Brevet FR2620267A1 — publié le 19890310

PHN 12242 1 "Lampe à décharge dans le gaz à haute pression et appareil muni de cette lampe." L'invention concerne une lampe à décharge dans le gaz à haute pression comprenant - une ampoule en verre de quartz fermée étanche au vide enfermant une enceinte à décharge présentant un grand axe et munie d'un remplissage lonisable contenant du mercure, un gaz rare et un halogénure de terre rare, - des électrodes en forme de barre disposées vis-à-vis l'une de l'autre le long du grand axe de l'enceinte à décharge et présentant un sommet respectif, les sommets étant espacés d'une distance d l'un de l'autre, - des entrées de courant qui sont disposées vis-à-vis l'une de l'autre et qui sortent de l'ampoule à travers la paroi de cette dernière et qui sont reliées à une électrode respective, - la distance d comprise entre les sommets des électrodes et le plus grand diamètre D de l'enceinte à décharge perpendiculaire au grand axe de cette dernière ayant entre eux un rapport déterminé _/D, - la lampe consommant en régime une puissance d'au minimum 250 W. L'invention est également relative à un appareil muni d'une telle lampe. Une telle lampe est connue du brevet britannique 1.378.188. La lampe connue est destinée entre autres à l'éclairage de grands stades de sport. La lampe comporte une ampoule tubulaire allongée en verre de quartz près des extrémités de laquelle sont disposées des électrodes résistant à la chaleur. La distance d comprise entre les électrodes est supérieure à et est de préférence un multiple du diamètre D de l'enceinte à décharge. Dans le cas d'une lampe de 3,5 kW, d = 155 mm et D 31 mm, de sorte que _/D = 5. Dans le cas d'une lampe de 250W, _=25 mm et Q=14 mm, de sorte que d/D présente la valeur assez élevée de 1,8. La puissance prélevée par mm de distance comprise entre les électrodes est très faible, PHN 12242 2 respectivement de 23 et 10 W/mm. Dans cette lampe connue, une faible puissance entraîne déjà un espacement d'électrode notable, une puissance élevée entraîne un très grand espacement d'électrode et, de ce fait, un arc de décharge notable, respectivement très grand. Une grandeur croissante de l'arc de décharge entraîne une grandeur fortement croissante de l'appareil nécessaire pour la concentration de la lumière engendrée. La qualité du faisceau lumineux diminue. Les installations d'éclairage de terrains de sport présentent l'inconvénient de fournir beaucoup de lumière diffusée, de sorte qu'un vaste entourage est également éclairé de façon gênante. Outre cette lumière diffusée gênante et le.rendement utile faible qui l'accompagne, la lampe connue, présentant un arc de décharge très étendu, comparativement à la puissance prélevée, entraîne l'inconvénient que l'appareil qui, de ce fait, est nécessairement étendu, nécessite un pylône lourd et par conséquent une fondation lourde. L'arc de décharge est en outre non seulement volumineux du fait qu'il est long, mais également du fait qu'il courbe vers le haut dans le cas de fonctionnement dans une position horizontale (dans le cas o une droite passant par les électrodes se situe dans un plan horizontal). D'autres inconvénients inhérents à la lampe connue sont un rendement lumineux qui diminue fortement par suite d'une réduction de la transparence de l'ampoule provoquée par le noircissement et l'attaque du quartz, et une durée de vie relativement courte de quelques centaines d'heures par suite de la rupture des électrodes. L'invention vise à fournir une lampe du genre mentionné dans le préambule qui convient à l'éclairage de stade et dont la lumière engendrée se prête convenablement à être concentrée et qui présente une assez longue durée de vie et dans laquelle la réduction de la transparence de l'ampoule est combattue. Conformément à l'invention, ce but est atteint avec une lampe du genre mentionné dans le préambule du fait que - l'enceinte à décharge est ovoidale, la distance _ PHN 12242 3 comprise entre les sommets des électrodes étant comprise entre et 30 mm, pres de leur sommet, les électrodes présentent un enroulement en fil metallique résistant à la chaleur, enroulement qui presente une première couche de spires et une deuxième couche de spires prévue autour de la première couche de spires et qui laisse découvert le sommet de l'électrode, - le rapport d/D est compris entre 0,75 et 1,25, - le rapport numerique entre les atomes de brome et les atomes d'iode dans le remplissage gazeux Br/I est compris entre 1,5 et 4, - lcrs