Brevet FR2562325A1 — publié le 19851004

L'invention concerne une lampe, notamment une lampe à vapeur de sodium à haute pression ou une lampe à halogé- nure métallique destinée à fonctionner en étant alimentée en courant continu et qui est constituée par une enceinte à décharge, par exemple de forme tubulaire, réalisée en un matériau transparent et disposée de préférence à l'intérieur d'une enveloppe extérieure, l'enceinte à décharge comportant, dans ses zones d'extrémités, une anode et une cathode, ainsi qu'un gaz de remplissage, produisant une lumière pendant le fonctionnement et constituée par au moins deux constitu- tuants formés de gaz ou de vapeur. Sous le terme de lampe à halogénure métallique, on désigne d'une manière générale les lampes à décharge à haute pression, qui contiennent un gaz rare en tant que moyen d'a- morçage et du mercure ainsi que l'halogénure d'au moins un métal choisi de façon appropriée. Comme halogénure, on uti- lise habituellement un mélange de iodure de sodium, de iodure de tallium, et de iodure d'indium ou une composition de io- dure de sodium et de iodure de scandium ou bien de iodure de dysprosium et iodure de tallium. Dans le cas de l'alimentation en courant continu des lampes à halogénure métallique de type symétrique usuel, qui peuvent être caractérisées par la même configuration de l'anode et de la cathode, une partie importante des ha - logénures se déplacent en direction de la cathode, ce qui entraîne une séparation des couleurs. Ce phénomène est carac- térisé par le fait que d'une part les extrémités du corps luminescent émettent des lumières possédant des couleurs différentes et que d'autre part la lampe est sensible à sa position dans l'espace. Dans le cas des lampes à halogénure métallique disposées verticalement, possédant une structure d'électrodes symétrique et contenant du iodure de sodium, du iodure de tallium et du iodure d'indium, les iodures de sodium se déplacent, dans le cas d'une alimentation en cou- rant alternatif, en direction de la zone inférieure de l'en- ceinte à décharge, ce qui a pour effet que la partie infé- rieure de la décharge devient la source d'une lumière enri- chie dans la couleur jaune, le rayonnement jaune caractéris- tique du sodium déterminant la couleur. Dans le cas de l'ali- mentation en courant continu de la même lampe, il se présente deux possibilités. Si la cathode est disposée en position inférieure, la séparation décrite plus haut des couleurs est très intense. Si la cathode est disposée en position supérieure, le phénomène ne se manifeste pas d'une manière aussi accusé. Au sens de la présente invention, une lampe à vapeur de sodium à haute pression désigne un élément d'éclairage possédant une enceinte à décharge a haute pression réalisée en un matériau céramique à point de fusion élevé et dans laquelle, pendant le fonctionnement, il règne une pression de vapeur de sodium comprise entre 2.103 et 10 Pa, une pres- sion de mercure comprise entre 0 et 5.105 Pa et une pression 6 8 de xénon comprise entre 5.10 et 3.10 Pa. Il est également usuel de remplacer le mercure par un autre métal possédant un poids moléculaire élevé et une pression de vapeur élevée, par exemple du cadnium, et d'utiliser à la place du xénon un autre gaz rare, par exemple de l'argon ou bien un mélange de gaz rares constitué par du néon et de l'argon. Ces gaz forment également au sens de l'invention des lampes à vapeur de sodium à haute pression. Dans le cas des lampes a vapeur de sodium à haute pression ou des lampes à halogénure métallique à haute pres- sion, il arrive souvent que, lorsqu'elles sont alimentées par un courant continu, elles ne puissent pas fournir l'ho- mogénéité de couleur usuelle dans le cas d'une alimentation en courant alternatif, mais qu'il apparaisse, par suite des phénomène de l'électrophorèse ou de la cataphorèse, la sépa- ration des différentes composantes, ce qui conduit à une séparation des couleurs. Ainsi par exemple le sodium s'accu- mule, en tant que composant le plus facilement ionisable, au voisinage de la cathode, et c'est pourquoi les autres composants se déplacent également. Par conséquent le côté situé vesla cathode s'enrichit en sodium. C'est le phénomène de la séparation des couleurs, qui est l'une des causes du fait que l'alimentation en courant continu des lampes à vapeur de sodium à haute pression ou des lampes à halogénure métallique a haute