Brevet FR2497401A1 — publié le 19820702

L'invention concerne des lampes à vapeur de sodium haute pression utilisant des enveloppes de céramicue d'alumine et, plus particulièrement, un dispositif capacitif externe destiné à faciliter l'amorçage de ces lampes. Au cours des dix dernières années, l'utilisation des lampes à vapeur de sodium haute pression s'est généralisée pour des applications d'éclairage commercial, et en particulier pour l'éclairage extérieur. Ces lampes sont décrites dans le brevet des E.U.A. No 3 248 590 intitulé: High Pressure Sodium Vapor Lamps (Lampes à vapeur de sodium haute pression). Elles comprennent une mince enveloppe tubulaire en oxyde réfractaire transmettant la lumière résistant au sodium à température élevée, avantageusement en alumine polycristalline de densité élevée ou en saphir synthétique. Le remplissage se compose de sodium ainsi que d'un gaz rare pour faciliter l'amorçage, et de mercure pour améliorer l'efficacité. Les extrémités du tube d'alumine sont scellées par des obturateurs appropriés permettant la liaison à des électrodes thermoloniques qui peuvent présenter une structure en -métal réfractaire activé par un matériau émetteur d'électrons. Le tube à arc de céra- mique est généralement maintenu à l'intérieur d'une ampoule externe vitreuse, munie à l'une de ses extrémités du culot à vis classique. Les électrodes du tube à arc sont reliées aux bornes du culot, c'est-à-dire à sa coque et à un contact central, et on fait habituellement le vide dans l'espace entre les enveloppes pour conserver la chaleur. Dans les lampes à vapeur de sodium haute pression de grande taille fabriquées pour des applications d'éclairage générales, on utilise habituellement le xénon comme gaz d'amorçage. Le choix du xénon, le plus lourd des gaz inertes que l'on peut se procurer facilement, est plus avantageux quant à l'effica- cité, si on le compare aux gaz inertes plus légers, permettant, par exemple, d'obtenir une efficacité supérieure de 10% ou plus à celle que l'on obtient avec le néon. Toutefois, le choix du xénon augmente la tension nécessaire pour l'amorçage et on remédie à cette difficulté en incluant dans le ballast ou le dispositif de régulation du courant un circuit électronique qui sert de source d'impulsions de tension élevée et de courte durée. Une fois la lampe allumée, la tension aux bornes de la lampe diminue et. en réponse, un circuit sensible coupe le générateur d'impulsions d'amorçage. L'efficacité d'une lampe à vapeur de sodium naute pression à remplissage de xénon augraente avec la pression du xenon qui peut aller de 10 atnmosphères jusqu'l plusieurs cen.aines d'atmosphères, mals la tension nécessaire à i'cmorçage augïmen- te égaiement avec cette ?iression. Cn accepte habituellement, comme compromis, unlre pression d'environ 20 atmosphères pour le remplissage de xënon. Le ballast permet d'obtenir, pour une lampe à vapeur de sodium haute pression de 400 watts une amplitude d'impulsion minimum de 2250 volts à l'amorçage. On peut augmenter l'efficacité d'une lampe à vapeur de sodium haute pression destinée à fonctionner avec ce ballast en augmentant la pression du remplissage de xénon de 100 à 200 atmosphères, mais l'aptitude de la lampe à s'amorcer sur le ballast existant devient alors marginale. On peut améliorer cette aptitude et rendre la lampe acceptable en utilisant un dispositif capacitif d'aide à l'amorçage placé à l'intérieur de l'ampoule externe à proximité du tube à arc de céramique. Dans le brevet des E.U.A. n 3 872 340, on décrit un dispo- sitif capacitif d'aide à l'amorçage aui comprend une paire de bras bimétalliques déformables thermiauement dont les extra- mités embrassent le tube à arc à température ambiante et s'en éloignent lorsqu'ils s'échauffent dans les conditions de fonctionnement. On connaît également une lampe à vapeur de sodium haute pression de fabrication japonaise dans laquelle un long fil souple est étiré entre deux bras bimétalliques fixes à une structure de support se trouvant au-delà des extrémités du tube à arc. A température ambiante, le fil appuie contre