Elektrische Hochdruckmetalldampfentladungsröhre. Es sind HochdTuckquecksilber.dampfentla- dungsröhren bekannt, in denen sieh eine der artig kleine Quecksilbermenge befindet, dass schon bevor .die Röhren ihre normale Be triebstemperatur erreicht haben, die .gesamte Quecksilbermenge verdampft ist, so :
dass der Quecksilberdampf beim normalen Betrieb un gesättigt ist. Es wird hierdurch .der Vorteil erreicht, dass die Dichte des Quecksilber dampfes während des Betriebes immer die selbe ist, so dass die Brennspannung der Ent ladung sich bei Stromschwankungen öder bei Änderungen des Erhitzungszustandes der Röhre nur wenig ändert.
Diese Dosierung der Quecksilbermenge wird in der Regel dadurch erreicht, dass eine genau abgewogene oder abgemessene Menge flüssigen Quecksilbers in die Röhre gebracht wird. Bei fabrikatorischer Anwendung dieses Dosierungsverfahrens macht sich jedoch öfters ,der Nachteil bemerkbar, dass das Volu men der verschiedenen Röhren kleine Tole ranzen zeigt, so dass bei Einführung einer gleichen Quecksilbermenge beim Betrieb -die Dampfdichte in den verschiedenen Röhren nicht genau dieselbe ist und auch die Brenn- spannungen der Röhren voneinander abwei chen.
Diese Schwierigkeiten können besonders dann auftreten, wenn -die Enladungsröhren aus hochschmelzendem Material, besonders aus Quarz hergestellt werden, da bei Ver wendung eines solchen schwieriger als ge wöhnliches Glas zu bearbeitenden Materials das Einhalten des Volumens der verschiede nen Röhren auf einem Wert schwierig ist.
Es wurde auch vorgeschlagen, die er wünschte Quecksilbermenge durch Hinüber destillieren in die Röhre einzuführen, wobei während des Einführens des Quecksilber dampfes eine Entladung in der Röhre erzeugt wird. Bei zunehmender Menge des eingeführ ten Quecksilbers steigt die Brennspannung. Bei diesem Verfahren wird folglich die Brennspannung beobachtet und der Zutritt des Quecksilberdampfes unterbrochen, wenn die Brennspannung den erwünschten Wert erreicht hat. Dieses Verfahren zum Ein- bringen einer dosierten Metallmenge ist jedoch umständlich und zeitraubend.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Hochdruckmetalldampfentladungsröhre mit festen Elektroden und einem Überschuss an verdampfbaren Metall (das heisst, dass bei normalem Betrieb nicht die ganze den Dampf liefernde Metallmenge in Dampfform über geht) und bezweckt, trotz des Vorhandenseins eines Überschusses an verdampfbarem Me tall, doch die mit ungesättigtem Metalldampf verbundenen Vorteile zu erreichen.
Die Entladungsröhre gemäss der Erfin dung weist einen Ansatzbehälter auf, der eine grössere als kapillare Weite hat und ,dessen Temperatur hauptsächlich von einem Heizkörper bestimmt wird, der in Reihe mit der Entladungsbahn geschaltet ist, wobei die Entladungsröhre so gebaut ist,,dass beim Be trieb der Ansatzbehälter .die kälteste Stelle des mit dem Metalldampf in Berührung kom- men-den Teils der Entladungsröhre bildet.
Der Druck des Dampfes wird somit von der Temperatur dieses die kälteste Stelle bil denden Ansatzbehälters bedingt. Tritt beim Betrieb eine Erhöhung des Dampfdruckes auf, so nimmt die Brennspannung der Ent- iatdung zu, und es sinkt die Stromstärke. Demzufolge wird vom Heizkörper, der in Reihe mit der Entladungsbahn geschaltet ist, weniger Wärme entwickelt, was eine gerin gere Erhitzung. des Ansatzbehälters zur Folge hat, so, dass der Dampfdruckerhöhung entgegengewirkt wird.
