DE2622759A1

DE2622759A1 - Incandescent lamp using tungsten and iodide - where lamp discoloration is suppressed by using stannic iodide (NL 24.6.77)

Info

Publication number: DE2622759A1
Application number: DE19762622759
Authority: DE
Inventors: Avinash D Kulkarni
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1977-06-30
Also published as: NL7604578A

Abstract

Regenerating incandescent lamp, esp. has a nominal life above 1000 hours. Tubular transparent bulb contg. a single wound filament of tungsten wire between a pair of leads which pass through the bulb, is filled with intert gas at min. 1000 torr. During the tungsten-iodide cycle of lamp operation, the discolouration of the lamp bulb by evaporated tungsten is suppressed by using SnI4, to obtain 0.05-0.2 micromol. of elementary iodine per ml. of bulb volume, the SnI4 being decomposed by heat and radiation from the filament. After mfr. the lamp bulb pref. contains 0.02-0.54 micromol. SnI4/ml, and/or a total iodine content in the SnI4 of 0.05-0.5 micromol/ml. The inert gas is pref. N2, Ar, Kr and/or Xe, at 1200-3000 torr. The nominal life of the lamp is pref. 2000 h, with power 300-1500 watts, the filament and bulb sizes producing a gas temp. in the lamp of min. 1027 degrees C. The tungsten filament is pref. coiled over its entire length, and the bulb a round tube, a lead passing through each end.

Description

Regenerierende GlühlampeRegenerating light bulb

Die Erfindung betrifft eine regenerierende Glühlampe.The invention relates to a regenerating incandescent lamp.

Halogen-Glühlampen sind an sich bekannt und eine Lampe dieser Art, bei der der Regenerationszyklus durch eine kleine Menge elementaren Jods (0,01 bis 1 Mikromol pro cm³ oder ml Glühlampen-Kolbenvolumen) aufgebaut und aufrechterhalten wird, wird in der US-Patentschrift 2 883 571 beschrieben. Ein Herstellungsverfahren für eine derartige Lampe, bei dem das Jod in die Lampen-Umhüllung in der Form eines Iodids oder Hydroiodids eines Elementes der Gruppe IV der periodischen Tabelle (Kohlenstoff, Silizium, Titan, Germanium, Zirkon, Zinn, Hafnium, Blei und Thorium), das bei Raumtemperatur ein nicht verdampfender fester Stoff ist, eingeführt wird, ist in der US-Patentschrift 3 738 729 offenbart. CHI3, CI4, GeI4 und Sil4 sind die einzigen Verbindungen, die besonders offenbart und die vorzuziehen sind.Halogen incandescent lamps are known per se and a lamp of this type, in which the regeneration cycle is replaced by a small amount of elemental iodine (0.01 to 1 micromole per cm³ or ml of incandescent bulb volume) built up and maintained is described in U.S. Patent 2,883,571. A manufacturing process for such a lamp in which the iodine is in the lamp envelope in the form of a Iodide or hydroiodide of an element of group IV of the periodic table (carbon, Silicon, titanium, germanium, zirconium, tin, hafnium, lead and thorium) that is at room temperature a non-evaporating solid is introduced in U.S. Patent 3,738,729. CHI3, CI4, GeI4 and Sil4 are the only compounds that particularly disclosed and which are preferable.

Das allgemeine Prinzip der Dosierung einer Glühlampe mit einem Zinnhalid (wie beispielsweise SnI2, SnI4, SnBr2, SnBr4, SnCl2 und Kombinationen davon) zur Lieferung sowohl von Jod als auch von einem verdampften Zinnhalid in der Gasfüllung wird in der Japanischen Gebrauchsmusterschrift 1971-23575 vom 13. August 1971 offenbart. Jedoch werden keine spezifischen Dosierungsmengen oder Dosierungsbereiche für irgendwelche der Zinnhalidadditive gegeben. Außerdem ist die Lampe besonders daraufhin konstruiert, daß die Glühbirnen-Wandtemperatur höher als 5000 C liegt, damit der Glühfaden von verdampftem Zinnhalid umgeben wird, so daß dieses aufgrund seines hohen Molekulargewichtes die Wolframverdampfung von dem Glühfaden unterdrückt.The general principle of dosing an incandescent lamp with a tin halide (such as SnI2, SnI4, SnBr2, SnBr4, SnCl2 and combinations thereof) for Supply of both iodine and a vaporized tin halide in the gas filling is in Japanese Utility Model 1971-23575 dated August 13, 1971 disclosed. However, no specific dosage amounts or dosage ranges are given for any given the tin halide additives. In addition, the lamp is specially designed to that the bulb wall temperature is higher than 5000 C, so that the filament of evaporated tin halide is surrounded, so that this due to its high molecular weight suppresses tungsten evaporation from the filament.

Eine Glühlampe für Dekorationszwecke, die große Mengen elementaren Jods enthält (zumindest 15 mg/ml Umhüllungsvolumen), entweder allein oder in Kombination mit einem Dampf verschiedener metallischer Iodide, einschließlich Zinniodid, wird in der US-Patentschrift 3 384 774 offenbart, wobei die dort dargestellte Glühlampe in einer vertikalen Stellung arbeitet und einen leuchtend pulsierenden gefärbten Flammeneffekt erzeugt. Die minimale Menge des elementaren Jods, die erforderlich ist, um den pulsierenden Flammeneffekt zu erzeugen, ist viel größer, als die maximale Menge (ungefähr 1 Mikromol/ml Umhüllungsvolumen), die bei herkömmlichen Jod-Zyklus-Lampen erforderlich ist, die in dem vorgenannten US-Patent 2 883 571 offenbart sind und die für allgemeine Beleuchtungszwecke verwendet werden.A lightbulb for decorative purposes that is elementary in large quantities Contains iodine (at least 15 mg / ml envelope volume), either alone or in combination with a vapor of various metallic iodides, including tin iodide in US Pat. No. 3,384,774, the incandescent lamp shown therein works in a vertical position and a brightly pulsating colored one Flame effect created. The minimum amount of elemental iodine that is required is to create the pulsating flame effect is much larger than the maximum Amount (approximately 1 micromole / ml envelope volume) common to conventional iodine cycle lamps which are disclosed in the aforesaid U.S. Patent 2,883,571 and which are used for general lighting purposes.

