射频驱动的硫灯制造技术

一种高强度无汞放电灯（１０），它被发明专利技术以辐射被选择的光谱，从装载含硫物质的外壳发出的光谱几乎完全位于可见光范围。灯应用发生激励信号的信号源（２０），它在外侧与外壳（１０）的外侧表面相耦合以激励所装载的含硫物质。灯（１０）的各种实施例采用邻近外壳（１０）的电极（１４，１４′）以便将激励信号（２０）与此耦合，电极（１４，１４′）的表面成形成与外壳（１０）的外侧表面的形状相互补。所讨论的两种形状是球形（１０′）和圆柱形（１０″）。为使丝状放电达到最小，每只外壳（１０）可包括一根固定在其外侧的细长杆（１２），从而旋转子系统旋转外壳（１０）。在还有另一实施例中，外壳（１０″）具带两个电极（３２，３４）的杜瓦瓶形状，一个电极放置在主体外弯曲侧表面的附近，而另一电极放置在通过外壳的孔的内表面。此外，外壳可包含被选惰性气体的再充气。以助长灯的激励，再充气在低于１个大气压的压力下进行。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高强度，高效率的照明系统，更具体地，涉及非汞充填的灯。
技术介绍
目前，诸如荧光灯、高压钠灯和卤化物灯的气体放电灯提供了具有良好色泽重显，能量高效的照明系统。按照功率水平和其它特殊性能，这些灯获得的能量效率在60流明/瓦(IPW)至110流明/瓦的范围之间。这些灯比普通白炽灯要有效得多，普通白炽灯在添加红外涂层时最好能获得35IPW，但较为普遍的是在15IPW范围。目前，上述气体放电灯通常采用元素的汞作为高效发生光的关键材料，而汞是一种有毒物质。1992年5月14日，名为“高功率灯”的PCT公开号WO92/08240和1993年10月28日，名为“具有可控特性的灯”的PCT公开号WO93/21655(这两份材料均已包含于此用作参考)公开了，在其中公开了一种新型无汞灯，它具有优异的色泽重显性能。该所述灯能在高功率下(在千瓦范围)高效地产生可见光，并应用对环境良性的硫或硒，包括含元素硫、元素硒或这些元素的化合物的物质，作为光发射器，应用在微波频率(≈2.25GHz)下运行的磁控管供电。光产生材料(硫)和惰性气体(氩)被一起包含在可转动的，小的透明石英球形灯泡之内。高效和良好色泽重显的潜能的理由在于所发射的辐射基本是连续的，绝大部分限于可见光波长范围的宽带光谱。采用较高效率的硫灯，包括那些低功率运行灯，作为一般的照明应用将具有优越性。为了达到这一点，现技术中出现的若干主要和有意义的技术问题必须解决。这些问题中最有意义的是 1、硫灯在低功率下，即20w/cc及以上，以射频频率的运行；2、硫灯在射频频率(＜1GHz)下的运行，其中现今对低功率电子供电电源的了解预示其十分高效的可能性(≈90％)；以及3、耦合系统的发展，以便射频功率能有效地输入硫灯，使亮度效率至少获得150流明/瓦。本专利技术提出了这样的一种灯系统。
技术实现思路
本专利技术提出的一种放电灯，它从外壳辐射的光谱能量分布几乎全部在可见光范围，该外壳容纳有含硫物质的光谱能量发射成分的光填材料，且该外壳对辐射能量的可见光部分是透明的。灯系统还包括信号源，它产生激励信号，该激励信号在外侧与外壳的外表面耦合以激励光谱能量发射成分辐射。在本专利技术的各种实施例中，至少采用两个邻近外壳，并由空气间隙分隔的电极将激励信号耦合至外壳。在这些实施例之一中，外壳的外表面具有预选的形状，而每个电极具有的表面形状是与外壳外表面的形状互补的。在该实施例中，电极的表面以与外壳外表面相间隔一个预选距离而放置，以便使激励能量对外壳内部的耦合效率达到最高。这些外壳形状中有一种是球形的，电极的表面是与外壳外表面的球形相一致的凸出的部分球。这些外壳形状中的另一种是圆柱形的，电极的表面是与外壳外表面的圆柱形状互补的凸出的部分圆柱。为了在具有上述电极形状的实施例的运行期间，使在外壳内部可能发生的丝状放电(不希望有的，且消除稳定的针状流束)成分最小，每一外壳包括一个附属在其外侧的细长的杆，而放电灯也包括一个与外壳的细长杆连接的旋转子系统以便使外壳绕该杆转动。在球形外壳情况，细长杆与此处的固定是使杆的细长轴线对准外壳的主球形轴线。对圆柱形外壳，细长杆与此处的固定是使杆的拉长轴线对准外壳的圆柱中央轴线。在本专利技术的另一个实施例中，外壳具有杜瓦瓶(Dewar)形状。在杜瓦瓶形状中，外壳包括主体部分和细长的中空杆。主体部分具有带顶部表面，底部表面和弯曲侧表面的圆柱形外侧，该弯曲侧表面基本与带孔的每个顶部和底部表面垂直，并在它们的周边之间伸展，还具有内表面，它确定于主体部分圆柱中央轴线上的顶部和底部表面之间。细长的中空杆具有轴线，它是该杆的长度，杆固定于主体部分的顶部表面，而杆的轴线对准主体部分和通过主体部分所确定孔的圆柱中央轴线。