Brevet FR2490007A1 — publié le 19820312

"Lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression" L'invention concerne une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression comportant une encein- te à décharge étanche au vide, qui est disposée autour d'un ballast de stabilisation électrique nécessaire pour le fonctionnement de la lampe et dans laquelle sont dispo- sées des électrodes entre lesquelles se produit une déchar- ge lors du fonctionnement de la lampe, enceinte à décharge qui est remplie de mercure et d'un gaz rare et qui est façonnée et dimensionnée de façon que le trajet de la dé- charge soit courbé en au moins un endroit. Une telle lam- pe est connue du brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.899. 712. Ce brevet décrit des lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression cylindriques compac- tes qui peuvent être utilisées dans les appareils d'éclai- rage comportant des douilles destinés à l'éclairage géné- ral. Dans les susdites lampes, le ballast de stabilisation central est entouré de l'enceinte à décharge, qui est cons- tituée par deux cylindres en verre plus ou moins coniques s'appliquant l'un contre l'autre, alors que dans au moins l'une des parois cylindriques est ménagée une rainure héli- coldale pour le trajet de la décharge. Un ballast de stabilisation central permet de réduire les dimensions de la lampe au minimum et d'attein- dre que la forme de la lampe ressemble à la forme d'une lampe à incandescence. Dans la lampe connue, le ballast de stabilisation (qui est constitué par exemple par plu- sieurs spires de fil de cuivre isolé appliquées autour d'un noyau de lamelles en fer) est entouré de la paroi de l'enceinte à décharge cylindrique de façon qu'une assez petite ouverture ne soit présente qu'à la partie supérieure de la lampe. Par suite de la ventilation relativement faible, la température du ballast augmente facilement jus- qu'à une valeur inadmissiblement élevée pendant le fonc- tionnement de la lampe. Une température de fonctionnement trop élevée du ballast aboutit à l'attaque de l'isolation du fil de cuivre et à une réduction du rendement du ballast. De plus, par suite du rayonnement thermique du ballast, la température se produisant dans l'enceinte à décharge pendant le fonctionnement de la lampe atteint une valeur si élevée que la pression-de vapeur de mercure optimale pour un rendement de conversion aussi favorable que possi- ble de la puissance électrique amenée à la lampe en rayon- nement ultra-violet est dépassée. De ce fait, le rendement lumineux et le rendement de la lampe baissent. L'invention vise à fournir une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression comportant une enceinte à décharge entourant le ballast, le tout de façon à éviter les effets négatifs provoqués par le développement de la chaleur dans le ballast. Conformément à l'invention, une lampe à déchar- ge dans la vapeur de mercure à basse pression du genre mentionné dans le préambule est caractérisée en ce qu'un corps à paroi mince en matériau convenablement conducteur de la chaleur est prévu entre l'enceinte à décharge et le ballast et repose contre une partie aussi grande que possible de la surface extérieure du ballast, corps qui est muni d'un collet qui s'étend jusqu'à la paroi de la lampe située à l'opposé du ballast et qui sert à évacuer la chaleur développée par le ballast vers l'ambiance exté- rieure à la lampe. Lors du fonctionnement de la lampe conforme à l'invention, la température se produisant dans l'encein- te à décharge et dans le ballast reste à une valeur telle que le rendement de la lampe (y compris le ballast) est aussi favorable que possible. La durée de vie de la lampe n'est pas affectée par suite d'une mise au rebut prématurée provoquée par une température de fonctionnement trop élevée du ballast (qui est relié de façon non amovible à l'encein- te à décharge dans une forme de réalisation pratique). Dans la lampe, on empêche que la pression de la vapeur de mercure se produisant dans l'enceinte à décharge n'at- teigne une valeur trop élevée par suite de la chaleur pro- venant du ballast. D'une façon générale, la lampe compor- te un ballast en forme de bloc constitué par un noyau en lamelles de fer présentant une bobine en fil de cuivre isolé. Le corps à paroi mince repose contre pratiquement tous les bords successifs des lamelles en fer. De ce fait, le flux thermique peut rapidement être évacué par le corps, ce qui importe notamment dans le cas de ballast (d'un emploi fréquent) o une couche isolante mince est prévue entre