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Tube à décharges électriques.
On a déjà proposé d'entourer un tube à décharges électriques renferment de la vapeur métallique, plus parti- culiérement la vapeur de métaux peu volatils tels que le sodium, le potassium, le rubidium, le cadmium, le magnésium, le thallium ou le zinc,d'une enveloppe à double paroi et de créer un vide dans l'espace compris entre les parois de cette dernière. Cette enveloppe réduit la quantité de chaleur dissi- pée par le tube à décharges de sorte que ce dernier acauiert lors du fonctionnement une température plus élevée.
Ceci a pour résultat d'augmenter la pression de la vapeur métallique renfermée dans le tube, ce qui a dans ce cas une grande in- fluence sur le rendement du tube à décharges utilisé pour l'emission de lumière. L'air se trouvant entre le tube à dé-
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charges et l'enveloppe à double paroi, provoque une égalisa- tion de la température de la paroi du tube de sorte que la production d'endroits fortement surchauffés sur 'la paroi du tube est empêchée, ce qui a également une influence favora- ble sur le rendement et la durée de service. Il est évident que le vide créé dans l'espace compris entre les parois de l'enveloppe, ne doit pas nécessairement être un vide poussé.
Même dans le cas où cet espace contient de l'air ou un gaz sous faible pression, on obtient déjà un effet calorifuge.
L'invention a pour but de perfectionner les tubes à décharges de ce genre de telle façon que la dissipation thermique soit réduite davantage et que les tubes soient mieux appropriés à être alimentés de courant alternatif et à donner un éclairage intense à l'aide des tensions de ré- seau usuelles, par exemple, de 220 ou de 110 volts.
Conformément à l'invention, le tube à décharges, qui a une forme allongée et dont la décharge est de colonne posi- tive, est plié en un nombre arbitraire de branches parallèles de telle façon que la surface par laquelle la chaleur est rayonnée, soit inférieure à celle d'un tube de forme allongée.
Si l'on considère la manière dont la chaleur du tube est cé- dée au milieu ambiant, on trouve que tout d'abord elle est transmise, essentiellement par conduction et par convection, à la paroi intérieure de l'enveloppe, d'où elle est cédée, essentiellement par rayonnement, à la paroi extérieure de cet- te dernière et au milieu ambiant. Si le tube à décharges est plié de telle façon que cette paroi intérieure de l'enveloppe rayonnant la chaleur soit plus petite que dans le cas d'un tube de forme allongée, la dissipation thermique du tube est fortement réduite de sorte que la quantité d'énergie que le @
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tube doit absorber pour se maintenir à la température requi- se, est également réduite.
Si l'on se figure, par exemple, deux tubes de la même longueur dont l'un a une forme allongée et est monté à l'intérieur d'une enveloppe tandis que l'autre, avant d'être placé à l'intérieur d'une enveloppe, a été plié en quatre branches parallèles, il est aisé de voir que du fait çue dans le second cas la longueur de l'enveloppe n'est qu'un quart environ de la longueur dans le premier cas, la surface qui rayonne la chaleur, est dans ce second cas sensiblement plus petite que pour un tube de forme allongée.
Quant au pliage du tube et à la disposition des branches pa- rallèles ainsi obtenues, il faut envisager un autre point de vue. En effet, si l'on pliait le tube de telle façon que ses différentes branches se trouvent très écartées l'une de l'au- tre, la surface rayonnant la chaleur, pourrait être agrandie par suite de la forte augmentation du diamètre de l'envelop- pe malgré la réduction de la longueur de cette dernière. Les différentes branches du tube plié doivent par conséquent, être séparées l'une de l'autre par des intervalles suffisam- ment faibles. En outre, l'intervalle entre le tube et l'en- veloppe doit être suffisamment faible, car un intervalle trop grand donnerait lieu à une forte augmentation du diamètre de l'enveloppe et, par conséquent, de la surface rayonnant la chaleur.
Ces conditions auxquelles le tube à décharges et l'enveloppe doivent satisfaire, peuvent être aisément défi- nies si l'on introduit la notion de "facteur de remplissage".
