Brevet FR2513809A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne des lampes à déchar- ge de haute intensité et, plus particulièrement, un moyen de réflexion des infrarouges pour améliorer l'efficacité des lampes. A peu près la moitié de l'énergie fournie à une lampe à arc aux halogénures métalliques et mercure est dissi- pée sous forme d'incandescence infrarouge à partir du tube à arc en quartz fondu. Il est souhaitable de réduire cette perte d'énergie ou de l'utiliser de manière à améliorer l'efficacité des lam- pes Dans la présente invention on améliore l'efficacité en utilisant un moyen de réflexion des infrarouges pour renvoyer le rayonnement infrarouge de la partie chaude du tube à arc vers les parties plus froides aux extrémités de ce dernier. On a utilisé les films réflecteurs des infrarouges pour améliorer l'efficacité des lampes au sodium basse pres- sion et il a été suggéré de les utiliser dans les lampes à décharge de haute intensité (comme celles considérées ici) en réalisant un revêtement par un film réflecteur des infrarou- ges sur l'intérieur de l'enveloppe extérieure de la lampe De plus, il existe aussi de nombreux brevets et de nombreux pro- duits sont proposés qui sont basés sur la réflexion du rayon- nement infrarouge vers le filament d'une lampe à incandescence. Le brevet des Etats-Unis no 4 275 327 décrit une telle lampe. Il est bien connu aussi que l'efficacité des lampes aux halo- génures s'accroit avec l'élévation de la température du réser- voir d'halogénures (voir Charactéristics of Mercury Vapor- Metallic Iodide Arc Lamps de G H Reiling dans vol 54, page 532 ( 1964) du Journal of the Optical Society of America). Avec une pression de vapeur d'halogénure métallique plus éle- vée, le spectre du métal présent sous forme d'halogénure de- vient plus intense et le spectre du mercure moins efficace est supprimé On peut accroître la température du réservoir d'halogénure simplement en augmentant le courant de la lampe. Cependant, ceci a pour résultat d'élever la température de toutes les parties du tube à arc En particulier les régions centrales plus chaudes peuvent approcher des températures pour lesquelles la dévitrification devient un problème En conséquence, on remarque qu'une simple augmentation du cou- rant dans la lampe n'est pas une solution au problème d'ac- croissement de l'efficacité par chauffage du réservoir. Selon une réalisation recommandée de la présente in- vention une lampe à décharge de haute intentité comporte un tube à arc étanche au gaz avec des électrodes placées à cha- cune de ses extrémités et contenant un milieu ionisable De plus la lampe comporte une enveloppe extérieure étanche au gaz entourant le tube à arc et des moyens conducteurs métalli- ques pour supporter le tube à arc dans l'enveloppe et fournir du courant électrique aux électrodes Enfin, la lampe de la présente invention comporte un réflecteur pour diriger de ma- nière appropriée le rayonnement infrarouge sur les extrémi- tés du tube à arc Ainsi on utilise le rayonnement provenant de la partie la plus chaude du tube à arc pour chauffer les régions (réservoir>plus froides Puisqu'on n'envoie pas de cha- leur supplémentaire vers la région centrale, ceci a pour ré- sultat une distribution de température plus uniforme et une température moyenne plus élevée qui améliore à la fois la cou- leur et l'efficacité - Selon une réalisation de la présente invention, le moyen de réflexion des infrarouges comprend un réflecteur cir- culaire entourant le tube à arc et ayant une section droite en forme V Selon une deuxième réalisation de la présente in- vention, des écrans séparés réfléchissant les infrarouges en- tourent les extrémités du tube à arc Dans une troisième réali- sation de la présente invention, on forme le moyen réflecteur des infrarouges en réalisant une échancrure circulaire dans l'enveloppe extérieure de la lampe. En conséquence, l'invention a pour but de réaliser une lampe à décharge de haute intensité ayant une meilleure efficacité; réaliser une lampe à décharge de haute intensité dans laquelle le tube à arc fonctionne avec une distribution de températu- re relativement uniforme; réaliser une lampe à décharge de haute intensité ayant de meilleures caractéristiques de couleur. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1 une vue isométrique détaillée représentant une lam- pe à décharge de haute intensité employant une des réalisa- tions de la présente invention; Figure 2 une vue de côté schématique partiellement en coupe représentant la même réalisation de la présente invention que la Figure 1; Figure 3 une vue de côté schématique partiellement en coupe de la réalisation de la présente invention utilisant deux réflecteurs; Figure 4 une vue de côté schématique partiellement en coupe d'une réalisation de la présente invention utilisant une en- veloppe extérieure échancrée. La figure 1 représente une lampe à décharge de hau- te intensité utilisant une réalisation de la présente invention. La lampe Ul O) comporte essentiellement une enveloppe exté- rieure en verre ( 12) entourant un tube à arc ( 20) Le tube à arc est de préférence fabriqué en un matériau