DE2201831A1 - Arc discharge device - Google Patents
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Description
DiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKERDiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKER
Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9Patent attorney
4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9
Düsseldorf, 14. Januar 1972 40,663
71169Düsseldorf, January 14, 1972 40,663
71169
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A. Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Bogenentladungsvorrichtungen, insbesondere auf sogenannte Metallhalogenid-Entladungsvorrichtungen, in denen vorgegebene Mengen ausgewählter, die Entladung aufrechterhaltender Stoffe eingesetzt werden, um die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern.The present invention relates generally to arc discharge devices, in particular on so-called metal halide discharge devices, in which predetermined amounts of selected, the discharge-maintaining substances are used to the To improve the performance of the device.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer Bogenentladungsvorrichtung mit einer die Entladung aufrechterhaltenden Füllung, bei der außer einer wirksamen Entladung ein optimaler Wirkungsgrad bei relativ niedriger Kolbentemperatur erzielbar ist.The object of the present invention is to provide an arc discharge device with a filling that maintains the discharge, with which, in addition to an effective discharge, an optimal degree of efficiency can be achieved at a relatively low piston temperature.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Bogenentladungsvorrichtung mit einem dicht abgeschlossenen, langgestreckten lichtdurchlässigen Kolben vorgegebenen Volumens, dicht durch den Kolben geführten Zuleitungen, die elektrisch an innerhalb des Kolbens in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnete Elektroden angeschlossen sind, einer in dem Kolben eingeschlossenen Metallhalogenid-Füllung zur Aufrechterhaltung der Entladung, wobei die Füllung eine kleine Menge inertes ionisierbares Zündgas und eine vorgegebene Menge Quecksilber enthält, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber bei vollständiger Verdampfung als alleiniger die Entladung aufrechterhaltender Bestandteil in einer Menge vorliegt,To solve this problem, an arc discharge device with a tightly sealed, elongated light-permeable device is provided Piston of predetermined volume, leads tightly guided through the piston, which are electrically connected to within the piston in a certain Spaced electrodes are connected, a metal halide filling enclosed in the flask to maintain the discharge, the filling a small amount of inert ionizable ignition gas and a predetermined amount Contains mercury, characterized according to the invention, that the mercury is the only one with complete evaporation The discharge maintaining component is present in an amount
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die in der Lage ist, einen Quecksilberdampf-Arbeitsdruck zwischen 3 und 15 Atmosphären unter Zugrundelegung einer durchschnittlichen Quecksilberdampf-Temperatur von 2000° K zu erzeugen, und daß die Füllung ferner mindestens ein Praseodym-, Neodym- oder Ceriumhalogenid, mit Ausnahme des Fluoride, in einer Gesamtmenge zwischen 1,4 χ 1O~6 und 5,4 χ 10~5 Mol/cm Abstand zwischen den Elektroden, ferner Cäsiumhalogenid, mit Ausnahme des Fluorids/ in einer Menge von 3,5 χ 10~7 bis 5,4 χ 10~5 Mol/cm Abstand zwischen den Elektroden enthält und das Molverhältnis zwischen Praseodym-, Neodym- und Ceriumhalogenid einerseits und Cäsiumhalogenid andererseits zwischen 4 : 1 bis 1 : 2,5 liegt.which is able to generate a mercury vapor working pressure between 3 and 15 atmospheres based on an average mercury vapor temperature of 2000 ° K, and that the filling also contains at least one praseodymium, neodymium or cerium halide, with the exception of fluoride, in a total amount between 1.4 χ 10 ~6 and 5.4 10 ~5 mol / cm distance between the electrodes, furthermore cesium halide, with the exception of the fluoride / in an amount of 3.5 χ 10 ~7 to 5.4 χ 10 ~ 5 mol / cm distance between the electrodes and the molar ratio between praseodymium, neodymium and cerium halide on the one hand and cesium halide on the other hand is between 4: 1 to 1: 2.5.
Als weitere, ergänzende, die Ladung aufrechterhaltende Füllung kann der Kolben mindestens ein Natrium-, Dysprosium- oder Samariumhalogenid, mit Ausnahme des Fluoride, enthalten, wobei das Molverhältnis des Dysprosiumhalogenids und des Samariumhalogenids zu dem mindestens einen Praseodym-, Neodym- oder Ceriumhalogenid weniger als 5 : 1 und das Molverhältnis des Natriumhalogenids zu dem Cäsiumhalogenid weniger als 5 : 1 beträgt.The flask can contain at least one sodium, dysprosium or samarium halide, as a further, additional filling that maintains the charge. with the exception of the fluoride, the molar ratio of the dysprosium halide and the samarium halide to that at least one praseodymium, neodymium or cerium halide less than 5: 1 and the molar ratio of the sodium halide to the cesium halide is less than 5: 1.
Darüber hinaus kann der Kolben als weitere Füllbestandteile zur Aufrechterhaltung der Entladung mindestens ein Holmium-, Scandium-, Gadolinium- oder Indiumhalogenid, mit Ausnahme des Fluorids, enthalten, wobei das Molverhältnis zwischen den Holmium-, Scandium- oder Gadoliniumhalogeniden zu dem mindestens einen Praseodym-, Neodym- oder Ceriumhalogenid kleiner als 5 : 1 und das Molverhältnis des Indiumhalogenids zu dem mindestens einen Praseodym-, Neodym- oder Cerlumhalogenid kleiner als 1 : 1 ist.In addition, the piston can be used as additional filling components Maintaining the discharge at least one holmium, scandium, Contain gadolinium or indium halide, with the exception of fluoride, wherein the molar ratio between the holmium, scandium or gadolinium halides to the at least one praseodymium, Neodymium or cerium halide less than 5: 1 and the molar ratio of the indium halide to the at least one praseodymium, neodymium or cerium halide is less than 1: 1.
