DE1539485C3

DE1539485C3 - High pressure mercury vapor discharge lamp

Info

Publication number: DE1539485C3
Application number: DE19661539485
Authority: DE
Inventors: Thomas; Jacobs Cornells Adrianus Joannes; Wolput Joseph Henri Marie Clement van; Eindhoven Holmes (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1965-02-10
Filing date: 1966-02-05
Publication date: 1976-03-18

Description

1515th

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe, die im Entladungsraum Quecksilber, ein Edelgas, Blei und ein Halogen, vorzugsweise Jod, enthält.The invention relates to a high pressure mercury vapor discharge lamp, which contains mercury, a noble gas, lead and a halogen, preferably iodine, in the discharge space.

Bei solchen Hochdruck-Entladungslampen ist die Entladung beim Betrieb eingeschnürt. Der Gesamtdampfdruck liegt dabei im Betrieb im allgemeinen zwischen 1 und 50 atm. Die Wandbelastung beträgt dann 5 bis 35 W/cm². Der wichtigste Vorteil dieser Lampen ist die sehr hohe Ausbeute.In the case of such high-pressure discharge lamps, the discharge is constricted during operation. The total vapor pressure during operation is generally between 1 and 50 atm. The wall load is then 5 to 35 W / cm ² . The most important advantage of these lamps is the very high yield.

Die Spektralverteilung der ausgesandten Strahlung ist naturgemäß von den Mengen der verschiedenen Elemente im Entladungsraum und von ihren gegenseitigen Verhältnissen abhängig. (DasEdelgas spielt dabei im wesentlichen keine Rolle und dient nur zur Erleichterung der Zündung.) Diese Verhältnisse können derart gewählt werden, daß das Spektrum der von den Lampen ausgesandten Strahlung sich für eine bestimmte Anwendung, z. B. Beleuchtung, gut eignet. Die Lichtausbeuten von Halogenentladungslampen sind erheblich höher als die entsprechender Lampen, welche nur Quecksilber (und ein Edelgas) enthalten. Ausbeuten zwischen 50 und 100 Lumen/W wurden bereits erzielt.The spectral distribution of the emitted radiation is naturally dependent on the quantities of the various Elements in the discharge space and dependent on their mutual relationships. (The noble gas is playing This is essentially irrelevant and only serves to facilitate the ignition.) These relationships can be chosen such that the spectrum of the radiation emitted by the lamps is suitable for a specific application, e.g. B. lighting, well suited. The luminous efficacy of halogen discharge lamps are considerably higher than the corresponding lamps, which only use mercury (and a noble gas) contain. Yields between 50 and 100 lumens / W have already been achieved.

Quecksilberdampf-Entladungslampen mit einem Zusatz von Halogeniden im Entladungsraum sind bereits für verschiedene Anwendungen bekannt (vgl. Journal of the Optical Soc. of America, Bd. 54, Nr. 4, S. 532 bis 540). In Abhängigkeit von dem angestrebten Zweck werden Halogenide verschiedener Elemente verwendet. Man hat z. B. vorgeschlagen, eines der Jodide der Elemente Blei, Gallium, Thallium oder Indium im Entladungsraum anzuwenden, um eine Verbesserung des von den Lampen ausgesandten Spektrums zu erhalten.Mercury vapor discharge lamps with an addition of halides in the discharge space are already available known for various applications (see Journal of the Optical Soc. of America, Vol. 54, No. 4, Pp. 532 to 540). Depending on the intended purpose, halides become various elements used. One has z. B. suggested one of the iodides of the elements lead, gallium, thallium or to use indium in the discharge space in order to improve that emitted by the lamps Spectrum.

