在卤素灯灯泡内的卤化碳氢化合物通过外部热源的裂化

摘要

本发明描述了处理包括卤素灯(1)的方法，该卤素灯在包围卤化碳氢化合物填充气体(G)的玻璃灯泡(2)内包含由腿(3，3′)支撑的灯丝(4)，该方法包括在该灯(1)的初始工作之前从该灯(1)的外部的源(S

说明书

发明领域

本发明涉及处理卤素灯的方法和卤素灯的制造方法。本发明还涉及卤素灯。

背景技术

卤素灯，或称为高压卤素灯，是具有和在几个大气压的压力下的混合气体一起被包围在玻璃灯泡内的灯丝或者线圈(通常由钨制成)的白炽灯，该混合气体包括一种或者多种诸如氩、氙、氪等的惰性气体和包括诸如碘、溴或者氯的卤素的化合物。灯丝的两个端或腿中的每一个都连接到杆或引线的一端。引线的另一端从灯泡的压紧的封口中露出并且连接到电极。在单端灯泡中，两条引线在灯的一端被压紧。可以在电极的两端上施加工作电压以允许电流流经灯丝，引起灯强烈地发光。惰性气体在一定程度上抑制了来自灯丝的钨蒸汽的传送，而卤素的存在允许钨灯丝在更高的温度、以更高的效率工作，因为卤素参与钨传送循环，送回钨到白炽灯丝，避免了灯泡变黑并且因此延长了灯的寿命。

可以以多种方式将卤素引入这样的灯。例如，可以以例如纯的碘或溴的分子的形式，或者作为诸如溴化氢酸(HBr)的卤化氢，将卤素引入灯。然而，纯的卤素和卤化氢有腐蚀性并且在生产过程中难以操控。通常的方法是使用诸如二溴甲烷(CH₂Br₂)、溴化甲烷(CH₃Br)、二氯甲烷(CH₂Cl₂)等的卤化碳氢化合物，因为这些化合物比卤化物毒性和腐蚀性更小，并且更容易定剂量。

为了释放对于灯的完全操作所要求的钨卤素传送循环所必需的卤素，卤化碳氢化合物首先必须被“裂化”。已知多种不同的裂化工艺。例如，在一种称为“闪光线圈”的技术中，在灯的电极的两端施加相对高的电压以便允许电流流经钨灯丝，因此加热该灯丝和包围的填充气体到卤化碳氢化合物被裂化的温度，从而释放出卤素并且允许钨卤素循环开始。

然而，在现有的制造工艺中应用的裂化技术有几个缺点。例如，在裂化过程中碳可能沉积在灯泡壁上，因此使灯泡壁变黑并且减少灯的流明输出。此外，沉积在线圈上的碳可以导致线圈松弛，增加在该线圈的相邻绕线上的点之间短路的可能性，并且因此降低灯的性能和使用寿命。

此外，已经证明这样的灯易于发生由震动导致的破损，特别是在称为零时故障的故障类型中，这种情况下在灯接通后立即失效。这种类型的故障对于这样的灯的购买者来说是不可接受的。此外，因为直接作为裂化过程的结果，线圈的腿变得易碎并且因此容易发生作为震动结果的断裂，所以这样的灯甚至无法保存到运到消费者之时。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供降低这样的卤素灯，特别是灯丝的腿断裂的倾向的方法，并且由此延长灯的使用寿命。

为此，本发明提供了一种处理卤素灯的方法，该卤素灯包括在包围卤化碳氢化合物填充气体的玻璃灯泡内由腿支撑的灯丝，该方法包括——在该灯的初始工作之前——从该灯的外部的源向该灯施加热和/或辐射，诸如光辐射、电磁辐射等，以便裂化卤化碳氢化合物填充气体并且使碳基本上沉积在该灯的特定区域，由此灯的特定区域为该灯内不同于该灯灯丝的腿的区域。