Der Dampfdruck wird also automatisch konstant oder nahezu kon stant gehalten. Um den Einfluss der von der Entladung erzeugten Wärme auf die Tempe ratur des Ansatzbehälters zu verringern, kann dieser derart angeordnet sein, dass die Wärmeübertragung von dem Entladungs raum auf .den Ansatzbehälter möglichst ge ring ist.
Zweckmässig wird hierzu ausserhalb der Entladungsröhre zwischen dem Entladungs raum und dem Ansatzbehälter eine zum Bei spiel aus Asbest bestehende Wärmeisolation angebracht. Der Ansatzbehälter hat eine grössere als kapillare Weite. Bei Verwendung eines kapillaren Ansatzbehälters würden bestimmte Nachteile auftreten, die durch die Benutzung eines weiten Behälters behoben sind.
Wenn das Metall sich ausserhalb des Ansatzbehäl ters befindet, was zum Beispiel nach dem Transport der Röhre der Fall sein kann, destilliert das Metall nach dem Inbetrieb- setzen von dem Entladungsraum in den An- satzbehälter hinüber, ,da diese beim Betrieb die niedrigste Temperatur erhält.
Das im Ansatzbehälter in der Nähe .der Mündung kondensierte Metall würde in diesem Behäl ter, wenn dieser als Kapillarröhre ausgebil det wäre, nicht frei herunterfliessen können, weil es durch die Kapillarröhre festgehalten werden würde. Das gebildete Kondensat könnte das Kapillarrohr sogar abschliessen.
Weiter hat ein Kapillarbehälter wegen seines geringen Durchmessers nur eine kleine Wärmekapazität. Dies führt öfters zu'Schwie- rigkeiten, weil bei dem erwähnten Hinüber destillieren des Metallos das Kondensat seine Kondensationswärme an den Behälter abgibt, wodurch der nur eine geringe Wärmekapa zität zeigende Ansatzbehälter vorübergehend auf eine 'Temperatur gebracht wird, die wesentlich höher ist als die dem erwünsch ten Dampfdruck entsprechende Temperatur, so dass der Dampf vorübergehend einen zu hohen Druck annimmt,
der manchmal zu einer so hohen Brennspannung führt, dass die Entladung erlischt.
Dadurch, .dass -der Ansatzbehälter der er findungsgemässen Röhre eine grössere als kapillare Weite hat, wird das Metall in die sem Behälter nicht durch Kapillarkräfte fest gehalten, auch ist die Wärmekapazität des Behälters grösser. Hierdurch werden die obererwähnten, mit einem kapillaren Ansatz- behälter verknüpften Schwierigkeiten vermie den.
Zweckmässig wird die Wärmekapazität des Ansatzbehälters noch dadurch vergrössert, dass er mit einer metallenen Hülle umgeben wird. Diese kann zum Beispiel aus einer über den Ansatzbehälter geschobenen metal lenen Haube bestehen.
Die Röhre wird selbstverständlich in einer derartigen Stellung betrieben"dass das Metall nicht aus dem Ansatzbehälter herausfliesst. Vorzugsweise wird der Ansatzbehälter derart ausgebildet, dass die Entladungsröhre in ver schiedenen Stellungen benutzt werden kann, ohne .dass das im Ansatzbehälter befindliche Metall aus dem Behälter herunterfallen kann.
Besteht das Entladungsrohr zum Beispiel in der Hauptsache aus einem zylindrischen Ent ladungsgefäss, so kann dieses Gefäss mit einem länglichen, schräg zur Achse des Ent ladungsraumes angeordneten Ansatzbehälter versehen werden. -Auf diese Weise ist es möglich, die Entladungsröhre in verschie denen Stellungen zu betreiben, was zum Bei spiel von grossem Vorteil ist,-wenn ,die Röhre für Bestrahlungszwecke verwendet wird.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 ein Aus führungsbeispiel einer Entladungsröhre ge mäss der Erfindung im Längsschnitt dar, während Fig. 2 das Schaltschema dieser Röhre zeigt.
