Brevet FR2490005A1 — publié le 19820312

"Lampe à décharge dans la vapeur de sodium à haute pres- sion". L'invention concerne une lampe à décharge dans la va- peur de sodium à haute pression comportant une enceinte à décharge céramique, qui contient du sodium et un gaz rare et dont la paroi est traversée par au moins une en- trée de courant reliée à une électrode en métal réfractaire, disposée dans l'enceinte à décharge, électrode dont le sommet est atteint par la décharge, lors du fonctionne- ment de la lampe. De telles lampes, qui sont d'un emploi fréquent actuellement, offrent l'avantage d'un flux lumi- neux spécifique élevé. L'enceinte à décharge est constituée par un oxyde cristallin résistant à la valeur de sodium, comme par exemple du saphir monocristallin ou de l'oxyde d'aluminium fritté dense polycristallin. Outre le sodium et au moins un gaz rare l'enceinte à décharge peut conte- nir également du mercure. Un problème connu qui se pose dans de telles lampes consiste dans la disparition du sodium du remplissage de vapeur sous l'influence du matériau qui se dégage des électrodes, disparition qui se traduit par une augmenta- tion de la tension de lampe. La demande de brevet fran- çais N' 2 410 877 décrit une méthode permettant de contrecarrer cette disparition du sodium. Cette méthode consiste à munir l'électrode d'un émetteur d'électrons constitué par des oxydes alcalino-terreux et de l'oxyde de tungstène dans un rapport moléculaire compris entre 8 et 50. On a constaté que cette méthode n'empêche que par- tiellement la disparition du sodium dans les lampes selon la demande connue. L'invention vise à fournir des lampes à décharge dans la vapeur de sodium à haute pression du genre mentionné dans le préambule o le risque d'une dis- parition du sodium sous l'influence du matériau de l'électrode est à peu près entièrement évité. Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait que l'électrode est exempte de métaux alcalino-ter- reux et qu'à l'état de fonctionnement de la lampe, le som- met de l'électrode présente une température comprise entre 2400 et 27001K. On a constaté que dans les lampes conformes à l'in- vention, il ne se produit pas de disparition de sodium sous l'influence de matériaux provenant des électrodes. Fait étonnant, il s'avère qu'une température d'une valeur relativement basse pour le sommet d'électrode suffit pour obtenir une émission d'électrons suffisante à l'état de fonctionnement de la lampe. Toutefois, la température du sommet d'électrode doit se situer dans la gamme mention- née ci-dessus. En effet, si cette température est supérieu- re à 27000K, le matériau d'électrode est trop sujet à évaporation. Le matériau évaporé se dépose ensuite sur la paroi relativement froide de l'enceinte à décharge, ce qui se traduit par le noircissement de ladite paroi. Dans le cas o la température du sommet de l'électrode reste in- férieure à 24000K, il se produit le phénomène que l'arc n'attaque pas de façon stable le sommet de l'électrode. De ce fait, l'allumage de la lampe sera peu stable et appa- rait même un risque d'extinction de la lampe. L'invention est basée sur l'idée suivante. Dans la lampe connue, les électrodes sont munies d'uns substance émissive contenant des métaux alcalino-terreux. Ces mé- taux alcalino-terreux sont présents sur les électrodes sous forme d'oxydes, fixés ou non au tungstène. Une frac- tion de ces oxydes sera présente dans la phase gazeuse dans l'enceinte à décharge. La grandeur de cette fraction est tributaire de la tension de vapeur qui s'applique aux oxydes en question à la température ambiante. Il s'avère que Voxygène des composés oxydiques se dégage sous l'in- fluence de la décharge se produisant dans l'enceinte à dé- charge et l'on admet que l'oxygène se dégage des com- posants en phase gazeuse des composés oxydés. Ensuite, l'oxygène dégagé donne lieu à la formation de composés de sodium stables. On a constaté que les oxydes des métaux alcalino-terreux convenant comme substances émissives présentent une tension de vapeur relativement élevée dans les conditions se produisant en régime dans l'enceinte à décharge. Des matériaux, comme de l'oxyde de thorium et de l'oxyde d'yttrium sont moins efficaces comme substance émissive que les oxydes des métaux alca- liro terreux, il est vrai, mais ils offrent l'avantage de présenter une très basse