Brevet FR2478875A1 — publié le 19810925

LAMPE A DECHARGE EN ARC DE FAIBLE PUISSANCE ET A HALOGENURE DE METAL L'inventionr concerne les lampes à décharge en arc à halogânure de métal à pression e!levêe. Ces lampes comportent g&néralement un tube à arc dont l'envel-oppe, telle qu'en quartz vitrifië, est emplie d'un mélange de mercure, d'ha.cognure de métal et deun gaz d'amorçage. Selon le brevet am6ricain 3 761 758 ainsi que dans les autres brevets cites ci-après5 de telles lampes comportent un tube à arc à double culot. Le bre-jet am6ricain 4 161 672 d6crit une lampe de ce type et plus prëcisement de faibla puissance. iLa présente inventioen concerne uns lampe comportant un tube à arc 3 cul3t uniine, ceest à dir un tube à arc dans lequel les deux électrodes sont encastréess dans le pincement situé à l'une. des extrémités du tube. De tels tubes sont moins fragiles que ceux à double culot. Leur fabrication autuomatisse et à cadence élevée est plus appropriée au matériel dàcrit dans lo brevet amâricain 4 161 672. Dans le but d8obLenir une durée de vie relativement longue, c'est à dira de plusieurs milliers dthauZss, il est nécessaire de déter- miner le rFpomOt de la plus cou2ts distance entre lextrémité de 1' lectrode et la pareoi interne la plus proche du tube à arc, sur la distanoe entre lee Eicctmodss. Dans ce but, et pour que son rendement luminesux soit acceptable pendant toute sa période deuti- lisation, cs -apport daoit tre supérieur à 0,4. On trouve acGuelement dans l.e commerce des lampes de projecteur à culot uniouc-, mais leur pu.ssanGe. est comprise entre 400 est 1000 watts. De telles lampes ont u:n driue de vie d'environ 1000 heures ou Ymoins et on% une chsge relabhv7 téle.v e, par exemple 50 watts par cm de!e sur"ace du tube. Le$s le23s c sel4on la présenta invenz- tion different de ces dernières non seuleman5 par lsur puissancea i0 mais éi.men% on da nombreux points; on oute2:Le r, apport prg cédermme.nt i.diqué est inférieur à 0 4 dans les lampas de projecteur. Ltinvention sera mieux comprise et dDautres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit à laquelle une planche de essins est annexée. dessins est annexes. La Figure 1 représente en coupe dans un plan parallèle-& son pincement, une lampe à décharge conforme à la présente invention, et La Figure 2 représente en coupe dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 1, cette m me lampe. Dans les lampes à décharge conventionnelles à pression élevée, les deux électrodes sont encastrées dans les pincements des deux extrémités du tube. La balance énergétique de telles lampes montre que les pertes moyennes de puissance sur chaque électrode sont déterminées par la formule PE= Irmsx A+K, formule dans laquelle PEest la perte de puissance sur chaque électrode, Iris est le courant rms de la lampe et VA+Kest la valeur moyenne de la chute de tension anode-plus-cathode en fonctionnement sous 50 ou 60 Hz. Le tableau suivant donne les valeurs typiques de VA+K pour diffé- rents types de lampes: mercure, pression élevée: 9,52 Sodium, pression élevée: 5,39 iodure de sodium-scandium: 11,50 indium, iodure de sodiumthalium: 10,59 iodure de dysprosium: 11,25 iodure d'étain: 10,36 Ainsi, pour une lampe classique de 400 watts à iodure de sodium- scandium, fonctionnant avec un courant rms de 3,3 ampères, la perte de puissance pour chaque électrode, calculée selon la formule indiquée cidessus, est égale à 19 watts. Ainsi près de 10% (38 w.) de la puissance d'entrée est perdue sur les électrodes. Cette énergie est dirigée vers les pincements du tube à arc o elle est dissipée sous forme thermique essentiellement, et, en plus faibie proportion, par conduction vers les supports. Lorsque l'on réduit la longueur du tube à arc, comme cela devrait 8tre fait à l'échelle pour les lampes de faible puissance, ces pertes aux extrémités ne diminuent pas proportionnellement à la puissance d'entrée. La raison en peut Stre très simplement expli- quée à l'aide de la formule précédente. Puisque VA+K est constant pour chaque type de lampe, PEne peut 9tre réduit qu'en diminuant le courant Ims. Pour des puissances de l'ordre de 30 à 60 watts, rm s la réduction appropriée du courant I environ dix fois, néces- rms' ev r d m s n site une augmentation de la pression de vapeur de mercure d'o résulte généralement une diminution plus importante du rendement lumineux dans le temps, une instabilité inopportune du plasma et, éventuellement, des difficultés de remplissage. L'utilisation d'un tube à arc à culot unique conformément à l'invention, permet de réduire les pertes aux extrémités tout en obviant aux inconvénients précités. En référence maintenant aux figures, le tube à arc 1 comporte un pincement 2 à l'une de