Die Erfindung.wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below with reference to exemplary embodiments in Connection explained with the accompanying drawing. In the drawing show:
Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Entladungslampe mit einem inneren Quarzkolben, der eine Füllung zur Aufrechterhaltung der Entladung entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält;Fig. 1, partially in section, a discharge lamp with a inner quartz bulb, which has a filling to maintain the discharge according to the present Invention includes;
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Fig. 2 eine etwas abgewandelte Ausfuhrungsform der Entladungsvorrichtung, wobei nur eine Teil-Schnittansicht des inneren Entladungsrohres wiedergegeben ist, das aus polykrystallinem Aluminiumoxid oder einem ähnlichen hitzebeständigen Kolbenmaterial besteht und eine zur Aufrechterhaltung der Ladung dienende Füllung entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält; und2 shows a somewhat modified embodiment of the discharge device, being only a partial sectional view of the inner discharge tube is shown, which is made of polycrystalline aluminum oxide or the like There is a heat-resistant piston material and a filling that is used to maintain the charge according to the present invention; and
Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des relativen Wirkungsgrades von der MininujtKolbentemperatur, wobei die unteren Kolbentemperaturen wiedergegeben sind, die zur Erzielung des optimalen Wirkungsgrades bei Einsatz einer zur Aufrechterhaltung der Entladung dienenden Füllung entsprechend der vorliegenden Erfindung notwendig sind.Fig. 3 is a graph to illustrate the dependence of the relative efficiency on the Mininujt piston temperature, where the lower piston temperatures are reproduced to achieve the optimum efficiency when using a necessary to maintain the discharge serving charge according to the present invention are.
Die im einzelnen mit Fig. 1 gezeigte Entladungsvorrichtung oder Lampe 10 weist allgemein den gleichen Aufbau wie die bekannten Hochdruck-Quecksilberdampflampen mit strahlungsdurchlässigem abgedichtetem innerem Entladungsrohr 12 auf, an dessen Enden Elektroden 14 für die Aufrechterhaltung einer Dampfentladung angeordnet sind. Im Innern des Entladungsrohrs 12 befindet sich eine bestimmte Menge 16, ferner eine kleine Menge inertes ionisierbares Zündgas, wie etwa Argon mit einem Druck von 20 Torr. Die Menge 16 Quecksilber ist in einer Menge anwesend, wie sie erforderlich ist, um bei voller Verdampfung als der einzige die Entladung aufrechterhaltende Bestandteil für einen Quecksilberdampf-Arbeitsdruck von 3 bis 15 Atmosphären zu sorgen, berechnet auf der Basis einer durchschnittlichen Temperatur für das verdampfte Quecksilber von 2000° K. Diese durchschnittliche Temperatur kann je nach Verwendung der verschiedenen die Ladung aufrechterhaltenden Stoffe sowie je nach den Arbeitsbedingungen der Lampe schwanken, jedoch stellt der angegebene Zahlwert eine repräsentative Durchschnittstemperatur für das verdampfte Quecksilber dar. Da das Kolbenvolumen stets bekannt ist, läßt sich die zur Gewährleistung der gewünschten Ar-The discharge device or lamp 10 shown in detail with FIG. 1 has generally the same structure as the known ones High-pressure mercury vapor lamps with radiation-permeable sealed inner discharge tube 12, at the ends of which electrodes 14 are arranged to maintain a vapor discharge. Inside the discharge tube 12 there is a certain one Quantity 16 and a small quantity of inert ionizable ignition gas such as argon at a pressure of 20 torr. The crowd 16 Mercury is present in such an amount as is necessary to be the only one sustaining the discharge at full evaporation Component to provide a mercury vapor working pressure of 3 to 15 atmospheres, calculated on the basis of a average temperature for the evaporated mercury of 2000 ° K. This average temperature can vary depending on the use of the various charge-maintaining substances and the working conditions of the lamp the specified numerical value represents a representative average temperature for the evaporated mercury. Since the flask volume is always is known, can be used to ensure the desired work
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beitsbedingungen erforderliche Quecksilbermenge leicht berechnen. Bei Betrieb der Entladungsvorrichtung können auch die weiteren zur Aufrechterhaltung der Entladung dienenden Stoffe auf das Quecksilber einwirken, um den tatsächlichen Arbeitsdruck des Quecksilbers zu beeinflussen. Ferner können die extremen Temperaturgradienten zwischen dem eigentlichen Entladungsbogen und der Kolbenwand einen Einfluß auf den tatsächlich innerhalb der Entladungsvorrichtung herrschenden Druck ausüben. Daher ist es genauer, die erforderliche Quecksilbermenge so anzugeben, als wenn dieser Stoff für sich der einzige die Entladung aufrechterhaltende Bestandteil wäre, weil die in das Entladungsrohr eingebrachten Quecksilbermengen bekannt sind und der resultierende Druck, wie er durch die vorerwähnte Quecksilberdampf-Temperatur bestimmt wird, leicht ermittelt werden kann.Easily calculate the amount of mercury required under working conditions. When the discharge device is in operation, the other substances used to maintain the discharge can also affect the mercury act to influence the actual working pressure of the mercury. Furthermore, the extreme temperature gradients between the actual discharge arc and the bulb wall have an influence on the actual inside the discharge device exert prevailing pressure. It is therefore more accurate to state the required amount of mercury than if this substance were used on its own the only constituent that sustains the discharge would be because the amounts of mercury placed in the discharge tube are known and the resulting pressure as determined by the aforementioned mercury vapor temperature is easily determined can be.
