DE1955185A1 - Halogen-Kreisprozess-Gluehlampe und Verfahren zur Eindosierung von Chlor oder Fluor in Halogen-Kreisprozess-Gluehlampen - Google Patents

Description

DJPL.-ING. KLAUS N EU BECKER 1955185

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · S c h a d. ο w ρ I a t ζ θ

!Düsseldorf, 1. Nqv, 1969

WE 39,447
69 100

.Viestirigiiouse 4-lectric Üorporation
Pittsburgh j Pa., _t V_tüt*A.,

und

zur ^!!!dosierung,.von GKLor Q-der- Fluor in, Ij
i spro ze ß-r-ölühlamp en«

vorliegende Erfindung bezieht sieh auf neue lial

^lühlampen und insbesondere auf ejn, Teriahrea ?u.r
g von Glilor, Pluor oder deren ^eiriigehe in solahe
während deren iierstellung*

j· sind wohl begannt und enthalten. im allgemeinen als !Füllung ein inertes da.s SQtwie eine geringe IJengs !brora oder Jod. Der üblicherweise aus Quarz hergestellte Lampenkolben ist einer verhältnismäßig hohen Temperatur ausgesetzt« Während des Betriebs der Lampe reagiert das verdampfte Wolfram, welches sich auf den Lampeniiolbenwandungen,.niederschlägt_t mit dem. .brom oder Jod unter Bildung von Yiolframhalogenid, Das lolfraiiihalogenid ist verhältnismäßig stabil, zersetrrb sich jedoch an der heißesten stelle der· Lampe, wobei sich Wolfram auf

eomtmtft

Tsl»fpr>, (0^11) 32ΟΘ68

dem Glühfaden niederschlägt und gasförmiges Halogen in Freiheit gesetzt wird, welches wiederum mit niedergeschlajeiiem Ivolfram zur Aufrecht erhaltung des Halogen-Kreisprozesses reagiert,

luan konnte in derartigen Halogen-Kreisprozeß-lampen sowohl Fluor als auch Chlor verwenden, doch weisen beide gewisse Schwierigkeiten auf. Eine Haupt Schwierigkeit besteht darin, daß Chlor und Fluor im gasförmigen Zustand außerordentlich, sc'iwierig zu handhaben sind, so daß die Herstellung der Lampen sehr schwierig ist, Elementares Fluor neigt auch zur Umsetzung mit den kühleren !eilen des Viiolframfadens, und es wird, wenn dies vrährend ά?3 Anfangsbetriebs der lampe, vorm Einsetzen des Halogen-Kreisprozesses, stattfindet, die leistung der lampe vermindert»

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen Halogen-EreisprOzeß-Grlühlampe und eines Verfahrens zur liindosierung von Chlor, Fluor oder deren (iemisciie in eine Halogeri- ;KreisprQ.2seß-ölühlampe. *

Zur lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halogen-Krelsprozeß-G-lühlampe, bei des das Halogen wenigst ens aus Fluor oder Chlor besteht, mit dem kennzeichnenden Merkmal vorgesehen_} daß man in den lampenkolben vor dessen Verschließen eine bestimmte Menge eines Garbonylhalogenids GOX₂» wobei X Fluor oder Chlor bedeutet, .einbringt, . . .

Zum besseren Verständnis und zur leichteren Ausführung der Hrfin,-dung wird nunmehr auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommeni

FIg, 1 zeigt in, per-spek.tiviSGh.e.r Ansicht eine Halogen-Kreisprozeß-Grlühlampe_?. in die Chlor, Fluor oder deren G-emlsc-he nach vorliegender Erfindung eindosiert sind· ■

Fig, 2 igt eine grafisaht· Dar st ellung einer Vorriciitung^ welche zur Durchführung dar Sindosierungsstufe des erfindungsgemäßen ,

Verfahrens verwendet werden kann.

Pig. 3 ist eine grafische Darstellung der schließliohen Abschmelzstufe.