Eine Glühlampe mit hohem Wirkungsgrad, die einen Wolfram-Glühfaden, eine Menge an Quecksilber, die ausreicht, um einen Quecksilber-Dampfdruck innerhalb der arbeitenden Lampe von 1 bis 20 Atmosphären (760 bis 15.200 Torr) zu erzeugen, sowie zumindest ein verdampfbares Metallhalid (einschließlich Zinnhalid) enthält, das vollständig oder teilweise in den Dampfzustand umgesetzt wird und auf diese Weise thermisch angeregt wird, um das Metall zu veranlassen, eine Lichtemission in seinen charakteristischen Atomspektren zu verursachen, wird in der US-Patentschrift 3 497 754 offenbart.A high efficiency incandescent lamp that uses a tungsten filament, an amount of mercury sufficient to keep a mercury vapor pressure within of 1 to 20 atmospheres (760 to 15,200 Torr) of the working lamp, as well as at least one vaporizable metal halide (including tin halide), which is completely or partially converted into the vapor state and on this Way is thermally excited to cause the metal to emit light in its characteristic atomic spectra is described in the US patent 3,497,754.

In der Britischen Patentschrift 900 200 wird eine Glühlampe beschrieben, die einen Glühfaden aus Tantalkarbid und eine Atmosphäre (bei Betriebstemperatur) enthält, die Wasserstoff, verdampften Kohlenstoff, ein inertes Füllgas und ein oder zwei Halogene enthält (wobei zumindest eines der Halogene Jod oder Brom ist, das von einem Metallhalid erhalten wird, wie ein Halid von Rubidium, Kobalt, Zinn, Silber, Kadmium, Aluminium, Kupfer, Zink, Quecksilber, Nickel und Zerium).In British patent specification 900 200 an incandescent lamp is described, a filament made of tantalum carbide and an atmosphere (at operating temperature) contains, the hydrogen, vaporized carbon, an inert filling gas and an or two Contains halogens (with at least one of the halogens iodine or Is bromine obtained from a metal halide, such as a halide of rubidium, cobalt, Tin, silver, cadmium, aluminum, copper, zinc, mercury, nickel and cerium).

Lampen mit Wolfram-Glühfäden, die mit anderen Arten von Halidverbindungen (wie beispielsweise HgI2 und HgBr2) dosiert sind, werden in der Tschechoslowakischen Patentanmeldung 131 567 und in den Britischen Patentschriften 952 938 und 1 105 291 offenbart.Lamps made with tungsten filaments with other types of halide compounds (such as HgI2 and HgBr2) are dosed in Czechoslovak Patent application 131,567 and in British patents 952,938 and 1,105 291 disclosed.

Trotz der Verbesserungen, die bei Halogenzyklus-Glühlampen erreicht wurden, wurde festgestellt, daß dann, wenn röhrenförmige Lampen mit elementarem Jod in der herkömmlichen Weise dosiert wurden und die Lampen lange, einfach gewendelte Glühfäden besitzen und lange geplante Brennzeiten (Nenn-BrennStundenanzahl größer als 1000) in einer vertikalen Stellung betrieben werden, eine vorzeitige Schwärzung des obersten Teils der tampenhülle auftritt. Um dieses Problem zu vermeiden, werden derartige herkömmliche Jodzyklus-Lampen im allgemeinen auf eine Brennstellung beschränkt, die im wesentlichen eine Abweichung 0 von 4 von der Horizontalen nicht überschreitet. Da diese Einschränkung offensichtlich die kommerzielle Anwendbarkeit derartiger Lampen verschlechtert, sollte ein praktikabler und billiger Weg gefunden werden, diesen Nachteil zu korrigieren und eine längliche Jodzyklus-Glühlampe zu schaffen, die einen einfach gewendelten Glühfaden besitzt und in jeder Stellung betrieben werden kann, ohne daß die vorgesehene Lebensdauer durch vorzeitige Schwärzung begrenzt wird.Despite the improvements achieved in halogen cycle incandescent lamps were found that when tubular lamps with elementary Iodine were dosed in the traditional way and the lamps were long, simply coiled Have filaments and long planned burning times (nominal number of burning hours greater than 1000) are operated in a vertical position, premature blackening of the uppermost part of the rope cover occurs. To avoid this problem, be sure to such conventional iodine cycle lamps are generally limited to one burning position, which essentially does not exceed a deviation of 0 of 4 from the horizontal. Since this limitation is evident in the commercial applicability of such Lamps deteriorate, a workable and cheap way should be found to correct this disadvantage and create an elongated iodine cycle incandescent lamp, which has a single coiled filament and operates in any position without the intended service life being limited by premature blackening will.

Halogen-Lampen, die mit der nützlichen Menge von elementarem Jod gemäß den bekannten Verfahren dosiert werden, besitzen auch eine fahle violettartige Farbe oder Farbtemperatur, die nicht nur die Farbe des von der Lampe erzeugten Lichtes verzerrt, sondern auch die Lichtstrahlen filtert und dämpft, wodurch der Lampen-Wirkungsgrad vermigdert wird.Halogen lamps that comply with the useful amount of elemental iodine the known methods are dosed, also have a pale violet-like color or color temperature, which is not just the color of the light produced by the lamp distorted, but also filters and attenuates the light rays, increasing the lamp's efficiency is diminished.

