Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4171
Ohnesorge, Mischa
Untersuchungen zur Hochtemperaturchemie quecksilberfreier Metallhalogenid-Entladungslampen mit keramischem Brenner
208 S., 2005
Untersuchungen zur Hochtemperaturchemie quecksilberfreier
Metallhalogenid–Entladungslampen
mit keramischem Brenner
Die Entwicklung quecksilberfreier Metallhalogenid–Entladungslampen erfordert eine
Veränderung des Brennerdesigns und der Metallhalogenidbefüllung gegenüber den
quecksilberhaltigen Modellen. Metallhalogenide wie NaI, TlI, DyI3 werden den
Entladungslampen zugesetzt um ein linienreiches, sonnenlicht–ähnliches Emissionsspektrum
zu erzielen. Bei ihrer Verdampfung kommt es zwischen den verschiedenen
eingesetzten Metallhalogeniden zu chemischen Reaktionen, die sich auf die Leuchteigenschaften
einer Lampe auswirken. Ferner bewirken chemische Reaktionen der
Metallhalogenide mit dem Wandmaterial (Polykristallines Aluminiumoxid = PCA) einen
Korrosionsangriff der Brennergefäße.
Zur Verbesserung der Leuchteigenschaften ist es das Ziel, die Lampen modellmäßig zu
beschreiben um Aussagen über Lichtfarbe und Lichtausbeute zu treffen. Hierfür wird
eine vollständige Datengrundlage zu den Gas– und Schmelzphasenreaktionen benötigt.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden thermodynamische Daten zur Bildung von
Homöo- und Heterokomplexen sowie chemische Aktivitäten und Exzessenthalpien in
Metallhalogenidsystemen bestimmt.
Dem Lampensystem wird durch den Quecksilberersatz Zn/ZnI2 eine weitere reaktive
Komponente hinzugesetzt. Durch Wechselwirkungen zwischen Zn/ZnI2 und den
Metallhalogeniden entstehen weitere Gasphasenspezies. Diese wurden identifiziert und
ihr Einfluss auf die Leuchteigenschaften sowie auf die Korrosion wurde untersucht.
Hierzu wurden Auslagerungsexperimente zur Hochtemperaturkorrosion von PCA
durchgeführt. Die beobachteten Korrosionsphänomene wurden nach den Gesetzmäßigkeiten
des chemischen Transportes interpretiert. Modellrechnungen mit den im Rahmen
der vorliegenden Arbeit bestimmten thermodynamischen Daten dienten zur Interpretation
der Ergebnisse der Auslagerungsexperimente.
Investigations of the High–Temperature Chemistry of mercury–free
Metal Halide Discharge Lamps with ceramic burner
The development of mercury–free metal halide lamps requires a modification of the
burner vessel design and of the metal halide filling, compared to mercury–containing
lamp types. Metal halides as NaI, TlI, DyI3 are added to discharge lamps in order to
achieve a line–rich emission spectrum, resembling the sunlight. While evaporating,
several chemical reactions occur among the inserted metal halides. Thus infecting the
properties of light generation in a metal halide lamp. Further a corrosion attack on the
burner vessel is observed due to chemical reactions of metal halides with the wall
material Polycrystalline Alumina (PCA).
In order to enhance the properties of light generation, it is aimed to describe the lamps in
a thermodynamic model. Therefore statements on the light colour and the efficiency can
be made. A complete thermodynamic data set of both gas and liquid phase reactions is
required.
Within the scope of the work in hand thermodynamic data for the formation of homo and
hetero complexes as well as for chemical activities and excess enthalpies in metal halide
systems were determined.
A further reactive component
is added to the chemical system of a metal halide lamp due
to the mercury replacement Zn/ZnI2. Interactions between Zn/ZnI2 and metal halides
cause the formation of new gas phase species, which were identified. Their influence on
the properties of light generation and on corrosion was investigated. Therefore annealing
experiments were conducted to elucidate the high–temperature corrosion of PCA. The
observed corrosion phenomena were interpreted with respect to the principles of
chemical transport. Model calculations using the beforehand determined data were
accomplished to support the interpretation of the results, the annealing experiments
obtained.
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