Brevet FR2231107A1 — publié le 19741220

La présente invention concerne les lampes à décharge dans la vapeur de sodium à haute pression. Parmi les lampes à décharge de forte intensité la lampe à décharge à vapeur de sodium à haute pression est assez largement employee en raison de ses qualités et en particulier de sa haute efficacité lumineuse. Dans toute lampe a décharge l'enceinte à décharge est étanche et incluse dans une seconde enceinte générale également étanche. L'enceinte à décharge est faite d'un matériau réfractaire transparent généralement vitreux ce qui permet le scellement étanche des électrodes par travail à chaud du matériau amolli. Mais ce procédé de fabrication simple ntest applicable que dans les cas où l'atmosphère de décharge est compatible avec le matériau vitreux. Ce n'est pas le cas des lampes à décharge à haute pression à vapeur de sodium.A haute température le sodium a une forte activité chimique, en particulier il attaque la plupart des matières vitreuses : verres durs, quartz, etc.. Aussi pour la réalisation des enceintes de décharge des lampes dans la vapeur de sodium à haute pression on a généralement recours à des tubes d'alumine. Mais l'lamine ne se travaille pas à la température de ramollissement comme le verre ou le quartz. Le scellement des électrodes ainsi que la fermeture du tube d'alumine nécessitent des soudures par intermédiaires métalliques. Ainsi il entre dans la fabrication de lampe au sodium une pluralité de mentaux : Niobium, Molybdène, Tantale, Vanadium, etc... qui ont en commun la propriété d'hêtre hautement réfractaires. La complexité technologique due à l'inclusion de ces divers matériaux est responsable du fait que l'on n'ait pas encore songé à incorporer à ce type de lampes un dispositif supplémentaire destiné à l'allumage. Jusqu'a présent l'allumage est dû à un dispositif extérieur à la lampe elle-nrême. I1 s'agit généralement d'un starter thermique, d'un allumeur électronique ou analogue. L'adjonction de ces appareillages extérieurs offre le double inconvénient d'augmenter le prix de revient de l'installation et de créer des parasites susceptibles de gêner la réception des émissions de radiotransmission en télévision.Le potentiel disruptif de l'atmosphère de l'enceinte de décharge est en effet bien plus élevé à froid qu'en régime entretenu. Aussi pour stimuler l'amorçage d'une lampe à décharge, ultérieurement entretenue sous une alimentation en tension de 220 v fournie par le secteur, il faut fournir initialement des impulsions haute tension de plusieurs milliers de volts. Pour résoudre les difficultés de l'allumage en évitant les inconvénients d'un dispositif d'allumage extérieur, la présente invention a pour objet de prévoir une lampe à décharge à vapeur de sodium à haute pression qui comporte un dispositif interne capable d'assurer l'allumage autonome de la lampe à partir d'une alimentation sur le secteur industriel à travers un simple ballast selfique ou capacitif sans faire appel à un dispositif de starter extérieur à la lampe. Le ballast a pour seul rôle la stabilisation de l'alimentation en fonctionnement de régime entretenu. Pour réaliser cet objectif dans une lampe à décharge à vapeur de sodium à l'intérieur de laquelle l'ecartesent entre deux électrodes de decharge, dites électrodes principales, disposées en regard l'une de l'autre délimite espace de décharge effectif en régime entretenu, selon l'invention on dispose une portion d'électrode dite "portion auxiliaire" de façon à délimiter par coopération avec au moins l'une desdites électrodes principales un espace de dimensions nettement inférieures à l'espace de décharge du régime entretenu, ledit espace réduit étant apte à être utilisé comme espace de décharge initial dans l'étape d'amorçage de l'allumage de la lampe, cet allumage étant ensuite compléte lorsque l'échauffement est devenu suffisant pour étendre la décharge à la totalité de l'espace de décharge prévu pour le fonctionnement en régime entretenu. L'invention est encore caractérisée en ce que les extrémités libres des électrodes principales et auxiliaires sont incluses dans une première enceinte étanche, elle-même incluse dans l'enceinte générale de la lampe. Selon une autre caractéristique de l'invention la première enceinte dite enceinte de décharge est faite d'un matériau isolant réfractaire, telle l'alumine, les électrodes sont faites d'un matériau conducteur réfractaire, tel le tungstène. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 3a représente un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 3b représente un schéma équivalent à la réalisation représentée par la figure 3a. La figure 4 représente un quatrième mode de réalisation de l'invention. Comme on la distingue sur la figure 1 la construction de la lampe 1 comporte tous les éléments classiques contenus dans une lampe à décharge à vapeur de sodium à haute pression de type courant, savoir : deux électrodes principales de décharge 2 et 3 dont l'écartement est D distance entre les extrémités 5 de l'électrode 3 et 6 de ltélectrode 2 ; ces électrodes sont reliées par les embouts conducteurs 8 et 8' aux amenées de courant 9, 10, 11 constituées par des tiges conductrices. Ces électrodes sont incluses dans un tube isolant 13 lequel est fait d'un matériau isolant réfractaire comme l'alumine et constitue l'enceinte de décharge'. Cette enceinte de décharge 13 est elle-meme incluse dans l'enceinte générale 14 qui est réalisée en verre.Le tube d'alumine 13 est muni aux deux extrémités d'embouts scellés par des scellements, tel le scellement 15. Chacun de ces scellements entre l'alumine et un embout conducteur généralement fait en niobium, est réalisé à l'aide d'intermédiaires métalliques, telle la séquence : alumine-titane -vanadium-niobium. La liaison électrique entre l'arrivée de courant et les électrodes se fait au travers du culot 16 via le pied scellé en verre 17 sur les amenées 9 et 10 et au travers des scellements d'extremitCtel 15, jusqu'aux électrodes 3 et 2.Selon l'invention une portion auxiliaire d'électrode rectiligne h est reliée a l'electrode 3 de manière à ce que son extrémité 7 ménage avec I'extrémité 6 de l'autre électrode principale un espace d inférieur à l'espacement D. Au point de vue de sa construction la lampe est fabriquée selon le mode habituel. Le tube d'alumine 13 muni de ses embouts 8 et 8' grâce aux scellements (tel 15) déjà décrites, est pompé puis rempli avec du mercure, du sodium, et un gaz d'amorçage qui peut etre de l'argon, du xénon, un mélange de gaz neutres ou autre. La pression de ce gaz, ou mélange gazeux, est appropriée pour faciliter l'amorçage. Le tube 13, dlt brûleur, est fermé par scellement des embouts 8, 8'. On le monte ensuite dans un ballon 14 dans lequel on fait le vide. Ce vide est d'autant plus poussé que l'Qn désire obtenir un rendement énergétique éleve. En fonctionnement, on alimente la lampe sur le secteur au travers d'un simple ballast selfique ou capacitif. Grâce à la disposition de la portion auxiliaire d'électrode, l'alimentation suffit à amorcer la décharge sur l'espace réduit, entre les extrémités 6 et 7 proches l'une de l'autre. Il s'établit un arc qui ménage une première étape de fonctionnement. Quand le tube est échauffé et l'atmosphère de déeharge~suffisamment ionisée, l'arc s'allonge et s'établit en régime entretenu entre les extrémités éloignées 5 et 6. sur l'espace D. le régime de fonctionnement normal est établi. La figure 2 représente une variante de realisation de l'invention. Dans cette réalisation la portion auxiliaire d'électrode rectiligne 4 de la figure 1 a été remplacee par une portion d'électrode auxiliaire 4' spiralée. Son rôle dans le fonctionnement de la lampe dont elle facilite l'allumage direct f- partir du courant du secteur est le meme que dans la réalisation précédemment décrite. Toutefois la présentation spiralée de la portion d'électrode auxiliaire est plus avantageuse car elle supporte mieux les vibrations. La figure 3 illustre une troisième forme de réalisation de l'invention dans laquelle la portion d'électrode auxiliaire spiralée 4" n'est reliée ni à l'une ni à l'autre des deux électrodes principales de décharge. Elle se trouve librement disposée de façon a ce que chacune de ses extrémités 7 et 7' se trouve respeftivement à une