Die bekannten Lampen sind im allgemeinen Hochdruckentladungslampen verhältnismäßig geringer Abmessungen. Die Länge des Entladungsraumes ist meist nicht größer als 15 cm, und der Durchmesser liegt im allgemeinen zwischen 6 und 20 mm. Die Entladung in diesen Lampen kann sowohl wandstabilisiert als auch elektrodenstabilisiert sein. Für viele photochemische Vorgänge sind jedoch kleine Entladungslampen weniger geeignet, da oft große Oberflächen zu gleicher Zeit bestrahlt werden müssen. Dies trifft insbesondere für Lichtdruckverfahren zu, aber auch für die Bestrahlung ununterbrochen fließender Flüssigkeiten, in denen chemische Reaktionen erfolgen müssen. Es gibt ein Beispiel in der Kunststoff-Industrie bei der Herstellung von Kaprolaktam, das ein Ausgangsstoff für die Nylonherstellung ist. Für gewisse Vorgänge werden sogar Lampen mit einer ein Meter überschreitenden Länge hergestellt. Auch in solchen Lampen kann die Entladung zusammengeschnürt sein, so daß es sich um eine Hochdrucklampe handelt. In diesen langen Lampen ist die Entladung naturgemäß wandstabilisiert.The known lamps are generally high-pressure discharge lamps relatively small dimensions. The length of the discharge space is usually no greater than 15 cm, and the diameter is generally between 6 and 20 mm. The discharge in these lamps can be both wall-stabilized as well as be electrode stabilized. For many photochemical processes, however, small discharge lamps are used less suitable, as large surfaces often have to be irradiated at the same time. This is particularly true for collotype printing, but also for irradiation that is continuously flowing Liquids in which chemical reactions have to take place. There is an example in the plastics industry in the manufacture of caprolactam, which is a raw material for the manufacture of nylon. for certain processes even produce lamps that are more than a meter long. Also in such lamps the discharge can be constricted so that it is a high pressure lamp acts. In these long lamps, the discharge is naturally wall-stabilized.

Für viele der obenerwähnten photochemischen Vorgänge ist es nicht erforderlich, daß die Energie möglichst vollständig in sichtbare Strahlung umgewandelt wird, aber es ist erwünscht, daß im Wellenbereich zwischen 350 und 450 nm eine starke Strahlung ausgesandt wird. Das Quecksilberspektrum weist zwar in diesem Bereich eine Anzahl starker Linien auf, aber es ist erwünscht, die Energie in diesem Bereich noch zu steigern, gegebenenfalls auf Kosten der Strahlung über 450 nm und unter 350 nm. Dies ist der Zweck der Erfindung.For many of the photochemical processes mentioned above, it is not necessary that the energy is converted into visible radiation as completely as possible, but it is desirable that in the wave range strong radiation is emitted between 350 and 450 nm. The mercury spectrum has a number of strong lines in this area, but it is desirable to have the energy in this Range to be increased, possibly at the expense of radiation above 450 nm and below 350 nm. This is the purpose of the invention.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß sich im Entladungsraum auch noch Indium und/oder Gallium befindet und die Halogenmenge mindestens der Summe der Anzahl von Blei-, Indium und Galliummolen und höchstens dem Zweifachen dieser Summe äquivalent ist. Derartige Entladungslampen nach der Erfindung sind für photochemische Verfahren bestens geeignet. Dies rührt sicher daher, daß sie nicht nur eines der obenerwähnten Metallhalogenide enthalten sondern wenigstens zwei. In Lampen nach der Erfindung ist der Wirkungsgrad der Umwandlung der zugeführten elektrischen Energie in Strahlung innerhalb des obenerwähnten Bereiches von 350 bis 450 nm erheblich höher als der der bekannten Lampen. Dies gilt sowohl für Hochdruck-Quecksilberdampf-Halogenlampen mit wandstabilisierter als auch mit elektrodenstabilisierter Entladung.A high-pressure mercury vapor discharge lamp is used to solve this problem according to the invention the indicator that there is also indium and / or gallium in the discharge space and the amount of halogen is at least the sum of the number of lead, indium and gallium moles and is equivalent to at most twice this sum. Such discharge lamps according to the Invention are ideally suited for photochemical processes. This is surely due to the fact that they are not contain only one of the above-mentioned metal halides but at least two. In lamps after of the invention is the efficiency of converting the supplied electrical energy into radiation within the above-mentioned range of 350 to 450 nm, considerably higher than that of the known ones Lamps. This applies to both high-pressure mercury vapor halogen lamps with wall-stabilized and also with electrode stabilized discharge.

Da außer dem Quecksilber und dem Blei im Entladungsraum noch Indium und/oder Gallium vorhanden ist, wodurch im sichtbaren Bereich unter 450 nm eine verstärkte Strahlung erhalten wird, muß bei diesen Lampen eine größere Menge an Halogen, z. B. Jod, als oben erwähnt, vorhanden sein. Die Elemente Indium und Gallium müssen nämlich auch in Form von Halogeniden im Entladungsraum vorhanden sein oder gebildet werden können.Since, in addition to the mercury and lead, indium and / or gallium are also present in the discharge space is, whereby an amplified radiation is obtained in the visible range below 450 nm, must with these Lamps contain a larger amount of halogen, e.g. B. iodine, as mentioned above, may be present. The Elements This is because indium and gallium must also be present in the discharge space in the form of halides be or can be formed.

Zur Erleichterung der Herstellung und zum Erhalten einer genauen Dosierung wird das Blei vorzugsweise in Form von Halogenid, insbesondere von Jodid, in den Entladungsraum eingeführt.For ease of manufacture and to obtain accurate dosing, the lead is preferred in the form of halide, especially iodide, introduced into the discharge space.

