[发明专利]高压钠蒸气灯及所用三元汞合金

说明书

本发明涉及的高压钠蒸气灯，它属于钠蒸气压为数十乇时在钠和汞的蒸气中发生电弧放电的高压钠蒸气灯，它特别涉及能产生为灯的工作所必需的蒸气的汞合金的组成。

钠蒸气放电灯的工作特性，大部分由蒸气的组成和压力确定，也由稀有气体，例如是氖、氩、氙或它们的混合物的组成和压力确定，加入的蒸气、气体用来起动电弧放电。低压钠灯包含的钠蒸气分压一般是几个毫乇，而起动气体压力则约20乇，这种灯提供高发光效率的单色黄光谱区。宽得多的光谱亮度可由高压钠灯获得，灯里的汞和钠蒸气的钠-汞原子比为2或3∶1。所需的蒸气是通过给灯装载钠汞合金建立起来的，其在灯的工作所得到的蒸气压特性是，汞分压约一个大气压（760乇），钠分压至少为60乇，后者通常不超80乇。但钠辐射包含很宽的色频带，而且超过了汞在其特征紫外光谱区中辐射的功率。汞蒸气使灯的工作增加，但降低其电流，从而改进工作效率。

高压钠蒸气（“HPS”）灯的工作寿命是其在商业上成功的一个重要理由，400瓦HPS灯的额定寿命约22，000小时。限制寿命的重要因素在于，灯连续使用会使灯的工作电压增加。这大部分由于每次一接通灯，电极的表面就会溅射。这种溅射的结果，使电极材料迁移，例如其上的钨和电子发射涂层溅射到电弧管管壁，使电弧管端室（endchamber）变黑。这会使管的温度上升，增加其中的汞和钠的蒸气压。申请人曾经发现，溅射现象和灯接通后要到达其稳定状态的工作电压所需的时间有关，更快达到稳态条件的那类灯，溅射减少，因而增加灯的寿命。

众所周知，放电灯中包含各种辅助金属，会使灯的工作特性产生显著的改变。例如，1971年12月21日颁发的美国专利第3，629，641公开了低压汞蒸气放电灯，如萤光灯，其中的发光效率变得较少依赖温度，方法是在管中加入铟或铟汞合金，铟-汞的比例按重量计为3∶1到12∶1。1972年7月18日颁发的美国专利第3，678，315公开了一种低压钠蒸气灯，其中包含的铟的原子浓度超过钠的原子浓度，减少灯工作期间钠蒸气压对温度的依赖性，因此，即使工作在高电流电平，也能维持高的发光效率。然而，起动高压钠蒸气灯期间电极溅射的问题至此也未解决。

按照本发明，如在灯中提供一种由钠、汞和自铟、镓和锡的组合中选出一个组成三元汞合金作为工作蒸气源，则在灯压逐渐达到稳定工作电平期间，使高压钠蒸气灯的起动时间缩短。这样一种金属，其原子比例在该汞合金中，至少等于汞的但不超过钠的原子比例，而钠的原子比例，至少是汞的两倍，但不超过四倍。和先有的HPS灯（其中的工作蒸气源是钠和汞的二元汞合金）比较起来，三元汞合金灯的起动时间大约是一半长。三元汞合金HPS灯的进一步的优点是其中的总蒸气压和汞分压，比起二元汞合金来有较少的温度依赖性。这种做法减少工作电压随温度的变化，因而，简化控制灯电压的镇流电路的设计。

图1是HPS灯的正视图，按本发明，它包括三元汞合金。

图2是含钠的二元和三元汞合金的HPS灯中，钠和汞蒸气压随温度变化的曲线图。

图1中的灯由一密封透光的细长玻璃，例如抗高温的硼硅玻璃，套管1组成，套管1的底端有一管座装置，其狭长颈部2封以凹腔心柱3，心柱3上覆以夹具4。按常规的做法，固定在颈部2的是螺纹外壳5和一标准大型螺纹管座的绝缘的中部接触6。一对刚性引入线导体7，8通过心柱3伸入管内，并接到外壳5和接触6。放入套管1的是一根细长的高压蒸气电弧放电管9，用烧结的多晶氧化铝陶瓷做成，能经受得起钠蒸气的高度腐蚀的浸蚀。放电管9包含压力不足时的起弧媒介物，由钠和汞的蒸气以及起动气体，例如氙组成。放电管9的端部用套筒形的铌金属端盖10，11封住，通过这些盖的是焊接过的铌管12，13。围绕着管12和13并延伸超过12，13管两端的是钨丝螺状线圈14、15，其中是支承的钨电极16，17。为了得到加强的电子发射，金属氧化物可以保留在钨丝线圈14、15匝间缝隙。底部铌管13用以抽空放电管并在制造期间引进必需的钠和汞装填量以及其中的起动气体氖。之后，用封焊18密封管13，并用作过剩汞合金的储存器，在灯工作期间形成液池。

电弧管9用一金属框19支承在管套1里，金属框架将引入线导体8电连到上铌管12。下铌管13则电连到引入线导体7。框架19和铌管12间的连接由有弹性的导体编织物20做成，以便电弧管9的伸缩。框架19由有弹性的弹簧薄片构件21支承在套管1的狭窄圆顶处。灯也包括含钡的吸气坏22，它在灯工作期间急速蒸发，以便得到电弧管9的真空工作环境。