專利名稱：光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光源，尤其是一種白熾燈，包括一個(gè)燈泡，布置在燈泡內(nèi)的燈絲和燈絲的發(fā)熱裝置，其中燈絲既發(fā)射可見光，也發(fā)射熱輻射。
背景技術(shù)：
所述類型的光源很長時(shí)間以來已在實(shí)際應(yīng)用中為人們所熟知，并且具有不同的結(jié)構(gòu)型式和尺寸規(guī)格。其中，例如白熾燈，人們知道它是一種電光源，一般其中有一根鎢絲，通過電流加熱達(dá)到盡可能高的溫度。同時(shí)產(chǎn)生熱輻射，熾熱的金屬絲的光效能隨著溫度的升高而增強(qiáng)。除此以外，眾所周知，還有所謂的非熱輻射源，如采用低壓或高壓結(jié)構(gòu)型式的惰性氣體、水銀，鈉或金屬鹵化物放電燈，統(tǒng)稱為放電燈。
迄今為止，人們所了解的用電工作的各類電光源，它們共同的缺點(diǎn)是從電功率轉(zhuǎn)換成可見光的光功率的效率很低。轉(zhuǎn)換率幾乎超不過30％。所耗用的電功率的大部分主要是表現(xiàn)為熱量形式的沒有經(jīng)濟(jì)效益的損耗功率。
提高人們所知的這種光源的一種可能性在于，把由燈絲或熾熱的金屬絲發(fā)射的熱量由燈泡的內(nèi)側(cè)反射回到燈絲或熾熱的金屬絲上去。由此產(chǎn)生一種燈絲的或熾熱金屬絲的返回?zé)?。這樣所得到的結(jié)果是，為了達(dá)到同樣的的燈絲溫度，較之在沒有反射的情況下進(jìn)行加熱時(shí)所需要的電功率要小。而由燈泡所發(fā)射的可見光功率則是完全相同的。在理想的情況，只需要發(fā)射可見光功率和由燈泡所吸收的熱損耗功率加起來的那么多的電功率。轉(zhuǎn)換效率改善的百分率相當(dāng)于反射的熱輻射率。如果我們以鎢絲燈的一般熱損耗為大約25％為依據(jù)，忽略燈泡內(nèi)側(cè)的鏡面化鍍層的輻射吸收，理論上，轉(zhuǎn)換效率可以提高到75％或140流明/瓦特，典型情況下，其中電介質(zhì)鏡面化鍍層的吸收只有0.1％。
如果燈泡內(nèi)側(cè)的鏡面化鍍層具有例如99.9％的反射能力，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鏡面化鍍層材料中吸收的光子為千分之一。因此，在輻射發(fā)射到燈泡中時(shí)，在光子通量完全被吸收到燈泡中之前，它在燈泡內(nèi)側(cè)上只能進(jìn)行1000次的反射。光子通量在反射軌道上與燈絲或熾熱金屬絲相遇并被吸收的概率，與燈絲的體積或燈絲的表面面積與燈泡的反射體積或燈泡的反射表面面積之比成正比。
因此，為了使燈絲達(dá)到盡可能高的返回?zé)崃?，如果燈絲的面積相當(dāng)大，以至于光子通量在經(jīng)過盡可能少的反射次數(shù)之后在燈泡的內(nèi)側(cè)與燈絲相遇并被吸收，這樣才具有優(yōu)越性。
但是，這樣做的缺點(diǎn)是，當(dāng)燈絲的面積變大時(shí)，燈絲的電阻變小，以至于為了達(dá)到發(fā)光所需要的燈絲溫度，要求燈絲中的電流要明顯高于一般燈絲面積或一般燈絲橫截面情況下流過燈絲的電流。這可能給電源的用戶造成安全危險(xiǎn)。這樣，綜合起來考慮，在盡可能高的燈絲面積和為此所需要的不利的高電流這個(gè)問題上就會(huì)陷入困境。
發(fā)明的概要說明為此，本發(fā)明的基本任務(wù)就是，用簡單的方法，使本文開頭所述類型的光源安全地實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。
上面所提出的任務(wù)是通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的光源解決的。據(jù)此，這種光源是這樣構(gòu)成的，即加熱裝置具有一個(gè)用來間接加熱燈絲的加熱元件。
按照符合本發(fā)明的方式可以斷定，用令人驚異的簡單方法構(gòu)成一種獨(dú)立的燈絲加熱元件可解決上述任務(wù)。其中，燈絲間接地通過加熱元件加熱，這樣所產(chǎn)生的一大優(yōu)點(diǎn)是，燈絲的設(shè)計(jì)可以與其電阻特性無關(guān)，因此，有可能實(shí)現(xiàn)大面積的燈絲，它對(duì)由燈泡內(nèi)側(cè)反射的熱輻射具有高吸收能力，實(shí)現(xiàn)為加熱燈絲所需要的加熱設(shè)備可以與燈絲的設(shè)計(jì)構(gòu)型無關(guān)。因此，一種可以利用可安全使用的電流工作的加熱設(shè)備也是可以實(shí)現(xiàn)的。加熱設(shè)備與燈絲之間不再需要電接觸。