这样，杜瓦瓶形状的内部空腔的最终形状是一个圆柱形环。为使用以上泛泛说明的放电灯的总体系统，激励耦合装置包括两个电极。第一电极至少固定在外壳主体部分曲线侧表面的一个部分，而第二电极至少固定在外壳主体部分内表面的一个部分上。此外，第一和第二电极与激励信号源相连接以完善具有这种类型外壳的放电灯。此外，任何形状外壳的内侧空间可包含一种或多种所选的惰性气体的再充气，以便在激励能量施加到外壳上时，促进光谱能量发射成分的激励。在本专利技术中，再充气气体处于小于一个大气压的压力。所用的惰性气体是氩、氪和氙。改变任何这些气体的再充气压力，从而可选择从外壳发射的光的峰值波长和强度，其中，增加所选惰性气体的再充气压力引起从外壳发射的光谱能量分布在较低的可见光波长上峰化，而减少所选惰性气体的再充气压力引起从外壳发射的光谱能量分布在较多的可见光波长上峰化。对本专利技术的较低功率的发射灯，外壳的光谱能量发射成份充填物在外壳内侧空间的每cc体积中可有少于含6mg硫的物质。相类似，外壳的光谱能量发射成份充填物在外壳内侧空间的每cc体积中至少有含2mg硫的物质。上述一般说明的本专利技术的另一实施例提出，可具有射频信号作为激励信号以激励外壳的光谱能量发射成分充填物。该射频信号的频率可小于1GHz。相类似，该射频信号的频率至少为10MHz。对那些所包括的电极是在外壳外表面的外侧邻近处的外壳形状，应用电极表面的预选形状使电极表面和外壳外侧表面之间的距离达到最小，结果使由于外壳外侧表面和电极表面间的空气间隙引起的射频能量的无功耦合成分达到最小。在上述一般说明的射频激励放电灯的一个实施例中，被耦合至外壳内侧空间的射频能量小于每cc内侧空间体积为100瓦。相类似，在上述一般说明的射频激励放电灯的另一个实施例中，被耦合至外壳内侧空间的射频能量大于每cc内侧空间体积为20瓦。参考附图将对专利技术有更好的了解，其中附图说明图1是本专利技术灯的框图。图2是本专利技术灯的简化局部剖面图。图3a-3c是本专利技术采用的三种不同灯泡形状的三幅局部剖面图。图4a-4f是本专利技术发展期间，被试验的若干种球形灯泡和相关的射频(RF)电极的形状的示意图。图5展示了∑g(Sigmag)和∑u(Sigmau)状态时S2的势能曲线，还展示了在这些状态下硫的光谱和放电。图6是硫在亚大气环境中从激励开始阶段至完全激励阶段的发射光的光谱曲线图。图7是当硫的发射仅由温度造成时的，硫的发射光谱相对温度的图。图8是硫的发射光谱相对硫的充填物的光谱漂移图。图9是硫的发射光谱主要相对惰性充气气体压力的光谱漂移图。图10是惰性充气气体压力不变时，不同的硫充填物下的硫的发射光谱的光谱漂移图。最佳实施例说明A.本专利技术灯的总论图1是本专利技术硫灯的组成部分的框图。所示的含硫灯泡10带有与此结合的杆12，还带有与灯泡10的表面分隔一预定距离的电极14和14’。在本专利技术的两个实施例中，灯泡10在电极14和14’之间被旋转马达22通过杆12以预定速度旋转。在另一实施例中，射频信号以不同的方式施加到灯泡上，对此下文将讨论。也如图1所示，射频电源20对射频功率放大器18，然后对定向耦合器17，施加所选频率。定向耦合器17转而对射频电源20提供反馈，对匹配网络16供给射频功率信号以便将射频信号(在发展试验期间，采用10MHz至(GHz)施加到电极14和14’。最后，表示成电源24的方框代表当地交流或直流电源系统，用于运行旋转马达22和射频电源20。其次参考图2，图中是本专利技术硫灯的简化机械结构。这里又一次展本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放电灯，它用于辐射光谱能量分布，所述放电灯包括；光可透射外壳，该外壳确定内侧空间和球形外侧表面，所述内侧空间装载有光谱能量发射成分的充填物材料，它至少由含硫物质、含硒物质和所述物质的组合中的一种组成；电磁激励信号源；和一对电 极，该对电极与所述电磁激励信号源耦合，放置在所述外壳的所述球形外侧表面之外的邻近处，以便将电磁能量引入所述外壳的所述内侧空间，去激励所述光谱能量发射成分，所述两个电极中的每一个包括凸出的部分球形形状的表面，该球形形状表面与所述外壳的所述球形外侧表面互补，每一电极的所述表面靠近所述外壳的外侧表面而放置，并与该外侧表面相隔一预定距离。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治加博尔，托马斯罗伯特奥尔，查尔斯莫里斯格林，道格拉斯格登克劳福德，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]