Brevet FR2006719A1 — publié le 19700102

-1 - 20067 T? L'invention est relative à,une lampe à batterie, en particulier une lampe de poche avec une lampe à incandescence et un ensemble de batterie comportant au moins une "batterie. Sous la désignation de "batterie, on doit com-5 prendre ici un accumulateur 4'énergie électrique dont la charge diminue pendant la prise d'énergie suivant une fonction qui lui est i propre sous cette rubrique r on ".englobe par exemple les piles sèches, les cellules étanches et les éléments galvaniques. Toutes ces sources d1 énergie fixes du type batterie ont en propre de ne fournir 10 au dispositif consommateur d'énergie aucune tension constante? et et de donner une énergie obligatoirement plus onéreuse que 1'énergie fournie par 'le réseau. Il est en conséquence souhaitable , pour les sources "de lumière telles que par exemple les lampes de poche à 15 ampoules à incandescence, que la plus grande partie possible de l'énergie électrique disponible soit transformée en lumière pour rendre le coût d'une" heure d'éclairage aussi faible que possible. Ge que l'on exigeait' jusqu'ici de ces lampes à incandescende se limitait essentiellement à ce qu'elles atteignent sous une tension 20 constante une durée déterminée, la plupart du temps normalisée suivant les caractéristiques électriques pour lesquelles elles sont construites. Cette exigence ne pouvait toutefois en aucune façon être satisfaite dans les conditions réelles. On est obligé 25 d'admettre sans restriction que toutes ces sources de courant ne peuvent donner en charge une tension constante, mais que bien plutôt il s'établit, suivant la charge et son utilisation dans le temps, une courbe de tension caractéristique déterminée. De plus, les valeurs de résistance des lampes à incandescence ne correspon-30 dent souvent pas aux possibilités des batteries qui leur sont associées. La conséquence en est que les lampes a incandescence établies suivant les principes admis jusqu'ici pour leurs dimensions émettent à l'usage beaucoup trop peu de lumière, parce 35 que dans la pratique elles ne reçoivent que pendant très peu de temps la tension pour laquelle elles sont construites, ou une certaine surtension pendant très peu de temps seulement pendant la première période de leur fonctionnement. Cela signifie que l'acquéreur 'reçoit pour sa batterie une lampe qui ne restitue qu'une 40 fraction de la lumière qui pourrait être en fait produite par 69 12705 - 2 - 2006719 cette batterie.. Les lampes connues à batterie ont l'avantage de pouvoir être fréquemment regarnies, en particulier les lampes de .. 'Y ..poche, .avec une batterie nouvelle quand une batterie est épuisée avant que la lampe, à incandescence ne soit usée et doive être 5 changée_„ L'inconvénient est ici toutefois qu'une beaucoup trop faible partie de l'énergie, de la batterie est transformée en lumière et que de ce fait le coût de la production de la lumière est excessivement élevé. l'invention a notamment pour but de remédier 10 à ces inconvénients. Elle concerne. à cet effet une lampe à batterie comportant une ampoule à incandescence et une batterie à au moins deux éléments montés en série, lampe caractérisée par ce que la Valeur de la résistance de l'ampoule à incandescence cal-15 culée en Ohms est égale de 19 à 21 fois la valeur positive inverse des racines carrées des surfaces actives des cathodes des élé- p ments unitaires de la batterie calculées en cm , et que le filament lumineux de l'ampoule à incandescence pèse 1,9 à 2,5 microgrammes 2 par cm de la somme.de ces surfaces actives de la batterie, ce qui 20 permet au filament de résister aux surtensions tout en lui conférant le meilleur rendement possible. Le choc de tension qui se produit sur le corps lumineux quand on allume une lampe à incandescence alimentée par une batterie est, quant à son importance, fonction aussi bien de 25 la surface active de la cathode de la pile que de la valeur B. de la résistance du corps lumineux. La tension sur le corps lumineux baisse ensuite " d'abord rapidement puis plus lentement. On pourrait s1 efforcer de faire fonctionner la combinaison de la pile et de la lampe à incandescence dans ce 30 domaine de baisse lente. Le problème ne serait toutefois pas encore résolu de cette façon. Chaque choc initial de tension peut'provoquer -une surchauffe du corps lumineux qui entraine une vaporisation accélérée. La vaporisation accélérée rend le corps lumineux : plus mince et augmente sa résistance. La tension de la batterie 35 remonte un peu après l'extinction de la lampe et il