EP3699951B1 - Low pressure mercury vapour radiation source, method for operating same and use of mercury halide in the discharge space of the same - Google Patents

Low pressure mercury vapour radiation source, method for operating same and use of mercury halide in the discharge space of the same Download PDF

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EP3699951B1
EP3699951B1 EP19158690.8A EP19158690A EP3699951B1 EP 3699951 B1 EP3699951 B1 EP 3699951B1 EP 19158690 A EP19158690 A EP 19158690A EP 3699951 B1 EP3699951 B1 EP 3699951B1
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EP
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mercury
pressure
halide
discharge vessel
lamp
Prior art date
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EP3699951A1 (en
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Jan Winderlich
Erich Arnold
Burkard Jung
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Heraeus Noblelight GmbH
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Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/18—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/20—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H01J61/72—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a main light-emitting filling of easily vaporisable metal vapour, e.g. mercury

Definitions

  • the invention relates to a low-pressure mercury lamp which has a discharge vessel with a wall made of quartz glass, in which a filling gas, at least two electrodes and a mercury source are enclosed.
  • the invention further relates to a method for operating a low-pressure mercury lamp with a discharge vessel with a wall made of quartz glass, in which a filling gas, at least two electrodes and a mercury source are enclosed, and in which a gas discharge is generated by applying a lamp voltage.
  • the invention also involves the use of mercury halide in the discharge vessel of a low-pressure mercury lamp.
  • Low-pressure mercury lamps are used, for example, for hardening, modifying, coating and cleaning surfaces, for disinfecting gases, liquids, surfaces and packaging, for UV measurement technology, industrial photochemistry, drying and curing of printing inks, varnishes, adhesives and potting compounds, and paint drying and the analysis technology used.
  • mercury vapor lamps can be divided into low-pressure, medium-pressure, high-pressure and ultra-high-pressure lamps.
  • low-pressure lamps also known as low-pressure lamps
  • the internal pressure during operation is less than 10 mbar (1000 Pa);
  • the typical internal pressures during operation are above atmospheric pressure up to 200 bar (around 1 to 20 MPa).
  • the present invention relates to high-performance, low-pressure mercury vapor lamps.
  • a spotlight is, for example, in the DE 100 37 032 A1 described. It comprises a discharge space containing a mercury source, which is enclosed by a cylindrical bulb made of quartz glass and which is closed at both ends by pinching.
  • electrodes lie opposite each other, the electrical connections of which are led out of the piston ends via the crimps.
  • the high-performance amalgam low-pressure lamps reach relatively high operating temperatures (>100°C) compared to conventional mercury low-pressure lamps, which in turn lead to a high mercury vapor pressure.
  • the optimal vapor pressure for the maximum conversion of electrical power into ultraviolet radiation is around 0.8 Pa (for UV-C radiation with a wavelength of 254 nm).
  • a mercury source made from pure mercury causes this vapor pressure at an operating temperature (surface temperature of the discharge vessel) of around 40 °C. Without cooling measures, this temperature typically occurs at an electrical power consumption per unit length of the radiator ("specific power") of around 0.5 W/cm.
  • the mercury vapor pressure In order to be able to implement higher specific outputs in a low-pressure mercury lamp, the mercury vapor pressure must be limited.
  • high-performance radiators at least part of the space accessible to the filling gas is cooled to a temperature that is lower than the temperature in the actual discharge space, so that part of the mercury vapor condenses there.
  • a mercury alloy (amalgam) that is solid at room temperature and which typically contains metallic indium as an alloy component is introduced into the space accessible from the filling gas.
  • the solid Mercury amalgam is in thermodynamic equilibrium with the filling gas and, thanks to its lower vapor pressure compared to pure mercury, allows the mercury vapor pressure within the discharge space to be controlled, so that a maximum radiation yield can be achieved even at higher temperatures. This means that surface temperatures of around 120°C of the discharge vessel can be tolerated, which enables a specific power conversion of typically 5 W/cm and more.
  • a low-pressure mercury lamp with a discharge vessel made of UV-permeable glass is known, in which mercury halides, in particular HgJ 2 , are added to the filling gas to avoid blackening of the discharge vessel.
  • the emitter is used to clean the atmosphere of unwanted bacteria, bacilli, mold and the like.
  • From the EP 2 779 210 A1 is a mercury vapor discharge lamp with a discharge vessel made of quartz glass for use in the disinfection of liquids, air and surfaces and for the disinfection of drinking water.
  • the GB 361,394 A describes a gas discharge lamp with a discharge vessel that contains a filling gas of neon helium and argon at a filling pressure of around 4000Pa (30mm Hg) as well as a small amount of mercury to maintain the UV discharge.
  • Other substances can also be used with or instead of mercury, such as: Chlorides or other halides of metals such as cesium, magnesium or mercury.
  • a mercury-free, microwave-excited discharge lamp in which a noble gas, a mercury halide as a buffer material in an amount of 3.4 to 4.1 mg per cubic centimeter of the volume of the discharge vessel, another metal halide as a lamp and mercury are included in the discharge vessel.
  • amalgams have disadvantages.
  • Amalgam deposits usually have to be fixed at a specified location in the interior of the lamp which is accessible to the filling gas and which can be maintained at a predetermined temperature. This point is also referred to as the "cold spot” or “gold point” and it is also known to fix the amalgam deposit in a quartz glass pocket of the discharge vessel that is accessible from the filling gas and is made specifically for this purpose.
  • amalgam requires a lot of time, carries the risk of damage to the discharge vessel and increases manufacturing costs.
  • Components of the amalgam, in particular indium, are oxidized during operation by oxygen, which can escape into the discharge space from oxidic compounds in the emitter paste, for example, so that the temperature behavior of the emitter gradually changes.
  • the amalgam depot In order to keep the UV emission at a constant level, the amalgam depot must be kept at a specified temperature; in particular cooled. Depending on the position of the amalgam deposit ("cold spot", “gold point” or in a separate quartz glass pocket accessible from the filling gas), cooling the high-performance emitter can be complex.
  • the invention is based on the object of providing a high-performance low-pressure mercury lamp in which the effort required for insertion and positioning of the amalgam depot and other disadvantages associated with the amalgam depot are at least reduced or even completely eliminated.
  • the invention is also based on the object of specifying a method for operating a high-performance low-pressure mercury lamp, in which the introduction of an amalgam deposit into the lamp interior can be dispensed with.
  • the invention is also based on the object of specifying a special use of mercury halide.
  • the mercury source comprises a mercury halide.
  • the discharge vessel contains at least one mercury halide serving as a mercury source, in particular ionic compounds of divalent mercury with bromine and/or iodine as well as mixed compounds of mercury with these halogens or other chemical elements, which are produced under standard conditions (temperature: 25 ° C; pressure: 1013 mbar) present as a solid.
  • mercury halide serving as a mercury source, in particular ionic compounds of divalent mercury with bromine and/or iodine as well as mixed compounds of mercury with these halogens or other chemical elements, which are produced under standard conditions (temperature: 25 ° C; pressure: 1013 mbar) present as a solid.
  • the temperature behavior of a mercury-amalgam low-pressure lamp is only slightly influenced by replacing the mercury amalgam with mercury halide.
  • the mercury halide can therefore at least partially substitute the otherwise usual pure mercury or the mercury amalgam, preferably at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably completely.
  • the discharge vessel therefore contains no mercury amalgam, so that all associated disadvantages are completely eliminated.
  • mercury halide dissociates into gaseous mercury and the halogen in the discharge zone and thus the vapor pressure of the halide influences the effective mercury concentration in the discharge zone.
  • mercury halide has a lower vapor pressure compared to pure mercury, so that even at relatively high The temperature at the coldest point in the radiator interior sets a low mercury concentration.
  • the mercury halide behaves like an amalgam and, like this, is suitable for temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space.
  • the mercury halide dissociated in the discharge forms again on the wall or outside the discharge column at the coolest point.
  • mercury halide has a higher vapor pressure compared to the mercury alloy partners in amalgam (especially compared to indium), so that it quickly returns to the gas phase with a small increase in temperature.
  • amalgam especially compared to indium
  • the mercury halide in the high-performance low-pressure mercury lamp has the same qualitative effect as a mercury amalgam (temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space), but without its disadvantages.
  • the mercury source consists entirely of the mercury halide or of several mercury halides.
  • Mercury iodide and/or mercury bromide have proven particularly useful as mercury halides.
  • Mercury halides in the form of HgI 2 or HgBr 2 have long been used in medium-pressure, high-pressure and ultra-high-pressure mercury lamps.
  • these halides enable the so-called “tungsten-halogen cycle”.
  • Tungsten is a common component of the electrodes of the types of spotlights mentioned (or the filament of halogen spotlights).
  • the tungsten molecules that evaporate from the hot electrodes during operation settle on cooler parts of the discharge vessel and lead to blackening, which limits the lifespan of the emitter.
  • the halogen contained in the filling gas can react (together with residual oxygen) with the vaporized tungsten atoms and stabilize them in gas form.
  • the reaction Since the reaction is reversible, the compound breaks down into its elements again when the temperature changes, so that the tungsten atoms are deposited again on the electrode.
  • the purpose of adding halides is to reduce the blackening of the discharge vessel and thereby increase the lifespan of the emitters.
  • the "tungsten-halogen cycle" requires high surface temperatures of the discharge vessel of at least 800°C, which can only be achieved with the medium, high and ultra-high pressure lamps mentioned and not when low-pressure lamps are used as intended.
  • the discharge vessel of the low-pressure mercury lamp of the invention is made of quartz glass.
  • quartz glass This is understood here to mean a glass with an SiO 2 content of at least 97% by weight, preferably at least 99% by weight and particularly preferably at least 99.9% by weight.
  • the alkali content of the quartz glass is very low and amounts to less than 500 ppm by weight. Quartz glass is comparatively expensive, so discharge vessels made from other types of glass are also used, for example those made of “borosilicate glass”. This type of glass typically contains a percentage alkali content. However, the alkalis during operation of the lamp can lead to rapid aging of the glass surface and, in combination with mercury, to blackish deposits.
  • alkali ions on the surface of the discharge vessel can be passivated by a reaction with halogens, thereby slowing down the degradation process in the discharge vessel made of borosilicate glass.
