本公開一般涉及優(yōu)化的高強度放電(HID)弧管幾何結構以改進燈色控制和溫度分布。

背景技術：

陶瓷金屬鹵化物(“CMH”)燈是特殊類型的高強度放電(“HID”)燈，以及更具體來說涉及金屬鹵化物電弧放電燈。這些燈已知為工作在高壓力和高溫度，并且具有由陶瓷材料所制成的放電管(經常稱作“弧管”)。CMH燈的弧管包括稀有氣體(例如氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)或者其混合物)、水銀或者其備選的一部分(其蒸汽用作緩沖氣體)和金屬鹵鹽的混合物(例如NaI(碘化鈉)、TlI(碘化鉈)、CaI₂(碘化鈣)和REI_n(其中REI_n表示稀土碘化物))的可電離填充。金屬鹵鹽的這個混合物(有時稱作“金屬鹵化物劑量”)負責燈的高發(fā)光效能、優(yōu)良顏色質量和白色。用于CMH燈的特性稀土碘化物可包括DyI₃、HoI₃、TmI₃、LaI₃、CeI₃、PrI₃和NdI₃中的一個或多個。

具有陶瓷弧管的常規(guī)HID燈(例如高壓鈉(HPS)和陶瓷金屬鹵化物(CMH)燈)具有“盒形”(圓柱)幾何結構的弧管設計。這個幾何限制基本上歸因于早期陶瓷弧管制造技術的限制，例如中心主體管部件的擠出和平坦盤形弧管端部(又稱作“插塞”)的擠壓。由于圓柱幾何結構，常規(guī)CMH燈不是工作在跨弧管的整個中心主體部分的準均勻溫度分布。具體來說，常規(guī)CMH弧管的放電室的一些區(qū)域甚至在高溫穩(wěn)態(tài)操作條件期間也可比其他區(qū)域要涼，并且這些較涼區(qū)域形成多個局部“冷點”位置。圓柱形狀的CMH弧管設計呈現(xiàn)冷角，其充當局部冷點，特別是在封閉圓柱放電室的插塞表面和圓柱中心主體管的表面的界面部分。CMH燈的放電室中的汽化金屬鹵鹽(例如碘化鈉蒸汽)可按照飽和汽相存在，其中熔解金屬鹵鹽的汽相和液相處于熱均衡，并且均同時存在。液相之上的均衡蒸汽壓力通過液相的溫度來控制，液相的溫度通常等于“放電室壁的內表面上的最冷點”的溫度，因為這個物理點及其周圍區(qū)域是蒸汽首先冷凝的位置。但是，一旦被冷凝，這個液體冷凝物通過重力來控制，使得它沿向下方向流動。如果冷凝劑量流動到放電室的內表面上的局部更熱位置，則它迅速再汽化，并且劑量微滴的這種迅速汽化引起放電等離子體的瞬時蒸汽劑量密度的尖峰。蒸汽劑量密度的這類尖峰又生成燈電特性的電壓尖峰，其也可引起光強度的尖峰以及來自燈的發(fā)射光的相關突然顏色變化。光強度的這類尖峰和關聯(lián)的突然顏色變化是不合需要的，并且擾亂高質量照明環(huán)境、例如零售位置照明。

在CMH弧管的兩個相對電極彼此進一步背向移動的設計中，它們之間的發(fā)光電弧放電變成線路發(fā)射器，以及擬相等輻照的表面原來是橢圓，其仍然是“球狀體”放電室?guī)缀谓Y構的一員。這種概念在過去一直用作用于對QMH放電室進行成形的基礎，并且這個相同概念當前用來設計現(xiàn)有技術形狀的CMH放電室。

但是，也必須考慮從熱電極尖端到達CMH放電室的內表面的熱輻射。來自弧管壁上的電極的這個附加輻照能夠局部增加放電室的端部上的一些點的溫度，這些端部是弧管的中心主體部分與CMH弧管的延長管狀密封部分(又稱作“分支”)匯合的界面區(qū)域。因此，當CMH燈沿垂直定向進行操作時，來自電極的定域熱輻射能夠再汽化液體金屬鹵化物劑量(其因重力而沿放電室壁的內部表面向下流動)。如果CMH弧管具有由兩個半球所組成(并且其另外還可包括在弧管中心的圓柱段)的“球形”設計，則燈的垂直操作特別成問題，因為潛在局部過熱和液體劑量微滴的再汽化可易于在這種CMH弧管的底部主體-分支界面段(“主體-分支過渡部分”)發(fā)生。這種情況可發(fā)生，因為球形弧管設計的半球端部不是完全適合線路發(fā)射器的熱輻射場，并且不能適應來自電極的附加定域熱通量。因液體劑量移動和再汽化引起的電、光和顏色不穩(wěn)定性的這種現(xiàn)象引起CMH燈的瞬時顏色不穩(wěn)定性和增加的顏色可變性，其通常稱作“劑量不穩(wěn)定性”。

對劑量不穩(wěn)定性的問題的所提出解決方案涉及通過在電弧室的內部表面上提供環(huán)狀機械屏障或“結節(jié)”以包圍電極組合件(在主體-分支過渡部分)，來防止液體金屬鹵化物劑量向下流動到局部更熱表面。如果這種結節(jié)的垂直尺寸(高度)足夠高以停止或阻擋液體劑量的垂直流動到達靠近電極尖端的弧管的內表面上的過熱點，則劑量不穩(wěn)定性能夠顯著降低或者完全消除。但是，這種結節(jié)在陶瓷弧管主體上造成尖點，并且該結節(jié)因電極發(fā)熱而可成為陶瓷弧管主體的整個端部的最熱部分。因此，結節(jié)和周圍區(qū)域可遭受最高機械應力，并且可易于形成陶瓷材料中的裂紋。這些裂紋則能夠蔓延到較低應力區(qū)域，并且可使弧管在操作期間完全破裂或者甚至裂開。另外，一些金屬鹵化物劑量混合物可操作以迅速將結節(jié)腐蝕到結節(jié)無法對燈的整個使用壽命履行其劑量穩(wěn)定功能。

