Brevet FR2498013A1 — publié le 19820716

La présente invention concerne une source lumineuse électrique quicomporte d'une ampoule sensiblement symétrique à son axe, transmettant la lumièreetfermée de façon étanche au vide par une monture, un moyen émetteur de lumière sous l'action d'uncourant électrique logé dans l'ampoule, et un culot raccordable mécaniquement ou électriquement àune douil- le extérieure,réuni à ladite ampoule, et placé en connexion électrique avec ledit moyen émetteur de lumière par l'inter- médiaire de la monture. On propose selon l'invention un agen- cement d'un type nouveau des sources lumineuses qui demeurent toutefois identiques ou très analogues dans leur construc- tion, aux lampes à incandescence classiques connues par la conformation identique de l'ampoule, du culot et de la monture. Comme on le sait, les sources lumineuses classiques présentent comme moyen émetteur de lumière, un filament à in- candescence qui est raccordé mécaniquement et électriquement à la monture et qui émet de la lumière sous l'action du cou- rant électrique. Le rendement lumineux de ces lampes à in- candescence est en fait très bas, mais toutefois en raison de la couleur de leur lumière etdeleur rendu des couleurs agréables auxquels les utilisateurs se sont déjà habitués et de leur diffusion historique générale auprès du public, ces lampes sont de nos jours largement répandues à grande échelle parmi les sources lumineuses du commerce, en particulier pour les éclairages d'intérieurs. Comme nouvelles sources lumineuses, on connait main- tenant les lampes à vapeur de sodium à haute pression dont le moyen émetteur de lumière consiste enuneenceinte de décharge munie d'un remplissage par un gaz rare et des additifs métal- liques, en particulier un remplissage constitué de sodium, cadmium et/ou mercure, la pression interne régnant en service dans ladite enceinte s'élevant autour de 105 Pa, tandis que l'enveloppe de cette enceinte de décharge est réalisée en oxyde d'aluminium. Ces lampes sont utlisées à une échelle toujours plus grande en particulier pour des applications d'éclairage extérieur, c'est-à-dire pour l'éclairage de rues et de places. Le grand avantage de ces lampes est leur facteur d'utilisation, c'est- à-dire leur rendement lumineux, très favorable, qui devrait justifier que, compte tenu des prix toujours croissants de l'énergie, on ait recours pour obtenir l'éclairage désiré à l'utilisation plus vaste de telles sources lumineuses respectives à faible consommation d'énergie. Leur inconvé- nient est toutefois le rendu des couleurs insuffisamment sa- tisfaisant. La couleur de la lumière des lampes à vapeur de sodium à haute pression est le blanc-jaune, ce qui correspond aux exigences imposées à l'éclairage des rues, mais qui ne satisfait toutefois pas celles qui sont imposées à l'éclairage des locaux d'habitation intérieurs. Pour de telles applications, une lampe devrait correspondre à un rendu des couleurs suffisant, en particulier dans le cas o elles seraient destinées à être utilisées, pour des raisons d'économie d'énergie, pour remplacer les lampes à incan- descence classiques, donc au rendu des couleurs irréprochable auxquelles le public s'est maintenant déjà habitué. Un autre problème réside dans le fait que l'enceinte de décharge des lampes à vapeur de sodium à haute pression jusqu'à présent connues, est trop longue. Le tube relativement mince et long, réalisé en céramique à base d'oxyde d'aluminium ou en saphir, est hermétiquement fermé aux deux extrémités par des éléments d'étanchéification. Aux extrémités desdits tubes sont res- pectivement disposés des électrodes qui sont connectés par l'intermédiaire des éléments de fermeture à travers une étan- chéification hermétique, à des amenées de courant, que l'on peut introduire dans l'espace intérieur de l'enceinte de dé- charge. Dans le cas d'une lampe à vapeur de sodium à haute pression de 70 W, connue en soi, la longueur du tube s'élève à 58 mm et son diamètre intérieurà3,5 mm, c'est-à-dire que la proportion du diamètre intérieur à la longueur est de 16,5. On peut aisément comprendre que des sources lumineuses ayant une telle géométrie et en particulier une telle longueur, ne sont pas adaptables aux lampes à incandescence courantes en raison de leurs dimensions