  • the purpose of adding the halides is to help slow down the aging and blackening of the glass surface and thereby increase the service life of mercury vapor lamps with a discharge vessel made of borosilicate glass.
  • the amount of mercury in the discharge space of the low-pressure mercury lamp is therefore preferably dimensioned such that a mercury vapor pressure in the range of 0.3 Pa to 3 Pa is established during operation.
  • mercury(II) iodide shows a vapor pressure of 0.8 Pa at 77°C and HgBr 2 has this vapor pressure at 63°C.
  • the temperature range in which the relative efficiency ⁇ rel for radiation with a wavelength of 254 nm is at least 90% is between 65°C and 95°C in the case of Hgl 2 and between 29°C and 79°C in the case of HgBr 2 .
  • the discharge vessel has a lamp interior volume, whereby the Mercury halide, in particular mercury iodide, is contained in the radiator interior in an amount of between 0.0001 to 0.003 mg/cm 3 , preferably between 0.0005 to 0.001 mg/cm 3 , based on the radiator interior volume.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention, starting from a method of the type mentioned at the outset, in that a mercury halide, in particular mercury iodide, is used as the mercury source.
  • the method according to the invention can be carried out using the low-pressure mercury lamp according to the invention.
  • the relevant explanations above also apply to the process using the low-pressure mercury lamp.
  • the mercury halide serving as a mercury source partially and preferably completely replaces the amalgam in the discharge vessel of the low-pressure mercury lamp. It has surprisingly been shown that the temperature behavior of a mercury-amalgam low-pressure lamp is only slightly influenced by replacing the mercury amalgam with mercury halide.
  • the mercury halide can therefore at least partially substitute the otherwise usual pure mercury or the mercury amalgam, preferably at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably completely. In the latter and particularly preferred case, the discharge vessel therefore contains no mercury amalgam, so that all associated disadvantages are completely eliminated.
  • mercury halide dissociates into gaseous mercury and the halogen in the discharge zone and thus the vapor pressure of the halide influences the effective mercury concentration in the discharge zone.
  • mercury halide has a lower vapor pressure compared to pure mercury, so that even at a relatively high temperature, a low mercury concentration occurs at the coldest point of the radiator interior.
  • mercury halide behaves like an amalgam and, like this, is suitable for temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space.
  • the mercury halide dissociated in the discharge forms again on the wall or outside the discharge column at the coolest point.
  • mercury halide has a higher vapor pressure compared to the mercury alloy partners in amalgam (especially compared to indium), so that it quickly returns to the gas phase with a small increase in temperature.
  • amalgam especially compared to indium
  • the mercury halide in the high-performance low-pressure mercury lamp has the same qualitative effect as a mercury amalgam (temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space), but without its disadvantages.
  • the mercury source consists entirely of the mercury halide or of several mercury halides.
  • Mercury iodide and/or mercury bromide are particularly preferably used as mercury halide.
  • the amount of mercury in the discharge space of the low-pressure mercury lamp is therefore preferably dimensioned such that a mercury vapor pressure in the range of 0.3 Pa to 3 Pa is established during operation.
  • the resulting mercury vapor pressure depends on the vapor pressure of the halide and the temperature at the coolest point of the discharge vessel.
  • mercury(II) iodide Hgl 2
  • HgBr 2 shows a vapor pressure of 0.8 Pa at 77°C
  • HgBr 2 has this vapor pressure at 63°C.
  • the temperature range in which the relative efficiency ⁇ rel for radiation with a wavelength of 254 nm is at least 90% is between 65°C and 95°C in the case of Hgl 2 and between 29°C and 79°C in the case of HgBr 2 .
  • mercury iodide Hgl 2
  • a surface area of the discharge vessel is kept at a temperature of a maximum of 95 ° C, preferably a maximum of 77 ° C, during operation.
  • mercury bromide HgBr 2
  • a surface area of the discharge vessel is kept at a temperature of a maximum of 79 ° C, preferably a maximum of 63 ° C, during operation.
  • the surface area corresponds to the coolest point in the discharge vessel. Cooling can be provided to maintain the advantageous temperature in the surface area.
  • the mercury concentration in the discharge zone can be set in a controlled manner to a specified value, at which maximum UV emission results.
  • the discharge vessel has an interior volume of the lamp, with the mercury halide, in particular mercury iodide, in the interior of the lamp, based on the volume of the interior of the lamp, in an amount of between 0.0001 and 0.003 mg/cm 3 , preferably between 0 .0005 to 0.001 mg/cm 3 is contained.
  • the invention provides that it is used as a mercury source in a discharge vessel of a low-pressure mercury radiator for the purpose of controlling the mercury vapor pressure in the discharge vessel.
  • the mercury halide dissociates into gaseous mercury and halogen and largely determines the mercury concentration in the discharge zone that is effective for the vapor pressure of the halide. Since the mercury halide has a low vapor pressure compared to pure mercury, it is suitable for temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure. In this respect, the mercury halide shows In high-performance low-pressure mercury lamps, it has the same qualitative effect as mercury amalgam, but without any of its disadvantages.
  • the mercury halide is therefore suitable for partial, preferably complete substitution of mercury amalgam.
  • temperature behavior of a mercury-amalgam low-pressure radiator is only insignificantly influenced by a partial and in particular complete replacement of the mercury amalgam by mercury halide.
  • mercury halides in the form of HgI 2 or HgBr 2 have been added to medium-pressure, high-pressure and ultra-high-pressure mercury emitters in order to enable the so-called "tungsten-halogen cycle" by combining the halogens with the hot ones during operation Tungsten molecules evaporating from electrodes react and stabilize them in gas form.
  • the purpose of adding halides is to reduce the blackening of the discharge vessel and thereby increase the lifespan of the emitters.
  • a similar purpose is also pursued by adding mercury halide to the filling gas of mercury vapor lamps with a discharge vessel made of borosilicate glass.
  • the halogen has the effect of passivating the alkalis contained in this glass, which, when combined with mercury, would otherwise lead to blackish deposits and limit the lifespan of the lamps.
  • Mercury halides are in particular ionic compounds of divalent mercury with bromine and/or iodine as well as mixed compounds of mercury with these halogens or other chemical elements, which are present as a solid under standard conditions (temperature: 25 °C; pressure: 1013 mbar).
  • the internal pressure in the discharge vessel is less than 10 mbar during operation.
  • the “specific power” range begins above approximately 0.5 W/cm.
  • the specific power is the quotient of the electrical power consumption and the discharge length.
  • the discharge length corresponds to the electrode distance.
  • the discharge space is a space between the electrodes in which the electrical gas discharge occurs during operation.
  • the lamp interior is understood to be the entire volume enclosed by the discharge vessel, which is accessible to the filling gas of the low-pressure mercury lamp.
  • the low-pressure mercury lamp 1 shown schematically consists of a light tube 2 made of quartz glass, which has pinches 3 at its ends is closed, into which molybdenum foils 4 and the ends of connecting wires are melted to form helical electrodes 5.
  • the electrodes 5 have “legs” 6 which are connected to the molybdenum foil 4. During operation, an arc is generated in the radiator interior 7 between the electrodes 5.
  • the radiator interior 7 there is a pellet 8 made of mercury iodide (Hgl 2 ) with a weight of 0.5 mg (corresponding to 0.22 mg Hg) and neon with a pressure of 3 mbar as filling gas.
  • the light tube 2 allows a discharge length of 57 cm and has an inner diameter of 35 mm.
  • the internal volume accessible to the filling gas is 600 cm 3 . Per cubic centimeter of radiator interior volume, the mass of mercury iodide in the radiator interior 7 is therefore approximately 0.0008 mg.
  • the power supply of the low-pressure mercury lamp 1 comprises a first circuit A, which is used to apply the lamp current (lamp circuit) and a second circuit B, which is used to heat the electrodes 5 ("heating circuit").
  • the nominal power of the low-pressure mercury lamp 1 is 400 W (at a lamp current of 9.7 A), so that the low-pressure mercury lamp 1 achieves a maximum power density of approximately 7 W/cm.
  • the gaseous HgI 2 (g) dissociates into mercury and iodine.
  • the HgI 2 vapor pressure therefore defines the achievable Hg concentration in the arc.
  • a mercury vapor pressure of around 3 Pa is established in the discharge zone, which still results in a relative efficiency ⁇ rel of 90%.
  • a surface area 9 of the discharge vessel 2 is kept at a surface temperature of around 77 ° C during operation.
  • the surface area 9 represents any surface of the discharge vessel 2 in contact with the filling gas. Due to the low vapor pressure for temperatures up to 95°C, especially up to 77°, Hgl 2 can be used instead of high-temperature amalgam without significant UV-C loss.
  • the lamp To measure the UV-C radiation intensity emitted by the low-pressure mercury lamp 1 as a function of the temperature of the light tube 2, the lamp is inserted into a chamber through which a cooling air flow can flow and which has a radiation exit window.
  • the cooling air is used to cool and temper the radiator.
  • the speed of the cooling air flow is a measure of the surface temperature of the light tube 2 in area 9.
  • the low-pressure mercury lamp according to the invention shows a somewhat lower temperature dependence of the UV-C intensity than the commercially available high-performance low-pressure mercury lamp containing amalgam; However, the curves are largely comparable. Therefore, Hgl 2 can be used instead of high-temperature amalgam as a mercury source without significant UV-C loss.
  • the mercury source is a HgBr 2 dosage intended.
  • Table 1 summarizes the essential information on the two exemplary embodiments mentioned in comparison to the commercially available amalgam emitter described above. ⁇ b>Table 1 ⁇ /b> HgI 2 HgBr 2 amalgam Surface temperature of the discharge vessel [°C] 77 63 120 Mercury partial pressure [Pa] 0.8 0.8 0.8 Weight of pellet / depot [mg] 0.5 0.5 200 of which mercury [mg] 0.22 0.28 18.2 Pellet weight per emitter interior volume [mg/cm 3 ] 0.00083 0.00083 0.33 Weight of mercury per radiator interior volume [mg/cm 3 ] 0.00037 0.00047 0.03 Specific power [W/cm] 7 7 7 Filling gas pressure (Neon) [mbar] 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Quecksilberniederdruckstrahler, der ein Entladungsgefäß mit einer Wandung aus Quarzglas aufweist, in dem ein Füllgas, mindestens zwei Elektroden und eine Quecksilberquelle eingeschlossen sind.The invention relates to a low-pressure mercury lamp which has a discharge vessel with a wall made of quartz glass, in which a filling gas, at least two electrodes and a mercury source are enclosed.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Quecksilberniederdruckstrahlers mit einem Entladungsgefäß mit einer Wandung aus Quarzglas, in dem ein Füllgas, mindestens zwei Elektroden und eine Quecksilberquelle eingeschlossen sind, und in dem durch Anlegen einer Lampenspannung eine Gasentladung erzeugt wird.The invention further relates to a method for operating a low-pressure mercury lamp with a discharge vessel with a wall made of quartz glass, in which a filling gas, at least two electrodes and a mercury source are enclosed, and in which a gas discharge is generated by applying a lamp voltage.

Außerdem geht es in der Erfindung um eine Verwendung von Quecksilber-Halogenid im Entladungsgefäß eines Quecksilberniederdruckstrahlers.The invention also involves the use of mercury halide in the discharge vessel of a low-pressure mercury lamp.