le tube à arc de céramique et s'enroule partiellement autour de lui. A la température de fonctionnement les bras bimétalliques fléchissent et éloignent le fil du tube à arc. Cet agencement est relativement coûteux et demande un soin et une compétence technique pour son montage supérieure à ce cui est habituellement nécessaire. De plus, dans le cas d'un réamorçage à chaud, un délai pouvant atteindre 10 minutes peut être nécessaire pour permettre à la lampe et aux bras bimétalliques de refroidir et au fil d'amorçage de revenir à sa position à température ambiante. La présente invention a pour objet de réaliser un dispositif externe d'aide à l'amorçage pour lampe à vapeur de sodium haute pression aui soit plus efficace que celui du brevet des E.U.A. no 3 872 340 et qui ne présente pas les inconvénients du modèle japonais. Conformément à l'invention, le dispositif capacitif d'aide à l'amorçage comprend un élément métallique léger et auto-portant, de forme allongée placé à l'intérieur de l'ampoule externe d'une lampe à décharge. A température ambiante, un bras déformable thermiquement se déplaçant dans un plan perpendiculaire au tube à arc, presse longitudinale- ment l'élément contre la paroi du tube à arc. L'extrémité mobile du bras est attachée à l'élément, au voisinage du centre de ce dernier et son extrémité opposée est attachée à la structure servant de support au tube à arc et reliée électriquement à une électrode. Lorsque la lampe s'amorce et chauffe, la chaleur provenant du tube à arc provoque la flexion du bras et l'éloignement de l'élément du tube à arc. Dans une réalisation recommandée, l'élément est constitua par un fil rigide présentant une courbure ou une forme légèrement arquée, concave du côté du tube à arc et le bras déformable thermiquement qui le supporte est une lame bimétallique. A température ambiante, lorsque la lame bimétallique presse le fil contre le tube à arc, la courbure est aplatie. Dans le cas d'une nouvelle fermeture, la courbure permet aux extrémités du fil de s'approcher du tube à arc et d'entrer en contact avec lui plus tôt pendant le cycle de refroidissement, ce aui diminue le temps de réamorçage à chaud, c'est-à-dire le délai de réamorçage suivant une période de fonctionnement. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: FIG. 1 une vue de face, en élévation d'une lampe à décharge à vapeur de sodium haute pression, conforme à l'invention dans sa forme recommandée; FIG 2a et 2b des vues partielles en -lan et en élévation latérale représentant le dispositif d'aide à l'amorçage, la lampe étant en fonctionnement; FIG. 3 une vue partielle représentant le dispostif d'aide a l'amorçage entrant en contact avec le tube à arc pendant le cycle de refroidissement; FIG. 4 une vue en plan d'une variante de réalisation de l'invention. On a représenté FIG 1, une lampe à vapeur de sodium haute pression 1 conforme à la présente invention et correspondant à une puissance de 250 watts. Elle comprend une ampoule externe vitreuse 2 au pied de laquelle est fixé un culot goliath à vis classique 3, la lampe étant représentée avec le pied dirigé vers le haut. Le pincement réentrant du pied 4 est traversé par une paire de fils d'amenée de courant , 6 relativement massifs dont les extrémités extérieures sont reliées à la coque filetée 7 et au plot 8 du culot. L'enveloppe interne ou tube à arc 9 placée au centre de l'ampoule externe est constituée par un tube de céramique transmettant la lumière, avantageusement de céramique d'alu- mine polycristalline translucide ou d'alumine monocristalline transparente. L'extrémité supérieure du tube à arc est fermée par un bouchon de céramique d'alumine 10 que traverse, sans nuire à l'herméticité, un fil d'amenée de courant de niobium 11 qui supporte l'électrode supérieure lia représentée en trait en tirets. L'extrémité inférieure est également fermée par un bouchon de céramique 12 traversé par un tube de niobium 13 à paroi mince qui sert à la fois d'amenée de courant et de réservoir pour le mercure et le métal alcalin en excès. La tige de l'électrode inférieure pénètre dans