Demzufolge würde eine Jod-Zyklus-Lampe, die mit nur geringer oder überhaupt keiner Farbverzerrung oder Filterung der erzeugten Lichtstrahlen arbeiten würde, und die außerdem eine "universelle Brennfähigkeit" hinsichtlich der Lampen-Orientierung aufweist, außerdem eine lange Lebensdauer und hohen Wirkungsgrad besitzt, außerordentlich nützlich sein.As a result, an iodine cycle lamp that works with only low or no color distortion or filtering of the generated light rays work at all and which also has "universal burnability" in terms of lamp orientation has, also has a long service life and high efficiency, extraordinary to be useful.

Ein Versuch zur Beseitigung der oben genannten Nachteile bestand darin, die Lampe so umzukonstruieren, daß sie eine viel höhere Betriebstemperatur aufwies, die ausreichte, um praktisch das gesamte molekulare Jod innerhalb der Lampe in Jodatome zu dissoziieren (siehe den Aufsatz "Incandescent Bromine Cycle Lamps" von F. A. Mosby et al; April 1967, Illuminating Engineering, S. 198). Jedoch sind derartige erhöhte Lampen-Betriebstemperaturen unpraktisch, weil dies zu hohen Dichtungstemperaturen und anderen damit verbundenen Problemen führt.One attempt to eliminate the above disadvantages has been to to redesign the lamp so that it had a much higher operating temperature, which was sufficient to convert practically all of the molecular iodine inside the lamp into iodine atoms to dissociate (see the article "Incandescent Bromine Cycle Lamps" by F. A. Mosby et al; April 1967, Illuminating Engineering, p. 198). However, such are increased lamp operating temperatures are impractical because this leads to high sealing temperatures and other related problems.

Es wurde gefunden, daß alle oben genannten Vorteile auf eine einfache, praktische und billige Weise dadurch erreicht werden können, daß die Lampe mit einer kleinen, sorgfältig gesteuerten Menge von SnI4 dotiert wird, so daß die Menge des elementaren Jods, die innerhalb der Lampe freigesetzt wird, auf einen engen Bereich begrenzt wird und der Pegel der Jodaktivität innerhalb der arbeitenden Lampe auf ein Minimum gehalten wird, natürlich in Übereinstimmung mit den Erfordernissen für die Aufrechterhaltung des gewünschten Wolfram-Jod-Zyklus. Unter diesen Bedingungen wurde gefunden, daß der Hauptanteil des freigesetzten elementaren Jods innerhalb der arbeitenden Lampe ein atomarer Zustand anstelle eines molekularen Zustands ist. Die Dissoziation des molekularen Jods (I2) in atomares Jod (I) wird also dadurch erreicht, daß die Menge des elementaren oder "freien Jods reduziert wird, die innerhalb der arbeitenden Lampe zur Verfügung gestellt wird, anstatt daß die Betriebstemperatur der Lampe erhöht wird, wie es gemäß dem Stand der Technik naheliegt.It has been found that all of the above advantages are reduced to a simple, practical and cheap way can be achieved that the lamp with a small, carefully controlled amount of SnI4 is doped so that the amount of elemental iodine, which is released inside the lamp, to a narrow area is limited and the level of iodine activity within the working lamp is kept to a minimum, of course, in accordance with the requirements for maintaining the desired tungsten-iodine cycle. Under these conditions it has been found that the majority of the released elemental iodine is within of the working lamp is an atomic state rather than a molecular state. The dissociation of the molecular iodine (I2) into atomic iodine (I) is thereby achieves that the amount of elemental or "free iodine" is reduced, which is within the working lamp is made available instead of the operating temperature of the lamp is increased, as is obvious according to the prior art.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine regenerierende Glühlampe von der Art geschaffen, die eine Nenn-Lebensdauer von mehr als 1000 Stunden besitzt, wobei diese Glühlampe eine abgedichtete längliche Hülle aus lichtdurchlässigem Material umfaßt, die einen einfach gewendelten Glühfaden enthält, der im wesentlichen aus Wolframdraht besteht, weiterhin zwei im Abstand angeordnete Leitungseinrichtungen, die sich durch die Hülle erstrecken und mit dem Glühfaden verbunden sind, außerdem ein inertes Gas innerhalb der Umhüllung mit einem Druck von zumindest 1000 Torr und Einrichtungen in der Umhüllung zur Auslösung und Aufrechterhaltung eines Wolfram-Jod-Zyklus innerhalb der Lampe während deren Betrieb, der die Verfärbung der Hülle durch verdampftes Wolfram unterdrückt und im wesentlichen aus SnI4 in einer Menge besteht, die ausreicht, um 0,05 bis 0,2 Mikromol/ml Lampeninhalt an elementarem Jod innerhalb der Lampe zu erzeugen, wenn der Glühfaden erhitzt wird und das SnI4 durch die Hitze und die Strahlungsenergie, die durch den glühenden Faden erzeugt wird, zersetzt wird.In accordance with the present invention, there is provided a regenerative incandescent lamp created of the kind that has a nominal life of more than 1000 hours, this incandescent lamp having a sealed elongated envelope of translucent material comprises, which contains a single coiled filament, which consists essentially of Consists of tungsten wire, furthermore two line devices arranged at a distance, which extend through the sheath and are connected to the filament, as well an inert gas within the envelope at a pressure of at least 1000 torr and means in the enclosure for initiating and maintaining a tungsten-iodine cycle inside the lamp during its operation, the discoloration of the envelope due to vaporized Tungsten suppressed and consists essentially of SnI4 in an amount sufficient to by 0.05 to 0.2 micromoles / ml lamp content of elemental iodine within the lamp when the filament is heated and the SnI4 by the heat and the Radiant energy generated by the glowing thread is decomposed.