tension de vapeur dans les condi- tions correspondantes et ils sont par conséquent admissi- bles comme substance émissive dans l'enceinte à décharge. Dans une forme de réalisation avantageuse d'une lam- pe conforme à l'invention, l'état de fonctionnement de la lampe satisfait à la relation d3/2 deff I étant le courant de lampe en A, et deff le diamètre effectif de l'électrode exprimé en mm. Par deff de l'électrode, il y a lieu d'entendre le diamètre d'une tige cylindrique de révolution massive, présentant la même longueur et constituée par le même ma- tériau que l'électrode, tige qui présente les mêmes pro- priétés concernant l'évacuation de chaleur à partir du sommet que l'électrode. Dans une lampe selon cette forme de réalisation,lors du fonctionnement de la lampe, le sommet de l'électrode acquiert une température qui se situe dans l'intervalle requis conformément à l'invention, ce qui permet de re- noncer à l'utilisation de-moyens auxiliaires spéciaux. Du brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 476 969 on connaît une lampe à décharge dans la vapeur de sodium à haute pression munie de deux électrodes sous forme de broches de tungstène d'un diamètre d'environ 0,5 mm. Cet- te lampe, qui dissipe une puissance de 175 à 200 W, pré- sente une pression de mercure partielle d'environ 5 at- mosphères à l'état de fonctionnement. De ce fait, la lam- pe présente une tension d'arc élevée (ordre de grandeur 500 V) et un faible courant de lampe de l'ordre de 0,5 A à l'état de fonctionnement. Cela implique que ladite lampe présente des électrodes trop épaisses, ce qui entraîne le risque d'un allumage peu stable de la lampe. De préférence, le gaz rare de la lampe conforme à l'invention est constitué par du xénon, qui présente une pression d'au moins 6,7 kPa à 300 K et l'électrode est es- sentiellement en tungstène et exempte de substance émissi- ve. Du xénon à haute pression offre l'avantage de contre- carrer le noircissement de l'enceinte à décharge provoqué par le matériau évaporé et s'évaporant pendant la phase d'amorçage. Dans le cas d'une réalisation préférentielle d'une lampe conforme à l'invention, la lampe dissipe une puissan- ce d'au maximum 100 W à l'état de fonctionnement et l'élec- trode est une broche et à l'état de fonctionnement, la relation 2 ' 3 5 est satisfaite, d3/2 I étant le courant de lampe en A, et d le diamètre de la broche en mm. Cette forme de réalisation préférentielle offre l'avantage de fournir une lampe convenant à l'éclairage intérieur, dont la réalisation est assez simple du fait qu'il est possible d'utiliser, comme entrée de courant, une broche simple, dont le diamètre peut être choisi pra- tiquement égal à celui de la broche d'électrode. L'invention sera expliquée ci-après en détail à l'ai- de d'un dessin et d'un exemple de réalisation d'une lam- pe. La figure 1 représente schématiquement une lampe conforme à l'invention et la figure 2 représente en détail en coupe l'encein- te à décharge de cette lampe. La lampe représentée sur la figure 1 présente une am- poule extérieure 1 munie d'un culot 2. L'ampoule extérieu- re comporte une enceinte à décharge 3 munie de deux élec- trodes 4, 5. L'électrode 4 est connectée à un contact de connexion du culot 2 à l'aide d'une entrée de courant 8. L'électrode 5 est connectée de façon analogue à l'aide d'une entrée de courant 9. Comme le montre la figure 2, l'enceinte à décharge 3 comprend l'enceinte à décharge proprement dite qui est délimitée par une partie de paroi allongée 3a, dont les deux extrémités sont munies de parties terminales 3b. La partie de paroi 3a et les parties de paroi 3b sont consti- tuées par de l'oxyde d'aluminium fritté dense et sont re- liées entre elles à l'aide de soudures frittées 7. Le dia- mètre extérieur de la partie de paroi 3a est de 2,5 mm. L'enceinte à décharge est munie de deux électrodes 4, 5, qui ont la forme de broches de tungstène et sont fixées sur des amenées de courant en forme de broches 40, 50 en Nb. L'espacement d'électrode est de 11 mm. Les amenées de courant en forme de broches 40, 50 sont reliées d'une façon étanche au gaz aux parties terminales 3b à l'aide d'un verre de soudure 6. Le remplissage de l'enceinte à décharge de la lampe décrite contient du xénon sous une pression de 50 kPa à 300 K et 10 mg d'amalgame constitué par, en poids, 27 % de Na et 73 % de Hg. La lampe