一般地，支撑灯丝的腿是和该灯丝相互一体的，并且通常连接到更厚一些的引线，引线一般由钼制成，在灯的工作期间在所述引线的两端施加电压。测试已经表明，在根据如上所述的现有的裂化工艺中，诸如通过在该灯的引线两端施加工作电压来闪光该线圈，释放的碳是与从白炽灯丝挥发出的钨原子自由结合来产生碳化钨的碳，其倾向于沉积在钨灯丝的腿上，因为这些和灯丝自身相比更冷一些。结果，甚至直接在裂化之后，钨灯丝的腿变得易碎，极大地增加了灯丝腿断裂的可能性。

在根据本发明的方法中，在初始工作之前，即在工作电压范围内的电压第一次被施加到该灯的引线的两端之前，碳氢化合物被特定地裂化，因此该方法的一个明显的优势是有效地避免了由于碳化钨沉积在灯的灯丝的腿上而导致的线圈断裂。以这样的方式处理过的灯的抗震动能力大大地增加，同时对于已经使用根据本发明的方法处理过以便使得碳沉积在不同于灯丝的腿的特定区域的灯，由于易碎的灯丝腿而引起零时故障的可能性大大地消除。

灯丝，通常也称为线圈，最常见的是由特别为灯应用而掺杂的钨制成。因此，在下面，术语“灯丝”和“线圈”是同义词，并且在提及“钨”的地方，应该理解根据本发明的方法不仅仅限于这样的实现钨灯丝的卤素灯，而是可以应用到其中使用不同于钨的元素来形成该灯丝的卤素灯。

热和/或辐射的源可以位于与该灯很近的地方，或者可以位于离该灯一定距离处。通过穿过该灯的玻璃壁，或者说被传输经过该灯的玻璃壁，指向该灯的热和/或辐射到达该灯的填充气体。这里将强调的是，为了使用根据本发明的方法裂化卤化碳氢化合物，没有必要在该灯的电极的两端施加电压，即不要求电流如通过闪光线圈来裂化卤化碳氢化合物的情况那样流经钨线圈。该方法可以在第一次接通灯之前的任何合适的阶段被应用。因此，由于在裂化过程中该线圈不变成白炽的，所以在这个过程中不给钨原子从该线圈挥发的机会，并且因此有效地抑制了碳化钨的形成。

从属权利要求和随后的描述公开了的本发明的特别有利的实施例和特征。

施加到灯的热和/或辐射将导致该热和/或辐射所指向的灯的区域显著地加热，由此加热卤化碳氢化合物并且导致它们裂化，因此释放卤素以及碳，然后碳自由地自己沉积在灯内的某个点。一般来说，不期望将碳沉积在灯的任意部分。例如，碳沿着灯泡的内侧表面沉积可能减少灯的流明输出。同样地，不期望将碳自身沉积在灯的线圈上，因为这样可能最后导致线圈松弛或者其他有害的效果，使得灯的使用期限缩短。灯的其他区域更适合用于碳沉积。

因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，热和/或辐射被施加到灯的希望将碳沉积于其上的特定区域，因为已经注意到碳倾向于基本上沉积在被加热的区域。由此由在灯的外部的源产生热和/或辐射，并且将灯的特定区域加热到预定的温度，优选地大于500℃左右，最优选地大于700℃左右，并持续预定长度的时间。

在本发明的一个优选实施例中，使用诸如由甲烷氧燃烧器或者其他合适类型的燃烧器产生的燃烧器火焰加热灯的特定区域。这样的火焰可以以足够的精确程度被指向灯的某一区域。以在5-15巴范围内的压力填充的石英灯可以被局部地加热到如此高的温度而不发生灯泡变形或者灯泡破裂。优选地，燃烧器火焰能够指向灯的尖端，也称为肩或者肩尖区域(在单端灯中与压紧端相对的灯的区域)。例如，通过特定地加热该区域到某一温度，比如1000℃，持续预定长度的时间，比如20秒，填充气体的卤化碳氢化合物被裂化并且在该裂化过程中释放的碳主要以石墨的形式基本上沉积在灯的肩尖区域的加热的内部表面上。这种方法可能特别适合于其中卤素灯的肩尖不管怎样都会变黑或者被盖子所覆盖的应用，例如在其中尖区域经常被黑色的盖子从外部所覆盖以减少眩光的汽车应用中。