Quecksilberniederdruckstrahler werden beispielsweise zum Härten, Modifizieren, Beschichten und Reinigen von Oberflächen, zur Entkeimung von Gasen, Flüssigkeiten, Oberflächen und Verpackungen, für die UV-Messtechnik, die industrielle Photochemie, die Trocknung und Härtung von Druckfarben, Lacken, Klebstoffen und Vergussmassen, die Lacktrocknung und die Analysetechnik eingesetzt.Low-pressure mercury lamps are used, for example, for hardening, modifying, coating and cleaning surfaces, for disinfecting gases, liquids, surfaces and packaging, for UV measurement technology, industrial photochemistry, drying and curing of printing inks, varnishes, adhesives and potting compounds, and paint drying and the analysis technology used.

Stand der TechnikState of the art

Quecksilberdampflampen können nach dem typischen Innendruck des Füllgases im Betrieb in Niederdruck-, Mitteldruck-, Hochdruck und Höchstdrucklampen eingeteilt werden. Bei Niederdrucklampen (auch als Niederdruckstrahler bezeichnet) liegt der Innendruck im Betrieb bei weniger als 10 mbar (1000 Pa); bei den anderen Lampentypen liegen die typischen Innendrücke im Betrieb oberhalb von Atmosphärendruck bis zu 200 bar (etwa 1 bis 20 MPa).According to the typical internal pressure of the filling gas during operation, mercury vapor lamps can be divided into low-pressure, medium-pressure, high-pressure and ultra-high-pressure lamps. With low-pressure lamps (also known as low-pressure lamps), the internal pressure during operation is less than 10 mbar (1000 Pa); For the other types of lamps, the typical internal pressures during operation are above atmospheric pressure up to 200 bar (around 1 to 20 MPa).

Eine andere Einteilung richtet sich nach der elektrischen Leistungsaufnahme. Bei sogenannten "Hochleistungs-Niederdruckstrahlern" beginnt der Bereich der elektrischen Leistungsaufnahme pro Längeneinheit der Entladungslänge (=Elektrodenabstand) oberhalb von etwa 0,5 W/cm ("spezifische Leistung").Another classification is based on the electrical power consumption. In the case of so-called "high-power low-pressure lamps", the range of electrical power consumption per unit length of the discharge length (=electrode spacing) begins above approximately 0.5 W/cm ("specific power").

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochleistungs-Quecksilberdampfniederdruckstrahler. Ein derartiger Strahler ist beispielsweise in der DE 100 37 032 A1 beschrieben. Er umfasst einen eine Quecksilberquelle enthaltenden Entladungsraum, der von einem zylindrischen Kolben aus Quarzglas umschlossen ist, und der an beiden Enden durch Quetschungen verschlossenen ist. Im Entladungsraum liegen sich Elektroden gegenüber, deren elektrische Anschlüsse über die Quetschungen aus den Kolbenenden herausgeführt sind.The present invention relates to high-performance, low-pressure mercury vapor lamps. Such a spotlight is, for example, in the DE 100 37 032 A1 described. It comprises a discharge space containing a mercury source, which is enclosed by a cylindrical bulb made of quartz glass and which is closed at both ends by pinching. In the discharge space, electrodes lie opposite each other, the electrical connections of which are led out of the piston ends via the crimps.

Infolge ihrer hohen Betriebsleistung erreichen die Hochleistungs-Amalgam-Niederdruckstrahler gegenüber herkömmlichen Quecksilber-Niederdruckstrahlern relativ hohe Betriebstemperaturen (>100°C), die wiederum zu einem hohen Quecksilberdampfdruck führen. Der für die maximale Umsetzung der elektrischen Leistung in Ultraviolettstrahlung optimale Dampfdruck liegt bei etwa 0,8 Pa (für UV-C-Strahlung der Wellenlänge von 254 nm). Eine Quecksilberquelle aus reinem Quecksilber bewirkt diesen Dampfdruck bereits bei einer Betriebstemperatur (Oberflächentemperatur des Entladungsgefäßes) von etwa 40 °C. Diese Temperatur stellt sich ohne Kühlungsmaßnahmen typischerweise bereits bei einer elektrischen Leistungsaufnahme pro Strahlerlängeneinheit ("spezifische Leistung") von etwa 0,5 W/cm ein.As a result of their high operating performance, the high-performance amalgam low-pressure lamps reach relatively high operating temperatures (>100°C) compared to conventional mercury low-pressure lamps, which in turn lead to a high mercury vapor pressure. The optimal vapor pressure for the maximum conversion of electrical power into ultraviolet radiation is around 0.8 Pa (for UV-C radiation with a wavelength of 254 nm). A mercury source made from pure mercury causes this vapor pressure at an operating temperature (surface temperature of the discharge vessel) of around 40 °C. Without cooling measures, this temperature typically occurs at an electrical power consumption per unit length of the radiator ("specific power") of around 0.5 W/cm.

Um höhere spezifische Leistungen in einem Quecksilberniederdruckstrahler umsetzen zu können, muss der Quecksilber-Dampfdruck begrenzt werden. Dafür wird bei bekannten Typen von Hochleistungsstrahlern mindestens ein Teil des vom Füllgas zugänglichen Raums auf eine Temperatur gekühlt, die niedriger ist als die Temperatur im eigentlichen Entladungsraum, so dass dort ein Teil des Quecksilberdampfes kondensiert. Bei einem anderen Typ von Hochleistungsstrahlern wird alternativ oder ergänzend zur Kühlung anstelle von reinem Quecksilber eine bei Raumtemperatur feste Quecksilberlegierung (Amalgam) in den vom Füllgas zugänglichen Raum eingebracht, das typischerweise metallisches Indium als Legierungsbestandteil enthält. Das feste Quecksilber-Amalgam steht mit dem Füllgas im thermodynamischen Gleichgewicht und ermöglicht durch seinen im Vergleich zu reinem Quecksilber niedrigeren Dampfdruck eine Kontrolle des Quecksilber-Dampfdrucks innerhalb des Entladungsraums, so dass auch bei höheren Temperaturen eine maximale Strahlungsausbeute erreichbar ist. Damit lassen sich Oberflächentemperaturen von etwa 120°C des Entladungsgefäßes tolerieren, was einen spezifischen Leistungsumsatz von typischerweise 5 W/cm und mehr ermöglicht.In order to be able to implement higher specific outputs in a low-pressure mercury lamp, the mercury vapor pressure must be limited. For this purpose, in known types of high-performance radiators, at least part of the space accessible to the filling gas is cooled to a temperature that is lower than the temperature in the actual discharge space, so that part of the mercury vapor condenses there. In another type of high-performance radiator, as an alternative or in addition to cooling, instead of pure mercury, a mercury alloy (amalgam) that is solid at room temperature and which typically contains metallic indium as an alloy component is introduced into the space accessible from the filling gas. The solid Mercury amalgam is in thermodynamic equilibrium with the filling gas and, thanks to its lower vapor pressure compared to pure mercury, allows the mercury vapor pressure within the discharge space to be controlled, so that a maximum radiation yield can be achieved even at higher temperatures. This means that surface temperatures of around 120°C of the discharge vessel can be tolerated, which enables a specific power conversion of typically 5 W/cm and more.

Aus der DE 28 46 816 A1 ist ein Quecksilberniederdruckstrahler mit einem Entladungsgefäß aus UV-durchlässigem Glas bekannt, bei dem zur Vermeidung einer Schwärzung des Entladungsgefäßes dem Füllgas Quecksilber-Halogenide beigefügt werden, insbesondere HgJ2. Der Strahler wird zum Reinigen der Atmosphäre von unerwünschten Bakterien, Bazillen, Schimmeln und dergleichen eingesetzt.From the DE 28 46 816 A1 A low-pressure mercury lamp with a discharge vessel made of UV-permeable glass is known, in which mercury halides, in particular HgJ 2 , are added to the filling gas to avoid blackening of the discharge vessel. The emitter is used to clean the atmosphere of unwanted bacteria, bacilli, mold and the like.

Aus der EP 2 779 210 A1 ist eine Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas für den Einsatz zur Desinfektion von Flüssigkeiten, Luft und Oberflächen und für die Trinkwasserentkeimung bekannt.From the EP 2 779 210 A1 is a mercury vapor discharge lamp with a discharge vessel made of quartz glass for use in the disinfection of liquids, air and surfaces and for the disinfection of drinking water.

Die GB 361,394 A beschreibt eine Gasentladungslampe mit Entladungsgefäß das ein Füllgas aus Neon Helium und Argon bei einem Fülldruck von etwa 4000Pa (30mm Hg) sowie zur Aufrechterhaltung der UV-Entladung eine kleine Menge Quecksilber enthält. Mit oder anstelle des Quecksilbers können auch andere Substanzen verwendet werden, wie etwa. Chloride oder andere Halogenide von Metallen wie Cäsium, Magnesium oder Quecksilber.The GB 361,394 A describes a gas discharge lamp with a discharge vessel that contains a filling gas of neon helium and argon at a filling pressure of around 4000Pa (30mm Hg) as well as a small amount of mercury to maintain the UV discharge. Other substances can also be used with or instead of mercury, such as: Chlorides or other halides of metals such as cesium, magnesium or mercury.

Aus der US 6,249,078 B1 ist eine quecksilberfreie, mikrowellenangeregte Entladungslampe bekannt, bei der im Entladungsgefäß ein Edelgas, ein Quecksilberhalogenid als Puffermaterial in einer Menge von 3,4 bis 4,1 mg pro Kubikzentimeter des Volumens des Entladungsgefäßes, ein weiteres Metallhalogenid als Leuchtmittel und Quecksilber eingeschlossen sind.From the US 6,249,078 B1 A mercury-free, microwave-excited discharge lamp is known in which a noble gas, a mercury halide as a buffer material in an amount of 3.4 to 4.1 mg per cubic centimeter of the volume of the discharge vessel, another metal halide as a lamp and mercury are included in the discharge vessel.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Der Einsatz von Quecksilber-Amalgamen bringt Nachteile mit sich. Amalgamdepots müssen in der Regel an einer vorgegebenen Stelle im Strahler-Innenraum fixiert werden, der für das Füllgas zugänglich ist und der auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann. Diese Stelle wird auch als "cold spot" oder "Goldpunkt" bezeichnet und es ist auch bekannt, das Amalgamdepot in einer eigens dafür herzustellenden vom Füllgas zugänglichen Quarzglastasche des Entladungsgefäßes zu fixeren.The use of mercury amalgams has disadvantages. Amalgam deposits usually have to be fixed at a specified location in the interior of the lamp which is accessible to the filling gas and which can be maintained at a predetermined temperature. This point is also referred to as the "cold spot" or "gold point" and it is also known to fix the amalgam deposit in a quartz glass pocket of the discharge vessel that is accessible from the filling gas and is made specifically for this purpose.

Das Einbringen und Fixieren des Amalgams erfordert einen hohen Zeitaufwand, birgt die Gefahr von Beschädigungen des Entladungsgefäßes und erhöht die Herstellkosten. Durch Sauerstoff, der beispielsweise aus oxidischen Verbindungen der Emitterpaste in den Entladungsraum entweichen kann, werden Komponenten des Amalgams, insbesondere Indium, im Betrieb oxidiert, so dass sich das Temperaturverhalten des Strahlers allmählich verändert.Introducing and fixing the amalgam requires a lot of time, carries the risk of damage to the discharge vessel and increases manufacturing costs. Components of the amalgam, in particular indium, are oxidized during operation by oxygen, which can escape into the discharge space from oxidic compounds in the emitter paste, for example, so that the temperature behavior of the emitter gradually changes.