Lampen gemäß der vorliegenden Erfindung sind also in der Weise mit einer Menge von SnI4 dotiert, daß zwischen 0,05 und 0,2 Mikromol freies oder elementares Jod pro ml Lampen-Volumen innerhalb der brennenden Lampe erzeugt werden. Dies ist äquivalent zu einem Teildruck des Jods (bei Raumtemperatur) von ungefähr 1 bis 4 Torr. In dieser Weise dotierte Lampen können entweder in horizontaler oder vertikaler Stellung betrieben werden und besitzen somit die gewünschte universelle Brennfähigkeit, die es ermöglicht, die Lampe auch für solche Beleuchtungsanwendungen und Fassungen zu benutzen, die es notwendig machen, daß die Lampe in einer nicht horizontalen Stellung ausgerichtet wird. Die Lampen besitzen auch einen höheren Wirkungsgrad, längere Lebensdauer und sind im wesentlichen frei von Farbverzerrungs- und Lichtfilterungs-Effekten, die bei herkömmlich dotierten Jod-Zyklus-Lampen auftreten.Lamps according to the present invention are so in the way with doped with an amount of SnI4 that is between 0.05 and 0.2 micromoles free or elemental Iodine per ml of lamp volume can be generated within the burning lamp. This is equivalent to a partial pressure of the iodine (at room temperature) of approximately 1 to 4 Torr. In this way doped lamps can either be horizontal or vertical Position and thus have the desired universal flammability, which makes it possible to use the lamp for such lighting applications and sockets to use, which make it necessary that the lamp in a non-horizontal Position is aligned. The lamps also have a higher efficiency, longer service life and are essentially free of color distortion and light filtering effects, which occur with conventionally doped iodine cycle lamps.

Da SnI4 weniger toxisch und chemisch stabiler ist als elementares Jod, ist seine Anwendung als Dotierungsmaterial für Jod-Zyklus-Lampen nicht nur einfacher bei der Herstellung derartiger Lampen auf der Basis von Massenproduktion, sondern es werden auch mögliche gesundheitliche Gefahren ausgeschlossen.Because SnI4 is less toxic and chemically more stable than elemental Iodine is not only used as a doping material for iodine cycle lamps easier to manufacture such lamps on the basis of mass production, but also possible health risks are excluded.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment explained, which is shown in the drawings.

Es zeigt: Fig. 1 eine vergrößerte Vorderansicht einer 500 W-Glühlampe der T-3-Bauart mit Jod-Zyklus-Regeneration, wobei ein Teil der Umhüllung zur besseren Darstellung entfernt wurde; Fig. 2 eine graphische Darstellung des thermo-dynamischen Zusammenhangs zwischen dem atomaren Jod-Gehalt einer Jod-Zyklus-Lampe und dem gesamten Jod-Gehalt bei verschiedenen Betriebstemperaturen; und Fig. 3 eine graphische Darstellung der Art und Weise, in der die Lichtabgabe und der Wirkungsgrad der 500 W T-3-Lampen abnimmt, wenn der Gesamt-Jod-Gehalt erhöht wird.1 shows an enlarged front view of a 500 W incandescent lamp the T-3 type with iodine cycle regeneration, with part of the casing for better Representation has been removed; Fig. 2 is a graph of the thermodynamic Relationship between the atomic iodine content of an iodine cycle lamp and the total Iodine content at different operating temperatures; and FIG. 3 is a graphical representation the way in which the light output and the efficiency of the 500 W T-3 lamps decreases as the total iodine content is increased.

Eine repräsentative Jod-Zyklus-Glühlampe 10 der Bauart mit zwei Enden, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Lampe 10 besitzt eine längliche röhrenförmige Hülle 11 aus geeignetem lichtdurchlässigem Material, wie beispielsweise Quarz oder Borsilikat-Glas (oder anderes hartes Glas, das prinzipiell geschmolzenes Silika umfaßt), wobei das Material einen hohen Schmelzpunkt aufweist und sowohl den vorkommenden hohen Betriebstemperaturen als auch den Wirkungen der jodhaltigen Atmosphäre widersteht, ohne daß es deformiert oder chemisch angegriffen wird.A representative iodine cycle incandescent lamp 10 of the type with two ends, which incorporates the features of the present invention is shown in FIG. The lamp 10 has an elongated tubular envelope 11 made of suitable translucent Material, such as quartz or borosilicate glass (or other hard glass, which principally comprises fused silica), the material having a high melting point and both the occurring high operating temperatures and the effects withstands the iodine-containing atmosphere without being deformed or chemically attacked will.

Die Hülle 11 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und ist durch ein angeschmolzenes Nasensegment 12 einer Entlüftungsröhre sowie durch Preßdichtungen 13, die an jedem Ende der Hülle gebildet sind, hermetisch abgeschlossen. Die Lampe 10 enthält ein geeignetes inertes Gas (wie beispielsweise Argon, Krypton, Xenon, Stickstoff oder eine Mischung dieser Gase) und umfaßt einen einfach gewendelten Wolfram-Glühfaden 14. Der Glühfaden 14 ist innerhalb der Hülle 11 in einer zentralen Stellung gehalten, und zwar durch eine Reihe von angehefteten schraubenförmigen Stützdrähten 15 aus Wolfram sowie durch geeignete Leitereinrichtungen, wie beispielsweise ein Paar innerer Leitungen 16 aus Wolfram (oder Molybdän), die an den Enden der Glühfaden-Wendel befestigt und mit ihrem anderen Ende in die entsprechende Preßdichtung 13 eingebettet sind. Die eingebetteten Enden der inneren Leitungen 16 sind elektrisch mit Streifen 17 aus Molybdänband verbunden, das ebenfalls in den entsprechenden Dichtungen 13 eingebettet und wiederum an äußeren Leitungen 18 aus Molybdän befestigt ist, die durch Metallkontaktknöpfe 19 abgeschlossen werden, die als Lampen-Anschlüsse dienen. Die herausstehenden Enden der äußeren Lei- tungen und die zugehörigen Teile der Abschlußknöpfe werden zum Schutz in keramische Büchsen 20 eingeschlossen, die an den Preßdichtungen 13 mit einem geeigneten Zement gemäß der herkömmlichen Herstellungsverfahren für derartige Lampen befestigt sind.The sheath 11 has a circular cross-section and is through a fused nose segment 12 of a vent tube and press seals 13 formed at each end of the envelope are hermetically sealed. The lamp 10 contains a suitable inert gas (such as argon, krypton, xenon, Nitrogen or a mixture of these gases) and includes a single coiled one Tungsten filament 14. The filament 14 is within the envelope 11 in a central Maintained position by a series of attached helicals Support wires 15 made of tungsten and through suitable conductor devices, such as a pair of inner leads 16 made of tungsten (or molybdenum) attached to the ends of the Filament coil attached and with its other end in the corresponding compression seal 13 are embedded. The embedded ends of the inner leads 16 are electrical connected with strip 17 made of molybdenum tape, which is also in the corresponding Seals 13 embedded and in turn attached to outer lines 18 made of molybdenum which are terminated by metal contact buttons 19, which are used as lamp connections to serve. The protruding ends of the outer pipes and their associated parts the buttons are enclosed for protection in ceramic sleeves 20, the on the press seals 13 with a suitable cement according to conventional manufacturing methods are attached for such lamps.