deux lamelles successives, de sorte que le flux thermique (en l'absence d'un corps froid voisin) serait fortement gêné dans la direction perpendiculaire à la surface des lamelles. Dans une lampe conforme à l'invention, chaque lamelle présente un contact thermique avec le corps de façon qu'une bonne évacuation de la chaleur se produise sur toute la surface du ballast. Des résultats sàtisfai- sants furent obtenus avec un corps à paroi mince reposant contre au moins environ 75% de toute la surface extérieure du ballast. Le collet nécessaire pour l'évacuation de la chaleur vers l'ambiance extérieure à la lampe est fixé, comme pièce séparée, par exemple par soudage par points ou à l'aide d'un ciment, à la partie du corps entourant le ballast. Dans une forme de réalisation déterminée, le collet constitue un ensemble avec le reste du corps. Dans cette forme de réalisation, le collet est par exemple constitué par une partie rabattue de la paroi d'un cylin- dre ou d'une douille formé par extrusion à partir d'une feuille d'aluminium et disposé autour de tout le ballast. De telles douilles sont facilement réalisables en grandes séries. L'aluminium est facilement déformable, le métal ne présente qu'un faible poids et constitue un bon conduc- teur de la chaleur. Dans une forme de réalisation prati- que, le collet est également réalisé comme partie de la paroi d'un culot contenant un starter par exemple. Le collet enserre la partie de l'enceinte à décharge située près du culot et s'étend jusqu'à la périphérie extérieure de l'enceinte à décharge (qui constitue simultanément la paroi extérieure de la lampe par exemple), de sorte que l'évacuation de la chaleur est aussi avantageuse que pos- sible, tant par rayonnement que par convection. Ledit collet peut ainsi être muni par exemple d'une surface rai- nurée ou d'autres moyens servant à augmenter le rayonnement, comme par exemple un vernis organique fixé sur la paroi extérieure du collet,qui vise simultanément à augmenter la protection contre tout contact de la lampe. On a consta- té -que dans les lampes présentant une forme selon DE-OS n0 2.9o4.864 o le ballast est entouré d'une enceinte à décharge en forme de coupole, il est possible d'obtenir une différence d'environ 20%C entre la température du bal- last (endroit le plus chaud) et la température de la paroi extérieure du collet. De plus, dans des lampes présentant une forme selon DE-OS n0 2. 942.846 o un ballast disposé de façon centrale est entouré d'une enceinte à décharge pliée en forme de crochet tubulaire et entourée, à son tour d'une ampoule extérieure, une différence de tempéra- ture comparable est obtenue à l'aide d'une douille compor- tant un collet, disposée autour de tout le ballast (douil- le qui enserre la paroi de l'ampoule extérieure). Dans une forme de réalisation d'une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression confor- me à l'invention, une couche mince (par exemple une feuille) en matériau électro-isolant est prévue entre la paroi du corps et la surface du ballast en vue d'augmenter la pro- tection contre tout contact de la lampe. Ainsi, il n'est. pas nécessaire de prendre des dispositions spéciales à ce sujet pour la paroi extérieure du collet. Dans une autre forme de réalisation d'une lampe conforme à l'invention, la partie de paroi du corps opposée à l'enceinte à décharge présente une couche réflectrice (par exemple en dioxyde de titane) en vue d'augmenter le rendement lumineux de la lampe. Dans une forme de réalisation spéciale d'une lampe conforme à l'invention, une partie de la paroi du corps repose localement contre un évidement réalisé dans la paroi de l'enceinte à décharge, évidement qui contient un amalgame (par exemple un amalgame constitué par du mer- cure de l'indium et du bismuth). On tire parti des bonnes propriétés conductrices de la chaleur du corps pour mainte- nir la paroi de l'évidement de l'enceinte à décharge à une température relativement basse. Lors du fonctionnement de la lampe, la pression de la vapeur de mercure se produi- sant dans l'enceinte à décharge est maintenue à ladite valeur constante (environ 6 x 10 3 torr) à l'aide de l'a- malgame se trouvant sur la paroi relativement froide de l'évidement-. Pour refroidir la paroi de l'évidement, le corps à paroi mince est muni par exemple d'une bande ou d'une feuille métalliques enserrant l'évidement. De plus, il est possible d'appliquer à cet effet une pâte ou un ciment conducteur de la chaleur durci entre la paroi du corps et l'évidement. Dans une forme de réalisation prati- que, une pelote ou bouchon de feuille d'aluminium se trouve entre le corps et l'évidement. Les lampes conformes à l'invention servent d'al- ternative aux lampes à incandescence, notamment aux en- droits et dans les appareils d'éclairage o les températures risque d'atteindre des valeurs assez élevées par suite d'une trop faible ventilation. Le rendement des lampes conformes à l'invention est non seulement avantageux, com- parativement à celui des lampes à incandescence, mais peut également être comparé avec celui d'autres lampes à déchar- ges compactes. