红外线反射膜白炽灯、卤钨灯或电弧灯

摘要

本发明属于电光源技术领域中的红外线反射膜白炽灯、卤钨灯或电弧灯。泡壳由透镜玻璃和反光碗玻璃组成,透镜和反光碗内表面都是抛物面,在透镜的内表面涂以红外线反射膜,在反光碗的内表面蒸涂一层铝膜或红外线反射膜,泡壳与直线形灯丝或电弧灯相匹配。该结构比球形、管形或椭圆形泡壳与灯丝匹配优越的多,它能使灯丝辐射出来的红外线经涂有红外线反射膜后,均匀地反射回灯丝,加热灯丝,使红外线再次得到利用,可提高光效50%左右,延长灯的寿命,发出冷光。本发明用途广,可制成各种型号和规格的红外线反射膜灯。

说明书

本发明属于电光源技术领域中的红外线反射膜白炽灯、卤钨灯和电弧灯。

现有的白炽灯其光效不到15％，而80％以上都是红外线；即使是高压钠灯、金属卤化物灯和氙灯等电弧灯，其红外线辐射能也占20-30％，这些灯都辐射出大量的红外线，不但浪费电能，而且不利于环境。很多年来，科学家们一直在研究如何提高灯的光效，使红外线得到利用。80年代初，一些刊物上发表了在灯泡壳上涂红外线反射膜，使灯丝辐射出的红外线经泡壳膜层返回到灯丝，加热灯丝，这可大大提高灯的光效，但这些膜的使用温度只能在500℃左右，温度再升高，膜层会出现影响透光率的晶体，造成灯不能使用。另一方面，灯丝是直线形，而且有一定长度，它不能制成点的形状；电弧灯产生的电弧也是直线形的，这些直线形光源要制成红外线反射膜灯，泡壳的几何形状是红外线反射灯的关键，若泡壳与灯丝不相匹配，红外线不可能返回到灯丝上，加热灯丝，这样就不可能提高灯的光效，节约电能。

80年代初，曾报导将直线形灯丝或将直线形灯丝弯几个弯做成一个平面，安置在球形泡壳中心，做成点(园心)对称，将红外线反射膜涂在泡壳的内表面，但从几何光学角度来分析，这种灯，从灯丝辐射出的红外线经涂有红外线反射膜的泡壳反射后，很大一部分红外线不能返回到灯丝上，其原因是球形或弧形泡壳中心布置直线形灯丝，其反射是不对称的。美国GE公司开发的红外线反射膜卤钨白炽灯，灯丝布置在椭园形玻壳的长轴上，玻壳外面涂红外线反射膜，可提高光效，但由于椭园形泡壳有两个焦点，一部分红外线反射会集中在这两个焦点，影响灯的寿命，同时二端头很大一部分红外线不能反射回到灯丝上，这就决定了它的光效不可能达到高的数值。总之目前虽有园形、直管形、椭园形泡壳与直线形灯丝相匹配，但由于各种原因灯的光效值不可能达到高值。

本发明的目的就是针对现有技术的不足之处，从光学角度计算，设计一种双抛物面泡壳与直线形灯丝或电弧灯相匹配而制成各种型号规格的红外线反射灯，使灯丝辐射出来的红外线经涂有红外线反射膜泡壳后，均匀地反射回直线形灯丝或电弧灯上，加热灯丝或电弧灯，使红外线再次得到利用，延长灯的寿命，可提高光效50％左右。    

本发明技术解决方案为：泡壳由透镜玻璃和反光碗玻璃经模压、熔封或粘接而成，透镜和反光碗内表面都是抛物面，在透镜的内表面涂以红外线反射膜，如：TiO₂-SiO₂、Ta₂O₅-SiO₂，在反光碗的内表面蒸涂一层铝膜或红外线反射膜(膜同透镜)，泡壳的两抛物面焦点重合或透镜焦点稍在另一焦点以内时，白炽灯灯丝、卤钨灯灯丝中线或电弧灯二电极中线的两端分别装在反光碗的焦点与靠近抛物面顶点之间，设计灯的泡壳时，可根据直线灯丝的长度或电弧灯二电极之间距离来设计反光碗的焦距；透镜(盖)设计的焦点位置，在与反光碗熔封或粘接后落在反光碗的焦点上，也可稍在反光碗焦点的内侧，这样直线灯丝或电弧灯辐射出来的红外线经泡壳内红外线膜层反射后，都能返回在直线灯丝上或电弧上，而灯丝或电弧灯发出的光通过透镜向外发出。