Um die UV-Emission auf konstantem Niveau zu halten, muss das Amalgamdepot auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten; insbesondere gekühlt werden. Je nach Position des Amalgamdepots ("cold spot", "Goldpunkt" oder in einer separaten, vom Füllgas zugänglichen Quarzglastasche) kann sich die Kühlung des Hochleistungsstrahlers aufwändig gestalten.In order to keep the UV emission at a constant level, the amalgam depot must be kept at a specified temperature; in particular cooled. Depending on the position of the amalgam deposit ("cold spot", "gold point" or in a separate quartz glass pocket accessible from the filling gas), cooling the high-performance emitter can be complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahler bereitzustellen, bei dem der Aufwand für das Einbringen und Positionieren des Amalgamdepots und andere mit dem Amalgamdepots einhergehende Nachteile zumindest verringert sind oder sogar ganz entfallen.The invention is based on the object of providing a high-performance low-pressure mercury lamp in which the effort required for insertion and positioning of the amalgam depot and other disadvantages associated with the amalgam depot are at least reduced or even completely eliminated.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahlers anzugeben, bei dem auf das Einbringen eines Amalgamdepots in den Strahler-Innenraum verzichtet werden kann.The invention is also based on the object of specifying a method for operating a high-performance low-pressure mercury lamp, in which the introduction of an amalgam deposit into the lamp interior can be dispensed with.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besondere Verwendung von Quecksilber-Halogenid anzugeben.The invention is also based on the object of specifying a special use of mercury halide.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Hinsichtlich des Quecksilberniederdruckstrahlers wird diese Aufgabe ausgehend von einem Strahler der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Quecksilberquelle ein Quecksilber-Halogenid umfasst.With regard to the low-pressure mercury radiator, this object is achieved according to the invention, starting from a radiator of the type mentioned at the outset, in that the mercury source comprises a mercury halide.

In dem Entladungsgefäß befindet sich mindestens ein als Quecksilberquelle dienendes Quecksilber-Halogenid, insbesondere ionische Verbindungen von zweiwertigem Quecksilber mit Brom und/oder Jod sowie Mischverbindungen aus Quecksilber mit diesen Halogenen oder anderen chemischen Elementen, die bei Standardbedingungen (Temperatur: 25 °C; Druck: 1013 mbar) als Feststoff vorliegen.The discharge vessel contains at least one mercury halide serving as a mercury source, in particular ionic compounds of divalent mercury with bromine and/or iodine as well as mixed compounds of mercury with these halogens or other chemical elements, which are produced under standard conditions (temperature: 25 ° C; pressure: 1013 mbar) present as a solid.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass das Temperaturverhalten eines Quecksilber-Amalgam-Niederdruckstrahlers durch einen Ersatz des Quecksilber-Amalgams durch Quecksilber-Halogenid nur unwesentlich beeinflusst wird. Das Quecksilber-Halogenid kann daher das ansonsten übliche reine Quecksilber oder das Quecksilber-Amalgam mindestens zum Teil, vorzugsweise zu mindestens 80 %, bevorzugt zu mindestens 90 % und besonders bevorzugt vollständig substituieren. Im letztgenannten und besonders bevorzugten Fall enthält das Entladungsgefäß somit kein Quecksilber-Amalgam, so dass alle damit einhergehenden Nachteile vollständig entfallen.It has surprisingly been shown that the temperature behavior of a mercury-amalgam low-pressure lamp is only slightly influenced by replacing the mercury amalgam with mercury halide. The mercury halide can therefore at least partially substitute the otherwise usual pure mercury or the mercury amalgam, preferably at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably completely. In the latter and particularly preferred case, the discharge vessel therefore contains no mercury amalgam, so that all associated disadvantages are completely eliminated.

Diese Wirkung kann darauf zurückgeführt werden, dass das Quecksilber-Halogenid in der Entladungszone in gasförmiges Quecksilber und das Halogen dissoziiert und damit der Dampfdruck des Halogenids die wirksame Quecksilber-Konzentration in der Entladungszone beeinflusst. Quecksilber-Halogenid hat aber einen im Vergleich zu reinem Quecksilber geringeren Dampfdruck, so dass sich selbst bei relativ hoher Temperatur am kältesten Punkt des Strahlerinnenraums eine geringe Quecksilber-Konzentration einstellt. Insoweit verhält sich das Quecksilber-Halogenid wie ein Amalgam und ist wie dieses zur temperaturgesteuerten Einstellung und Kontrolle des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsraum geeignet. Das in der Entladung dissoziierte Quecksilberhalogenid bildet sich erneut an der Wand oder außerhalb der Entladungssäule an der kühlsten Stelle.This effect can be attributed to the fact that the mercury halide dissociates into gaseous mercury and the halogen in the discharge zone and thus the vapor pressure of the halide influences the effective mercury concentration in the discharge zone. However, mercury halide has a lower vapor pressure compared to pure mercury, so that even at relatively high The temperature at the coldest point in the radiator interior sets a low mercury concentration. In this respect, the mercury halide behaves like an amalgam and, like this, is suitable for temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space. The mercury halide dissociated in the discharge forms again on the wall or outside the discharge column at the coolest point.

Andererseits hat Quecksilber-Halogenid im Vergleich zu den Quecksilber-Legierungspartnern im Amalgam (insbesondere im Vergleich Indium) einen höheren Dampfdruck, so dass es bei geringer Temperaturerhöhung rasch wieder in die Gasphase gelangt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, das Quecksilber-Halogenid an einem vorgegebenen Depot örtlich zu fixieren und zu sammeln, wie dies beim Amalgam der Fall ist, wie etwa am sogenannten "cold spot" oder "Goldpunkt" beziehungsweise in einer Quarzglastasche.On the other hand, mercury halide has a higher vapor pressure compared to the mercury alloy partners in amalgam (especially compared to indium), so that it quickly returns to the gas phase with a small increase in temperature. This eliminates the need to fix and collect the mercury halide locally at a predetermined depot, as is the case with amalgam, such as at the so-called "cold spot" or "gold point" or in a quartz glass bag.

Insoweit zeigt das Quecksilber-Halogenid im Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahler qualitativ die gleiche Wirkung wie ein Quecksilberamalgam (temperaturgesteuerte Einstellung und Kontrolle des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsraum), jedoch ohne dessen Nachteile zu haben.In this respect, the mercury halide in the high-performance low-pressure mercury lamp has the same qualitative effect as a mercury amalgam (temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space), but without its disadvantages.

Durch den Ersatz von Quecksilber-Amalgam durch Quecksilber-Halogenid ergeben sich mehrere Wirkungen und Vorteile:

  • Die Gefahr der Oxidation von Komponenten aus dem Amalgam entfällt.
  • Die Herstellkosten verringern sich, da der Aufwand für das Einbringen und Fixieren des Amalgams entfällt.
  • Im Unterschied zu einem Amalgamdepot erfordert das Quecksilber-Halogenid als Quecksilberquelle keine feste Position innerhalb des Strahlerinnenraums. Es destilliert an der kältesten Stelle und destilliert um, falls sich diese Stelle ändert. Der kälteste Punkt im Strahler kann insoweit frei und variabel gewählt werden, was den Aufwand für eine etwaige Kühlung verringert.
  • Die Menge an Quecksilber im Entladungsgefäß kann in geringer Dosierung mittels vorgefertigter, handelsüblicher Quecksilber-Halogenid-Pellets eingestellt werden.
Replacing mercury amalgam with mercury halide results in several effects and advantages:
  • The risk of oxidation of components from the amalgam is eliminated.
  • The manufacturing costs are reduced because the effort required to insert and fix the amalgam is eliminated.
  • In contrast to an amalgam depot, the mercury halide as a mercury source does not require a fixed position within the emitter interior. It distills at the coldest point and re-distills if that point changes. The coldest point in the radiator can be chosen freely and variably, which reduces the effort required for any cooling.
  • The amount of mercury in the discharge vessel can be adjusted in small doses using prefabricated, commercially available mercury halide pellets.

Diese Vorteile stellen sich insbesondere bei einer bevorzugten Ausführungsform ein, bei der die Quecksilberquelle vollständig aus dem Quecksilber-Halogenid oder aus mehreren Quecksilber-Halogeniden besteht.These advantages arise in particular in a preferred embodiment in which the mercury source consists entirely of the mercury halide or of several mercury halides.

Besonders bewährt als Quecksilber-Halogenid haben sich Quecksilberjodid und/oder Quecksilberbromid.Mercury iodide and/or mercury bromide have proven particularly useful as mercury halides.

Quecksilberhalogenide in Form von HgI2 oder HgBr2 werden in Quecksilber-Mitteldruck-, -Hochdruck- und -Höchstdruckstrahlern seit langem eingesetzt. In diesen Strahlertypen, ebenso wie in den sogenannten "Metallhalogenidstrahlern" und "Halogenstrahlern", ermöglichen diese Halogenide den sogenannten "Wolfram-Halogen-Kreisprozess". Wolfram ist üblicher Bestandteil der Elektroden der genannten Strahlertypen (beziehungsweise der Glühwendel von Halogenstrahlern). Die im Betrieb von den heißen Elektroden abdampfenden Wolframmoleküle schlagen sich an kühleren Stellen des Entladungsgefäßes nieder und führen zu einer Schwärzung, welche die Lebensdauer des Strahlers begrenzt. Das im Füllgas enthaltene Halogen kann (zusammen mit Restsauerstoff) mit den verdampften Wolframatomen reagieren und diese in Gasform stabilisieren. Da die Reaktion reversibel ist, zerfällt die Verbindung bei einer Temperaturänderung wieder in ihre Elemente, so dass sich die Wolframatome wieder auf der Elektrode niederschlagen. Der Zusatz von Halogeniden hat hierbei somit den Zweck, die Schwärzung des Entladungsgefäßes zu vermindern und dadurch die Lebensdauer der Strahler zu erhöhen.Mercury halides in the form of HgI 2 or HgBr 2 have long been used in medium-pressure, high-pressure and ultra-high-pressure mercury lamps. In these types of emitters, as well as in the so-called “metal halide emitters” and “halogen emitters”, these halides enable the so-called “tungsten-halogen cycle”. Tungsten is a common component of the electrodes of the types of spotlights mentioned (or the filament of halogen spotlights). The tungsten molecules that evaporate from the hot electrodes during operation settle on cooler parts of the discharge vessel and lead to blackening, which limits the lifespan of the emitter. The halogen contained in the filling gas can react (together with residual oxygen) with the vaporized tungsten atoms and stabilize them in gas form. Since the reaction is reversible, the compound breaks down into its elements again when the temperature changes, so that the tungsten atoms are deposited again on the electrode. The purpose of adding halides is to reduce the blackening of the discharge vessel and thereby increase the lifespan of the emitters.

