Brevet FR2784227A3 — publié le 20000407

FR 2784227 A3 20000407 FR 9912210 A 19990930 i 2784227 LAMPE AUX HALOGENURES METALLIOUES AYANT UN CULOT D'UN SEUL COTE L'invention se rapporte à une lampe aux halogénures métalliques ayant trois enceintes fermées, une enceinte de décharge en verre au quartz et pincée des deux côtés étant entourée d'une ampoule enveloppe transparente et fermée de deux côtés et en outre d'une ampoule extérieure transparente fermée d'un côté. Il s'agit en l'occurrence notamment de lampes ayant une puissance d'au moins 150 W dans lesquelles on utilise une enceinte de décharge à pincement des deux côtés. Pour l'éclairage général, on utilise des lampes de ce genre en diverses couleurs de lumière. On connaît les couleurs de lumière WDL, NDL et D, dont les températures de couleur correspondent à une valeur d'environ 3000, 4300 et 5300 K, voir Technisch- wissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft, tome 12, 1986, pages 11 à 15. Par le brevet des Etats Unis d'Amérique n 5 111 104, on connaît déjà une lampe aux halogénures métalliques à culot d'un seul côté de grande puissance, qui utilise une atmosphère contenant du sodium ayant des iodures du sodium et du scandium. La diffusion du sodium de l'enceinte de décharge à pincement de deux côtés est supprimée par le fait qu'on utilise à la fois une ampoule enveloppe intérieure à pincement des deux côtés et en 2 2784227 plus une ampoule extérieure bombée à culot d'un seul côté, de sorte que l'entrée de courant éloignée du culot peut revenir suivant un arc large dans l'ampoule extérieure. Les dimensions de cette lampe sont donc nécessairement très grandes. Pour maintenir la perte de chaleur à une valeur aussi petite que possible, l'ampoule enveloppe est mise sous vide, tandis que l'ampoule extérieure est emplie de gaz inerte (N2 ayant une pression de remplissage à froid de 400 Torr environ (533 mbar)). La fixation de l'ampoule enveloppe dans l'ampoule extérieure s'effectue au moyen d'une manchette passant autour du pincement et qui est constituée d'une bande métallique. Une construction tout à fait analogue est utilisée au brevet des Etats Unis d'Amérique n 5 453 654 comme tube d'accumulation de la chaleur. La fixation est en revanche simplifiée car l'ampoule enveloppe intérieure est maintenue simplement par les entrées de courant qui passent axialement, les entrées de courant pouvant avoir dans la région des pincements de l'ampoule enveloppe des méplats, des parties courbées ou un étrier s'étendant transversalement pour empêcher l'enceinte de décharge de tourner. Par la demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le n 43 42 478, on connaît une lampe aux halogénures métalliques à culot d'un seul côté et de petite puissance ayant une atmosphère contenant du sodium, la teneur en sodium pouvant aller jusqu'à 0,2 mg/cm3. On supprime la diffusion du sodium à partir de l'enceinte de décharge à pincement d'un côté en utilisant une ampoule enveloppe intérieure à pincement d'un seul côté ayant des propriétés d'absorption du rayonnement ultraviolet et en plus une ampoule extérieure étroite à culot d'un seul côté. En outre, l'ampoule enveloppe est emplie de gaz inerte (N2 ayant une pression de remplissage 3 2784227 à froid de 600 mbar environ), tandis que l'ampoule extérieure est mise sous vide. Le gaz inerte dans l'ampoule enveloppe rend plus difficile la diffusion du sodium et améliore l'uniformité de la répartition de température. L'ampoule enveloppe est constituée de verre au quartz auquel est ajouté comme matière absorbant le rayonnement ultraviolet de l'oxyde de cérium et de l'oxyde de titane. La permanence du flux lumineux de cette lampe n'est cependant pas suffisante pour qu'elle puisse concurrencer d'autres types de lampes qui ont une enceinte de décharge en céramique. L'invention vise une lampe aux halogénures métalliques à culot d'un seul côté du type indiqué au début du présent mémoire, qui supprime de manière fiable la diffusion du sodium et qui peut cependant avoir une forme très peu encombrante. On y parvient par le fait que l'ampoule enveloppe est emplie d'un gaz inerte ou est mise sous vide et en ce que l'ampoule extérieure est mise sous vide. De préférence: - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que l'ampoule enveloppe est emplie de gaz inerte, l'enceinte de décharge renfermant, pour la production d'une basse température de couleur inférieure à 3700 K, une atmosphère appropriée contenant du sodium. