Brevet FR2939961A1 — publié le 20100618

LAMPE AUX HALOGENES L'invention part d'une lampe à incandescence aux halogènes ayant une ampoule dans laquelle est logé un corps lumineux et un remplissage ayant un additif contenant un halogène, dans lequel l'halogène est l'iode et/ou le brome. Des lampes à incandescences aux halogènes de ce genre sont conçues notamment pour fonctionner en haute tension (HV) à typiquement des tensions de 100 à 250 V. Etat de la technique Le WO 2007/105121 révèle une lampe à incandescence aux 15 halogènes, qui comporte un mécanisme de mise en circuit qui est coûteux. Dans des lampes aux halogènes pour la tension du secteur, il se peut, par des pannes provoquées par les matériaux 20 précurseurs ou par le processus de fabrication, qu'il se produise un net fléchissement du filament. Si le filament prend beaucoup de flèche, il peut arriver, dans le cas extrême, que le filament vienne s'appliquer sur l'ampoule. Lorsque l'ampoule est touchée par le filament, la température 25 de l'ampoule s'élève beaucoup. Suivant la géométrie de la lampe et la conception du filament (puissance/longueur), la température peut s'élever tellement qu'une dévitrification de la paroi de l'ampoule en verre au quartz s'établit (c'est-à-dire habituellement qu'on atteint des températures d'autant 30 plus hautes que le diamètre de l'ampoule est plus petit et que l'épaisseur de paroi de l'ampoule est plus petite ou que le rapport de la puissance à la longueur du filament est plus grand). Dans le cas extrême, cette dévitrification peut provoquer l'éclatement de la lampe. Dans WO 20071105121, on propose par exemple d'entourer le milieu d'un filament d'un anneau métallique relié à une entrée de courant de manière à ce que le filament se trouve dans l'axe de l'anneau. L'anneau métallique est relié à une entrée de courant. S'il fléchit, le filament touche cet anneau, la moitié du filament étant alors court-circuité. Le plus grand flux de courant ainsi obtenu entraîne une réaction du fusible interne et ainsi une mise hors circuit sûre de la lampe. Dans le fascicule de brevet mentionné, on décrit d'autres modes de réalisation fonctionnant suivant le même principe. Sur des lampes sans monture, par exemple des lampes à bossage, on ne peut pas appliquer ce principe sans autres difficultés, parce que les lampes n'ont pas de partie de monture, dénommée aussi souvent électrode. Jusqu'ici des lampes, dans lesquelles il peut se produire, dans le pire des cas, lors de l'application du filament avec dévitrification, un éclatement de la lampe, ne pouvaient pas être construites ou ces lampes ne pouvaient fonctionner que dans des enveloppes stables (réflecteur). Enoncé de l'invention L'invention vise à assurer, lorsqu'il se produit un fléchissement prématuré du filament en fonctionnement, une mise hors circuit sûre et simple. L'invention a donc pour objet une lampe à incandescence aux halogènes ayant une ampoule dans laquelle est logé un corps lumineux et un remplissage ayant un additif contenant un halogène, dans lequel l'halogène est l'iode et/ou le brome, caractérisée en ce qu'à l'intérieur de l'ampoule est logée une couche, activable à des températures appropriées, contenant du brome, du chlore, du fluor et/ou un oxyde ou un sulfure et/ou déclenchant facilement un arc lumineux et contenant des éléments alcalins ou alcalino-terreux, qui est disposée de manière à ce que dans le cas d'un affaissement du corps lumineux, elle puisse être touchée par celui-ci et qui assure, lorsque la lampe fonctionne, en raison du dégagement d'une substance réactive, une mise hors circuit rapide de la lampe. De préférence : - la couche est en MgF2, CaF2, fluorure de métal alcalin ou Mg012 seul ou en mélange. - la couche a une épaisseur de 100 à 1000 nm. - la couche est disposée sous la forme d'une tache ou d'un anneau fermé. la température de fonctionnement de la lampe s'élève sur 20 l'ampoule au plus à 300°C, un composite organique fluoré notamment du polyfluoroéthylène étant utilisé comme couche. - la couche