能量变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术的白炽灯，在表面的至少一部分区域排列能够抑制比规定波长长的波长的辐射的多个空腔（１２０）的辐射体（灯丝１０２），将灯（１０２）与大气隔绝的玻璃灯泡（１０１）。在灯丝（１０２）的上述区域，具有包含钨和碳的层（碳化钨），在玻璃灯泡（１０１）的内部密封含有碳的气体及惰性气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具备能够抑制比规定波长长的波长辐射的辐射体的能量变换装置，特别涉及具备变换电能为光能的灯丝的白炽灯。
技术介绍
作为照明光源、广泛普及的白炽灯，具有作为热辐射体(thermalradiator)功能的灯丝，热辐射体是通过热辐射(thermal radiation)放出电磁波的辐射源，而热辐射是通过加在物体的原子或分子上的热产生辐射(电磁波的辐射)。热辐射能量由物体的温度决定，具有连续的光谱分布。下面，为简单起见称热辐射体为辐射体或灯丝。白炽灯在彩色再现性上性能优越，可通过简单的使用器具点亮，由于利用了灯丝的发热形成的辐射，所以可见光区的辐射少到全部的10％左右(例如动作温度为2600K时)，更具体的，红外线辐射的能量密度相对于辐射的全部能量密度的比例占到70％左右，是起支配作用的，另外由白炽灯内密封的气体引起的热传导、对流等组成的热损失也有20％左右。因此，白炽灯的可见光辐射效率低到15lm/W左右，于是研究通过抑制占有辐射体辐射的电磁波全体的约70％的红外线辐射，来提高可见光辐射的效率。为了抑制此红外线辐射，谋求照明效率的提高，现已公开了在灯丝表面形成微细的凹凸是有效的这样的报告(例如专利文献1)。图6(a)及(b)表示了专利文献1中所公开的装置。图6所示的装置具有在钨丝的表面上配设边长为0.35μm的正方形形状的、深度为7μm的空腔导波管的构成。通过采用这样的构成，截断比规定波长(例如700nm以上的波长)长的波长的辐射，达到提高照明效率的目的。通过图6的构成，照明效率在从2000K到2100K的动作温度上，可提高到以往的6倍。专利文献1特开平03-102701号公报(第6页左下栏)。热平衡状态下的热辐射的光谱，遵循普朗克辐射定律，依赖于温度。图2表示黑体辐射的温度依赖性的图表。图表的纵轴是黑体的分光辐射亮度BλΔλ[单位W·cm-2str-1](Δλ＝10nm)，横轴是辐射的波长[单位μm]。例如当白炽灯的动作温度为1600K时，通过其灯丝辐射的光的分光亮度分布用图表中的附有[1600K]的曲线表示，由此曲线可知峰值为波长2μm左右，红外线的辐射比率较高。从图2明显可知，当辐射体的温度从1200K上升到2000K时，可见光区的辐射提高到3位数以上，而红外线区的辐射没怎么变化，由此可知要想得到效率良好的可见光辐射，最佳方式是将动作温度设定在2000K以上，特别在利用辐射体作为照明光源的情况下，如果动作温度比2000K低，则红色变强，不理想。因此辐射体由耐2000K以上的高温动作的钨丝等的高熔点材料形成。本专利技术者在钨丝的表面形成微细的凹凸结构(以下称为空腔)的阵列，进行了各种各样的实验，其结果是在形成每个尺寸为1μm以下的微细的空腔阵列的钨丝上，尽管钨丝的熔点3650K，但在1200K左右的温度时、观察到了短时间内空腔阵列会损坏的这一趣味深刻的现象。如前所述，白炽灯的灯丝必需在2000K以上的高温下动作，另外要求白炽灯的寿命要长，为了抑制红外线区的辐射，在将空腔阵列的结构微细化到超微尺寸时、如果表面结构消失，不能将那样的辐射体应用到白炽灯、或其他高温下动作的白炽灯中。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于上述情况而产生的，其主要目的在于提供一种延长表面内径在5μm以下的具有空腔结构的辐射体寿命、在高温下可长时间稳定动作的白炽灯。本专利技术的白炽灯具备容器和配置在上述容器的内部、在表面的至少一部分的区域内排列的多个空腔的灯丝，在上述灯丝的上述区域具有包含钨和碳的层，在上述容器的内部密封有具有碳原子的分子的气体。在优选方式中，具有上述碳原子的分子的气体，含有碳氢化合物。在优选方式中，上述碳氢化合物一般表示为CnHm(n、m为整数)。在优选方式中，有m＝2n+2的关系成立。在优选方式中，n为1以上3以下的整数。在优选方式中，包含上述钨和碳的层是包含碳化钨的层。在优选方式中，上述空腔具有抑制比规定波长长的波长辐射的功能。在优选方式中，上述空腔具有圆筒形状，上述圆筒形状的直径在5μm以下。