Der Glühfaden 14 ist aus einem Draht gewickelt, der im wesentlichen aus Wolfram besteht, aber auch kleine Mengen Thorium und andere Dotierungen enthalten kann, um seine Festigkeit u. dgl. zu verbessern.The filament 14 is wound from a wire that is essentially consists of tungsten, but also contains small amounts of thorium and other dopants to improve its strength and the like.

Die physikalische Größe des Glühfadens 14 relativ zu der Größe der röhrenförmigen Hülle 11 ist derartig, daß die innere Oberfläche der Hülle eine Temperatur von zumindest 2500 C erreicht und die Temperatur in dem den Glühfaden umgebenden Raum ungefähr 10270 C (ungefähr 13000 K) erreicht, wenn die Lampe 10 mit Nennspannung und Nennleistung betrieben wird.The physical size of filament 14 relative to the size of the tubular envelope 11 is such that the inner surface of the envelope has a temperature of at least 2500 C and the temperature in the one surrounding the filament Room reaches about 10270 C (about 13000 K) when the lamp 10 is at rated voltage and rated power is operated.

Die Lampe ist daher ziemlich kompakt und kann in verschiedenen Längen und Nennwerten hergestellt werden, die von 300 W bis 1.500 W reichen. Z. B. besitzt eine 500 W T-3-Lampe der doppelendigen Bauart (wie sie z. B. in Fig. 1 dargestellt ist), die für eine Betriebsspannung von 120 V und einem Betriebsstrom von 4,17 Ampere und eine durchschnittliche Lebensdauer von 2.000 Stunden ausgeführt ist, eine Länge über alles von 11,8 cm, einen einfach gewendelten Glühfaden von ungefähr 5,1 cm Länge und 1,5 mm Durchmesser, während die Quarzhülle einen äußeren Durchmesser von ungefähr 9,5 mm und ein inneres Volumen von 2,7 ml besitzt.The lamp is therefore quite compact and can be of various lengths and ratings ranging from 300W to 1,500W can be produced. E.g. owns a 500 W T-3 lamp of the double ended type (such as shown in FIG. 1, for example is) for an operating voltage of 120 V and an operating current of 4.17 amps and running an average life of 2,000 hours, a length over all of 11.8 cm, a single coiled filament about 5.1 cm Length and 1.5 mm in diameter, while the quartz shell has an outer diameter of approximately 9.5 mm and an internal volume of 2.7 ml.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Hülle 11 mit einer kleinen, aber genau kontrollierten Menge von Zinntetraiodid (SnI4) dotiert, bevor sie abgedichtet wird. Die Menge des in der Lampe 10 eingebrachten SnI4 ist derartig, daß sich etwa 0,05 bis 0,21 Mikromol elementares oder "freies" Jod/ml Lampen-Volumen innerhalb der Hülle 11 ergibt, wenn die Lampe 10 in Betrieb gesetzt wird und das SnI4 durch die Hitze und verschiedene von dem Glühfaden 14 erzeugte Strahlungen zersetzt wird.According to the present invention, the sheath 11 is provided with a small, but precisely controlled amount of tin tetraiodide (SnI4) doped before being sealed will. The amount of SnI4 introduced into the lamp 10 is such that approximately 0.05 to 0.21 micromoles of elemental or "free" iodine / ml of lamp volume within the envelope 11 results when the lamp 10 is put into operation and the SnI4 through the heat and various radiations generated by the filament 14 are decomposed.

Dies ist äquivalent zu einem Teildruck des elementaren Jods von 1 bis 4 Torr (bei Raumtemperatur oder 270 C) und einer SnI4-Dosierung von 0,025 bis 0,11 Mikromol/ml Lampen-Volumen.This is equivalent to a partial pressure of elemental iodine of 1 to 4 Torr (at room temperature or 270 C) and a SnI4 dosage of 0.025 to 0.11 micromoles / ml lamp volume.

Aufgrund der thermodynamischen Gleichgewichts-Bedingungen, die innerhalb der Lampe 10 bei den vorkommenden Gastemperaturen (in der Größenordnung von 1.0270 C) vorherrschen, wird nur ein kleiner Teil des gesamten Jodgehalts des SnI4, das in die Lampe 10 eingebracht wird, tatsächlich in elementaren Joddampf umgewandelt, wenn ein Überschuß von SnI4 vorhanden ist. Unter derartigen Bedingungen wird einiges von dem SnI4 in SnI2 umgesetzt und bleibt in dieser Form, während die Lampe betrieben wird.Due to the thermodynamic equilibrium conditions that exist within of the lamp 10 at the gas temperatures occurring (in the order of magnitude of 1.0270 C) prevail, only a small part of the total iodine content of the SnI4, the is introduced into the lamp 10, actually converted into elemental iodine vapor, when there is an excess of SnI4. A lot will happen under such conditions converted by the SnI4 into SnI2 and remains in this form while the lamp is operated will.