在本发明的另一优选实施例中，辐射包括指向灯中的特定区域的激光束。使用激光束提供了在加热灯的特定区域方面的更高的精度程度。例如，可以使激光束指向灯的引线之一。这样的卤素灯的引线通常由钼制成，钼可以被加热到高的温度而不会熔化。在根据本发明的一个优选实施例的方法中，激光束指向钼引线以加热该引线至优选地在1200℃至2000℃区域中的温度并持续大约20秒的时间，而引线加热填充气体以裂化该卤化碳氢化合物，并且在该过程中释放的碳以碳化钼(Mo₂C和MoC)的形式将自己沉积在热的引线上。应该选择位于引线材料的熔化温度之下的温度以避免引线的变形。激光束也可以同时或者在后面的时间指向在另一条引线上的点，以便碳化钼沉积在两条引线上。

显然，合适的激光束也可以指向玻璃灯泡的内部表面上的点。如在上面所述的过程中，以这种方式产生的热也加热填充气体，并且作为结果释放的碳将自己沉积在热的玻璃表面上。在灯泡中以这种方式加热的合适区域将是(正如燃烧器火焰的情况)灯的肩尖中的区域，以避免灯的流明输出的任何不必要的减少。

可以在单个步骤中实现施加热和/或辐射到灯中的特定区域，或者可以每隔一段时间或者猝发式实现。例如，由于该特定区域的材料的热属性，可能必须通过加热一定长度的时间来执行该过程，使热和/或辐射源不起作用来允许该材料恢复，并且重复该过程多次，直到该裂化过程已经满意地完成。

当加热灯的特定区域时，为了确保迅速且完全的裂化，填充气体到加热区域的内部对流是很重要的。因此，在该灯从外部源受到热和/或辐射的时候，该灯优选被保持在特定的取向。例如，在本发明的一个优选实施例中，当应用该方法以使灯的肩尖区域变黑时，在处理过程中该灯被保持在顶部向下的位置，肩尖端“在楼下”而电极端“在楼上”。加热和裂化的填充气体将倾向向上传播，被来自灯的上部区域的、还没有被裂化的更冷的填充气体所替代。这样，可以实现基本上填充气体的所有卤化碳氢化合物被完全裂化，并且碳很大程度上被防止沉积在不同于灯内最热区域即肩尖区域中的任何地方。同样地，如果通过诸如激光束的来自外部源的辐射来加热引线，那么该灯优选地被保持，使得被加热区域(例如引线靠近灯的压紧端的部分)是“在楼下”，以便当相邻的填充气体被加热时，发生的对流有效地循环填充气体，允许填充气体中卤化碳氢化合物的完全裂化。

自然地，上面描述的方法——使用燃烧器火焰的处理和使用激光束的处理——可以结合起来应用。例如，燃烧器火焰可以指向灯的肩尖区域，而激光束可以指向该相同的灯的引线处。可以同时或者单独地执行这些过程。也可以想到的是，可以通过使用激光束的组合来处理灯以便进行裂化，例如，将每条激光束指向引线，或者将一条激光束指向引线而另一条激光束指向玻璃灯泡壁内侧的适当点，以便裂化卤化碳氢化合物并且碳基本上沉积在这两个合适的区域上。