On s'imagine à cet effet une coupe transversale à travers le tube et l'enveloppe, normale à l'axe du tube. Il est alors possible de déterminer dans la section transversale la surface limitée par la paroi intérieure de l'enveloppe et la totalité
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des surfaces des sections transversales des différentes branches du tube. Par "facteur de remplissage" on doit enten- dre ci-après le rapport existant entre cette surface totale des sections transversales des branches du tube et la surface limitée par la paroi intérieure de l'enveloppe.
Les conditions mentionnées ci-dessus exigeant que les branches du tube soient situées à proximité l'une de l'autre et que l'intervalle entre l'enveloppe et le tube soit suffisamment faible, impliquent que le facteur de remplissage doit avoir une valeur suffisamment élevée. Par des expérien- ces et par des calculs on a trouvé que pour obtenir une ré- duction appréciable de la dissipation thermique, le facteur de remplissage doit être supérieur à 1 , où n représente le n nombre de branches dont le tube à décharges est composé ou le nombre de fois où le tube de forme allongée a été plié,auquel cas, toutefois, toutes les branches ne doivent pas nécessai- rement être reliées entre elles.
Les considérations mentionnées ci-dessus s'appliquent aussi si la chambre à vide entourant le tube à décharges n'est pas formée par une enveloppe à double paroi mais par une enveloppe à une seule paroi, le vide étant créé dans ce dernier cas dans l'espace compris entre le tube et l'envelop- pe. La chaleur du tube à décharges est cédée dans ce cas au milieu ambiant essentiellement par rayonnement de la paroi du tube vers l'enveloppe. Pour un tube de forme allongée, la paroi entière du tube rayonne de la chaleur tandis que dans le tube replié la surface rayonnante peut être assimilée pra.- tiquement à la surface imaginaire minimum qui entoure le tube plié. Cette surface peut, par conséquent, être assimilée à la paroi intérieure de l'enveloppe à double paroi décrite ci-dessus.
Dans la détermination du facteur de remplissage
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on doit, par conséquent, aussi envisager cette surface entourante.
On obtient un mode de construction très simple si le tube à décharges est constitué par trois ou plus de trois branches parallèles, l'enveloppe pouvant avoir dans ce cas une section transversale circulaire. Si le tube est composé de deux branches, la section de l'enveloppe doit avoir une forme aplatie, par exemple celle d'une ellipse, pour obtenir une valeur suffisamment élevée du facteur de remplissage. En vue d'augmenter le facteur de remplissage, il peut être avantageux de donner à la section du tube une forme différant de celle d'un cercle pour pouvoir disposer les différentes branches du tube à des écartements mutuels plus faibles.
Dans quelques cas, le pliage du tube à décharges donne lieu à une augmentation de la tension d'amorçage. Au besoin, on peut remédier à cet inconvénient en munissant le tube, de préférence la partie courbe, d'une ou plusieurs électrodes auxiliaires qui peuvent être disposées, le cas échéant, sur l'extérieur de la paroi du tube. Il est aussi possible de diviser le tube en deux ou plus de deux parties.
Ainsi, par exemple, un tube à quatre branches parallèles peut être composé de deux tubes distincts en U. Dans ce cas, il est possible de remplir les parties du tube de dif- férents remplissages de sorte que la lumière émise peut con- sister en un mélange de rayons lumineux de couleurs différen- tes.
L'invention est particulièrement importante pour des tubes à décharges alimentés de courant alternatif car avec ces tubes l'amorçage d'une décharge se produit une ou deux fois dans chaque période du courant alternatif. On a constaté que,
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à chaque amorçage, la décharge accompagnée d'émission de lumière, commence à la cathode et se propage ensuite à travers le tube jusqu'à l'anode. Si le tube est agencé de façon à pouvoir être traversé par le courant à chaque demi- période du courant alternatif, la décharge est interrompue pendant un court intervalle de temps deux fois à chaque pé- riode, le tube n'émettant alors pas de lumière. Il est très important de raccourcir autant que possible l'intervalle de temps pendant lequel le tube n'émet pas de lumière, pour ré- duire ainsi le vacillement de la lumière émise.