因此，利用符合本發(fā)明的光源可以提供一種用簡單方法就能達(dá)到高轉(zhuǎn)換效率和高安全性的光源。
在盡可能有利的熱輻射吸收特性方面，燈絲可以設(shè)計(jì)成帶狀的，或完全一般地設(shè)計(jì)成扁平燈絲。作為一種替代方式，燈絲也可以完全一般地設(shè)計(jì)成體積燈絲，也就是占有一定空間的體積，或包括一定的體積。特別是，燈絲可以設(shè)計(jì)成盤形的或圓柱形的。其中，設(shè)計(jì)構(gòu)型可以設(shè)想為完整的圓柱形外殼或圓柱形外殼的一部分，特別是可以設(shè)想為圓柱形外殼的一半。在基本上為完整的圓柱形外殼的情況下，這種圓柱形外殼也可以設(shè)計(jì)成在側(cè)面敞開的或者有縱向開口的。這樣對(duì)于燈絲的散熱性能是有利的。
為了保證能特別有效的吸收由燈泡內(nèi)側(cè)發(fā)射的熱輻射，圓柱形外殼或部分圓柱形外殼或半個(gè)圓柱形外殼的直徑可以設(shè)計(jì)得略小于燈泡的直徑。特別是，在這種情況下，燈絲可以布置在燈泡的中心，并且/或者布置在燈泡內(nèi)與燈泡的縱向軸線共軸的位置上。
根據(jù)燈絲的設(shè)計(jì)構(gòu)型，燈絲可以把燈泡的整個(gè)內(nèi)腔分成一個(gè)或多個(gè)半內(nèi)腔或分內(nèi)腔。
燈泡可以具有一個(gè)如此之大的外表面，以至于可以通過對(duì)流冷卻或通過其它強(qiáng)制冷卻方法把由于例如吸收熱輻射所產(chǎn)生的表面熱量帶走，燈絲或燈泡的尺寸和形狀可以相應(yīng)地相互調(diào)整。
原則上，燈絲可以用鎢和/錸和/或鉭和/或鋯和/或鈮。這可由對(duì)光源特性的具體要求來決定。其中，燈絲采用上面提到的各種材料可以采取熔結(jié)的形式。
另外，燈絲可以至少部分地安裝在一種非金屬材料上?？梢愿纳茻艚z的機(jī)械穩(wěn)定性。
鑒于表面溫度特別高以及在可見的范圍內(nèi)的光通量特別高，燈絲至少可以部分地用碳化鉭和/或碳化錸和/或碳化鈮和/或碳化鋯構(gòu)成。這樣，可以使得表面溫度達(dá)到高于現(xiàn)在人們所了解的鎢絲燈一般所能達(dá)到的表面溫度。
具體地說，加熱元件可以是一種通過電流加熱的熾熱元件。同時(shí)，燈絲通過熾熱元件的熱輻射被加熱。熾熱元件可以與燈絲無關(guān)，獨(dú)立地適應(yīng)燈的性能。熾熱元件可以是采用特別簡單方式的一種螺旋線燈絲。
鑒于燈絲通過熾熱元件加熱特別便利，所以，熾熱元件可以布置在由燈絲構(gòu)成的一個(gè)內(nèi)腔或半內(nèi)腔內(nèi)，最好是布置在一個(gè)圓柱形外殼內(nèi)或半個(gè)圓柱形外殼內(nèi)。這樣，熾熱元件輻射熱的大部分差不多都被燈絲所吸收。如果燈絲的構(gòu)型被設(shè)計(jì)成在一定范圍敞開的物體，例如被設(shè)計(jì)成半圓柱形外殼，熾熱元件可以起補(bǔ)充發(fā)光的作用。這種情況下，熾熱元件是在由燈絲的構(gòu)型所決定的方向上產(chǎn)生輻射。如此，在燈絲被加熱到進(jìn)行光發(fā)射的溫度之前，光源可能已經(jīng)發(fā)光。因此，這洋基本上就避免了從激活光源到光發(fā)射之間的時(shí)滯現(xiàn)象。
熾熱元件可以用特別簡單的方式用鎢絲構(gòu)成。對(duì)此，可以設(shè)想采用傳統(tǒng)的螺旋線加熱鎢絲。
采用結(jié)構(gòu)上特別簡單的方法，燈絲可以固定在加熱元件或熾熱元件的引線上。這樣可以避免在燈泡內(nèi)另外采用燈絲固定設(shè)施。
作為對(duì)于用電加熱的熾熱元件的可交替使用的方案或補(bǔ)充手段，為了間接地加熱燈絲，可以在燈泡內(nèi)或燈泡外布置磁感應(yīng)器。這樣可以以簡單的方式間接地加熱燈絲。
為了優(yōu)化對(duì)可見光透明的燈泡內(nèi)側(cè)的反射狀態(tài)，燈泡可以在其內(nèi)側(cè)加以鏡面化鍍層。同時(shí)，這樣可能以特別有利的方式處理介電多層鍍層問題。其中采用光譜可選擇的鏡面化鍍層，它基本上能反射熱輻射成分和傳送可見的輻射射線。