可以想到的是，可以实现任何其他合适类型的辐射，只要该辐射能够裂化填充气体的卤化碳氢化合物。例如，使用紫外辐射源可能是可行的，只要该玻璃灯泡不完全吸收这样频率的紫外辐射。另一种可能性可以是使用电磁线圈(有时也称为特斯拉线圈)以产生电磁辐射，其中发生的弧放电被设置成：将灯的特定区域加热到裂化填充气体的卤化碳氢化合物所需要的温度。在这种情况下，碳被均匀地分布在灯泡的内部表面的大部分上，因此“稀释”了碳的有害效果。

制造这样的卤素灯的合适的方法包括：形成玻璃灯泡和将由腿支撑的灯丝插入该灯泡，以及将按剂量添加有一种或者多种卤化碳氢化合物的合适的填充气体引入该灯泡内，并且随后——在第一次初始接通该灯之前——根据如上所述的方法处理该灯以裂化填充气体的卤化碳氢化合物，并且将碳基本上沉积在灯内的特定区域。由于用于裂化的卤素灯的处理方法不取决于玻璃灯泡实际的形成和填充，所以可以在不同的位置和/或在稍后的日期(如果方便)实现该处理步骤。

根据本发明的对应的卤素灯包括包围裂化的卤化碳氢化合物填充气体的玻璃灯泡，其中该裂化的卤化碳氢化合物填充气体的碳已经沉积在灯的不同于在腿的一个或者多个区域上。

附图说明

从下面结合附图考虑的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得明显。然而，应当了解，这些附图仅仅被设计用于说明的目的，而不是作为本发明的限制的定义。

图1示出穿过高压卤素灯的横截面；

图2a示出根据第一实施例的在受到来自外部源的热之前的卤素灯；

图2b示出根据第一实施例的在受到来自外部源的热之后的卤素灯；

图3a示出根据第二实施例的在受到来自外部源的辐射之前的卤素灯；

图3b示出根据第二实施例的在受到来自外部源的辐射之后的卤素灯；

图4示出在使用根据本发明的处理方法处理卤素灯以裂化该卤化碳氢化合物之后的卤素灯横截面。

在图中，相似的数字始终指示相似的对象。

具体实施方式

图1示出穿过卤素灯1的横截面。该图是一个大大简化后的横截面，仅仅示出了用于解释如在下面所描述的方法所需的灯1的那些部分。这样的灯1的基本部件是玻璃灯泡2，该玻璃灯泡2通常由例如石英玻璃或者硬质玻璃的玻璃制成。玻璃灯泡2的底部通常在围绕引线6，6′对末端处被压紧或者密封。引线6，6′的另一端(最常见是由钼制成)连到通常由钨制成的线圈4或者灯丝的腿3，3′。玻璃灯泡2包围了填充气体G，在该灯的初始工作之前，该填充气体G包括混合物，该混合物包括5-15巴压力的稀有气体和诸如CH₂Br₂的卤化碳氢化合物。示出的灯1是用于汽车应用的灯类型的代表，诸如H7或者H11类型的灯，但不限于这种灯类型。在灯的顶部的区域，在图中点线的右侧由区域5所指示，通常被称作灯的肩尖区域5。

图2a示出了正经历根据本发明的处理方法以裂化卤化碳氢化合物的这样的灯1。这里，还没有第一次被接通的灯1被保持在顶部向下的位置。燃烧器S₁位于离灯1的合适的距离，而且从燃烧器S₁发出的燃烧器火焰7指向灯的肩尖区域5。燃烧器火焰7加热灯1的填充气体G，因此裂化卤化碳氢化合物并且释放卤素和碳。

当被加热至裂化时，碳氢化合物分解，其中主要的反应是HBr的形成和固体碳的沉积，所述碳可以进一步和残余的氧和水起反应放出一氧化碳(CO)，并且和残余的氢起反应放出甲烷(CH₄)：

CH₂Br₂-＞C(s)+2HBr(g)