劑量不穩(wěn)定性問題的另一種所提出解決方案涉及在局部過熱的主體-分支過渡部分增加弧管材料的發(fā)射率，以促進這個區(qū)域中的弧管壁的更有效冷卻。但是，這種解決方案能夠改變或降低壁的材料強度，特別是在熱感應應力足夠高以使弧管破裂的最關鍵區(qū)域，這再次能夠引起降低的燈使用壽命。此外，實際上，局部控制陶瓷材料的發(fā)射率是困難的，以及這類CMH弧管的主體-分支界面部分(其也是冷點位置)的過度和無控制冷卻可過多降低金屬鹵鹽的均衡蒸汽壓力，這能夠引起降級的燈性能。

對于劑量不穩(wěn)定性的又一所提出解決方案涉及使用弧管中心主體部分與主體-分支界面部分之間的橢圓形過渡區(qū)。但是，使用橢圓形過渡區(qū)限制主體-分支過渡區(qū)以及整體弧管的形狀的幾何靈活性，并且對陶瓷弧管形成過程的加工增加不必要復雜度。

技術實現(xiàn)要素：

所提出的是用于控制高強度放電(HID)弧管的幾何結構以提供改進燈顏色控制和溫度分布的設備和方法。在一些實施例中，包含位于電極附近的過渡區(qū)的錐形段，以提供漏斗狀主體-分支界面部分。主體-分支界面部分成形為使得有利地控制沿放電室壁的內表面的溫度分布，使得它單調遞減，從而在主體-分支界面產生穩(wěn)定局部冷點位置。

在另一方面，所提供的是用于提供具有二段構造的CMH燈的設備和方法，該CMH燈包括具有軸向不對稱外部構造的雙端略微軸向不對稱放電室，其中略微軸向不對稱放電室提供適度軸向不對稱溫度分布。在一些實現(xiàn)中，特定軸向不對稱構造幾何結構提供適度軸向不對稱溫度分布，例如以補償放電管的操作環(huán)境的熱不對稱性，例如單端外護套、軸向不對稱反射器外殼或垂直燃燒定向。

附圖說明

參照結合附圖的以下詳細描述，一些實施例的特征和優(yōu)點及其實現(xiàn)方式將變得顯而易見，附圖示出示范實施例(不一定按比例繪制)，包括：

圖1是常規(guī)高強度放電(HID)燈的示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的實施例、沿垂直定向的弧管的剖面圖，其中重力方向通過箭頭所示；

圖3A是示出按照本發(fā)明的實施例、沿水平定向進行操作時在圖2的弧管部件中發(fā)生的溫度的穩(wěn)態(tài)分析模擬結果的溫度示意圖；

圖3B是示出按照本發(fā)明的實施例、沿垂直定向進行操作時在圖2的弧管部件中發(fā)生的溫度的穩(wěn)態(tài)分析模擬結果的溫度示意圖；

圖4示出按照本發(fā)明的實施例的CMH弧管的示例；

圖5A是在燒結之前沿水平定向嵌入軸向對稱放電室的組裝常規(guī)三段形狀HID CMH放電管主體的實施例的示意剖面圖；

圖5B是燒結之后的圖5A的常規(guī)三段形狀HID CMH放電管主體的示意剖面圖；

圖6A是按照本發(fā)明的實施例、在燒結之前沿水平定向嵌入軸向不對稱放電室的組裝二段形狀HID CMH放電管主體的實施例的示意剖面圖；

圖6B是按照本發(fā)明的實施例、在燒結之后的圖6A的二段形狀HID CMH放電管主體的示意剖面圖；

圖7示出按照本發(fā)明的實施例、嵌入軸向不對稱放電室的35W CMH放電管的詳細構造幾何結構；

圖8示出按照本發(fā)明的方面、沿水平和垂直燃燒定向嵌入軸向不對稱放電室的70瓦特二段形狀CMH放電管的熱成像校準計算機建模數據；

圖9示出沿水平和垂直燃燒定向嵌入軸向對稱放電室的常規(guī)70瓦特三段形狀HID CMH放電管的熱成像校準計算機建模數據；

圖10示出按照本發(fā)明的實施例、嵌入軸向不對稱放電室的二段形狀HID CMH放電管的實現(xiàn)；

圖11示出按照本發(fā)明的實施例、包含嵌入軸向不對稱放電室的二段形狀HID CMH放電管、具有G12基座單端構造的“成品”HID CMH燈的示例；

圖12A示出包括沿垂直基座向上(“VBU”)定向的常規(guī)三段“盒形”放電管的MR16實施例的HID CMH燈；

圖12B示出按照本發(fā)明的實施例、包括沿垂直基座向上(“VBU”)定向嵌入軸向不對稱放電室的二段形狀放電管的MR16實施例的HID CMH燈；以及

圖13A至圖13D示出按照本發(fā)明的實施例、用于通過將特定軸向不對稱性引入放電室?guī)缀谓Y構中來創(chuàng)建適度軸向不對稱溫度分布的備選實現(xiàn)選項。

具體實施方式

圖1是高強度放電(HID)燈以及更具體來說是陶瓷金屬鹵化物(CMH)燈100的已知實施例的示意圖。一般來說，CMH燈包括由半透明或透明陶瓷材料所制成的弧管101，該弧管通過由例如熔融石英或硬玻璃所制成的透光外包封或外燈泡124來包圍。外燈泡124可包封真空或者可填充有惰性氣體、例如氮，并且在一端提供有燈頭114?；」?01包括陶瓷壁102(具有內表面和外表面)，其包封放電室104。放電室104通常填充有液體劑量，其工作在燈的高溫的標準操作條件下?；」?00還包括兩個電極110和112，其相對彼此設置，并且擴展到放電室104中。電極110經由電流引入導體116來連接到形成燈頭114的部分的第一電觸點。電極112經由電流引入導體118(其可稱作“框架”)來連接到形成燈頭114的部分的第二電觸點。在一些實施例中，外燈泡124可具有兩個燈頭，其中具有第一端的第一燈頭和第二端的第二燈頭，以及第一電極連接到第一燈頭并且第二電極連接到第二燈頭。在如圖1所示的實施例中，CMH燈100的弧管101還包括突出端插塞120和122(其可稱作“分支”)，其設置成分別包封電極110和112的至少部分。在CMH燈100的操作期間，電弧放電在電極110和112的尖端之間延伸，以提供燈的有用可見電磁輻射(光)。

