DE2629309A1 - Uv-strahlung emittierende metall- halogen-bogenentladungslampe - Google Patents

Description

• UV-Strahlung emittierende Metall-Halogen-Bogenentladungslampe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mitteldruck-Bogenentladungs lampen, die Quecksilber und ein Metall-Halogen enthalten und als wirtschaftliche Strahlungsquelle für UV im Bereich von 25c bis 440 nm dienen, wobei eine aus Quarz hergestellte Bogenentladungsröhre mit je einer Elektrode in jedem Ende der zylindrischen Röhre versehen ist.
• Derartige Lampen werden vornehmlich für industrielle photochemische Verfahren, Photopolymerisation und Nachbehandlungs- bzw. Aushärteanwendungen eingesetzt.
• Am weitesten verbreitet als Lichtquelle mit Strahlung im Wellenlängenbereich von 250 bis 440 nm ist eine Mitteldruck-Quecksilber-Entladung, die bei einem Druck von etwa 2 Atmosphären arbeitet. Die Duecksilberlinien liegen in diesem Bereich bei 313,- 365, 366, 405 und 407 nm und diese Linien erklären etwa 14 % der Gesamtleistungsaufnahme dieser Lampen Diese Linien sind typischerweise druck-verbreStert auf wenigstens o,1 nm in Halbbreite bei Betriebsdruck.
• Es ist bekannt, die Strahlungsabgabe von Duecksilber-Entladungen dadurch zu v-erbessern, daß man ein Metalladditiv einführt, das mehr Linien im Bereich besitzt.
• So weiß man beispielsweise, daß die Hinzufügung von Eisenjodid (FeJ2) bei einer Mitteldruck-Bogenentladung ganz erhehlich die Strahlung im Bereich von 300 bis 44o nm intensiviert. Das wird mit nur wenig Eisenjodid im Vergleich zum Betrag an Duecksilber bei einer solchen Entladung erreicht. Im Gegensatz zu vielen anderen UV-Strahlungsquellen sind die meisten Eisenlinien nicht wesentlich druck-verbreiterbar so wie das für die' 9uecksilberlinien zutrifft.
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde,, die Strahlungsemission im UV-Bereich bei derartigen Lampen wesentlich zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird für die eingangs genannte Lampengattung erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.
• Weitere Einzelheiten sind den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung anhand der Zeichnung zu entnehmen.
• Es wurde entdeckt, daß ein unerwarteter Emissionsanstieg im UV-Bereich stattfindet, wenn Duecksilberjodid (Hg32) in Kombination mit Eisenjodid und Duecksilber verwendet wird. Es ist bekannt, daß Duecksilberjodid bei hoher Temperatur zusammenbricht und die diatomische Mischung Duecksilbermonojodid bildet. Man weiß, daß Duecksilbermonojodid ein Strahlungskontinuum im Bereich von 400 bis 440 nm erzeugt. Bei dem erzielten Ergebnis ist überraschend, daß die Hinzufügung von Ouecksilberjodid auch die Emission des Eisens bei 360 nm, also im UV-Bereich, verbessert.
• Die Hinzufügung von Duecksilberjodid hat auch dazu geholfen, daß die Aufrechterhaltung während der Lebensdauer [entspr. "maintenance") der Lichtabgabe von der Eisenjodid- und der Ouecksilber-Entladung verbessert wurde. Zum Beispiel besaßen Lampen, die Quecksilber, Eisenjodid und Quecksilberjodid entsprechend der Erfindung enthielten, eine Aufrechterhaltung während der Lebensdauer im 360 nm Gebiet nach looo Betriebsstunden -von 84 %, während ohne die Hinzufügung des Quecksilberjodids die entsprechende Angabe 70 % betrug.
• Thermochemische Berechnungen legen .den folgenden Schluß nahe: Nur mit Eisenj-odid und Ouecksilber begrenzt der Abbau (decomposition) des Eisenjodids die Gesamtmenge des Eisens, das im Gas bei Temperaturen, wie sie in der Nähe der Elektrodenspitze herrschen, getragen werden können. Wenn hingegen Duecksilberjodid hinzugefügt ist, wird das Duecksilberjodid zu Ouecksilbermonojodid und zu atomarem-Jod bei Temperaturen abgebaut, die fast die Elektroden-spitzentemperatur erreicht. Das befreite atomare Jod neigt dazu, den Abbau des Eiscnjodid zurück zur Zusammensetzung (compound) zu verschieben und so zu ermöglichen, daß das Gas insgesamt mehr Eisen trägt.
• Das würde die höheren Lichtabgaben im 360 nm Gebiet bei Hinzufügen von Duecksilberjodid erklären. Darüberhinaus legen diese Ergebnisse nahe, daß andere Metalljodide mit relativ hohem Dampfdruck (vapor pressure) und einer thermochemischen Stabilität ähnlich dem Duecksilberjodid sich möglicherweise in ähnlicher Funktionsweise verhalten. Derartige Metalljodide könnten BiJ3, SbJ3 und AsJ3 sein.
• Solche Metalljodide, die zum Ausbalanzieren des thermischen Abbaus von Eisenjodid angewendet werden können, sollten eine chemische Stabilität, die niedriger als die des Eisenjodids ist, und einen Dampfdruck vergleichbar mitQuecksilberjodid besitzen. Die typische Indikation für die chemische Stabilität ist die Gibbs-freie-Bildungsenergie (Gibbs free energy of formation).
• Man kann daher die chemische Stabilität verschiedener Metalljodide vergleichen, indem man folgende typische Prozedur anwendet: Die Gibbs-freie-Bildungsenergie teile man durch die Anzahl von Jod-Atomen, die in einem Metalljodid-Molekül enthalten sind. Die freie Bildungsenergie bei loooOK gibt für gasförmige Metalljodide die folgende Reihenfolge der Stabilität an: SnJ4> ZnJ2> CdJ2> HgJ2 # FeJ22 # SbJ3> BiJ3 # AsJ3> CoJ2> NiJ2 Die am meisten zu bevorzugenden Jodide sind SbJ3, BiJ3 und AsJ3 im Hinblick auf chemische Stabilität und Dampfdruck. Die Dampfdruckwerte sind als Minimalwert 8 Torr bei 5000K, welcher Wert ähnlich dem des Quecksilberjodids ist. CoJ2 und NiJ2 wären weniger geeignet, weil ihre Dampfdruckwerte viel niedriger sind (nahe o.o8 Torr bei 65o0K). SnJ4, ZnJ2 und CdJ2 sind unbrauchbar, weil sie stabiler sind als FeJ2.
• Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine unterbrochene Seitenansicht einer Bogenentladungslampe in Übereinstimmung mit der Erfindung.
• Die Lampe besteht aus einer zylindrischen Duarz-Bogenentladungs-Röhre 1, die an ihren Enden 2 verschlossen ist. Sie besitzt Metallendkontakte 3, die elektrisch mit den inneren Elektroden 4 über die Zuleitungsdrähte 5 verbunden sind. Diese Zuleitungsdrähte 5 sind in den Schmelzverschlüssen 2 eingebettet. Die Enden der Bogenentladungsröhre 1 sind mit einem Wärme reflektierenden Überzug versehen und zwar jeweils von den Elektroden 4 ab zum Ende hin. Sie erhöhen die Elektrodentemperatur während des Lampenbetriebs. Die Bogenentladungsröhre 1 enthält eine Füllung von FeJ2 im Bereich von o,o5 bis o,6 mg pro ml des Volumens der Bogenentladungsröhre, HgJ2 im Bereich von OJO5 bis o,6 mg /ml und 2 bis 4 mg/ml von Duecksilber. Bei einem spezifischen Beispiel einer 4oo W Bogenentladungsröhre mit einem Volumen von 18 ml bestand die Füllung aus 3,6 mg FeJ2, 1,8 mg HgJ2 und 45 mg Quecksilber.

