Brevet FR2493042A1 — publié le 19820430

4V93042 "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 en- ceinte à décharge étanche au vide, qui est remplie de mercure et d'un mélange de gaz rares et dans laquelle sont disposées des électrodes entre lesquelles se produit une décharge lors du fonctionnement de la lampe, ladite enceinte à décharge étant formée et dimensionnée de façon que le trajet à décharge soit plié en au moins un endroit l'enceinte à décharge contenant en outre un amalgame afin de régler la pression de la vapeur de mercure dans l'en- ceinte à décharge, lampe qui est munie d'un culot destiné à être connecté à un secteur d'alimentation de courant alternatif à basse fréquence. Une telle lampe est connue du brevet allemand N-2 2.940.563. Une lampe décrite dans ce brevet allemand com- porte une enceinte à.décharge tubulaire, qui est pliée en plusieurs endroits, lors du fonctionnement, une déchar- ge à trajet assez long s'établissant entre les électrodes. L'enceinte à décharge est entourée d'une enveloppe en verre et toutes les dimensions de la lampe sont telles que la lampe peut servir d'alternative à une lampe à in- candescence conçue pour l'éclairage général. De plus, la lampe est munie d'un ballast de stabilisation, qui-est disposé dans un culot à mince pa- roi relié à l'enveloppe. Une telle structure a pour effet que la chaleur dégagée pendant le fonctionnement de la lampe dans l'enceinte à décharge, aussi bien que dans le ballast de stabilisation, ne peut guère être évacuée vers l'atmosphère ambiante extérieure à la lampe. De plus, lesdites lampes à décharge compactes sont assez souvent disposées dans des appareils d'éclairage pour lampes à incandescence formées de façon à entourer en majeure partie la lampe. De ce fait, la température se 2'93042 produisant dans l'enceinte à décharge pendant le fonction- nement de la lampe atteint assez vite une valeur relative- ment élevée. Pour empêcher que la pression de vapeur de mercure ne dépasse une valeur optimale pour le fonc- tionnement de la lampe (environ 1 Pascal), la lampe con- nue comporte un amalgame disposé dans l'enceinte à dé- charge. Cet amalgame permet de stabiliser la pression de la vapeur de mercure dans l'enceinte à décharge sur un assez large intervalle de température. Toutefois, la présence d'un amalgame présente l'inconvénient que la pression de vapeur de mercure dans l'enceinte à déchar- ge aux températures assez basses est notablement inférieu- re à la pression de vapeur de mercure se produisant dans une enceinte à décharge sans amalgame. De ce fait, l'amor- çage et le ré-amorçage de la lampe sont difficiles à réa- liser dans ces conditions. Dans les lampes fonctionnant à l'aide de sec-- teurs d'alimentation présentant une tension assez basse (comme aux Etats-Unis d'Amérique ou au Japon) o itencein- te à décharge contient, outre le mercure, également une quantité active d'argon, élément fréquemment adopté à cet effet, un flux lumineux (comparable à une même lampe fonctionnant sous une tension secteur de 220 V) ne peut être atteint que dans le cas d'une réduction de la lon- gueur de la lampe (la tension d'arc se produisant entre les électrodes disposées aux extrémités de l'enceinte à décharge est proportionnellement plus basse) et par augmentation de l'intensité du courant traversant la lam- pe. Toutefois, cela implique que le rendement global d'une telle lampe et du ballast (inductif) est désavanta- geux, comparativement aux lampes présentant cette composi- tion gazeuse et fonctionnant sous 220 V. De plus, notam- ment dans les lampes o une enceinte à décharge tubulaire est pliée en forme de U à plusieurs endroits (par exemple en forme de crochet, comme le décrit le sus-dit brevet allemand), il apparait de grands problèmes du point de vue de la technique du verre pendant la courbure, lors de la réalisation de la lampe. L -,30O4 2 L'invention vise à fournir une lampe du genre mentionné dans le préambule, qui peut être réalisée d'une façon relativement simple, qui fournit un rendement lumi- neux élevé et de plus, qui permet un amorçage facile. Une telle lampe à décharge dans la vapeur de mercure à bassè pression conforme à l'invention est carac- térisée en ce que le mélange de gaz rares contenu dans l'enceinte à décharge contient, en atomes, au moins 50% de krypton sous une pression de 130 à 520 Pa. Fait étonnant, on a constaté que sous une pres- sion de vapeur de mercure faible et à une température relativement basse, un tel mélange de gaz rares contenu dans l'enceinte à décharge, permet un amorçage et un ré- amorçage faciles, comparativement à un mélange gazeux ne contenant que l'argon. Une lampe conforme à l'invention offre l'avan- tage