Brevet FR2027239A1 — publié le 19700925

i 2027239 L'invention concerne une lampe et plus particulièrement une lampe à incandescence aux halogènes» Différents types de lampes à incandescence aux halogènes ont été proposés, lampes dans lesquelles des halogènes tels que 5 l'iode (I), le brome (Br), le chlore (Cl) et le bromure d*iode (IBr) ou des halogénures d'hydrocarbures tels que le bromure de méthyle (CH_Br) et le chlorure de méthylène (CH0C1„) sont enfer-3 2 2 més dans des ampoules en verre, ensemble avec de l'azote ou un gaz inerte, de manière à assurer par les dits halogènes le cycle de 10 régénération par l'halogène# Toutefois, de telles lampes de l'art antérieur présentent les défauts exposés ci-après» Plus particulièrement les halogènes sont très nocifs même lorsqu'ils sont présents sous une très petite quantité et leur affinité chimique vis à vis des autres substances est très élevée. 15 Pour cette raison, il est extrêmement souhaitable d'apporter un soin minutieux à la fabrication de telles lampes à halogènes de meoiière à ne pas exposer les ouvriers à des dangers* Plus spécialement, étant donné que ces caractéristiques sont notables en ce qui concerne l'iode, le brome et le bromure d'iode, non seulement 20 ces corps nécessitent une manipulation soigneuse mais également ils réagissent et attaquent les éléments de joint en métal ou caoutchouc» De plus, ces caractéristiques rendent incomplet le cycle régénérateur par l'halogène pendant le fonctionnement des lampes. C'est ainsi que, par exemple, dans une lampe électrique 25 dans laquelle la température de fonctionnement de. la paroi de l'ampoule dépasse 250°C, le contrôle de la quantité d'halogène enfermée dans l'ampoule est difficile» De ce fait, lorsque la quantité d*halogène est trop faible, il se produit un phénomène de noircissement de la paroi tandis que! une quantité excessive 30 provoque la corrosion par les atomes d'halogènes des parties des ampoules qui se trouvent à température relativement basse telles que les ancrages qui supportent les filaments ou les joints entre le filament et les ancrages. Dans les lampes aux halogènes qui comportent deux broches telles que celles utilisées dans les appa— 35 reils cinématographiques, outre les problèmes ci-dessus décrits de corrosion ou de noircissement, l'isolement électrique entre les pattes internes des conducteurs d'amenée connectés chacun à l'une des dites broches, est détérioré, ce qui provoque un arc . entre elles de sorte qu'il est nécessaire d'enfermer de façon 40 étanche le gaz halogène ensemble avec un mélange spécial de gaz 69 45117 2 2027239 support constitué par exemple par 86# en poids d'argon et 1436 en poids d'azote, afin d'empêcher l'arc. Un des objets de la présente invention est de fournir des lampes aux halogènes de haute utilité qui sont substantiellement 5 a l'abri des problèmes de noircissement et de corrosion et qui peuvent fournir un cycle régénérateur par lrhalogène satisfaisant. Conformément à la présente invention, du chlore et du fluor sont utilisés comme halogènes pour être enfermés dans l'ampoule ensemble avec de l'azo.te et/ou un gaz inerte tel que l'argon, les dits ÎO chlore et fluor étant mis en oeuvre sous une quantité de 0,05 x ÎO" à 1,00 x ÎO** atome-gramme par centimètre cube et •»6 **6 0,05 x lCf à 1,50 x 10" atome-gramme par centimètre cube, respectivement, du volume interne de l'ampoule* Conformément à une autre caractéristique de la présente 15 invention, du chlore, du fluor et du carbone sont utilisés sous la forme de composés organiques, ces composés présentant, outre l'avantage ci-dessus décrit d'éliminer le problème du noircissement et de la corrosion, celui d'être incolores et de ne pas être dangereux pour les humains. 20 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip tion détaillée faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : Fig. 1 est une vue en élévation frontale d'une lanpe aux halogènes conforme à l'invention et, 25 Fig. 