Da die Menge des elementaren Jods, die tatsächlich innerhalb der brennenden Lampe 10 vorhanden ist, durch die Betriebs-Gas-Temperatur innerhalb der Lampe und das Phänomen des vorgenannten thermodynamischen Gleichgewichts bestimmt wird, wird irgendwelches Jod, das durch "Getter-Wirkung" oder andere Gründe während der Lebensdauer der Lampe verlorengeht, automatisch ersetzt.Because the amount of elemental iodine that is actually inside the burning Lamp 10 is present by operating gas temperature inside the lamp and the phenomenon of the foregoing thermodynamic equilibrium is determined is any iodine caused by "gettering" or other reasons lost during the life of the lamp, replaced automatically.

Die Menge des elementaren Jods in der brennenden Lampe wird somit von dem Reservoir des SnI4 ersetzt und bleibt auf einem im wesentlichen konstanten Wert. Die fertige Lampe 10 kann entsprechend einen Überschuß von SnI4-Zusatz enthalten. Somit können bis zu ungefähr 0,5 Mikromol SnI4/ml Lampen-Volumen in die Lampe eingebracht werden. Der gesamte Jod-Gehalt dieser Menge SnI4 ist ziemlich groß (ungefähr 20 Torr bei 27 C), jedoch nur ein Bruchteil wird innerhalb der brennenden Lampe freigegeben und aktiviert.The amount of elemental iodine in the burning lamp is thus is replaced by the reservoir of SnI4 and remains at a substantially constant Value. The finished lamp 10 can accordingly contain an excess of SnI4 additive. Thus, up to approximately 0.5 micromoles of SnI4 / ml lamp volume can be introduced into the lamp will. The total iodine content of this amount of SnI4 is quite large (around 20 Torr at 27 C), but only a fraction is released inside the burning lamp and activated.

Der Druck des inerten Füllgases ist nicht besonders kritisch und kann in dem Bereich von 1.000 bis 5.000 Torr (bei Raumtemperatur) liegen. Füllgasdrucke oberhalb von etwa 3.000 Torr können die Anwendung von Hüllen erfordern, die eine erhöhte Wanddicke und Festigkeit besitzen, um die mögliche Gefahr eines Hüllenbruches zu vermeiden. Um derartige Probleme zu umgehen, wird der Füllgasdruck vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1.200 bis 3.000 Torr gehalten und es wurden ausgezeichnete Ergebnisse für den Fall der 500 W T-3-Quarz-Lampe der in Fig. 1 dargestellten Bauart dadurch erhalten, daß die Lampen mit Argon unter einem Druck von 1.500 bis 2.500 Torr gefüllt wurden.The pressure of the inert fill gas is not particularly critical and can be in the range of 1,000 to 5,000 torr (at room temperature). Filling gas pressures above about 3,000 torr may require the use of envelopes that have a have increased wall thickness and strength to avoid the possible risk of the envelope breaking to avoid. In order to avoid such problems, the filling gas pressure becomes preferable kept within a range of 1,200 to 3,000 Torr and became excellent Results for the case of the 500 W T-3 quartz lamp of the type shown in FIG. 1 obtained in that the lamps with argon under a pressure of 1,500 to 2,500 Torr were filled.

Lampen dieser Nennleistung und Bauart, die ungefähr 3 Atmosphären Argon (2.280 Torr) enthalten und mit einer Menge von SnI4 dotiert sind, die einen totalen Jod-Gehalt ausmacht, der äquivalent zu 10 Torr Teildruck ist, ergaben eine durchschnittliche brauchbare Lebensdauer von 2.865 Stunden, wenn die Lampe in einer vertikalen Stellung betrieben wurde, bei einem Wirkungsgrad von 21,7 Lumen/Watt. Wird die gleiche Lampe in der herkömmlichen Weise mit elementarem Jod dotiert, ergibt sich ein Nenn-Wirkungsgrad von 20 Lumen/Watt und eine Nenn-Lebensdauer von 2.000 Stunden, jedoch schwärzt sich die Lampe frühzeitig, wenn sie in einer vertikalen Stellung betrieben wird.Lamps of this rating and type, which are approximately 3 atmospheres Argon (2,280 Torr) and are doped with an amount of SnI4 that a total iodine content, which is equivalent to 10 torr partial pressure, resulted in a average useful life of 2,865 hours when the lamp is in a vertical position was operated, with an efficiency of 21.7 lumens / watt. If the same lamp is doped with elemental iodine in the conventional manner, the result is a nominal efficiency of 20 lumens / watt and a nominal service life of 2,000 Hours, however, the lamp will blacken prematurely when in a vertical position Position is operated.

Natürlich kann die nutzbare Lebensdauer der erfindungsgemäßen Lampen dadurch weiter erhöht werden, daß die Glühfadenwendel so umgestaltet wird, daß sie bei einer niedrigeren Temperatur arbeitet, die ausreicht, um den Nenn-Wirkungsgrad von 20 Lumen pro Watt zu liefern, wodurch anstelle von erhöhtem Wirkungsgrad eine höhere Lebensdauer erhalten wird.Of course, the useful life of the lamps according to the invention further increased by redesigning the filament coil so that it operates at a lower temperature sufficient to achieve the rated efficiency of 20 lumens per watt, creating a longer service life is obtained.

T-3-Lampen (die einfach gewendelte Glühfäden enthalten) der 500 W-Größe, die die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen, wurden in einer vertikalen Stellung so lange betrieben, wie es ihrer Nenn-Lebensdauer von 2.000 Stunden entspricht, ohne daß eine vorzeitige Schwärzung auftrat.T-3 lamps (containing single coiled filaments) of 500 W size, having the features of the invention were in a vertical position operated as long as it corresponds to their nominal service life of 2,000 hours, without premature blackening.

Spezifische Beispiele für den Teildruck von Jod (Gesamt-Gehalt) und den äquivalenten Mengen von Jod/ml Lampen-Volumen, dte von verschiedenen Mengen SnI4 geliefert werden, die in eine 500 W T-3-Lampe der dargestellten und beschriebenen Art eingegeben wurden (inneres Volumen 2,7 ml), sind in der folgenden Tabelle I dargestellt.Specific examples of the partial pressure of iodine (total content) and the equivalent amounts of iodine / ml lamp volume, dte of different amounts SnI4 can be supplied in a 500 W T-3 lamp of the type shown and described Type entered (internal volume 2.7 ml) are listed in Table I below shown.