Die abgebildete Röhre besteht in der Hauptsache aus einem zylindrischen Quarz rohr 1, an dessen Enden die beiden aus einem hochschmelzenden Glase bestehenden Kappen 2 bezw. 3 aasgeschmolzen sind, :durch die hincluTch die Stromzuführüngsdrähte der Glühelektroden 4 bezw. 5 geführt sind. Die Stromzuführungsdrähte der Elektrode 5 sind in Fig. 1 nicht zu ersehen, weil sie vor der Schnittfläche durch die Kappe 3 liegen.
Die Elektroden 4 und 5 können in üblicher Weise als Ogydelektroden ausgebildet sein.
An der *Kappe 3 ist ein Seitenbehälter 6 aasgeschmolzen, der aus einem zylindrischen Quarz- oder Glasrohr -besteht. Dieses Rohr 6 liegt nicht in der Verlängerung -des zylin drischen Entladungsgefässes, sondern ist .der art angeordnet, dass seine Achse mit der Verlängerung der Achse des Zylinders 1 einen spitzen Winkel, z. B. einen solchen von ungefähr 45', einschliesst. Das Rohr 6 ist verhältnismässig weit, z.
B. 4 mm oder mehr, und ist eng umgeben- von einer Nickel- haube 7, die zum Beispiel -eine Wandstärke von 2 mm hat und eine grosse Wärmekapa zität aufweist; sie ist umgeben von einem Heizdraht 8, dessen Windungen selbstver ständlich gegeneinander und gegen die Haube 7 elektrisch isoliert sind. Gegebenen falls könnte der Ansatzbehälter selbst ganz oder teilweise aus Metall hergestellt werden.
Die Röhre enthält Edelgas, z. B. Argon, unter einem Druck von einigen Millimetern Quecksilbersäule; auch ist eine so grosse Menge Quecksilber in die Röhre eingebracht, dass beim Betrieb ein tberschuss flüssigen Quecksilbers in der Röhre vorhanden ist.
Beim Betrieb entwickelt sich Quecksilber- dampf von so hohem -Drück, dass zwischen den Elektroden 4 und 5 eine eingeschnürte Floöhd@ruckquecksilberdampfentladung statt findet, die zum Aussenden von Strahlen, z. B. ultravioletten Strahlen, dienen kann.
Die Entladungsröhre ist derart :gebaut, dass beim Betrieb die kälteste Stelle der mit .dem Metalldampf in. Berührung kommenden Teile der Entladungsröhre in dem Ansatz behälter 6 gelegen ist, so dass der Dampf druck von der Temperatur dieser kältesten Stelle bestimmt wird.
In vielen Fällen wird es - zweckmässig sein, die Kappen 2 und 3 oder die -Enden des -Rohres 1 oder beide mit einer reflektierenden, zum Beispiel aus Pla tin bestehenden 'Schicht .zu bedecken, damit sich hinter den Elektroden keine Räume bil den, die eine niedrigere Temperatur als der Ansatzbehälter haben.
Der Überschuss ödes in der Entladungs röhre vorhandenen Quecksilbers begibt sich beim Betrieb nach dem Ansatzbehälter 6. Der-diesen Behälter umgebende Heizkörper 8 ist mit-- der Entladungsbahn in Reihe ge schaltet. Wie oben schon beschrieben wurde, hält dieser Heizkörper den Dampfdruck auf einem konstanten oder sich nur wenig ändern den Wert.
Um den direkten Einfluss der im -Ent- ladungsraum entwickelten Wärme auf den Ansatzbehälter 6 zu verringern, ist rund um die Aüsmün-dung des Behälters- ein wärme- isolierender Schirm 9, der zum Beispiel aus Asbest bestehen kann, angeordnet.