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation modifié de la présente invention. Comme décrit ci-dessus, conformément à l'invention, 0,05 x 10** à 1,00 x ÎO** atome-gramme de chlore par centimètre cube et 0,05 x 10 à 1,50 x 10 atome-gramme de fluor par cen-30 timètre cube du volume interne de l'ampoule sont utilisés, ensemble avec l'azote et/ou un gaz inerte. Cependant, il est avantageux d'utiliser du chlore et du fluor en combinaison avec le carbone. Dès halogénures d'hydrocarbures ou des composés de fluor, de chlore et de carbone, par exemple le dichlorodifluorométhane 35 (CF^lg) ou le lr2-dichloro-l, 1, 2, 2-tétrafluoroéthane (C^Cl^F^) sont incolores de sorte que les ampoules remplies avec ces halogénures d'hydrocarbures ne présentent pas l'absorption de la lumière qui est inhérente aux lampes à iode conventionnelles et ont une efficacité lumineuse extrêmement élevée. De plus, ces halogé-40 nures d'hydrocarbures ne sont pas dangereux, et peuvent être 69 45117 3 2027239 manipulés en toute sécurité» De plus, étant donné qu'ils sont extrêmement stables chimique® nt à la température ambiante, ils ne corrodent jamais les métaux communs,ce qui assure un maintien satisfaisant du dispositif d'étanchéité du gaz» Finalement, on 5 doit particulièrement noter que ces halogénures d'hydrocarbures ne subissent pas de décomposition, sauf s'ils sont chauffés à des températures dépassant 500 à 600°C, Ainsi, les parties des lampes à une température relativement basse,telles que les supports et les ancrages,ne seront pas corrodées. C'est seulement sur les ÎO parties de la lampe qui atteignent une température élevée pendant le fonctionnemsnt de la lampe, par exemple la partie centrale du filament de tungstène, que le fluorure et le chlorure de tungstène produits par la décomposition subissent un cycle de régénération de l'halogène satisfaisant, ce qui élimine le phénomène 15 du noircissement» Se référant maintenant à la figure 1, qui illustre un mode de réalisation de la lampe aux halogènes objet de la présente invention, lampe qui a un aspect conventionnel, celle-ci comprend en gros une ampoule ou enveloppe cylindriqie en verre transparent 20 1 contenant un filament transversal 2 constitué par un fil de tungstène bobiné» Les extrémités opposées du filament sont connec* tées à des lamelles métalliques 4 noyées dans une partie comprimée de l'ampoule 1, par l'intermédiaire de conducteurs 3, ces lamelles étauit reliées aux broches 5 faisant saillie à partir du culot de /• 25 la lampe» L'ampoule est remplie de façon étamche avec 0,10 x 10 molécule de dichlorodifluorométhane (CF^Cl^) par centimètre cube du volume interne de l'ampoule et avec de l'argon sous une pression de 600 à 700 mm de mercure» Après fonctionnement pendauit 70 heures, la fempe remplie 30 avec ces gaz et alimentée sous 24 volts, 130 watts et ayant une puissance de ' 33 lumens par watt n'a montré aucune ten dance à un noircissement de la paroi et à la corrosion des parties à basse température et elle a présenté un cycle de régénération de l'halogène satisfaisant* 35 Les gaz ayant les compositions ci-après ont servi, à rem plir des lampes ayant la construction ci-dessùs décrite et les lampes en résultant ont été essayées» 69 45117 4 2027239 Type du gaz Quantité enfermée 3 (micromolécule par en ) a b c Monochlorodifluorométhane (CHF,,Cl) ^ Dichlorodifluorométhane (ÇF^Cl^) Dichlorotétrafluoroéthane (C_C1_FA) 2 2 4 0,11 0,10 OjlO 0,53 1,04 0,50 1,02 0,49 1,04 Des lampes remplies avec CF^Cl^ et C^Cl^F^ n'ont montré aucune tendance au noircissement tandis que des lampes contenant CHF_C1 ou un composé contenant de l'hydrogène, en supplément du 10 chlore et du fluor, présentaient un noircissement» Dans ce cas9 cependant, il a été trouvé qu'en choisissant le report moléculaire du fluor et de l'hydrogène dans une gamme de 4 : 1 k 5 s 1, le phénomène de noircissement peut être évité* En d'autres mots, dans le cadre de la présente invention, un choix convenable 15 de la quantité d'hydrogène permet à celui-ci de coexister avec les autres éléments» D'autre part, dans les lampes ci-dessus décrites, on a utilisé du bromure d ' iode comme gaz halogène » Le résultat de l'essai a montré que, dans les lampes conventionnelles, il se 20 produis ai t un arc et que l'enroulement du filament était rompu aux extrémités tandis que de telles difficultés n'ont pas ét4 notées avec les lampes conformes à la présente invention* Le mode de réalisation modifié, utilisable sous 100 volts et 500 watts, représenté dans la figure 2, comprend une ampoule 25 en verre cylindrique transparente ÎO contenant un filament de tungstène bobiné 11 supporté par une pluralité d'ancrages 12, en des points répartis le long de sa longueur, de manière que le filament 11 