Tabelle I Teildruck des Mikromol des Mikromol In die Lampe Gesamt-Jods 0 Gesamt-Jods SnI4 eingegebene (Torr bei 27 C) (pro ml (pro ml Menge von Lampen-Vol.) Lampen-Vol.) SnI4 (mg) 1,0 0,05 0,025 0,046 2,0 0,11 0,055 0,092 3,0 0,16 0,080 0,14 4,0 0,21 0,11 0,184 5,0 0,27 0,135 0,23 10,0 0,54 0,270 0,46 20,0 1,07 0,535 0,91 Die oben angegebenen Teildrücke des Jod-Gehalts der dotierten Lampen basieren auf Raumtemperatur (270 C) und auf der Annahme, daß das gesamte in dem SnI4-Additiv enthaltene Jod in elementares Jod-Gas oder Jod-Dampf bei 270 C umgewandelt ist. Table I Partial Pressure of Micromole of Micromole Into the Lamp Total Iodine 0 total iodine SnI4 entered (Torr at 27 C) (per ml (per ml amount of lamp vol.) Lamp vol.) SnI4 (mg) 1.0 0.05 0.025 0.046 2.0 0.11 0.055 0.092 3.0 0.16 0.080 0.14 4.0 0.21 0.11 0.184 5.0 0.27 0.135 0.23 10.0 0.54 0.270 0.46 20.0 1.07 0.535 0.91 The partial pressures given above for the iodine content of the doped Lamps are based on room temperature (270 C) and on the assumption that the entire iodine contained in the SnI4 additive in elemental iodine gas or iodine vapor at 270 C is converted.

Wie in der graphischen Darstellung der Fig. 2 dargestellt ist, zeigen thermodynamische Berechnungen, daß die Menge des elementaren Jods innerhalb der Lampe, das dissoziiert und von der molekularen Form (I2) in die atomare Form (I) umgewandelt wird, sich gemäß der Gastemperatur innerhalb der brennenden Lampe und gemäß dem Gesamt-Jod-Gehalt ändert. Die Kurve 21 (und die gestrichelte Bezugslinie 22) zeigen, daß bei einer Gastemperatur von ungefähr 7270 C und einem Gesamt-Jod-Gehalt, der äquivalent zu 10 Torr Teildruck ist, nur ungefähr 12 % des Jods in einen atomaren Zustand übergeht. Bei einer Gastemperatur von 827°C steigt die Menge des atomaren Jods bei 10 Torr (Gesamt-Jod) auf ungefähr 25 % (Kurve 23) an. Für die Gastemperatur, die innerhalb einer Lampe der in Fig. 1 dargestellten Art vorherrscht (1.0270 C) zeigt Kurve 24, daß ungefähr 60 % des Jods bei einer derartigen Jodfüllung in atomarer Form vorhanden ist. Bei noch höheren Gastemperaturen, wie beispielsweise bei 1.227°C (Kurve 25), befindet sich praktisch das gesamte Jod (86 %), das bei einer Dosierung von 10 Torr zur Verfügung steht, im atomaren Zustand. Es sei bemerkt, daß der Prozentanteil des Jods in atomarer Form ansteigt, wenn die Gastemperatur erhöht wird, und ebenfalls ansteigt, wenn der Gesamt-Jod-Gehalt (Dosierung) der Lampe erhöht wird. Somit vermindert bei einer Gastemperatur von 1.0270 C eine Erniedrigung des gesamten Jod-Gehalts von 20 Torr auf 2 Torr die Menge des molekularen Jods (I2) um einen Faktor von 33 und nicht nur um einen Faktor 10.As shown in the graph of FIG. 2, show thermodynamic calculations that the amount of elemental iodine within the Lamp that dissociates and from molecular form (I2) to atomic form (I) is converted according to the gas temperature inside the burning lamp and changes according to the total iodine content. The curve 21 (and the dashed reference line 22) show that at a gas temperature of about 7270 C and a total iodine content, which is equivalent to 10 torr partial pressure, only about 12% of the iodine in an atomic one State passes. At a gas temperature of 827 ° C, the amount of the atomic increases Iodine at 10 torr (total iodine) to about 25% (curve 23). For the gas temperature, which prevails within a lamp of the type shown in Fig. 1 (1.0270 C) Curve 24 shows that about 60% of the iodine with such an iodine filling is atomic Shape is present. At even higher gas temperatures, such as 1,227 ° C (Curve 25), practically all of the iodine (86%) is found in one dose of 10 Torr is available in the atomic state. It should be noted that the percentage of iodine in atomic form increases when the gas temperature is increased, and also increases when the total iodine content (dosage) of the lamp is increased. Thus diminished at a gas temperature of 1.0270 C a decrease in the total iodine content from 20 torr to 2 torr the amount of molecular iodine (I2) by a factor of 33 and not just by a factor of 10.

Die erforderliche Menge von SnI4 kann in die Lampe auf verschiedene Weise während der Lampen-Herstellung eingebracht werden.The required amount of SnI4 can be different in the lamp Manner during lamp production.

Z. B. kann es einfach durch die Entlüftungsröhre hindurch in die Hülle eingetropft werden, bevor die Entlüfungsröhre abgeschmolzen und abgedichtet wird. Das SnI4 kann in Tablettenform gepreßt werden, um eine in dieser Form erfolgenden Dosierung zu erleichtern. Das SnI4 kann auch in ein flüchtiges Lösungsmittel aufgelöst werden, wie beispielsweise Benzol oder Chloroform, und ein abgemessenes Volumen der sich ergebenden Lösung kann in die Hülle 11 durch die Entlüftungsröhre eingegeben werden.For example, it can simply pass through the vent tube and into the envelope be dripped in before the vent tube is melted and sealed. The SnI4 can be compressed in tablet form to make one in this form dosage to facilitate. The SnI4 can also be used in a volatile Solvent, such as benzene or chloroform, and a a measured volume of the resulting solution can be poured into the envelope 11 through the vent tube can be entered.

