Brevet FR2494498A1 — publié le 19820521

L'invention concerne une lampe à décharge électrique à atmosphère gazeuse à basse pression, comprenant un corps intérieur creux de guidage de décharge et un bulbe extérieur fermé de manière étanche au vide, possédant un rendement lumineux nettement supérieur à celui d'une lampe à incandescence et qui peut être mise en service à la place de celle-ci. Toute une série de mesures sont déjà connues pour la fabrication de lampes à matière luminescente, ayant des formes géométriques analogues à celles des lampes à incandescence et un rendement lumineux élevé. Un procédé connu pour abaisser les pertes par paroi dans le cas d'une concentration de puissance élevée, c'est-à-dire pour obtenir un accroissement du degré d'efficacité de la conversion de l'énergie électrique amenée à la lampe en énergie de rayonnement, consiste à accrottre la surface de la paroi, par exemple en prévoyant des parties creuses dans la paroi du corps creux de décharge (brevet U.S 2 950 410). Cependant la fabrication d'un tel corps de décharge est compliquée et coûteuse. La fabrication d'un corps de décharge avec un tube intérieur (brevet U.S 3 290 538) n'apporte pas non plus d'accroissement sensible de l'efficacité. Les brevets français 1 026 044 et 2 158 711, décrivent des dispositifs creux de décharge comportant, entre les électrodes, des corps, par exemple en verre ou en métal, destinés à prolonger le parcours de décharge. Cependant, dans ces deux brevet français, les conditions concrètes de fonctionnement ne sont pas indiquées. Celles-ci sont pourtant importantes, parce que, avec un ensemsnle trop compact des pièces de construction insérées, aucune décharge stable ne peut s'établir. Dans les brevets NL NO 7 506 654, 7 603 285 et 7 701 910, des conditions concretes de fonctionnement sont bien indiquées dans le cas d'introduction de corps dans l'enceinte de décharge, notamment en fibres de verre sous différentes formes. Cependant, la dépense technologique pour la fabrication de telles lampes est très importante. D'autres solutions sont proposées par les brevets NS 7 606 547, 7 709 265 et 7 801 636. Dans ces trois cas, le guidage de décharge et le bulbe extérieur sont évacuées et mis sous vide au cours même de la fabrication et peuvent entre remplis avec un gaz inerte, par exemple de la vapeur de mercure, en prévoyant un accroissement de la surface de paroi. L'incové- nient de ces solutions réside cependant dans une utilisation incomplète du bulbe extérieur pour l'obtention d'une décharge efficace. Le brevet FSL 7 709 263 décrit un récipient de décharge ayant ul diamètre compris ente 3 et 15 millimètres. Celui-ci peut astre recourbé en une forme telle qu'il ne peut astre utilisé que pour la f.abrication de lampes du type à incandescence avec bulbe extérieur qui exigent l'emploi de matières luminescentes permettant une charge de paroi très élevée. Des lampes de ce genre ont été décrites notamment dans les brevets U.S n0 3 899 712 et nO 2 001 501, ainsi que dans les brevets allemands nO 2 904 8spi4 et nO 2 835 574. Un inconvénient de ces lampes connues réside en ce que le tube intérieur présente une forme compliquée, de constitution en verre, qui est d'une techniquedefabrication difficile et dont le revetement avec la matière luminescente est une opération d'exécution difficile. Un autre inconvénient de ces lampes connues réside en ce que au moins une électrode doit être maintenue dans le bulbe de la lampe, notamment par fusion de verre, en étant orientée géométriquement, avec précision par rapport au tube de décharge électrique. On connaît d'autre part, (Journal de IES 2 1972 - article de John H. Campbell) une lampe qui contient un tube central intérieur ouvert, avec une électrode soudée par fusion sur son extrémité inférieure, et dans laquelle plusieurs électrodes sont disposées en anneau autour du tube intérieur dans le bulbe de la lampe. L'inconvénient de cette lampe réside, entre autres, en ce que la décharge ne peut être obtenue correctement qu'en prévoyant des connexions électroniques importantes. L'invention propose une solution pour realiser une lampe à décharge à gaz à basse pression de petites dimensions et de rendement lumineux élevé, avec des gradients importants, possédant une épaisseur amoindrie de couche de matière luminescente. Suivant une caractéristique de la lampe conforme à l'invention, le corps creux de décharge, disposé à l'intérieur