Brevet FR2010338A1 — publié le 19700213

La présente invention a essentiellement pour objet des lampes électriques à incandescence plus particulièrement du type à gaz et vapeur, par exemple contenant un gaz inerte et une vapeur d'halogène. 5 Une lampe à incandescence usuelle comprend habituellement un filament boudiné en fil de tungstène qui est enfermé dans une enveloppe hermétiquement fermée de verre, quartz ou autres matériaux transmettant la lumière, 1' enveloppe étant remplie d'un gaz, à pression convenable, qui est inerte par rapport au filament . Une 10 lampe à incandescence plus récemment mis °.u p.oint peut être logée dans une enveloppe en quartz relativement plus petite si une quantité appropriée d'un halogène, tel que l'iode ou le brome est également présente dans l'enveloppe de la lampe évitant son noircissement par le tungstène vaporisé sur les parois de l'ampoule. les 1 5 lampes de ce type fonctionnent à des températures très élevées de façon à assurer le fonctionnement du cycle halogène - tungstène dans lequel le tungstène évaporé réagit avec l'halogène. Cependant bien que l'halogène garde l'ampoule pratiquement propre jusqu'à la mort du filament, la vie du filament n'est pas 20 sensiblement allongée par rapport à celle d'une lampe utilisant la même pression de gaz sans halogène. Cela tient au fait que la quantité d'évaporation du filament est le facteur déterminant de la durée de vie de la lampe. Conformément à l'invention on a découvert que pour une 25 température de filament donnée la vie du filament pouvait être considérablement augmentée en ajoutant de la vapeur de mercure au gaz et à la vapeur contenue dans l'ampoule. Les atomes de mercure sont bien plus lourds que ceux du gaz inerte' habituellement utilisé et réduisent très notablement l'évaporation du tungstène 30 à partir du filament. Il faut ici Êiire une distinction. La présence de la vapeur d'halogène provoque quelle que soit l'évaporation du tungstène en provenance du filament unr redéposition sur le filament. Cela garde la lampe propre et évite son noircissement par le tungstène, 35 mais n'augmente pas la durée de vie de la lampe ; cela tient au fait que les dépôts renouvelés de tungstène sur le filament ne se font pas aix mêmes endroits que ceux où le tungstène s'est évapo 69 18281 2 2010338 ré. Le tungstène qui se redépose tend à se déposer en effet sur les extrémités froides et sur les fils métalliques supports. Les parties principales continuent à-s'amenuiser jusqu'à ce que le filament soit rompu tel ou tel point. 5 • Il était encore nécessaire de découvrir quelque chose pour accroître la durée de vie du filament. L'addition de vapeur de mercure dans les lampes à incandescence rempliqgseulement d'un gaz inerte était" précédemment connue comme il est décrit par exemple dans le brevet U.S. 2 156 057 délivré au nom de H. KREÏTT 10 et alias le 25 avril 1939 pour une "lampe électrique". Cependant les résultats excellents obtenus selon la présente invention en utilisant en combinaison du mercure .et un halogène étaient inaten-dus, comité tenu de ce que le mercure se combinait chimiquement avec les halogènes pour former des halogènures de mercure et qu'il 15 pouvs.it ainsi apparaître que les halogènures seraient mis "hors-circuit" rendant ainsi inefficace leur utilisation pour/éviter le noircissement de l'ampoule. En outre la quantité de mercure nécessaire pour accroître la durée de vie est' plus grande que la quantité d'halogènure nécessaire pour éviter le noircissement, de sorte 20 que selon l'invention on a découvert qu'il fallait utiliser un excédent de mercure par rapport aux quantités stoechiométriques de formation de l'halogènure de mercure. Ainsi lorsque la lampe est . froide le remplissage comprend un gaz inerte, du mercure et un halogénure de mercure, ce dernier étant solide. Cependant à la 25 températre qu'atteint le filament en cours de fonctionnement tout an partie de l'halogènure est-dissocié en mercure