Brevet FR2620857A1 — publié le 19890324

La présente invention concerne une lampe à décharge d'intensité élevée et un procédé de fabrication de cette Lampe et, plus particulièrement, une lampe à halogénure de métal du type scellé d'un seul côté et un procédé de fabrication de cette lampe. On utilise les lampes à décharge d'intensité élevée classiques, que l'on appellera lampes HID, pour l'éclairage extérieur ou l'éclairage industriel. Récemment, elles ont également été utilisées pour l'éclairage intérieur de bâtiments tels que des magasins à plafonds bas. Une lampe à halogénure de métal présente tout spéciale- ment un rendement lumineux élevé et de bonnes propriétés de rendu des couleurs, si bien qu'on tend à l'utiliser comme source lumineuse d'éclairage compacte, montée sur un plafond bas. Pour réduire la taille, on peut d'abord réduire la consommation électrique de la lampe à utiliser et, en deuxième lieu, on peut réduire le nombre des composants constituant la lampe tout en minimisant la taille de chaque composant. C'est ce deuxième moyen qui a été surtout pris en consi- dération. Selon un exemple de ce deuxième moyen, au lieu d'une lampe classique du type scellé des deux côtés, on a mis au point une lampe scellée d'un seul côté, telle qu'une lampe à halogénure de métal du type à tube de quartz double. La lampe du type scellé des deux côtés possède deux parties scellées, tandis que la lampe du type scellé d'un seul côté possède une seule partie scellée. Puisque le tube d'émission de lumière (ampoule) et l'ampoule extérieure ne comportent chacun qu'une seule partie scellée dans la lampe à halogénure de métal du type à double tube de quartz, on peut réduire encore la dimension de La lampe dans son ensemble. Le tube d'émission de lumière (ampoule) possédant une seule partie scellée se révèle avantageux en ce qu'on peut réduire les pertes de chaleur puisqu'il ne comporte une partie scellée, Laquele est un facteur principal de perte de chaleur, que d'un seul côté, l'aire superficielle de La partie scellée étant considérablement réduite par comparaison avec celle du type classique scellée des deux côtés. De plus, puisqu'il n'existe qu'une seule partie scellée, on peut simplifier le processus de scellage dans la fabrication de la lampe. Dans la lampe du type scellé des deux côtés, une pellicule d'isolation thermique est déposée sur la face extérieure du tube d'émission de lumière (ampoule), y compris une part de la partie scellée, afin d'empêcher la dissipation de la chaleur. D'autre part, la partie scellée du tube d'émission de lumière (ampoule) du type scellé d'un seul côté est sensiblement parallèle à l'arc produit entre deux électrodes pendant la période de décharge en arc. Pour cette raison, lorsque cette pellicule d'isolation thermique est déposée sur la face extérieure du tube d'émission de lumière (ampoule) du type scellé d'un seul côté, la lumière rayonnée par la partie d'arc pendant la période de décharge en arc est occultée par la pellicule d'isolation thermique. On va maintenant décrire comment se produit l'émission de lumière. Généralement, en plus de mercure, du néon et de l'argon sous forme gazeuse, un halogénure métallique d'émission de lumiere est hermétiquement enfermé dans le tube d'émission de lumière (ampoule) de la lampe à halogénure de métal. La décharge démarre sous l'effet des gaz de néon et d'argon, puis la décharge en arc du mercure sous haute pression et haute température se produit. L'halogénure de métal s'évapore et entre dans l'arc de mercure. En résultat, les atomes du métal et de l'halogène se dissocient. Les atomes du métal dissociés sont excités dans l'arc et la lumière est émise. Le métal et l'halogène se recombinent à l'extérieur de l'arc et reprennent la forme de l'halogénure de métal initial. Ce cycle se répète, si bien que l'émission de lumière se poursuit. Pour permettre l'émission de lumière à l'aide d'un métal, il faut que la pression de vapeur dans le tube