Brevet FR2542135A1 — publié le 19840907

LAMPE A VAPEUR DE SODIUM A HAUTE PRESSION La présente invention se rapporte a une lampe à vapeur de sodium à haute pression, comportant à l'intérieur d'un tube en matériau refractaire et trans- parent tel que de la céramique au moins deux électrodes, un remplissage en gaz rare(s) tel que du xénon et, comme matériau d'adjonction; du sodium de l'argent et/ou du cadmium, ces materiaux d'adjonction etant maintenus sous la pression de la vapeur saturante à la température de service. L'arc de décharge des lampes à vapeur de sodium se produit dans le tube en matériau réfractaire et transparent tel que de la céramique, logé avec ses raccords dans un bulbe à l'intérieur duquel on a fait le vide. Le courant électrique est amene dans le tube par des conducteurs en niobium qui sont raccordés aux deux extrémités du tube par une prise en céramique ou en composé métal-céramique. Le tube contient un ou plusieurs gaz rares) ainsi que des materiaux d'adjonction. Le rôle du gaz rare est d'amorcer la décharge et l'on utilise généralement pour cela du xenon tandis que le matériau d'ajonction est généralement cons titué de sodium ou de mercure, ou encore de cadmium. Les caractéristiques de la décharge sont déterminées essentiellement par le sodium maintenu sous une pression de 0,1 à 1 bar , les autres matériaux d'adjonction servent surtout pour le reglage des paramètres électriques. Pendant le service de la lampe à vapeur de sodium, la quantité de sodium quelle contient diminue par étapes. A cause de ceci, il est nécessaire de prévoir une quantité de matériau d'adjonction telle que la perte du sodium change le moins possible le- mélange de la phase liquide des materiaux d'adjonction. I1 est donc nécessaire de prevoir une grande quantite de matériaux d'adjonction et, dans un tel cas, la quantite de matériaux d'adjonction en phase liquide est un multiple de celle se trouvant en phase vapeur.Une lampe à vapeur de sodium fonctionnant selon ce principe est décrite dans le brevet americain 3 384 798. Un inconvénient commun à tous ces types de lampes à vapeur de sodium réside dans le fait que la tension de service de la lampe s'élève en même temps quelea quantité de sodium diminue et que les extrémités du tube en céramique noircissent, jusqu'à atteindre une valeur si enlevée qu'elle depasse la tension fluctuante du réseau d'alimentation et que la lampe s'éteint. Afin que ce processus de dégradation ne se produise qu'après une longue durée de service, les lampes à vapeur de mercure sont réglées pour fonctionner à une tension de service relativement basse ce qui fait que les lampes a vapeur de sodium ne peuvent pas atteindre leur puissance nominale au début de leur mise en service et par conséquent ne peuvent pas fournir la puissance d'éclairage souhaitée. IL est également connu par le brevet américain 4 075 530 une solution dans laquelle la lampe a vapeur de mercure est utilisée avec un remplissage en vapeur non saturée, c'est-à-dire qu'en service toute la quantité de sodium et de mercure est en phase vapeur. Dans ce cas, la tension de service de la lampe à vapeur de mercure ne varie pas du tout au cours des yariations de la tension du réseau, mais on utilise une si faible quantité de matériaux d'adjonction que le sodium s'évacue encore plus vite que d'habitude, sa diminution provoquant une variation de la tension de service jusqu'à ce qu'au moment de la disparition complète du sodium de la lampe qui fonctionnait comme lampe à vapeur de sodium, cette lampe se transforme alors en lampe à vapeur de mercure. L'un des buts de la présente invention est précisément de proposer une solution dans laquelle la lampe reste en service le plus longtemps possible comme lampe à vapeur de sodium et qu'au cours de sa durée de vie, sa tension de service reste sensiblement constante, c'est- -dire n'atteigne pas une valeur provoquant l'extinction de la lampe. L'invention repose sur la constatation du fait qu'à côte de l'utilisa tion de la quantité de sodium correspondant à la pression de vapeur saturée à la température de service, l'adjonction d'une quantité correspondante, au choix, de mercure et/ou de cadmium peut assurer d'-une façon inattendue l'effet désiré A cet effet, la lampe à vapeur de sodium à haute pression, comportant à l'intérieur d'un tube en matériau réfractaire et transparent tel que de la céramique, au moins deux électrodes, un remplissage en gaz rare(s) tel que du xénon et, comme matériau d'adjonction, du sodium, de l'argent et/ou du cadmium, ces matériaux d'adjonction étant maintenus sous la pression de la vapeur saturante à la température de service, est caractérisée en ce que la quantite de mercure et/ou de cadmium d'àdjonction par centimètre de longueur du tube est comprise entre 0,5 et 5,0 micromoles. Selon un mode de réalisatton avantageux, la quantité de mercure et/ou de cadmium d'adjonction par centimètre de longueur du tube est comprise entre 0,5 et 2,5 micromoleset l'effet désiré peut encore être atteint dans ce cas. On a pu constater que si les quantites de-mercure et/ou i cadmium sont maintenues dans les limites selon l'invention, la lampe à vapeur de sodium permet de realiser ia stabilisation de la tension de service, c'est-à-dire de la tension aux bornes de la lampe lorsqu'elle est allumée. D'autres buts , avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description d'un mode de réalisation faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé où . la figure 1 représente les pressions de service des vapeurs de mercure et de sodium en fonction des pourcentages respectifs de mercure et de sodium exprimés en