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limi- tatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - la figure 1 représente une vue d'une lampe conforme à l'invention, - la figure 2 montre une coupe longitudinale d'une lampe selon la figure 1, et - la figure 3 une coupe transversale suivant le plan III-III d'une lampe selon la figure 1. --- La lampe selon la figure 1 comporte une encein- te à décharge présentant une extrémité fermée sphérique et située autour du ballast électrique nécessaire pour le fonctionnement de la lampe dont seule la paroi extérieu- re est représentée sur la figure 1. Cette paroi extérieu- re fait simultanément office de paroi extérieure de la lampe. De plus, la lampe comporte une paroi, également cylindrique, 2 qui présente une extrémité sphérique (voir les figures 2 et 3). L'enceinte à décharge est enfermée par les parois 1 et 2. Lesdites parois 1 et 2 sont reliées entre elles d'une façon étanche au gaz près de leurs bords 3 (par exemple à l'aide d'un verre de soudure). Dans la paroi 2 se trouve une rainure 4 qui est courbée à plusieurs endroits de façon que le trajet de la décharge soit plié entre les électrodes 5 et 6 (voir également la figuie 3). Sur la figure 1, l'électrode 6 n'est pas visible. Le tra- jet de la décharge est délimité par la paroi de la rainure 4 dans la paroi 2 et les parties de la paroi 1 opposées à la rainure 4. (Le trajet- de la décharge est représenté comme une bande sombre sur la figure 1). Dans une forme de réalisation pratique, seules les parties de paroi oppo- sées au trajet à décharge sont recouvertes d'une couche luminescente (représentée sur la figure 3 comme une ligne épaisse 7a), alors que les parties de la paroi 2 compri- ses entre les parties de rainure 4 (comme la partie 7b, ainsi que les parties de paroi opposées 7c de la paroi 1, qui sont espacées d'une très petite distance et définis- sent une fente) sont exemptes de matériau luminescent (une telle lampe est décrite dans le DE-OS nO 2.904.864). L'en- ceinte à décharge contient en outre du mercure et un gaz rare. La lampe comporte un culot 8 muni d'une douille 9, de sorte qu'elle peut %tre utilisée dans les supports de lampes à incandescence (le culot contient un starter par exemple). Le ballast de stabilisation électrique 10 (voir la figure 2) est constitué par plusieurs spires de fil de cuivre isolé 11 appliquées autour d'un noyau de lamelles en fer en forme de bloc 12. Le ballast est com- piètement entouré par la paroi de l'enceinte à décharge et par la paroi du culot. Entre la paroi 2 et le ballast 10 se trouve une partie à paroi mince tubulaire du corps 13 en matériau convenablement conducteur de la chaleur, comme de l'alumi- nium, qui s'applique contre une partie aussi grande que possible de la surface extérieure du ballast. Dans cette forme de réalisation, le corps repose contre environ 85% de la surface extérieure du ballast constituée par les bords des lamelles (à titre d'exemple trois lamelles sont désignées par 12a, 12b et 12c). Le corps est muni d'un collet 14 (également en aluminium), qui est fixé à la paroi du corps 13 et qui s'étend jusqu'à la paroi de l'enceinte à décharge située à l'opposé du ballast. Ainsi, la cha- leur développée dans le ballast pendant le fonctionnement de la lampe est évacuée vers l'ambiance extérieure à la lampe. En réalité, le corps sert d'organe de refroidisse- ment. De plus, le collet est muni d'un bord relevé 15 à l'aide duquel le corps est fixé à l'enceinte de déchar- ge. Le culot 8 est également fixé au collet. Entre la paroi du corps 13 et la paroi extérieure du noyau en fer 12 est présente une feuille en matière synthétique électro- isolante 16 (représentée en pointillés sur le dessin) d'une épaisseur d'environ 0,2 mm, en vue d'assurer la protection contre tout contact de la lampe. La feuille n'empêche guère une bonne évacuation de la chaleur du fait qu'une grande partie du corps repose contre le ballast. Le maté- riau de la feuille est choisi de façon que le gradient de température se produisant entre la paroi du