qu'aux températures ambiantes basses (par exemple des températures inférieures à 10 C) l'amorçage de la lampe ne s'accompagne pas d'un allumage et d'une extinction alternatifs répétés comme par exemple dans le cas d'une lampe contenant de l'argon comme gaz rare. Ladite basse pression de vapeur de mercure se produit assez souvent aux températures basses, notamment dans le cas de lampes, dont l'enceinte à décharge contient un amalgame. De plus, on a constaté que le rendement lumineux des lampes confor- mes à l'invention est étonamment favorable, notamment dans le cas d'un fonctionnement à des tensions secteur de 90 à 130 V, comparativement au rendement lumineux de lampes dont l'enceinte à décharge contient un mélange qui, outre du mercure, contient essentiellement de l'ar- gon. Dans une lampe conforme à l'invention, dans laquelle le trajet à décharge est replié, par exemple par courbure d'une enceinte à décharge tubulaire de façon à réaliser un crochet, qui est entouré d'une e:nveloppe (voir le brevet allemand N" 2.940.563), la courbure d'un trajet à décharge très court, notamment pour les secteurs /120 V, peut être évitée pendant la réalisation. En effet, les processus de courbure, qui sont difficiles du point de vue de la technique de verre, mais inhérents à la réalisation de tels tubes de petite longueur, du fait que les diverses parties courbées du tube à décharge se raccordent pour ainsi dire, les unes aux autres, ne sont pas inévitables. Des lampes présentant ladite forme, dont le tube à décharge présente une longueur convenant au fonctionnement sous une tension secteur de 220 V, et qui sont remplies d'argon, peuvent être utilisées pour le fonctionnement sous une tension de 100/120 V, tout en maintenant leurs dimensions, à condition qu'elles soient remplies de mélanges de gaz rares conformes à l'invention. On a constaté que le rendement de la lampe est amélioré, comparativement aux lampes contenant de l'argon. On a constaté que pour un (ré-)amorçage faci- le d'une lampe conforme à l'invention sous une pression de vapeur relativement basse, il est désirable que le mélange de gaz rares contienne, en atomes, au moins 50% de krypton. En effet, on a constaté que dans le cas de pourcentages plus faibles de krypton, notamment la tension de ré-amorçage, dans le cas d'une pression de vapeur de mercure basse, atteint une valeur trop élevée. Des résul- tats favorables s'obtiennent avec un mélange de gaz rares constitué par, en atomes, 75% de krypton et 25% d'argon sous une pression de 267 Pa. Dans une forme de réalisa- tion préférentielle d'une lampe conforme à l'invention, le mélange de gaz rares contient essentiellement du kryp- ton ce qui veut dire que le mélange n'est constitué que par du krypton, abstraction faite de traces d'autres gaz rares. On a constaté qu'une telle lampe présente non seulement un comportement de (ré-)amorçage inopinément favorable sous une pression de vapeur de mercure basse et un rendement avantageux (en combinaison avec le ballast), mais de plus, la durée de vie des électrodes est avanta- geusement influencée. 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 montre en vue une première forme de réalisation d'une lampe conforme à l'invention. La figure 2 monte, également en vue, une deu- xième forme de réalisation d'une lampe conforme à l'inven- tion. La figure 3 est un graphique donnant les varia- tions de la tension d'amorçage et de la tension de ré- amorçage en fonction de la pression de vapeur de mercure dans l'enceinte à décharge d'une lampe selon la figure 1. La lampe selon la figure 1 comporte une enve- loppe de lampe cylindrique en verre 1, dont une extrémité est fermée de façon plus ou moins sphérique. Dans cette enveloppe est disposée une enceinte à décharge tubulaire étanche au vide 2, aux extrémités de laquelle sont dispo- sées les électrodes 3 et 4 entre lesquelles se produit une décharge lors du fonctionnement de la lampe. L'encein- te à décharge tubulaire est pliée en U à trois endroits. Entre les parties courbes (2a, 2b et 2c) se trouvent quatre parties allongées 2d à 2g. Ainsi, l'enceinte à décharge tubulaire présente la-forme d'un crochet. Une telle encein- te à décharge est assez simple à réaliser, du point de vue technique de verre, du fait que les parties allongées sont présentes sur une longueur suffisante entre les par- ties courbes. Sur la paroi intérieure de l'enceinte à déchar- ge est appliquée une couche luminescente 5, qui transfor- me le rayonnement ultraviolet engendré dans la décharge en lumière visible. La paroi intérieure de l'enveloppe de la lampe est munie d'une couche de dioxyde de titane finement divisé 6 dispersant la lumière. A une extrémité de l'enceinte à décharge un amalgame 7 est présent sur la paroi afin d'assurer le réglage de la pression de vapeur de mercure. L'amalgame est constitué par exemple par un allia.ge- d'indium, de bismuth et de mercure (voir entre autres le brevet des Etats-Unis d'Amérique N- 4.157. 