Weiterhin kann noch außer der erwähnten Menge eine zusätzliche Menge an Halogen, z. B. an Jod, vorhanden sein, die zur Verlängerung der Lebensdauer der Lampen dient. Gegebenenfalls kann die zusätzliche Halogenmenge in Form von Quecksilberhalogenid, z. B. von Quecksilberjodid, in den Entladungsraum eingeführt werden. Beim Feststellen der in den Entladungsraum einzuführenden Menge an metallischem Quecksilber muß naturgemäß die zusätzliche, in Form von Halogenid eingeführte Quecksilbermenge berücksichtigt werden.Furthermore, in addition to the amount mentioned, an additional amount of halogen, e.g. B. iodine, be available, which serves to extend the life of the lamps. If necessary, the additional amount of halogen in the form of mercury halide, e.g. B. of mercury iodide, in the discharge space to be introduced. When determining the amount to be introduced into the discharge space Metallic mercury must naturally contain the additional amount of mercury introduced in the form of halide must be taken into account.

Die Gesamtquecksilbermenge im Entladungsraum beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 mg/cm³ Inhalt des Entladungsraumes für wandstabilisierte Entladungslampen. Für elektronenstabilisierte Entladungslampen beträgt die Gesamtquecksilbermenge vorzugsweise 10 bis 50 mg/cm³. Die Bleimenge beträgt vorzugsweise 0,004 bis 0,12 mg/cm³. Wenn die vorhandene Bleimenge geringer als 0,004 mg/cm³ ist, ist die Verstärkung der Strahlung zwischen 350 und 450 nmThe total amount of mercury in the discharge space is preferably 0.1 to 5 mg / cm ³ content of the discharge space for wall-stabilized discharge lamps. For electron-stabilized discharge lamps, the total amount of mercury is preferably 10 to 50 mg / cm ³ . The amount of lead is preferably 0.004 to 0.12 mg / cm ³ . If the amount of lead present is less than 0.004 mg / cm ³ , the amplification of the radiation is between 350 and 450 nm

sehr gering; wenn die vorhandene Bleimenge größer als 0,12 mg/cm³ ist, tritt Selbstabsorption auf.very low; if the amount of lead present is greater than 0.12 mg / cm ³ , self-absorption occurs.

Es sei noch erwähnt, daß aus der US-PS 26 73 944 Kurzbogen - Hochdruck - Entladungslampen bekannt sind, deren Füllung zur Verbesserung der Bogenstabilität außer Quecksilber, Blei und einem Edelgas geringe Zusätze an Indium und/oder Gallium enthält, jedoch kein Halogen. Diese Zusatzmetalle tragen hier aber — im Gegensatz zu den Lampen nach der Erfindung — nicht zur Strahlung bei.It should also be mentioned that from US-PS 26 73 944 short arc - high pressure - discharge lamps are known are, the filling of which is low except for mercury, lead and a noble gas to improve the arc stability Contains additives of indium and / or gallium, but no halogen. These additional metals carry here but - in contrast to the lamps according to the invention - does not contribute to the radiation.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Die Zeichnung stellt eine praktische Ausführungsform der Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe nach der Erfindung mit einer Quarzglaswand 1 dar, die auf beiden Seiten in Quetschungen 2 und 3 endet. In diesen Quetschungen befinden sich bandförmige Stromzuführungsleiter 4 bzw. S, die im Entladungsraum mit den Elektroden 6 bzw. 7 verbunden sind. Diese Elektroden bestehen z. B. aus Wolframwedeln. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 300 nm, und der Durchmesser des Entladungsraumes ist etwa 16 mm. Die Lampe ist iür eine Betriebsleistung von 2 kW geeignet, hat eine Bogenspannung von 500 bis 550 V und einen Lampenstrom von 4 bis 4,5 A.The drawing shows a practical embodiment of the high pressure mercury vapor discharge lamp according to the invention with a quartz glass wall 1, which on both sides in pinches 2 and 3 ends. In these bruises there are band-shaped Power supply conductors 4 and S, which are connected to the electrodes 6 and 7 in the discharge space. These electrodes consist e.g. B. from tungsten fronds. The distance between the electrodes is 300 nm and the diameter of the discharge space is about 16 mm. The lamp is for one Suitable for an operating power of 2 kW, has an arc voltage of 500 to 550 V and a lamp current from 4 to 4.5 A.