d'émission de lumière (ampoule) soit fixée à une certaine valeur. On sait que cette pression de vapeur est influencée par la température de la paroi du tube d'émission de lumière (ampoule). Plus spécialement, la pression de vapeur dans le tube d'émission de lumière (ampoule) diminue en même temps que la température de la paroi du tube. Ainsi, lorsqu'une pellicule d'isolation thermique est déposée sur la face extérieure du tube d'émission de lumière (ampoule), le rendement lumineux de 26208 57 la lampe diminue du fait que la lumière rayonnée depuis la partie d'arc est occultée par la pellicule d'isolation thermique. En résultat,onnepeut obtenirundesavantagesde la lampe à halogénure de métal, à savoir un rendement lumineux élevé. Pour cette raison, on ne peut pas utiliser une pellicule d'isolation thermique dans la lampe du type scellé d'un seul côté. Dans une lampe du type scellé d'un seul côté ne comportant pas de pellicule d'isolation ther- mique, la chaleur de l'arc présente dans le tube d'émission de lumière (ampoule) se dissipe en provenance de la partie scellée du tube d'émission de lumière (ampoule). Ainsi, il faut diminuer la perte de chaleur en provenance de la partie scellée, laquelle provoque la dissipation de la chaleur contenue dans le tube d'émission de lumière (ampoule), pour empêcher une diminution du rendement lumineux. C'est donc un but principal de l'invention de fournir une lampe à décharge d'intensité élevée du type scellé d'un seul côté ne comportant pas de pellicule d'isolation thermique, et pouvant compenser la diminution de rendement lumineux de la lampe à décharge d'intensité élevée. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'une lampe à décharge d'intensité élevée du type scellé d'un seul côté ne comportant pas de pellicule d'isolation thermique et pouvant compenser la diminution du rendement lumineux de la lampe à décharge d'intensité élevée. Selon le premier aspect, une lampe à décharge d'intensité élevée selon l'invention comprend une ampoule formée en un matériau présentant une forte résistance thermique, une paire d'électrodes s'étendant jusque dans ladite ampoule et servant à produire entre elles une décharge, et une substance de charge, ou remplissage, disposée à l'intérieur de ladite ampoule, comportant du mercure et des additifs contenant au moins un halogénure de métal et au moins un gaz rare, o ladite ampoule possède une partie scellée dans laquelle une extrémité de chacune desdites électrodes est disposée et qui commande le rayonnement de la chaleur produite par ladite décharge de façon que la température d'au moins une partie chauffée 262085? de ladite ampoule puisse être maintenue au-dessus d'un niveau prescrit. Selon l'autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d'une lampe à décharge d'intensité élevée, comprenant les opérations consistant à insérer une paire d'électrodes dans une ampoule formée en un matériau de résistance thermique élevée, les deux électrodes servant à produire une décharge entre elles, à pincer une partie de ladite ampoule de manière à former une partie scellée au niveau de la partie de ladite ampoule, et à placer une substance de charge, ou remplissage, dans ladite ampoule, la substance de charge comportant du mercure et des additifs contenant au moins un halogénure de métal et au moins un gaz noble, o ladite partie scellée commande le rayonnement de la chaleur produite par ladite décharge de façon que la température d'au moins une partie chauffée de ladite ampoule puisse être maintenue au-dessus d'un niveau prescrit. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: la figure 1 est une vue montrant la disposition d'une lampe à halogénure de métal à laquelle un tube d'émission de lumière (ampoule) selon l'invention est appliqué; la figure 2 est une vue en perspective partiellement découpée du tube d'émission de lumière (ampoule) selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est un graphe montrant la relation qui existe entre le rendement lumineux d'une lampe (valeur relative) et l'aire superficielle de la partie scellée du tube d'émission de lumière (ampoule) lorsqu'il est utilisé une lampe à halogénure de métal de W; et la figure 4 est un graphe montrant l'intervalle des aires superficielles des parties scellées d'un tube d'émission de lumière (ampoule) permettant d'obtenir des caractéristiques optimales pour des lampes présentant différentes puissances d'entrée. Sur la figure 1 est présentée la disposition d'une lampe à décharge d'intensité éLevée, par exemple une Lampe à haLogénure de métal, à laquelle un tube d'émission de lumière (ampoule) selon l'invention est appliqué. La lampe à halogénure de métal repré- sentee sur la figure 1 comporte une ampoule extérieure 11, un tube d'émission de lumière (ampoule) 21 placé à l'intérieur de celle-ci, et des parties scellées 12 et 22 de l'ampoule extérieure 11 et du tube d'émission de lumière (ampoule) 21. L'ampoule extérieure 11 est faite en verre de quartz et présente une partie scellée sur une seule partie terminale. Ainsi, l'ampoule extérieure 11 est du type scellé d'un seul côté. Un culot de lampe (non représenté) est normalement monté sur la partie scellée 12. Le tube d'émission de lumière (ampoule) 21, qui est fait d'un verre de résistance thermique élevée, est également du type scellé d'un seul côté, de sorte que la partie scellée 22 est formée sur une seule partie terminale. Le tube d'émission de lumière (ampoule) 21 possède un volume interne de 0,5 cm3. Une paire d'électrodes principales 31 et 32 constituées par exemple de tungstène thorié et présentant un diamètre de 0,5 mm chacune, sont diposées dans le tube d'émission de lumière (ampoule). Chaque électrode 31, 32 possède une électrode 31a, 32a de support d'arc et une tige métallique 31b, 32b. Une extrémité de la tige métallique 31b, 32b est scellée à l'intérieur de la partie scellée 22 du tube d'émission de lumière (ampoule) 21 et est également soudée à un feuillet métallique 41, 42. La forme extérieure du tube d'émission de lumière (ampoule) 21 apparait ovale ou circulaire selon l'angle d'observation. La puissance d'entrée de la lampe à halogénure de métal est de 150 W. Une partie terminale de chacun des fils conducteurs 51 et 52 du tube d'émision de lumière (ampoule) est connectée à l'un, correspondant, des feuillets métalliques 41 et 42. De plus, l'autre partie terminale de chacun des fils conducteurs 51 et 52 du tube d'émission de lumière (ampoule) est soudée à l'un, correspondant, de feuillets métalliques 61 et 62, lesquels sont enfermés de manière étanche à l'air dans la partie scellée 12 de l'ampoule extérieure 11. Des fils conducteurs 71 et 72 de l'ampoule extérieure 11 sont respectivement connectés aux feuillets métalliques 61 et 62. Comme substance de charge, ou remplissage, 13 du tube d'émission de lumière (ampoule) 21,une quantité prédéterminée de mercure est placée dans le tube d'émission de lumière (ampoule) 21. Comme additifs,des halogénures de métal, comprenant SnI2, TLI, InI, NaBr et LiBr et au moins un gaz noble ou rare, sont hermétiquement enfermés dans le tube d'émission de lumière (ampoule) 21. Sur la figure 2, est représenté un mode de réalisation de l'invention. Comme représenté sur la figure 2, la partie scellée 22 du tube d'émission de lumière (ampoule) 21 possède une longueur L de 2,0 cm, une largeur W de 1,7 cm, une épaisseur T de 0,3 cm, et une aire superficielle S d'environ 8,5 cm2. On va maintenant décrire un procédé de fabrication de la partie scellée 22 du tube d'émission de lumière (ampoule) 21. Tout d'abord, on prépare un élément en forme de dôme constitué de verre de quartz. On chauffe et on fond la partie d'ouverture de l'élément en forme de dôme. Après cela, on pince cette partie à l'aide d'une paire d'éléments de montage servant au scellage. De cette manière, on forme la partie scellée 22. La partie scellée 22 ainsi fabriquée possède une surface plate, comme