485) ou par un alliage de plomb, d'étain, de bismuth et de mercure (voir entre autres le brevet des Etats-Unis d'Amérique N-2 4.093.889>. L'enceinte à décharge est rem- plie de mercure et d'un mélange de gaz rares contenant, en atomes, plus de 50' de krypton sous une pression de à 520 Pa. De plus, la lampe est munie d'un culot à mince paroi en matière synthétique 8. Ce culot contient un starter par lueur et un ballast de stabilisation induc- tif. A l'aide d'un embout 9 la lampe peut être vissée dans une douille pour lampes à incandescence. Dans une première forme de réalisation pratique 0 de cette lampe, la longueur totale de l'enceinte à déchar- ge tubulaire (mesurée entre les électrodes) était d'envi- ron 38 cm; le diamètre interne était d'environ 10 mm. Le diamètre interne de l'enveloppe en verre 1 était d'en- viron 6,5 cm. Un amalgame (constitué par In-Bi-Hg dans un rapport, en atomes de 45:49:6) permettait de maintenir la pression de vapeur dans un intervalle de 6o à 1100C (température à l'endroit de l'amalgame) à une valeur cons- tante d'environ 1 Pa. Dans le cas d'une puissance amenée à la lampe (y compris le ballast) de 18 W (118 V, courant alternatif 60 Hz), le rendement lumineux était d'envi- ron 900 lm avec du krypton pratiquement pur sous une pression de 267 Pa. La couche luminescente disposée sur la proi intérieure de l'enceinte à décharge était con- stituée par un mélange de deux substances luminescentes, notamment de l'aluminate de cérium-magnésium activé à l'aide de terbium et émettant une luminescence verte et de l'oxyde d'yttrium activé à l'aide d'europium triva- lent et émettant une luminescence rouge. Dans une deuxième forme de réalisation prati- que de cette lampe, l'espacement d'électrodes était de 34 cm et le diamètre interne de l'enceinte à décharge tubulaire était de 10 mm. Dans le cas d'application d'un amalgame de Hg-Bi-Sn-Pb (rapport atomaire 6: 42: 23 26), des mêmes substances luminescentes et de la même tension secteur (118 V, 60 Hz), le rendement lumineux é:ait de 600 lumens pour une puissance amenée à la lampe (y compris le ballast) de 12 I. En plus du mercure, l'en- ceinte à décharge était remplie d'un mélange de gaz rares à peu près uniquement constitué par du krypton sous une pression de 334 Pa. Dans une trosième forme de réalisation (espa- cement d'électrodes 42 cm, diamètre interne 10 mm) le rendement lumineux, mesuré dans les mêmes conditions que celles de la lampe décrite ci-dessus, était de 1200 lm pour une puissance amenée (avec ballast) de 25 W. Comme gaz rare, l'enceinte à décharge contenait du krypton sous une pression de 200 Pa. Dans une quatrième forme de réalisation (espa- cement d'électrodes 39 cm, diamètre intérieur 12 mm), présentant lesdites substances luminescentes et ledit amalgame de In-Bi, le rendement lumineux était de 900 Lm pour une puissance amenée (lampe et ballast) de 17 W (118 V, 60 H2). L'enceinte à décharge contenait du krypton sous une pression-de 200 Pa Dans une cinquième forme de réalisation (espace- ment d'électrodes 34 *cm, diamètre interne 10 mm) présentant les mêmes substances luminescentes et ledit amalgame de In-Bi, le rendement lumineux était de 900 lm pour une puissance amenée (y compris le ballast) de 18 W (110 V). Le mélange de gaz rares était composé de, en atomes, % de krypton et 25% d'argon sous une pression de 267 Pa. Une sixième forme de réalisation de cette lampe contenant un mélange de gaz rares constitué par, en atomes, % de krypton et 50% d'argon (267 Pa) (espacement d'élec- trodes 35 cm, diamètre interne 12 mm, les autres condi- tions étant égales à celles de la quatrième forme de réa- lisation). Le rendement lumineux était de 900 lm pour une puissance amenée de 18 W (y compris le ballast). - La lampe selon la figure 2 est décrite, en grandes lignes, dans le brevet allemand Nr2 2.904.864. Elle comporte une enceinte à décharge, qui est délimitée par la paroi d'un corps extérieur à mince paroi cylindri- que en verre 10, dont l'extrémité se termine en-forme de sphère et un corps intérieur, également à mince paroi, en verre et à extrémité sphérique, qui est entouré du corps 10. Près de leurs bords, les deux corps sont reliés de façon étanche entre eux (près de 11). Dans la paroi extérieure du corps intérieur est prévue une rainure en forme de méandre. La rainure est formée de façon que le trajet à décharge (qui est défini par la paroi de la rainure et les parties de