NL8201750A

NL8201750A - Inrichting voorzien van een geevacueerd vat met een getter en een getterhulpmiddel.

Info

Publication number: NL8201750A
Application number: NL8201750A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1983-11-16
Also published as: EP0092872B1; DE3361334D1; JPS58198817A; EP0092872A1; US4645468A; US4559471A; CA1205122A

Description

it { i --- ----- .....-........... ** PHN 10.334 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Inrichting voorzien van een geëvacueerd vat met een getter en een getterhulpmiddel".

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voorzien van een geëvacueerd vat waarin een geaktiveerde metallische getter en een hulpmiddel voor de getter aanwezig zijn. Een dergelijke inrichting is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7907220 (PHN 9584).

De bekende inrichting is een lagedrukmetaaldanpontladingslanp, 5 waarbij in het geëvacueerde vat een ontladingsbuis is opgesteld. Strocmr toevoergeleiders lopen vacuumdicht door de wand van het geëvacueerde vat en de wand van de ontladingsbuis naar een in die buis qpgesteld elektrodenpaar. In de geëvacueerde ruimte bevindt zich een in de strocmketen van de ontladingsbuis qpgencmen elektrische weerstand als 10 getterhulpmiddel en een op de wand van het geëvacueerde vat opgedampte bariumlaag als getter.

Voor het rendement van deze ontladingslamp, bijvoorbeeld een lagedruknatriumdampontladingslamp, is het van grote betekenis dat het vacuum cm de ontladingsbuis gehandhaafd blijft, teneinde verliezen ten-15 gevolge van wanrrtegeleiding te voorkomen. Barium is, evenals bijvoorbeeld titaan, in staat een groot aantal gassen, die tijdens de levensduur van de lamp kunnen vrijkomen of die bij het evacueren zij ^achtergebleven, te binden. Zulke gassen zijn: H2, 02, H20, CO, C02 en N2.

Voor dat doel kunnen ook andere geaktiveerde getters worden gebruikt, 20 zoals zirkocn-aluminium en zirkoon-nikkel. Deze getters zijn echter niet in staat koolwaterstof te binden. Koolwaterstof kan als verontreiniging op onderdelen van de lamp aanwezig zijn. Het is echter ook mogelijk dat koolwaterstof aan het oppervlak van de getter uit koolstof, ontstaan bij het binden van CO of C02, en waterstof of water ge-25 vormd wordt.

De getters worden geaktiveerd door ze bij de fabricage van de inrichting te verhitten. Opgedampte metaallagen uit barium of titaan ontstaan daarbij na verdamping van het metaal uit een houder, waarin het door reduktie van een verbinding vrijkomt. Bij niet-verdampte getters 30 diffunderen geadsorbeerde gassen bij het aktiveren van het getteropper-vlak naar binnen, waardoor een schoon reaktief oppervlak verkregen wordt.

Bij de békende lamp is als getterhulpmiddel een elektrische 8201750 * tr * EHN 10.334 2 weerstand aanwezig, die tijdens bedrijf van de lamp een temperatuur heeft tassen 500 en 2000°C en koolwaterstof afbreekt tot koolstof en waterstof. De gevormde waterstof wordt door de getter gebonden.

Het bekende getterhulpmiddel heeft het bezwaar dat het energie 5 verbruikt en voorts, dat het, in serie met de ontladingsbuis geschakeld, het risico meebrengt, dat de lamp voortijdig dooft indien de weerstand doorbrandt.

De uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen met een getterhulpmiddel, dat geen elektrische energie verbruikt en bij lagere 10 temperaturen werkzaam is.

Dit oogmerk is bij een inrichting van de in de openingspara-graaf genoemde soort volgens de uitvinding daardoor gerealiseerd dat het getterhulpmiddel een anorganische, poreuze drager cmvat die beladen is met tenminste één overgangsmetaal met een atocmnummer uit de reeks 15 23 t/m 29, 41 t/m 47 en 73 t/m 79, in elementaire vorm of in oxydevorm, of met een kanbinatie van tenminste twee der genoemde materialen.