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que l'ampoule enveloppe est mise sous vide, l'enceinte de décharge contenant, pour la production d'une haute température de couleur supérieure à 4000 K, une atmosphère appropriée contenant du sodium et/ou du césium. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que les extrémités de l'enceinte 4 2784227 de décharge sont munies d'un revêtement réfléchissant la chaleur. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que les trois enceintes sont cylindriques et coaxiales, et s'appliquent étroitement l'une à l'autre. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que l'ampoule extérieure est bombée. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce qu'un Getter est logé dans l'ampoule enveloppe. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que le pincement de l'ampoule enveloppe est muni d'un revêtement réfléchissant la chaleur. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que le Getter est fixé au moyen d'une bande métallique au pincement de l'enceinte de décharge. - La lampe aux halogénures métalliques est caractérisée en ce que l'enceinte enveloppe a une entrée de courant allant de son pincement vers l'extérieur et recourbé en forme de U. La lampe aux halogénures métalliques suivant l'intérieur est munie d'une enceinte de décharge en verre au quartz à pincement des deux côtés qui renferme notamment une atmosphère contenant du sodium et/ou du césium. L'enceinte de décharge est entourée d'une ampoule enveloppe transparente fermée des deux côtés notamment par des pincements, et est entourée en outre d'une ampoule extérieure transparente fermée d'un côté. L'ampoule enveloppe est soit emplie de gaz inerte soit mise sous vide, tandis que l'ampoule extérieure est mise sous vide. 2784227 Dans cet agencement, la diffusion du sodium est un problème particulier parce qu'à l'intérieur de l'ampoule extérieure il faut ramener une entrée de courant le long de l'ampoule intérieure. Suivant un premier mode de réalisation, l'ampoule extérieure est mise sous vide et l'ampoule enveloppe est emplie de gaz inerte donc exactement l'inverse de ce qui est prévu dans la lampe décrite au brevet des Etats Unis d'Amérique n 5 111 104. Certes, la fabrication est ainsi rendue plus coûteuse, mais cet agencement est sensiblement plus efficace car l'effet d'accumulation de la chaleur s'applique à l'enceinte de décharge et en influence ainsi directement l'atmosphère. Il s'est avéré que cette structure donne des résultats particulièrement convaincants pour des couleurs de lumière chaude (température de couleur d'environ 3000 à 3700 K) pour ce qui concerne la persistance du flux lumineux et d'autres données photométriques, car la perte de chaleur par convexion est suffisamment réduite. L'atmosphère correspondant à une couleur de lumière chaude (notamment WDL) est à base essentiellement d'un système sodium-étain ou d'un système sodium-scandium. Dans un deuxième mode de réalisation, l'ampoule enveloppe est également mise sous vide. La perte calorifique est ainsi encore diminuée davantage, de sorte que la persistance du flux lumineux est encore améliorée. Dans l'état de la technique, il se produisait jusqu'ici une forte diminution dans les 100 premières heures, ce qui est maintenant supprimé dans une grande mesure. Avantageusement, l'ampoule enceinte absorbe le rayonnement ultraviolet. Elle est le plus souvent en verre au quartz qui dans cecas est dopé par des matières