本专利技术的能量变换装置具备容器和配置在上述容器的内部、在表面的至少一部分的区域内排列的多个空腔的辐射体，在上述辐射体的上述区域具有包含钨和碳的层，在上述容器的内部密封具有碳原子的分子的气体。本专利技术的发电装置具备上述能量变换装置和变换由上述能量变换装置辐射的辐射为电能的元件。专利技术效果通过本专利技术，通过包含碳的气体的作用，可抑制包含碳和钨的层的蒸发，从而能够抑制空腔结构的崩溃与消失，由此实现将热能效率很高地变化为可见光进行辐射的长寿命的白炽灯。附图说明图1是本专利技术的实施方式1的白炽灯的主视图。图2是表示黑体辐射的分光辐射亮度的图表。图3(a)是表示在本专利技术中使用的辐射体表面的俯视图，(b)是其局部的放大图，(c)是(b)的I-I’线处截面图。图4(a)及(b)是比较例加热前后的表面SEM照片，(c)及(d)是关于本实施方式的辐射体301的加热前后的表面SEM照片。图5是表示钨和碳化钨的红外线区的辐射率的测定结果的图表。图6(a)是具备表面形成空腔阵列的辐射体的以往装置的俯视图，(b)是其截面图。图7(a)、(b)及(c)分别是关于加热前的灯丝、真空中加热的灯丝、及在添加CH4气体(1％重量)的气体保护气中加热的灯丝的SEM照片。上段为表示样本的截面全体的截面SEM照片，中段为放大样本表面附近的截面的截面SEM照片，下段为样本表面的SEM照片。图8是表示本专利技术组成的白炽灯的第2实施方式的立体图。附图文字说明101—玻璃灯泡、102—灯丝(辐射体)、103—密封部、104，105—金属箔、106，107—外部引线、108，109—芯棒、110—密封气体、120，310—空腔、301—辐射体。具体实施例方式本专利技术者进行了各种实验后确认如果在辐射体表面形成包含碳和钨的层(典型的是由碳化钨组成的钨化合物层)，则空腔阵列的热稳定性提高，表面的微细结构即使在高温下也不会被破坏，而能够被保持(未公开国际申请(PCT/JP2005/001130))。因此，如果将此种辐射体用于白炽灯，则有望实现白炽灯的长寿命。然而，当本专利技术者进行更进一步的实验时，在通常惰性气体的气体保护气中，由于碳化钨的蒸发在钨以上进行，所以可知被期待的白炽灯的长寿命化是不能实现的。本专利技术者发现通过在惰性气体中添加包含碳的气体，能够抑制存在于辐射体表面的包含钨和碳的层的重量的减少，完成了本专利技术。本专利技术的白炽灯具备在表面的至少一部分区域排列多个空腔(微型空腔)的灯丝(辐射体)和将灯丝与大气隔绝的容器。灯丝的上述区域，具有包含钨和碳的层；容器的内部密封具有碳原子的分子的气体。包含钨和碳的层的典型例是碳化钨(WC)。在此白炽灯中，如果供给灯丝电能或热能，则辐射体就会将该能量变换为辐射能量。在本专利技术中，存在于辐射体的表面的多数的微型空腔，可抑制由其尺寸决定的、比所定的波长长的波长的辐射，因此和不存在空腔的情况相比，在规定的波长以下的区域内，能够得到辐射光谱相对较强的效果。具备这样的辐射体的装置，不仅仅可作为将电能变换为光能的照明电源，还可作为将太阳能的光谱变换为由太阳电池组成的变化效率高的光谱的能量变换装置加以利用。在本专利技术中，密封在灯丝容器内的气体(保护气)显示了重要的作用，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白炽灯，具备：容器；和灯丝，其配置在上述容器的内部，在表面的至少一部分的区域排列了多个空腔，在上述灯丝中的上述区域具有包含钨和碳的层，在上述容器的内部密封有气体，该气体包含具有碳原子的分子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-10-14 299852/20041.一种白炽灯，具备容器；和灯丝，其配置在上述容器的内部，在表面的至少一部分的区域排列了多个空腔，在上述灯丝中的上述区域具有包含钨和碳的层，在上述容器的内部密封有气体，该气体包含具有碳原子的分子。2.根据权利要求1所述的白炽灯，其特征在于，包含具有上述碳原子的分子的气体包含碳氢化合物。3.根据权利要求2所述的白炽灯，其特征在于，上述碳氢化合物可用一般式CnHm表示，其中n、m为整数。4.根据权利要求3所述的白炽灯，其特征在于，m＝2n+2的关系成立。5.根据权利要求4所述的白炽灯，其特征在于，n为...

【专利技术属性】
技术研发人员：木本光彦，大久保和明，堀内诚，金子由利子，坂上美香，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]