réactive est revêtue d'une couche de protection en SiO2. - la couche est transparente. - la couche est translucide ou transparente localement ou dispersante. - la lampe fonctionne directement sur la tension du secteur, notamment sur 80 à 250 V. 15 25 30 Suivant l'invention, la paroi intérieure de l'ampoule est revêtue en partie d'une substance appropriée spécialement qui commence précisément à s'évaporer lorsque, par un contact de l'ampoule avec le filament, il est atteint des températures nettement plus élevées que dans le fonctionnement habituel de la lampe. Au moins, des parties proches du queusot et du bord de pincement ne sont pas revêtues. Lors de l'évaporation il se crée des substances qui, par réaction chimique ou par déclenchement d'un arc électrique dans l'espace de la lampe, provoquent une destruction rapide du filament. Par la destruction rapide du filament, il n'y a pas et de loin suffisamment de temps pour une dévitrification de la paroi de la lampe. Par la défaillance rapide de la lampe, on évite donc des dangers de sécurité. En variante, la paroi de l'ampoule peut être vêtue partiellement aussi d'une matière qui à des températures suffisamment hautes provoque suivant une réaction encore solide une destruction du filament. Les exigences imposées à l'intérieur de l'ampoule sont les suivantes : - le composé chimique doit être stable (pas de réduction chimique, pas de fusion) et ne doit pas avoir de tension de vapeur notable jusqu'à des températures d'au moins 300°C, de préférence jusqu'à 500°C et pour des lampes très chargées jusqu'à 800°C. - une réaction doit s'effectuer autant que possible à des températures supérieures à 1000°C-1100°C, des substances détruisant le tungstène doivent être dégagées ou le tungstène doit être détruit suivant une réaction en phase solide. Une autre possibilité réside dans le fait que la matière s'évaporant au-dessus de 1000°C peut être ionisée ou contient des ions amorçant facilement un arc électrique et détruisant ainsi le filament par formation d'arc électrique. - le revêtement ne doit absorber que peu de rayonnement, c'est-à-dire notamment ne doit pas provoquer de perte significative du flux lumineux. Pour la plupart des applications, il doit être transparent. Pour ces applications spéciales il peut être dispersant. Dans des cas exceptionnels, on peut accepter que des parties étroitement limitées de l'ampoule soient revêtues d'une matière qui ne soit pas transparente. Le cas échéant, on peut mettre une mince couche protectrice en Sio2 sur la couche réactive pour empêcher une inter-action du revêtement avec l'atmosphère de la lampe. Modes de réalisation possibles : (1) Le revêtement intérieur de l'ampoule est en MgF2. Seul environ le tiers médian de la paroi de l'ampoule, sur lequel 20 le filament s'applique d'abord lors d'un fléchissement, est de préférence revêtu. Des parties proches du queusot et du bord de pincement ne sont pas revêtues. Le difluorure de magnésium s'évapore nettement à partir de 1300 K. Lors de l'évaporation, il se forme d'abord du MgF2, mais qui se décompose ensuite aux 25 températures proches du filament avec libération de fluor. Le fluor entraîne soit directement la destruction rapide du filament par attaque chimique sur les éléments froids du filament ou le fluor dégage de la paroi de l'ampoule non protégée, après la destruction de la couche MgF2 ou des 30 parties non revêtues de la paroi de l'ampoule, de l'oxygène qui entraîne la destruction du filament. L'épaisseur du revêtement est de préférence comprise entre 100 nm et 1000 nm. Le revêtement de parois en verre par du MgF2 fait partie en soi de l'état de la technique. Des revêtements de ce genre15 peuvent être réalisés par exemple au moyen d'un procédé sol-gel voir par exemple WO/2005/097695 et la littérature qui y est citée. On peut envisager pour cela aussi d'autres procédés comme un dépôt en phase vapeur des parois de l'ampoule par du MgF2. (2) D'une manière analogue l'utilisation de CaF2 est possible. CaF2 s'évapore au dessus d'environ 1400 