absorbant le rayonnement ultraviolet, par exemple par du cérium ou du titane. On empêche ainsi d'une manière particulièrement efficace que l'entrée de courant de 6 2784227 retour qui passe étroitement à l'extérieur sur l'ampoule enveloppe n'émette sous l'effet du rayonnement ultraviolet des photoélectrons qui renforceraient la perte de sodium. Les photoélectrons produisent en effet un potentiel négatif à la surface de l'enceinte de décharge, ce qui extrait des ions sodium du volume de décharge. A également particulièrement de l'importance le fait que l'élévation de la tension d'arc qui accompagne normalement la perte de sodium est maintenant évitée. Cette élévation peut provoquer une extinction de la lampe et en écourter la longévité. Un autre problème est que la perte de sodium s'accompagne d'une contraction de l'arc de décharge. L'arc de décharge est ainsi dévié de l'axe plus facilement par le champ magnétique de l'entrée de courant qui revient. Une forte déviation provoque cependant dans l'enceinte de décharge une surchauffe locale du verre au quartz. Dans le cas extrême, l'enceinte de décharge peut même éclater. C'est pourquoi l'ampoule enveloppe mise sous vide ou emplie de gaz inerte, notamment d'azote, en liaison avec l'ampoule extérieure mise sous vide agit en tant que la meilleure protection possible vis-à-vis de l'éclatement car de cette façon on prend à la fois des mesures visant à remédier aux causes (perte de sodium) et aux conséquences (explosion). Enfin, on peut encore réduire l'émission de rayonnement ultraviolet de la lampe par le fait que non seulement l'ampoule enveloppe, mais également l'ampoule extérieure absorbe le rayonnement ultraviolet. Lorsque l'on utilise du verre dur pour l'ampoule extérieure (un exemple type en est le verre au borosilicate) il n'est même pas nécessaire à cet effet de prévoir un dopage supplémentaire. Avec cette combinaison, donc avec une protection renforcée vis-à-vis de l'éclatement et vis-à- 7 2784227 vis du rayonnement ultraviolet, on peut même utiliser cette lampe nue. Elle représente donc une source de lumière prenant particulièrement peu de place, qui convient d'une manière idéale pour l'éclairage en général et notamment en vue d'être utilisée à l'intérieur. Un mode de réalisation dans lequel l'ampoule enveloppe est également mise sous vide est particulièrement avantageux lorsque l'on souhaite une haute température de couleur. Il s'est en effet avéré que pour des atmosphères qui reposent sur la combinaison d'halogénures du sodium et/ou du césium avec des terres rares, on obtient une accumulation de chaleur encore améliorée. Ces atmosphères sont utilisées principalement pour des couleurs de lumière neutres analogues à la lumière du jour, comme les couleurs de lumière NDL et Daylight ayant des températures de couleur comprises entre 4000 et 6500 K environ. Les extrémités de l'enceinte de décharge peuvent, pour diminuer les pertes de chaleur, être revêtues d'une pâte formant réflecteur, qui réfléchit le rayonnement calorifique dans l'enceinte de décharge. En variante ou en complément, des parties de l'ampoule enveloppe, surtout les pincements, peuvent également être revêtues d'une pâte correspondante formant réflecteur. Ceci est important surtout pour de hautes températures de couleur supérieures à 4000 K. Il y a une différence essentielle selon que l'on utilise une seule ampoule extérieure (donc en tout deux enceintes), qui est mise sous vide, ou selon que suivant l'invention on utilise un système constitué d'une ampoule enveloppe et d'une ampoule extérieure distincte (donc en tout trois enceintes), car dans ce cas on peut obtenir sensiblement plus facilement le vide dans un volume plus petit et maintenir surtout la grande longévité souhaitée. Le vide peut notamment être amélioré au moyen d'un Getter 8 2784227 en soi connu. Celui-ci aussi est plus facile à mettre en oeuvre et plus efficace dans des volumes séparés. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, La figure 1 est une vue de côté d'une lampe aux halogénures métalliques; La figure 2 représente le flux lumineux, la température de couleur et la tension d'arc de la lampe de la figure 1, après une durée de fonctionnement de 1, 100 et 1000 heures; et La figure 3 est une vue de côté d'un autre exemple de réalisation d'une lampe aux halogénures métalliques. La figure 1 reproduit un premier exemple de réalisation d'une lampe aux halogénures métalliques à culot d'un seul côté d'une puissance de 250 W. Elle a une ampoule 1 extérieure sensiblement cylindrique qui comporte un culot 2 à vis à une extrémité. Dans l'ampoule 1 extérieure se trouve une enceinte 4 de décharge en verre au quartz, qui est dirigée axialement, qui est pincée des deux côtés et dans laquelle sont enfermées d'une manière étanche au gaz une atmosphère d'halogénures métalliques et deux électrodes. L'enceinte de décharge de forme cylindrique a, dans ses pincements 7, deux rubans 6 en molybdène qui sont reliés aux électrodes. Des pincements 7 sortent axialement respectivement de courtes entrées 8 de courant, qui sont reliées également aux rubans 6 en molybdène. L'enceinte 4 de décharge est entourée à l'intérieur de l'ampoule 1 extérieure, coaxialement, d'une ampoule 15 enveloppe cylindrique et à pincement des deux côtés qui est également dirigée axialement et qui entoure étroitement l'enceinte 4 de décharge. Les courtes entrées 8 de courant de l'enceinte de décharge se terminent dans 9 2784227 des rubans 16 en molybdène disposés axialement dans les pincements 17 de l'ampoule enveloppe. L'ampoule enveloppe est maintenue dans l'ampoule 1 extérieure par un support 18, qui a la structure suivante: Un barreau 20 de support court et se terminant à proximité du culot est soudé, en venant parallèlement à l'axe du culot et en étant coudé transversalement à l'axe A et à proximité de l'axe, à une entrée 21 de courant extérieur de l'ampoule enveloppe de manière à ne pas pouvoir tourner. L'entrée 21 de courant extérieur a la forme d'un U. Les branches 22 libres du U se terminent sur le ruban 16 de molybdène tandis que la base 23 du U est tournée vers le culot 2. Le barreau 20 court de support est relié aux deux branches 22 du U juste au- dessus de la base 23. On assure ainsi non seulement un blocage sûr en rotation et une orientation définie du système intérieur massif ampoule enveloppe-enceinte de décharge, mais également une liaison sure et particulièrement fiable avec le court barreau 20 de support au moyen de deux points de soudure. La liaison à l'extrémité, éloignée du culot, de l'ampoule enveloppe est obtenue de la même façon. A cet effet, un barreau 25 long de support, qui passe à l'extérieur le long de l'ampoule enveloppe, va du culot 2 à l'extrémité éloignée du culot de l'ampoule enveloppe dans l'ampoule 1 extérieure. Un embout 26 coudé du barreau 25 y est dirigé vers l'axe A de la lampe et y est relié à nouveau à une entrée 27 extérieure de courant en forme de U. L'enceinte de décharge contient une atmosphère blanche neutre (notamment couleur de lumière NDL, température de couleur de 4300 K environ) à base de NaI et d'halogénures des métaux rares Dy, Ho, Tm, ainsi que de quelques autres halogénures, en particulier du thallium. La quantité spécifique de sodium rapportée au 2784227 volume de l'enceinte de décharge est de 0,08 mg/cm3 environ. Tant l'ampoule 15 enveloppe que l'ampoule 1 extérieure est mise sous vide. L'enceinte 4 de décharge a à ses deux extrémités des revêtements 11 de réflexion pour obtenir une plus grande accumulation de chaleur. Les pincements 17 de l'ampoule enveloppe ont aussi un revêtement 17 pour améliorer l'accumulation de la chaleur. Au pincement 7 de l'enceinte de décharge, sont prévus des getter 13, qui sont fixés sans potentiel au moyen de manchettes 14 en bandes métalliques et qui maintiennent le vide dans l'ampoule 15 enveloppe pendant une longue durée. Pour fixer d'une manière sure la bande 14 métallique au pincement 