C+O₂/H₂O-＞CO；C+2H₂＜-＞CH₄

在灯冷却至室温后，可以使用FT-IR(傅立叶变换红外)光谱分析来无破坏地测量HBr、CO和CH₄的压力。

对于填充有15巴(Kr或者Xe)+300ppm CH₂Br₂的H11类型(单端)的汽车前灯，下面的表给出了在室温下根据使用FT-IR光谱分析确定的测量压力。如上所述用甲烷氧火焰加热灯的肩尖区域。该表示出了对于四个这样的灯测量的平均结果：

  灯的状态  HBr(毫巴)  处理之前  0.0  在火焰加热10秒之后  4.4  在火焰加热20秒之后  5.9  在火焰加热30秒之后  6.1  在12V燃烧1分钟  5.9

在火焰加热3×10秒后达到大约6.1毫巴的最大HBr水平。这也和由闪光该线圈的裂化过程的HBr水平一致。该10秒时间段包括加热，所以使用连续加热可能会更快地完成裂化或者分解。基于该最大HBr水平，大约3毫巴碳以某种形式存在于灯中。它的一些和残余的氧起反应放出CO，并且和残余的氢起反应放出CH₄，在这种情况下两种形式的水平都大大少于1毫巴。CO相当稳定并且当线圈被点亮时进一步增加，而当以全电压燃烧时在线圈处或者靠近线圈的CH₄被裂化。

因此可以推断，大部分碳沉积在肩尖区域。这种沉积在火焰加热期间可以观察为局部发光，这是因为固体碳以可见光谱发射，而暴露的石英并不如此。在冷却下来后，作为石墨沉积的结果可以观察到肩尖壁变黑。

图2b示出了在如图2a所述的处理后的相同的卤素灯。从分解或裂化的填充气体G’释放的大多数碳已经作为石墨沉积在灯1的肩尖5的内部表面上的区域R₁中。碳一旦以这种方式沉积，就不再自由地和钨蒸汽组合，所以极大地抑制了碳化钨的形成。以这样的方式处理过的卤素灯1的灯丝4的腿3，3′因此不太会被碳化钨所涂敷，所以基本上消除了在运输过程中线圈腿的断裂或零时故障的发生。石墨沉积所在的灯1的肩尖5中的区域R₁是当灯1被意图用于汽车应用时通常被盖子所覆盖以减少眩光的区域，并且因此无论如何不会损害灯1的功能。

在图3a中示出另一处理方法。这里，激光束8指向还没有第一次接通的灯1中的特定区域。激光束8由合适的源S₂产生，该源产生具有必需的强度和波长的光束并且能够以要求的精度瞄准该光束。这里，激光束8正指向灯1的引线6上的区域。该引线6在那点被加热至1200℃至2000℃范围内的温度并持续大约20秒的时间，以便填充气体G中的卤化碳氢化合物也被加热至裂化发生的温度，因此释放卤素和碳。

图3b示出在如图3a所述的处理后的灯1。从卤化碳氢化合物释放的碳已经主要以碳化钼的形式沉积在该激光束所瞄准的区域R₂上。再次，如在图2b中所述的，以这种方式沉积的碳已经实际上从现在裂化后的填充气体G’中消除，所以有效防止了以后在灯1的操作过程中有害的碳化钨的形成。

图4示出了已经经历如上所述的两种处理的灯1。通过将燃烧器火焰瞄准灯1的肩尖5处，并且将激光束瞄准引线6处，该填充气体的卤化碳氢化合物被裂化，并且碳沉积在区域R₁、R₂两处。

尽管已经以优选实施例和在其上的变体的形式公开了本发明，可以理解的是，可以对它进行各种额外的修改和变体而不偏离本发明的范围。例如，处理卤素灯的方法也可以应用到不是如上所述的单端的种类、而是在每个末端具有引线或者电极的灯。对于这样的灯，如果使玻璃灯泡的任何部分变黑都是不可接受的，则可以优选地用激光处理。

为了简洁起见，也可以理解，整个该申请中“一”或者“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他的步骤或者元件。“单元”可以包括多个块或者设备，除非其被明确地描述为单个实体。