soit disposé le long de l'axe longitudinal de l'ampoule. Aux extrémités opposées de l'ampoule sont formées des 30 parties comprimées 13 dans lesquelles sont noyées de façon étanche des lamelles de molybdène 14» Les extrémités opposées du bobinage du filament 11 sont connectées aux lamelles respectives 14 par des conducteurs 15 et les broches externes 16 sont connectées sur les lamelles» Dans le tube est enfermée une atmosphère corres-35 pondant à celle du mode de réalisation ci-dessus décrit ou un mélange d'argon et de gaz CF^Cl^ • Les lampes de ce mode de réalisation ont été également soumises à un essai de durée en continu similaire, sous la même tension moyenne» Après lO heures de fonctionnement, on a noté 69 45117 5 2027239 une corrosion tellement légère sur les parties à basse température de la lampe qu'elle n'affecte pas le fonctionnement normal. On nla noté aucun noircissement. Il a été trouvé que les lampes de ce mode de réalisation sont plus spécialement avantageuses 5 pour être utilisées comme lampes à haute efficacité ayant un rendement supérieur à 25; lumens/watt. A titre de comparaison, du bromure d'iodé a été enfermé dans une lampe ayant la même construction mais de telles lampes se sont avérées défectueuses du fait que l'on a noté une corro-10 sion et un noircissement. D'après la description qui précède, on peut dire que, pour autant que le gaz halogène enfermé est constitué par 0,05 x ÎO à 1,0 x 10-6 atome-gramme par centimètre cube de chlore et de 0,05 x ÎO"6 à 1,50 x ÎO"6 atome-gramme par centimètre cube de 15 fluor, le but recherché par l'invention peut être atteint. Plus ^ . »*£% particulièrement, avec moins de 0,05 x 10 atome-gramme par centimètre cube aussi bien de chlore que de fLuor, on ne peut obtenir un résultat suffisant tandis que plus de 1,00 x ÎO** atome-gramme par centimètre cube de chlore et plus de 1,50 x ÎO*"^ atome—gramme 20 par centimètre cube de fluor conduisent à une quantité excessive de l'halogène enfermé, ce qui provoque une corrosion intense des parties à basse température des lampes. Les limites supérieures pour le chlore et le fluor sont généralement celles ci-dessus décrites et on comprendra que l'on peut facilement déterminer la 25 quantité convenable, dans la gamme ci-dessus indiquée, en fonction du débit, de l'efficacité luminei se, de la configuration et de l'èfficacité recherchée pour la lampe» Toutefois, les gammes, de quantité préférentielles sont de 0r05 à 0,20 x ÎO**^ atome-gramme par centimètre cube de chlore et de 0,05 à 0,40 x 10**^ 30 atome-gramme par centimètre cube de fluor» Les meilleurs résultats sont obtenus avec moins de 0,1 atome-gramme par centimètre cube à la fois de chlore et de fluor» Quoique l'incorporation d'une quantité convenable de carbone, en supplément du chlore et du fluor, semble avantageuse 35 en raison de l'action de capteur du carbone, le- carbone en esseès se dépose -sur les parties à haute température des ampoules, ce qui provoque un noircissement et réduit l'efficacité lumineuse* A la suite d'expériences, il s'est avéré que, lorsqu'il est incorporé sous la forme d'un hydrocarbure halogéné, il ne soulève 40 aucun problème» Quoique CHF^Cl contenant du fluor, du chlore, 69 45117 6 2027239 du carbone et de l'hydrogène ne peut être utilisé seul, parce qu* il ne répond pas au rapport molaire exigé entre le fluor et l'hydrogène, il a été trouvé expérimentalement que CHFgCl peut être utilisé lorsque le rapport molaire du fluor et de l'hydrogène est 5 amené entre 4 : 1 et 5 : 1 par mélange du CHFgCl avec CFgClg et/ou C2C12F4* La raison pour laquelle le noircissement de la paroi de 1* ampoule et la corrosion des parties à basses températures de la lampe peuvent être éliminés complètement lorsque des hydrocarbures lO halogénés contenant en combinaison du fluor, du chlore et du carbone sont utilisés,sous la même quantité, au lieu d'un composé halogéné conventionnel peut être attribuée au fait que la surface de la dissociation complète est plus réduite qu'avec le composé halogéné conventionnel, en raison des forces de liaison intenses 15 du fluor. En d'autres mots, comme les atomes de fluor ne peuvent subir une dissociation qu'à haute température, certains des atomes de fluor forment des composés stables par combinaison avec les impuretés se trouvant dans l'ampoule ou réagissent avec le tungstène évaporé des parties à