Il est im- portant à cet effet de faire avancer la décharge de la catho- de vers l'anode à chaque amorçage à une vitesse aussi élevée que possible. Lorsque la décharge avance, les rayons de ré- sonance émis par la partie du tube dans laquelle la décharge a lieu déjà, peuvent exciter les molécules dans l'autre par- tie du tube. On se figure, par exemple, un tube rectiligne et horizontal dans lequel la décharge avance de la gauche vers la droite et a atteint déjà la moitié du tube. Les rayons émis par la partie gauche, favorisent l'excitation des molécules dans la partie droite. Il est évident toute- fois, que pour un tel tube rectiligne seulement une faible proportion des rayons engendrés dans la partie du tube par- courue déjà par la décharge, peut frapper l'autre partie du tube.
Cette possibilité est augmentée considérablement si le tube est plié de la manière conforme à l'invention car dans ce cas les rayons produits dans une partie du tube, peuvent agir dans une mesure beaucoup plus grande sur une autre par- tie parallèle à la première. L'intervalle de temps pendant lequel, entre deux périodes, le tube n'émet pas de lumière est par conséquent réduit, de sorte que le vacillement dimi- nue.
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Le tube à décharges suivant l'invention présente l'avantage supplémentaire d'avoir un encombrement très ré- duit, ce qui permet de le monter dans une garniture de forme et de dimensions usuelles. Malgré les dimensions réduites du tube, on peut donner au trajet de décharge une grande longueur, de sorte que la tension de service peut être adap- tée aussi exactement que possible à la tension du réseau en augmentant la longueur du trajet de décharge. Ceci permet d'utiliser une faible impédance en série, ce qui peut amener à son tour une amélioration du facteur de puissance.
Par vapeurs de métaux peu volatils" on doit enten- dre des vapeurs métalliques ayant pour une température de 200 C une pression inférieure à 1 mm.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple, deux modes de réalisation.
La figure 1 représente une élévation d'un tube à décharges entouré d'une chambre à vide à double paroi.
La figure 2 représente une vue en plan de ce tube.
Les figures 3 et 4 représentent, respectivement, une élévation et une vue en plan d'une variante de construc- tion dont la figure 5 montre un détail.
Le tube à décharges représenté sur les figures 1 et 2, est composé de quatre branches parallèles 1, 2, 3 et 4.
A l'extrémité inférieure, la branche 1 se continue par la branche 2, dont l'extrémité supérieure est reliée à la branche 3 qui se continue à son extrémité inférieure par la branche 4. Les électrodes sont montées dans les extrémités supérieures des branches 1 et 4. Comme le dessin le montre schématiquement, il se trouve à chaque extrémité une cathode à incandescence 5 et une anode 6 constituées par une plaque cylindrique. Le fil d'alimentation de l'anode peut être relié,
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soit à l'intérieur soit à l'extérieur du tube, à un des fils d'alimentation de la cathode à incandescence. Pour faciliter l'amorçage, on a prévu au milieu du tube une électrode auxi- liaire 7 qui est munie d'un fil d'alimentation 8 et à la- quelle est appliquée dans le but mentionné ci-dessus une tension auxiliaire.
Le tube, qui renferme un gaz rare, par exemple du néon, et de la vapeur de sodium, est entouré d'une enveloppe 9 à double paroi. L'espace compris entre les parois de cette enveloppe, est vide d'air. Comme on l'a dit plus haut, il faut entendre par t'espace vide d'air non seulement un espace à vide absolu mais aussi un espace dans lequel la pression du gaz est inférieure à la pression atmosphérique et a, par conséquent, un effet calorifuge.
Les différentes branches du tube se trouvent sé- parées l'une de l'autre par des intervalles très faibles.
L'écartement le plus faible est de 2 mm. environ tandis que le diamètre extérieur des branches s'élève à 22 mm. environ, l'intervalle minimum entre la paroi intérieure de l'enveloppe 9 et le tube à décharges étant de 2 mm. environ. Le facteur de remplissage est dans ce cas de 0,5 environ. La quantité de chaleur cédée par le tube à décharges, est, par conséquent, sensiblement inférieure à celle cédée par un tube de forme allongée et des mêmes dimensions. En outre, le tube à un encombrement réduit de sorte qu'il constitue une source de lumière de très grande intensité. En outre, il est moins sen- sible aux variations de la température du milieu ambiant.