transmetteur de la lumière tel que le quartz fondu et a des électrodes 16 et 18 placées à ses extrémités opposées Le tube aàarc compor- te aussi de préférence, une électrode d'amorçagee SE qui est reliée électriquement au bilame 24 Le bilame 2-4 agit comme un interrupteur pour appliquer une tension éle lée entre les électrodes 25 et 18 pendant l'amorçage de la lampe, mais en- suite il court-circuite l'électrode d'amorçage 25 De plus, on relie de préférence les électrodes à l'extérieur du tube à arc au moyen d'un ruban plat de molybdène 26 qui réalise un joint étanche au gaz pour le tube à arc Le tube à arc 20 contient de préférence un milieu ionisable qui peut être constitué par du mercure et par exemple, au moins un halogé- nure d'un métal tel que le sodium. La lampe contient aussi des conducteurs métalliques pour supporter le tube à arc dans l'enveloppe et fournir du courant électrique aux électrodes En particulier on réalise un retour de courant 17 qui est relié à un côté de la source de courant et à l'électrode 18 Le conducteur 13 fournit du courant à l'électrode d'amorçage, si nécessaire, au moyen de la résistance 14 La structure conductrice 28 fixe le tube à arc au culot de la lampe Des lames de ressort 21, soudées par point à la structure 28 fournissent une stabilité supplé- mentaire au tube à arc A l'extrémité supérieure du tube à arc (opposée au culot) la structure conductrice 22 soutient le tube à arc 20 En particulier la structure 22 est soudée par points pour courber la boucle hexagonale 23 qui est fixée autour de l'évidement 15 réalisé dans l'enveloppe extérieure ( 12) de la lampe De plus, on réalise de manière classique l'enveloppe 12 avec un culot 11, tel que le culot de type Edison représenté ici pour avoir un raccordement facile avec une source de courant Pour la clarté de la présentation, beaucoup de détails représentés figure 1 sont représentés seulement de manière schématique dans les figures 2,3 et 4. En dernier lieu, et concernant beaucoup plus direc- tement la présente invention, la lampe 10 comporte un réflec- teur des infrarouges pour diriger de manière appropriée le rayonnement vers les extrémités du tube à arc Dans la figu- re I ceci est réalisé par le réflecteur 50 ayant un revête- ment réflecteur des infrarouges 52 placé sur sa surface inté- rieure Le réflecteur 50 estconstitué de préférence par un matériau, tel que du verre, transmettant le rayonnement visi- ble et qui est revêtu d'un matériau réflecteur des infrarou- ges De cette manière l'énergie du rayonnement infrarouge provenant de la partie centrale, la plus chaude, du tube à arc 20 est renvoyé vers les extrémités relativement plus froides de ce dernier pour fournir de la chaleur supplémen- taire au réservoir de mercure comprenant des halogénures mé- talliques qui a tendance à se former aux extrémités du tube à arc On monte le réflecteur 50 sélectif sur la structure de support 20 aux points 51, comme représenté Dans cette réalisation de la présente invention l'enveloppe extérieure 12 peut comporter un revêtement interne réflecteur des infra- rouges 54 On peut utiliser n'importe quel revêtement réflec- teur des infrarouges et transmetteur du rayonnement visible, tel que des semiconducteurs dopés Sn O 2:F ou In 203:Sn ou des métaux comme le cuivre, l'argent ou l'or avec ou sans revête- ments diélectique antiréflexion Ceci est valable aussi pour le réflecteur circulaire 50. La figure 2 est un diagramme schématique de la lam- pe 10 de la figure 1 Cette figure permet une meilleure com- préhension du fonctionnement de la présente invention Puis- que les éléments ayant les mêmes numéros de référence dans les figures 14 sont identiques et comme on a représenté la figure 1 de manière suffisamment détaillée on ne traitera plus par la suite que les différences significatives entre les figures 2, 3 et 4 En particulier la figure 2 représente une vue en coupe du réflecteur 50 On a représenté, ici, un réflecteur circulaire ayant une section droite en forme de V Cependant, l'homme de l'art remarquera que le réflecteur peut avoir une forme autre que circulaire, par exemple ellip- tique, et peut aussi avoir une section droite plus proche d'une forme en U que celle représentée De plus, la surface réfléchissant les infrarouges 52 du réflecteur 50 peut être concave pour focaliser le rayonnement infrarouge directement sur les extrémités du tube à arc On peut choisir l'angle du V dans le réflecteur de sorte que la lumière soit focalisée directement sur les extrémités du tube à arc ou, comme repré- senté, on peut choisir d'avoir un angle relativement aigu pour le V auquel cas le rayonnement infrarouge est réfléchi à partir du réflecteur 50 en premier vers la paroi de l'en- veloppe extérieure 12 et puis à partir du revêtement réflec- teur 54 de l'enveloppe 12 sur les extrémités du tube à arc. Le réflecteur peut aussi ne pas être consituté par une bou- cle fermée mais par un segment d'arc surtout si le réflec- teur n'est pas transmetteur de rayonnement visible Une telle réalisation ressemblerait à la lampe de la figure 2, excepté que le réflecteur 50 pourrait être représenté sans section droite hachurée. La figure 