如果采用一種不完全把熾熱元件封閉起來的燈絲，熱輻射將由熾熱元件直接發(fā)射到燈泡的內(nèi)側(cè)。燈泡的內(nèi)側(cè)又會(huì)將熱輻射反射到燈絲上。
頭燈絲發(fā)射的熱輻射也會(huì)被燈泡的內(nèi)側(cè)反射，因而有助于燈絲的反饋加熱?？偫ㄆ饋恚景l(fā)明的光源可以稱之為輻射爐燈，其中，燈泡被設(shè)計(jì)成一個(gè)由內(nèi)部加熱的紅外輻射的輻射爐。
由于燈絲具有可以達(dá)到的大面積，因此可以構(gòu)成大光功率的光源。光源的色溫也可以與燈絲或熾熱元件的的表面溫度無關(guān)，獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整。這一點(diǎn)可以通過光譜可選擇的鏡面化鍍層實(shí)現(xiàn)，光譜可選擇的鏡面化鍍層可以預(yù)先傳送由燈泡發(fā)射的輻射功率的光譜分布以及由此而產(chǎn)生的色溫。
特別是，與迄今使用的同等光功率的熱光源相比，不僅降低了熾熱元件的表面溫度，而且也降低了燈絲的表面溫度，這是因?yàn)椋环矫?，熾熱元件的總輻射功率只相?dāng)于可見輻射功率與光源熱損失功率之和。但是，這與迄今類似的熱輻射器的總輻射功率要小，即小被再反射的和被再吸收的熱輻射部分或紅外輻射功率部分。根據(jù)斯特凡-博爾茨曼定律，總比熱輻射是溫度的函數(shù)，因此，與迄今類似的熱光源相比，本發(fā)明的熾熱元件可以在較低的溫度下工作。另一方面，燈絲的表面溫度相比之下也同樣被調(diào)整得比較小，因?yàn)橥ㄟ^較大的和溫度較低的燈絲表面可以產(chǎn)生類似的光通量。因此，燈絲表面構(gòu)成了一個(gè)設(shè)計(jì)上新的和附加的自由度。
雖然燈絲可以在相對(duì)較低的溫度下工作，因而所產(chǎn)生的燈絲材料的蒸發(fā)也相對(duì)較小，但由于表面面積很大，不需要的蒸發(fā)可能出現(xiàn)在盡可能接近燈泡內(nèi)側(cè)的位置上。由于蒸發(fā)的和沉積在燈泡內(nèi)側(cè)附近的燈絲材料，降低了燈泡內(nèi)側(cè)的或燈泡內(nèi)側(cè)鏡面化鍍層的反射率，從而提高了燈泡的或鏡面化鍍層的吸收率，即提高了熱損失功率。因此，進(jìn)一步降低燈絲材料的蒸發(fā)是很有意義的。
為了降低燈絲材料的蒸發(fā)，可以在燈泡內(nèi)投放惰性氣體和/或鹵素氣體，其中鹵素氣體可能具有溴和/或碘。這樣，在使用鎢燈絲的情況下可能產(chǎn)生通常的鎢碘循環(huán)。
作為可替代的解決蒸發(fā)問題的另一個(gè)解決辦法，可以用一種涂敷材料給燈絲或熾熱元件涂上一層涂層，涂敷材料的熔點(diǎn)高于燈絲和/或元件或熾熱元件。這個(gè)問題的關(guān)鍵在于與溫度相關(guān)聯(lián)的固體的蒸汽壓力與它的熔點(diǎn)的關(guān)系。另外，沉積的涂敷材料的吸收率略低于一般燈絲或熾熱元件的沉材料的積層。作為熔點(diǎn)很高的涂敷材料，可以使用例如碳化鉭和/或碳化錸和/或碳化鈮和/或碳化鋯。
通過設(shè)計(jì)上規(guī)定的大燈絲面積可以產(chǎn)生，并由光源發(fā)射出很大的光通量，以至于只使用一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的光源就能照明很大的建筑物內(nèi)部空間外部場(chǎng)地。
附圖的簡單說明有不同的可能性，以優(yōu)異的方式把本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)出來和進(jìn)而制造出來。為此，一方面要了解權(quán)利要求1后面的諸項(xiàng)權(quán)利要求，另一方面還要了解根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的說明。與根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的說明結(jié)合起來，還能普遍地解釋對(duì)原理進(jìn)行較佳的設(shè)計(jì)和進(jìn)而制造的方法。在圖中