la t paroi intérieure du corps extérieur regardant à la. rainure) soit courbé par pliage en plusieurs endroits entre les électrodes. Le dessin ne montre qu'une seule électrode, notamment l'électrode 12. Seules les parties de paroi des deux corps déterminant le trajet à décharge sont recou- vertes d'une couche de matériau luminescent. Ces parties sont représentées de façon sombre sur le dessin (13). Les parties du corps intérieur comprises entre les parties de la rainure sont exemptés de matériau luminescent, tout comme les parties de paroi du corps extérieur regardant lesdites premières parties. Les "fenêtres" (14) ainsi formées permettent la transmission de la lumière émise en direction du centre de la lampe. L'enceinte à déchar- ge de la lampe contient du mercure et un mélange de gaz rares, qui est essentiellement constitué par du krypton. Près du joint 11 des deux corps est prévu un amalgame constitué par du mercure, de l'indium et du bismuth. Cet amalgame est appliqué dans un évidement ménagé dans la paroi du corps intérieur. Il communique avec la dé- charge de mercure du fait qu'une fente étroite est présen- te entre les deux corps. Toutefois, cette fente est di- mensionnée de façon à empêcher le risque de court-circuit de la décharge entre les diverses paroies de la rainure. De plus, la lampe est munie d'un culot à mince paroi en matière synthétique 16 (contenant par exemple un ballast de stabilisation électrique et un starter) et un culot du genre édison 17, de sorte qu'elle peut 9tre utilisée dans les douilles conçues pour des lampes à incandescence. La figure 3 est un graphique donnant en ordon- nées la tension d'amorçage (de ré-amorçage) Vi d'une lampe selon la figure 1 (en unités arbitraires) et en abscis- ses la pression de la vapeur de mercure PHg se produisant dans l'enceinte à décharge (et la température correspon- dante T d'un amalgame constitué par de l'indium, du bis- a muth et du mercure, composition 45:49:6). La courbe A représente le comportement de la tension d'amorçage (de ré-amorçage) en fonction de la pression de vapeur de mer- cure pour ladite lampe contenant de l'argon (4OO Pa) comme gaz rare et la -courbe B celle d'une lampe contenant du krypton pratiquement pur (200 Pa) comme gaz rare. Du graphique il ressort que le comportement de la tension d'amorçage (de ré-amorçage) de lampes contenant du kryp- ton (Courbe B) à une température (amalgame) inférieure à environ 50C (respectivement P inférieure à 1 Pa) est Hg plus avantageux que dans le cas de lampes contenant de l'argon (Courbe A). En revanche, dans le cas d'une pres- sion de vapeur de mercure plus élevée, la variation de la tension d'amorçage (de ré-amorçage) de lampes contenant de l'argon est plus favorable, mais la différence est moins marquée, que dans le cas d'une pression de vapeur basse. Notamment dans le cas d'utilisation à des en- droits relativement froids, le comportement d'amorçage (et de ré-amorçage) d'une lampe munie d'un amalgame contenant des mélanges de gaz rares conformes à l'inven- tion est plus avantageux que celui d'une lampe contenant de l'amalgame et de l'argon comme gaz rare. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression comportant une enceinte à décharge (2) étanche au vide qui est remplie de mercure et d'un mélange de gaz rares et dans laquelle sont disposées des électro- des (3, 4) entre lesquelles se produit une décharge lors du fonctionnement de la lampe, ladite enceinte à déchar- ge (2) étant formée et dimensionnée de façon que le trajet à décharge soit plié en au moins un endroit (2a, 2b, 2c), l'enceinte à décharge (2) contenant en outre un amalgame (7) afin de régler la pression de la vapeur de mercure dans l'enceinte à décharge, lampe qui est munie d'un culot (9) destiné à être connecté à un secteur d'alimentation de courant alternatif à basse fréquence, caractérisée en ce que le mélange de gaz rares contient, en atomes, - au moins 50% de krypton sous une pression de 130 à 520 Pa. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange de gaz rares contient, en atomes, % de krypton et 25% d'argon. 3. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange de gaz rares est essentiellement constitué par du krypton. 4. Lampe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle est destinée à fonctionner à l'aide d'un secteur d'alimentation alter- natif sous une tension de 90 à 130 volts. -5. Lampe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que l'enceinte à décharge tubulaire (2) est pliée en Us à trois endroits (20, 24, 26) en forme de crochet, le diamètre interne de l'en- ceinte à décharge (2) étant de 10 à 12 mm et l'encein- te à décharge (2) étant entourée d'tune enveloppe (1).