représenté sur la figure 2. Puisque l'aire superficielle S (S = 8,5 cm2) est extrê- mement petite eu égard à la puissance d'entrée de 150 W, la perte de chaleur venant de la partie scelleée 22 peut être diminuée de manière importante. En d'autres termes, la partie scellée 22 peut commander le rayonnement de la chaleur produite par la décharge entre les électrodes 31 et 32. En résultat, il est possible d'empêcher la chute de la température d'au moins une partie chauffée du tube d'émission de lumière (ampoule) 21. Dans ce cas, le rendement lumineux de la lampe à halogénure est d'environ 82 lm/W pendant l'éclairage vertical. La figure 3 montre des résultats de la mesure du rendement lumineux (lm/W) respectivement obtenus pour diverses modifications de l'aire superficielle S de la partie scellée 22 du type d'émission de lumière (ampoule) 21. Comme on peut le voir sur la figure 3, les axes de l'abscisse et de l'ordonnée représentent respectivement l'aire superficielle S (cm2) et le rendement lumineux (valeur relative). Il apparaît sur la figure 3 que l'aire superficielle S valant 13,15 cm2 peut être présentée comme étant une valeur de référence, c'est-à-dire que, lorsque l'aire super- ficielle S est inférieure à la valeur de référence, le rendement lumineux est saturé et est maintenu sensiblement constant. Lorsqu'elle dépasse la valeur de référence, le rendement lumineux s'abaisse fortement. Par conséquent, on réduit la perte de chaleur de l'arc grâce à une diminution de l'aire superficielle S. Toutefois, si l'on diminue trop l'aire superficielle S, le problème suivant se posera. Pour former une petite partie scellée, il est nécessaire de sceller une partie de l'ampoule 11 possédant une petite longueur L ou une petite largeur W. Plus la longueur L est courte, et plus les deux feuillets métalliques 41 et 42, faisant fonction de conducteurs électriques, doivent être courts. Ceci pose un problème. Des feuillets 41 et 42 courts possèdent une petite aire superficielle en contact avec le quartz fondu, ce qui augmente la possibilité qu'un espace se forme dans la partie scellée 22 de l'ampoule 11. Si un tel espace se forme, le gaz sera susceptible de fuir hors de l'ampoule 11 via la partie scellée 22. De plus, si la largeur W de la surface plate de la partie scellée 22 devient trop petite, les feuillets métalliques 41 et 42 scellés à l'intérieur de la partie scellée 22 se rappro- cheront l'un de l'autre et seront parfois mis en contact l'un avec l'autre, ce qui provoquera un court-circuit. Pour cette raison, la valeur admissible minimale de l'aire superficielle S est fixée à ,45 cm2. Les expériences ont montré que l'on obtenait une-lampe à halogénure de métal du type scellé d'un seul côté possédant un excellent rendement lumineux en limitant l'aire superficielle S à l'intervalle de 5,45 à 13,15 cm2. Les expériences exécutées avec la lampe à halogénure de métal de puissance d'entrée 150 W ont été répétées pour des lampes à halogénure de métal de 70 et 40 W. La figure 4 présente les résultats. Sur la figure 4, les axes de l'abscisse et de l'ordonnée représentent respectivement La puissance d'entrée W (watt) de la lampe et son aire superficielle S (cm2). 262085? La ligne droite A de la figure 4 a été obtenue par connexion des points correspondant aux valeurs respectives de L'aire superficieLLe maximale susceptible d'empêcher une diminution du rendement lumineux pour les tubes d'émission de lumière (ampoules) possédant les différentes puissances d'entrée. La ligne droite B a été obtenue par connexion des points correspondant aux valeurs admissibles minimales respectives susceptibles d'empêcher une diminution du rendement lumineux des tubes d'émission de lumière (ampoules) possédant les différentes puissances d'entrée. Il a été trouvé que, si l'on forme une partie scellée de la lampe de façon que l'aire superficielle S de la partie scellée du tube d'émission de lumière (ampoule) soit ajustée entre les lignes