In das Entladungsrohr 12 wird eine Menge 18 eingegeben, die mindestens ein Praseodym-, Neodym oder Ceriumhalogenid, mit Ausnahme des Fluorids, enthält. Die Gesamtmenge beträgt zwischen 1,4 χ ΙΟ"** bis 5,4 χ 10~5 Mol/cm Abstand zwischen den Elektroden 14. Entsprechend einem speziellen Ausführungsbeispiel können die Elektroden 14 voneinander einen Abstand von 7 cm haben, bei einem Volumen des Entladungsrohres 12 von 20 cm^. in dem Entladungsrohr 12 befindet sich ferner eine Menge 20 Caesiumhalogenid, mit Ausnahme von Fluorid, in einer Menge von 3,5 χ 10~7 bis 5,4 χ 10~5 Mol/cm Abstand zwischen den Elektroden 14. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist das Molverhältnis zwischen der Gesamtmenge Praseodym-, Neodym- und Ceriumhalogenid einerseits und Cäsiumhalogenid andererseits zwischen 4 : 1 bis 1 : 2,5.An amount 18 is introduced into the discharge tube 12 which contains at least one praseodymium, neodymium or cerium halide, with the exception of fluoride. The total amount is between 1.4 χ "** to 5.4 χ 10 -5 mol / cm distance between the electrodes 14. According to a special embodiment, the electrodes 14 can be spaced 7 cm apart, given the volume of the discharge tube 12 of 20 cm ^. In the discharge tube 12 there is also an amount of cesium halide, with the exception of fluoride, in an amount of 3.5 10 7 to 5.4 χ 10 5 mol / cm distance between the electrodes 14 According to the present invention, the molar ratio between the total amount of praseodymium, neodymium and cerium halide on the one hand and cesium halide on the other hand is between 4: 1 to 1: 2.5.
Ein strahlungsdurchlässiger oder -übertragender, dicht abgeschlossener äußerer Kolben 24 umgibt das Entladungsrohr 12 in einem bestimmten Abstand davon, wobei der so gebildete Zwischenraum zwischen dem Entladungsrohr 12 und dem äußeren Kolben 24 vorzugsweise evakuiert ist. Elektrische Zuleitungen 26 sind dicht sowohl durch das innere Entladungsrohr 12 als auch den äußeren Kolben 24 geführt, um die Elektroden 14 elektrisch mit einer herkömmlichen Energiequelle (nicht dargestellt) verbinden zu können.A tightly sealed one that is permeable or transmitting to radiation outer bulb 24 surrounds the discharge tube 12 at a certain distance therefrom, with the space thus formed between the discharge tube 12 and the outer bulb 24 is preferably evacuated. Electrical leads 26 are tight through both the inner discharge tube 12 as well as the outer bulb 24 are guided to the electrodes 14 electrically with a conventional To be able to connect energy source (not shown).
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Das Entladungsrohr 12 enthält weiter eine Zündelektrode 30, die über einen Zündwiderstand 32 mit einem Ende einer der elektrischen Zuleitungen 26 verbunden ist. Das Entladungsrohr 12 wird von dem äußeren Kolben 24 mittels eines herkömmlichen Stützrahmens 34 im Abstand gehalten. Mit Hilfe von Bandleitern 36 wird die hermetisch abgedichtete Durchführung der Zuleitungen 36 durch die Enden des Entladungsrohrs 12 erleichtert. Die Zuleitungen 36 sind durch den äußeren Kolben 24 dicht mit Hilfe eines eingeschnürten Quetschfußes 38 geführt und dabei mit einem herkömmlichen Sockel 30 verbunden, über den leicht ein elektrischer Anschluß an eine geeignete Energiequelle hergestellt werden kann. Die mit Fig. 1 wiedergegebene Lampe 10 kann entsprechend einem speziellen Ausführungsbeispiel für eine Eingangsleistung von 500 W ausgelegt sein.The discharge tube 12 further includes an ignition electrode 30, the Via an ignition resistor 32 with one end of one of the electrical Leads 26 is connected. The discharge tube 12 is attached to the outer bulb 24 by means of a conventional support frame 34 in the Kept their distance. With the help of ribbon conductors 36, the hermetically sealed implementation of the supply lines 36 through the ends of the Discharge tube 12 facilitated. The supply lines 36 are sealed through the outer piston 24 with the aid of a constricted pinch foot 38 out and thereby connected to a conventional base 30, via which an electrical connection to a suitable one is easy Energy source can be produced. The lamp 10 shown in FIG. 1 can according to a special exemplary embodiment be designed for an input power of 500 W.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel 42, wie es mit Fig. 2 wiedergegeben ist, weist das Entladungsrohr 44 einen auf hohe Dichte gesinterten polykristallinen Aluminiumoxidkörper auf, an dessen Enden Endkappen 46 dicht angeschlossen sind. In Nähe der Enden des Entladungsrohres 44 befinden sich Absaug- und Füllrohre 50, die gleichzeitig zur Abstützung der Elektroden 48 dienen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind die Menge 16 Quecksilber, eine Menge 18 an mindestens Praseodymiodid, Neodymiodid oder Ceriumiodid sowie eine Menge 20 Caesiumiodid in einer vorgegebenen Menge - wie in Verbindung mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel erläutert - gemeinsam mit der kleinen Menge an inertem ionisierbarem Zündgas eingeschlossen. In der fertigen praktischen Ausführung befindet sich das Entladungsrohr 44 wieder ähnlich - wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert - innerhalb eines äußeren Kolbens, wobei die weiteren Einzelheiten wieder die übliche Ausführung aufweisen, wie der Vollständigkeit halber ebenfalls schon in .Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.In a modified embodiment 42, as shown in FIG is shown, the discharge tube 44 has a high density sintered polycrystalline alumina body, on the Ends end caps 46 are tightly connected. In the vicinity of the ends of the discharge tube 44 are suction and filling tubes 50, the serve to support the electrodes 48 at the same time. In accordance with the present invention, the amount is 16 mercury, an amount 18 of at least praseodymium iodide, neodymium iodide or cerium iodide and an amount of 20 cesium iodide in a given Quantity - as explained in connection with the preceding embodiment - together with the small amount of inert ionizable ignition gas included. In the finished practical embodiment, the discharge tube 44 is again similar - As explained in connection with FIG. 1 - within an outer piston, the other details again being the usual ones Have execution, as also already described in connection with Fig. 1 for the sake of completeness.