Experimenteel is gebleken dat dit getterhulpmiddel koolwaterstof, zoals methaan, reeds nij relatief lage temperaturen van 300 a 350°C of lager afbreekt. Het mechanisme dat daarbij een rol speelt is niet 20 geheel cpgéhelderd, maar gebleken is dat de gasvormige reaktieprodukten die daarbij vrijkcmen door de getter gebonden worden. De temperaturen waarbij het getterhulpmiddel werkzaam is, hangen sterk af van zijn samenstelling. In veel samenstellingen is het getterhulpmiddel reeds werkzaam bij beduidend lagere temperaturen dan de genoemde, terwijl het in 25 sonmige samenstellingen reeds werkzaam is bij kamertemperatuur. Deze afhankelijkheid zal uit de uitvoeringsvoorbeelden blijken.

Deze lage tot zeer lage temperaturen waarbij het getterhulpmiddel werkzaam is, maken het mogelijk voor een type inrichting een getterhulpmiddel te kiezen dat werkzaam is bij de temperatuur die de 30 inrichting tijdens zijn bedrijf heeft ter plaatse waar het getterhulpmiddel is opgesteld. De inrichting kan een lagedrukmetaaldampontladings-lanp zijn, maar anderszins een beeldbuis, een beeldversterker, een zonnecollector.

De anorganische, poreuze drager kan van verscheidene aard zijn, 35 bijvoorbeeld aluminiumoxyde, aktieve kool, aluminiumoxyde-siliciumoxyde.

De drager kan beladen zijn door de drager te impregneren met een waterige oplossing van een zout of een oxyde dat het betreffende metaal bevat.

De drager is daarna gedroogd en desgewenst verhit, Metaaloxyde kan in 8201750 PHN 10.334 3 , ♦ reducerend milieu, bijvoorbeeld in waterstof, in metaal zijn ongezet.

Als waterig impregneermiddel is een oplossing van metaal-nitraat zeer geschikt gebleken, evenals oplossingen van aitmoniumzouten van zuren die van de betreffende metalen zijn afgeleid, zoals annonium-5 metavanadaat, artmoniumwolframaat.

Het getterhulpmiddel kan als poeder worden gébruikt, bijvoorbeeld in een gasdoorlatende houder. Het getterhulpmiddel kan echter ook uit tabletten of pillen bestaan, al dan niet in een houder opgencmen. Als houder kan bijvoorbeeld een metalen strip dienen waarin een holte is 10 gevormd waarin het getterhulpmiddel is opgencmen. Ook kan een schroeflijnvormig gewonden draad als houder zijn toegepast. Het kan aanbeveling verdienen het getterhulpmiddel aan te brengen, opgesloten in een geëvacueerde houder, die na het evacueren en afsluiten van het geëvacueerde vat van de inrichting (bijvoorbeeld de zonnecollector) wordt geopend.

15 Dit heeft het voordeel dat het getterhulpmiddel afgeschemd is van verontreinigingen die bij het evacueren van de inrichting vrijkomsn en door de vacuumpcmp kunnen worden afgezogen. Goede resultaten werden verkregen met getterhulpmiddelen die opgesloten waren in een geëvacueerde nikkelen bus, die na het evacueren van de inrichting met behulp van een laser 20 werd geopend.

Van een groot aantal getterhulpmiddelen zijn in tabel I

experimenteel bepaalde gegevens vermeld. De getterhulpmiddelen werden steeds in een hoeveelheid van 300 mg aangebracht in een langgerekt glazen vat met een volume van 400 ml. Het vat werd geëvacueerd tot een restdruk —2 25 van 10 Pa. Uit een in het vat opgestelde houder werd barium verdampt, dat op afstand van het getterhulpmiddel als een laag op de wand van het vat neersloeg. In het. vat werd methaan geïntroduceerd tot een druk van 1 Pa was bereikt. Het getterhulpmiddel werd tot op de in de tabel vermelde temperatuur verhit door een ter plaatse daarvan cm het glazen vat 30 heen aangebrachte oven. De druk in het vat werd gemeten met een warmte-geleidingsdrukmeter en door een recorder genoteerd. In de tahpi zijn naast gegevens betreffende het getterhulpmiddel, zijn temperatuur, de snelheid van zijn reaktie met methaan en de tijdsduur tot het bereiken -2 van een druk van 10 Pa aangegeven.