apparaît en conséquence ce danger que le corps lumineux affaibli par .la vaporisation ne soit, plus propre à résister au choc de tension "suivant qui -se produira lors . du rallumage. L'importance de ce nouveau choc de tension dépend d'une part à nouveau .de, la surface"; 40 active de la cathode et d'autre part de ia résistance du' corps 69 12705 - 3 - 2006719 lumineux augmentée désormais par la vaporisation partielle ci-^dessus décrite. Ces rapports extrêmement complexes ne peuvent être saisis mathématiquement qu'avec de grandes difficultés ou même 5 pas du tout, car les rapports chimiques dans les éléments de la batterie se modifient suivant les conditions de fonctionnement. En tout cas, la pointe de tension qui se produit d'allumage en allumage sur le corps lumineux doit diminuer dans des conditions telles que dans tous les cas le corps lumineux soit encore adapté à la 10 pointe de tension qui suivra. Cette condition ne suffit cependant pas encore, car après l'abaissement de la pointe de tension, le corps lumineux doit avoir une résistance qui rende possible une température convenant pour une production économique de lumière. Ceci sera obtenu 15 en soumettant le poids du filament incandescent à un rapport déterminé par rapport à la surface de l'électrode négative. De ce fait, on rend inoffensive en même temps, dans le court laps, de temps que demande le corps lumineux pour atteindre la zone de la température de fonctionnement, la pointe de tension dangereuse. 20 L'expérience montre qu'en général, si la durée de vie de 'la lampe à incandescence diminue, le rendement en lumière monte de façon correspondante. Le technicien peut obtenir ici, à 1'intérieur d'un éventail déterminé connu, des résultats que l'on peut prévoir exactement au préalable, à cette condition que la 25 tension d'alimentation qui est fournie en marche à la lampe à incandescence soit connue et en outre sensiblement constante. Ce n'est toutefois pas le cas avec une source d'énergie qui sera formée par exemple par pile sèche. Il s'établit ici une courbe de tension qui tombe la plupart du temps relativement vite, qui 30 dépend de la résistance du circuit et de la mise en circuit ët de l'arrêt ainsi que de la surface active de l'électrode négative de la pile. Dans ces circonstances,,il s'établit d'un modèle de pile à un autre modèle de pile et en outre dans un seul et même modèle de pile, suivant la lampe à incandescence avec laquelle on 35 travaille, des rapports de tension tout à fait différents pendant le fonctionnement . Pour ces motifs, on ne peut déduire des rapports connus entre le rendement en lumière et la durée de vie de la lampe à incandescence aucune conséquence pour les relations 40 largement complexes qui régnent dans les lampes à pile..Bien que 69 12705 - 4 - 2006719 beaucoup de techniciens travaillent dans ce domaine depuis des décennies, on n'a apparemment jusqu'à ce jour pas encore eu l'idée de limiter les chocs de tension que l'on doit attendre de la pile,en réglant d'une part la valeur de la résistance R de la lampe à in-5 candescence d'après la surface active de l'électrode négative de la pile, et d'autre part en conjuguant cette résistance avec une quantité exactement dosée de matière du corps lumineux par centimètre carré de surface active, quantité telle que le corps lumineux ne soit pas surchauffé lors du choc de tension à 11 allumage 10 d'une façon telle qu'il se vaporise. Ces principes sont rendus applicables d'une façon généralepour tous les modèles de lampes à batterie qui se trouvent dans le commerce du monde entier,par les directives techniques des revendications. Comme la pointe de tension est limitée suivant l'invention par l'application d'une valeur 15 de résistance bien déterminée du corps lumineux de la lampe à incandescence par centimètre carré de surface active de la batterie, on peut limiter le poids du corps lumineux de façon telle que le corps lumineux ne se vaporise pas pendant la phase critique d'allu-mage. L'invention indique, pour chaque modèle de batterie, la 20 façon dont la matière du corps lumineux de la lampe à incandescence doit être définie en ce qui concerne son poids G et sa résistance R par rapport à la surface active de l'électrode négative de la pile pour empêcher la vaporisation de la matière du corps lumineux pour tous les chocs du courant d'allumage et en conséquence pour 25 amener le rendement en lumière (produit lumens par heure) à l'état le plus élevé possible sans vaporisation du corps lumineux pendant la durée de vie de la batterie. La revendication