Brevet FR2137615A1 — publié le 19721229

L'invention concerne un dispositif muni d'une lampe à décharge dans la vapeur'de mercure à basse pression comportant un tube à décharge oblong présentant une section transversale circulaire et contenant au moins un gaz rare, alors que deux bornes d'entrée du dispositif sont 5 interconnectées par l'intermédiaire d'un montage en série comportant au moins la lampe et un composant commutateur qui est raccordé â un dispositif commandant ce composant de façon qu'un courant intermittent traverse la lampe, un intervalle de temps W secondes pendant lequel ce courant traverse la lampe étant suivi d'un intervalle de temps R secon- \ 10 des pendant lequel le courant ne la traverse pas, tandis que de temps à autre, le sens du courant dans la lampe est inversé. Un dispositif connu du genre mentionné ci-dessus, est décrit par exemple dans le brevet américain N— 3.422.309. Un avantage de ce dispositif connu est entre autres que^du 15 fait que de temps à autre le sens du courant circulant dans la lampe est inversé, on empêche l'accumulation de mercure près d'une extrémité de la lampe. Par contre, un inconvénient de ce dispositif connu est que la fréquence ée répétition des impulsions de courant est relativement petite, de sorte que le rendement, par exemple exprimé en lumens par 20 Watt, est relativement faible. L'invention veut fournir un dispositif dont ie rendement est relativement élevé. Conformément à l'invention, un dispositif muni d'une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression comportant un tube à 25 décharge oblong présentant une section transversale circulaire et conte-» nant au moins un gaz rare, alors que deux bornes d'entrée du dispositif sont interconnectées par l'intermédiaire d'un montage en série comportant au moins la lampe et un composant commutateur qui est raccordé à un dispositif commandant ce composant de façon qu'un courant intermittent 30 traverse la lampe, un intervalle de temps V secondes pendant lequel ce courant traverse la lampe étant suivi d'un intervallé de temps R secondes pendant lequel le courant ne la traverse pas, tandis que de temps à autre, le sens du courant dans la lampe est inversé, est remarquable en ce que la pression du gaz rare (des gaz rares) est au maximum égale à 6 35 torrs et que le diamètre du tube à décharge est tel à respecter la con- . „ y dition tg (- tandis que le rapport est compris entre 0,35 et 0,65 et que la durée d'une période (W + R) de l'alimentation de lampe est comprise entre les valeurs 2 et 2irrD dans lesquelles: 72 16353 2 2137615 X g est la durée de relaxation d'énergie (exprimée en secondes) des électrons dans le tube à décharge, et est la durée de diffusion (exprimée en secondes) des électrons dans le tube à décharge. tj Par l'expression "durée de relaxation d'énergie/', il y a lieu d'entendre ici le rapport j-rg dans lequel: A est la perte d'énergie fractionnelle moyenne par collision d'un électron. (Le mot "fractionnel", signifie ici que la perte d'énergie est exprimée en énergie de l'électron avant la collision), et 10 B est le nombre moyen de collisions par seconde entre un électron et d'autres particules dans le tube à décharge, ces autres particules n'étant pas des électrons. Par "durée de diffusion", il y a lieu d'entendre ici la durée (exprimée en secondes) dont un électron doit disposer en moyenne pour -15 atteindre la paroi du tube à déchargé. Un avantage de ce dispositif ponforme à l'invention est que le rendement (par exemple exprimé en lumens par Watt) est rêlativement élevé. Dans une proposition que n'appartient pas encore à la techni-20 que connue, il a été préconisé que par exemple lors de l'alimentation de lampes au néon, une pression de gaz de remplissage par exemple égale à 5 ou à 10 torr peut, en combinaison avec un rapport K 0,4, conduite à la fois à un rendement élevé et à une durée de vie admissible. Or, dans les lampes à décharge dans la vapeur de mercure à 25 basse pression, le rendement de la conversion importante de l'énergie électrique en rayonnement ultraviolet est fonction de la densité de courant dans la lampe, ce qui est contraire à la situation lors de 1'engendrement de lumière visible dans lesdites lampes au néon. Pour les lampes â décharge dans la vapeur de mercure â basse pression, la dépen- 50 dance précitée est telle qu'une plus faible densité de courant donne lieu à un rendement plus élevé. Toutefois, également une réduction du rapport conduit à un rendement plus élevé. Pour une puissance de lampe restant constante, un plus petit rapport toutefois signifie précisément une plus grande densité de courant. Ces considérations con- 