Brevet FR2037148A1 — publié le 19701231

La présente invention se rapporte à une lampe s décharge dans de la vapeur de métal, et, en particulier, à une lampe s décharge dans de la vapeur de mercure à haute pression. La lampe s décharge dans de la vapeur de mercure à haute 5 pression est de plus en plus connue car sa lumière blanche bleuâtre éclaire très efficacement de nombreuses grand-routes et de nombreuses rues dans les villes,, La lampe â vapeur de mercure s'est développée lentement mais régulièrement et est actuellement une lampe de longue durée très efficace et très sûre. L'inconvénient 10 majeur de la lampe à vapeur de mercure réside toutefois dans sa lumière blanche bleuâtre et dans son rendu des couleurs extrêmement mauvais. Plus récemment, l'addition d'halogénures métalliques au mercure, soit seuls soit en combinaison, pour produire les caractéristiques spectrales des métaux, a permis d*obtenir des 15 accroissements d'efficacité allant jusqu'à 100^ ainsi qu'une amélioration radixcale du rendu des couleurs pour des accroissements d'efficacité des lampes de 5Q% et plus. Des additifs métalliques qui, de par leurs propriétés spectrales, paraissent être des additifs intéressants, ont cependant suscité de nombreuses difficultés, 20 soit parce quTils attaquent chimiquement l'ampoule en quartz, soit que leurpressions de vapeur sont trop basses à des températures raisonnables de l'ampoule. À un moment donné, la plupart des lampes à additifs qui ont eu un certain succès contenaient du sodium, . généralement sous la forme de l'iodure dans la matière destinée 25 â entretenir la décharge car cet additif détermine un accroissement d'efficacité important. Une lampe qui a eu beaucoup de succès contient des iodures de sodium, d'indium et de thallium comme additifs et a un aspect relativement blanc et une efficacité de 80 à 85 lumens par watt. Un bi-evet américain décrit les particularités 30 d'une lampe à décharge dans une vapeur métallique. Cette lampe contenant des quantités choisies de mercure, d'iodure de thallium, d'iodure mercurique et de dysprosium métallique, présente un beau ton, un excellent rendu des couleurs, en particulier dans le rouge du spectre ainsi qu'une efficacité élevée et permet d'éliminer le 35 sodium ainsi que ses nombreux effets nv-isiblss d'une lampe £ additif de nercure acceptable dans le commerce. Quoique la lampe ?■ iodure de dysprosium décrite plus haut bad original 70 07368 2037148 procure une source lumineuse exceptionnelle, on a constaté que son tube à arc est sujet, pendant sa durée de vie, au noircissement bien connu qui affecte toutes les lampes contenant de l'iode. Ce noircissement des parois de la lampe provoque un échauffement de £ la lampe et réduit son efficacité pendant sa durée de vie utile. Par exemple, la lanpe è iodure de dysprosium bien qu'ayant une efficacité initiale d'environ 90 lumens par watt, accuse, après 100 heures, une réduction d'efficacité d'environ 28$„ Cette chute d'efficacité apparaît dans toutes les lampes à décharge utilisant des 10 iodures métalliques dans la matière entretenant la décharge. Eien que l'on ait suggéré d'utiliser d'autres halogénures métalliques, aucun d'eux n'a, actuellement, été utilisé avec succès dans une lampe à additif de mercure. L'invention comprend une lampe à décharge dans de la 15 vapeur de métal comprenant un long tube à arc transmettant le rayonnement et enfermant un volume prédéterminé, des électrodes pour soutenir l'arc disposées dans le tube à proximité de ses extrémités et fixant une longueur d'arc prédéterminée, des conducteurs d'amenée connectés aux électrodes et scellés dans leur tra-20 versée du tube et une matière entretenant la décharge, dans le1 tube, comprenant essentiellement des quantités prédéterminées d'iodure de thallium, de mercure, de bromure