3 représente une autre réalisation de la présente invention dans laquelle on a réalisé des écrans 60. On fixe ces écrans à la structure de support 61 et ils sont de préférence constitués d'un matériau transmettant la lu- mière visible mais réfléchissant le rayonnement infrarouge. Dans la réalisation représentée, le rayonnement infrarouge est directement réfléchi du tube à arc 20 sur les extrémités en vue d'une distribution plus uniforme de la température du tube à arc Cette réalisation est particulièrement sou- haitable pour les lampes utilisant des tubes à arc relative- ment longs Il faut noter aussi que les écrans 60 peuvent être au moins partiellement fermés de manière à former des cuvettes réfléchissantes à chaque extrémité du tube à arc. Cependant, principalement à cause des difficultés de fabri- cation, cette structure n'est pas recommandée Mais les écrans peuvent être concaves intérieurement, comme représenté, pour mieux envoyer le rayonnement infrarouge sur les extrémi- tés du tube En variante on peut avoir des parois cylindri- ques plus plates qui soient aussi efficaces De plus il est possible d'utiliser un seul écran au lieu de deux, surtout si la lampe doit fonctionner en position verticale, auquel cas, on utilise un écran inférieur. La figure 4 représente encore une autre réalisation de la présente invention dans laquelle une partie médiane de l'enveloppe extérieure comporte une échancrure circulai- re 70 Dans cette réalisation, la partie échancrée et de préférence aussi la partie restante ccarporte un revêtement réflecteur des infrarouges 72 comme ceux décrits ci-dessus L'échancru- re a pour but de réfléchir le rayonnement infrarouge sur les extrémités du tube à arc Ce revêtement est aussi de pré- férence transmetteur de la lumière visible Comme les figu- res 2, 3 et 4 sont partiellement schématiques, on n'a pas représenté la totalité de la structure métallique conductri- ce fournissant un support et le courant électrique au tube à arc Au lieu de cela, on a représenté dans ces figures le conducteur d'amenée de courant 17 soudé à la bande d'attache 27 Cependant l'homme de l'art remarquera qu'on peut utiliser des structures séparées pour le support et pour la fourniture de courant Cependant, on utilise généralement une structure commune pour les deux usages pour plus de commodité. De ce qui précède on peut remarquer que la présente invention fonctionne pour accroître de manière appropriée la température des extrémités du tube à arc tout en maintenant une température dans la région centrale Pour les revêtements réflecteurs d'infrarouge, on préfère les oxydes semi-conduc- teurs à cause de leur capacité de transmission de la lumière visible La taille des écrans réflecteurs dépend de la tail- le et de la forme du tube à arc et de la nécessité de mainte- nir une température de l'écran réflecteur ne dépassant pas 500 'C Cependant, il faut remarquer qu'on ne demande pas qu'ils soient alignés avec précision. On peut remarquer, de tout ce qui précède, que la présente invention fonctionne particulièrement pour fournir de manière appropriée un rayonnement infrarouge réfléchi aux extrémités du tube à arc de manière à maintenir ce dernier à température uniforme La structure de la présente inven- tion permet aussi au réservoir de fonctionner à une tempéra- ture supérieure à celle des lampes classiques et d'accroître ainsi l'efficacité de la lampe d'environ 10 à 20 % En outre par suite de l'uniformité du chauffage on améliore les carac- téristiques de couleur des lampes à décharge de haute inten- sité utilisant la présente invention de manière significati- ve. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 Lampe à décharge de haute intensité caractérisée en ce qu'elle comporte: un tube à arc ( 20) étanche au gaz ayant des élec- trodes ( 16,18) placées à chacune de ses extrémités opposées et contenant un milieu ionisable; une enveloppe extérieure ( 12) étanche au gaz en- tourant le tube à arc ( 20); des moyens conducteurs métalliques ( 13, 17, 22, 28) pour supporter le tube à arc ( 20) à l'intérieur de l'envelop- pe ( 12) et pour fournir du courant aux électrodes ( 16, 18); un réflecteur ( 50) pour diriger de manière appro- priée le rayonnement infrarouge sur les extrémités du tube à arc ( 20). 2 Lampe selon la revendication 1 caractérisée en ce que le réflecteur ( 50) comprend un élément courbe entourant au noins Partiellement le tube à arc ( 20) et ayant une sec- tion droite généralement en forme de V. 3 Lampe selon la revendication 2 caractérisée en ce que le réflecteur ( 50) comporte une boucle fermée. 4 Lampe selon la revendication 2 caractérisée en ce qué l'enveloppe extérieure ( 12) est recouverte par un revête- ment ( 54) réflecteur des infrarouges. Lampe selon la revendication 1 caractérisée en ce que le réflecteur ( 70) est constitué par une échancrure ( 70) de l'enveloppe extérieure ( 12), cette échancrure ( 70) étant recouverte par un revêtement ( 74) réflecteur des infrarouges. 6 Lampe selon la revendication 1 caractérisée en ce que le réflecteur comprend au moins un écran réflecteur des infrarouges ( 60) placé attenant à une extrémité du tube à arc ( 20).