Wie zuvor herausgestellt, sind die wesentlichen Bestandteile der die Ladung aufrechterhaltenden Füllung die kleine Menge inertes ionisierbares Zündgas, Quecksilber in einer Menge, wie sie zur Ausbildung eines Arbeitsdampfdruckes für Quecksilber allein in der Größe von 3-15 Atmosphären notwendig ist, eine vorgegebeneAs previously pointed out, the essential constituents of the charge retentive fill are the small amount of inert ionizable ignition gas, mercury in the amount required to create a working vapor pressure for mercury alone the size of 3-15 atmospheres is necessary, a given one
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Menge mindestens eines Praseodym-, Neodym- oder Ceriumhalogenids, mit Ausnahme des Fluoride, eine vorgegebene Menge Caesiumhalogenid, mit Ausnahme des Fluorids, unter Einhaltung eines speziellen relativen Molverhältnisses zwischen diesen Seltenerdmetallhalogeniden einerseits und Caesiumhalogenid andererseits. Das Quecksilber hat die Aufgabe, für einen geeigneten Spannungsabfall zwischen den Elektroden zu sorgen. In Verbindung mit dem Caesiumhalogenid dienen der verhältnismäßig hohe Quecksilberdampfdruck und das Caesiumhalogenid zur Verringerung der minimalen Kolbentemperatur oder der sogenannten "Kaltpunkt"fbold-spot")-Temperatur, bei der die Lampe mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet. Die speziell angegebenen Seltenerdmetallhalogenide dienen zur Ausbildung einer extrem wirksamen Entladung, wobei Ceriumhalogenid der Vorzug zu geben ist. Entsprechend einem speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem das Entladungsrohr ein Volumen von etwa 20 cm^ umschließt und die Elektroden einen Abstand von 7 cm haben, ergibt eine eingeschlossene Quecksilbermenge von etwa 200 mg einen Quecksilber-Arbeitsdruck von ungefähr 8 Atmosphären. In Verbindung mit der Quecksilberfüllung ist Ceriumtriiodid in einer Menge von 20 mg und Caesiumiodid in einer Menge von 10 mg eingeschlossen. Statt dessen kann Triiodid in einer Menge von 20 mg oder Neodymtriiodid in einer Menge von 20 mg verwendet werden, um das Ceriumiodid in dem vorstehenden Beispiel zu ersetzen. Diese Seltenerdmetalliodide können gewünschtenfalls gemischt werden.Amount of at least one praseodymium, neodymium or cerium halide, with the exception of fluoride, a specified amount of cesium halide, with the exception of fluoride, in compliance with a special one relative molar ratio between these rare earth metal halides on the one hand and cesium halide on the other hand. The mercury has the task of ensuring a suitable voltage drop between the electrodes. In connection with the cesium halide the relatively high mercury vapor pressure and the cesium halide serve to reduce the minimum bulb temperature or the so-called "cold spot" fbold-spot) - temperature at which the lamp works with optimum efficiency. The specially specified rare earth metal halides are used to form an extremely effective discharge, preference being given to cerium halide. According to a special embodiment, at which the discharge tube encloses a volume of about 20 cm ^ and the electrodes are 7 cm apart, a trapped mercury amount of about 200 mg results in a mercury working pressure of about 8 atmospheres. In connection with the mercury filling, cerium triiodide is in an amount of 20 mg and Cesium iodide included in an amount of 10 mg. Instead of this triiodide in an amount of 20 mg or neodymium triiodide in an amount of 20 mg can be used to reduce the cerium iodide in the replace the previous example. These rare earth metal iodides can be mixed if desired.