du fonctionnement sous la tension nominale, la lampe préléve une puissance comprise entre 1600 et 2000 W. Par suite de l'ensemble de caractéristiques cohérentes, la lampe conforme à l'invention se prête par excellence à être utilisée pour l'éclairage de grands terrains, comme des stades de sport. La lumière engendrée par la lampe se prête notamment à être concentrée par un appareil assez petit, du fait que l'arc de décharge engendré par la lampe est compact. La lampe présente une assez longue durée de vie d'au minimum environ 1500 heures, entre autres par suite du fait qu'elle présente une température de paroi maximale relativement basse d'environ 1000 C. La compacité de l'arc à décharge présentant la puissance élevée décrite est partiellement déterminée par les valeurs de d. L'étendue de l'appareil nécessaire augmente fortement avec les valeurs plus hautes de d. Dans le cas o d présente de plus petites valeurs, la charge de l'ampoule devient localement trop élevée pour éviter suffisamment l'attaque du verre de quartz. L'attaque du verre de quartz provoquerait une perte de lumière, du fait que le verre est alors moins transparent. De plus, le verre acquerrait un effet diffusant de lumière, de sorte que l'efficacité d'un appareil servant à concentrer la lumière de la lampe diminuerait. Le rapport d/D est d'importance du fait qu'aux valeurs plus élevées, il se produit l'attaque intense spécifiée du verre de quartz, alors qu'aux valeurs plus faibles, PHN 12242 4 l'arc de décharge présente une forme fortement courbée, ce qui réduit la possibilité de concentration de la lumière engendrée. De plus, la forme ovoldale de l'enceinte à décharge est d'importance pour éviter la formation d'un arc de décharge trop courbé. La forme importe également pour la durée de vie de la lampe, du fait que le contact entre les électrodes et ie remplissage d'halogénure dans le cas o la lampe est hors de fonctionnement en est combattu et, de ce fait, l'attaque de ces électrodes. Etant donné les sommets d'électrode découverts, les électrodes ont un point d'action défini pour l'arc de décharge, alors que d'autre part, l'enroulement empêche une température trop élevée de l'électrode, qui aboutirait à une courte durée de vie. De plus, le rapport spécifié Br/I est d'importance pour la durée de vie. Aux valeurs supérieures à 4, il peut se produire l'attaque des électrodes, alors qu'aux valeurs inférieures à 1,5, il peut se produire le noircissement de l'ampoule et, de ce fait, le raccourcissement de la durée de vie utile de la lampe. L'invention concerne également un appareil muni d'une lampe à décharge à haute pression conforme à l'invention caractérisé par - un réflecteur concave à symétrie de révolution comportant un axe optique, un sommet o l'axe optique coupe le réflecteur et un centre optique sur l'axe optique, réflecteur qui présente des ouvertures pour recevoir les extrémités de l'ampoule de la la lampe à décharge à haute pression, -la lampe à décharge à haute pression perpendiculaire à l'axe optique du réflecteur, le centre optique étant situé entre les sommets de ses électrodes, - un écran disposé dans l'enceinte entourée par le réflecteur, écran qui est essentiellement parallèle aux électrodes de lampe et qui est écarté de l'axe optique du réflecteur, du côté de la lampe opposé au sommet du réflecteur. La lampe et l'appareil fournissent ensemble un faisceau lumineux convenablement délimité. Par suite de la forme à PHN 12242 5 symétrie de révolution du réflecteur, par exemple un parabololde, le faisceau est également étroit dans des plans passant par les électrodes de la lampe. L'écran dans le réflecteur intercepte la lumière qui, en l'absence de cet écran, quitterait l'appareil sans réflexion par le réflecteur, par exemple dans des directions ascendantes. Dans le cas d'utilisation de l'appareil muni de l'écran au-dessus de l'axe optique, on peut éviter que l'appareil n'émette de la lumière dans des directions horizontales ou ascendantes, lorsque l'appareil est dirigé vers le bas. En effet, une telle lumière peut être éprouvée comme très gênante (de la lumière diffusée). Du côté sltué vis-à-vis de l'axe, l'écran peut être réflecteur. Ainsi, on obtient un gain notable en rendement d'éclairage de l'appareil. Le côté situé à l'opposé de l'axe peut être réalisé de façon à absorber la lumière, par exemple matté de noir, pour empêcher des réflexions par cette surface. Dans une forme de réalisation avantageuse, le réflecteur est facetté. De ce