Lit besonderer jjezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausf iihrungsform der Lri'in lr-ng besteht die lampe 10, wie in i'ig. gezeigt, aus einem vor zugsweise aus Quarz gefertigten röhrenförmigen Kolben 12 mit einem darin abgestützten, läugsverlaufenden, metallischen Glühfaden 14, der wenigstens .in der Hauptsache aus Y/olfram beste--lit. Zuführleiter 16 sind in den !,nden des Kolbens ciugeschmolzen und mit dem Faden 14 elektrisch verbunden. In dr ^.zeigten Ausführungsform,weisen die Zuführleiter 16- in der 'i'ecimik bekannte Molybdänbleeh-Einschmelzuiigen 18 auf. Der Faden kann' in dem Kolben 12 mittels in Abständen angeordneten Drahtträgern 20 in wesentlichen koaxial gehalten werden. Der Kolben enthält eine Inert gasfüllung, sweckmaljigerweise bei wenigstens urgefähr at mosi;> haitischem Druck und vorzugsweise oberhalb atmosphärischem Druck, wie 2-3 Atmosphären, und eine geringe L"en_öe l'luor, Chlor oder deren G-emische, welche in den Kolben ^emäiC vorliegender .i-rfindmig eingefülirt worden rind, wie später im einzelnen beschrieben

"./ie Pig. 2 zeigt, ist ein verlängertes Absaug- und Pv.llrohr 22 an eii.er Seite des Kolbens 12 angeordnet mid mündet darin. Dieses, iiohr 22 steht über eine übliche Leitungsverbindung mit einem Cra.sf'llls./EteKi in. "Verbindung, lessen Einzelheiten ausführlich in äer Uö-jratentsciirift 3 208 812 beschrieben sind. Am Anfang v;ird der Kolben 12 zuerst mit einem reinigenden G-as durch das verlängerte iiohr 22 ausgespült. Der Kolben wird dann auf ein Jochva-

_o kuum, beispielsv/cise in der G-rößenordnung von 10 " üorr, gebracht und in einem Ofen bei verhältnlsnäSig hoher Temperatur, wie 25O⁰Q, behandelt. Die Lampe wird danach mit einen: darin aufrecht erhaltenen Vakuum gekühlt und in die Lampe ein gereinigtes E'üllgas, wie f-.s ix einzelnen ansnhlieiend erläutert wird, durch Öffnen des Ventils in der Graseinfülleitung eindosiert, v/ie in !•"ig. 2 ^ezeigto Das l'üllgas besteht aus einein inerten iMs. mit

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welchem die rialogen enthaltende Verbindung vermischt ist. Das inerte G-as ist vorzugsweise Argon, Stickstoff oder eine Mischung aus Argon und Stickstoff, vorzugsweise eine Mischung aus ungefähr 90 Vol.-^ Argon und ungefähr 10 Vol.-^ Stickstoff. .Selbstverständlich können gewünschten!"alls andere inerte G-ase, wie andere Edelgase oder deren üemische, verwendet werden. Wie zuvor bemerkt, wird das Füllgas vor seiner Einführung in den Lampenkolben mit einer geringen Menge Carbonylfluorid, Oarbonylclilorid oder deren Gemische vermischt. Im G-egensatz zu Fluor- oder Chlorgas'sind diese Garbonylhalogenide bei ITormaltemperaturen und in Abwesenheit von Fässer praktisch nicht'korrodierend. Sobald die Lampe in Betrieb genommen wird, zersetzen sich die Garbonylhalogenide in Halogen und Kohlenmonoxid, welch letzteres unter den Betriebsbedingungen der Lampe wirkungsmüßig inert ist» Obwohl die Zersetzung der Carbonylhalogenide reversibel ist, sind die entstandenen Wolframhalogenide, die während des Betriebs der Lampe gebildet werden, relativ stabil, und es ist anzunehmen, da2 das Kohlenmonoxid als solches in der Lampe verbleibt» Sobald die .Lampe in Betrieb _Oenomüer. wird, beginnt sich Gs.rbor-Ylchlorid in Kohlenmonoxid und halogen zu zersetzen, während sich Oarbonylfluorid nur an i^m heißen I^-eil des Fadens zersetzt, vrelchsr eine höhere I'enperatur als ungefähr 2GUO⁰K auf weist. Bits dient zum Schutz-der kühleren Teile des 7/olfraas, welche leicht durch gasförmiges xluor angegriffen v/erden. -