le tube 13 et on l'y fixe en sertissant le tube autour d'elle en 14. Le sertissage laisse des canaux restreints aui permettent le passage du métal alcalin et du mercure sous forme de vapeur mais empêche leur déplacement sous forme d'amalgame liquide, de sorte qu'il est possible de faire fonctionner la lampe non seulement avec le culot en haut comme on l'a représenté, mais également avec le culot en bas. Les scellements de céramique sont décrits d'une manière plus détaillée dans le brevet des E.U.A. no 4 065 691 intitulé "Ceramic Lamp Having Electrodes Supported by Crimped Tubular Inlead" (Lampe de Céramique dont les Electrodes ont pour Support une Amenée de Courant Tubulaire Sertie). La monture du tube à arc à l'intérieur de l'ampoule externe autorise les différences de dilatation thermique. Une tige support robuste 15 s'étend sur pratiquement toute la longueur de l'ampoule externe; elle est soudée au fil d'amenée de courant 5 du côté du pied et ancrée par l'agrafe élastique 16, bloquée sur le téton renversé 17 à l'extrémité distale ou dôme de l'ampoule externe. Le tube à arc a princi- palement pour support le conducteur 18, soudé perpendiculai- rement entre l'amenée de courant tubulaire 13 et la tige support 15. A l'extrémité supérieure, le fil d'amenée de courant axial 11 traverse un tampon isolant 19 qui a pour support la tige 15 par l'intermédiaire d'un ruban métallique 20 enroulé étroitement autour de lui et soudé par points à la tige support. La taille de l'ouverture aménagée à travers le tampon est conçue de manière à permettre le libre déplacement axial du fil d'amenée de courant 11 sans autori- ser trop de jeu latéral. Un conducteur souple élastique 21 courbé pour former une boucle ouverte est soudé à une de ses extrémités au fil d'amenée de courant 11 au-dessus du tampon et à son autre extrémité au fil d'amenée de courant 6. Le déplacement axial du fil d'amenée de courant 11 à travers le tampon 19 et la flexion du conducteur courbé 21 permettent de rattraper les différences de dilatation thermique. Dans la réalisation recommandée de l'invention représen- tée, on a utilisé un dispositif capacitif d'aide à l'amorçage comprenant un fil courbé trempé 22 qui, à température ambiante, est pressé à plat, longitudinalement contre la paroi du tube à arc 9. Le fil est supporté en son centre par une lame bimétallique 23 à une extrémité de laquelle il est soudé par points. L'autre extrémité de la lame 23 est soudée par points à la tige support 15 de façon à ce que lui soit appliqué le même potentiel qu'à l'électrode inférieure du tube à arc. Le fil présente une courbure dont la concaviti est dirigée vers le tube à arc, de préférence moindre ue le diamètre du tube aà arc, conme on l'a reprserité FIG 2. A température ambiante, iorsque la lamne biméta iique presse le fil contre le tube à arc, la courbure est aplatie. Le fil est plus court que le tube à arc et de dimensions telles que ses extrémités se situent au voisinage des électrodes. Lorsque l'on a amorcé la lampe et qu'elle s'est échauffée, la chaleur provenant du tube à arc chauffe la lame bimétallique qui s'incurve et éloigne le fil 22 du tube à arc comme on l'a représenté FIG. 2a et 2b. Le fil retrouve alors sa courbure naturelle et le centre du fil se trouve plus éloigné de la paroi du tube à arc que ses extrémités. On a trouvé cet aménagement intéressant pour diminuer le temps de réamorçage à chaud. En raison de la courbure du fil, les extrémités du fil s'approchent du tube à arc et le touchent à proximité des électrodes beaucoup plus tôt au cours du cycle de refroidisse- ment comme on peut le voir FIG. 3. Par exemple, dans une lampe de 250 watts correspondant à celle représentée dans les figures, avec laquelle on a effectué les essais, les extrémités du fil sont entrées en contact avec le tube à arc environ 1 minute après l'extinction de la lampe chaude et cela a été suffisant pour que le tube à arc chaud se réamorce. D'autre part, on a découvert que si le dispositif capacitif d'aide à l'amorçage mettait plus de 2 minutes pour se refermer, il était alors nécessaire de