pression ne puisse pas être étendue. (L'ex- ception concerne le cas o la séparation des couleurs doit être utilisée sciamment pour obtenir par exemple une exci- tation séparée dans l'espace de tels composantes, qui four- nisse un éclairement dans différentes gammes de couleurs, comme le mercure, le cadnium, le tallium et/ou le zinc dans la lampe à sodium. Dans ce cas la séparation des couleurs entraîne un accroissement de la température de couleur, mais avec une réduction du rendement de la lumière émise). L'ef- fet nuisible de la séparation des couleurs peut être réduit grâce à l'utilisation d'une enveloppe extérieure mate ou d'une poudre lumineuse, ce qui permet d'améliorer l'unifor- mité des couleurs. Par suite de l'alternance permanente de la polarité, la séparation des couleurs n'est pas aussi intense dans les lampes à vapeur de sodium ou à halogénure métallique alimentées par un courant alternatif. Le but de la présente invention est de réaliser une structure de lampe permettant d'éviter ou de réduire au ma- ximum la séparation des couleurs mentionnée plus haut - qui, comme cela est connu, doit être imputée à l'alimentation en courant continu et implique la séparation spatiale des différentes composantes produisant la lumière - dans les lampes à vapeur de sodium à haute pression et dans les lampes à halogénure métallique à haute pression. L'invention est basée sur le fait connu selon lequel le phénomène désiré peut être obtenu dans le cas o pendant le fonctionnement de la lampe à vapeur de sodium à haute pression ou de la lampe à halogénure métallique à haute pres- sion, on garantit l'obtention d'une température du point froid du côté de l'enceinte à décharge, située vers la ca- thode, plus élevée que la température du point froid situé sur le côté de l'anode. Un autre résultat connu utilisable notamment dans le cas des lampes à vapeur de sodium réside dans le fait que le rapport de la distance entre la cathode et l'anode servant d'électrodes principales de la lampe, et le diamètre intérieur de l'enceinte à décharge, est déter- minant sous l'aspect de la séparation des couleurs, et qu'une plage appropriée de valeurs de ce rapport garantit également que l'objectif recherché est atteint. Il faut ici remarquer que la température du point froid désigne la température de la zone de l'espace inté- rieur de l'enceinte à décharge, qui est la plus froide pen- dant le fonctionnement. Ainsi le but de l'invention est de réaliser une lam- pe à vapeur de sodium à haute pression ou une lampe à halo- génure métallique à haute pression, dans laquelle on met à profit le fait connu mentionné plus haut et de ce fait on peut éviter ou tout au moins réduire de ce fait un niveau admissible la séparation des couleurs, même dans le cas d'une alimentation en courant continu. Selon un premier aspect de l'invention, ce problème est résolu à l'aide d'une lampe, notamment une lampe à vapeur de sodium à haute pression ou à halogénure métallique à haute pression, destinée à fonctionner avec une alimentation en courant continu et qui est constituée par une enceinte de décharge réalisée de préférence en un matériau transparent et disposée de préférence dans une enveloppe extérieure, l'enceinte de décharge contenant une cathode et une anode servant d'électrodes principales et disposées dans les zones d'extrémité de cette enceinte, ainsi qu'un gaz de remplis- sage produisant une lumière lors du fonctionnement et com- prenant au moins deux constituants sous forme de gaz ou de vapeur, caractérisée en ce qu'il est prévu un agencement grâce auquel, pendant le fonctionnement de l'enceinte à dé- charge, le point froid situé du côté de la cathode est à une température supérieure au point froid présent du côté de la cathode. Selon un second aspect de la présente invention, le problème indiqué plus haut est résolu à l'aide d'une lampe notamment une lampe à vapeur de sodium à haute pression ou à halogénure métallique à haute pression destinée à fonction- ner en étant alimentée en courant continu et qui est consti- tuée par une enceinte à décharge de forme tubulaire réalisée en un matériau transparent, l'enceinte à décharge contenant, au niveau de ses zones d'extrémités, une anode et une cathode, ainsi qu'ungaz de remplissage produisant une lumière pendant le fonctionnement et comportant au moins deux composantes de gaz ou de vapeur, caractérisée en ce que la distance