8201750 35 * .- PHN 10.334 4

Tabel I

Drager Beladen met x T^) k(ml/s) j t KL203 Pe203 20% 350 1.4x10~2 | 37 h 5 A1203 Cr203 15% 350 3.3x10~2 j 16 h A1203 CcO 5% 350 7.4x1 O*"3 j 69 h AL,0, NiO 5% 350 1.7x10”2 | 30 h 23 -1 ! A1203 Cu.0 11% 350 5.7x10 ' I 54 mln A1203 BdO 1% 150 3.5χ1θ“1 j 1.5 h 10 A1203 Mn02 1% 350 2.0x1 o”2 j 26 h Μ2°3 ^g20 1% 350 6.0x1 Ο*"3 I 85 h M2°3 Re2°7 1% 350 1.9x10~2 j 27 h A1203 W03 1% 350 3.1x1 O**2 j 16 h

Si02/Al203 PdO 1% 100 1.2x10“2 j 43 h 15 (6/91 W/W) ]

Si02/Al203 PdO 1% T50 2.8x10~1 |. 1.8 h

(53/45 W/W) I

A1203 Ni 60% 350 9x1 O*”1 ί 34 min * C Pt 1% 350 ^ 5 i -C 6 n»jn 20 -1 1 M203 Pt 0,5% 200 2.5x10 1 | 2.0 h M203 Pd 0,2% 250 2.5 | 12 min

Al2^3 Pd 0,5% 150 1.85 ! 17 min A1203 Pd 0,5% 100 9.7x1O™2 i 5.3 h

Al2°3 ^ 1% 150 3.8x10~1 j 1.3 h C Ir 1,2% 300 ! 2.2x10~2 ; 23 h

Al2°3 Sn 1% 300 i 2.0x10~1 2.4 h

I--1--L__!___I - J

* % * gew.%.

30 Identieke experimenten werden uitgevoerd met aluminiumoxyde dat eerst beladen was met 0,5 gew.% Pt en vervolgens met de in χχ

aangegeven oxydes. De resultaten van die experimenten zijn in tabel II

vermeld.

35 8201750 PHN 10.334 5

Tabel II

Beladen met 1 gew.% T(°C) k(ml/s) t

CuO 150 1.6x10~1 3.2 h 5 PdO 150 3.7 8 min MO 100 1.8 17 min

NiO 200 7.6x10-1 40 min

Re207 100 1.09 28 min

MnO~ 100 2.9x1o”^ 1.8 h 10 ^ 22 4.4 7 min

Deze experimenten wijken in zoverre van de praktijk af, dat het in de praktijk niet vaak zal voorkorten dat methaan tot een druk van 1 Pa 15 aanwezig is. De experimenten tonen aan dat zelfs dergelijke extreme hoeveelheden effektief gebonden worden.

De experimenten hebbenzich over een relatief groot, laag gelegen temperatuurstraject (22-350°c) uitgestrékt. Duidelijk is dat de getter-hulpmiddelen elk bij andere dan de in de tabel vermelde temperatuur ge-20 hruikt kunnen worden: bij lagere temperaturen, waarbij de reaktiesnelheid kleiner zal zijn, en bij hogere, in welk geval grotere snelheden bereikt zullen worden. In een aantal gevallen werd de aktiveringsenergie bepaald.

Daarbij werd steeds een waarde van circa 75 kJ/mol gevonden.

25 Voorbeeld van de bereiding van een getterhulpmiddel.

1) SiO ^ Al .^-pellets (Si02/ A^O^-gewichtsverhouding = 53/45) werden gedompeld in een 0,1 molaire palladiumnitraatqplossing. Na 24 uur werd de bovenstaande vloeistof gedecanteerd. De pellets werden gedroogd door ze in 3 uur op te warmen tot 110°C en ze daarna gedurende 3fl 2 uur op 220°C en gedurende 2 uur op 500°C aan de lucht te verhitten.