et en vapeurs d'halogène . Etant donné que la pression de vapeur du mercure'est faible au moment du démarrage de la lampe aux températures ambiantes d'en-30 viron 20°C, il a été nécessaire d'utiliser certains moyens pour retarder la mise sous pleine tension de la lampe avant qu'elle n*atteigne une température appropriée comme montré par le brevet KKEFET dans les lampes contenant de la vapeur de mercure sans halogène. Une résistance en série avec la lamp-e peut être utilisée avan-35 tageusement à cet effet ên"combinaison avec un relais qui court-■ circuite la résistance additionneU^xprès une durée appropriée 69 18281 2010338 prédéterminée ou après qu'une température prédéterminée soit atteinte . Par exemple on peut utiliser un résistance en série avec la lampe diminuant la tension à ses bornes par exemple à un tiers au moment du démarrage, ou si la lampe est utilisée dans 5 un projecteur de cinéma ou analogue dans lequel on 11:11136 un transformateur, on peut utiliser un relais qui fait passer d'une sortie du transformateur à une autre . Si l'on utilise un ventilateur électrique pour refroidir la lampe comme cela est habituellement le cas dans les projecteurs 10 de cinéma, le moteur peut être utilisé en série avec la lampe au moment du démarrage, puis commuté en parralèle. Il est clair d'après le brevet EREPP^ue dans les lampes à incandescence précédemment connues utilisant une atmosphère de mercure il se posait de sérieux problèmes de court circuit prove-15 nart de l'établissement possible d'arcs à travers la vapeur de mercure entre une partie du filament chaud et une autre partie compte tenu du faible potentiel d'ionisation de la vapeur de mercure; cet arc pouvait détraire la lampe de sorte que l'on prenait soin de faire fonctionner la lampe à basse tension jusqu'à ce que 20 la pression de mercure devienne suffisamment élevée pour éviter la formation d'un arc au lieu de la faciliter . Quoique l'on ait parlé de pression de mercure , le facteur important est actuellement la densité de vapeur du mercure qui dépend de la pression aussi longtemps qu'une certaine quantité de mercure liquide non 25 vaporisée dans la lampe est présente . Cependant on a découvert conformément à l'invention que lorsqu'on ajoute un halogène dans une lampe à incandescence à vapeur de mercure, le problème d'arc disparait complètement, aucun arc ne prenant naissance. Ce résultat est totalement inattendu 30 selon la technique le phénomène d'arc ou court-circuitage. devrait apparaître dans des lampes à incandescence contenant de la vapeur de mercure et il n'y avait pas de raison de penser que l'addition d'un halogène empêcherait ce phénomène. l'utilisation simultanée du mercure et d'un halogène dans une 35 lampe à incandescence permet de relier directement la lampe à uns ligne de tension de 120volts sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à la connection d'une résistance au démarrage devant 69 18281 4 2010338 réduire le danger d'arc, étala déconnection successive de cette résistance. En fait selon 1!invention on a une lampe qui peut fonctionner directement sur des li-ai-sons usuelles à 120 volts, exactement comme les autres lampes à incandescence. Aucun équi-5 pement élaboré de démarrage n'est donc requis. D'autres caractéristiques objets et avantages/le l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui va suivre faite en référence au dessin annexé donné uniquement à titre d'illustration montrant une lampe fabriquée selon l?Lnvention. 