du bulbe extérieur fermé de manière étanche au vide, présente une surface extérieure perméable à la décharge, de sorte que celle-ci n'est pas guidée uniquement à l'intérieur de ce corps creux. Le rapport entre le volume du bulbe extérieur et le volume du corps de décharge intérieur est au maximum égal à 30. Le rapport entre la surface extérieure guidant la décharge et la surface extérieure perméable à la décharge dans le corps de décharge intérieur a une valeur comprise entre 0,05 et 9. Au moins l'une des surfaces intérieures de la lampe à décharge à gaz à basse pression est recouverte d'une matière luminescente. En outre, la surface intérieure du bulbe extérieur et les surfaces intérieure et extérieure du corps de décharge peuvent être pourvues d'une couche de matière luminescente. La surface du corps de décharge qui est perméable à la décharge est disposée, en fonction de la forme géométrique de la lampe, de telle manière que la décharge vienne frapper en majorité la surface du corps de guidage qui se trouve en face du bulbe extérieur de la lampe. Dans le cas d'une forme recourbée du corps de guidage de décharge, le rapport entre la portion de surface perméable à la décharge et la surface de guidage non perméable devient égal à zéro dans le domaine du rayon intérieur de la courbure, tandis que, dans le domaine du rayon extérieur de courbure, il est égal au moins à 0,05. D'une manière générale, la lampe à décharge à gaz à basse pression a une forme telle que le bulbe extérieur entoure le corps intérieur de guidage de décharge qui n'est pas perméable à la traversée de la décharge, c'est-à-dire que la décharge peut sortir du corps intérieur vers l'enceinte extérieure de la lampe. Les électrodes sont disposées aux extrémités respectives du corps intérieur de guidage de décharge. Le volume total du bulbe extérieur ne doit pas dépasser une valeur égale à trente fois le volume du corps intérieur de guidage, sinon l'efficacité de la lampe décroît rapidement. La paroi du corps intérieur de guidage est interrompue, ou perméable par endroits vers le volume du bulbe. Le rapport entre la portion de surface interrompue ou perméable à la décharge et la portion non perméable de la surface du corps intérieur de guidage est compris entre 0,05 et 9. Le corps intérieur de guidage de décharge est pourvu intérieurement et/ou extérieurement d'une couche de matière luminescente. En outre, la surface intérieure du bulbe est revetue avec de la matière luminescente. Cette couche de revetement luminescente est excitée par le rayonnement ultraviolet qui passe à travers les interruptions de la surface du corps de guidage de décharge intérieur. Ce corps de gudage peut avoir une forme rectiligne ou une forme recourbée désirée, des mesures appropriées étant prévues pour que la décharge soit guidée également dans les parties recourbées. Avantayeusement, dans une lampe à décharge à gaz à basse pression, ces mesures sont telles, que soit assurée une excitation uniforme de la matière luminescente sur la paroi intérieure du bulbe extérieur. En outre, on dispose au total d'une très grande surface qui permet l'utilisation de matières luminescentes réagissant rapidement à un rayonnement ultraviolet important. Un autre avantage réside en ce que, sans mesures supplémentaires de montage des électrodes et/ou de l'organe de limitation de courant, on dispose d'une surface extérieure réfléchissante uniforme du bulbe de la lampe. La surface de transition interrompue entre bulbe intérieur et bulbe extérieur permet l'établissement d'intensités de champ élevées jusqu'à 1000 V/m sans nécessiter de mesures supplémentaires pour assurer une pression optimale de vapeur de mesure. Dans une forme de réalisation, la lampe à décharge à gaz à basse pression présente, par exemple, des dimensions telles que le bulbe extérieur possède un diamètre intérieur de 36 mm et une longueur de 90 mm. La distance entre les électrodes du corps de guidage de décharge intérieur est de 150 mm, et le diamètre intérieur de ce corps est de 7 mm, le rayon de courbure de la forme en U étant de 10 mm. Le rapport entre les volumes du bulbe extérieur et du corps intérieur est égal environ à 14, et le rapport entre la surface ininterrompue de guidage de décharge du corps et sa surface interrompue stélève à 0,5.Dans le domaine du rayon de courbure intérieur de la forme en U, le rapport entre la surface du corps de guidage ouverte vers le