Claims (5)

1. Patentansprüche:
2. Mitteldruck-Bogenentladungslampen, die Quecksilber und ein Metall-Halogen enthalten und als wirtschaftliche Strahlungsquelle für UV im Bereich von 250 bis 440 nm dienen, wobei eine aus Quarz hergestellte Bogenentladungsröhre mit je einer Elektrode in jedem Ende der zylindrischen Röhre versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllung aus Quszksilber, ; Eisenjodid und einem Metalljodid vorgesehen ist, wobei das Letztere eine chemische Stabilität besitzt, die niedriger als dieJenige des Eisenjodids ist; 2. Mitteldruck-Bogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalljodid entweder SbJ3 oder BiJ3 oder AsJ3 oder HgJ2 ist.
3. 3. Mitteldruck-Bogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalljodid Quecksilberjodid ist und zwar dem Betrag nach o,o5 bis o-,6 mg/ml des Volumens der Bogenentladungsröhre (1).
4. 4. Mitteldruck-Bogenentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eineQuecksilbermenge von 2 bis 4 mg/ml des Volumens der-Bogenentladungsröhre (1) vorgesehen sind.
5. 5. Mitteldruck-Bogenentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge von Eisenjodid von o,o5 bis o,6 mg/ml des Volumens der Bogenentladungslampe (1) vorgesehen ist.