extérieures, en raison des consti- tuants utilisés et également en raison de la construction. La possibilité d'adaptation est particulièrementdifficile, entre autres du fait des autres caractéristiques de l'enceinte de décharge mince et longue connue en soi et du fait des carac- téristiques de service et d'ordre physique différentes. Ces difficultés passent alors à l'avant plan lorsqu'on utilise les enceintes de décharge connues en soi, dans les lampes à vapeur de sodium à haute pression, pour des éclairages d'in- térieurs, ou lorsqu'on désire les utiliser pour satisfaire des prescriptions générales d'éclairage. Dans ce cas, on fait fonctionner ces lampes avec une certaine surcharge de l'en- ceinte de décharge afin d'obtenir un rendu des couleurs plus favorable, ou on dimensionne les enceintes de décharge pour qu'elles supportent une pression plus élevée par comparaison avec la pression de service courante. La pression interne des lampes à vapeur de sodium à haute pression se trouve élevée à une valeur plus grande afin de blanchir la couleur jaune. L'élévation de pression occa- sionne toutefois des difficultés pour le réamorçage. (Lors de l'alimentation en courant alternatif à la fin de la demi- période, la décharge cesse toujours, et au début de la demi- période suivante, la décharge doit de nouveau être rétablie). La pression élevée occasionne une difficulté dans le réamor- çage, qui se trouve encore rendu plus difficile par le fait que le gaz ionisé par suite de la décharge conduirait à la formation d'une recombinaison, c'est-à-dire à une neutra- lisation sous l'action de l'effet de paroi. Pour éviter ces inconvénients, on a proposé d'augmenter le diamètre, ce qui a pour conséquence que la lumière excitée dans le gaz se trouve absorbée dans une mesure plus élevée, et que les pro- blèmes (fabrication, étanchéification hermétique) liés à l'enveloppe de l'enceinte de décharge, se posent avec encore plus d'acuité. La surcharge de l'enceinte de déchar- ge provoque l'accroissement de la température de service, ce qui à pour effet de diminuer encore la sureté de l'étanché- ification de l'enceinte de décharge pour la pression donnée. Le but de l'invention est de réaliser une source lumi- neuse électrique susceptible de remplacer des lampes à incan- descence classiques générales et d'offrir la possibilité d'un tel remplacement, de façon que ladite source soit de confor- mation simplepermette des économies d'énergie, c'est-à-dire possède un rendement lumineux élevé, et soit équivalente en ce qui concerne le rendu des couleurs et des autres para- mètres optiques, aux lampes à incandescence classiques, et que cette source puisse être fabriquée dans la plupart des cas, par la technique de fabrication des lampes à incandescence et aux moyens des équipements propres à cette technique. La caractéristique fondamentale de l'invention est fondée sur la constatation inattendue que dans le cas o l'on donne une valeur nettement plus courte à la longueur du tube de l'enceinte de décharge en tenant compte du diamètre de ladite enceinte et o l'on choisit en même temps une enceinte de décharge ayant un diamètre intérieur relativement petit, on peut alors constituer une source lumineuse électrique qui peut non seulement produire la lumière correspondante malgré une pression élevée et une surcharge nécessaire de l'enceinte de décharge (car en raison de la faible distance entre le plasma de la décharge et la paroi du tube, l'absorption de la lumière excitée est minimale), mais on peut aussi produire plus facilement l'enceinte de décharge réalisée conformément à l'invention, par comparaison avec les constructions connues en soi, en obtenant toutefois une sureté de fonctionnement nettement plus élevée. On a constaté que la longueur des tu- bes doit être au maximum 9 fois aussi grandes que ledit dia- mètre intérieur pour obtenir les effets favorables désirés. L'invention concerne par suite une source lumineuse électrique, qui comporte une ampoule de forme sensiblement symétrique par rapport à l'axe de la source, réalisé en un matériau transmettant la lumière et fermée de façon étanche au vide par une monture, un moyen émettant de la lumière sous l'action du courant électrique et disposé à l'intérieur de ladite ampoule, ainsi qu'un culot raccordable mécaniquement