Zur Verbesserung der Farbwirkung und des FarbwiedergabeVerhaltens von zur Aufrechterhaltung von Entladung dienenden Füllungen der vorgeschriebenen Art ist es von Vorteil, eines oder mehrere der folgenden Halogenide, mit Ausnahme der Fluoride, nämlich Natriumhalogenid, Dysprosiumhalogenid und/oder Samariumhalogenid zu verwenden. Ein Natriumhalogenid sorgt für Strahlungen im Gelb-Orange-Bereich des sichtbaren Spektrums, Dysprosiumhalogenid für eine rote und blaue Emission und Samariumhalogenid für eine bläulichweiße Emission. Die weiteren ergänzenden Seltenerdmetallhalogenide können als teilweise Ersatzstoffe für die Praseodym-, Neodym- und/oder Ceriumhalogenide angesehen werden, wenngleich diese zusätzlichen, ergänzenden Halogenide stets in einer Gesamtmenge vonTo improve the color effect and color rendering behavior of fillings of the prescribed type used to maintain discharge, it is advantageous to use one or more of the to use the following halides, with the exception of fluorides, namely sodium halide, dysprosium halide and / or samarium halide. A sodium halide provides radiation in the yellow-orange range of the visible spectrum, dysprosium halide for one red and blue emission and samarium halide for a bluish white emission. The other supplementary rare earth metal halides can be viewed as partial substitutes for the praseodymium, neodymium and / or cerium halides, although these additional, supplementary halides always in a total amount of
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mindestens 1,4 χ ΙΟ"6 Mol/cm Elektrodenabstand anwesend sein sollten. Das Natriumhalogenid kann als teilweiser Ersatz für das Caesiumhalogenld angesehen werden, wenngleich das Caesiumhalogenid stets in einer Menge von mindestens 3,5 χ 10"^ Mol/cm Elektrodenabstand anwesend sein sollte. Vorzugsweise sind die zuvor herausgestellten ergänzenden Seitenerdmetallhalogenide, nämlich Dysprosiumhalogenid und Samariumhalogenid, in etwa der gleichen Molmenge wie die Praseodym-, Neodym- und/oder Ceriumhalogenide anwesend, wobei das Molverhältnis zusätzlicher, ergänzender Seltenerdmetallhalogenidezu diesen erforderlichen Halogeniden nicht über 5 ; 1 liegen sollte. Vorzugsweise ist das Natriumhalogenid in etwa der gleichen Molmenge wie das Caesiumhalogenid vorhanden, wobei das Molverhältnis von Natriumhalogenid zu Caesiumhalogenid nicht größer als 5 : 1 sein soll.At least 1.4 χ ΙΟ " 6 mol / cm electrode spacing should be present. The sodium halide can be regarded as a partial replacement for the cesium halide, although the cesium halide is always present in an amount of at least 3.5 χ 10" ^ mol / cm electrode spacing should. Preferably, the supplementary side earth metal halides highlighted above, namely dysprosium halide and samarium halide, are present in approximately the same molar amount as the praseodymium, neodymium and / or cerium halides, the molar ratio of additional, supplementary rare earth metal halides to these required halides not exceeding 5; 1 should be. Preferably, the sodium halide is present in approximately the same molar amount as the cesium halide, the molar ratio of sodium halide to cesium halide not being greater than 5: 1.
Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms die Abhängigkeit des relativen Wirkungsgrades von der minimalen Kolbentemperatur für verschiedene Ausfuhrungsformen von entsprechend der vorliegenden Erfindung gefertigten Entladungsvorrichtungen. Außerdem ist dasFig. 3 shows in the form of a diagram the dependence of the relative Efficiency from the minimum piston temperature for various embodiments according to the present invention manufactured discharge devices. Besides, this is
Ver
äquivalente Verhalten f ür'gleichevor richtungen gezeigt. Die mit A
bezeichnete Kurve gibt den Leuchtwirkungsgrad in Abhängigkeit der minimalen Kolbentemperatur für ein mit 20 mg Ceriumtriiodid, 20 mg
Dysprosiumtriiodid, 0,4 Thallium und 50 mg Quecksilber dotiertes Entladungsrohr wieder, wobei das Quecksilber als einziger eine
Entladung aufrechterhaltender Stoff einen Quecksilberdampf-Arbeitsdruck von etwa 2 Atmosphären ergeben würde. Das Entladungsrohr
hatte einen Elektrodenabstand von 7 cm und ein Volumen von 20 cm3. Wie ersichtlich, verläuft die Kurve A im wesentlichen geradlinig.
Da die maximal verwirklichbaren Kolbentemperaturen aus praktischen Gründen begrenzt sind, ist auch der Wirkungsgrad begrenzt, der
sich mittels einer solchen entsprechend der Kurve A arbeitenden Entladungsvorrichtung erzielen läßt.Ver
Equivalent behavior for the same devices is shown. The curve labeled A shows the luminous efficiency as a function of the minimum bulb temperature for a discharge tube doped with 20 mg cerium triiodide, 20 mg dysprosium triiodide, 0.4 thallium and 50 mg mercury, with mercury being the only substance that maintains a discharge at a mercury vapor working pressure of would give about 2 atmospheres. The discharge tube had an electrode spacing of 7 cm and a volume of 20 cm 3 . As can be seen, curve A is essentially straight. Since the maximum realizable bulb temperatures are limited for practical reasons, the efficiency that can be achieved by means of such a discharge device operating according to curve A is also limited.