Der "Wolfram-Halogen-Kreisprozess" erfordert jedoch hohe Oberflächentemperaturen des Entladungsgefäßes von mindestens 800°C, die nur bei den genannten Mittel-, Hoch- und Höchstdruck-Strahlern aber nicht beim bestimmungsgemäßen Einsatz von Niederdruckstrahlern erreicht werden.However, the "tungsten-halogen cycle" requires high surface temperatures of the discharge vessel of at least 800°C, which can only be achieved with the medium, high and ultra-high pressure lamps mentioned and not when low-pressure lamps are used as intended.

Das Entladungsgefäß des Quecksilberniederdruckstrahlers der Erfindung besteht aus Quarzglas. Darunter wird hier ein Glas mit einem SiO2-Gehalt von mindestens 97 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 99 Gew.-% und besonders bevorzugt von mindestens 99,9 Gew.-% verstanden. Der Alkali-Anteil des Quarzglases ist sehr gering und beträgt weniger als 500 Gew.-ppm. Quarzglas ist vergleichsweise teuer, so dass auch Entladungsgefäße aus anderen Glasarten eingesetzt werden, beispielsweise solche aus "Borosilikatglas". Diese Glasart enthält typischerweise einen Alkaligehalt im Prozentbereich. Allerdings können die Alkalien im Betrieb des Strahlers zu einer schnellen Alterung der Glasoberfläche und in Verbindung mit Quecksilber zu schwärzlichen Ablagerungen führen. Durch Zugabe von Quecksilber-Halogeniden in Form von Hgl2 beziehungsweise HgBr2 können an der Oberfläche des Entladungsgefäßes anliegende Alkali-Ionen durch eine Reaktion mit Halogenen passiviert und dadurch der Degradationsprozess beim Entladungsgefäß aus Borosilikatglas verlangsamt werden. Die Zugabe der Halogenide hat hierbei somit den Zweck, zu einer Verlangsamung der Alterung und Schwärzung der Glasoberfläche beizutragen und dadurch die Lebensdauer von Quecksilberdampflampen mit einem Entladungsgefäß aus Borosilikatglas zu erhöhen.The discharge vessel of the low-pressure mercury lamp of the invention is made of quartz glass. This is understood here to mean a glass with an SiO 2 content of at least 97% by weight, preferably at least 99% by weight and particularly preferably at least 99.9% by weight. The alkali content of the quartz glass is very low and amounts to less than 500 ppm by weight. Quartz glass is comparatively expensive, so discharge vessels made from other types of glass are also used, for example those made of “borosilicate glass”. This type of glass typically contains a percentage alkali content. However, the alkalis during operation of the lamp can lead to rapid aging of the glass surface and, in combination with mercury, to blackish deposits. By adding mercury halides in the form of Hgl 2 or HgBr 2 , alkali ions on the surface of the discharge vessel can be passivated by a reaction with halogens, thereby slowing down the degradation process in the discharge vessel made of borosilicate glass. The purpose of adding the halides is to help slow down the aging and blackening of the glass surface and thereby increase the service life of mercury vapor lamps with a discharge vessel made of borosilicate glass.

Bei einem Quecksilber-Dampfdruck (pHg) von etwa 0,8 Pa ergibt sich ein Maximum der Effizienz (η) für Strahlung mit der Wellenlänge von 254nm (η =100%). Im Druckbereich zwischen 3 Pa >= pHg >= 0,3 Pa ergibt sich eine relative Effizienz ηrel von mindestens 90%.At a mercury vapor pressure (p Hg ) of around 0.8 Pa, there is a maximum efficiency (η) for radiation with a wavelength of 254 nm (η =100%). In the pressure range between 3 Pa >= p Hg >= 0.3 Pa there is a relative efficiency η rel of at least 90%.

Im Hinblick darauf ist die Quecksilbermenge im Entladungsraum des Quecksilberniederdruckstrahlers daher vorzugsweise so bemessen, dass sich im Betrieb ein Quecksilberdampfdruck im Bereich von 0,3 Pa bis 3 Pa einstellt.In view of this, the amount of mercury in the discharge space of the low-pressure mercury lamp is therefore preferably dimensioned such that a mercury vapor pressure in the range of 0.3 Pa to 3 Pa is established during operation.

Beispielsweise zeigt Quecksilber(II)-Jodid (HgI2) einen Dampfdruck von 0,8 Pa bei 77°C und HgBr2 hat diesen Dampfdruck bei 63°C. Der Temperaturbereich, in dem die relative Effizienz ηrel für Strahlung mit der Wellenlänge von 254nm mindestens 90 % beträgt, liegt im Fall von Hgl2 zwischen 65°C und 95°C und im Fall von HgBr2 zwischen 29°C und 79°C.For example, mercury(II) iodide (HgI 2 ) shows a vapor pressure of 0.8 Pa at 77°C and HgBr 2 has this vapor pressure at 63°C. The temperature range in which the relative efficiency η rel for radiation with a wavelength of 254 nm is at least 90% is between 65°C and 95°C in the case of Hgl 2 and between 29°C and 79°C in the case of HgBr 2 .

Ein Dampfdruck im Druckbereich zwischen 3 Pa >= pHg >= 0,3 Pa stellt sich beispielsweise im Fall von Quecksilberjodid ein, wenn die HgI2-Konzentration in der Gasphase im Bereich von 0,21×10-4 bis 1,97×10-4 mg/cm3 liegt.A vapor pressure in the pressure range between 3 Pa >= p Hg >= 0.3 Pa occurs, for example, in the case of mercury iodide when the HgI 2 concentration in the gas phase is in the range from 0.21×10 -4 to 1.97× 10 -4 mg/cm 3 lies.

In der Regel liegt im Betrieb des Quecksilberniederdruckstrahlers ein Teil des Quecksilber-Halogenids in Dampfform und ein anderer Teil liegt als Feststoff vor. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Quecksilberniederdruckstrahlers weist das Entladungsgefäß ein Strahlerinnenraum-Volumen auf, wobei das Quecksilber-Halogenid, insbesondere Quecksilberjodid, im Strahlerinnenraum bezogen auf das Strahlerinnenraum-Volumen in einer Menge zwischen 0,0001 bis 0,003 mg/cm3, vorzugsweise zwischen 0,0005 bis 0,001 mg/cm3 enthalten ist.As a rule, when the low-pressure mercury lamp is in operation, part of the mercury halide is in vapor form and another part is in solid form. In a particularly preferred embodiment of the low-pressure mercury lamp, the discharge vessel has a lamp interior volume, whereby the Mercury halide, in particular mercury iodide, is contained in the radiator interior in an amount of between 0.0001 to 0.003 mg/cm 3 , preferably between 0.0005 to 0.001 mg/cm 3 , based on the radiator interior volume.

Bei einer Menge von weniger als 0,0001 mg/cm3 kann die verdampfbare Quecksilbermenge so gering sein, dass sich ein Quecksilber-Dampfdruck im bevorzugten Druckbereich von 3 Pa >= pHg >= 0,3 Pa und insbesondere von 0,8 Pa nicht einstellt, beziehungsweise es ist ergänzend eine weitere Quecksilberquelle erforderlich, um einen hinreichend hohen Quecksilber-Parteiladruck in der Entladung zu erzeugen. Und bei einer Menge von mehr als 0,001 mg/cm3 ist die Menge an umweltschädlichem Quecksilber im Entladungsgefäß unnötig hoch.At an amount of less than 0.0001 mg/cm 3 , the amount of mercury that can be vaporized can be so small that a mercury vapor pressure is in the preferred pressure range of 3 Pa >= p Hg >= 0.3 Pa and in particular 0.8 Pa does not adjust, or an additional source of mercury is required in order to generate a sufficiently high mercury party pressure in the discharge. And if the amount is more than 0.001 mg/cm 3, the amount of environmentally harmful mercury in the discharge vessel is unnecessarily high.

Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben eines Quecksilberniederdruckstrahlers wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Quecksilberquelle ein Quecksilber-Halogenid, insbesondere Quecksilberjodid, eingesetzt wird.With regard to the method for operating a low-pressure mercury radiator, the above-mentioned object is achieved according to the invention, starting from a method of the type mentioned at the outset, in that a mercury halide, in particular mercury iodide, is used as the mercury source.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter Einsatz des erfindungsgemäßen Quecksilberniederdruckstrahlers durchführbar. Die diesbezüglichen obigen Erläuterungen gelten auch für das Verfahren unter Einsatz des Quecksilberniederdruckstrahlers.The method according to the invention can be carried out using the low-pressure mercury lamp according to the invention. The relevant explanations above also apply to the process using the low-pressure mercury lamp.

Das als Quecksilberquelle dienende Quecksilber-Halogenid ersetzt das Amalgam im Entladungsgefäß des Quecksilberniederdruckstrahlers teilweise und vorzugsweise vollständig. Denn es hat sich überraschend gezeigt, dass das Temperaturverhalten eines Quecksilber-Amalgam-Niederdruckstrahlers durch einen Ersatz des Quecksilber-Amalgams durch Quecksilber-Halogenid nur unwesentlich beeinflusst wird. Das Quecksilber-Halogenid kann daher das ansonsten übliche reine Quecksilber oder das Quecksilber-Amalgam mindestens zum Teil, vorzugsweise zu mindestens 80 %, bevorzugt zu mindestens 90 % und besonders bevorzugt vollständig substituieren. Im letztgenannten und besonders bevorzugten Fall enthält das Entladungsgefäß somit kein Quecksilber-Amalgam, so dass alle damit einhergehenden Nachteile vollständig entfallen.The mercury halide serving as a mercury source partially and preferably completely replaces the amalgam in the discharge vessel of the low-pressure mercury lamp. It has surprisingly been shown that the temperature behavior of a mercury-amalgam low-pressure lamp is only slightly influenced by replacing the mercury amalgam with mercury halide. The mercury halide can therefore at least partially substitute the otherwise usual pure mercury or the mercury amalgam, preferably at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably completely. In the latter and particularly preferred case, the discharge vessel therefore contains no mercury amalgam, so that all associated disadvantages are completely eliminated.