et électriquement à une douille extérieure,réuni à l'ampoule, et placé en connexion électrique avec ledit moyen émetteur de lumière à travers ladite monture. Conformément à l'invention, sur la monture sont disposés des supports conducteurs de l'électricité, de type métallique, aux extrémités desquels est connectée électriquement et mécaniquement, comme moyen émetteur de lumière, une enceinte de décharge de forme sensi- blement tubulaire, contenant un gaz rare et une substance de remplissage, en particulier du sodium, du cadmium et/ou du mercure. La source lumineuse de l'invention peut être aisément fabriquée etasselée automatiquement sur les machines classiques utilisées pour la production de lampes. La source lumineuse de l'invention utilise essentiellement des composants de nature analogue à ceux équipant les lampes à incandescence, à l'exception du filament à incandescence, à la place duquel on a recours à une enceinte de décharge de dimensions correspondantes. En ce qui concerne la fabrication, il est d'une impor- tance particulièrement grande que la longueur de l'enceinte de décharge de la source lumineuse puisse être choisie infé- rieure à la plus grande dimension entre le culot et l'encein- te de décharge dans la direction perpendiculaire à l'axe de symétrie de la lampe. Dans la source lumineuse de l'invention, le plus grand diamètre intérieur du tube de l'enceinte de décharge, réa- lisé en céramique à base d'oxyde d'aluminium ou en saphir, est avantageusement égal au maximum à 5,5 mm. De cette façon, on peut réaliser des sources lumineuses électriques ayant un wattage égal au maximum a 100 W, dans lesquelles le diamètre le plus grand de l'ampoule s'élève à 70 mm. Un autre avantage réside dans le fait qu' avec de telles dimensions géométri- ques, on peut produire les tubes de l'enceinte de décharge sous de très faibles tolérances géométriques, ce qui est éga- lement très favorable du point de vue de la fermeture hermé- tique. Par suite de la sécurité de la fermeture favorable mentionnée cidessus, on confère à la source lumineuse, de façon sûre, une plus grande fiabilité de fonctionnement et durée de vie sous une pression de service et une surcharge élevées. Dans l'enceinte de décharge de la source lumineuse de l'invention, la distance entre les pointes d'électrodes et les extrémités de l'enceinte de décharge s'élève à 5...10 mm en fonction des puissances respectives. De cette façon, on peut établir d'après le rapport entre la longueur et le dia- mètre du tube, une certaine relation, ou encore on peut dé- terminer une relation entre la longueur de l'arc engendré entre les pointes des électrodes et le diamètre intérieur du tube. Les sources lumineuses électriques de l'invention peuvent être toujours agencées, conformément aux domaines d'applications désirés, d'une manière analogue aux lampes d'éclairage à incandescence classiques, dont l'efficacité est atteinte par les sources lumineuses de l'invention. On peut ainsi réaliser des sources lumineuses avec des ampoules dépo- lies teintées, éventuellement munies d'un revêtement trans- mettant sélectivement le spectre des rayonnements, et en par- ticulier réflecteur de la lumière et/ ou de la chaleur. Pour le fonctionnement des lampes à décharge dans les gaz, il est nécessaire, comme on le sait, de recourir à l'emploi de ballasts limitateurs de courant, délivrant éven- tuellement des impulsions d'amorçage, ou favorisant l'amor- çage. Conformément à l'invention, on peut concevoir des for- mes de réalisation avantageuses de la source lumineuse élec- trique de l'invention sous forme de lampes dites compactes, de façon que lesdites lampes présentent sur la partie de col de l'ampoule et/ou sur le culot de lampe, des organes limita- teurs de courant, adaptables, de présence en forme de corps de révolution, conjointement incorporés à la lampe ou adap- table à celle-ci et pouvant être connectés électriquement avec elle, lesdits organes constituant des ballasts délivrant éventuellement des impulsions d'amorçage. Le ballast peut contenir un convertisseur à haute fréquence, réalisé avec des semi-conducteurs, certains au moins des éléments de commutation ou éléments de construction pouvant être disposés dans le culot de lampe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de quelques