2) Het getterhulpmiddel van voorbeeld 1 werd gedurende 1 uur in waterstof op 500°C verhit.DaarhLj werden met palladium beladen SiO^Al^-pellets verkregen.

Voorbeelden van inrichtingen.

35 3) Lagedruknatriumdampontladingslampen werden in een vergelijkende proef onderzocht. In een eerste serie lampen werd in de geëvacueerde * ruimte tussen het ontladingsvat en de buitenballon slechts een barium-

jv· I

8201750 * 1 " > PHN 10.334 6 getter aangebracht. In een twaede serie lanpen werd in die ruimte bovendien een getterhulpniddel aangebracht. Het getterhulpniddel bestond uit 35 mg Al2°3 beladen met 0,5 gew.% Pt. Het was opgenanen in een schroef-lijnvarmig gewonden wolfraamdraad, die ter hoogte van de elektrodes 5 tussen de benen van het U-vcrmig gebogen ontladingsvat was aangebracht.

De temperatuur ter plaatse bedroeg tijdens bedrijf 260°C.

Lanpspanning V^, vermogen W en rendement Im/W werden bij de aanvang van het experiment en na 100 branduren gereten, De resultaten zijn in tabel III vermeld.

10 Tabel III

Serie t(hr) V~ j w Im/W

10 ! 233 j 178,3 180,8 15 100 | 237 j 182,5 176,9 20 j 233 178,4 181,8 .

* 100 227 173,2 181,2 __I___!_

Bij de lanpen zonder getterhulpmiddel zijn lanpspanning en cpgenamen 20 vermogen na 100 branduren toegencmen en is het rendement gedaald.

Bij de lampen met getterhulpniddel (serie 2) zijn lanpspanning en opgenanen vermogen gedaald en is het rendement nagenoeg gelijkgebleven.

4) Lagedruknatriumdanpontladingslanpen met een nominaal vermogen van 25 90 W waren met eenzelfde getter en getterhulpniddel uitgerust als de genoemde lanpen van serie 2. Na het evacueren was de buitenballon voorzien van CH^ tot een druk van 1 Pa. De lanpen werden gedurende 10 uur gebrand. Daarna werd met behulp van een massaspectrcaneter vastgesteld dat de CH^-druk minder dan 3x10-4 Pa bedroeg.

30 5) Zonnecollectoren werden in twee series vervaardigd: een eerste serie voorzien van een bariumgetter en een tweede die, behoudens een getterhulpniddel , met de eerste serie identiek was. Het getterhulpmiddel bestond uit A1203 beladen met 0,5 gew.% Pt en 1 gew.% PdO met een gewicht van 40 mg. Het getterhulpmiddel was aangebracht in een aan-35 vahkelijk gesloten, geëvacueerde nikkelen buis.

De zonnecollectoren werden gedurende 16 uur met zichtbaar licht bestraald zonder koeling. Vervolgens werd hun vermogen gemeten. Daarna werd in de collectoren van serie 2 de houder van het getterhulp— 8201750 >Γ *ν ΕΗΝ 10.334 7 t middel met behulp van een laser geopend.

De zonnecollectoren werden opnieuw gedurende 16 uur zonder gekoeld te worden bestraald. Vervolgens werd hun vermogen gemeten.

2

Steeds werd een energiestroom van 1000 W/m toegepast, hetgeen overeen-5 kant met de stroon, zonne-energie op een zonnige zomerdag. De resultaten zijn in tabel IV vermeld.

Tabel IV

Serie Meting Vermogen (W) 10--- 1 1 60,8 2 61,0 2 1 61,0 2 63,5 15 *----—--?

Hieruit blijkt een vermogensstijging van circa 4% na het openen van de houder van het getterhulpmiddel, terwijl bij de referentie het vermogen nagenoeg ongewijzigd is.