haute température du filament et le cycle 20 de régénération par l'halogène se trouve mieux établi qu'avec le 'cycle du chlore. On doit noter plus particulièrement que CF^Cl^ et CgClgF^ qui sont des composés du fluor, du chlore et du carbone présentent en eux-mêmes d'excellentes propriétés d'isolation électrique. A ce 25 point de vue, il s'est avéré que l'inclusion d'une très petite quantité de l'hydrocarbure halogéné améliore largfement la tension de claquage de 1'isolement,ce qui peut éliminer complètement le problème de l'arc qui était jusqu'ici rencontré dans les lampes pour appareils cinématographiques du type à deux broches, 30 II sera clair que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiques ci-dessus décrits* Ainsi, par exemple, au lieu de se trouver sous forme d'un composé, le fluor, le chlore et le carbone peuvent être enfermés à l'état individuel dans 1* ampoule et peuvent ensuite être amenés à réagir à l'intérieur de 35 celle-ci. Alternativement, on peut utiliser des mélanges convenables de CFgClg , CgClgF^ ou CHFgCl, De plus un autre composé peut être ajouté au mélange sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, comme halogènure d'hydrocarbure,on peut utiliser le trichlorofluorométhane (CFClg), le chlorotrifluorométhane 69 45117 7 2027239 (CF^ClJjle 1,l,2-trichlo-l,l,2-trifluoroéthane (CgCl^F^), le 1-chloro-l-difluoroéthane (CgH^FgCl) et le chlorodifluorométhane ou similaire. De plus le fluor et le chlore peuvent l'un comme 1' autre être introduits sous la forme de composé avec d'autres 5 substances, par exemple le fluorure de silicium (SiF^) et le tétrachlorure de silicium (SiCl4). De tels composés de- silicium présentent des propriétés corrosives plus faibles que le fluor et le chlore mis en oeuvre comme corps simples. De plus le silicium n* affecte pas les caractéristiques de la lampe. 10 Comme gaz inerte on peut utiliser, outre l'argon, par exem ple du krypton et de l'azote seuls ou en combinaison. 69 45117 8 2027239 REVENDICATIONS 1.- Une lampe aux halogènes comprenant une ampoule, un filament enfermé dans la dite ampoule, un premier gaz choisi dans le groupe comprenant 1*.azote et un gaz inerte et un second gaz 5 choisi parmi le fluor et le chlore caractérisée en ce que les quan» tités du chlore et du fluor dans le dit second gaz sont comprises entre 0,05 x ÎO"^ et 1,00 x ÎO*"6 atome-gramme de chlore et 0,05 x 10*"^ et 1,50 x 10""6 atome-gramme de fluor par centimètre cube du volume interne de l'ampoule. 10 2.- Une lampe aux halogènes selon la revendication 1 carac térisée en ce que le dit second gaz contient en outre du carbone. 3.- Une lampe aux halogènes selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dit second gaz est un halogènure d'hydrocar-bure contenant du chlore et du fluor. 15 4.- Une lampe aux halogènes selon la revendication 3 carac térisée en. ce que le second gaz est choisi dans le' groupe comprenant le monochlorodifluorométhane et le dichlorotétrafluoroétha** ne. 5.- Une lampe aux halogènes selon la revendication 3 carac-20 térisée en ce que lrhalogènure d'hydrocarbure contient en plus de - l'hydrogène, le rapport molaire de l'halogène à l'hydrogène étant de 4 : 1 à 5 : 1, 6.- Une lampe aux halogènes selon la revendication 5 carac» térisée en ce que 1'halogènure d'hydrocarbure est du monochloro- 25 difluorométhane. 7«- Une lampe aux halogènes comprenant une ampoule transparente , un filament de tungstène bobiné monté dans la dite ampou-le, une paire de lamelles conductrices scellées dans les extrémités opposées de la dite ampoule, une paire de conducteurs inter-30 connectant les extrén ités opposées du dit filament et les dites lamelles, des bornes externes connectées respectivement aux dites lamelles et s'étendant vers l'extérieur à travers les extrémités de la dite ampoule, du gaz argon et un mélange gazeux contenant du chlore et du fluor caractérisée en ce que les quantités du chlore 35 et du fluor sont comprises entre 0,05 x ÎO*"® et 1,0 x 10*"® atome-gramme de chlore et entre 0,05 x 10~^ et 1,50 x 10"^ atome-gramme de fluor,par centimètre cube du volume interne de la dite ampoule. 8.- Une lampe aux halogènes selon la revendication 7 caractérisée en ce que le filament est monté le long de l'axe longitu«* dirai de l'ampoule et supporté par une pluralité d'ancrages disposés en une pluralité de points le long du dit filament.