formes de réalisation de l'inven tion données à titre d'exemples indicatifs, mais nullement limitatifs en référence au dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente la source lumineuse électrique de l'invention avec une ampoule en forme de poire; La figure 2 représente la source lumineu- se de l'invention avec une ampoule en forme de champignon, qui est utilisée pour la plupart dans le cas des lampes à in- candescence à remplissage gazeux de krypton; La figure 3 représente la source lumineu- se de l'invention dans une phase de son montage qui cor-, respond à la phase initiale du soudage, avec la position relative des composants; et La figure 4 représente la source lumineu- se électrique de l'invention sans culot, après le soudage et la mise sous vide par pompage. La source lumineuse électrique de l'invention peut être munie d'une ampoule équipant couramment les lampes à incandescence, comme par exemple une ampoule en forme de poire, c'est-à-dire munie d'une partie en dôme de forme sphérique (voir fig. 1), ou d'une ampoule en forme de champignon (voir fig. 2) qui est en général utilisée pour la fabrication des lampes à incandescence à remplissage gazeux de krypton. A un culot 3 de lampe, qui est éventuellement muni d'un filetage, on adapte en général une ampoule 1 en forme de corps de révolution, réalisée en verre, dans laquelle on sou- de de façon connue en soi, une monture 2. A la monture 2 est mécaniquement et électriquement raccordée une enceinte 4 de décharge. Dans la monture 2, on noie de façon connue en soi, des supports 5 et 6 traversant ladite monture de façon hermé- tique, qui sont connectés électriquementpar leurs extrémités, qui se trouvent dans l'espace intérieur de l'ampoule 1, à l'enceinte 4 de décharge par des amenées de courant 43, 44, et raccordés à ladite enceinte 4 par l'intermédiaire de bri- des 41, 42. Les brides 41, 42 entourent la partie de forme tubulaire de l'enceinte 4 de décharge, qui est disposée dans la direction horizontale de l'ampoule 1, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe longitudinal de la lampe. Les supports 5 et 6 doivent être réalisés en un maté- riau plus épais et plus solide en comparaison des lampes à 24980 1 3 incandescence courantes Selon une forme de réalisation de la source de luaière de l'invention, l'enceinte de décharge est fabriquée à partir d'un tube de céramique à base d'oxyde d'aluminium ou d'un tube de saphir, dont le diamètre intérieur s'élève à 3,5 mm et la longueur à 24 mm. Les amenées de courant 43, 44 forment, par leurs parties saillant hors des extrémités de l'enceinte de décharge, ou par leurs parties sensiblement horizontales et recourbées pour la fixation auxsupports 5 et 6, l'exten- sion maximale h (voir Figure 3) de la monture 2 en direction transversale par rapport à la direction de l'axe longitudinal de la lampeh,s'élevant à 31 mm. De cette façon, la monture 2 peut être introduite sans entraves dans l'ampoule B d'une lampe à incandescence courante de 40 W, dans la région indi- quée par la flèche A dans la figure 3, car le diamètre inté- rieur d le plus petit de l'ampoule B est de 32 mm dans le cas représenté, cette introduction étant réalisée en tant qu'opé- ration intermédiaire de la préparation et de l'assemblage des lampes courantes, entre autres avant l'opération dite de sou- dage, lorsqu'on entreprend les opérations de soudage par chauffage pendant la rotation de la lampe. En concordance avec la technique courante, en usage dans les machines uti- lisées pour la réalisation des lampes classique; après le soudage, on met l'espace intérieur de l'ampoule 1 extérieure sous vide par pompage et éventuellement, on remplit cet espa- ce intérieur avec un gaz inerte par l'intermédiaire d'un tube d'aspiration E. Après le soudage du tube d'aspiration E, estforme un produit intermédiaire représenté dans la figure 4, qui est réalisé de façon à être muni du culot 3 de lampe, d'une manière connue en soi. On peut fabriquer de la sorte les sources lumineuses de l'invention. Dans les extrémités du tube en céramique à base d'oxyde d'aluminium, qui est par exemple réalisé avec une longueur de 24 mm et un diamètre in- térieur de 3,5 mm, on dispose les électrodes avec un écarte- ment mutuel de 16 mm. On remplit l'enceinte 4 de décharge avec du xénon