10 Selon le mode de réalisation illustré dans la figure l'enveloppe 1 comporte-des fils d'amenée de courant 2,3 qui traversent de façon étanche un culot 4 à une extrémité de l'enveloppe 1, l'autre extrémité présentant une pointe 5 scellée d'évacuation. Un filament en tungstène boudiné 6 s'étend entre les supports métalliques 15 conducteurs 7,8 à l'intérieur de l'enveloppe 1, ces supports7,8 étant reliés au conducteur d'amenée de courant -2,3 qui font saillie à l'extérieur de l'ampoule ; les supports 7,8 sont reliés aux conducteurs 2,3 par des rubans en molybdène 9,10 de manière que les rubans de molybdène soient soudés au verre. L'enveloppe con-20 tient, un remplissage d'azote à pression appropriée, une quartité appropriée d'un halogène et une petite goutte de mercure 11. Pour une ampoule sphérique de 650 Watts , 120 volts on peut utiliser une lampe DVY présentant un diamètre de trois quart de pouce (19 mm) une pression de brome (B^) de 30 mm , 80 mg de 25 mercure et un gaz inerte . La lampe de 30 volts sans mercure désignée lampe EBT a une durée de vie de 6 heures ce qui est suffisant pour l'utilisation dans un projecteur de cinéma et fonctionne avec un filament porté à une température de 3400°K. Des lampes de production de 30 ce type ont une durée moyenne de vie de 11,6 heures lorsqu'on utilise -une pression de 300 mm d'azote. Par opposition, les lampes fabriquées suivant l'invention, qui pour les autres caractéristiques sont sensiblement identiques , mais qui contiennent du mercure et une quantité beaucoup pLus faible 35 d'azote présentait une moyenne de vie bien plus longue • Avec 10mg de mercure, 3mm de brome et seulement 64 mm d'azote on obtient une durée moyenne de vie de 30,1 heures, et des lampes contenant 69 18281 5 2010338 20 mg de mercure, 9 mm de "brome et 128 mm d'azote ont montré une durée de vie moyenne de 45,6 heures. Des lampes de contrôle contenant des quantités analogues de brome et d'azote mais ne contenant pas de mercure ont donné des durées de vie moyenne de 5 seulement 7 heures. Des perfectionnements semblables dans les durées de vie sont observés avec les lampes 120 volts DVY. Habituellement leursduréesde vie sont 2 à 5 fois supérieur à celles des lampes standard . Ii Efficacité lumineuse des lampes FBT, avec et sans mer-10 cure sont les mêmes et étaient d'environ 27, 8 lumens/watt avec une température de couleur de 3400°K. Il est souhaitable que les lampes de mercure fonctionnent sous leur efficacité la- plus élevée, mais pour une durée de vie identique/on peutfsuivant l'invention augmenter la température du filament par rapport aux lampes ne 15 contenant pas de mercure. Des lampes du type à halogène contenant du mercure peuvent recevoir de bien plus grandes quantités de gaz halogène que les lampes ne contenant pas de mercure, la lampeléféieixsée ci-dessus D"VT qui peut recevoir jusqu'à 30mm de brome ne peut tolère seu-20 lement qu'une pression d'environ 2mm de brome s'il n'y a pas de mercure présent. Il apparaît que le mercure contrôle l'activité du brome, probablement en formant des composés de bromure - de mercure. Des lampes ont également fonctionné de façon satisfai-25 santé avec du bromure d*hydrogène et il apparaît que les effets souhaitables du mercure peuvent être obtenus avec d'autres halogènes et d'autres composés lalogénés. Il est donc bien entendu que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été 30 donné qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant tous les équivalents techniques .des moyens décrits etkinsi que leurs combinaisons si celles ci sont réalisées selon son esprit. 18281 6 2010338 REVENDICATIONS 1 . lampe, électrique- à incandescence comprenant une enveloppe qui transmet la lumière et un filament de tungstène quiy est contenu, ladite lampe étant caractérisée en ce qu'elle contient un remplissage, en combinaison, d!un gaz inerte , d'un halogène et d'une certaine quantité de mercure. 2. lampe suivant la -revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de mercure présent est notablement supérieure à la quantité nécessaire pour se combiner avec l'halogène afin de former un halogénure de mercure. 3. lampe suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le filament est destiné à fonctionner' suus un wattage prédéiarminé et que l'ampoule a une dimension telle qu'elle est chauffée suffisamént sous ce wattage pour, vaporiser au moins une grande partie du mercure dans l'ampoule.