principal coordonne empiriquement, pour la solution du problème posé : p 30 '1) La surface active F^ (mesurée en cm ) de l'électrode négative des différents éléments i avec la résistance R (mesurée en Ohm) de la lampe à incandescence, et 2) La somme F. de cette surface f 1 avec le poids total G- du corps lumineux de la lampe à incandescence. L'indication de la résistance de la lampe à incandescence ne suffirait pas, car la même résistance pourrait 40 être réalisée aussi bien en utilisant un corps lumineux mince et 69 12705 - 5 - 2006719 court qu'en utilisant un corps lumineux gros et long. Par l'indication supplémentaire du poids total du corps lumineux, cette résistance est déterminée d'une façon suffisante,- sans qu'il y ait risque d'une surestimation, les directives de la revendication principale 5 peuvent s'exprimer par les deux formules suivantes : (I) y 1? L ~ \l*l ~ Pï (I!) 1,9 -Àf Z H. ^ S £2,5 JâUi-Z?i •|q cm C cm. t- D'après ces formées on calculera par exemple, si l'on envisage une batterie à deux éléments raccordés en série avec des surfaces actives de 50 cm2, une résistance 19 cm + 19 cm^ ^ 21 cm-^L + 21 cm 15 20 25 cm 50 cm ' [ 50cm2 \J50 cm2 J~5Ô~ 4 ^Mr-SL v 50 \|50 5,4 ^ 5^9 ÇL et un poids G- du corps lumineux de la lampe à incadescence 1'9 cm2" ^5° cm2 + 50 cm2^ 190 A g G 250 g Grâce à ces indications, les caractéristiques essentielles du corps lumineux de la lampe à incandescence qui s'ajustent économiquement au mieux à la batterie indiquée sont nettement déterminées. 30 la valeur calculée pour le poids du corps lumineux de la lampe à incandescence est telle que sous le choc de courant qui s'établit lors de la mise en route de la lampe à pile, le corps lumineux résiste exactement au grillage. Si le poids était plus faible, le corps lumineux grillerait immédiatement, et si le 35 poids était plus important, la lampe travaillerait en marche continue d'une façon qui ne serait pas économique. Il est donné ci-desaous un exemple de la façon dont doit être déterminée la valeur de la résistance la plus favorable pour la décharge d'une lampe de poche qui est équipée de deux 40 monoéléments fî 20. la surface active de la cuvette en zinc d'une 69 12705 - 6 - 2006719 pile à un seul élément R 20 a une grandeur d'environ 56 centimètres carrés» La racine carrée de 56 est de 7,48.'Là valeur inverse est 0,134° Si l'on multiplie, comme il est indiqué, cette valeur inverse par 20, on obtient 2,68. C'est là la valeur' de ré-5 sistance la plus favorable pour la décharge d'un élément isolé. Comme dans la lampe de poche décrite .sont raccordé en série deux éléments de ce modèle, il faut multiplier le chiffre obtenu par 2 et l'on obtient, en arrondissant, le chiffre de 5,4 Ohm. Sur le même principe on obtient par le calcul pour deux piles 10 R 14 une valeur de résistance de 7,3 Ohm. Si l'on utilise un jeu de piles à deux élé- 2 ments montés en série, il y aura avantage à ce que, par cm de surface active 'de pile,, le corps lumineux de la lampe à incandes- - 6 \ cence pèse 1,9 à 2,3 microgrammes (1,9 à 2,3 - 10 gramme), de 15 préférence 2,1 microgramme (2,1 10" ^gramme). Si l'on utilise une pile à trois éléments montés en série, ce poids se monte avantageusement à 2,05 à 2,45 microgrammes, de préférence 2,25 microgrammes, et si l'on utilise au moins quatre éléments montés en série, 2,1 à 2,5 microgrammes, de préférence 2,3 microgrammes. Les 20 chiffres indiqués, en combinaison avec les chiffres de résistance déjà cités,signifient que la quantité de la matière du corps lumineux qui se vaporise rapidement quand le courant est trop élevé est adaptée à la capacité de puissance, (proportionnelle à la surface active) de la série d'éléments. 25 Le diamètre intérieur d'enroulement du fi lament est de préférence égal à 2 à 7 fois, de préférence 2 à 5 fois, le diamètre du filament» Comme distance enure les différentes spires, on choisira 30$ à 180$ du diamètre du filament, de préférence 70 à 100$= Les points de fixation du fil de tungstène aux fils d'alimen-30 tation en courant doivent être distants de moins de 3 mm de la partie enroulée du corps lumineux, de préférence moins de 1 mm. Une distance de 0,5 mm est apparue particulièrement favorable. On a "trouvé particulièrement avantageuse une lampe à batterie dont le jeu d'éléments est constitué de deux élé-35 ments R 14 destinés à l'éclairage , dont la lampe à incandescence présente, sous une tension de marche de 2,2 volts, une durée de vie moyenne de 7,5 heures + 7,5 heures/- 2,5 heures, et où la lampe à incandescence présente des caractéristiques électriques de 2,2 volts et 0,3 +/- 7$ ampères. Une autre lampe à pile avantageuse possède 40 un jeu de piles de deux éléments R 20 destinés à l'éclairage, et 69 12705 - 7 - 2006719 une lampe à incadescence dont la durée moyenne sous une tension de fonctionnement de 2,2 volts se monte à 10 heures + 10 heures /- heures, et dont les caractéristiques électriques sont 2,2 volts et 0,4 +/- li° ampères. 