droites A et B, on peut obtenir une lampe à halogénure de métal du type scellé d'un seul côté ne présentant pas de diminution du rendement lumineux. La pente et l'ordonnée à l'origine de la ligne droite A obtenue sur la figure 4 sont respectivement 0,075 et 1,9. Ainsi, la Ligne droite A peut être représentée par: 1,9 + 0,075 W (1) La pente et l'ordonnée à l'origine de la ligne droite B sont respectivement 0,033 et 0,5. Ainsi, la ligne droite B peut être représentée par: 0,5 + 0,033 W (2) Par conséquent, l'aire superficielle S (cm2) de la partie scellée du tube d'émission de lumière (ampoule) doit satisfaire l'inégalité suivante en relation avec une puissance d'entrée arbitraire W de la lampe: 1,9 + 0,075 W > S > 0,5 + 0,033 W (3) Comme décrit ci-dessus, puisque l'aire superficielle S de de la partie scellée du tube d'émission de lumière (ampoule) est fixée de manière à satisfaire l'inégalité (3), on peut minimiser la perte de chaleur de l'arc en provenance de la surface de la partie scellée. En d'autres termes, la partie scellée peut commander le rayonnement de la chaleur produite par La décharge entre les électrodes de façon que la température d'au moins une partie chauffée de l'ampoule puisse être maintenue au- dessus d'un niveau prescrit. Puisqu'il n'y a pas de diminution du rendement lumineux du fait de l'aire superficielle de la partie scellée, on peut obtenir une lampe à halogénure de métal possédant un rendement lumineux élevé. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et de la lampe dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge d'intensité élevée comprenant: une ampoule (21) formée en un matériau de résistance thermique élevée, une paire d'électrodes (31, 32) s'étendant dans ladite ampoule (21) et servant à produire une décharge entre elles, et une substance de charge (13), contenue à l'intérieur de ladite ampoule (21), qui comporte du mercure et des additifs comprenant au moins un halogénure de métal et au moins un gaz rare, o ladite ampoule (21) possède une partie scellée (22) dans laquelle une extrémité de chacune desdites électrodes (31, 32) est placée, caractérisée en ce que ladite partie scellée (22) commande le rayonnement de la chaleur produite par ladite décharge de façon que la température d'au moins une partie chauffée de ladite ampoule (21) puisse être maintenue au-dessus d'un niveau prescrit. 2. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie scellée (22) possède une aire superficielle S qui est donnée par: 1,9 + 0,075 W > S > 0,5 + 0,033 W o W représente la puissance d'entrée appliquée à la lampe à décharge. 3. Lampe à décharge selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit halogénure de métal comprend SnI2, TlI, InI, NaBr et LiBr. 4. Procédé de fabrication d'une lampe à décharge d'intensité élevée, comprenant les opérations suivantes: - insérer une paire d'électrodes (31, 32) dans une ampoule (21) formée en un matériau de résistance thermique élevée, les deux électrodes (31, 32) servant à produire une décharge entre elles; - pincer une partie de ladite ampoule (21) de manière à former une partie scellée (22) au niveau de la partie de ladite ampoule (21); et placer une substance de charge (13) dans ladite ampoule (21), la substance de charge (13) comportant du mercure et des additifs comprenant au moins un halogénure de métal et au moins un gaz rare, caractérisé en ce que ladite partie scellée (22) commande le rayon- nement de la chaleur produite par ladite décharge de façon que la température d'au moins une partie chauffée de ladite ampoule (21) puisse être maintenue au-dessus d'un niveau prescrit. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite partie scellée (22) possède une aire superficielle S qui est donnée par: 1,9 + 0,075 W > S > 0,5 + 0,033 W o W représente la puissance d'entrée appliquée à la lampe à décharge. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit halogénure de métal comprend SnI2, TlI, InI, NaBr et LiBr.