。

该目的可由权利要求1的特征部分方案来实现。更为有利的改进如从属权利要求所述的特征方案。

本实用新型主要适用于氙气短弧灯，尤其适用于低温充填压力大于5巴的短弧灯。本实用新型的短弧灯不仅可位于垂直的燃弧位置上，而且还可位于水平及具有所需倾角的燃弧位置上。本实用新型尤其适合应用于直流(DC)电灯的阳极上，而且其原理还可应用于给定的高瓦特数的阴极上。

理想的电弧能够在没有位移的前提下稳定燃烧。但是，实际上，电弧还是要受到充填气体之运动的影响。在这种情况下，主要产生两个力：

1、自然对流向上挤压电弧。

2、电弧上特定的电流密度分配及其自感磁场在直流电灯内会导致一沿阳极方向的强烈等离子体加速。这样，所产生的轴向气流就会撞击阳极的正面(前侧)并在阳极的侧向表面上偏转。为此，至少在阳极之正面的外部区域内应该被制造成锥形。

使气体加速的主要力量就是电弧内的电磁力。当气流围绕阳极流动时，就会产生层流和紊流。在阳极的下游，流动的充填介质(充填气体或蒸汽)撞击灯泡的端部并倒转其运动方向。这种逆流沿灯泡壁产生并通过灯泡的弯曲部分朝阴极的方向转向。这样，就在灯泡内产生了一填充介质(氙)的恒流，该恒流在靠近电灯轴线处被沿阳极的方向导引和在靠近灯泡壁处被朝阴极的方向导向。在该恒流上的叠加部分就是对流，在水平燃烧位置或略微倾斜的燃烧位置上，该对流部分将沿其垂直方向使气体转向。

电弧的不稳定性以两种方式受这些气流的影响：

1、充填介质内的紊流与电弧等离子区相互作用并产生不稳定的燃烧状态。

2、电弧发出的光在穿过灯泡壁离开灯泡之前必须穿过气体的体积。由于气体的高密度及气体内的紊流，从而使气体体积内的折射率产生剧烈的波动。这就使所发出的光产生很大的偏移。

本实用新型使充填介质流(具体而言，可以是氙和/或汞)对电弧的负面影响减至最小，从而改善电灯的电弧不稳定性。

上述的(影响)作用对于以下情况干扰愈明显：

-较大的电弧间距(＞2mm，一般为3至10mm)；

-高充填压力(＞5巴的惰性气体低温充填压力，或＞15巴的充填介质工作压力)；

-大电流(＞50A)。

从实验中得出下述重要的影响变量。这些措施目的是使灯泡内的电弧和所发出的光暴露给气体紊流尽可能的小的情况。除了电弧在灯泡内的合适位置外，气流的能量是一个重要的变量。气流动能的增加也会增加对电弧的影响。

本实用新型采用具有一定形状的阳极(如果是大功率灯，阴极也可采用这样的造型)，目的是减小充填介质的动能。

如果阳极的直径在前部电弧连接表面的下游变小，那么就会有一个凸起(凸出部分)在该位置上使充填介质产生涡流。这些流动在这一涡流中基本损失了其能量。在阳极侧面的后部区域内，充填介质以层流方式和低动能流开。这样，就能够保持电弧的不稳定性在电灯的整个寿命内都很微弱。