Diese Wirkung kann darauf zurückgeführt werden, dass das Quecksilber-Halogenid in der Entladungszone in gasförmiges Quecksilber und das Halogen dissoziiert und damit der Dampfdruck des Halogenids die wirksame Quecksilber-Konzentration in der Entladungszone beeinflusst. Quecksilber-Halogenid hat aber einen im Vergleich zu reinem Quecksilber geringeren Dampfdruck, so dass sich selbst bei relativ hoher Temperatur am kältesten Punkt des Strahlerinnenraums eine geringe Quecksilber-Konzentration einstellt. Insoweit verhält sich Quecksilber-Halogenid wie ein Amalgam und ist wie dieses zur temperaturgesteuerten Einstellung und Kontrolle des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsraum geeignet. Das in der Entladung dissoziierte Quecksilberhalogenid bildet sich erneut an der Wand oder außerhalb der Entladungssäule an der kühlsten Stelle.This effect can be attributed to the fact that the mercury halide dissociates into gaseous mercury and the halogen in the discharge zone and thus the vapor pressure of the halide influences the effective mercury concentration in the discharge zone. However, mercury halide has a lower vapor pressure compared to pure mercury, so that even at a relatively high temperature, a low mercury concentration occurs at the coldest point of the radiator interior. In this respect, mercury halide behaves like an amalgam and, like this, is suitable for temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space. The mercury halide dissociated in the discharge forms again on the wall or outside the discharge column at the coolest point.

Andererseits hat Quecksilber-Halogenid im Vergleich zu den Quecksilber-Legierungspartnern im Amalgam (insbesondere im Vergleich Indium) einen höheren Dampfdruck, so dass es bei geringer Temperaturerhöhung rasch wieder in die Gasphase gelangt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, das Quecksilber-Halogenid an einem vorgegebenen Depot örtlich zu fixieren und zu sammeln, wie dies beim Amalgam der Fall ist, wie etwa am sogenannten "cold spot" oder "Goldpunkt" beziehungsweise in einer Quarzglastasche.On the other hand, mercury halide has a higher vapor pressure compared to the mercury alloy partners in amalgam (especially compared to indium), so that it quickly returns to the gas phase with a small increase in temperature. This eliminates the need to fix and collect the mercury halide locally at a predetermined depot, as is the case with amalgam, such as at the so-called "cold spot" or "gold point" or in a quartz glass bag.

Insoweit zeigt das Quecksilber-Halogenid im Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahler qualitativ die gleiche Wirkung wie ein Quecksilberamalgam (temperaturgesteuerte Einstellung und Kontrolle des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsraum), jedoch ohne dessen Nachteile zu haben.In this respect, the mercury halide in the high-performance low-pressure mercury lamp has the same qualitative effect as a mercury amalgam (temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure in the discharge space), but without its disadvantages.

Durch den Ersatz von Quecksilber-Amalgam durch Quecksilber-Halogenid ergeben sich mehrere Wirkungen und Vorteile:

  • Die Gefahr der Oxidation von Komponenten aus dem Amalgam entfällt.
  • Die Herstellkosten verringern sich, da der Aufwand für das Einbringen und Fixieren des Amalgams entfällt.
  • Im Unterschied zu einem Amalgamdepot erfordert das Quecksilber-Halogenid als Quecksilberquelle keine feste Position innerhalb des Strahlerinnenraums. Es destilliert an der kältesten Stelle und destilliert um, falls sich diese Stelle ändert. Der kälteste Punkt im Strahler kann insoweit frei und variabel gewählt werden, was den Aufwand für eine etwaige Kühlung verringert.
  • Die Menge an Quecksilber im Entladungsgefäß kann in geringer Dosierung mittels vorgefertigter, handelsüblicher Quecksilber-Halogenid-Pellets eingestellt werden.
Replacing mercury amalgam with mercury halide results in several effects and advantages:
  • The risk of oxidation of components from the amalgam is eliminated.
  • The manufacturing costs are reduced because the effort required to insert and fix the amalgam is eliminated.
  • In contrast to an amalgam depot, the mercury halide as a mercury source does not require a fixed position within the emitter interior. It distills at the coldest point and re-distills if that point changes. The The coldest point in the radiator can be chosen freely and variably, which reduces the effort required for any cooling.
  • The amount of mercury in the discharge vessel can be adjusted in small doses using prefabricated, commercially available mercury halide pellets.

Diese Vorteile stellen sich insbesondere bei einer bevorzugten Verfahrensweise ein, bei der die Quecksilberquelle vollständig aus dem Quecksilber-Halogenid oder aus mehreren Quecksilber-Halogeniden besteht. Besonders bevorzug werden Quecksilberjodid und/oder Quecksilberbromid als Quecksilber-Halogenid eingesetzt.These advantages arise in particular in a preferred procedure in which the mercury source consists entirely of the mercury halide or of several mercury halides. Mercury iodide and/or mercury bromide are particularly preferably used as mercury halide.

Bei einem Quecksilber-Dampfdruck (pHg) von etwa 0,8 Pa ergibt sich ein Maximum der Effizienz (η) für Strahlung mit der Wellenlänge von 254nm (η =100%). Im Druckbereich zwischen 3 Pa >= pHg >= 0,3 Pa ergibt sich eine relative Effizienz ηrel von mindestens 90%.At a mercury vapor pressure (p Hg ) of around 0.8 Pa, there is a maximum efficiency (η) for radiation with a wavelength of 254 nm (η =100%). In the pressure range between 3 Pa >= p Hg >= 0.3 Pa there is a relative efficiency η rel of at least 90%.

Im Hinblick darauf ist die Quecksilbermenge im Entladungsraum des Quecksilberniederdruckstrahlers daher vorzugsweise so bemessen, dass sich im Betrieb ein Quecksilberdampfdruck im Bereich von 0,3 Pa bis 3 Pa einstellt.In view of this, the amount of mercury in the discharge space of the low-pressure mercury lamp is therefore preferably dimensioned such that a mercury vapor pressure in the range of 0.3 Pa to 3 Pa is established during operation.

Der sich einstellende Quecksilber-Dampfdruck hängt vom Dampfdruck des Halogenids und der Temperatur an der kühlsten Stelle des Entladungsgefäßes ab. Beispielsweise zeigt Quecksilber(II)-Jodid (Hgl2) einen Dampfdruck von 0,8 Pa bei 77°C und HgBr2 hat diesen Dampfdruck bei 63°C. Der Temperaturbereich, in dem die relative Effizienz ηrel für Strahlung mit der Wellenlänge von 254nm mindestens 90 % beträgt, liegt im Fall von Hgl2 zwischen 65°C und 95°C und im Fall von HgBr2 zwischen 29°C und 79°C.The resulting mercury vapor pressure depends on the vapor pressure of the halide and the temperature at the coolest point of the discharge vessel. For example, mercury(II) iodide (Hgl 2 ) shows a vapor pressure of 0.8 Pa at 77°C and HgBr 2 has this vapor pressure at 63°C. The temperature range in which the relative efficiency η rel for radiation with a wavelength of 254 nm is at least 90% is between 65°C and 95°C in the case of Hgl 2 and between 29°C and 79°C in the case of HgBr 2 .

Wird Quecksilberjodid (Hgl2) als Quecksilberquelle eingesetzt, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes im Betrieb auf einer Temperatur von maximal 95°C, vorzugsweise maximal 77°C gehalten wird.If mercury iodide (Hgl 2 ) is used as a mercury source, it has proven to be advantageous if a surface area of the discharge vessel is kept at a temperature of a maximum of 95 ° C, preferably a maximum of 77 ° C, during operation.

Wird Quecksilberbromid (HgBr2) als Quecksilberquelle eingesetzt wird, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes im Betrieb auf einer Temperatur von maximal 79°C, vorzugsweise maximal 63°C gehalten wird.If mercury bromide (HgBr 2 ) is used as a mercury source, it has proven to be advantageous if a surface area of the discharge vessel is kept at a temperature of a maximum of 79 ° C, preferably a maximum of 63 ° C, during operation.

Der Oberflächenbereich entspricht der kühlsten Stelle im Entladungsgefäß. Zur Einhaltung der vorteilhaften Temperatur im Oberflächenbereich kann eine Kühlung vorgesehen sein. Durch die Einhaltung der vorgegebenen Temperatur ist die Quecksilber-Konzentration in der Entladungszone auf einen vorgegebenen Wert kontrolliert einstellbar, bei dem sich ein maximale UV-Emission ergibt.The surface area corresponds to the coolest point in the discharge vessel. Cooling can be provided to maintain the advantageous temperature in the surface area. By maintaining the specified temperature, the mercury concentration in the discharge zone can be set in a controlled manner to a specified value, at which maximum UV emission results.

In der Regel liegt im Betrieb des Quecksilberniederdruckstrahlers ein Teil des Quecksilber-Halogenids in Dampfform, und ein anderer Teil liegt als Feststoff vor. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Quecksilberniederdruckstrahlers weist das Entladungsgefäß ein Strahlerinnenraum-Volumen auf, wobei das Quecksilber-Halogenid, insbesondere Quecksilberjodid, im Strahlerinnenraum bezogen auf das Strahlerinnenraum-Volumen in einer Menge zwischen 0,0001 bis 0,003 mg/cm3, vorzugsweise zwischen 0,0005 bis 0,001 mg/cm3 enthalten ist.As a rule, when the low-pressure mercury lamp is in operation, part of the mercury halide is in vapor form and another part is in solid form. In a particularly preferred embodiment of the low-pressure mercury lamp, the discharge vessel has an interior volume of the lamp, with the mercury halide, in particular mercury iodide, in the interior of the lamp, based on the volume of the interior of the lamp, in an amount of between 0.0001 and 0.003 mg/cm 3 , preferably between 0 .0005 to 0.001 mg/cm 3 is contained.

Bei einer Menge von weniger als 0,0001 mg/cm3 kann die verdampfbare Quecksilbermenge so gering sein, dass sich ein Quecksilber-Dampfdruck im bevorzugten Druckbereich von 3 Pa >= pHg >= 0,3 Pa und insbesondere von 0,8 Pa nicht einstellt, beziehungsweise es ist ergänzend eine weitere Quecksilberquelle erforderlich, um einen hinreichend hohen Quecksilber-Parteiladruck in der Entladung zu erzeugen. Und bei einer Menge von mehr als 0,001 mg/cm3 ist die Menge an umweltschädlichem Quecksilber im Entladungsgefäß unnötig hoch.At an amount of less than 0.0001 mg/cm 3 , the amount of mercury that can be vaporized can be so small that a mercury vapor pressure is in the preferred pressure range of 3 Pa >= p Hg >= 0.3 Pa and in particular 0.8 Pa does not adjust, or an additional source of mercury is required in order to generate a sufficiently high mercury party pressure in the discharge. And if the amount is more than 0.001 mg/cm 3, the amount of environmentally harmful mercury in the discharge vessel is unnecessarily high.

Hinsichtlich der Verwendung von Quecksilber-Halogenid ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass es als Quecksilberquelle in einem Entladungsgefäß eines Quecksilberniederdruckstrahlers zum Zweck der Kontrolle des Quecksilber-Dampfdrucks im Entladungsgefäß eingesetzt wird.With regard to the use of mercury halide, the invention provides that it is used as a mercury source in a discharge vessel of a low-pressure mercury radiator for the purpose of controlling the mercury vapor pressure in the discharge vessel.