應當理解，弧管101的陶瓷壁102可由真空密閉和抗鹵化物陶瓷材料、例如金屬氧化物(例如藍寶石或密集燒結多晶氧化鋁(Al₂O₃)、釔鋁石榴石(YAG))或者金屬氮化物、例如氮化鋁(AlN)來組成。也可利用其他抗鹵化物陶瓷材料。這類陶瓷材料適合于形成半透明或透明弧管壁。

圖2是按照本發(fā)明的實施例的弧管200的水平剖面圖。箭頭201示出弧管燈沿垂直定向進行操作時的重力方向?；」?00可具有陶瓷弧管壁202構造，以限定放電室204。弧管可包含到高強度放電(HID)燈中、例如陶瓷金屬鹵化物(CMH)燈中。相應地，弧管200可取代圖1的CMH燈100的弧管101。

放電室204通常填充有稀有氣體(例如氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)或者其混合物)、水銀(或者其備選的一部分，其蒸汽用作緩沖氣體)和金屬鹵鹽的混合物(例如NaI(碘化鈉)、TlI(碘化鉈)、CaI₂(碘化鈣)和REI_n(其中REI_n表示稀土碘化物))。金屬鹵鹽的這個混合物(有時稱作“金屬鹵化物劑量”)負責燈的高發(fā)光效能、優(yōu)良顏色質量和白色。

按照本文所公開的新實施例，已經認識到，靠近其主體-分支過渡部分的CMH弧管的冷點位置的定域和穩(wěn)定極為重要，以便提供CMH燈的良好瞬時顏色穩(wěn)定性和低顏色可變性。理想地，CMH弧管的冷點位置必須大致處于主體-分支界面部分。具體來說，冷點位置應當在放電室外部，但是在弧管分支內部的最熱點，以便防止劑量不穩(wěn)定性，并且取得特定CMH弧管設計的最佳潛在性能。但是，如果冷點位置不能位于放電室外部，則它應當位于放電室內部的局部溫度和重力最小值，使得當燈處于基本上垂直定向時，液體劑量不能向下流動到這個局部最小點下面的局部更熱區(qū)域。

因此，按照本文所述的實施例，CMH弧管的幾何結構在制造期間控制成包括附加錐形段(圖2中示為錐形段234A和234B)，其各位于電極附近的過渡區(qū)。例如，錐形段234A位于放電室232A的中心部分與主體-分支界面部分236A之間。另外，注意確保漏斗狀主體-分支界面區(qū)(以下更詳細論述)適當地成形為使得有利地控制沿放電室壁的內表面的溫度分布，使得它單調遞減，因而在主體-分支界面部分提供穩(wěn)定局部冷點位置。

再次參照圖2，弧管200包括示為虛線206的假定主軸和最大直徑D2。陶瓷弧管壁202可具有厚度“T”，并且包封放電室204，其包含可電離填充、例如金屬鹵化物劑量。兩個相向電極210和212位于放電室204中，并且各具有電極尖端211A和213A。電極尖端211A如所示定位成與電極尖端213A相對，以便在電弧室中具有它們之間的預定距離，其能夠稱作“弧隙”。兩個電極尖端211A和213A可由鎢或鎢合金來制成，而電極的中心部分可由鉬來制成。

參照圖1，在一實現(xiàn)中，引入導體116和118(圖2中未示出)連接到各電極210和212。圖2中，電極210和212通過位于弧管200的遠端238A和238B的密封部分(未示出)離開放電室。密封部分按照不透氣方式來密封弧管，其中熔融陶瓷接頭或密封玻璃可用來形成不透氣密封。在一些弧管實施例中，放電室204的中心部分的兩個相對開口可通過端插塞(未示出)(其各還包封密封部分)來封閉，并且弧管200可基本上僅由中心主體部分208來組成(即，弧管沒有包括兩個延長端結構220和222，有時稱作“分支”)。因此，在一些實施例中，弧管200可以僅包括一般球形或一般延長球形中心主體部分208。相應地，應當理解，按照本發(fā)明的弧管結構并不局限于圖2所示的弧管200實施例，而是在本文中并且在包括其各種成形部分的尺寸的范圍的方面概括地描述。

再次參照圖2，在CMH燈的操作期間，放電室204中的金屬鹵化物劑量處于飽和汽相，其中熔融金屬鹵鹽的汽相和液相處于熱均衡，并且兩相均同時存在。均衡蒸汽壓力通過液相溫度的溫度來控制，該溫度通常等于陶瓷弧管壁202上的“最冷點”的溫度，因為這是蒸汽首先冷凝的點。但是，一旦被冷凝，金屬鹵化物混合物的液體冷凝物(又稱作“液體劑量”)將在重力影響下朝下流動。如果冷凝劑量流動到放電室204的內表面上的局部更熱位置，則它將迅速再汽化。

理想地，在CMH燈的垂直操作中，放電室204的最低垂直點應當是最冷溫度點(“冷點)，以便防止電壓尖峰以及光強度和顏色的不合需要變化。如果最冷點不是位于放電室204的最低垂直點處或內部，則冷點的下一個最佳位置處于局部垂直溫度和重力最小值，使得液體劑量不能向下流動到位于這種局部重力最小值下面的局部更熱區(qū)域。