In !der gezeichneten Stellung der Röhre fliesst das Quecksilber im Ansatzbehälter nach dem -geschlossenen Ende hin. Die Röhre kann um die Age des Entladungsraumes in beiden D.rehriehtungen um 45 leicht ge dreht werden, ohne dass Gefahr besteht, dass das Quecksilber aus -dem Behälter 6 aus fliesst. Die Röhre kann auch in senkrechter Stellung benutzt werden, wenn nur dafür ge sorgt wird, dass er Ansatzbeh'ältersich unten befindet.
Der Seitenbehälter 6 mit :der Haube 7 und dem Heizkörper 8 können in einem nicht gezeichneten Sockel untergebracht werden, so dass der Ansatzbehälter von aussen nicht wahrzunehmen ist. Dieser Sockel kann dann an dem Rand 10 des zylindrischen Ge fässes 1 befestigt werden.
Auch das gegenüberliegende Ende der Entladungsröhre kann mit einem Sockel ver sehen werden, der dann an dem vorspringen den Rand 11 des Gefässes 1 befestigt und mit Kontaktorganen für die Stromzufüh- rungsdrähte der Elektrode 4 versehen werden kann. Auch ist es möglich, die Stromzufüh- rungsdrähte der Elektrode 4 aussen um die Röhre herum nach dem Sockel zu führen, der sich an dem gegenüberliegenden Ende der Röhre befindet und auch die Anschlüsse für die Elektrode 5 und den Heizkörper 8 auf weist. In diesem Falle befinden sich alle An schlüsse an einem Ende der Röhre.
Wird die Entladungsröhre zum Aussenden von ultravioletten Strahlen benutzt, so kann sie gegebenenfalls in bekannter Weise mit einem Filter umgeben werden, das die kür zeren, von der Röhre 1 ausgesandten Strahlen absorbiert. Wenn die Entladungsröhre an beiden Enden mit einem Sockel versehen ist, können diese Sockel derart ausgebildet wer den, dass der Filter über sie geschoben wer den kann und dann von ihnen getragen wird.
In einem bestimmten Falle war der innere Durchmesser des Entladungsraumes 20 mm, der Abstand der Elektroden 180 mm, zier innere Durchmesser und die Länge des An- satzbehälters 4 bezw. 25 mm, die Wandstärke des Ansatzbehälters 1 mm und die Wand stärke der Nickelhaube 2 mm. Der Heizkör per 8 bestand aus Konstantandraht mit einem Durchmesser von 0,9 mm und zeigte acht Windungen.
Fig.2 zeigt, dass die Glühelektroden 2 und 3 aus Transformatoren 12 bezw. 13 ge speist werden, die an ein Wecheelstromnetz 14 angeschlossen sind. Auch der Entladungs strom wird aus dieser Stromquelle bezogen, wobei in Reihe mit der Entladungsbahn eine Drosselspule 15 angeordnet ist. Auch aus Fig. 2 geht hervor, dass der Heizkörper 8 in Reihe mit der Entladungsbahn geschaltet ist. Gegebenenfalls können die Glühelektro- den auch von der Entladung erhitzt werden, so dass dann die Transformatoren 12 und 13 in Fortfall kommen.
High pressure electric metal vapor discharge tube. High-pressure mercury vapor discharge tubes are known in which there is such a small amount of mercury that the entire amount of mercury has evaporated before the tubes have reached their normal operating temperature, as follows:
that the mercury vapor is unsaturated during normal operation. This has the advantage that the density of the mercury vapor is always the same during operation, so that the burning voltage of the discharge changes only slightly with current fluctuations or with changes in the heating state of the tube.
This dosage of the amount of mercury is usually achieved by placing a precisely weighed or measured amount of liquid mercury into the tube. When this metering method is used in manufacturing, however, the disadvantage is often noticeable that the volume of the various tubes shows small tolerances, so that when the same amount of mercury is introduced during operation, the vapor density in the various tubes is not exactly the same and also the combustion - the voltages of the tubes differ from one another.
These difficulties can arise especially when the discharge tubes are made of high-melting material, especially quartz, since when using such a material that is more difficult to process than ordinary glass it is difficult to maintain the volume of the various tubes at one value.