In der von den Elektroden bestimmten Entladungszone dissoziiert das Quecksilber-Halogenid in gasförmiges Quecksilber und Halogen und bestimmt maßgeblich die für den Dampfdruck des Halogenids wirksame Quecksilber-Konzentration in der Entladungszone. Da das Quecksilber-Halogenid einen im Vergleich zu reinem Quecksilber geringen Dampfdruck hat, ist es zur temperaturgesteuerten Einstellung und Kontrolle des Quecksilberdampfdrucks geeignet. Insoweit zeigt das Quecksilber-Halogenid im Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahler qualitativ die gleiche Wirkung wie ein Quecksilberamalgam, jedoch ohne dessen Nachteile zu haben.In the discharge zone determined by the electrodes, the mercury halide dissociates into gaseous mercury and halogen and largely determines the mercury concentration in the discharge zone that is effective for the vapor pressure of the halide. Since the mercury halide has a low vapor pressure compared to pure mercury, it is suitable for temperature-controlled adjustment and control of the mercury vapor pressure. In this respect, the mercury halide shows In high-performance low-pressure mercury lamps, it has the same qualitative effect as mercury amalgam, but without any of its disadvantages.

Das Quecksilber-Halogenid ist daher zur teilweisen, vorzugsweise vollständigen Substitution von Quecksilber-Amalgam geeignet. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass das Temperaturverhalten eines Quecksilber-Amalgam-Niederdruckstrahlers durch einen teilweisen und insbesondere vollständigen Ersatz des Quecksilber-Amalgams durch Quecksilber-Halogenid nur unwesentlich beeinflusst wird.The mercury halide is therefore suitable for partial, preferably complete substitution of mercury amalgam. In particular, it has been shown that the temperature behavior of a mercury-amalgam low-pressure radiator is only insignificantly influenced by a partial and in particular complete replacement of the mercury amalgam by mercury halide.

Die Wirkung als Quecksilber-Quelle zur Einstellung des Quecksilberdampfdrucks im Entladungsgefäß von Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahlern ist bisher nicht bekannt. Bisher werden Quecksilber-Halogenide in Form von HgI2 oder HgBr2 in Quecksilber-Mitteldruck-, -Hochdruck- und -Höchstdruckstrahlern zugesetzt, um den sogenannten "Wolfram-Halogen-Kreisprozess" zu ermöglichen, indem die Halogene mit den im Betrieb von den heißen Elektroden abdampfenden Wolframmolekülen reagieren und diese in Gasform stabilisieren. Der Zusatz von Halogeniden hat hierbei somit den Zweck, die Schwärzung des Entladungsgefäßes zu vermindern und dadurch die Lebensdauer der Strahler zu erhöhen. Ein ähnlicher Zweck wird auch durch den Zusatz von Quecksilber-Halogenid zum Füllgas von Quecksilberdampflampen mit einem Entladungsgefäß aus Borosilikatglas verfolgt. Das Halogen hat hier die Wirkung, dass es die in diesem Glas enthaltenen Alkalien passiviert, die ansonsten in Verbindung mit Quecksilber zu schwärzlichen Ablagerungen und zu einer Begrenzung der Lebensdauer der Strahler führen würden.The effect as a mercury source for adjusting the mercury vapor pressure in the discharge vessel of high-performance low-pressure mercury lamps is not yet known. To date, mercury halides in the form of HgI 2 or HgBr 2 have been added to medium-pressure, high-pressure and ultra-high-pressure mercury emitters in order to enable the so-called "tungsten-halogen cycle" by combining the halogens with the hot ones during operation Tungsten molecules evaporating from electrodes react and stabilize them in gas form. The purpose of adding halides is to reduce the blackening of the discharge vessel and thereby increase the lifespan of the emitters. A similar purpose is also pursued by adding mercury halide to the filling gas of mercury vapor lamps with a discharge vessel made of borosilicate glass. The halogen has the effect of passivating the alkalis contained in this glass, which, when combined with mercury, would otherwise lead to blackish deposits and limit the lifespan of the lamps.

Quecksilber-Halogenide sind insbesondere ionische Verbindungen von zweiwertigem Quecksilber mit Brom und/oder Jod sowie Mischverbindungen aus Quecksilber mit diesen Halogenen oder anderen chemischen Elementen, die bei Standardbedingungen (Temperatur: 25 °C; Druck: 1013 mbar) als Feststoff vorliegen.Mercury halides are in particular ionic compounds of divalent mercury with bromine and/or iodine as well as mixed compounds of mercury with these halogens or other chemical elements, which are present as a solid under standard conditions (temperature: 25 °C; pressure: 1013 mbar).

DefinitionenDefinitions

Einzelne Begriffe der obigen Beschreibung werden im Folgenden ergänzend definiert. Die Definitionen sind Bestandteil der Beschreibung der Erfindung. Bei einem Widerspruch zwischen einer der folgenden Definitionen und der übrigen Beschreibung ist das in der Beschreibung Gesagte maßgeblich.Individual terms in the above description are further defined below. The definitions are part of the description of the invention. At a If there is a contradiction between one of the following definitions and the rest of the description, what is said in the description prevails.

Hochleistunas-QuecksilberdampfniederdruckstrahlerHigh-performance low-pressure mercury vapor lamps

Bei Quecksilberniederdruckstrahlern beträgt der Innendruck im Entladungsgefäß im Betrieb weniger als 10 mbar. Bei Hochleistungsstrahlern beginnt der Bereich der "spezifischen Leistung" oberhalb von etwa 0,5 W/cm. Die spezifische Leistung ergibt sich als Quotient aus der elektrischen Leistungsaufnahme und der Entladungslänge. Die Entladungslänge entspricht dem Elektrodenabstand.With low-pressure mercury lamps, the internal pressure in the discharge vessel is less than 10 mbar during operation. For high-performance radiators, the “specific power” range begins above approximately 0.5 W/cm. The specific power is the quotient of the electrical power consumption and the discharge length. The discharge length corresponds to the electrode distance.

EntladungsraumDischarge space

Als Entladungsraum wird ein Raum zwischen den Elektroden verstanden, in dem im Betrieb die elektrische Gasentladung abläuft.The discharge space is a space between the electrodes in which the electrical gas discharge occurs during operation.

StrahlerinnenraumSpotlight interior

Als Strahlerinnenraum wird das gesamte vom Entladungsgefäß umschlossene Volumen verstanden, das dem Füllgas des Quecksilberniederdruckstrahlers zugänglich ist.The lamp interior is understood to be the entire volume enclosed by the discharge vessel, which is accessible to the filling gas of the low-pressure mercury lamp.

AusführungsbeispielExample embodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt

Figur 1
eine Ausführungsform eines Quecksilberniederdruckstrahlers in schematischer Darstellung,
Figur 2
ein Diagramm zur Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks von gasförmigem Quecksilber über flüssigem Quecksilber, von gasförmigem Quecksilberjodid (HgI2) über festem Quecksilberjodid, und von gasförmigem Quecksilberbromid (HgBr2) über festem Quecksilberbromid, und
Figur 3
ein Diagramm zum Verlauf der UVC-Emission in Abhängigkeit von der Intensität einer Kühlung Entladungsgefäß-Oberfläche.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and a drawing. Shows in detail
Figure 1
an embodiment of a low-pressure mercury radiator in a schematic representation,
Figure 2
a diagram of the temperature dependence of the vapor pressure of gaseous mercury over liquid mercury, of gaseous mercury iodide (HgI 2 ) over solid mercury iodide, and of gaseous mercury bromide (HgBr 2 ) over solid mercury bromide, and
Figure 3
a diagram showing the course of UVC emission depending on the intensity of cooling of the discharge vessel surface.

Der in Figur 1 schematisch gezeigte Quecksilberniederdruckstrahler 1 besteht aus einem Leuchtrohr 2 aus Quarzglas, das an seinen Enden mit Quetschungen 3 verschlossen ist, in die Molybdänfolien 4 sowie die Enden von Anschlussdrähten zu wendelförmigen Elektroden 5 eingeschmolzen sind. Die Elektroden 5 weisen hierzu "Beinchen" 6 auf, die mit der Molybdänfolie 4 verbunden sind. Zwischen den Elektroden 5 wird im Betrieb ein Lichtbogen im Strahlerinnenraum 7 erzeugt.The in Figure 1 The low-pressure mercury lamp 1 shown schematically consists of a light tube 2 made of quartz glass, which has pinches 3 at its ends is closed, into which molybdenum foils 4 and the ends of connecting wires are melted to form helical electrodes 5. For this purpose, the electrodes 5 have “legs” 6 which are connected to the molybdenum foil 4. During operation, an arc is generated in the radiator interior 7 between the electrodes 5.

Im Strahlerinnenraum 7 befindet sich ein Pellet 8 aus Quecksilberjodid (Hgl2) mit einem Gewicht von 0,5 mg (entsprechend 0,22 mg Hg) und Neon mit einem Druck von 3 mbar als Füllgas. Das Leuchtrohr 2 ermöglicht eine Entladungslänge von 57 cm und hat einen Innendurchmesser von 35 mm. Das dem Füllgas zugängliche Innenvolumen beträgt 600 cm3. Pro Kubikzentimeter an Strahlerinnenraum-Volumen beträgt die Masse an Quecksilberjodid im Strahlerinnenraum 7 somit etwa 0,0008 mg.In the radiator interior 7 there is a pellet 8 made of mercury iodide (Hgl 2 ) with a weight of 0.5 mg (corresponding to 0.22 mg Hg) and neon with a pressure of 3 mbar as filling gas. The light tube 2 allows a discharge length of 57 cm and has an inner diameter of 35 mm. The internal volume accessible to the filling gas is 600 cm 3 . Per cubic centimeter of radiator interior volume, the mass of mercury iodide in the radiator interior 7 is therefore approximately 0.0008 mg.

Die Stromversorgung des Quecksilberniederdruckstrahlers 1 umfasst einen ersten Stromkreis A, der zum Anlegen des Lampenstroms dient (Lampenstromkreis) und einen zweiten Stromkreis B, der zum Beheizen der Elektroden 5 dient ("Heizstromstromkreis"). Die Nominal-Leistung des Quecksilberniederdruckstrahlers 1 beträgt 400 W (bei einem Lampenstrom von 9,7 A), so dass der Quecksilberniederdruckstrahler 1 eine maximale Leistungsdichte von etwa 7 W/cm erreicht.The power supply of the low-pressure mercury lamp 1 comprises a first circuit A, which is used to apply the lamp current (lamp circuit) and a second circuit B, which is used to heat the electrodes 5 ("heating circuit"). The nominal power of the low-pressure mercury lamp 1 is 400 W (at a lamp current of 9.7 A), so that the low-pressure mercury lamp 1 achieves a maximum power density of approximately 7 W/cm.