ballast et le corps, mesuré sur un trajet perpendiculaire à la surface de la feuille soit petit. La paroi extérieure du corps en aluminium est recouverte d'une couche réflectrice en dioxyde de titane 18 en vue d'augmenter le rendement lumineux de la lampe. Dans une forme de réalisation, la paroi du corps 13, à la hauteur du trajet de la décharge, est munie d'une cou- che conductrice spéciale facilitant l'amorçage de la lampe. Une partie de la paroi du collet 14 s'étend jusque près d'un évidement 19 dans la paroi de l'enceinte à décharge, évidement:qui contient un amalgame 20 suscep- tiblec: maintenir la pression de la vapeur de mercure se produisant dans l'enceinte à décharge à une valeur cons- tante. En réalité, cet évidement constitue une partie d'un queusot utilisé, pendant la réalisation de la lampe, pour le "pompage" de l'enceinte à décharge. La paroi de l'évidement 19 est maintenue à une température favorable pour l'obtention d'une pression de vapeur de mercure opti- male par la paroi du collet 14 à l'aide d'un bouchon 21, constitué par une feuille d'aluminium, qui est coincé entre la paroi de l'évidement et la paroi du corps. Un tel bou- chon offre l'avantage d'enfermer convenablement la paroi de l'évidement et d'assurer une bonne conduction thermi- que. L'amalgame 20 est constitué par exemple par un allia- ge d'indium et de bismuth. Dans une forme de réalisation pratique d'une lampe conforme à l'invention, la longueur de toute la lampe (y comprise le culot) est d'environ 10 cm. Le diamètre extérieur de l'enveloppe de la lampe est d'environ 6 cm. Par suite de la courbure de la rainure présentant le trajet de la décharge à un assez grand nombre d'endroits (par exemple à trois endroits, situés près du culot), la longueur totale du trajet à décharge est d'en- viron 40 cm. Les dimensions du ballast sont de 34,0 x 34,0 x 50 mm. Les dimensions de la partie en forme de douille du corps de refroidissement 13 étaient de 34,5 x 34,5 x 65 mm. L'épaisseur de la paroi est d'environ 1 mm (aluminium). Dans les conditions de fonctionnement de la lampe selon DE-OS n0 2.904.864 (puissance amenée à la lampe, y compris le ballast, 20 W), la dissipation de l'é- nergie dans le ballast est d'environ 6,5 W, la différence en température T se produisant entre l'endroit le plus chaud dans le ballast (à l'endroit de la bobine) et la paroi extérieure du collet est d'environ 201C. Entre la paroi de la partie en forme de douille et le ballast se trouve une feuille en matière synthétique d'une épaisseur dtenviron 0,2 mm, en vue d'augmenter la protection contre tout contact de la lampe. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression comportant une enceinte à décharge étan- che au vide, qui est disposée autour d'un ballast de stabi- lisation électrique (10) nécessaire pour le fonctionnement de la, lampe et dans laquelle sont disposées des électrodes (5, 6) entre lesquelles se produit une décharge, lors du fonctionnement de la lampe, enceinte à décharge qui est remplie de mercure et d'un gaz rare et qui est façonnée et dimensionnée de façon que le trajet de la décharge soit courbé en au moins un endroit, caractérisée en ce qu'un corps à paroi mince (12) en matériau convenablement conduc- teur de chaleur est présent entre l'enceinte à décharge et le ballast (10) et repose contre une partie aussi gran- de que possible de la surface extérieure du ballast, corps qui est muni d'un collet (14) qui s'étend jusqu'à la paroi (1) de la lampe située à l'opposé du ballast et qui sert à évacuer la chaleur développée par le ballast (10) vers l'ambiance extérieure à la lampe. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (13) est en aluminium. 3. Lampe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps (13) est constitué par une douille disposée autour du ballast. 4. Lampe selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'une couche électro-isolante (16) est appliquée entre la paroi du corps et le ballast. 5. Lampe selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la partie de paroi du corps opposée à l'enceinte à décharge est munie d'une cou- che réflectrice (18). 6. Lampe selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce qu'une partie de la paroi du corps (13) repose localement contre un évidement (19) dans la paroi de l'enceinte à décharge, évidement qui con- tient un amalgame (20). 7. Lampe selon la revendication 6, caractérisée en ce que la partie de paroi du corps est un bouchon (21) constitué par une.feuille d'aluminium qui est fixée à une partie du collet (14) opposée à l'enceinte à décharge.