en- tre la cathode et l'anode est égale au maximum au septuple et de préférence est égale au maximum au quintuple du dia- mètre intérieur de l'enceinte à décharge. Dans le cas d'une réalisation avantageuse de la lam- pe à vapeur de sodium à haute pression ou à halogénure mé- tallique conforme à l'invention, la distance entre l'extré- mité de l'enceinte à décharge et l'extrémité de l'électrode principale, qui en est la plus rapprochée, c'est-à-dire le point de départ de l'arc, est plus petite du côté de la ca- thode, que du côté de l'anode. L'effet désiré peut être éga- lement obtenu grâce au fait que l'enceinte à décharge es plus étroite au voisinage de la cathode qu'au voisinage de l'anode. Une autre solution avantageuse réside dans le fait qu'il est prévu un élément de chauffage qui est disposé au voisinage de la cathode de l'enceinte de décharge. Une autre solution avantageuse consiste à utiliser des surfaces réfléchissant la chaleur. Une telle surface peut être déposée par exemple exclusivement au voisinage de la cathode. Mais il est également possible de disposer une surface réfléchissant la chaleur aussi bien au voisi- nage de la cathode qu'au voisinage de l'anode ou bien au voisinage des parties de l'enceinte à décharge, qui sont tournées vers l'anode et la cathode, auquel cas on peut obte- nir la différence des températures des points froids de dif- férentes manières, par exemple en réalisant une couche de surface avec une épaisseur plus importante ou avec une capacité d'isolation thermique plus importante au voi- sinage de la cathode que du côté de l'anode, ou bien en montant un corps possédant des dimensions géométriques, suivant la direction de l'axe longitudinal de l'enceinte à décharge, plus importantes du côté de la cathode que du côté de la cathode. Conformément à une solution selon l'invention, un avantage fondamental réside dans le fait que la séparation des couleurs le long de l'axe longitudinal de l'enceinte à décharge dans le cas d'une alimentation en courant continu des lampes a vapeur de sodium à haute pression ainsi que des lampes à halogénure métallique a haute pression est évi- tée ou peut être fortement réduite, et que l'uniformité de la répartition des couleurs est garantie même dans le cas d'une alimentation en courant continu. La combinaison de différentes solutions indiquées plus haut conduit à un ac- croissement de l'effet pouvant être obtenu, c'est-a-dire de l'uniformité de la répartition des couleurs. D'autres caractéristiques et avantages de la présen- te invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente la vue en coupe transversa- le d'une lampe à halogénure métallique à haute pression con- forme à l'invention; - la figure 2 représente la coupe transversale d'une lampe à vapeur de sodium à haute pression réalisée avec une enceinte à décharge tubulaire; - la figure 3 représente la coupe transversale d'une lampe à vapeur de sodium à haute pression comportant un or- gane de chauffage; et - les figures 4 et 5 représentent les coupes trans- versales de lampes à vapeur de sodium à haute pression réa- lisées avec des dimensions proposées. La lampe à halogénure métallique à haute pression conforme à l'invention, qui est représentée sur la figure 1, est basée sur une construction telle que l'on peut obte- nir la meilleure séparation des couleurs lorsqu'elle est disposée verticalement. La lampe contient une enceinte à décharge 1 située dans une enveloppe extérieure 2 et dans laquelle il est prévu des supports 3 et 4 servant à mainte- nir l'enceinte à décharge 1 et à relier cette enceinte par une partie de tête 5 à une anode 7 disposée dans la zone d'anode à l'intérieur de l'enceinte à décharge -1, et une cathode 6 disposée dans une zone de cathode à l'intérieur de l'enceinte. Les supports 3 et 4 garantissent également l'alimentation en courant. La lampe à halogénure métallique à haute pression est utilisée, comme onl'imageine, dans une position verticale, la cathode 6 étant placée en haut et l'anode 7 en bas. De ce fait on peut déjà obtenir en soi le fait que la température du point froid de la zone de la cathode soit supérieure à la température du point froid de la zone de l'anode. Cet effet peut encore être amélioré si l'on place la cathode 6 dans une position dans laquelle elle est plus rapprochée de l'extrémité de l'enceinte à décharge 1 que ne l'est l'anode 7 par rapport à l'extrémité opposée. Comme