Bei der mit B bezeichneten Kurve wurde das Thallium durch 15 mg Caesiumiodid ersetzt und somit - wie mit der Kurve B veranschaulicht - bei einem Quecksilberdampf-Arbeitsdruck von etwa 2 Atmosphären ein maxirr ale r Wirkungsgrad bei etwas verringerter minima-In the curve labeled B, the thallium was replaced by 15 mg cesium iodide and thus - as illustrated by curve B. - at a mercury vapor working pressure of about 2 atmospheres, a maximum efficiency with a slightly reduced minimum
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ler Kolbentemperatur erzielt. Der optimale Wirkungsgrad ergab sich bei einer Minimum-Kolbentemperatur von ungefähr 910° C. Eine solche Temperatur liegt jedoch für eine praktische Lampenausführung immer noch unzulässig hoch.ler piston temperature achieved. The optimum efficiency resulted at a minimum bulb temperature of about 910 ° C. However, such a temperature is for a practical lamp design still unacceptably high.
Für die mit C bezeichnete Kurve war die Füllung eines Lampenkolbens mit einem Elektrodenabstand von 7 cm und einem Volumen von 8 cm^ mit 10 mg Ceriumtriiodid und 10 mg Dysprosiumtriiodid, zusammen mit 150 mg Quecksilber, dotiert. Das würde für Quecksilber allein einen Arbeitsdruck von etwa 15 Atmosphären ergeben. Wie ersichtlich, verläuft die Kurve C wieder geradlinig.For the curve labeled C was the filling of a lamp bulb with an electrode spacing of 7 cm and a volume of 8 cm ^ with 10 mg cerium triiodide and 10 mg dysprosium triiodide, together with 150 mg mercury, spiked. That would give a working pressure of around 15 atmospheres for mercury alone. As can be seen the curve C is straight again.
Bei der mit D bezeichneten Kurve war das Entladungsrohr, das einen Elektrodenabstand von 7 cm und ein Volumen von 8 cm^ hatte, mit 10 mg Ceriumtriiodid, 10 mg Dysprosiumtriiodid, 10 mg Caesiumiodid und 100 mg Quecksilber dotiert, das bei Verwendung als einziger Stoff für die Aufrechterhaltung der Entladung einen Quecksilberdampf-Arbeitsdruck von ungefähr 10 Atmosphären erzeugt hätte. Ein optimaler Wirkungsgrad von etwa 155 Lumen/W wurde bei einer Minimum-Kolbentemperatur von etwa 665° C, einer Temperatur, die sich mit Hilfe eines Quarz-Entladungsrohres leicht verwirklichen läßt, erzielt. Wird der Quecksilberdruck über den Quecksilberdruck erhöht, wie er bei einer entsprechend der Kurve D arbeitenden Lampe herrscht, so wird die für einen optimalen Wirkungsgrad erforderliche Minimum-Kolbentemperatur weiter verringert, wie das mit der Kurve E angedeutet ist. Diese Kurve E zeigt das Verhalten eines gleichartigen Entladungsrohres, das mit etwa 10 mg Caesiumiodid, 10 mg Dysprosiumiodid, 10 mg Ceriumtriiodid und 150 mg Quecksilber dotiert ist, wobei die Quecksilbermenge als einziger eine Ladung aufrechterhaltender Bestandteil einen Quecksilberdampf-Arbeitsdruck von etwa 15 Atmosphären ergeben würde. Mit dieser Ausführungeform ließ sich der optimale Wirkungsgrad bei einer Minimum-Kolben temperatur von etwa 520° C erzielen, einer Temperatur also, die sich mit herkömmlichen Lampfenausführungen ohne Sphwierigkeiten realisieren läßt. In Verbindung mit Caesiumiodid und einem hohen Quecksilberanteil ist Ceriumiodid zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades bei relativ niedriger Minimum-Kolbentempera- In the curve marked D, the discharge tube, which had an electrode spacing of 7 cm and a volume of 8 cm ^, was doped with 10 mg cerium triiodide, 10 mg dysprosium triiodide, 10 mg cesium iodide and 100 mg mercury, which when used as the only substance for maintaining the discharge would have generated a working pressure of mercury vapor of approximately 10 atmospheres. An optimal efficiency of about 155 lumens / W was achieved at a minimum bulb temperature of about 665 ° C., a temperature that can easily be achieved with the aid of a quartz discharge tube. If the mercury pressure increases above the mercury pressure as prevails when one corresponding to curve D working lamp, the required minimum for optimum efficiency-bulb temperature is further reduced, as is indicated by the curve e. This curve E shows the behavior of a similar discharge tube which is doped with about 10 mg of cesium iodide, 10 mg of dysprosium iodide, 10 mg of cerium triiodide and 150 mg of mercury, with the amount of mercury as the only component that maintains a charge would result in a mercury vapor working pressure of about 15 atmospheres . With this embodiment, the optimum efficiency could be achieved at a minimum bulb temperature of about 520 ° C, a temperature that can be achieved with conventional lamp designs without difficulties. In conjunction with cesium iodide and a high proportion of mercury, cerium iodide is essential to achieve optimum efficiency at a relatively low minimum bulb temperature.
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tür der Vorzug zu geben, wie das mit den Kurven D und E der Fig. 3 veranschaulicht ist, jedoch kann das Ceriumiodid auch durch eine äquivalente Molmenge Praseodymiodid oder Neodymiodid ersetzt sein. Das führt zu einem hohen optimalen Wirkungsgrad unter Herabsetzung der Minimum-Kolbentemperatur.For preference, like that with curves D and E of FIG. 3 is illustrated, however, the cerium iodide can be replaced by an equivalent molar amount of praseodymium iodide or neodymium iodide. This leads to a high, optimal degree of efficiency while reducing the minimum piston temperature.