"Wenn gewiuis.. ht wird, in die Lampe eine Füllung mit höherem als atmosphärischem Druck einzubringen, wild die teilweise bearbeitete Lampe 10a, -wie in i'ig. 2 gezeigt, in ein flüssig'.s Kühlmittel 24? v/ie flüssiger Stickstoff, eingetaucht, welches Argon und Oarbonylhalogenid einfriert. Danach vrird das verlängerte Hohr 22 mittels eines üblichen G-as-Luft-Schweißbrenners 26 lang abgeschmclzeri und ein beliebiges gewänsahtes, zusätzliches Halogen in die Lampe eingeführt, wie dies später beschrieben wird. Das Rohr-22 wird dann uittols eines J-as-Luft-Brermers 26 kurz abgeschmolzen,, während ein linde des. Kolbens in dem flüssigen Kühlmittel 24 verbleibt, wie in l'ig. 3 gezeigt, um die Lampenherstellung zu -Oll,nden_009823/127 3 ...

Das _Oev/Lmsaiite üarbonylhalogenid ist in dem Lampenkolben in einer solchen Lienge vorhanden, daß sie 0,01 bis 0,3 TToI«-Je der· (Iesaiiitgasfüllung in dem Kolben ausmacht. Für auf einen G-esaintdruck von annähernd einer Atmosphäre gefüllte lampen beträgt die bevorzugte Lienge Carbonylhalo^enid annähernd 0,05 VoI.-->b der G-esaiutgasfüllung in dem Kolben» .bei zwei Atmosphären beträgt die bevorzugte Menge (JarboiiyHialogenid annähernd 0,025 Vol.-$ der G-e samt gasfüllung in dem Kolben, um die Menge .Carbonyl hai ο ge nid anüähernd auf der gleichen liöhe zu halten. Daher variiert die bevorzugte Garbonylhalogenidfüllung in Abhängigkeit vom Fülldruck von ungefähr 0,02 bis 0,-05 Volr-jS der G-? sfüllung in dem Kolben 12,·

Außer der Oarbonylhalogenidfüllung kann man auch Brom, Jod oder deren Gemische entweder in elementarer oder in Form einer in Hitze zersetzbaren Verbindung vor dem Zuschmel'zen des Kolbens einbringen» Um Jod in elementarer Form in den Lampenkolben einzuführen, kann es in dem Füllgas in Dampf form vorliegen*· "Wahlweise kann man eine Vorrichtung verwenden', wie sie allgemein in der oben erwähnten US-Patentschrift 5 208 812 besehrieben ist. ITaeh.- ein.er anderen Ausführungsform. kann das verlängerte Rohr 22, wie in Fig.* 2 gezeigt _f mit einer he raus ragend en Seitenverzweigung 28 versehen sein, in welcher eine vorbestimmte Menge Jod enthalten ist. Nachdem das inerte Füllgas und das CarbOnylhalogenid in den Kolben eindosiert worden sind,, wird der Kolben 12 zusammen mit der Seitenverzweigung 28 erhitzt, um das Jod zu verdampfen und den Joddampfdruck im ganzen Lampenkolben 12 ins Gleichgewicht zu bringen. Man kann auch das elementare Jod 30 durch eine beliebige geeignete, in der Hitze zersetzbare Jod-· verbindung ersetzen* welche beim Erhitzen gasförmiges Jod in Freiheit setzt, wie Methylenjodid. In ähnlicher Weise kann man Brom unter Beibehaltung der verlängerten Seitenverzweigung 28 bei einer !Temperatur unterhalb des Siedepunkts vom Brom in den Kolben 12 einführen_r wenn gewünscht wurde, Brom in den Kolben einzuführen» Wahlweise kann man; in die Lampe zusammen mit dem Füllgas Brom als gasförmiges Methylenbromid einführen, welches

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sicii bei Inbetriebnahme der Lampe zersetzt und elementares ^rom lief art. · -