cela est usuel, l'enveloppe 2 peut être remplie par un gaz qui est maintenu pur au moyen d'un dispositif de déga- zage 8. Dans la réalisation conforme à l'invention, on peut également utiliser des surfaces 10 et 11 réfléchissant la chaleur, auquel cas la surface 10 réfléchissant la chaleur et située du côté de la cathode doit être réalisée de manière à fournir une réflexion thermique plus importante que la surface 11 réfléchissant la chaleur et située du côté de l'ano- de. Cette surface 10 est réalisée par exemple sous la forme d'un revêtement d'oxyde de zirconium. Les autres figures représentent différentes réalisa- tions de la lampe à vapeur de sodium à haute pression pro- posée, qui contient une enceinte à décharge 21 disposée dans une enveloppe extérieure ainsi que des supports 23 et 24 maintenant cette enceinte à décharge et garantissant au moyen d'un élément de tête 25 l'alimentation électrique de cette enceinte. L'enceinte à décharge comporte une cathode 26 dis- posée dans une zone de cathode et une anode 27 disposée dans une zone d'anode, ainsi qu'un dispositif dégazeur 28 qui est prévu pour éliminer le gaz de remplissage de l'enveloppe extérieure 22. Conformément à la figure 2 le phénomène désiré peut être obtenu grâce au fait que l'enceinte à décharge 21 est plus étroite du côté de la cathode que du côté de l'anode. De ce fait la température du point froid situé du côté de la cathode peut être accrue, ce qui évite la séparation des couleurs. Comme cela est visible sur la figure 3, il peut être avantageux de disposer un organe de chauffage 29 dans l'en- ceinte à décharge 21 de la lampe à vapeur de sodiumà haute pression. L'organe de chauffage 29 est situé du côté de la cathode, c'est-à-dire à proximité de la cathode 26, ce qui permet d'accroître la température du point froid au voisinage de la cathode. La réalisation, visible sur la figure 4, de la lampe à vapeur de sodium à haute pression conforme à l'invention est réalisée de la même manière que cela est représenté sur la figure 3, mais à la place de l'organe de chauffage 29, on a disposé une surface 30 réfléchissant la chaleur et réa- lisée par un anneau de niobium au voisinage de la cathode 26 du type à décharge. La puissance absorbée nominale de cette lampe à vapeur de sodium à haute pression est égale à 35 W. L'enceinte à décharge 21 est constituée par un tube en céramique d'un diamètre inférieur à 3,3 mm, dans lequel la distance entre la cathode 26 et l'anode 27 (la longueur de l'arc) est égale à 40 mm, et la largeur de l'anneau de niobium est égale à 6 mm. Cela signifie que le rapport de la distance entre les électrodes principales (la cathode et l'anode) au diamètre intérieure est égal à environ 12,1. Dans ces conditions de rapport si conséquent, il peut arri- ver très fréquemment que la séparation des couleurs soit très importante, dans le cas o aucune mesure n'est prise. Dans le cas d'une source de lumière connue conforme à l'état de la technique, seule la moitié de l'enceinte à décharge éclairerait en tant que lampe à vapeur de sodium, dans la partie restante de laquelle on verrait le spectre de la dé- charge dans le mercure. Dans le cas de l'utilisation de l'or- gane de chauffage 29 mentionné ou de l'anneau de niobium en tant que surface réfléchissant le rayonnement, on évite pratiquement complètement la séparation des couleurs. La lampe à vapeur de sodium à haute pression visible sur la figure 5 est dimensionnée de telle sorte que la dis- tance entre la cathode 26 et l'anode 27 est égale seulement à 10 mm, et le diamètre intérieur de l'enceinte à décharge 21 est égal à 3,3 mm. Ainsi le rapport de la distance entre les électrodes principales et le diamètre intérieur de l'enceinte à décharge est réglé à une valeur égale à envi- ron 3. Comme le montre l'observation, il n'apparaît aucune séparation des couleurs et par conséquent le choix favorable des dimension est en soi suffisant pour obtenir l'effet re- cherché. Il est manifeste que cette disposition peut être complétée par les précédentes et que l'on peut éviter de manière efficace la séparation des couleurs dans les lampes à vapeur de sodium à haute pression. La constitution proposée conforme à l'invention pour des lampes à vapeur de sodium à haute pression ou pour des lampes à halogénure métallique à haute pression permet l'u- tilisation de ces lampes également dans le cas d'un fonc- tionnement à courant