et un alliage de sodium-cadmium contenant 8 % de sodium. La source lumineuse électrique, qui est fabriquée suivant les caractéristiques précitées, possède un wattage de W, ainsi qu'un flux lumineux de 2300 lumens. Ceci signi- fie unrendement lumineux quatre fois plus grand que celui deslampes à incandescence de 40 W utilisées dans des applications d'éclairage classiques, présentant extérieu- rement un aspect similaire. En suivant le mode de construction décrit ci-dessus pour la lampe de l'invention, on réalise à titre d'exemple des sources lumineuses qui sont susceptibles d'émettre prati- quement une lumière blanche avec un wattage très légèrement augmenté, exclusivement par suite de la diminution de la dis- tance entre les électrodes à 4-12 mm dans l'enceinte de dé- charge. Il est entendu que l'on peut mettre en oeuvre l'inven- tion suivante de nombreuses modifications et variantes sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit de ladite inven- tion. C'est ainsi que les sources lumineuses peuvent être fa- briquées suivant de nombreuses formes de réalisation dans lesquelles on peut faire varier les dimensions de l'enceinte de décharge, le type et le mode de fermeture et d'étanchéi- fication, le type et le mode de l'amenée du courant, le rem- plissage de l'ensemble, la fabrication de l'ampoule, le type de culot, le wattage, les paramètres optiques et électriques. REVENDICATIONS 1. Source lumineuse électrique, qui comporte une am- poule agencée de façon sensiblement symétrique à l'axe de la lampe, transmettant la lumière et fermée de façon étanche ou vide par une monture, un moyen émetteur de lumière sous l'ac- tiond'un courant électrique et disposé dans l'ampoule, et un culot de lampe pouvant être raccordé mécaniquement et élec- triquement à une douille,formant une unité avec l'ampoule et placé en connection électrique par l'intermédiaire de la mon- ture avec le moyen émetteur de lumière, caractérisée par le fait que sur la monture (2) sont disposés des supports (5, 6) métalliques conducteurs de courant, à l'extrémité desquels est connectée électriquement et mécaniquement en tant que moyen émetteur de lumière, une enceinte (4) de décharge es- sentiellement de forme tubulaire et contenant un gaz rare et une substance de remplissage, en particulier du sodium, du cadmium et/ou du mercure. 2. Source lumineuse selon la revendication 1, caractéri- sée par le fait que la longueur de l'enceinte (4) de décharge de forme tubulaire est au maximum égale à 9 fois le diamètre intérieur de ladite enceinte. 3. Source lumineuse selon la revendication 1 ou 2, carac- térisée par le fait que l'enceinte (4) de décharge est dispo- ^5 sée dans le plan de symétrie de l'ampoule (1) ou perpendicu- lairement audit plan. 4. Source lumineuse électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la longueur de l'enceinte (4) de décharge est inférieure à la plus grande dimension de l'ampoule (1) prise perpendiculai- rement à l'axe de symétrie, dans l'espace compris entre le culot (3) et l'enceinte (4) de décharge. 5. Source lumineuse électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'au moins sur une partie de la surface de l'ampoule (1) est pré- sent un revêtement dépoli et/ou teinté et/ou transmettant sé- lectivement la lumière de l'enceinte (4) de décharge. 6. Source de lumière électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'une il partie de la surface de l'ampoule (1) est munie d'un revête- ment transmettant la lumière et/ou réfléchissant la chaleur. 7. Source lumineuse électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle est munie d'un ballast connecté au culot (3), de préférence au moins partiellement disposé dans ledit culot (3), et cèprenant de préférence un organe limitateur de courant en forme de corps de révolution, délivrant éventuellement égale- ment des impulsions d'amorçage. 8. Source lumineuse électrique selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le ballast est muni d'un conver- tisseur à haute fréquence. 9. Source lumineuse électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que la di- mension maximale de l'ampoule (1) est au maximum de 70 mm, le wattage électrique est au maximum de 100 W, et le plus grand diamètre intérieur de l'enceinte (4) de décharge est au maxi- mum de 5,5 mm.