laisser la lampe refroidir complètement, ce qui demandait alors environ 8 minutes. La lame bimétallique 23 est avantageusement fabriquée en un matériau du commerce dont le composant de faible coeffi- cient de dilatation est un alliage nickel-fer et le composant de fort coefficient de dilatation est un alliage nickel-chrome- acier. La lame bimétallique présentera avantageusement une épaisseur de 0, 127 mm pour une largeur de 3,81 mm. Dans les lampes de plus grandes tailles, la lame bimétalliaue fonctionne à une température voisine de la température de recuit du matériau. L'aménagement de la présente invention présente encore l'avantage de pouvoir éloigner davantage la lame bimétallique 23 du tube à arc aue les extrémités du fil 22. La lame bimétallique est donc efficacement éloignée de la source de chaleur et la possibilité qu'elle a de se trouver à une température dépassant sa température de recuit s'en trouve écartée. En même temps, le déplacement que doivent subir les extrémités du fil pour se refermer sur le tube à arc pour un réamorçage n'est pas accru. La FIG. 4 représente une variante de l'invention que l'on peut utiliser pour des lampes o le danger de dépasser la température de recuit de la lame bimétallique est plus important, par exemple pour des lampes de forte puissance. Comme on l'a représenté, une lame bimétallique 24 à laquelle on a donné, en coupe, une forme générale eu U, est soudée à la tige support 15 et disposée de manière à l'entourer partiellement du côté opposé au tube à arc. Une longueur 25 d'un métal plus réfractaire, comme une lame d'acier inoxydable ou de molybdène est soudée par points à l'extrémité mobile de la lame 24, et le fil courbé 22 est, à son tour, soudé par points à l'extrémité de la lame 25. La lame 25 peut être relativement épaisse et étroite et on peut même la remplacer par un fil si on le souhaite pour qu'elle intercepte moins de rayons provenant du tube à arc et reste plus froide. Le dispositif capacitif d'aide à l'amorçage de l'inven- tion présente l'avantage d'être simple et facile à fabriquer, puisque l'on n'utilise que deux pièces, une lame bimétallique et un fil, et qu'il ne nécessite que deux soudures. REVENDICATIONS 1. Lampe à vapeur de métal haute pression comprenant une ampoule externe vitreuse (2) renfermant un tube à arc interne (9) aux extrémités duquel sont scellées des électrodes thermoloniques et contenant une charge de métal vaporisable et de gaz d'amorçage inerte, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif capacitif d'aide à l'amorçage comprenant un élément métallique léger de forme allongée (22) supporté par un bras déformable thermiquement (23) fixé à une structure de support (15) à l'intérieur de l'ampoule externe, la structure de support étant reliée à l'une (lia) des électrodes; le bras étant conçu pour se déplacer dans un plan perpendi- culaire au tube à arc, pour presser longitudinalement l'élément de forme allongée (22) contre le tube à arc à température ambiante et pour l'éloigner du tube à arc lorsqu'il est chauffé par le fonctionnement de la lampe. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bras déformable thermiauement (23) se compose d'une lame bimétallique. 3. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube à arc comprend une enveloppe de céramique et contient une charge de sodium, de mercure et de gaz d'amorçage inerte. 4. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément métallique de forme allongée (22) est un fil rigide présentant une courbure ou une forme légèrement arquée concave du côté du tube à arc, courbure qui est aplatie lors- que le bras (23) presse le fil contre le tube à arc (9) à température ambiante. 5. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bras déformable thermiauement (24) se compose d'une lame bimétallique fixée à la structure de support (15) et l'entou- rant au moins en partie du côté opposé au tube à arc (9) et d'une longueur (25) d'un métal plus réfractaire fixée à la lame bimétallique (22), longueur à l'extrémité libre de laquelle est fixé l'élément métallique (22)de forme allongée.