Obwohl aweiendige Halogen-Kreisprozeß-Giühlampen beschrieben worden sind, können die Carbonylhalogenide auch bei einendigen HaIogen-Kreisprozeß-G-lühlaiäpen verwendet werden. Die allgemeinen Konst rukt ionse inzeliieit en solcher Lampen sind wohlbekannt,- Im Hinblick auf die Leistung bei den zweiendigen und den emendigen. Typen liefert die Verwendung von Oärbonylclilorid und Garbonylfluorid gute i-rgebnisse _t obwohl man die besten !Ergebnisse mit äquimolaren Anteilen von: Garbonylfluorid und Carboriylciilorid und mit aquimolaren Anteilen von Garbonylfluorid und elementarem. Joderhält. Die Verwendung von Garbonylfluarid ist besonders von dem Standpunkt aus vorteilhaft, daß ¥olframh.exs.fluorid eine außerordentlich stabile: Verbindung darstellt und sich lediglich in der Hähe des heißen Slülifadens zersetzt. Das nach, der Zer-Setzung entstandene Fluor wandert dann zu den Kolbenwandungen zurück, wo es mit verdampftem Wolfram reagiert, ^T,7eil zu Beginn des Betriebs der Lampe Fluor als Garbonylfluorid _oebUiiden vorliegt,; sind die kalten Fadenenden vor der Reaktion mit elementarem Fluor geschützt. Die Verwendung von Carbonylfluorid schafft dali^r eine hohe thermo chemise he Stabilität unxl eine nachträglich hohe 2ersetzungstemperatur des entstandenen Halogenids, um den i-'aden an seinen heißesten Punkten zu regenerieren.. Damit vermischtes Jod in elementarer Form weist eine ausreichende ±ie akt ionsf ahigke it _r am Kreislauf teilzunehmeny jedoch eine geringe Reaktionsfähigkeit bei niedrigeren Temperaturen auf, welche irgendeinen Angriff auf die kühleren '2eile des Fadens und das G-las auf ein ikinimum herabsetzt.· Bei Verwendung einer Mischung von Carbonylfluorid und Carbonyl chlor id konnte die Lampe mehr" als ?^00 ütundeii und mit einer Mischung, von Garbonylfluorid und elementarem Jod bis zu 5500 Stunden mit sehr _&erlnger Schwärsung des Kolbens betrieben werden. Wenn die Lampe bei sehr hohen Ϊemperaturen,- wie 5540. bis 539O⁰I, betrlebeii wird,; welc-he eine typische Betrir.bstfcmi.üra-tur bei Fäden von ProjektioHslampen ist, konnte eine Lebensdauer¹ von über 1-0-Q- Stunden errei&ht werden* ' Wenn G-arboiiylfluorid ii£id ele^- mentares Jod als HalogsndtOsierung. vermiselrfe werden,, sollte die

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G-esamthalogendosieruiig mit dsm vollständig verdampften Jod 0,01 bis 0,3 Vol.-;;;, vorzugsweise ungefähr'0,02 bis 0,05 YoI.-^ der Inertgasfülluiig an elementarem Jod un·"¹. dem Carbonylfluorid betrafen, welche vorzugsweise in annähernd äquimolaren Anteilen

Jegebenenfails kruiii nach einer v/eiteren Ausfüiirungsform. ein geringer Druck von zusätzlichem Koklernonoxid, wie beispielsweise Ü,ü5 Vol.'-$ der u-asfüllmig, zusammen mit dem Inertgas und dem Oarbonylhalojenid in den Kolben 12 eingebracht werden. Unter bestimmten .octriebsbedingungen kann dies eine vorteilhafte Wirkung zur Verhinderung eines Angriffes auf die kühleren Seile der haben» ·

Obwohl man vorzugsweise die angegebenen Carbonylhalogenide zusammen mit dem Püllgas in den Kolben einbringt, können diese Halogenide durch, anfängliches einfrieren in die in Pig. 2 gezeigte Ssitenverzweigung 28 getrennt eingebracht werden. Auch kann man die Oarbonylhalogeiiide in den Kolben 12 mit beliebigen Mischungen von Brom oder Jod eindosieren. Beispielsweise kann eine solche Lischung aus 0,025 Vol.-fi Garbonylfluorid und einer äq.uimolaren Menge 3rom,bestehen, das entweder als eine in der Hitze zersetzbare Verbindung oder in elementarer ?orm eingebracht werden kann. G-egebenenfalls kann Jod und Brom als G-emisch zusammen mit dem Garbonylhalo₀:-nid vorliegen, und beispielsweise kann in solch einem G-c-aisch Brom und Jod in äquimolaren Anteilen mit dem üarbonylhalogenid vorhanden sein.