圖1是一透視側(cè)視圖，表示本發(fā)明的一光源實(shí)施例，圖2是-圖1所示的實(shí)施例的俯視圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)敘述圖1用透視側(cè)視圖表示本發(fā)明一光源的實(shí)施例。光源被設(shè)計(jì)成白熾燈，它有一個(gè)燈泡1，燈泡內(nèi)布置有一燈絲2。為了給燈絲2加熱，設(shè)有一發(fā)熱裝置3，要為它提供一定的電流。被加熱的燈絲2既發(fā)射可見光，也發(fā)射輻射熱。被加熱的燈絲2的溫度約為3000攝氏度。
考慮到光源的高轉(zhuǎn)換效率和工作的可靠性，發(fā)熱裝置3有一個(gè)發(fā)熱元件4，用來間接給燈絲2加熱。發(fā)熱元件4是一個(gè)螺旋線形的熾熱元件，可以用鎢制成。燈絲2基本上被設(shè)計(jì)成圓柱形外殼形狀，因此對(duì)于由燈泡1的內(nèi)側(cè)發(fā)射的熱輻射有較大的吸收面積。這樣，燈絲2可以有效地通過發(fā)射的熱輻射被重復(fù)加熱。因此，與光功率相同的傳統(tǒng)的加熱元件4所需要的溫度相比，它可以選擇較低的溫度。所以。根據(jù)本發(fā)明的光源與傳統(tǒng)的光源相比，可以以較小的能源工作，因而比傳統(tǒng)的光源更經(jīng)濟(jì)。
圓柱形外殼形的燈絲2用簡單的方法固定在發(fā)熱元件4的饋電引線5上。發(fā)熱元件4或呈螺旋線形的熾熱元件的定位與燈絲2同心或同軸。燈絲2的布置則又與似管狀形的燈泡1同心和同軸。圓柱形外套形的或管狀形的燈絲2是用鎢制成的。
在燈泡1的下端設(shè)有與饋電引線接觸的電觸點(diǎn)6。電觸點(diǎn)6與燈泡1的下端熔接。
燈絲2的直徑略小于燈泡1的直徑。
在燈泡1的內(nèi)側(cè)設(shè)有一層鏡面化鍍層7。鏡面化鍍層用來充分有效地反射由發(fā)熱元件4和/或燈絲2發(fā)射的熱輻射。
發(fā)熱元件4和/或燈絲2可以設(shè)一層熔點(diǎn)很高的材料鍍層。這樣可以減少燈絲和/或發(fā)熱元件材料的蒸發(fā)。
圖2用一俯視圖表示圖1的實(shí)施例。其中特別可以特別清楚地看出，燈絲2基本上是布置在燈泡1內(nèi)的同心位置，發(fā)熱元件基本上定位在燈絲2的中部。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)出來和進(jìn)而制造出來的更多的優(yōu)點(diǎn)，一方面可以從一般說明中了解，另一方面也可從所附權(quán)利要求中了解。
最后需要特別強(qiáng)調(diào)指出，前面完全是隨心所欲地挑選的實(shí)施例僅僅是為了說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的原理并不局限于這個(gè)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1，一種光源，特別是白熾燈，包括一個(gè)燈泡(1)，一布置在燈泡內(nèi)(1)內(nèi)的燈絲(2)和燈絲(2)的發(fā)熱裝置(3)，其中燈絲(2)既發(fā)射可見光，也發(fā)射熱輻射，其特征在于，發(fā)熱裝置(3)具有一個(gè)發(fā)熱元件(4)，用來間接地加熱燈絲(2)。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，其燈絲被設(shè)計(jì)成帶狀的，或被設(shè)計(jì)成扁平燈絲。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，其燈絲(2)被設(shè)計(jì)成盤形，圓柱形或被設(shè)計(jì)成體積燈絲。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，其燈絲被設(shè)計(jì)成半圓柱形外殼。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，其燈絲(2)被設(shè)計(jì)成敞開的，縱向開口的圓柱形外殼。
6，根據(jù)權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，圓柱形外殼或半圓柱形外殼的直徑僅略小于燈泡(1)的直徑。
7，根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，其燈絲(2)被布置在燈泡(1)的同心位置。