35 duisent à ce que dans le cas envisagé d'une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression, un rendement élevé n'est atteint que pour des rapports situés dans le voisinage de la valeur 0,5, et notamment dans la zone de valeurs limitée par 0,35 et 0,65. Un tel W rapport qui ne présente pas une valeur extrême faible signifie donc 72 16353 3 2137615 une densité de courant qui n'est pas trop grande, et ceci implique à son tour que la pression du gaz de remplissage dans la lampe ne coit pas être élevée au point de contrecarrer néanmoins une pulvérisation des électrodes, afin que de cette façon la durée de vie de la lampe soit acceptable. W 5 Toutefois, des rapports égaux à 0,5 sont déjà connus. Voir par exemple figure 5 du brevet américain cité dans le deuxième alinéa de cet exposé. On a pu constater maintenant que, conformément à l'inven- W tion, le fait de combiner ce rapport et la très courte durée de période W + R (entre 2T r, et 2 TTTJ peut conduire, à un accroissement il* 1) \ 10 intéressant du rendement des lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression. L'invention repose entre autres sur l'idée qu'à la durée de période choisie W + R, le gaz d'électrons se refroidit au cours de la durée d'absence de courant par suite de collisions, tandis qu'au cours 15 de cet intervalle, la coneHntration d'électrons n'a diminué que peu. La mesure dans laquelle la concentration a diminué est notamment définie par la durée de diffusion "El qui est plus longue que l'intervalle de W+R temps 2yT» "tan(iis que la mesure dans laquelle l'énergie d'électrons moyenne diminue est définie par la durée de relaxation d'énergie"V„ qui W+R 20 est plus courte que ledit intervalle . Sous l'effet de l'impulsion de courant qui se produit subsé-quemment à l'intervalle de temps pendant lequel le courant de lampe fait défaut, le gaz d'électrons est cha.uffé à nouveau, et on a constaté l'ob-tension d'électrons rapides en nombre relativement élevé, c'est-â-dire 25 des"électrons plus nombreux que ceux obtenus dans la situation correspondante lors d'un fonctionnement en courant continu de la lampe avec le même courant moyen. L'efficacité d'une décharge est influencée favorablement par la rrésence d'électrons rapides en nombre relativement élevé. Le fait que pour les périodes (W + R) qui apnartiennent aux 50 petites périodes dans l'intervalle limité par les périodes 2'f* . £% et 2 "tf il soit possible d'obtenir un rendement lumineux convenable de la lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression, est en outre à attribuer à la coopération de l'effet indiqué dans l'alinéa précédent et du deuxième effet décrit ci-dessous. Ce deuxième effet 35 réside en ce que la concentration des atomes de mercure irradiants reste quasi constante et s'ajuste à la valeur associée à la température d'électrons maximale qui se produit pendant une période (W + R). Cette concentration est supérieure à celle qui,dane la même lampe, existerait si cette lampe devait fonctionner avec ufl courant continu donnant le même wattage. 72 16353 4 2137615 Dans un dispositif électrique conforme à l'invention, la lampe est branchée de préférence dans un pont électrique dont chaque branche est munie d'un transistor, alors qu'un autre transistor est branché en série avec le pont. 5 Un avantage de cette solution préférée est que le premier groupe de transistors (les transistors de pont) assurent l'inversion du sens du courant traversant la lampe, tandis que l'autre transistor assure le déclenchement et l'enclenchement au début et a. la fin d'une durée de repos entre deux impulsions de courant. Cette solution simplifie les 10 exigences à poser à l'égard de la synchronisation de la commande des transistors. Suivant une autre solution préférée d'un dispositif conforme à l'invention, la pression du gaz rare (des gaz rares) est comprise entre environ 2 et 3 torr , alors que la lampe a un diamètre compris entre " 15 35 ™ et 40 mm environ. Dans ce cas notamment, une lampe de type conventionnel peut fonctionner avec un rendement élevé. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 20 La figure unique du dessin représente un dispositif conforme à 1'intention. Sur cette figure, les références 1 et 2 indiquent les bornes de dispositif devant être connectées à une source de courant continu. La lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression 3 a line 25 longueur de 122 cm et une section transversale circulaire à diamètre de 3,8 cm. La pression de la vapeur de mercure était égale à environ 6.10 torr . Outre le mercure, le tube à décharge de la lampe contenait également un gaz de remplissage formé par 75$ d'argon et 25$ de néon, la 30 pression gazeuse totale étant 2,5 torr . Pour une alimentation 50 Hz, la puissance de lampe normale était de 40 watts. Les deux extrémités de la lampe 3 contiennent chacune une électrode intérieure 5» 6. La lampe 3 est branchée dans une diagonale d'un pont transistorisé comportant les transistors 7» 8» 9 et 10, un 35 autre transistor indiqué par 11 était branché en série avec le pont. Les lettres a, b i sont les bornes de connexion,entre autres des bases des transistors. Ces bornes conduisent à des bornes portant les mêmes références et appartenant à un coffret de commande 12, alimenté par l'intermédiaire de bornes 13» 14. 72 16353 5 2137615 Pendant le fonctionnement en régime normal, les ensembles formés par les transistors 7j 1° d'une part et 8, 9 d'autre part sont rendus alternativement conducteurs par l'intermédiaire des bornes a à g, de sorte qu'en permanence le sens du courant traversant la lampe 3 est inversé. Le 5 transistor 11 établit les durées de repos entre les impulsions de courant. Dans l'exemple de réalisation traité ci-dessus, la source de courant oontinu avait une résistance interne qui était suffisante pour limiter l'intensité de courant de lampe. Au besoin toutefois , une telle limitation peut Stre obtenue par exemple aussi par un condensateur de faible 0 capacité branché en série avec la lampe 3 dans la diagonale du pont. Dans un cas déterminé, la fréquence (tt^) était environ 50 kHertz alors que le rapport -gr-g était égal à 0,5. Pour comparer cette situation à d'autres situations d'alimentation pour lesquelles la puissance de lampe était chaque fois 40 watts, on ^ est prié de se reporter au tableau suivant. Dans ce tableau, pour une alimentation par un réseau 50 Hertz, la valeur optimale lumens/watt de la lampe est arrftée à 100%. Le tableau renseigne également sur les valeurs lumens/ watt dans le cas où la lampe est alimentée depuis un réseau de 8 kHertz, un réseau de 20 kHertz, une source de courant continu, et, sur la deuxième li— *0 gne, depuis la source d'alimentation tel qné préconisée par l'invention. Les tensions instantanées fournies par les réseaux de 50 Hërtz 8 kHertz variaient sinuoïdalement. Pour des tensions alternatifs sinuoïda-les à fréquence supérieure à 20 kHertz, le rendement n'augmentait plus. 72 16353 6 2137615 TABLEAU Genre d'alimentation Valeur lumens/watt en $ du résultat obtenu pour une alimentation 50 Herz 50 Hz 100 / 8 kHz environ 108 20 kHz environ 108 sans 1'invention f source de tension continu 106 > 50 kHz = °'5 111 T" conforme à I l'invention Dans le cas envisagé conforme-à l'invention, on avait comme valeursTg et % t E: environ 1^ua : environ 1000^us. Par conséquent, la durée de période W + R = 20^us se situait donc entre 2lf.TE— 6^us et 2ir.fD ==■ 6280^usec. Le tableau permet de constater que le rendement est maximum dans le cas où l'invention est mise à profit. 72 16353 7 2137615 REVENDICATIONS» 1. Dispositif muni .d'une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression comportant un tube à décharge oblong présentant une section transversale circulaire et contenant au moins un gaz rare, ^ alors que deux bornes d'entrée du dispositif sont interconnectées par l'intermédiaire d'un montage en série comportant au moins la lampe et un composant commutateur qui est raccordé à un dispositif commandant ce composant de façon qu'un courant intermittent traverse la lampe, un intervalle de temps ¥ secondes pendant lequel ce courant traverse la \ 10 lampe étant suivi d'un intervalle de temps R secondes pendant lequel le courant ne la traverse pas, tandis que de temps à autre, le sens du courant dans la lampe est inversé, caractérisé en ce que la pression du gaz rare (des gaz rares) est au maximum égale à 6 torr et que le diamètre du tube à décharge est tel à respecter la condition'x.-qi 15 tandis que le rapport y + g est compris entre 0,35 et 0,65 et que la durée d'une période (w + R) de l'alimentation de lampe est comprise entre les valeurs 21Ï./L.g et 2 Tf • T^ dans lesquelles: "Cji est la durée de relaxation d'énergie • (exprimée en secondes) des électrons dans le tube à décharge, et 20 ^D est la durée de diffusion (exprimée en secondes) des électrons dans le tube à décharge. 2. Dispositif selon la revendication 1, la lampe étant branchée dans un pont électrique, caractérisé en ce que chacune des branches du pont est munie d'un transistor, alors qu'un autre transistor est branché 25 en série avec le pont. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression du gaz rare (des gaz rares) est comprise entre environ 2 et 3 torr , alors que la lampe a un diamètre compris entre 35 bb et 40 mm.