continu, sans aucun risque d'apparition d'une séparation des couleurs. REVENDICATIONS 1. Lampe, notamment & vapeur de sodium & haute pres- sion ou à halogénure métallique a haute pression, destinée à fonctionner avec une alimentation en courant continu et qui est constituée par une enceinte de décharge réalisée de préférence en un matériau transparent et disposée de pré- férence dans une enveloppe extérieure, l'enceinte de décharge contenant une cathode et une anode servant d'électrodes prin- cipales et disposées dans les zones d'extrémité de cette en- ceinte, ainsi qu'un gaz de remplissage produisant une lu- mière lors du fonctionnement et comprenant au moins deux constituants sous forme de gaz ou de vapeur, caractérisée en ce qu'il est prévu un agencement grâce auquel, pendant le fonctionnement de l'enceinte à décharge (1, 21), le point froid situé du côté de la cathode (6, 26) est à une tempéra- ture supérieure au point froid situé du côté de l'anode (7, 27). 2. Lampe, notamment a vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance entre l'extrémité de l'enceinte à décharge et l'extrémité de l'é- etrxodeprincipale, qui en est la plus rapprochée, c'est-a- dire le point de départ de l'arc, est plus petite du côté de la cathode (6, 26), que du côté de l'anode (7, 27). 3. Lampe, notamment à vapeur de sodium a haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enceinte à décharge (1, 21) possède une forme plus étroite au voisi- nage de la cathode (6, 26) qu'au voisinage de l'anode (7, 27). 4. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément de chauffage (29) qui est dispo- sé au voisinage de la cathode (6, 26) de l'enceinte a dé- charge (1, 21). 5. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une surface (10, 30) réfléchissant la chaleur est disposée ex- clusivement au voisinage de la cathode (6, 26) de l'enceinte à décharge (1, 21). 6. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que des surfaces (10, 11, 30) réfléchissant la chaleur sont dis- posées au voisinage de la cathode (6, 26) et de l'anode (7, 27) de l'enceinte à décharge (1, 21), la réflexion de chaleur produite par la surface (10, 30) réfléchissant la chaleur auvoisinaqe de la cathode (6,26) étant plus élevée que la réflexion de chaleur de la surface (11) réfléchissant la chaleur, au voisinage de l'anode (7,27). 7. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une surface (10, 11, 30) réfléchissant la chaleur est disposée au voisinage des parties de l'enceinte à décharge (1, 21) tournées du côté de la cathode (6,26) et de l'anode (7,27), chacune desdites surfaces étant réalisée sous la forme d'une couche qui, du côté tourné vers la cathode (6,26) a une épaisseur plus importante que du côté tourné vers l'anode (7,27). 8. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une surface (10, 11, 30) réfléchissant la chaleur est disposée au voisinage des parties de l'enceinte à décharge tournées vers la cathode (6,26) et vers l'anode (7,27), chacune desdites surfaces étant réalisée sous la forme d'une couche qui, du côté tourné vers la cathode (6,26) possède une capacité de calorifu- geage plus importante que du côté tourné vers l'anode (7,27). 9. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une surface (10, 11, 30) réfléchissant la chaleur au voi- sinage des parties de l'enceinte à décharge (1, 21), tournées vers la cathode (6, 26) et vers l'anode (7, 27), est réali- sée sous la forme d'un corps qui possède du côté tourné vers la cathode (7, 27), suivant la direction de l'axe lon- gitudinal de l'enceinte à décharge (1, 21), des dimensions géométriques plus importantes que du côté tourné vers l'anode (7, 27). 10. Lampe, notamment à vapeur de sodium à haute pres- sion ou à halogénure métallique à haute pression destinée à fonctionner en étant alimentée en courant continu et qui est constituée par une enceinte à décharge de forme tubu- laire réalisée en un matériau transparent, l'enceinte à dé- charge contenant, au niveau de ses zones d'extrémités, une anode et une cathode, ainsi qu'un gaz de remplissage produi- sant une lumière pendant le fonctionnement et comportant au moins deux composantes de gaz ou de vapeur, caractérisée en ce que la distance entre la cathode (6, 26) et l'anode (7, 27) est égale au maximum au septuple et de préférence est égale au maximum au- quintuple du diamètre intérieur de l'enceinte à décharge (1, 21).