ses extrémités. Les électrodes 3, fai- sant saillie à l'intérieur du tube, sont connectées à des traversées 4 de molybdène encastrées dans le pincement 2. Ces traversées 4 sont, à leur tour, connectées à des entrées de courant 5. Un queusot 6 est prévu à l'extrémité du tube opposée au pincement 2. La distance D est prévue en fonction de la distance W entre l'extrémité d'une électrode et la paroi interne du tube la plus proche. Selon l'invention, le rapport W/D doit être supérieur à 0,4. Lorsque ce rapport est inférieur à 0,4, la réaction des parois écourte la durée de vie de la lampe et affecte peu à peu son rendement lumineux. Selon un exemple de réalisation d'une lampe de 40 watts confor- mément à la présente invention, donné à titre noh limitatif, le tube à arc 1 est réalisé au moyen d'un tube en quartz vitrifié du type T3 d'une longueur de 20 mm, d'un diamètre extérieur de 9,4 mm et d'un diam9tre intérieur de 7,4 mm environ, avec un queusot scellé de 4 mm de diamètre extérieur. Les électrodes 3 sont constituées par un fil de tungstènethorium de 0,5 mm de diamètre, les traversées 4 par un ruban de molybdène de 2,25 mm de large et les entrées de courant 5 d'un fil de molybdène de 0,75 mm de diamètre. L'ensemble est introduit dans le tube qui est ensuite pincé au moyen d'une mâchoire de manière à réaliser le pincement 2. La mâchoire est courbée à l'une de ses extrémités de manière à donner au tube une forme ovoïde telle que représentée figure 1. En outre, pendant l'opération de pinçage, le gaz est introduit dans le tube de manière à obtenir le tube à arc 1 représente figures 1 et 2, c'est à dire avec une section de forme pratiquement ovoïde dans un plan parallèle au pincement 2 et sensiblement sphérique dans un plan perpendiculaire à ce dernier. Cette forme permet d'augmenter la durée de vie de la lampe. En outre, elle est prévue pour supprimer les fendillements éven- tuels entre les électrodes 3 et le pincement 2. Le gaz introduit dans le tube comprend un mélange de 9,1 mg de mercure, 0, 65 mg d'iodure de mercure, l,Omg d'iodure de sodium, 0,2 mg dé scandium, et de l'argon à la pression de 200 Torr. La longueur de l'arc, égale à D, est égale à 3,1 mm, et la distance W entre l'extrémité de l'électrode 3 et la paroi interne la plus proche est égale à 1,4 mm. Le rapport W/D est donc égal à 0,45. La lampe présente alors une charge de 11 watts par cm environ, de la paroi interne du tube. A l'instant initial, le flux lumineux était de 3010 lumens, sous 53 volts 0,873 ampères. Après 100 heures de fonctionnement, le flux lumineux était égal à 2440 lumens, sous 64 volts 0,766 ampères. On a testé des lampes conformes à la présente invention pendant plusieurs milliers d'heures. Après 5800 heures de fonctionnement, le rendement lumineux était encore égal à,80% de celui mesuré après 100 heures. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit à titre non limitatif, il est évident que toute modifica- tion apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention. 2478875 R E V E N D 1 C A T I ID N S REVE1NDtCATION5 1- Lampe à déchEerge en ar à halognuare de w6tal, faible puis3ance, caract s en ce quc lle compozt un tube à are (1) ayant un pincemnst {2) a 1iua d ses m.xtrmèitéS' empli d'un mlange de mercure, d'halogenure et d'un goaz dea oxçage deux 6lectxodes principales (3) 6tantl encastress dans le dit pincement {2) et faisant saillie e lVinterieur du dit tube (1), le rapport de la plus cou2t% distance (W>f) entre llxtrmité interne de! isctxode t la p; oi interne du tuba la pluts proche sur la distance {D) nitre leas exfmmt: s inO ternes des électrodes, 6tant supériesur 1l & c " 2- Lampe saloIn la reveandica'tion 1 caracté'isée en ce qu un queusot (6) est plcvu à leex -5rmite du tube opposées au pincement (2). 3- Lampe à decha3rge en axc ' halogênure de m&talt faible puissace, caractérises en ce qu'alle comporte un tube aERc (1) ayant un pincement (2) à l'une de ses extr6nit9s, Empli d9un m6lange de mercure: dehaluégnure et dtun gaz deamorgage, deux Électrodes prmricîpa!es (3) étant sncastzres dans le dit pincement (2) st faisant saillie à iint%é5ieur du dit tube (1) la section du dit lube r air ayant une fO- eerr pretiquemient ovoide dans un plan paralile eau dit pincement (2) et sensiblement sphgxiquo dans l1 plan perpendio[tlaixe à ce dernioe. 4- Laripe salon la revendication 3 caxactérisée en ce que le rapport ds la dietanc e (W) la plus courts3 entre ?80xtrémit-> interne deune 6lectroda et la paroi interne la plus proche du tube, sur la 25.distance (t) entre les ext emiss internes des electrodes est suprieu i,4 - Lampe selen la aRevendication 3 caractiriste en ce qu'un queusot 6) eiSt p àvu d 13extxënmité du tube {J} pposée au di-t pinceman%.