fait, on obtient une plus grande homogénéité de l'intensité lumineuse du faisceau. Les facettes peuvent être positionnées par exemple dans des trajets axiaux et également dans des trajets circulaires sur la surface du réflecteur. Dans le cas d'utilisation d'un réflecteur lisse, par exemple un réflecteur paraboloidale, la lampe et l'appareil conviennent notamment à l'éclairage de tours ou de bâtiments de très grande hauteur, par exemple d'une hauteur de 100 m ou plus. Une forme de réalisation d'une lampe à décharge à haute pression et de l'appareil comportant la lampe conforme à l'invention est représentée sur le dessin. Sur ces dessins La'figure 1 est une vue latérale de la lampe. La figure 2 est une vue avant de l'appareil et, d'une façon schématique, la lampe selon la figure 1 en vue latérale. La figure 3 est une coupe axiale par le réflecteur de la figure 2. PHN 12242 6 Sur la figure 1, la lampe à décharge à haute pression présente une ampoule en verre de quartz étanche au vide 1, qui enferme une enceinte à décharge 2 comportant un grand axe 3. L'enceinte à decharge 2 a un remplissage ionisable contenant du mercure, de l'halogénure de terre rare et du gaz rare. Le long du grand axe 3 de l'enceinte à décharge 2, des électrodes en forme de barre 5 sont disposées l'une en face de l'autre, électrodes qui présentent un sommet 6. Les sommets 6 sont espacés d'une distance d. Des entrées de courant 7, 7, sont reliées respectivement à une électrode 5 et sont disposées l'une en face de l'autre et sortent de l'ampoule 1 à travers la paroi de cette dernière. Les parties 7 de ces entrées de courant 7, 7' sont en forme de feuille. L'enceinte à décharge 2 présente un plus grand diamètre _ perpendiculaire à son grand axe 3. Il y a un rapport entre d et D. Lors du fonctionnement, la lampe prélève une puissance d'au minimum 250 W. Dans la lampe conforme à l'invention selon la figure 1, l'enceinte à décharge 2 est ovoidale et la distance _ comprise entre les sommets 6 des électrodes 5 se situe entre 15 et 30 mm. Près de leur sommet 6, les électrodes 5 présentent un enroulement 8 en fil métallique résistant à la chaleur, par exemple tout comme les électrodes 5, en tungstène. Les enroulements 8 présentent une première couche comprenant par exemple 6 à 10 spires 9 et une deuxième couche comportant par exemple 5 à 8 spires disposées autour des premières spires 9 et laissent découverts les sommets 6 des électrodes 5, par exemple sur une longueur de 1 à 4 mm. Le rapport _/Q est comprls entre 0,75 et 1,25. Près des électrodes 5, l'ampoule 1 présente un revêtement 11 en ZrO2. Le rapport numérique entre les atomes de brome et les atomes d'iode dans le remplissage gazeux Br/I se situe entre 1,5 et 4. Lors du fonctionnement, la lampe prélève une puissance comprise entre 1600 et 2000 W. Par 1 mm d'espacement entre les sommets d'électrode 6 la lampe peut être remplie de: 2 à 10 mbars de gaz rare, par exemple de l'argon PHN 12242 7 2 à 5 mg de mercure 0,25 à 1 mg d'halogénure de terre rare, par exemple de l'halogénure de dysprosium, par exemple du bromure de dysprosium ou un mélange de deux ou de plusieurs halogénures de terre rare, par exemple les bromures et/ou les iodures de dysprosium et d'holmlum et/ou de thulium. De plus, le remplissage peut contenir de l'halogénure de céslum, par exemple 0,25 à I mg d'iodure par 1 mm d'espacement compris entre les sommets d'électrode. Il en résulte un arc qui agit de façon diffuse sur les électrodes. De plus, le remplissage peut contenir au besoin 0,25 à 0, 75 mg de HgBr2 par 1 mm d'espacement entre les sommets d'électrode et/ou éventuellement 0,05 à 0,3 mg de HgJ2. Le rapport numérique entre les atomes de brome et les atomes d'iode dans le remplissage est compris entre 1,5 et 4. Dans une série d'essais comprenant 25 lampes, l'espacement des sommets d'électrode d = 25 mm et d/D = 0,86. Le diamètre des barres d'électrode en tungstène était choisi entre 1500 et 2000 /um et était de 1750/um. A une distance de 2 mm de leur sommet, les barres d'électrode étaient enroulées de fils de tungstène de 800 à 1000/um, dans ce cas 900/um avec 9 spires dans la première couche et 7 spires dans la seconde couche. Le remplissage de la lampe était constitué par 150 mg de Ar, 95 mg de Hg, 2, 6 mg de DyBr3, 3,6 mg de HoBr3, 4,8 mg de TmBr3, 11,75 mg de CsI, 10,50 mg de HgBr2 et 3,0 mg de HgI2. Le rapport Br/I était de 3,0. Les lampes prélevaient sous tension nominale une puissance de 1800 W et avaient une durée de vie de plus de 1500 