再次參照圖2，弧管200包括發(fā)光中心部分或弧管主體部分208、第一(底部)分支220和第二(頂部)分支222?；」苤黧w208包括可選圓柱部分230、第一和第二彎曲部分232A和232B、第一和第二錐形部分234A和234B以及第一和第二主體-分支過渡部分236A和236B。第一和第二彎曲部分232A和232B通過繞主軸206旋轉的凸弧段(錠環(huán)的部分)來構成或形成。第一和第二錐形部分234A和234B將第一和第二彎曲部分232A和232B橋接到第一和第二主體-分支過渡部分236A和236B，其包封兩個電極210和212。第一和第二主體-分支過渡部分236A和236B能夠可視化或者形成為繞主軸206旋轉的凹弧段，以提供主體-分支過渡部分的“漏斗狀”形狀。第一和第二彎曲部分232A和232B、第一和第二主體-分支過渡部分236A和236B的曲率半徑以及第一和第二錐形部分234A和234B的錐角被選擇和/或形成為使得弧管壁202的溫度甚至在考慮電極發(fā)熱的情況下也朝弧管200末端單調遞減。因此，當弧管200處于垂直定向以使得重力沿箭頭201的方向(其中第一分支220最靠近地板)起作用時，靠近底部電極210的弧管壁202的溫度將低于更高(更遠離地板或地面)的壁的任何點的溫度。因此，在第一主體-分支過渡部分236A的區(qū)域或者剛好在放電室204外部和第一分支220內部的其周圍區(qū)域來創(chuàng)建定域冷點。

在圖2所示的實施例中，弧管壁202的厚度“T”對整個弧管組合件200是基本上均勻的。但是，在一些實現(xiàn)中，附加和/或可選特征可包括在第一和第二主體-分支過渡點237A和237B的位置中提供比在第一和第二分支外端238A和238B所形成的壁厚度要厚的壁厚度，使得第一分支220和第二分支222逐漸變細。具體來說，可提供第一和第二分支220和222外幾何結構的錐形形狀，以增加第一和第二主體-分支過渡點237A和237B的機械強度，創(chuàng)建弧管主體208與第一和第二分支220和222之間的平滑過渡幾何結構，并且支持靠近第一過渡點237A或者靠近第二過渡點237B(取決于弧管200的定向)的電弧室內部的冷點的定域。另外，例如在使用注模技術來形成CMH弧管的情況下，這種錐形分支結構有利地支持CMH弧管的制造。

弧管200可用來取代常規(guī)CMH弧管，并且經優(yōu)化以提供放電室204的穩(wěn)定和明確定義“冷點”位置。這種穩(wěn)定冷點位置為位于放電室壁202的內部表面240上的液體劑量(金屬鹵鹽池)提供穩(wěn)定位置。換言之，CMH弧管設計成使得沒有液體劑量移動在穩(wěn)態(tài)燈操作期間(當燈工作在垂直位置以使得重力沿箭頭201的方向起作用時)發(fā)生。

圖3A是示出按照一些實施例、在圖2的弧管部件中發(fā)生的溫度的水平定向(其中重力沿箭頭301的方向起作用)、穩(wěn)態(tài)分析模擬的溫度示意圖300。具體來說，圖300以圖形方式示出CMH燈的39瓦特操作期間在弧管壁202中可發(fā)生的估計溫度。在這種狀況中，電極(未示出)的電極尖端在操作期間可達到大約3150開氏度(3150 K)的溫度。因此，如圖3A以圖形方式所示，大約1400 K的高溫在電弧放電上方的弧管的上壁部分302(其因放電室中的氣體對流所引起的浮力而向上翹曲)中發(fā)生，而放電室304的底壁部分中的溫度低至大約1300 K。溫度在主體-分支過渡部分337A和337b下降到大約1250 K，并且在分支部分的極端338A和338B最低至大約750 K。因此，放電室中的金屬鹵化物劑量冷凝物將在重力影響下沿向下方向(如箭頭301所示)朝水平CMH弧管300的放電室304的底部流動。由于冷凝劑量流動到放電室中表示穩(wěn)定局部重力最小值(穩(wěn)定機械均衡)的這個更涼位置，所以它將均勻地汽化，并且將不會引起蒸汽劑量密度的尖峰。因此，當CMH弧管300沿水平定向進行操作時，電壓尖峰以及光強度和顏色的不合需要變化將不會發(fā)生。

圖3B是示出按照一些實施例、在圖2的弧管部件中發(fā)生的溫度的垂直定向(其中重力沿箭頭351的方向起作用)、穩(wěn)態(tài)分析模擬結果的溫度示意圖350。具體來說，圖350以圖形方式示出CMH燈的39瓦特操作期間在弧管壁202中沿垂直定向可發(fā)生的溫度。在這種狀況中，上電極(未示出)的電極尖端在操作期間可達到大約3180開氏度(3180 K)的溫度。因此，如圖3B以圖形方式所示，大約1350 K的高溫在放電室的壁中的上部352發(fā)生，而包括弧管的底部主體-分支過渡部分的放電室354的下壁部分中的溫度低至1220 K。溫度在下分支中的主體-分支過渡部分387A之后下降到大約1150 K的值，并且在下分支的極端388A最低至大約740 K。因此，弧管350的放電室中的金屬鹵化物劑量冷凝物將在重力影響下沿向下方向(箭頭351的方向)朝弧管350的中心主體部分的下部354流動。如上所述，主體-分支過渡部分354的曲率半徑適當地選擇和/或形成為使得壁溫度甚至在考慮電極發(fā)熱的情況下也朝最靠近地面的弧管末端單調遞減。因此，中心主體部分354的下部表示放電室中的冷凝劑量的局部溫度最小值，也就是說，它提供冷凝劑量的定域冷點，使得電壓尖峰以及光強度和顏色的不合需要變化將不會發(fā)生。