结合附图对本发明的结构作进一步详细叙述。

附图为双端红外线反射白炽灯、卤钨灯或电弧灯示意图，图中：10为反光碗玻壳，11为透镜(盖)，12为反光碗的内表面(抛物面)，其大小根据抛物线方程 $>>>>y>2>>1>>=>>>r>2>>>b>1>>>x>$>而设计，式中：y₁为抛物面坐标轴，r为反光碗抛物面口径的半径，b₁为反光碗抛物面的高度，x为抛物面坐标轴，13为透光镜的内表面(抛物面)，其大小根据抛物线方程 $>>>>y>2>>2>>=>>>r>2>>>b>2>>>x>$>而设计，式中：y₂为抛物面坐标轴，r为透镜抛物面口径的半径，等于反光碗口径的半径，b₂为透镜抛物面高度，x为抛物面的坐标轴，14为透镜上的定位孔，15为反光碗和透镜二条抛物线 $>>>>y>1>>2>>=>>>r>2>>>b>1>>>x>$>和 $>>>>y>2>>2>>=>>>r>2>>>b>2>>>x>$>的焦点F₁和F₂的重合位置，16为安装双端白炽灯、卤钨灯或电弧灯光源位置，17为从灯丝上或电弧上辐射出的红外线和光的路线，经理论计算并经激光测试而得，18为灯丝或电弧灯等发出的光通过透镜的路线，19为支架(焊接在金属圆冒上，而金属圆冒与玻璃焊接)，20为中心点定位支架，紧套在定位孔内，21为透镜及反光碗熔封或粘接位置，22为直接安装灯丝，制成红外线反射膜白炽灯、卤钨灯或电弧灯，23为灯头，根据需要可制成各种型号及大小的灯头。

本发明是从几何光学角度计算，设计一种双抛物面泡壳与直线形灯丝或电弧灯相匹配的红外线反射膜灯，这种结构比球形、管形或椭园形泡壳与灯丝匹配优越的多，它能使灯丝辐射出来的红外线经涂有红外线反射膜泡壳后，均匀地反射回直线形灯丝或电弧灯上，加热灯丝或电弧灯，使红外线再次得到利用，并提高灯的寿命。本发明经复旦大学电光源研究所测试，其结果如下

红外线反射灯(双端高压钠灯)对比试验

        涂红外反射膜         未涂红外反射膜  提高光效  电压(V)功率(W) 测得相 对信号  电压(V) 功率(W) 测得相 对信号  220  70  263    220   70   230   14.35％

从表可看出，涂红外反射膜的双端高压钠灯可提高光效15％，经理论计算，双端红外线反射膜白炽灯、卤钨灯可提高光效约50％，特别是将红外线反射膜层涂在泡壳内表面，与电弧灯有一定的距离。使泡壳的温度都在500℃以下，膜层不会脱落，开僻了红外线反射膜、高低压钠灯、金属卤化物灯、氙灯等新的领域。

本发明用途广，可制成各种电压、大小功率、下同型号和规格的红外线反射膜灯，用于室内、室外照明，如广场、道路等，是真正的冷光灯，可代替现有光源的一种新的途径。

本发明实施例：以卤钨灯为例。    

一、反光碗抛物面设计：

反光碗泡壳用硬质玻璃模压成型，反光碗的内表面为抛物面，内涂一层铝膜。已知某厂生产的卤钨灯为120伏、100瓦灯丝(即钨丝)，长度为14毫米(这长度一定要知道)，灯丝的长度即为红外线反射灯反光碗的焦距，测得反光碗抛物面的焦距为14毫米。将焦距14毫米再放长2毫米，则反光碗抛物面的焦距为14+2＝16毫米，设反光碗抛物面的口径为100毫米，根据公式 $>>>f>1>>=>>>r>2>>>>4>b>>1>>>,>$>式中：f₁-焦距，r-反光碗抛物面口径的半径，r＝50毫米b₁-反光碗抛物面的高度，代入公式 $>>>b>1>>=>>>r>2>>>>4>f>>1>>>->>>50>2>>>4>\times >16>>>=>$>39.0625毫米，得反光碗抛物面方程 $>>>>y>1>>2>>=>>>r>2>>>b>1>>>x>=>>>50>2>>39.0625>>x>=>$>64x，即得y₁²＝64x，卤钨灯的灯丝有两个端点，一个端点安装在f₁的焦点上(在图中点15)，另一个端点安装在反光碗抛物面靠近顶点之间。

二、透镜抛物面设计：    

透镜(盖)用硬质玻璃模压成型，透镜内表面为抛物面，透镜内表面涂以红外线反射膜TiO₂-SiO₂。透镜抛物面的口径等于反光碗的口径＝100毫米，设透镜抛物面高度b₂＝反光碗抛物面焦距16毫米，根据公式 $>>>f>2>>=>>>r>2>>>>4>b>>2>>>,>$>式中：f₂-透镜焦距，b₂-透镜抛物面高度， $>>>f>2>>=>>>50>2>>>4>\times >16>>>=>39.0625>$>毫米，得透镜抛物面方程 $>>>>y>2>>2>>=>>>r>2>>>b>2>>>x>=>>>50>2>>16>>x>=>156.25>x>,>$>玻壳内表面总高度为透镜高度b₂+反光碗抛物面高度b₁＝16+39.0625＝55.0625毫米。f₂＝总高度-f₁＝55.0625-16＝39.0625毫米(透镜焦距)，说明透镜焦点f₂与反光碗焦点f₁相重合。将透镜与反光碗熔封，f₁与f₂重合，透光镜上的定位孔设在抛物面的顶点，用模压而成，除了定位外，并作支架点。当制成泡壳时，以灯的一端导线紧套在定位孔内，使灯丝、透镜和反光碗抛物面两轴线连成一直线，并使灯不会偏离轴线。

其他白炽灯、电弧灯也按上述计算，安装时，一个端点的电极安装在f₁上，另一端点安装在反光碗抛物面的顶点附近(在轴线上)。