Wie schon festgestellt, soll zur Erzielung einer brauchbaren Minimum-Kolbentemperatur der Druck des Quecksilberdampfs so stark ausgeprägt sein, daß bei alleiniger Verwendung als die Entladung aufrechterhaltende Füllung der Quecksilberdampfdruck in einer Entladungsvorrichtung zwischen 3 und 15 Atmosphären liegen würde. Für ein Entladungsrohr mit einem Volumen von annähernd 20 cm·*, wie es zuvor in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, soll die Quecksilberdotierung oder -beimengung zwischen 75 mg und 375 mg ausmachen. Vorzugsweise soll der Quecksilberdampfdruck bei Betrieb der Entladungsvorrichtung zwischen 4 Atmosphären und 10 Atmosphären liegen, wozu für das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Quecksilberdosis zwischen 100 mg und 250 mg erforderlich ist. Bei einem Quecksilberdampfdruck von 4 Atmosphären ist die für die Erzielung des optimalen Wirkungsgrades erforderliche Minimum-Kolbentemperatur verhältnismäßig niedrig. Bei über 10 Atmosphären liegendem Quecksilberdampfdruck neigt der Entladungsbogen zur Instabilität.As already stated, to achieve a useful minimum piston temperature the pressure of the mercury vapor can be so pronounced that when used alone as the discharge sustaining Filling the mercury vapor pressure in a discharge device would be between 3 and 15 atmospheres. For a discharge tube with a volume of approximately 20 cm * * like it previously described in connection with the preferred embodiment, the mercury doping or admixture is intended make up between 75 mg and 375 mg. Preferably the mercury vapor pressure should be lie between 4 atmospheres and 10 atmospheres during operation of the discharge device, including for the one described preferred embodiment a mercury dose between 100 mg and 250 mg is required. At a mercury vapor pressure of 4 atmospheres, the minimum piston temperature required to achieve optimum efficiency is proportionate low. If the mercury vapor pressure is above 10 atmospheres, the discharge arc tends to be unstable.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß durch den Einsatz des Caesiumhalogenids in Verbindung mit dem verhältnismäßig intensiven Quecksilberanteil und gemeinsam mit dem Praseodym-, Neodym- und/oder Ceriumiodid für eine verhältnismäßig niedrige Kolbentemperatur eine wirksame Entladung erzielt und ein optimaler Wirkungsgrad ermöglicht wird. Die Zusammenhänge, auf denen diese Vorgänge beruhen, ließen sich noch nicht vollständig klären, jedoch hat es den Anschein, daß der erhöhte Quecksilberdruck in Verbindung mit dem Caesiumhalogenid den Anteil des gewünschten strahlenden Stoffes in dem Bogen erhöht und für eine diffusere Entladung mit einer niedrigeren, näher an der optimalen Bogentemperatur liegenden Temperatur sorgt. Der so entstehende breitere Entladungsbogen weist eine geringere Neigung auf, sich bei Betrieb auszubiegen, und selbstIn summary it can be said that through the use of cesium halide in connection with the relatively intense mercury content and together with the praseodymium, neodymium and / or Cerium iodide for a relatively low bulb temperature an effective discharge is achieved and an optimal degree of efficiency is made possible. The relationships on which these processes are based could not be fully clarified, however, it appears that the increased mercury pressure in connection with the Cesium halide increases the proportion of the desired radiating substance in the arc and for a more diffuse discharge with a lower, closer to the optimal sheet temperature. The resulting wider discharge arc has a less tendency to flex during operation, and even
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wenn dies der Fall ist, so hat der breitere Lichtbogen nur eine weniger zerstörende Wirkung auf den Kolben, weil er eine niedrigere Temperatur besitzt und weniger konzentriert ist.if this is the case, the wider arc will only have a less damaging effect on the piston because it will have a lower one Temperature and is less concentrated.