圖4示出按照實施例的35瓦特CMH弧管400。弧管400包括放電室404，并且弧管具有大約0.6毫米(0.6 mm)的壁厚度“T”，但是T能夠在大約0.4 mm至大約2.0 mm的范圍中。在一些實施例中，發(fā)光中心主體部分408具有恒定壁厚度，并且分支部分420和422也可具有恒定壁厚度。但是，如上所述，在一些實施例中，這些分支部分的壁厚度可以是不同的，使得分支部分420和422逐漸變細。在所示實施例中，弧管的總長度L為大約29.7 mm，其中中心主體部分408的長度L1為大約10.1 mm。中心主體部分的可選圓柱部分430的長度L0為大約1.2 mm，以及電極尖端211A與213A之間的長度L2(“弧隙”)為大約4.5 mm。錐形部分434A和434B的長度L3為大約0.7 mm，但是在一些實施例中，L3大于壁厚度T除以2，但小于最大直徑D2除以2。如所示，錐半角α為大約四十五度(45°)，但是在一些實施例中可在大約四十度(40°)至五十五度(55°)的范圍中。在一些實施例中，分支部分420和422的外表面可具有大約零度(0°)至大約二度(2°)的范圍中的錐半角。在如圖4所示的實施例中，中心主體部分408的最大直徑D2為大約6.2 mm。大約2.3 mm的內曲率半徑R5限定主體-分支過渡部分436A和436B的內曲率半徑，但是在一些實施例中，R5可在0與R3之間，而大約3.7 mm的半徑R3限定位于可選圓柱中心部分430與側翼錐形部分434A和434B之間的側翼彎曲部分432A和432B的曲率半徑。大約2 mm的半徑R4限定主體-分支過渡部分的外曲率半徑。

按照實施例的優(yōu)化弧管幾何結構對于所有(陶瓷)金屬鹵化物燈是有益的，其中金屬鹵化物的至少一部分具有冷凝液相(即，金屬鹵化物以飽和蒸汽形式存在)。如果劑量組成是使得它使陶瓷表面濕潤，則實施例是特別有益的。在這種情況下，冷凝液體劑量粘到陶瓷表面，并且可在沿重力方向朝下流動之前形成大微滴。在一些實施例中，金屬鹵化物劑量可由NaI、LaI₃、TlI和CaI₂來組成，其中這些碘化物分別在下列近似范圍中存在：20-50 wt%、10-30 wt%、3-10 wt%和25-60 wt%。

如上所述，按照一些實施例的CMH弧管中的劑量位置穩(wěn)定性的有益結果在于，與常規(guī)CMH弧管設計相比，燈顏色、光通量和電參數的瞬時變化全部變?yōu)楦€(wěn)定，并且因而得到改進。具體來說，，通過構成圖2所示的弧管200的放電室204(以及圖4的弧管400的放電室404)以使得陶瓷壁的溫度從放電室的軸向中心點單調遞減，來取得(形成)CMH弧管的瞬時顏色控制。具體來說，如果弧管200(和/或弧管400)沿垂直定向進行操作，則陶瓷壁的溫度朝底部分支(最靠近地板)單調遞減，以防止除了在位于放電室204的最低點的區(qū)域的預定義冷點或者在底部分支的頂部周圍的位置、即基本上在弧管200的主體-分支過渡部分237A之外的劑量冷凝。換言之，按照本文所述實施例的CMH弧管設計產生更一致的顏色、流明和電參數性能，并且提供穩(wěn)定和無閃爍燈操作。

除了提供CMH燈特性的改進控制之外，以上所公開CMH弧管的優(yōu)化幾何結構還降低能夠在弧管200(或者弧管400)的陶瓷壁內部形成的熱感應應力，這改進燈的長期可靠性。這種結構還產生具有降低故障率的更健壯HID燈，并且因而引起減少數量的客戶投訴。通過優(yōu)化包括放電室的形狀、主體-分支過渡部分的形狀的弧管幾何結構，并且通過控制全部沿弧管的弧管壁厚度分布，來取得CMH弧管設計的這些改進特征。

此外，與包括橢圓或準橢圓段的常規(guī)CMH弧管設計相比，上述弧管的結構具有生產費用不高的簡單幾何結構。相應地，這些弧管提供改進HID燈產品性能，其以降低的制造廢品率和降低的成本來取得。

具有如上所述弧管幾何結構的CMH燈的標稱功率范圍能夠根據應用而改變。例如，用于零售照明應用的CMH燈可具有大約二十瓦特(20 W)至大約一百五十瓦特(150 W)的標稱操作功率范圍，而供戶外/工礦照明中使用的CMH燈可具有大約250 W至大約800 W的標稱操作功率范圍，以及供運動照明中使用的CMH燈可具有大約1 kW至大約2 kW的標稱操作功率范圍。因此，這類燈的壁厚度特性也將改變。

以下描述的其他實施例一般涉及HID燈，以及更具體來說涉及為CMH燈提供具有特定軸向不對稱構造幾何結構的雙端放電室，其提供適度軸向不對稱溫度分布。在一些實現(xiàn)中，特定軸向不對稱構造幾何結構能夠設計成提供適度軸向不對稱溫度分布，例如以補償放電管的操作環(huán)境的熱不對稱性，例如單端外護套、軸向不對稱反射器外殼或垂直燃燒定向。

圖5A是沿水平定向嵌入軸向對稱放電室的組裝常規(guī)三段形狀HID CMH放電管主體500的實施例的示意剖面圖。CH放電管主體500包括陶瓷圓柱放電室管501，其配置用于第一組合分支-插塞件502與第二組合分支-插塞件503之間的連接，以形成內部準橢圓成形和基本上軸向對稱放電室505。第一組合分支-插塞件502包括：分支部分，其中具有分支孔504，以容納第一電極；以及準錐形端插塞部分，這些部分作為一個單件來注模。類似地，第二組合分支-插塞件503包括：分支部分，其中具有分支孔506，以容納第二電極；以及準錐形端插塞部分，這些部分再次作為一個單件來注模。第一組合分支-插塞件502和第二組合分支-插塞件503被認為是“公”陶瓷件，因為它們包括圓盤或擋塊508、509以及圓柱壁架或擱架510、511，其中當組裝CMH放電管主體500時，將圓柱壁架510、511插入圓柱放電室管501(其被認為是“母”陶瓷件)中，一直到擋塊或圓盤508、509。如所示，組裝放電管主體500具有基本上軸向對稱和內部準橢圓幾何結構的嵌入放電室。