K ; à des températures au-dessus de 2200 K les fluorures de tungstène sont plus stables que le fluorure de calcium, c'est-à-dire que le filament est détruit rapidement par du fluor. (3) L'utilisation de A1F3 est possible aussi. AlF3 peut se déposer aussi par exemple par le biais de Al2O3. Le dépôt de Al2O3 est décrit dans DE-A 27 01 051. Par la réaction sur du fluor, il se forme sur la surface de Al2O3 une couche d'A1F3 qui, lorsqu'elle est touchée par le filament, est activée et provoque la destruction du filament. (4) Pour des lampes chargées relativement peu, l'utilisation des fluorures des métaux alcalins est indiquée : NaF : tension de vapeur notable au-dessus de 1100 K, KF : tension de vapeur notable au-dessus de 900 K, LiF : à partir de 1000 K. (5) MgC12 : évaporation à partir d'environ 1000 K, du chlore en assez grande quantité entraîne aussi la destruction du filament. (6) Pour des lampes ayant une ampoule assez grande et ainsi des températures d'ampoule inférieure à 300°C lorsque le filament ne s'y applique pas, on peut envisager du polyfluoroéthylène et des composés apparentés. Ces composés s'évaporent ou se décomposent en dégageant du HF à partir de température d'environ 300°C. (7) L'utilisation d'oxydes de métal alcalin comme Na2O ou K20 ou de verre qui contiennent ces oxydes est possible aussi. On peut dans ce cas, mettre éventuellement encore une couche de protection en SiO2 sur la couche d'oxyde pour empêcher une réaction des oxydes de métal alcalin du verre sur l'halogène du gaz de remplissage. Si les alcalins arrivent à l'intérieur de la lampe, ils provoquent souvent la formation d'un arc électrique entre les branches du filament et la défaillance rapide de la lampe. (8) Dans un autre mode de réalisation, l'ampoule est revêtue à l'intérieur d'une mince couche d'oxyde de tungstène sur laquelle on met de préférence encore une couche en SiO2 pour maintenir à une valeur aussi petite que possible, en fonctionnement sans panne, la pression partielle de l'oxygène. Si un filament ayant une valeur suffisamment grande du rapport de la puissance à la longueur est appliqué sur cette couche, c'est d'abord la mince couche en SiO2 qui fond avant que l'oxyde de tungstène commence à s'évaporer. D'assez grandes quantités d'oxygène arrivent ainsi à l'intérieur de la lampe et en provoquent la défaillance rapide. Pour des dispositifs de jaillissement d'arc en haute tension ou en moyenne tension suivant la technique des bossages 120V/230V/240V en ayant des puissances à partir d'environ 80 W, les dispositifs de jaillissement d'un arc sont formés notamment suivant la technique des bossages, c'est-à-dire que le filament est immobilisé dans son ensemble jusqu'en cinq points à savoir par le pincement et jusqu'à 3 bossages. Par l'immobilisation du filament en ces 5 points, il est pratiquement exclu que le filament touche l'ampoule en fléchissant. Si l'on part de cette forme de construction et si l'on utilise seulement encore un bossage, ce qui est moins coûteux, on a un avantage supplémentaire : en raison du plus petit nombre d'éléments de fixation évacuant la chaleur, l'efficacité du dispositif de jaillissement d'arc n'ayant qu'un bossage est plus grande de 5% à 8% que celle du dispositif de jaillissement d'un arc ayant 3 bossages. Toutefois, dans les dispositifs de jaillissement d'un arc n'ayant qu'un bossage, il peut se produire que, par des pannes dues aux matériaux précurseurs ou à l'opération de fabrication, il survienne un fléchissement du filament et que le filament touche l'ampoule, ce qui dans le cas extrême pourrait provoquer un éclatement. Pour empêcher cela, et pour pouvoir malgré tout construire des lampes efficaces n'ayant qu'un seul bossage, on peut revêtir conformément à l'invention au moins un anneau central ou des points locaux, de préférence au moins le tiers médian de l'ampoule, par exemple par du CaF2. On peut revêtir aussi d'abord toute la paroi de l'ampoule, le revêtement étant détruit ultérieurement dans le processus de fabrication dans la partie du