Im Diagramm von Figur 2 ist der Verlauf des sich einstellenden Hg-Partialdrucks p (in Pa) über einer flüssigen Hg-Oberfläche, der HgI2-Partialdruck über einer festen HgI2-Oberfläche und der HgBr2-Partialdruck über einer festen HgBr2-Oberfläche in Abhängigkeit von der absoluten Temperatur T (in K) (T[K]=273,15+T[°C]) dargestellt.In the diagram of Figure 2 is the course of the Hg partial pressure p (in Pa) over a liquid Hg surface, the HgI 2 partial pressure over a solid HgI 2 surface and the HgBr 2 partial pressure over a solid HgBr 2 surface as a function of the absolute temperature T (in K) (T[K]=273.15+T[°C]).

Im Lichtbogen dissoziiert das gasförmige HgI2(g) in Quecksilber und Jod. Der HgI2-Dampfdruck definiert somit die erreichbare Hg-Konzentration im Lichtbogen. Bei einer Temperatur von etwa 350°K (etwa 77°C) stellt sich über dem festen HgJ2 in der Entladungszone ein Quecksilberdampfdruck von etwa 0,8 Pa ein, der zu einem Maximum der UV-Emission bei der Wellenlänge von 254 nm führt (Effizienz η =100%). Bei einer Temperatur von etwa 368°K (etwa 95°C) stellt sich in der Entladungszone ein Quecksilberdampfdruck von etwa 3 Pa ein, bei dem sich immer noch eine relative Effizienz ηrel von 90% ergibt.In the arc, the gaseous HgI 2 (g) dissociates into mercury and iodine. The HgI 2 vapor pressure therefore defines the achievable Hg concentration in the arc. At a temperature of about 350°K (about 77°C), a mercury vapor pressure of about 0.8 Pa is established above the solid HgJ 2 in the discharge zone, which leads to a maximum of UV emission at the wavelength of 254 nm ( Efficiency η =100%). At a temperature of around 368°K (around 95°C), a mercury vapor pressure of around 3 Pa is established in the discharge zone, which still results in a relative efficiency η rel of 90%.

Daher wird ein Oberflächenbereich 9 des Entladungsgefäßes 2 im Betrieb auf einer Oberflächentemperatur um 77°C gehalten. Der Oberflächenbereich 9 repräsentiert beliebige Oberflächen des Entladungsgefäßes 2 mit Kontakt zum Füllgas. Aufgrund des geringen Dampfdrucks für Temperaturen bis 95°C, insbesondere bis 77° kann Hgl2 anstelle von Hochtemperatur-Amalgam ohne signifikanten UV-C-Verlust eingesetzt werden.Therefore, a surface area 9 of the discharge vessel 2 is kept at a surface temperature of around 77 ° C during operation. The surface area 9 represents any surface of the discharge vessel 2 in contact with the filling gas. Due to the low vapor pressure for temperatures up to 95°C, especially up to 77°, Hgl 2 can be used instead of high-temperature amalgam without significant UV-C loss.

Zur Messung der vom Quecksilberniederdruckstrahler 1 emittierten UV-C-Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Temperatur des Leuchtrohres 2 wird der Strahler in eine von einem Kühlluftstrom durchströmbare Kammer eingesetzt, die ein Strahlungsaustrittsfenster aufweist. Die Kühlluft dient zur Kühlung und Temperierung des Strahlers. Die Geschwindigkeit des Kühlluftstroms ist ein Maß für die Oberflächentemperatur des Leuchtrohres 2 im Bereich 9.To measure the UV-C radiation intensity emitted by the low-pressure mercury lamp 1 as a function of the temperature of the light tube 2, the lamp is inserted into a chamber through which a cooling air flow can flow and which has a radiation exit window. The cooling air is used to cool and temper the radiator. The speed of the cooling air flow is a measure of the surface temperature of the light tube 2 in area 9.

Im Diagramm von Figur 3 ist die am Strahlungsaustrittsfenster gemessene Intensität I (in beliebiger Einheit "a.u.") der vom Quecksilberniederdruckstrahler 1 emittierten UV-C-Strahlung (bei 254 nm) gegen die Strömungsgeschwindigkeit v der Kühlluft (in m/s) im Vergleich zu einem handelsüblichen Amalgamstrahler gleicher Geometrie aufgetragen. Dieser enthält Neon mit einem Druck von 3 mbar als Füllgas und ein Amalgamdepot mit einem Gewicht von 200 mg, bestehend aus einer Quecksilber-Indium-Legierung mit einem Gewichtsverhältnis von Hg:ln von 1:10. Die Quecksilbermasse im Amalgamdepot beträgt somit 18,18 mg. Das ist das 82,6-fache der Quecksilbermasse im HgI2-Pellet des erfindungsgemäßen Strahlers.In the diagram of Figure 3 is the intensity I measured at the radiation exit window (in any unit "au") of the UV-C radiation (at 254 nm) emitted by the low-pressure mercury lamp 1 versus the flow velocity v of the cooling air (in m/s) in comparison to a commercially available amalgam lamp of the same geometry applied. This contains neon with a pressure of 3 mbar as a filling gas and an amalgam depot weighing 200 mg, consisting of a mercury-indium alloy with a weight ratio of Hg:ln of 1:10. The mercury mass in the amalgam depot is therefore 18.18 mg. This is 82.6 times the mass of mercury in the HgI 2 pellet of the emitter according to the invention.

Bei beiden Strahlertypen nimmt die Intensität der UV-C-Emission mit der Geschwindigkeit der Kühlluftströmung zu. Der erfindungsgemäße Quecksilberniederdruckstrahler zeigt eine etwas geringere Temperatur-Abhängigkeit der UV-C-Intensität als der handelsübliche amalgamhaltige Hochleistungs-Quecksilberniederdruckstrahler; die Kurvenverläufe sind aber im Großen und Ganzen vergleichbar. Daher kann Hgl2 anstelle von Hochtemperatur-Amalgam als Quecksilberquelle ohne signifikanten UV-C-Verlust eingesetzt werden.For both types of lamps, the intensity of the UV-C emission increases with the speed of the cooling air flow. The low-pressure mercury lamp according to the invention shows a somewhat lower temperature dependence of the UV-C intensity than the commercially available high-performance low-pressure mercury lamp containing amalgam; However, the curves are largely comparable. Therefore, Hgl 2 can be used instead of high-temperature amalgam as a mercury source without significant UV-C loss.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Quecksilberniederdruckstrahlers ist anstelle von Hochtemperatur-Amalgam als Quecksilberquelle eine HgBr2-Dosierung vorgesehen. In Tabelle 1 sind die wesentlichen Angaben zu den beiden genannten Ausführungsbeispielen im Vergleich zu dem oben beschriebenen, handelsüblichen Amalgamstrahler zusammengefasst. Tabelle 1 HgI2 HgBr2 Amalgam Oberflächen-Temperatur des Entladungsgefäßes [°C] 77 63 120 Quecksilberpartialdruck [Pa] 0,8 0,8 0,8 Gewicht von Pellet / Depot [mg] 0,5 0,5 200 davon Quecksilber [mg] 0,22 0,28 18,2 Pelletgewicht pro Strahlerinnenraumvolumen [mg/cm3] 0,00083 0,00083 0,33 Quecksilbergewicht pro Strahlerinnenraumvolumen [mg/cm3] 0,00037 0,00047 0,03 Spezifische Leistung [W/cm] 7 7 7 Füllgasdruck (Neon) [mbar] 3 3 3 In another embodiment of the low-pressure mercury radiator, instead of high-temperature amalgam, the mercury source is a HgBr 2 dosage intended. Table 1 summarizes the essential information on the two exemplary embodiments mentioned in comparison to the commercially available amalgam emitter described above. <b>Table 1</b> HgI 2 HgBr 2 amalgam Surface temperature of the discharge vessel [°C] 77 63 120 Mercury partial pressure [Pa] 0.8 0.8 0.8 Weight of pellet / depot [mg] 0.5 0.5 200 of which mercury [mg] 0.22 0.28 18.2 Pellet weight per emitter interior volume [mg/cm 3 ] 0.00083 0.00083 0.33 Weight of mercury per radiator interior volume [mg/cm 3 ] 0.00037 0.00047 0.03 Specific power [W/cm] 7 7 7 Filling gas pressure (Neon) [mbar] 3 3 3

Claims (14)

  1. A mercury low-pressure lamp which comprises a discharge vessel (2) comprising a wall made of quartz glass, in which discharge vessel a filling gas, at least two electrodes (5) and a mercury source (8) are enclosed, characterized in that the mercury source comprises a mercury halide (8).
  2. The mercury low-pressure lamp according to claim 1, characterized in that the mercury halide (8) is mercury iodide and/or mercury bromide.
  3. The mercury low-pressure lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the mercury source consists of the mercury halide (8) or of a plurality of mercury halides.
  4. The mercury low-pressure lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the mercury source consists of metallic mercury and the mercury halide (8) or of a plurality of mercury halides.
  5. The mercury low-pressure lamp according to any of the preceding claims, characterized in that the amount of mercury in the discharge vessel is such that a mercury vapor pressure in the range from 0.3 to 3 Pa is established during operation.
  6. The mercury low-pressure lamp according to any of the preceding claims, characterized in that the discharge vessel (2) comprises a lamp interior volume, and in that the mercury halide (8) is contained, in relation to the lamp interior volume, in an amount between 0.0001 and 0.003 mg/cm3, preferably between 0.0005 and 0.001 mg/cm3.
  7. A method for operating a mercury low-pressure lamp which comprises a discharge vessel (2) comprising a wall made of quartz glass, in which discharge vessel a filling gas, at least two electrodes (5) and a mercury source (8) are enclosed, and in which discharge vessel a gas discharge is generated by applying a lamp voltage, characterized in that a mercury halide (8) is used as the mercury source.
  8. The method according to claim 7, characterized in that mercury iodide and/or mercury bromide is used as the mercury halide (8).
  9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that a mercury vapor pressure in the range from 0.3 Pa to 3 Pa is established during operation.
  10. The method according to any of claims 7 to 9, characterized in that mercury iodide (Hgl2) is used as the mercury source, and in that a surface region (9) of the discharge vessel (2) is kept at a temperature of at most 95 °C, preferably at most 77 °C, during operation.
  11. The method according to any of claims 7 to 9, characterized in that mercury bromide (HgBr2) is used as the mercury source, and in that a surface region (9) of the discharge vessel (2) is kept at a temperature of at most 79 °C, preferably at most 63 °C, during operation.
  12. The method according to any of claims 7 to 11, characterized in that the discharge vessel (2) comprises a lamp interior volume, and in that the mercury halide (8) is contained in the discharge vessel (2), in relation to the lamp interior volume, in an amount between 0.0001 and 0.003 mg/cm3, preferably between 0.0005 and 0.001 mg/cm3.
  13. The method according to any of claims 7 to 12, characterized in that the electrodes (5) define a discharge length and in that the lamp voltage is set such that a specific power, related to the discharge length, of at least 5 W/cm is set.
  14. A use of mercury halide (8) as a mercury source in a discharge vessel (2) of a mercury low-pressure lamp (1) for the purpose of controlling the mercury vapor pressure in the discharge vessel (2).
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