5 Pour qu'il soit plus facile d'associer la lampe électrique à la pile qui lui convient, il y aura avantage à distinguer la lampe à incandescence et/ou son emballage par la dé signation de la pile appropriée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée 10 aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés et à partir desquels on pourra concevoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 12705 -'8 - 2006719 REVENDICATIONS 1°/ Lampe à batterie comportant une ampoule à incandescence et une batterie à au moins deux éléments montés en série, lampe caractérisée par ce que la valeur de la résistance de 5 l'ampoule à incandescence calculée en Ohms est égale de 19 à 21 fois la valeur positive inverse des racines carrées des surfaces actives des cathodes des éléments unitaires de la batterie calculées en cm , et que le filament lumineux de l'ampoule à incandescence pèse 1,9 à 2,5 microgrammes par cm . de la somme de ces surfaces actives de 10 la batterie, ce qui permet au filament de résister aux surtensions tout en lui conférant le meilleur rendement possible. 2°/ Lampe suivant la revendication 1, caractérisée par ce que le filament de l'ampoule à incandescence pè- 2 se 1,9 à 2,3 microgrammes par cm de la somme des surfaces actives 15 de la batterie. 3°/ Lampe suivant la revendication 2, caractérisée par ce que le filament de l'ampoule à incandescence pèse 2,1 microgramme par cm2 des surfaces actives de la batterie. 4°/ Lampe suivant la revendication 1, à 20 trois éléments, caractérisée par àe que le filament de l'ampoule à 2 incandescence pèse 2,05 à 2,45 microgrammes par cm de la somme des surfaces actives de la batterie. 5°/ Lampe suivant la revendication 4, caractérisée par ce que le filament de l'ampoule à incandescence pèse p 25 2,25 microgrammes par cm de la somme des surfaces actives de la batterie. 6°/ Lampe suivant la revendication 1 , comportant une batterie d'au moins quatre éléments montés en série, caractérisée par ce que le filament de l'ampoule à incandescence 2 30 pèse 2,1 à 2,5 microgrammes par cm de la somme des surfaces actives de la batterie. 7°/ Lampe suivant la revendication 6 , carac térisée par ce que le filament de l'ampoule à incandescence pèse 2,3 microgrammes par cm2 de la somme des surfaces actives de la bat-35 terie. 8°/ Lampe suivant une des revendications précédentes, caractérisée par ce que le diamètre intérieur d'enroulement du filament de l'ampoule à incandescence est égal à 2 à 7 fois, de préférence égal à 2 à 5 foisyle diamètre du filament. 40 9°/ Lampe suivant une des revendications 69 12705 - 9 - 2006719 précédentes,caractérisée par ce que la distance des spires du filament est de 30 à 180$, de préférence 70 à 100 $,du diamètre du filament . 10°/ Lampe suivant une des revendications pré-5 cédentes, caractérisée par ce que le point de fixation du filament est distant de la partie enroulée de ce filament de moins de 3 m, de préférence moins de 1 mm et de préférence de 0,5 mm I 11°/ Lampe suivant les revendications 8 à 10, caractérisée par ce que la batterie est constituée de deux élé-10 ments R 14 destinés à l'éclairage , la durée moyenne de vie de la lampe à incandescence étant pour une tension de fonctionnement de 2,2 volts,de 7,5 h plus 7,5 h/moins 2,5 h, et les caractéristiques électriques de la lame à incandescence étant 2,2 Y et 0,3 ampères plus ou moins 7$. 15 12°/ Lampe suivant les revendications 8 à 10, caractérisée par ce que la batterie est constituée de deux éléments R 20 destinés à l'éclairage , la durée moyenne de vie de la lampe à incandescence étant, pour une tension de fonctionnement de 2,2 V de 10 h. plus 10 h/moins 4 h , et les caractéristiques 20 électriques de la lampe à incandescence étant 2,2 Y et 0,4 ampères plus.ou moins 7$. 13°/ Lampe suivant une des revendications précédentes, caractérisée par ce que l'ampoule à incandescence et/ ou son emballage port§tun signe distinctif indiquant la référence 25 de la batterie qui doit être associée à l'ampoule. 14°/. Lampe à pile suivant la revendication 1, ou les suivantes, caractérisée par ce que la surface active des cathodes est égale à la surface des cuvettes en zinc.