mercurique et de' dysprosium métallique,, .L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple avec 25 référence au dessin annexé dans lequel : - la figure î est une vue en élévation de côté d'une lampe à décharge dans lacuelle certaines parties de l'ampoule extérieure et du tube à arc sont arrachées ; - la figure 2 est un diagramme illustrant l'efficacité 30 de la lampe pendant sa durée de vie. La figure 1 montre l'agenceiaent général d'une lampe à décharge dans de la vapeur de mercure â haute pression dans laruelle les additifs de l'invention sont utilisés. La lampe 10 comprend une ampoule extérieure étanche 12 qui transmet le rayonnement et qui 35 est scellée è un culot standard' 11-.. Une ampoule interne ou tube à arc 16 est monté dans l'ampoule extérieure 12 et est espacé de celle-ci. Le tube arc 16 est monté, dans l'ampoule externe 12,. ®AD original 1 70 07368 2037148 dans un cadre classique 16 et deux brides 20. reux électrodes en tiin^stp-ne 22 st 2lj, sont scellées ;^s 1' ampoule intérieure .;u tut3 •" arc 16 et sont disposéss aux extrémités celui-ci. Les élec- • trodes 22 et 2ij_ sont scellées 5 travsrc les extrémités opposées du S tube C arc 16 par des scellements plats classiques 26. Une électrode d'amorçage l£ est également scellée f. travers le tube ê arc pr^s de l'électrode 2.U. au moyen d'un scellement plat 25» Le cadre 16 est supporté par l'un des ceux conducteurs d'amenée -classiques 3C qui traverse un pied de lampe rentrant 0 classique 32 relié au culot 1i{. qui est, f son tour, connecté i une source de courant classique 3b' Les électrodes 2i|_, 26 et 28 sont connectées électriquement â l'un où è l'autre des conducteurs d'amenée 30» Une résistance d'amorçage 36 est connectée entre l'un des conducteurs d'a-3 menée 30 et l'électrode d'amorçage 28 par l'intermédiaire du cadre 18» La configuration de la lampe est essentiellement classique et est décrite plus en détail dans le brevet américain N° 2. 7l)-8 .303 . 3 Pour maintenir les températures suffisamment élevées dans les zones normalement les plus froides dut ube à arc (c'est-à-dire la partie située derrière chacune des électrodes), un revêtement retenant la chaleur, par- exemple un revêterer-t en oxyde de zirconium et en bioxyde de silicium qui est appliqué en sus-£ pension dans de la nitrocellulose, peut être collé sur la partie de chaque extrémité du tube è arc entourant une électrode. Ce revêtement d'extrémité aide e maintenir '.me température de zone froide dans le tube à arc ne tombant pas en dessous de 65C°C0 Il est connu d'utiliser de 1'iodure ôe thallium, de 0 1'iodure mercurique, du dysprosium. métallique et du mercure dans la matière entretenant la décharge, pendant la fabrication initiale de la lampe. En service, 1'iodure nercuriqne se combine avec le dysprosium pour fermer du mercure st de 1'iodure de dysprosium qui produit "'a "composante rov~e de la décharge. Quoique la las-pe S fournisse le meilleur rendu des couleurs possible d'une lampe additif de -■ercupe, on a constat' que rendant sa durée de vie, la paroi du tube L arc s'assombrit à la suite des dépôts de tungstlne SAD original. ' 70 07368 i 4 2037148 des 'lectrodec ce qui provoque 11 é chauf f ement et le claquage de la lampe. D'une manière très inattendue, on a constaté qu'en remplaçant l'iodure nerourique de le larjpe connue psr iu bromure " ereurique, l'asscisbrishe.r.erf de la paroi est sensiblement réduit et le maintien de l'efficacité de la lampe est sensiblement amélioré. Ce phénomène paraît être dû à 1'introduction d'un cycle tung-stfne-halogène r&r le "oror-e qui élimine le tungstène de la surface du tvbe, L'iode n'accélère évidemment pas 1'élimihation du tungstène de la surface dut ube dans un cycle tungstêne-hélogêne. La làrape suivant l'invention comporte, en tant que matière entretenant