bulbe extérieur et la surface guidant la décharge est égal à zéro, tandis que, dans le domaine du rayon de courbure extérieur, ce rapport est égal à 1. Ces rapports concernent une portion d'environ 30 nm de la colonne positive dans le domaine de la courbure du corps de guidage de décharge. Une augmentation supplémentaire du rendement de rayonnement de la lampe de décharge conforme à l'invention est obtenue par le fonctionnement avec une alimentation en tension dans un domaine de fréquences f comprises entre 20 et 100 kHz, car le rendement en rayonnement ultraviolet et l'uniformité de sa répartition sont accrus tandis que les pertes par électrodes sont réduites. L'invention propose de réaliser une lampe à décharge électrique en atmosphère gazeuse à basse pression qui soit de fabrication simple et qui possède, en rapport avec son volume, un rendement d'éclairement élevé, la forme extérieure de cette lampe étant telle qu'elle puisse être utilisée, sans adaptation, à la place de lampes à incandescence courantes. L'invention a pour objet une lampe à décharge à gaz à basse pression, de forme compacte, ayant une structure intérieure simple, réalisable mécaniquement, et présentant de bonnes caractéristiques d'éclairement. Dans ce but, la lampe conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un élément volumétrique tubulaire de guidage de la décharge, qui présente notamment une forme de U ou de spirale, composé de plusieurs éléments reliés entre eux mécaniquement de manière non étanche au vide, qui sont disposés l'un contre l'autre ou l'un dans l'autre de telle manière qu'une partie de la décharge soit produite aussi à l'extérieur, et/ou sorte vers l'extérieur, de l'élément. L'élément tubulaire de guidage de la décharge peut alors, ainsi que le bulbe de la lampe, etre pourvu d'un revêtement en une matière luminescente. On obtient le même effet en prévoyant la couche de matière luminescente, à l'intérieur et à l'extérieur, sur l'élément tubulaire de guidage de décharge, auquel cas le bulbe de la lampe peut etre pourvu d'un revetement dispersant la lumière. Les éléments constitutifs du tube de guidage de décharge sont constitués soit en matériau de structure homogène compacte, soit en matériau poreux. Dans les deux cas, on peut employer du verre ou une céramique. Indépendamment du type des éléments, chaque lampe est équipée avec deux éléments d'électrodes en forme de tubes, ou de tores tubulaires ou de segments de spirale ou constitués comme une combinaison de ces trois formes. Les éléments partiels, en tube, tore ou spirale, sont alors pourvus d'une partie médiane de diamètre plus petit ou plus grand. Conformément à l'invention, les éléments constitutifs du corps creux tubulaire de guidage de décharge présentent, à l'état étendu, une longueur de 3 > 100 millimètres et un diamètre extérieur de 5 a' 16 millimètres. Avantageusement, ils ont une forme telle qu'ils présentent, à l'une de leurs extrémités, un diamètre différent, de telle sorte qu'ils peuvent être enfichés l'un dans l'autre. Entre ces diamètres differents d'extrémité est prévu un rapport maximal de 1/5. Avantageusement, les éléments individuels constitutifs ont chacun la forme d'une pièce de réduction, le rapport entre ia longueur du tronçon de plus grand diamètre et celle du tronçon de plus petit diamètre étant compris entre 10/1 et 1/10. De même, le rapport des diamètres d'un élément a' l'autre est au moins de 1/5. Les éléments individuels constitutifs sont assemblés entre eux au moyen d'éléments de liaison qui font, de préférence, saillie à l'intérieur du corps tubulaire de guidage de décharge. Les éléments disposés l'un contre l'autre, ou l'un dans l'autre, peuvent être assemblés entre eux, et fixés sur le bulbe de lampe, au moyen d'un enroulement en hélice prévu à l'intérieur ou à l'extérieur du corps tubulaire de guidage de décharge. Dans ce cas, l'enroulement en hélice est constitué en un matériau isolant. Cependant, il pourrait également être constitué en un matériau conducteur servant alors d'auxiliaire pour l'allumage de la décharge. Les éléments individuels qui sont enfichés l'un dans l'autre, ou assemblés au moyen d'éléments de liaison, peuvent également être fixés entre eux et sur le bulbe de lampe sans utiliser d'enroulement en hélice. En vue d'obtenir une forme favorable de l'exten- sion de la décharge, il est prévu, conformément à l'invention, de donner au corps tubulaire de guidage de