It has also been suggested that the desired amount of mercury be introduced into the tube by distilling over, a discharge being created in the tube during the introduction of the mercury vapor. As the amount of mercury introduced increases, the operating voltage increases. In this process, the operating voltage is observed and the entry of mercury vapor is interrupted when the operating voltage has reached the desired value. However, this method of introducing a metered amount of metal is laborious and time-consuming.
The invention relates to an electric high-pressure metal vapor discharge tube with fixed electrodes and an excess of vaporizable metal (that is, during normal operation not the entire amount of metal supplying the vapor is converted into vapor form) and, despite the presence of an excess of vaporizable metal, the invention to achieve benefits associated with unsaturated metal vapor.
The discharge tube according to the inven tion has a container which has a larger than capillary width and whose temperature is mainly determined by a heating element which is connected in series with the discharge path, the discharge tube being built so that during operation the batch container forms the coldest point of the part of the discharge tube that comes into contact with the metal vapor.
The pressure of the steam is thus conditioned by the temperature of this batch container forming the coldest point. If the vapor pressure increases during operation, the arc voltage of the discharge increases and the current intensity decreases. As a result, less heat is developed by the heating element, which is connected in series with the discharge path, which leads to less heating. of the batch container, so that the increase in steam pressure is counteracted.
The vapor pressure is therefore automatically kept constant or almost constant. In order to reduce the influence of the heat generated by the discharge on the temperature of the batch container, it can be arranged in such a way that the heat transfer from the discharge space to the batch container is as low as possible.
For this purpose, heat insulation, for example made of asbestos, is expediently attached outside the discharge tube between the discharge space and the batch container. The preparation container has a larger than capillary width. When using a capillary preparation container, certain disadvantages would arise which are remedied by using a wide container.
If the metal is outside the batch container, which can be the case, for example, after the tube has been transported, the metal distills from the discharge space into the batch container after it has been put into operation, since this receives the lowest temperature during operation .
The metal condensed in the batch container near the mouth would not be able to flow down freely in this container if it were designed as a capillary tube because it would be held in place by the capillary tube. The condensate formed could even close off the capillary tube.
Furthermore, a capillary container has only a small heat capacity because of its small diameter. This often leads to difficulties, because when the metal batch is distilled over, the condensate gives off its heat of condensation to the container, as a result of which the batch container, which has only a low heat capacity, is temporarily brought to a temperature which is significantly higher than that Desired steam pressure corresponding temperature so that the steam temporarily becomes too high a pressure,
which sometimes leads to such a high operating voltage that the discharge is extinguished.
Due to the fact that the attachment container of the tube according to the invention has a larger than capillary width, the metal in this container is not held firmly by capillary forces, and the thermal capacity of the container is greater. As a result, the above-mentioned difficulties associated with a capillary preparation container are avoided.
The heat capacity of the batch container is expediently increased by surrounding it with a metal shell. This can consist, for example, of a metal hood pushed over the batch container.
The tube is of course operated in such a position that the metal does not flow out of the preparation container. The preparation container is preferably designed in such a way that the discharge tube can be used in various positions without the metal in the preparation container falling out of the container .
For example, if the discharge tube mainly consists of a cylindrical discharge vessel, this vessel can be provided with an elongated batch container arranged at an angle to the axis of the discharge space. In this way, it is possible to operate the discharge tube in various positions, which is of great advantage, for example, if the tube is used for irradiation purposes.
In the drawing, FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a discharge tube according to the invention in longitudinal section, while FIG. 2 shows the circuit diagram of this tube.
The tube shown consists mainly of a cylindrical quartz tube 1, at the ends of which the two caps 2 respectively consisting of a high-melting glass. 3 aasgeschmolzen are: through the hincluTch the power supply wires of the glow electrodes 4 respectively. 5 are performed. The power supply wires of the electrode 5 cannot be seen in FIG. 1 because they lie in front of the cut surface through the cap 3.