圖5B是燒結之后的圖5A的常規(guī)三段形狀HID CMH放電管主體500的示意剖面圖。如上所述，CMH放電管主體500包括陶瓷圓柱放電室管501，其這時與第一組合分支-插塞件502和第二組合分支-插塞件503共同燒結，以形成真空密閉放電室505。共同燒結的陶瓷接頭512通過燒結過程來形成，以使放電管主體500成為單件部件。在填充有劑量并且密封之后，單件放電管主體500提供CMH燈的放電管，其具有基本上軸向對稱幾何結構并且因此在CMH放電管的“中性”操作條件下(例如，在水平操作中并且沒有包圍放電管的外燈泡)的基本上軸向對稱溫度分布的放電室。

圖6A是按照本文所述新方面、在燒結之前沿水平定向嵌入軸向不對稱放電室603的組裝二段形狀和軸向不對稱HID CMH放電管主體600的實施例的示意剖面圖。CMH放電管主體600包括第一組合分支-插塞件602，其包括具有分支孔以容納第一電極的分支部分，并且包括準錐形端插塞部分605，這些部分作為一個單件來注模。第一組合分支-插塞件602與圖5A的第一組合分支-插塞件502相似，因為它也被認為是錐形端插塞部分的“公”陶瓷部件，因為它類似地包括圓盤或擋塊606和圓柱壁架或擱架部分608。第二組合分支-插塞-中心體件610也包括具有分支孔612以容納第二電極的分支部分、準橢圓端插塞部分611并且還包括準管狀中心體部分614，這些部分再次作為一個單件來注模。準管狀中心體部分614包括圓形遠邊緣部分616，其成形和/或確定大小為安裝到或者連接到圓柱壁架部分608，一直到擋塊606(未示出)。因此，第一組合分支-插塞件602和第二組合分支-插塞-中心體件610在如所示安裝或組裝在一起時形成二段形狀HID CMH放電管，其中限定在它們之間的放電室603具有軸向不對稱幾何結構。具體來說，放電室603具有準橢圓和基本上軸向對稱內部表面幾何結構，但是具有軸向不對稱外部表面幾何結構。

圖6B是燒結之后的圖6A的二段形狀和軸向不對稱HID CMH放電管主體600的示意剖面圖。CMH放電管主體600包括“公”第一組合分支-插塞件602，其這時與第二組合分支-插塞-中心體件610共同燒結，以形成真空密閉放電室603。在燒結之后，共同燒結的陶瓷接頭620在正確完成和/或完全完成時無法被辨別，因為兩個最初分離的陶瓷部件之間的結構和組成差異通過燒結過程來消除，并且不存在剩余的先前接頭線的跡象。在填充有劑量并且密封之后，這樣形成的單件放電管主體600提供CMH燈的放電管。由于圖6A中示為虛線圓609的共同燒結區(qū)域中的附加表面積和過度陶瓷體積以及放電室603的準橢圓內幾何結構的相關將次要不對稱性，在放電室603的準錐形分支-插塞“公”側602的室壁部分比成形的分支-插塞-中心體“母”側610要略微更冷地進行操作(在“中性”操作條件下時，例如在水平操作中并且沒有包圍放電管的外燈泡)。因此，本文所述特定軸向不對稱幾何結構的HID CMH放電室603的軸向溫度分布也變成適度軸向不對稱。

圖7示出按照一些實施例、包括嵌入軸向不對稱放電室702的35瓦特CMH放電管700的詳細構造幾何結構。應當理解，圖7所示并且以下所述的特定構造幾何結構僅為了便于說明，而不是按照任何方式來限制本文所述新方面的范圍。

按照本文所述的實施例，圖7所示的CMH放電室702形成為具有軸向不對稱溫度分布。放電管本身能夠制造成包含分支，或者可以是無分支設計，或者是兩者的組合。通過室本身的軸向不對稱設計幾何結構來創(chuàng)建放電室的軸向熱不對稱性，并且不考慮可通過放電管的分支部分所引起的任何附加熱效應，因為分支部分均假設為具有基本上相同的幾何結構。軸向熱不對稱性能夠是合乎需要的，因為具有這類特性的CMH放電室能夠用作一些情況下的熱補償工具，例如在一些環(huán)境情況下和/或在一些定向情況下。例如，參照圖6A，與“公”第一組合分支-插塞件602相鄰的放電室603的一部分呈現(xiàn)少許有損熱特性，使得那個區(qū)域中的溫度小于與“母”組合分支-插塞-中心體件610相鄰的溫度，這在某些操作條件下會是合乎需要的。

例如能夠通過創(chuàng)建基本上“等溫”內部室?guī)缀谓Y構，并且通過創(chuàng)建“非等溫”外部室?guī)缀谓Y構，來實現(xiàn)CMH放電室中的固有軸向不對稱溫度分布。在本文所述的一些實施例中，如上所述，嵌入軸向不對稱放電室的陶瓷放電管由其室的軸向中心線外部所接合的兩段或部件來制成(其中共同燒結接頭區(qū)域更靠近室的一端，更接近“公”分支部分)，該構造保持接頭的高可靠性。在一些實施例中，使用基于常規(guī)干擾擬合的陶瓷共同燒結技術。放電室的基本上錐形“公”陶瓷部件具有比第二“母”形狀部件(其具有較大直徑和較長長度)更小的直徑和更短的長度。在一些實施例中，“公”部件僅構成端部，而“母”部件包括中心部分和形成放電室的相對端部。在共同燒結之后，放電室的內部表面幾何結構具有準橢圓以及軸向和旋轉對稱(“等溫”)形狀。但是，在“公”部件端的外部表面積和陶瓷體積比“母”部件要大，這歸因于共同燒結所需的特征(以上所述的圓盤和圓柱壁架部分)，其引起在燒結接頭的雙壁配置。因此，在“中性”操作條件下的操作期間(例如在水平操作中并且沒有包圍放電管的外燈泡)，“公”部件端變成比“母”部件端稍微更冷，以及放電室變成熱軸向不對稱(軸向“非等溫”)。能夠通過例如操縱電極尖端的位置可選地沿軸向偏移放電室中的弧隙，來調整或修改這個軸向熱不對稱性。