Gewünschtenfalls können weitere, zusätzliche Füllungen zur Aufrechterhaltung der Entladung verwendet werden, um die Entladung weiter zu modifizieren. Beispiele für solche weiteren Halogenide, natürlich wieder mit Ausnahme der Fluoride, sind Holmium-, Scandium-, Gadolinium- und Indiumhalogenid. Holmium ergibt eine zusätzliche rote und blaue Strahlung, Scandium eine starke blaue und zusätzliche weitere Strahlungen, Gadolinium eine zusätzliche blaue Strahlung, während Indium eine zusätzliche blaue Strahlung liefert. Wenn diese Stoffe zusätzlich eingesetzt werden, so soll das Molverhältnis der Holmium-, Scandium- und Gadoliniumhalogenide in bezug auf die Praseodym-, Neodym- und/oder Ceriumhalogenide weniger als 5 : 1 und das Molverhältnis des Indiumhalogenids zu den Seltenerdmetallhalogeniden weniger als etwa 1 : 1 betragen. Aus praktischen Gründen sollte jeder dieser Zusatzstoffe in einer Menge von mindestens etwa 1,4 χ ΙΟ"6 Mol/cm Abstand zwischen den Entladungsrohrelektroden anwesend sein, wenngleich im Bedarfsfall auch geringere Mengen Verwendung finden können.If desired, additional, additional fillings can be used to maintain the discharge in order to further modify the discharge. Examples of such other halides, again with the exception of fluorides, of course, are holmium, scandium, gadolinium and indium halides. Holmium produces an additional red and blue radiation, scandium a strong blue and additional additional radiation, gadolinium an additional blue radiation, while indium provides an additional blue radiation. If these substances are used in addition, the molar ratio of the holmium, scandium and gadolinium halides in relation to the praseodymium, neodymium and / or cerium halides should be less than 5: 1 and the molar ratio of the indium halide to the rare earth metal halides less than about 1: Be 1. For practical reasons, each of these additives should be present in an amount of at least about 1.4 χ " 6 mol / cm distance between the discharge tube electrodes, although smaller amounts can also be used if necessary.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurden insbesondere die Iodide berücksichtigt, jedoch versteht es sich, daß statt dessen auch die Bromide oder die Chloride in äquivalenten Molanteilen eingesetzt werden können. Statt dessen kann gewünschtenfalls auch jedes Gemisch aus Iodid, Bromld und/oder Chlorid verwendet werden. Die das Leistungsverhalten wiedergebenden speziellen Kurven der Fig. 3 beziehen sich zwar auf ein Gemisch aus Caesiumiodid und Ceriumiodid, dem zusätzlich Dysproslumiodid beigemengt ist, jedoch ergeben die anderen zusätzlichen Halogenid-Zusatzstoffe ähnliche Resultate, wenngleich die Farbe der Entladung und die Farbwiedergabeeigenschaften dieser Entladung sich entsprechend dem jeweiligen zusätzlichen Zuschlagstoff sowie entsprechend der Menge, in der der Zuschlagstoff zugesetzt wird, ändern. Vorzugsweise werden die zusätzlichen Stoffanteile im allgemeinen etwa in gleichen Molmengen wie die Praseodym-, Neodym- und/oder CeriumhalogenideIn the above exemplary embodiments, in particular the Iodides are taken into account, but it is understood that instead of this the bromides or the chlorides in equivalent molar proportions can be used. Instead of this, any mixture of iodide, bromide and / or chloride can also be used, if desired. The specific curves of FIG. 3 showing the performance behavior relate to a mixture of cesium iodide and Cerium iodide, to which dysproslum iodide is also added, however the other additional halide additives give similar results, albeit in terms of color of the discharge and color rendering properties this discharge is based on the respective additional aggregate and according to the amount in to which the aggregate is added. The additional substance proportions are preferably generally approximately the same Molar amounts such as the praseodymium, neodymium and / or cerium halides
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verwendet, wobei nur N*tö.umhalogenid als Zusatzstoff insofern eine Ausnahme bildet, als es nach Möglichkeit in etwa der gleichen Molmenge wie das Caesiumhalogenid verwendet wird.used, with only N * tö.umhalogenid as an additive insofar as a The exception is when it is used in approximately the same molar amount as the cesium halide, if possible.
Eine besonders interessante Zusammenstellung von Füllstoffen zur Aufrechterhaltung der Entladung stellt eine Vereinigung von Ceriumhalogenid, Natriumhalogenid, Samarium als Dihalogenid und Caesiumhalogenid dar. Entsprechend einem speziellen Ausführungsbeispiel wurde ein Entladungsrohr mit einem Elektrodenabstand von 7 cm und einem Volumen von 20 cm3 mit 200 mg Quecksilber, 8 mg Ceriumtriiodidf 5 mg Sodiumiodid, 15 mg Samariumdibdld und 5 mg Caesiumiodid dotiert. Argon mit einem Druck von 20 Torr dient als Zündgas. Ein Entladungsrohr entsprechend diesem speziellen Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem Wirkungsgrad von 140 Lumen/W, wenn es mit einer Minimum-Kolbentemperatur von 560° C betrieben wird. Die vorstehend erwähnte sogenannte Dotierung ergibt einen Quecksilberdampfdruck von etwa 8 Atmosphären, das Ceriumiodid und Caesiumiodid sind in einer Menge von etwa 2 bis 3 χ 10~6 Mol/cm Elektrodenabstand, das Samariumiodid und das Natriumiodid dagegen in einer Menge von etwa 5 χ 10~6 Mol/cm Elektrodenabstand anwesend. Die Farbe der Entladung entspricht im wesentlichen Weiß, und die Farbwiedergabe beleuchteter Gegenstände ist gut.A particularly interesting composition of fillers for maintaining the discharge is an association of Ceriumhalogenid, sodium halide, samarium as dihalide and cesium halide. According to a particular embodiment, a discharge tube with an electrode distance of 7 cm and a volume of 20 cm 3 with 200 mg of mercury, 8 mg cerium triiodide f 5 mg sodium iodide, 15 mg samarium dibdld and 5 mg cesium iodide spiked. Argon at a pressure of 20 Torr is used as the ignition gas. A discharge tube according to this special embodiment works with an efficiency of 140 lumens / W when it is operated with a minimum bulb temperature of 560 ° C. The above-mentioned so-called doping results in a mercury vapor pressure of about 8 atmospheres, the Ceriumiodid and cesium iodide are to 3 χ in an amount of about 2 10 -6 mol / cm electrode gap, the samarium iodide and sodium iodide, however, in an amount of about 5 χ 10 ~ 6 mol / cm electrode gap present. The color of the discharge is essentially white and the color rendering of illuminated objects is good.
PatentansprücheιClaimsι 209832/0750209832/0750
Claims (12)
Elektrodenabstand anwesend sind.that the scandium, holmium and gadolinium halide and the indium iodide in an amount of m;
Electrode gap are present.
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