moléculergrammes(moles) présent dans un tube pour une température de point froid constante. . la figure 2 est une vue en plan avec arrachements de la lampe à vape-ur de sodium à haute pression selon l'invention Si ll-on se reporte à la figure 1, on a représenté sur Tes courbes A le courant de la vapeur saturée ou la plus grande partie du mercure et du sodium se trouve en phase liquide et où l'espace de vapeur ne contient qu'tu faible partie de ces deux corps. On peut voir que parallèlement à la diminu tion (et/ou respectivement l'évacuation) du sodium, la pression de vapeur du mercure p Hg s'élève rapidement tandis que la pression de vapeur du sodium pNa diminue. Cet état se rencontre même pour des concentrations en sodium relative ment élevées, pour lesquelles, par suite de la pression de vapeur de mercur pHg croissante, la tension crpissante de fonctionnement conduit à-l'extinc- tion de la lampe. La situation est toute autre sur les courbes B où', selon l'invention, les quantités de mercure et/ou de cadmium sont limitées. lorsque, par exemp la quantité de mercure présente dans le tube est choisie de telle manière que, même sans la présence de sodium non gazeux, une lampe à vapeur de sodium présente des tensions d'allumage acceptables (correspondant aux caractéristiques d'une lampe qui ne subit pas d'extinction spontanée), les courbes A prennent la forme des courbes B. On voit qu'au cours des modifica tions de la composition en sodium et en mercure, la pression de vapeur de mercure pHg varie peu et que l'on peut arriver à obtenir dans les cas les plus favorables -c'est-à-dire lorsque la tension d'allumage est la plus elevée- que la lampe à vapeur de sodium reste allumée.Il apparaît également que la variation de la pression de vapeur de sodium pNa en fonction-de la variation de b concentration, est beaucoup plus faible. L'adjonction du mélange mercure-sodium peut être choisie, de même que l'adjonction mercure-cadmium-sodium, (respectiveinent. cadmium-sodium)ainsi que de- faib'les-quantités du mélange mercure-cadmium (respectivement de cadmium ) pour lesquelles un effet stabilisateur se manifeste. La figure 2 représente un mode de réalisation de la lampe à vapeur de sodium à haute pression selon l'invention. Dans un bulbe 1 l'intérieur duquel on a fait le vide et qui. est équipé d'une douille 2, est disposé un tube 3 en oxyde d'aluminium maintenu par des conducteurs 6 et 7 en niobium qui sont reliés par soudure directement au fil électrique 11 et, par l'intermédiaire d'une attache 4, au fil électrique 12, ces deux fils étant portés par un support 5. A l'intérieur du tube 3 en oxyde d'aluminium sont disposees des électrodes 8 respectivement 9 qui sont reliées aux conducteurs 6 et respectivement-7 et sont recouvertes d'un matériau é.missif. A l'intérieur du tube 3 en oxyde d'aluminium et pour assurer l'allumage de la lampe sont enfermes un ou plusieurs gaz rare(s) et un matériau d'adjonction constitué par un melange mercure-sodium ou mercure-cadmium-sodium ou cadmiumsodium, un getter 10 maintient le vide dans le bulbe 1. Pour la sélection des matériaux d'adjonction de la lampe à vapeur de sodium qui vient d'être décrite, on peut donner les exemples suivants Dans un tube- 3.en oxyde d'aluminium de 6,9 mm de diamètre intérieur d'un volume de 3,3 cm et dont les électrodes sont éloignes de 7,5cm, on dispose 17 miacromoles de mercure et 43 micromoles de sodium et l'on utilise comme gaz d'allumage du xénon à- -26 millibars. Le rendement lumineux de la lampe à vapeur de sodium est de 100 lm/W pour une consommation de 250 W et son indice de rendu des couleurs est de R = 32. Le changement de la tension de service dé la lampe à vapeur de sodium drors qu'ellé est allumée en continu et que la quantité de sodium décrit; né fait apparaitre aucune tendance à l'extinction alors que l'expérience montre que les lampes à vapeur sodium usuelles qui contiennent 240 micromoles de mercure peuvent facilement s'éteindre. Dans un autre exemple, on dispose dans le tube 3 en oxyde d'aluminium 10 micromoles de mercure et 43 micromoles de sodium. On utilise comme gaz d'allumage du xénon à 80 mbar. Le rendement lumineux de la lampe à vapeur de sodium est de 80 lm/W pour une consommation de 300 W et son indice de rendu des couleurs est de R = 32. Cette lampe à vapeur de sodium ne montre aucune tendance à l'extinction au cours de son service à l'état allumé. Les lampes à vapeur de sodium de plus faible puissance présentent les mêmes propriétés. Un autre avantage des lampes à vapeur de sodium selon l'invention réside dans le fait que, d'une part, elles durent plus longtemps et que, d'autre part, au cours de leur service leur tension de fonctionnement reste sensiblement constante sans qu'elles ne présentent la moindre tendance à l'extinction. Bien entendu, la présente invention n'est pas limite aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Lampe à vapeur de sodium à haute pression, comportant à l'intérieur d'un tube en matériau réfractaire et transparent tel que de la céramique, au moins deux électrodes, un remplissage en gaz rare(s) tel que du xénon et, comme matériau d'adjonction, du sodium, de l'argent et/ou du cadmium, ces matériaux d'adjonction étant maintenus sous la pression de la vapeur saturante à la température de service, caractérisée en ce que la quantité de mercure et/ou de cadmium d'adjonction par centimètre de longueur du tube est comprise entre 0,5 et 5,0 micromoles. 2.- Lampe à vapeur de sodium selon la revendication 1; caractérisée en ce que la quantité de mercure et/ou de cadmium d'adjonction par centimètre de longueur du tube est comprise entre 0,5 et 2,5 micromoles.