faible distance d, d' de l'une des extrémités 5 et 6 de chacune des électrodes principales 2 et 3. Pans cette realisation le maintien de la portion de l'electrcde,qui est spiralée avec un rayon supérieur à celui du tube 13 est obtenu par effet de résilience et de frottement contre les parois cylindriques du tube 13. Pour l'allumage de la lampe on soumet les bornes de la lampe à une tension de 220 volts au travers du ballast stabilisateur. Il s'établit immédiatement entre les extrémités 5 et 6 des électrodes principales et les extrémités 71 et 7 de ltélectrode auxiliaire 4" deux arcs partiels sur les distances réduites d' et d. Au bout de peu de temps (quelques secondes) le régime entretenu s'instaure, la décharge unique s'établissant entre les extrémités 5 et 6 des éiectrodes principales. Le fonctionnement-peut s'expliquer par analogie avec un circuit équivalent ainsi que l'illustre le schéma de la figure 3b. La disposition de l'électrode auxiliaire 4" équivaut à la mise en place d'un conducteur de résistance nulle court-circuitant la résistance élevée du gaz froid entre les points 7' et 7, cependant que la seule traversée de chacun des espaces réduits d' et d dans I'atmosphère gazeuse à froid présente une résistance partielle surmontée par la seule tension aux bornes des électrodes principales. La conduction une fois déclenchée dans les espaces réduits d' et d amorce le processus d'ionisation du gaz qui s'étend rapidement à l'ensemble de l'atmosphère de l'enceinte de décharge.Tout le gaz est rapidement ionisé,la conduction dans le milieu de décharge devient très élevée et le régime entretenu apparaît avec une décharge embrassant la distance D correspondant à l'espacement entre les électrodes principales. La figure 4 représente un autre mode de réalisation dans laquelle les électrodes auxiliaires comportant deux électrodes auxiliaires 41 et 4 . Les i 2 extrémités T et 7' de ces électrodes auxiliaires aménagent, comme dans la réalisation précédente, avec les extrémités 5 et 6 des électrodes principales deux espaces réduits d et d'. Cette disposition ménage un amorçage aisé dont le fonctionnement s'établit de la même façon que dans l'exemple précédent par une première étape de fonctionnement mettant en jeu deux décharges sur les espaces réduits d et d' jusqu'a ce que les conditions de la décharge totale sur la distance D soient réalisées. On peut imaginer bien d'autres arrangements d'électrode auxiliaire unique ou multiple qui conviennent en assurant une réduction notable des difficultés d'allumage. De toutes manières, l'avantage appréciable de la disposition selon l'invention consiste dans la possibilité qu'il autorise de supprimer le starter jusqu'à présent indispensable à l'allumage des lampes à sodium à haute pression. Un tel avantage rejaillit favorablement sur les prix de revient, facilité de construction, diminution des dimensions d'encombrement, réduction des dépenses d'entre tien des installations qui utilisent les lampes à décharge à haute pression dans la vapeur de sodium. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement a titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. PEVENDICATIONS 1. Lampe a décharge a vapeur de sodium haute pression à l'intérieur de laquelle ltécartement entre deux électrodes principales disposées en regard l'une de l'autre délimite l'espace de décharge du régime entretenu caractérisée en ce qu'une portion d'électrode dite "auxiliaire" est disposée de façon à délimiter par coopération avec au moins l'une desdites électrodes principales un espace in'trieur à l'espace de décharge du régime entretenu. 2. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités de décharge des électrodes principales et auxiliaires sont incluses dans une première enceinte étanche faite d'un matérisu réfractaire. 3. Lampe à décharge selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première enceinte dite enceinte de décharge, est faite d'un matériau réfractaire telle l'alumine polycristalline. 4. Lampe à décharge selon la revendication I et la revendication 3, caractérisée en ce que ltélectrode auxiliaire n'est reliée à aucune électrode principale.