7, ce dernier a sur son petit côté un bec 29 en saillie. La mise sous vide de l'ampoule enveloppe, comme celle de l'ampoule extérieure, est de l'ordre de grandeur de 10-5 mbar. La figure 2 montre des données photométriques et électriques pour cette lampe. La figure 2a montre la bonne constance de la tension d'arc U (en V) pendant 1000 heures de fonctionnement. La figure 2b montre que la température de couleur (en K) est remarquablement constante, et la figure 2c montre que le flux lumineux (1) (en Im) est bien amélioré. L'indice Ra de rendu des couleurs est pendant 1000 heures de Ra = 89 environ. Une atmosphère analogue est utilisée pour une structure géométrique identique pour la couleur de lumière Daylight (D) dont la température de couleur est de 5300 K environ. Elle utilise des constituants analogues de la même façon que la version NDL, mais NaI est remplacé dans une grande mesure ou entièrement par CsI. L'ampoule enveloppe sert dans ce cas principalement simplement à accumuler de la chaleur et de protection 11 2784227 vis-à-vis des explosions, car une diffusion de sodium ne peut pas se produire. Un autre exemple de réalisation d'une lampe de 150 W suivant la figure 3 utilise une ampoule 30 extérieure elliptique bombée et une ampoule 15 enveloppe cylindrique. Dans cet exemple de réalisation, l'ampoule enveloppe est emplie de gaz inerte (N2), tandis que l'ampoule 30 extérieure est mise sous vide. La structure intérieure ayant l'enceinte 4 de décharge cylindrique est analogue à celle de la figure 1, mais il n'est pas déposé de couche formant réflecteur sur l'enceinte 4 de décharge parce que dans ce cas on utilise une atmosphère blanche chaude (notamment couleur de lumière WDL, température de couleur 3000 K) qui est moins critique. Elle est à base d'halogénures du sodium et de l'étain, avec en outre des halogénures du thallium, de l'indium et éventuellement du lithium. 12 2784227 REVENDICATIONS 1. Lampe aux halogénures métalliques ayant trois enceintes fermées, une enceinte (4) de décharge, en verre au quartz et pincée des deux côtés, étant entourée d'une ampoule (15) enveloppe transparente et fermée de deux côtés et en outre d'une ampoule (1; 30) extérieure transparente fermée d'un côté, caractérisée en ce que l'ampoule (15) enveloppe est emplie d'un gaz inerte ou est mise sous vide et en ce que l'ampoule (1; 30) extérieure est mise sous vide. 2. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'ampoule (15) enveloppe est emplie de gaz inerte, l'enceinte (4) de décharge renfermant, pour la production d'une basse température de couleur inférieure à 3700 K, une atmosphère appropriée contenant du sodium. 3. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'ampoule (15) enveloppe est mise sous vide, l'enceinte (4) de décharge contenant, pour la production d'une haute température de couleur supérieure à 4000 K, une atmosphère appropriée contenant du sodium et/ou du césium. 4. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités de 13 2784227 l'enceinte (4) de décharge sont munies d'un revêtement (11) réfléchissant la chaleur. 5. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les trois enceintes (1; 4; 15) sont cylindriques et coaxiales, et s'appliquent étroitement l'une à l'autre. 6. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'ampoule (3) extérieure est bombée. 7. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'un getter (13) est logé dans l'ampoule enveloppe. 8. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le pincement (17) de l'ampoule enveloppe est muni d'un revêtement (12) réfléchissant la chaleur. 9. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le Getter (13) est fixé au moyen d'une bande (14) métallique au pincement (7) de l'enceinte de décharge. 10. Lampe aux halogénures métalliques suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enceinte (15) enveloppe a une entrée (21) de courant allant de son pincement (17) vers l'extérieur et recourbée en forme de U.