bossage et du scellement. Si, lorsque la lampe fonctionne, il se produit une application du filament sur la paroi de l'ampoule, le CaF2 s'évapore en dégageant finalement du fluor. Le fluor soi-même ou l'oxygène dégagé par réaction du fluor sur les parties non revêtues de la paroi de l'ampoule entraîne la destruction rapide du filament avant qu'une dévitrification critique de la paroi de l'ampoule puisse se produire. S'il se produit donc, en raison de matériaux précurseurs défectueux ou d'erreurs dans l'opération de production, un fléchissement du filament jusqu'à l'ampoule, la lampe est mise hors circuit d'une manière fiable avant qu'une dévitrification et un éclatement de la lampe puissent se produire. Pour des puissances assez basses, inférieures à environ 80 W, ou plus exactement pour des valeurs basses correspondantes du quotient de la puissance par la longueur du filament et/ou pour des filaments immobilisés suffisamment en plusieurs points, on peut renoncer à des mesures de protection comme un revêtement intérieur de l'ampoule parce que, si l'ampoule est touchée par le filament, il ne se produit pas de dévitrification de la paroi de l'ampoule. L'invention peut s'appliquer notamment à des types de lampes suivantes : des lampes à incandescences aux halogènes pour l'éclairage général et pour des applications photo-optiques, notamment pour une tension du secteur de 220 à 260 V et ayant une puissance de préférence supérieure à 100 W. La valeur limite concrète de la puissance à partir de laquelle une dévitrification critique peut se produire lorsque le filament touche la paroi de l'ampoule dépend en détail des conditions géométriques, notamment du diamètre de l'ampoule, de l'épaisseur de la paroi et de la longueur du filament. Elle doit être déterminée en générale expérimentalement. La technique suivant l'invention autorise notamment la production et la diffusion de lampes à halogène à haute tension plus efficaces, de puissance plus grande qui, en raison de la sécurité vis-à-vis de l'éclatement, n'ont pas pu sinon être mise sur le marché. Cela concerne notamment des lampes sans monture dans lesquelles le corps lumineux est maintenu au moyen de ce que l'on appelle des bossages ou autres. On peut utiliser un ou plusieurs bossages, voir par exemple EP 446 460. Une application préférée concerne des lampes aux halogènes à haute tension de puissance plus grande que 100 watt. Description succincte des dessins L'invention sera explicitée dans ce qui suit de manière plus précise au moyen de plusieurs exemples de réalisation. Les figures représentent : La figure 1 une lampe à incandescence aux halogènes en vue de côté ; La figure 2 un autre exemple de réalisation d'une lampe à incandescence aux halogènes ; La figure 3 un autre exemple de réalisation d'une lampe à incandescence aux halogènes ; La figure 4 un exemple de réalisation d'une lampe tubulaire. Mode de réalisation préféré de l'invention La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une lampe 1 à incandescence aux halogènes de haute tension. Elle a un dispositif de jaillissement d'arc ou une ampoule 2 qui est fermée d'un côté. Cela s'effectue au moyen d'un pincement 3. A l'intérieur du dispositif de jaillissement d'arc se trouve un corps 4 lumineux qui est conformé en U en ayant deux branches 7. Il est maintenu sans monture au moyen d'un bossage 5 qui immobilise une pièce de liaison entre les deux branches éclairantes. Les branches 7 se terminent en des entrées 6 intérieures de courant qui conduisent à des rubans 8 dans le pincement 3. Des rubans partent vers l'extérieur des entrées 10 de courant extérieures. Le remplissage de la lampe est un remplissage habituel contenant des halogènes, le composé d'halogénure reposant sur l'halogène iode et/ou brome. On peut utiliser aussi dans certaines circonstances du chlore. A peu près le tiers médian de l'ampoule 2 est revêtu intérieurement de MgF2 (11) ce qui réalise une sécurité de mise hors circuit lorsqu'une branche 7 du filament fléchit si fortement qu'elle touche, le