因此，再次參照圖7所示的35瓦特CMH弧管700，放電室702通過具有大約0.4 mm至大約2.0 mm的范圍中的陶瓷壁厚度的弧管來限定。在一些實施例中，發(fā)光中心主體部分704具有一般恒定壁厚度，并且分支部分706和708也可具有一般恒定壁厚度或者可逐漸變細。母組合分支-插塞-中心體件710包括可在大約三十五度(35°)至大約五十五度(55°)的范圍中的錐半角α1，以及包括外曲率半徑R31和內曲率半徑R310，并且具有壁厚度T1。類似地，公組合分支-插塞-中心體件712具有可在大約三十五度(35°)至大約五十五度(55°)的范圍中的錐半角α2、內曲率半徑R320、最小壁厚度T2以及具有錐半角β2(其可在大約三十五度(35°)至大約五十五度(55°)的范圍中)的錐形外表面。

在如圖7所示的實施例中，放電室702的最大直徑D2為大約6.2 mm。尺寸L31和L32分別表示母組合分支-插塞-中心體件和公組合分支-插塞-中心體件的長度，以及尺寸α1表示母組合分支-插塞-中心體件的錐半角，并且尺寸α2表示公組合分支-插塞中心體件的錐半角。尺寸R41和R42分別表示母組合分支-插塞-中心體件和公組合分支-插塞-中心體件的曲率半徑，以及尺寸L1表示第一主體-分支過渡部分與第二主體-分支過渡部分之間的距離。針對圖7所示并且以上所述的尺寸下列關系成立：0.5 < R31/D2 < 1.1和0.5 < R320/D2 < 1.1和0.8 < R320/R31 < 1.2和T1/2 < L31，L32 < D2/2和0.04 < R41/D2 < 0.5和0.1 < R42/D2 < 0.5和1.3 < L1/D2 < 2 并且 35° <α1，α2，β2 < 55°。

即使HID或CMH燈的大多數標記為“通用燃燒”類型，CMH燈的基本定向在一些傾斜角極限之內也基本上“垂直基座向上”(VBU)。因此，常規(guī)軸向對稱雙端HID放電室的上端部常常通過熱廢氣的自然對流而變成過熱，而其下端部的溫度保持在其最佳設計值之后。另外，HID燈構造的大多數屬于單端類型，其中具有僅位于燈的一端的單個基座。單端燈構造的這個幾何不對稱性通過從基座反射回的熱量引起常規(guī)軸向對稱放電管的兩個相對端部及其嵌入軸向對稱放電室的不同程度的反加熱，這再次導致兩個室端部之間的最終熱不對稱性。另外，由于一些特殊外燈泡幾何結構，存在放電管及其嵌入放電室的熱環(huán)境固有地極為不對稱的HID燈構造，再次導致幾何軸向對稱放電室的不對稱溫度分布。這類燈構造的示例是具有小反射器錐角的反射器燈(PAR20、PAR30、MR16)或者具有反射大量熱的內置擋光屏蔽的燈(例如AR111類型燈)。另外，幾何緊密拋物線或橢圓形照明器材構造能夠對放電室溫度分布具有同樣影響。在這類條件下，本文所述的熱軸向不對稱HID放電室會是有利的，因為其固有軸向熱不對稱性能夠用來補償來自例如熱不對稱定向、燈構造和/或器材環(huán)境的不合需要的熱差，并且最終使燈成為熱優(yōu)化“通用燃燒”類型燈。

圖8示出圖6B的二段形狀HID CMH放電管主體600(其包括嵌入軸向不對稱放電室)的軸向熱不對稱性的熱成像和計算機建模方面800。具體來說，圖8的熱成像校準計算機建模結果800包括沿水平和垂直燃燒定向的70瓦特二段CMH放電管構造的穩(wěn)態(tài)和冷卻熱和應力分析。相比之下，圖9示出常規(guī)三段形狀HID CMH放電管(與圖5B的放電管主體500的放電室相似，其具有在兩個端部帶有相同“公”部件幾何結構的軸向對稱放電室)的熱成像校準計算機建模結果900。圖9的計算機建模結果900包括沿水平和垂直燃燒定向的70瓦特三段形狀和軸向對稱放電管構造的穩(wěn)態(tài)和冷卻熱和應力分析。這兩種放電管構造的PCA和電極溫度均處于材料極限之內，并且應力完全低于設計的PCA強度。因此，圖9A所示的熱成像校準計算機建模數據能夠用作圖8所示數據的參考。

參照圖8和圖9，圖8所示的水平溫度分布802指示軸向不對稱放電室構造的固有軸向熱不對稱性，而圖9的水平溫度分布902指示如預計的軸向對稱放電室構造的軸向熱對稱性。但是，垂直定向溫度分布數據804示出因按照本發(fā)明的二段形狀和軸向不對稱CMH放電室引起的補償效應。相比之下，垂直定向溫度分布數據904示出固有軸向對稱三段形狀CMH放電室的上端部的對流驅動過熱效應。

因此，應當理解，具有本文所述二段形狀和軸向不對稱CMH放電室構造的固有軸向不對稱溫度分布的HID燈能夠用來補償在常規(guī)軸向對稱放電室中所觀察的因操作定向效應或者因產生于熱不對稱外燈泡或照明器材構造的軸向不對稱溫度環(huán)境引起的不可避免的熱不對稱性。

圖10示出按照本公開、嵌入軸向不對稱放電室的二段形狀HID CMH放電管1000的實施例。包括準錐形端插塞部分和具有用于電極的分支孔1003的分支部分(其在一個單件中注模)的“公”第一組合分支-插塞部件1002燒結到包括準橢圓形狀端插塞部分和具有分支孔1005的分支部分(其也在一個單件中注模)的“母”第二分支-插塞-中心體部件1004。通過燒結，形成了軸向不對稱放電室1006，并且因而CMH放電管1000具有嵌入軸向不對稱放電室，其中具有軸向不對稱溫度分布特性。