The electrodes 4 and 5 can be designed as Ogyd electrodes in the usual way.
A side container 6, which consists of a cylindrical quartz or glass tube, is ash melted on the * cap 3. This tube 6 is not in the extension of the cylin drical discharge vessel, but is arranged .der art that its axis with the extension of the axis of the cylinder 1 at an acute angle, z. B. includes one of about 45 '. The tube 6 is relatively wide, for.
B. 4 mm or more, and is closely surrounded by a nickel hood 7, for example -a wall thickness of 2 mm and has a large Wärmekapa capacity; it is surrounded by a heating wire 8, the turns of which are, of course, electrically isolated from each other and from the hood 7. If necessary, the batch container itself could be made entirely or partially from metal.
The tube contains noble gas, e.g. B. argon, under a pressure of a few millimeters of mercury; there is also such a large amount of mercury introduced into the tube that there is an excess of liquid mercury in the tube during operation.
During operation, mercury vapor of such a high pressure develops that a constricted Floöhd @ ruck mercury vapor discharge takes place between electrodes 4 and 5, which is used to emit rays, e.g. B. ultraviolet rays, can serve.
The discharge tube is constructed in such a way that during operation the coldest point of the parts of the discharge tube coming into contact with the metal vapor is located in the attachment container 6, so that the vapor pressure is determined by the temperature of this coldest point.
In many cases it will be useful to cover the caps 2 and 3 or the ends of the pipe 1 or both with a reflective layer, for example made of platinum, so that there are no spaces behind the electrodes, which have a lower temperature than the preparation tank.
The excess of desolate mercury in the discharge tube goes to the batch container 6 during operation. The heater 8 surrounding this container is connected in series with the discharge path. As already described above, this radiator keeps the steam pressure constant or changes only slightly.
In order to reduce the direct influence of the heat developed in the discharge space on the batch container 6, a heat-insulating screen 9, which can consist of asbestos, for example, is arranged around the opening of the container.
In the position of the tube as shown, the mercury in the preparation container flows towards the closed end. The tube can be easily rotated 45 in both directions around the age of the discharge space without the risk of the mercury flowing out of the container 6. The tube can also be used in a vertical position, if only care is taken that the batch container is at the bottom.
The side container 6 with: the hood 7 and the heating element 8 can be accommodated in a base, not shown, so that the attachment container cannot be seen from the outside. This base can then be attached to the edge 10 of the cylindrical Ge barrel 1.
The opposite end of the discharge tube can also be provided with a base which can then be attached to the protruding edge 11 of the vessel 1 and provided with contact elements for the power supply wires of the electrode 4. It is also possible to lead the power supply wires of the electrode 4 around the outside of the tube to the base, which is located at the opposite end of the tube and also has the connections for the electrode 5 and the heating element 8. In this case, all connections are at one end of the tube.
If the discharge tube is used to emit ultraviolet rays, it can optionally be surrounded in a known manner with a filter which absorbs the shorter rays emitted by the tube 1. If the discharge tube is provided with a socket at both ends, these sockets can be designed in such a way that the filter can be pushed over them and then carried by them.
In a certain case, the inner diameter of the discharge space was 20 mm, the distance between the electrodes 180 mm, the decorative inner diameter and the length of the batch container 4, respectively. 25 mm, the wall thickness of the attachment container 1 mm and the wall thickness of the nickel hood 2 mm. The Heizkör by 8 consisted of constantan wire with a diameter of 0.9 mm and showed eight turns.
Fig. 2 shows that the glow electrodes 2 and 3 from transformers 12 respectively. 13 ge that are connected to a Wecheelstromnetz 14. The discharge current is also drawn from this power source, a choke coil 15 being arranged in series with the discharge path. It can also be seen from FIG. 2 that the heating element 8 is connected in series with the discharge path. If necessary, the glow electrodes can also be heated by the discharge, so that the transformers 12 and 13 are then omitted.