la décharge, lorsqu'elle est allumée, des quantités prédéterminées d'iodure de thallium, de bromure de dysprosium et de mercure. La charge initiale 3'8 lors de la fabrication de la lampe comporte des quantités prédéterminées d'iodure de thalliuri, de bromure mercurique, de spro s i um métallique et de mercure» Dans des conditions idéales, la lampe devrait être initialement chargée- de bromure de dysprosium mais, comme il est instable s 1'sir, le bromure de dysprosium est difficile à manipuler pendant la fabrication de la lampe » A titre d'exemple spécifique, le tube è arc 16 comporte un vol une. intérieur de 12 cm , l'espace eiitre les extrémités des électrodes 22 et 2lp est d'environ 51 mm. et - la paroi du' tube à arc a environ .1 mm d.' épaisseur. - Les lampe^ vapeur de mercure de ce type sont, en général,-mises en-oeuvre à I4.OO watts et contiennent un gaz d'amorçage,-par exemple de l'argon â une pression d'environ 20 ê 25 torrs, La forme d'exécution spécifique comprend, en outre, en tant que fraction de ls matière-entretenant la décharge, une quantité de mercure d'environ 32 9 lj.0 mg Les constituants qui s'ajoutent au mercure comprennent 1,0 s 10,0 mg environ d-'iodûrê thalleux, $tQ :- 1$,0 mg de bromure mercurique et 1,0 f- 5,0-mg environ de dysprosium métallique. Plus importent encore que les qvantités spécifiques de bromure mercuri- sad original ' 70 07368 2037148 que et de dysprosium métallique est le fait que ces deux constituants doivent être présents dans la charge initiale .de la lampe en des quantités presque stoechioroétriques avec un léger excès de dysprosium métallique pour tenir compte de l'impureté du dysprosiun 5 métallique que l'on trouve dans le commerce et de la formation d'oxyde de dysprosium lors des manipulations, La forme d'exécution proférée de la lampe comprend, dans le tmibe è arc décrit plus haut, une charge initiale d'environ 5 mg de Tll, environ 10 mg de HgBr^, environ 3*5 mg de Dy et environ 10 36 mg de Kg. Après une courte période d'allumage initiale pendant la fabrication de la lampe qui est connue sous le nom de "rodage", ces substances se transforment pour former environ 8 mg de DyBr^, environ 1^.2 mg de Hg et 5 mg de Tll. La raison de charger initialement la lampe de bromure 15 mercurique et de dysprosium métallique en des quantités presque stoechiométriques est que la présence d'une trop faible quantité de dysprosium affecte le rendu des couleurs, en particulier le rouge, tandis qu'une trop forte quantité de dysprosium fsit apparaître des taches brunes sur le tube â arc et affecte défavora-20 blement l'efficacité de la lampe. Il va de soi que, pour des tubes à arc présentant d'autres configurations, les constituantg&écessaires pour produire la lsmpe suivant l'invention comprenna^fe 6,1^ s 8,0 mg environ de mer.~ cure par cm de longueur d'arc, 0,2 â 2,0 mg environ d'iodure de 25 thallium par cm de longueur d'arc, 0,2 à 1,0'mg environ de dysprosium métallique par cm de longueur d'arc et 1,0 à 3»0 mg environ de bromure mercurique par cm de longueur d'arc. Pour adapter la forme d'exécution préférée de l'invention à des tubes à arc de dimensions différentes, la matière préférée 30 pour entretenir la décharge doit comprendre environ 1,0 mg d'iodure thalleux par cm de' longueur d'arc, environ 2,0 mg de bromure mercure par cm de longueur d'arc, environ 0,7 rag de dysprosium métallique par cm de longueur d'arc et environ 7 mg&e mercure par cm de longueur d'arc» 35 ' Sur la figure 2, la lampe â bromure et la lampe â iodure ont en substance la mê'e efficacité initiale en lumens par watt. L'efficacité initiale de la lampe »■bromure est d'environ 91 lumens BA° original ' 70 07368 2037148 par watt tandis que celle de la lampe ê. iodure est d'environ 90 lumens* par watt. Après les 200 premières heures de fonctionnement^ une chute d'efficacité appréciable se produit pour la lampe à iode car le tungstène de l'électrode en tungstène est déposé sur 5 les parois du tube â arc et l'efficacité de la lampe s iode a diminué d'environ % lumens par watt tandis que la chute d'effi-cacité de la lampe â bromure n'est que d'environ 6 lumens par watt. Le reste de la figure 2 indique que cette perte d'efficacité approximative de 10$ est maintenue pendant toute la durée de 10 vie utile de la lampe et représente encore une différence d'environ 9 lumens par watt après 1000 heures. Cette amélioration , inattendue du maintien de la chute d'efficacité de la lampe à environ 10;? ou 9 iumens par wiatt est appréciable en termes de ren»» dement pour l'industrie des lampes. 15 II ressort de ce. qui précède que la lampe suivant l'in vention -limine essentiellement le dépôt de tungstène sur les parois de la lampe grâce au brome qui se combine au tungstène dans une réaction connue sous le nom de cycle tungstène-halogène. Ceci ne se produit pas lorsque 1'iodure de dysprosium est présent. 20 En remplaçant 1'iodure mercurique par du bromure mercurique et en produisant ainsi une décharge essentiellement dans du bromure de dysprosium, on conserve le rendu des couleurs spectaculaire de la lampe â iode, mais on élimine .dans une large mesure la chute d'efficacité indésirable. 70 07368 7 2037148 3EV2ÎTEXCATI0E 1. ^arape r décharge dans de la vapeur de r.'tal, caractérisés par le Tait qu'elle ccnprend un long tube A arc transmettant le rayonnement et contenant un volume prédéterminé, des 5 électrodes de soutien peur l'arc disposées i l'intérieur du tube à proximité de ses extrémités et fixant une lcnrueur d'arc prédéterminée, des conducteurs d'amenée connectés aux électrodes et scellés, dans leur traversée du tube et une matière entretenant la décharge dans le tube comprenant essentiellement des quantités 10 prédéterminées d'iodure de thallium, de mercure,.de bromure mercurique et de dysprosium métallique . 2. Lampe s décharge selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la matière entretenant la décharge comprend essentiellement une quantité pré-déterminée de mercure qui, 15 lorsqu'elle est complètement vaporisée pendant un fonctionnement normal de la lampe, établit une pression de vapeur de mercure prédéterminée dans le tube è arc avec les quantités prédéterminées d'iodure de thallium, de bromure mercurique et de dysprosium 20 métallique de sorte qu'un cycle tungstène-halogène est. créé dans le tube . 3. Lampe è décharge selon larevendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le mercure est initialement présent en une quantité comprise entre 6,1}. et 8,0 mg environ per cm de longueur d'arc, 1'iodure de thallium est initialement, présent 25 en une quantité comprise entre 0,2 et 2,0 mg environ par cm de longueur d'arc, le bromure mercurique est initialement présent en une quantité comprise entre 1,0 et 3»Q environ par cm de longueur d'arc et le dysprosium métallique est initialement présent en une quantité comprise entre 0,2 et 1,0 mg environ par 30 cm de longueur d'arc. 4. Lampe à décharge selon la revendication 3» caractérisée par le fait que pendant le fonctionnement initial de la lampe, le dysprosium est présent dans du Trrcmure ce dysprosium et le rapport stomique du dysprosium au brome du bromure est de 35 nature ? permettre la formation de 'yHr-,0 5. Lampe r décharge selon l'une des revendications 1 à I}., caractérisée par le fait que le mercure est initialement "4D ^'Qinal 1 70 07368 8 2037148 présent en une quantité d'environ 7,0 mg par cm de longueur d'arc, 1'iodure de thallium est initialement présent en une quartité d'environ 1,0 mg par cm de longueur d'arc et le bromure mercurique est initialement présent en une quantité d'environ 2,0 mg par cm de longueur d'arc.