heures, ce qui veut dire: après 1500 heures de fonctionnement, 23 des lampes (c'était au moins 90% du nombre) avaient un rendement lumineux supérieur à 85% du rendement lumineux après 100 heures de fonctionnement. Les figures 2 et 3 montrent un appareil muni d'une lampe à décharge à haute pression 20 conforme à l'invention qui n'est représentée que schématiquement sur le dessin. L'appareil comporte un réflecteur concave à symétrie de révolution 30 présentant un axe optique 31 et un sommet 32 o PHN 12242 8 l'axe optique coupe le réflecteur 30. Sur l'axe optique 31 se situe un centre optique 33. Le réflecteur 30 présente des ouvertures 38 pour recevoir les extrémités de l'ampoule de la lampe à decharge à haute pression 20. La lampe à décharge à haute pression 20 est disposée perpendiculairement à l'axe optique 31 du réflecteur , le centre optique 33 étant situé entre les sommets 26 des électrodes 25. Un écran 34 est présent dans l'enceinte entourée par le réflecteur 30. L'écran 34 est essentiellement parallèle aux électrodes 25 de la lampe 20, sur le dessin également à l'axe optique 31. L'écran 34 est disposé à une certaine distance de l'axe optique 31 du réflecteur 30, du côté de la lampe 20 opposé au sommet 32 du réflecteur 30. Sur les figures, le réflecteur 30 est facetté et l'écran 34 présente une surface réflectrice 35 et une surface absorbant la lumière 36. La partie lumineuse de la lampe 20 est désignée schématiquement par 37. La lumière émise dans l'angle a est ajoutée par l'écran 34 au faisceau formé par le réflecteur 30. De ce fait, l'appareil n'émet guère de lumière dans des directions ascendantes si le réflecteur 30 est dirigé vers le bas et l'axe optique fait au moins un angle B avec l'horizontale. L'appareil représenté convient notamment à l'éclairage d'un terrain de sport à partir d'une hauteur de 40 à 60 m. REVENDICATIONS: 1. Lampe à décharge dans le gaz à haute pression comprenant une ampoule en verre de quartz (1) fermée étanche au vide enfermant une enceinte à décharge (2) présentant un grand axe (3) et munie d'un remplissage ionisable contenant du mercure, du gaz rare et de l'halogénure de terre rare (4) - des électrodes en forme de barre (5) disposées vis-à-vis l'une de l'autre le long du grand axe (3) de l'enceinte à décharge (2) et présentant un sommet (6) respectif, les sommets (6) étant espacés d'une distance d l'un de l'autre. - des entrées de courant (7, 7') qui sont disposées vis-à-vis l'une de l'autre et qui sortent de l'ampoule (1) à travers la paroi de cette dernière et qui sont reliées à une électrode (5) respective, - la distance d comprise entre les sommets (6) des électrodes et le plus grand diamètre D de l'enceinte à décharge (2) perpendiculaire au grand axe (3) de cette dernière ayant entre eux un rapport déterminé _/D, - la lampe consommant en régime une puissance d'au minimum 250 W, caractérisée en ce que l'enceinte à décharge (2) est ovoldale, la distance d comprise entre les sommets (6) des électrodes (5) étant comprise entre 15 et 30 mm, - près de leur sommet (6), Ies électrodes (5) présentent un enroulement en fil métallique (8) résistant à-la chaleur, enroulement qui présente une première couche de spires (9) et une deuxième couche de spires (10) prévue autour de la première couche de spires (9) et qui laisse découvert le sommet (6) de l'électrode (5), - le rapport _/D est compris entre 0,75 et 1,25, - le rapport numérique entre les atomes de brome et les atomes d'iode dans le remplissage gazeux Br/I est compris entre 1,5 et 4, - lors du fonctionnement sous la tension nominale, la lampe prélève une puissance comprise entre 1600 et 2000 W. 2. Appareil muni de la lampe selon la revendication 1, caractérisé par - un réflecteur concave (30) à symétrie de révolution comportant un axe optique (31), un sommet (32) o l'axe optique coupe le réflecteur et un centre optique (33) sur l'axe optique (31), réflecteur (30) qui présente des ouvertures (38) pour recevoir les extrémités de l'ampoule de la la lampe à décharge à haute pression (20), la lampe à décharge à haute pression (20) perpendiculaire à l'axe optique (31) du réflecteur (30), le centre optique (33) étant situé entre les sommets (26) de ses électrodes (25), - un écran (34) disposé dans l'enceinte entourée par le réflecteur (30), écran (34) qui est essentiellement parallèle aux électrodes (25) de lampe (20) et qui est écarté de l'axe optique (31) du réflecteur (30), du côté de la lampe (20) opposé au sommet (32) du réflecteur (30).