décharge la forme d'un U ou une forme en hélice. On peut réaliser ainsi une lampe à décharge à gaz a basse pression, qui soit de forme compacte, avec un rendement lumineux élevé par rapport à son volume, et qui peut, sans difficultés, être montée à la place d'une lampe à incandescence de modèle courant. Le corps tubulaire de guidage de décharge qui est disposé à l'intérieur de la lampe peut facilement, en raison de son articulation en éléments individuels, être soumis à un vide relatif et revêtu d'une matière luminescente et assemblé ensuite en la forme désirée. Il est ainsi possible de réaliser de telles lampes à décharge à gaz à basse pression, sur la base d'une lampe à décharge à mercure, à sodium ou à cadmium. La description ci-après se rapporte à des exemples de réalisation de l'invention avec référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente une lampe dans le bulbe 1 de laquelle sont montés les éléments d'électrodes 2 et 3 et les segments tubulaires 4 du corps de guidage de décharge. Un enroulement en hélice,5 sert à immobiliser spatialement les segments tubulaires 4. Les électrodes 2 et 3 sont insérés avec engagement de forme dans la plaque de base 6 qui est montée elle-même sur un socle de lampe 7 qui est assemblé par soudage à fusion avec le bulbe de lampe 1. Le socle de lampe 7 est constitué de telle manière qd'il contient un dispositif d'allumage sans flamme avec condensateur d'allumage et appareil à induction. La lampe de la figure 2 comprend un bulbe ou ampoule 1 dans lequel se trouvent les éléments d'électrodes 2 et 3 et les segments de tore 8 du corps de guidage de décharge qui sont immobilisés en place au moyen d'un enroulement en hélice 5. Les électrodes 2 et 3 sont insérées à engagement de forme dans la plaque de base 6 qui est montée sur un socle 7 soudé avec le bulbe 1. Ce socle 7 contient un dispositif d'allumage sans flamme avec condensateur et appareil à induction. - La figure 3 montre un bulbe de lampe 1, dans lequel les éléments d'électrodes 2 et 3 sont fixés avec les segments tubulaires 4 et les segments de tore 8 au moyen d'éléments de liaison 9. Les électrodes sont insérées dans la plaque de base 6 et l'élément d'électrode 3 est connecté au dispositif d'allumage sans flamme 10. - Les figures 4 et 5 montrent des segments tubulaires en forme de pièces de réduction. - Les figures 6 et 7 montrent des segments tubulaires avec extrémités à diamètre réduit ou agrandi. - La figure 8 montre la forme générale d'un segment tubulaire à extrémités de diamètres différents. - La figure 9 montre un élément de liaison pour segments de tube, de tore ou de spirale ainsi que pour les éléments de l'électrode. REVENDICATIONS 10) Lampe à décharge électrique à gaz à basse pression, notamment lampe à matière luminescente, comprenant un bulbe extérieur fermé de manière étanche au vide, et un corps intérieur de guidage de décharge, lampe caractérisée en ce que le corps intérieur de guidage disposé dans le bulbe fermé étanche au vide, est pourvu dtune surface extérieure perméable à la traversée de la décharge. 20) Lampe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport entre le volume du bulbe extérieur et le volume du corps intérieur de guidage de décharge est inférieur à 30. 30) Lampe suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rapport entre la surface de guidage de décharge du corps intérieur et la portion de surface perméable à la traversée est compris entre 0,05 et 9. 40) Lampe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, au moins l'une des surfaces intérieures et notamment la surface intérieure du bulbe extérieur et les surfaces intérieure et extérieure du corps intérieur de guidage de décharge sont revetues de matière luminescente. 50) Lampe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, la portion de surface du corps de guidage qui est perméable au passage de la décharge, est disposée, compte tenu de la forme géométrique du corps, de telle façon que la décharge traverse en majorité la surface intérieure du corps située en face de la paroi du bulbe extérieur. 60) Lampe suivant l'une quelconque des revendications 1 à5, caractérisée en ce que, dans le cas d'un corps de guidage recourbé en forme de U, le rapport entre la surface du corps qui est perméable a' la décharge et la surface de guidage est égal à zéro dans le domaine du rayon intérieur de courbure et égal à au moins 0,05 dans le domaine du rayon extérieur. 