Um den Einfluß der verschiedenen Elemente im Entladungsraum zu veranschaulichen, folgen nachstehend zwei Ausführungsbeispiele.To illustrate the influence of the various elements in the discharge space, follow two embodiments.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Der Entladungsraum einer in der Zeichnung dargestellten Lampe enthält 150 mg Quecksilber, 3 mg Bleijodid (PbJ₂) und als Zündgas 10 mm Argon.The discharge space of a lamp shown in the drawing contains 150 mg of mercury, 3 mg of lead iodide (PbJ ₂ ) and 10 mm of argon as the ignition gas.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Der Entladungsraum einer in der Zeichnung dargestellten Lampe enthält 150 mg Hg, 0,25 mg Ga, 3 mg HgJ₂, 3 mg PbJ₂ und als Zündgas 10 mm Argon. The discharge space of a lamp shown in the drawing contains 150 mg Hg, 0.25 mg Ga, 3 mg HgI ₂ , 3 mg PbI ₂ and 10 mm argon as ignition gas.

In der nachstehenden Tabelle wird die Energieverteilung der Lampen nach den Ausführungsbeispielen 1 und 2 in verschiedenen Wellenlängenbereichen mit der ausgesandten Energie einer auf vollständig gleiche Weise aufgebauten Lampe verglichen, die lediglich 150 mg Quecksilber und 10 mm Argon enthält. Die Energie der Strahlung dieser Lampe ist für jeden der Wellenlängenbereiche annahmsweise 100.The table below shows the energy distribution of the lamps according to exemplary embodiments 1 and 2 in different wavelength ranges with the emitted energy one on completely the same Compared to a lamp with a wise design, which contains only 150 mg of mercury and 10 mm of argon. the The energy of the radiation from this lamp is assumed to be 100 for each of the wavelength ranges.

WellenlängenWavelengths HgEd Hg + PbJ₂ Hg + PbJ ₂ Hg+GaJs+PbJjHg + GaJs + PbJj bereich in nmrange in nm 300 bis 350300 to 350 100100 5555 3131 325 bis 375325 to 375 100100 168168 116116 350 bis 400350 to 400 100100 175175 120120 375 bis 425375 to 425 100100 273273 508508 400 bis 450400 to 450 100100 128128 204204 425 bis 475425 to 475 100100 5252 3434 450 bis 500450 to 500 100100 2929 100100 500 bis 550500 to 550 100100 6262 3838 525 bis 575525 to 575 100100 5959 3838 550 bis 600550 to 600 100100 3939 2222nd 350 bis 450350 to 450 100100 150150 156156 450 bis 550450 to 550 100100 6161 4040

Wie aus der Tabelle hervorgeht, senden im WeI-lenlängenbereich zwischen 350 und 450 nm die Lampen, die außer Quecksilber auch noch Jodide von Blei bzw. von Blei und Gallium enthalten, eine erheblich größere Energiemenge aus als die Lampe, die lediglich Quecksilber enthält. Auch geht aus der Tabelle hervor, daß bei der Anwendung von Gallium im sichtbaren Teil des Spektrums unter 450 nm eine erheblich größere Energiemenge ausgestrahlt wird als wenn die Lampe außer dem Quecksilber nur Bleijodid enthält. Weiterhin ist aus der Tabelle ersichtlieh, daß die größere Menge an Energie, die im Wellenlängenbereich zwischen 350 und 450 nm ausgesandt wird, offenbar auf Kosten der Strahlung bei Wellenlängen größer als 450 nm und kleiner als 350 nm erhalten wird. Die beiden letzten horizontalen Reihen geben die Gesamtenergiemenge an, die in den Wellenlängenbereichen von 350 bis 450 nm bzw. von 450 bis 550 nm ausgestrahlt wird.As can be seen from the table, send in the wavelength range between 350 and 450 nm are the lamps which, in addition to mercury, also contain iodides of lead or contain lead and gallium, a considerably larger amount of energy than the lamp, which only Contains mercury. The table also shows that when using gallium im The visible part of the spectrum below 450 nm emits a considerably larger amount of energy than if the lamp contains only lead iodide in addition to mercury. The table also shows that that the greater amount of energy emitted in the wavelength range between 350 and 450 nm becomes, apparently at the expense of radiation at wavelengths greater than 450 nm and less than 350 nm is obtained. The last two horizontal rows indicate the total amount of energy consumed in the wavelength ranges from 350 to 450 nm or from 450 to 550 nm is emitted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

High pressure mercury vapor discharge lamp that contains mercury in the discharge space Contains noble gas, lead and a halogen, characterized in that there is also indium and / or gallium in the discharge space and the amount of halogen at least the sum of the number of moles of lead, indium and gallium and is equivalent to at most twice this sum.