Wenn die fertige Lampe betrieben wurde und dann wieder abgeschaltet wird, rekombiniert das zersetzte SnI4 und kondensiert in der Form eines dünnen Filmes auf den Hüllenwänden, die der Lampe ihre charakteristische gelblich-grüne Farbe geben, wenn sie sich auf Raumtemperatur abgekühlt hat. Diese Verfärbung verschwindet jedoch, sobald die Lampe wieder in Betrieb gesetzt wird und die aus kondensierten SnI4 bestehende Schicht verdampft und dissociiert. Die Lampen sind somit während des Betriebs im wesentlichen farblos.When the finished lamp was operated and then switched off again is, the decomposed SnI4 recombines and condenses in the form of a thin film on the walls of the envelope, which give the lamp its characteristic yellowish-green color give when it has cooled to room temperature. This discoloration disappears however, as soon as the lamp is put back into operation and the condensed out SnI4 existing layer evaporates and dissociates. The lamps are thus during of the operation essentially colorless.

Der nachteilige Effekt von überschüssigen Mengen von dotiertem Jod auf die Lichtabgabe und den Wirkungsgrad von 500 W T-3-Lampen (der in Fig. 1 dargestellten Art) ist graphisch in Fig. 3 dargestellt. Die Kurve 26 zeigt an, daß der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) von etwa 20,5 LpW bei 20 Torr Jod (total) auf ungefähr 19,3 LpW abfällt, wenn der Gesamt-Jod-Gehalt auf 40 Torr erhöht wird, und daß der Wirkungsgrad sich fortschreitend verschlechtert, wenn größere Mengen von Jod verwendet werden.The adverse effect of excess amounts of doped iodine on the light output and the efficiency of 500 W T-3 lamps (the one shown in FIG Art) is shown graphically in FIG. The curve 26 indicates that the efficiency (Lumens per watt) from about 20.5 LpW at 20 torr iodine (total) to about 19.3 LpW drops as the total iodine content is increased to 40 torr and that the efficiency progressively deteriorates when larger amounts of iodine are used.

Die Kurve 27 zeigt, daß die Verminderung des Wirkungsgrades bei sich erhöhendem Jod-Gehalt noch deutlicher wird, wenn die Daten hinsichtlich der Anwesenheit von atomarem Jod korrigiert werden, indem die Menge des in atomarer Form vorliegenden Jods von dem Gesamt-Jod-Gehalt (molekularer Zustand) abgezogen wird.The curve 27 shows that the reduction in efficiency with itself Increasing iodine content becomes even more evident when the data regarding the presence of atomic iodine can be corrected by the amount of it present in atomic form Iodine is subtracted from the total iodine content (molecular state).

Vergleichende Versuche mit den 500 W-I.ampen der in Fig. 1 dargestellten Bauart mit einfach gewendeltem Glühfaden haben gezeigt, daß die Lampen, die erfindungsgemäß mit SnI4 dotiert wurden, keine Hüllen-Verfärbung während des Betriebs zeigten, im Gegensatz zu Lampen, die mit HgI2 dotiert waren, die einen deutlichen Schwärungseffekt in den Endteilen der Hülle während ihrer nützlichen Lebensdauer (normalerweise 2.000 Stunden) zeigten.Comparative tests with the 500 W lamps of the type shown in FIG. 1 Design with a single coiled filament have shown that the lamps according to the invention were doped with SnI4, showed no discoloration of the shell during operation, im In contrast to lamps that were doped with HgI2, the one clear Coating effect in the end parts of the casing during its useful life (usually 2,000 hours) showed.

Patentansprüche: LeerseitePatent claims: Blank page

Claims

P t-e-n-t-a t e- n t a- n 5 p r: c h e Regenerating light bulb, in particular with a nominal service life of over 1,000 hours, characterized by a sealed elongated envelope (11) made of translucent material which has a contains simply coiled filament (14), which consists essentially of tungsten wire consists, a pair of spaced conduit means (16) extending through the sheath (11) extend and are connected to the filament (14) by an inert Gas within the envelope (11) which is under a pressure of at least 1,000 Torr, and means in the shell for initiating and maintaining a tungsten-iodide cycle During the operation of the lamp, the discoloration of the envelope due to vaporized tungsten suppress, the means consisting essentially of SnI4 in an amount which is sufficient to keep 0.05 to 0.2 micromoles / ml lamp volume of elemental iodine within of the lamp when the filament is operating and the SnI4 by the heat and the radiant energy generated by the filament is decomposed.

2. Lamp according to claim 1, characterized in that the lamp according to of the manufacture contains 0.02 to 0.54 micromoles of SnI4 per ml of lamp volume.

3. Lamps according to claim 1 or 2, characterized in that the total Jd content of the SnI4 initially located inside the lamp in the range from 0.05 to 0.5 micromoles iodine / ml lamp volume.

4. Lamp according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the inert gas filling of nitrogen, argon, krypton and / or xenon with one pressure from 1,200 to 3,000 torr.

5. Lamp according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized characterized in that the nominal life is approximately 2,000 hours that the predetermined nominal power in the range of 300 to 1,500 W and that the relative physical dimensions of the filament (14) and the sheath (11) are such that the gas temperature inside the lamp (10) is at least 1.0270 C when the Lamp (10) is operated at the predetermined nominal powers.

6. Lamp according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized characterized in that the filament (14) is coiled over its entire length, that the sheath (11) is tubular with a circular cross-section, and that the pair of spaced line devices (16) through corresponding ends the sheath (11) sealed and connected to the associated end of the filament (14) is so that the lamp (10) thus has a double-ended construction.