70) Lampe à décharge suivant l'une quelconque des revendications la'6, comprenant un bulbe (1) de lampe délimitant l'enceinte de décharge chargé avec une matière luminescente, ou, le cas échéant, une couche dispersant la lumière, un corps creux (4) de guidage intérieur de décharge, ainsi qu'un gaz de remplissage consistant en un gaz rare ou un mélange de gaz rares, lampe caractérisée en ce que le corps (4, de guidage de forme tubulaire, recourbé en U ou e hélice, est composé de plusieurs éléments (3, 4) réunis entre eux mecanique- ment, mais de maniere non étanche au vide, qui sont disposés l'un contre l'autre ou l'un dans l'autre de telle manière qu'une partie de la décharge les traverse vers l'extérieur, ou se produise a l'extérieur. 8) Lampe å décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 a' 7 caractérisée en ce que le corps creux (4), tubulaire de guidage de décharge est pourvu intérieurement d'un revetement de matière luminescente, de meme que le bulbe (1) de lampe. 90) Lampe a' décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 a' 8, caractérisée en ce que le corps tubulaire (4) de guidage de décharge est revetu intérieurement et extérieurement d'une couche de matière luminescente, le bulbe (1) étant pourvu ou non d'un revêtement dispersant la lumière. lova) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les éléments constitutifs du corps tubulaire (4) consistent en un matériau compact homogène, tel que du verre ou une céramique. 110) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les éléments constitutifs du corps tubulaire (4) sont constitués en un matériau poreux, par exemple de verre ou de céramique. 120) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le corps tubulaire (4) de guidage de décharge se compose de plusieurs éléments de guidage et de deux éléments électrodes (2, 3). 130) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend, comme corps de guidage, des segments tubulaires, et/ou des segments de tore et/ou des segments d'hélice. 140) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 a' 13, caractérisée en ce que les éléments constitutifs en forme de tube, de tore (8) ou de segments d'hélice comprennent une pièce médiane avec diamètre intérieur augmenté ou diminué. 150) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 a' 14; caractérisée en ce que les éléments constitutifs dii corps tubulaire de guidage de décharge présentent, à l'état étendu du corps tubulaire, une longueur comprise entre 3 et 100 min et un diamètre extérieur compris entre 5 et 16 mm. 160) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les éléments constitutifs du corps tubulaire de guidage de décharge présentent, à leurs extrémités, une portion à diamètre différent qui permet l'enfichag2 des éléments individuels l'un dans l'autre, ces diamètres différents étant dans un rapport maximal de 1/5. 170) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que les éléments constitutifs du corps tubulaire (4) de guidage de décharge présentent chacun la forme d'une pièce de réduction, le rapport entre la longueur de la portion de tube de plus grand diamètre et celle de la portion de plus faible diamètre est compris entre 10/1 et 1/10 et le rapport entre les diamètres est au maximum égal à 1/5. 180) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que les éléments constitutifs du corps tubulaire (4) sont fixés entre eux spatialement au moyen d'éléments de liaison qui ont notamment une forme telle qu'ils s'avancent à l'intérieur du corps tubulaire de guidage. 190) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que les éléments constitutifs du corps tubulaire (4) qui sont disposés l'un contre l'autre ou l'un dans l'autre sont maintenus entre eux et spatialement par rapport au bulbe (1) de lampe au moyen d'un enroulement en hélice (5). 200) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que l'enroulement en hélice (5) est constitué en un matériau isolant. 210) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisée en ce que l'enroulement en hélice (5) est constitué en un matériau conducteur et sert d'organe auxiliaire d'allumage de la lampe. 220) Lampe à décharge, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisée en ce que le corps tubulaire de guidage de décharge est constitué par des éléments individuels enfichés l'un dans l'autre qui sont fixés entre eux et spatialement par rapport au bulbe de la lampe.