[发明专利]优化的HID弧管几何结构

说明书

技术领域

本公开一般涉及优化的高强度放电(HID)弧管几何结构以改进灯色控制和温度分布。

背景技术

陶瓷金属卤化物(“CMH”)灯是特殊类型的高强度放电(“HID”)灯，以及更具体来说涉及金属卤化物电弧放电灯。这些灯已知为工作在高压力和高温度，并且具有由陶瓷材料所制成的放电管(经常称作“弧管”)。CMH灯的弧管包括稀有气体(例如氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)或者其混合物)、水银或者其备选的一部分(其蒸汽用作缓冲气体)和金属卤盐的混合物(例如NaI(碘化钠)、TlI(碘化铊)、CaI₂(碘化钙)和REI_n(其中REI_n表示稀土碘化物))的可电离填充。金属卤盐的这个混合物(有时称作“金属卤化物剂量”)负责灯的高发光效能、优良颜色质量和白色。用于CMH灯的特性稀土碘化物可包括DyI₃、HoI₃、TmI₃、LaI₃、CeI₃、PrI₃和NdI₃中的一个或多个。

具有陶瓷弧管的常规HID灯(例如高压钠(HPS)和陶瓷金属卤化物(CMH)灯)具有“盒形”(圆柱)几何结构的弧管设计。这个几何限制基本上归因于早期陶瓷弧管制造技术的限制，例如中心主体管部件的挤出和平坦盘形弧管端部(又称作“插塞”)的挤压。由于圆柱几何结构，常规CMH灯不是工作在跨弧管的整个中心主体部分的准均匀温度分布。具体来说，常规CMH弧管的放电室的一些区域甚至在高温稳态操作条件期间也可比其他区域要凉，并且这些较凉区域形成多个局部“冷点”位置。圆柱形状的CMH弧管设计呈现冷角，其充当局部冷点，特别是在封闭圆柱放电室的插塞表面和圆柱中心主体管的表面的界面部分。CMH灯的放电室中的汽化金属卤盐(例如碘化钠蒸汽)可按照饱和汽相存在，其中熔解金属卤盐的汽相和液相处于热均衡，并且均同时存在。液相之上的均衡蒸汽压力通过液相的温度来控制，液相的温度通常等于“放电室壁的内表面上的最冷点”的温度，因为这个物理点及其周围区域是蒸汽首先冷凝的位置。但是，一旦被冷凝，这个液体冷凝物通过重力来控制，使得它沿向下方向流动。如果冷凝剂量流动到放电室的内表面上的局部更热位置，则它迅速再汽化，并且剂量微滴的这种迅速汽化引起放电等离子体的瞬时蒸汽剂量密度的尖峰。蒸汽剂量密度的这类尖峰又生成灯电特性的电压尖峰，其也可引起光强度的尖峰以及来自灯的发射光的相关突然颜色变化。光强度的这类尖峰和关联的突然颜色变化是不合需要的，并且扰乱高质量照明环境、例如零售位置照明。

在CMH弧管的两个相对电极彼此进一步背向移动的设计中，它们之间的发光电弧放电变成线路发射器，以及拟相等辐照的表面原来是椭圆，其仍然是“球状体”放电室几何结构的一员。这种概念在过去一直用作用于对QMH放电室进行成形的基础，并且这个相同概念当前用来设计现有技术形状的CMH放电室。

但是，也必须考虑从热电极尖端到达CMH放电室的内表面的热辐射。来自弧管壁上的电极的这个附加辐照能够局部增加放电室的端部上的一些点的温度，这些端部是弧管的中心主体部分与CMH弧管的延长管状密封部分(又称作“分支”)汇合的界面区域。因此，当CMH灯沿垂直定向进行操作时，来自电极的定域热辐射能够再汽化液体金属卤化物剂量(其因重力而沿放电室壁的内部表面向下流动)。如果CMH弧管具有由两个半球所组成(并且其另外还可包括在弧管中心的圆柱段)的“球形”设计，则灯的垂直操作特别成问题，因为潜在局部过热和液体剂量微滴的再汽化可易于在这种CMH弧管的底部主体-分支界面段(“主体-分支过渡部分”)发生。这种情况可发生，因为球形弧管设计的半球端部不是完全适合线路发射器的热辐射场，并且不能适应来自电极的附加定域热通量。因液体剂量移动和再汽化引起的电、光和颜色不稳定性的这种现象引起CMH灯的瞬时颜色不稳定性和增加的颜色可变性，其通常称作“剂量不稳定性”。