Ss ist ersichtlich, daß die Aufgaben vorliegender Erfindung durch Schaffung eines Verfahrens zum Eindosieren von Fluor, Qhlor oder deren G-emiseheii in eine Halogen-Kreisprozeß-G-lühlainpe gelöst v/erden, wobei Fluor und Chlor als verhältnismäßig nicht-reaktionsfähige, gasförmige, halogenhaltige Verbindungen eingebracht wer-

■f.

den.

l· at β nt an s ρ rü c he 009823/1273

Claims (1)

1. Patentansprüche . -.

   (ΐ·) Halogen-Kreisprozeß-Glühlampe, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Fluor und/oder Chlor in Form von Carbonylhalogeniden in der Inertgasfüllung des Lampenkolbens.

   2„ Verfahren zur Herstellung einer Halogen-Kreisprozeß-Glühlampe, bei der das Halogen wenigstens aus Fluor oder Chlor besteht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Lampenkolben vor dessen Verschließen eine bestimmte klenge eines Carbonylhalogenids COX_?, wobei X Fluor oder Chlor bedeutet, « ir bringt.'

   Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lampe mit einem Wolframfaden verwendet.

   4-. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Carbonylhaiοgenid in bestimmten Anteilen mit einem Inertgas vermischt und das erhaltene Gemisch in den Lampenkolben eingebracht v/ird.

   5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansxjrf.che 2 - 4> dadurch gekennzeichnet, daß isrom, Jod oder deren Gemische in elementarer Torrn oder als eine in ler hitze zersetzbare Verbindung in den Lampenkolben vor dessen Verschließen eingeführt wird.

   6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenmonoxid in dor_; Lampenkolben vor dessen Verschließen eingeführt wird.

   7.. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kolben eingeführte Carbonylhalogenid ungefähr 0,01 bis 0,3 Vol.-jS, vorzugsweise ungefähr 0,02 bis 0,05 Vol.-^, der Gesamtgasfüllung in dem Kolben η lsmacht. . . .
   .<A«r;*,ü~. -■.,*. 009823/1 27 3

   ■'■*'■ BAD ORfGINAL

   8» Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-7» dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Argon, Stickstoff oder ein Stickstoff-Argon-Gemisch bei einem Druck von wenigstens ungefähr atmosphärischem Druck verwendet wird»

   9ο Verfahrer, räch Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stickstoff-Argon-Gemisch mit 90 YoI.-γο Argon verwendet«

   1Oo Verf ahrc-n nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 9> dadurch gekennzeichnet, daß man ein Garbonylhalogenid mit annähernd äquimolaren Anteilen Garboiiylfluorid und Garbonylchlorid verwendet. - -

   11. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder $_f dadurch gekennzeichnet, daß man als inertes Gras Argon,, Stickstoff oder ein Stickstoff-Argon-Gemisch von wenigstens ungefähr atmosphärischem Druck und als CarbonylhaiQgeηid Garbonylfluorid und Jod zur Halogeneindosierung verwendet und daß die Gesamthalogendosierung mit dem vollständig verdampften Jod ungefähr 0,01 bis 0,3 Vol.~5& des Inert gases beträgt»

   12c Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas ein Gemisch von ungefähr 90 VoI,-$ Argon und ungefähr 10 VoI*-^ Stickstoff sowie Garbonylfluorid und Jod in annähernd äquimolaren Anteilen verwendet werden und daß die Gesamthalogendosierung mit dem vollständig verdampften Jod 0,Q2 bis 0,0$ Vol.-jS des Inertgases beträgt«

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