圖11示出具有G12基座單端構造的“成品”HID CMH燈1100，其包括與圖10的CMH放電管1000相似的放電管1102。外燈泡1104封裝放電管1102，并且連接到G12燈頭1106和接觸插銷1108。還包含在外燈泡1104中的是框架導線1110、吸氣劑1112和金屬箔啟動輔助1114。

圖12A示出包括沿垂直定向的軸向室對稱性的常規(guī)三段“盒形”放電管1202的HID CMH燈1200(例如，供用作吸頂燈)，而圖12B示出按照上述實施例、包括沿垂直定向嵌入軸向不對稱放電室的二段形狀放電管1212的HID CMH燈1210。參照圖12A，燈1200包括鏡面1204，其在燈進行操作時將光以及還有熱反射回放電室。當處于垂直定向(如所示)時，鏡面1204的反加熱的效應在更靠近鏡面1204的“頸”部并且具有比鏡面的最大直徑要小許多的直徑的放電室的頂部更強。另外，燈1200的垂直操作還因放電室中的廢氣的浮力驅動向上對流而引起放電室的頂部的附加發(fā)熱。因此，在放電室的頂部附近的操作期間的放電管1202的常規(guī)軸向對稱放電室的溫度將大于室的底部附近的溫度，這不利地影響燈性能和可靠性。相比之下，針對圖12B，軸向不對稱放電室的“公”部分1214(這時位于放電管1212的中心部分的頂端)的操作期間的溫度應當固有地比“母”部分1216(這時位于放電室的底端)更冷(因按照本文所述實施例的放電室構造的幾何結構的內置軸向不對稱溫度特性)。顯然，按照本文所述新方面的定向和燈構造特性以及內置軸向熱不對稱性在這個示例中沿相反方向驅動放電室的熱不對稱性和最終軸向溫度分布。因此，按照本公開所制作的放電室的內置軸向熱不對稱性的特性特征能夠用來補償定向和燈構造驅動熱效應。實際上，在一些實施例中，放電室的內置軸向熱不對稱性的特性特征甚至可完全抵消對燈性能的有害影響，以便使軸向不對稱放電管的總溫度分布在這些情況下是對稱的。

圖13A至圖13D示出用于通過將特定軸向不對稱性引入放電室?guī)缀谓Y構中來創(chuàng)建適度軸向不對稱溫度分布的備選選項和/或實現(xiàn)。具體來說，圖13A示出CMH放電管構造1300，其呈現(xiàn)軸向不對稱內輪廓1302和軸向對稱外輪廓1304的放電室，但是其中軸向偏移內部幾何結構在放電室的相對端創(chuàng)建壁厚度差，由此創(chuàng)建室的軸向不對稱溫度分布。

圖13B示出CMH放電管構造1310，其呈現(xiàn)軸向對稱外部輪廓1312的放電室，但是其包含軸向不對稱內部幾何結構1314，因而創(chuàng)建變化厚度的壁和放電室的軸向不對稱溫度分布。

圖13C示出軸向不對稱放電室?guī)缀谓Y構的CMH放電管構造1320，其是上述二段形狀和軸向不對稱CMH放電室構造的實施例，但是這個實現(xiàn)包括比相對電極尖端1324更進一步延伸到放電室1326中的電極尖端1322，以降低因沿軸向的弧隙的偏移引起的放電室的內置軸向熱不對稱性。因此，圖13C示出一種用于按照本文所述實施例來微調特定CMH放電室的軸向熱不對稱性以解決例如環(huán)境和/或定向問題的方法。

圖13D示出CMH放電管構造1330，其呈現(xiàn)軸向對稱內部輪廓1332和軸向對稱外部輪廓1334的放電室，但是包括附連到放電室1330的一端的外部表面的冷卻肋片1336、1338，因而創(chuàng)建室的軸向不對稱溫度分布。

應當理解，圖13A-13D示出幾何形狀和/或部件可能性的一些示例，并且考慮其他形狀和/或部件。另外，一些實現(xiàn)可利用或組合圖13A-13D所示的一個或多個特征，例如，CMH燈的實施例可包括圖13B所示的軸向對稱外部輪廓1312和軸向不對稱內部幾何結構1314連同圖13D所示的肋片1336、1338。相應地，所提出HID放電室的軸向不對稱溫度分布能夠用來補償在常規(guī)軸向對稱放電室中可觀察的因操作定向影響或者因通過熱、極不對稱外燈泡或照明器材構造的軸向不對稱溫度環(huán)境引起的不可避免的熱不對稱性。

具有如上所述放電室?guī)缀谓Y構的CMH燈的標稱功率范圍能夠根據應用而改變。例如，用于零售照明應用的CMH燈可具有大約二十瓦特(20 W)至大約一百五十瓦特(150 W)的標稱操作功率范圍，而供戶外/工礦照明中使用的CMH燈可具有大約35 W至大約800 W的標稱操作功率范圍，以及供運動照明中使用的CMH燈可具有大約1 kW至大約2 kW的標稱操作功率范圍。因此，這類燈的壁厚度特性也將改變。

本文所述CMH放電室構造的技術優(yōu)點包括提供極不對稱燈構造的改進通用燃燒特性。從最大可取得性能角度來看，這因在放電室的相對端的欠熱的同時避免放電室的一個端部的過熱而引起改進可靠性。另外，本文所述的方法產生優(yōu)化燈構造。本文所述的嵌入軸向不對稱放電室的二段形狀HID CMH放電管實施例保持可靠陶瓷接頭構造，同時使用廉價陶瓷成形技術以競爭產品成本產生根據需要所表現(xiàn)的競爭產品。

應當理解，以上描述和/或附圖不是要暗示本文所參照的任何過程的步驟的固定順序或序列；而是任何過程可按照可實行的任何順序來執(zhí)行，包括但不限于示為連續(xù)的步驟的同時執(zhí)行。

雖然結合具體示范實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解，能夠對所公開實施例進行本領域的技術人員清楚知道的各種變更、置換和改變，而沒有背離如所附權利要求書所提出的本發(fā)明的精神和范圍。