Uitvoeringsvormen van inrichtingen volgens de uitvinding worden 20 in de tekeningen getoond. Daarin is

Fig. 1 een lagedruknatriumdanpontladingslairp in zijaanzicht;

Fig. 2 een schematische tekening van een beeldversterker;

Fig. 3 een axiale doorsnede van een beeldbuis;

Fig. 4 een axiale doorsnede van een zonnecollector.

25 In Fig. 1 is een ontladingsvat 1 opgesteld in een geëvacueerd vat 2. Strocmtoevoergeleiders 3 lopen van een lampvoet 4 naar in het ontladingsvat opgestelde elektrodes 5. Uit houders 6 is barium verdampt, dat op de binnenwand van het vat 2 als een dunne laag is neergeslagen.

Het ontladingsvat 1 wordt in het vat 2 gecentreerd gehouden door een veer 30 7. Aan die veer is een houder 8 bevestigd waarin zich een getterhulpmiddel bevindt. Het getterhulpmiddel is een anorganische poreuze drager beladen met een oxyde van een overgangsmetaal met een atoomnummer uit de reeks 23 t/m 29, 41 t/m 47 en 73 t/m 79.

m Fig. 2 heeft een geëvacueerd vat 11 een intreevenster 12 35 en een uittreevenster 13 waaraan een vezeloptiek gekoppeld kan worden.

Een CsJ-scherm is met 14 aangeduid, een eléktronen-optisch systeem met 15. Uit een houder 16 is titaan verdampt, dat zich als een dunne laag 8201750 t — -r·- ΙΏΝ 10.334 8 heeft af gezet. In een houder 17 bevindt zich een getterhulpniddel bestaande uit een pareuze anorganische drager beladen met platina en rhodium-oxyde.

In Fig. 3 heeft de beeldbuis een geëvacueerd vat 21 op een wand-5 deel waarvan een beeldscherm 22 is aangebracht. In een halsvormig deel 23 bevindt zich een elektrcdensysteem 24, terwijl nabij het beeldscherm 22 een kleurselectieelectrode 25 aanwezig is. Cm de buis heen zijn af-buigspoelen 26 aangebracht. Aan de wand van het vat 21 is een houder 27 bevestigd van waaruit na het evacueren van het vat barium als een laag 10 op de wand van het vat is opgedampt. Aan het electrodensysteem 24 is een houder 28 bevestigd waarin een poreuze drager beladen met cupri-oxyde • als getterhulpniddel aanwezig is.

In Fig. 4 is in een geëvacueerd glazen vat 31 een absorber 32 opgesteld die bevestigd is aan een buis 33, die gevuld is net een warmte-15 transportmiddel. De buis 33 is vakuumdicht door de wand van het vat 31 naar buiten gevoerd en heeft daar aan zijn einde een warmtewisselaar 36.

De absorber 32 wordt in het vat 31 gecentreerd gehouden door platen 34, die tevens grotendeels verhinderen dat uit de houder 35 verdampend barium zich tegenover de absorber 32 op de wand van het vat 31 afzet.

20 Op de absorber 32 is een nikkelen bus 37 bevestigd, waarin zich een getterhulpniddel bevindt bestaande uit aluminiumojqfde beladen met Pt/Re^y.

25 30 8201750 35

Claims

1· Inrichting voorzien van een geëvacueerd vat waarin een geactiveerde metallische getter en een hulpmiddel voor de getter aanwezig zijn, met het kenmerk, dat het getterhulpmiddel een anorganische, poreuze drager cravat die beladen is met tenminste één overgangsmetaal 5 met een atocmnummer uit de reeks 23 t/m 29, 41 t/m 47 en 73 t/m 79, in elementaire vorm of in oxydevorm, of met een combinatie van tenminste twee der genoemde materialen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het getterhulpmiddel beladen is met platina plus een overgangsmetaaloxyde.

3. LagedruknaÈriundairpontladingslanp volgens conclusie 1 of 2.

4. Zonnecollector volgens conclusie 1 of 2. 15 20 25 30 35 8201750