fonc- tionne à l'aide d'un ballast de stabilisation inductif de 1,4 H et est alimentée par une source de 220 V, 50 Hz. Pour l'amorçage de la lampe, elle est montée en parallè- le avec un starter à lueur. La puissance dissipée par la lampe est d'environ 30 W, le courant de lampe I étant de 0,40 A. Le flux lumineux spécifique est d'environ 44 lm/W, à une température de couleur du rayonnement émis de 2450 K. Les électrodes en forme de broche en tungstène de la lampe décrite présentent un diamètre de 0,2 mm. Cela I implique que le rapport 3/2 présente une valeur d'en- d3er viron 4,4, donc une valeur située dans l'intervalle re- quis de 2 à 5. A l'état de fonctionnement de la lampe, le sommet des électrodes 4, 5 acquiert une température d'environ 2600 K. La lampe décrite convient notamment à l'éclairage intérieur et on a constaté que, lors de la durée de vie, il ne se produit pas de disparition du so- dium. Afin de déterminer l'influence du diamètre des élec- trodes, on a réalisé plusieurs lampes appropriées à dis- siper, lors du fonctionnement, une puissance de 100 W pour un courant de lampe de 1,2 A. Dans la première lampe, le diamètre d des électrodes sous forme de broche en tungstène est de 0,5 mm. La lam- pe ainsi construite fonctionnait de façon stable et on ne constata aucune évaporation du matériau d'électrode. Le rapport 3 est de 3,4. Dans la deuxième lampe, le dia- mètre des électrodes en forme de broche en tungstène est choisi égal à 0, 7 mm. Cette lampe présentait une faible tendance à un allumage instable. Dans ce cas, le rapport d3/2 est de 2. Dans la troisième lampe, le diamètre d des électrodes en forme de broche en tungstène est choi- si égal à 0,3 mm, de sorte que le rapport 3/2 est d'en- viron 7. Dans cette lampe, l'enceinte à décdharge présen- tait un noircissement provoqué par le tungstène déposé sur la paroi. Dans un exemple suivant d'une lampe conforme à l'in- vention, la puissance dissipée par la lampe présente une valeur de 400 W. Le courant de lampe I est de 3,2 A. La lampe est munie de deux électrodes constituées par une bro- che en tungstène, de diamètre de 1,2 mm, dont le sommet est muni d'une spirale en tungstène. La spirale est consti- tuée par deux rangées de spires, la rangée de spire exté- rieure présentant un diamètre supérieur de 3,6 mm. Le pas des spires est de 0,6 mm, cette rangée contenant environ spires. Les spires sont constituées par du fil d'un diamètre de 0,6 mm. La broche atteinte en régime par la décharge dépasse au sommet de l'électrode de la spirale sur une distance de 1,5 mm, de sorte que les propriétés d'évacuation de la chaleur au sommet de l'électrode ne sont influencées que dans une très faible mesure par la spirale. Ainsi, le dia- mètre effectif deff ne diffère que très peu de celui de la broche et est d'environ 1,3 mm. Pour cette lampe, le rap- port d3/2 est d'environ 2,2. A l'état de fonctionnement de la Crêpe, le sommet d'électrode présente une températu- re d'environ 2500 K. REVENDICATIONS 1.- Lampe à décharge dans la vapeur de sodium à hau- te pression comportant une enceinte à décharge céramique (3), qui contient du sodium et un gaz rare et dont la pa- roi est traversée par au moins une entrée de courant (40) reliée à une électrode (4) en métal réfractaire, disposée dans l'enceinte à décharge, électrode dont le sommet est atteint par la décharge, lors du fonctionnement de la lam- pe, caractérisé en ce que l'électrode est exempte de mé- taux alcalinoterreux et qu'à l'état de fonctionnement de la lampe, le sommet de l'électrode présente une tempéra- ture comprise entre 2400 et 27000K. 2.- Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à l'état de fonctionnement de la lampe, la relation 2 deff le diamètre effectif de l'électrode (4) exprimé en mm. 3.- Lampe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le gaz précieux est du xénon, qui présente une pression d'au moins 6,7 kPa (50 torrs) à 300 K et l'électrode (4) est essentiellement constituée par du tungstène et est exempte de substance émissive. 4.- Lampe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'à l'état de fonctionne- ment, elle dissipe une puissance d'une valeur d'au maximum W, l'électrode étant une broche et à l'état de fonc- tionnement, la relation 2 4 3/2 au 5 est satisfaite, I étant le courant de lampe en A, et d le diamètre de la broche (4) exprimé en mm.