cas échéant suivant la position de fonctionnement, l'ampoule. La figure 2 représente une variante de réalisation, dans laquelle seul un anneau 15 étroit fait le tour de l'intérieur de l'ampoule au niveau du milieu d'une branche 7 éclairante. La longueur axiale de l'anneau est limitée dans ce cas au maximum à un tiers de la longueur de la branche éclairante. La figure 3 représente un autre exemple dans lequel seules deux taches 13 revêtues sont déposées sur l'ampoule 2 à 15 proximité des deux branches 7. La figure 4 représente enfin une lampe 20 tubulaire qui a plusieurs anneaux 21 revêtus associés respectivement à une branche du corps lumineux. Au milieu où se trouve le queusot, 20 il n'y a qu'une tache 22. La couche réactive, qui contient le plus souvent du chlore, du fluor, du brome, un oxyde ou un sulfure et/ou des éléments alcalins ou alcalino-terreux déclenchant un arc électrique, 25 doit être disposée au moins au point qui est envisagé comme point de contact éventuel du corps lumineux dans le cas d'un fléchissement du filament. Dans ce cas, le critère de la transparence n'est plus absolument indispensable de sorte que l'on peut envisager aussi pour cela des composés moins 30 transparents, mais provoquant l'extinction d'une manière particulièrement fiable. L'épaisseur de la couche de protection, le plus souvent SiO2, ne doit pas dépasser de préférence celle de la couche réactive. La couche réactive est de préférence transparente. Dans un autre exemple de réalisation, elle est au moins translucide. Il peut être parfois avantageux d'utiliser une couche dispersante. 10 Le cas échéant la couche peut être conformée de manière à ne pas être transparente totalement, en pouvant utiliser alors en ce point un matériau particulièrement réactif, auquel manque la propriété de la transparence ou qui n'en est que peu 15 marqué. REVENDICATIONS5 1. Lampe (1) à incandescence aux halogènes ayant une ampoule (2) dans laquelle est logé un corps lumineux et un remplissage 10 ayant un additif contenant un halogène, dans lequel l'halogène est l'iode et/ou le brome, caractérisée en ce qu'à l'intérieur de l'ampoule (2) est logée une couche, activable à des température appropriées, contenant du brome, du chlore, du fluor et/ou un oxyde ou un sulfure et/ou déclenchant 15 facilement un arc lumineux et contenant des éléments alcalins ou alcalino-terreux, qui est disposée de manière à ce que, dans le cas d'un affaissement du corps lumineux, elle puisse être touchée par celui-ci et qui assure, lorsque la lampe fonctionne en raison du dégagement d'une substance réactive, 20 une mise hors circuit rapide de la lampe. 2. Lampe à incandescence aux halogènes suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche est en MgF2, CaF2, fluorure de métal alcalin ou MgC12 seul ou en mélange. 3. Lampe à incandescence aux halogènes suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la couche a une épaisseur de 100 à 1000 nm. 30 4'. Lampe à incandescence aux halogènes suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche est disposée sous la forme d'une tache ou d'un anneau fermé. 5. Lampe à incandescence aux halogènes suivant l'une des 35 revendications précédentes, caractérisée en ce que la température de fonctionnement de la lampe s'élève sur 25l'ampoule au plus à 300°C, un composite organique fluoré notamment du polyfluoroéthylène étant utilisé comme couche. 6. Lampe à incandescence aux halogènes suivant l'une des 5 revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche réactive est revêtue d'une couche de protection en SiO2. 7. Lampe à incandescence aux halogènes suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche 10 est transparente. 8. Lampe à incandescence aux halogènes suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche est translucide ou transparente localement ou dispersante. 9. Lampe à incandescence aux halogènes suivant l'une des revendications précédentes,. caractérisée en ce qu'elle fonctionne directement sur la tension du secteur, notamment sur 80 à 250 V. 15