8，根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，燈絲(2)被布置在與燈泡(2)同軸的位置。
9，根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，其燈絲(2)含有最好是熔結(jié)的形式的鎢和/或錸和/或鉭和/或鋯和/或鈮。
10，根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，其燈絲至少部分地是由一種非金屬構(gòu)成的。
11，根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，其燈絲至少部分地是由碳化鉭和/或碳化錸和/或碳化鈮和/或碳化鋯構(gòu)成的。
12，根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，加熱元件(4)是一種通過電流加熱的熾熱元件。
13，根據(jù)權(quán)利要求12所述的光源，其特征在于，熾熱元件是一種加熱螺旋線。
14，根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的光源，其特征在于，熾熱元件被布置在一個(gè)由燈絲(2)構(gòu)成的內(nèi)腔或半內(nèi)腔中，最好是布置在一個(gè)圓柱形外殼或一個(gè)半圓柱形外殼中。
15，根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，熾熱元件是由鎢構(gòu)成的。
16，根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，燈絲(2)被固定在加熱元件(4)的一饋電引線(5)上。
17，根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，為了間接地加熱燈絲，在燈泡內(nèi)布置了磁感應(yīng)器。
18，根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，為了間接地加熱燈絲，在燈泡外布置了磁感應(yīng)器。
19，根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，燈泡(1)在其內(nèi)側(cè)有一層鏡面化鍍層(7)。
20，根據(jù)權(quán)利要求19所述的光源，其特征在于，鏡面化鍍層(7)是由多層介電質(zhì)鍍層構(gòu)成的。
21，根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，在燈泡(1)內(nèi)充有一種惰性氣體和/或鹵素氣體。
22，根據(jù)權(quán)利要求21所述的光源，其特征在于，鹵素氣體含有溴和/或碘。
23，根據(jù)權(quán)利要求1到22中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，燈絲(2)和/或熾熱元件鍍有一種鍍層材料，這種材料的熔點(diǎn)高于燈絲和/或熾熱元件材料。
24，根據(jù)權(quán)利要求23所述的光源，其特征在于，鍍層材料含有碳化鉭和/或碳化錸和/或碳化鈮和/或碳化鋯。
全文摘要
一種光源,尤其是一種白熾燈,包括一個(gè)燈泡(1),布置在燈泡內(nèi)的燈絲(2)和燈絲(2)的發(fā)熱裝置(3),其中燈絲(2)既發(fā)射可見光,又發(fā)射熱輻射,其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為了保證在電功率與光功率之間達(dá)到高轉(zhuǎn)換效率,其發(fā)熱裝置(3)具有一個(gè)用于間接加熱燈絲(2)的加熱元件(4)。
文檔編號(hào)H01K3/00GK1370328SQ00811908
公開日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2000年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月22日
發(fā)明者J·阿諾爾德 申請(qǐng)人:Ip2H股份公司