Les figures 3 et 4 montrent un tube à décharges 10 en U comportant deux branches parallèles, d'un diamètre de 22 mm. dont l'écartement mutuel est de 2 mm. environ. Sur la partie courbe du tube s'appuie un étrier métallique demi- circulaire 11 (représenté en détail sur la figure 5) muni d'un @
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fil d'alimentation 12 et faisant office d'électrode d'amor- çage. L'enveloppe 13 à double paroi a une section transversale en forme d'ellipse (figure 4). Le grand axe et le petit axe de la paroi intérieure de l'enveloppe ont, respectivement, une longueur de 52 et de 31 mm., le facteur de remplissage étant de 0,6 environ.
Les tubes à décharges représentés sur les figures, ainsi que les enveloppes 9 et 13 peuvent être montés dans une douille d'une manière convenable non-représentée. Il est avantageux de fermer l'espace compris au sommet entre les tu- bes et les enveloppes à l'aide d'une matière calorifuge, par exemple de l'amiante.
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Electric discharge tube.
It has already been proposed to surround an electric discharge tube contain metallic vapor, more particularly the vapor of low volatility metals such as sodium, potassium, rubidium, cadmium, magnesium, thallium or zinc. , a double-walled envelope and create a vacuum in the space between the walls of the latter. This envelope reduces the amount of heat dissipated by the discharge tube so that the latter acquires a higher temperature during operation.
This results in increasing the pressure of the metal vapor enclosed in the tube, which in this case has a great influence on the efficiency of the discharge tube used for the emission of light. The air between the discharge tube
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loads and the double-walled casing, causes an equalization of the temperature of the wall of the tube so that the generation of strongly superheated places on the wall of the tube is prevented, which also has a favorable influence. on performance and service life. It is obvious that the vacuum created in the space between the walls of the envelope does not necessarily have to be a high vacuum.
Even if this space contains air or a gas under low pressure, a heat insulating effect is already obtained.
The object of the invention is to improve the discharge tubes of this kind in such a way that the heat dissipation is further reduced and the tubes are more suitable for being supplied with alternating current and for giving intense illumination using the voltages. of the usual network, for example, 220 or 110 volts.
In accordance with the invention, the discharge tube, which has an elongated shape and the discharge of which is positive column, is bent into an arbitrary number of parallel branches so that the surface through which the heat is radiated is smaller than that of an elongated tube.
If we consider the way in which the heat of the tube is transferred to the surrounding environment, we find that first of all it is transmitted, essentially by conduction and by convection, to the inner wall of the casing, hence it is transferred, essentially by radiation, to the outer wall of the latter and to the surrounding environment. If the discharge tube is bent such that this inner wall of the heat radiating casing is smaller than in the case of an elongated tube, the heat dissipation of the tube is greatly reduced so that the amount of energy that the @
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tube must absorb to maintain the required temperature, is also reduced.
If we imagine, for example, two tubes of the same length, one of which has an elongated shape and is mounted inside an envelope while the other, before being placed inside of an envelope, has been folded into four parallel branches, it is easy to see that because in the second case the length of the envelope is only about a quarter of the length in the first case, the surface which radiates heat, is in this second case substantially smaller than for an elongated tube.
As to the folding of the tube and the arrangement of the parallel branches thus obtained, it is necessary to consider another point of view. In fact, if the tube were bent in such a way that its different branches are very far apart from each other, the surface radiating heat could be enlarged as a result of the large increase in the diameter of the tube. 'wraps despite the reduction in the length of the latter. The different branches of the bent tube must therefore be separated from each other by sufficiently small intervals. In addition, the gap between the tube and the casing should be small enough, since too large a gap would result in a large increase in the diameter of the casing and, therefore, in the heat radiating surface.
These conditions, which the discharge tube and the casing must satisfy, can easily be defined if the notion of "fill factor" is introduced.
We imagine for this purpose a transverse section through the tube and the casing, normal to the axis of the tube. It is then possible to determine in the cross section the area limited by the inner wall of the casing and the total
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surfaces of the cross sections of the different branches of the tube. The term “fill factor” should be understood hereinafter to mean the ratio existing between this total area of the cross sections of the branches of the tube and the area limited by the inner wall of the casing.
The conditions mentioned above requiring that the branches of the tube be located close to each other and that the gap between the casing and the tube be sufficiently small, imply that the fill factor must have a sufficiently high value. high. By experiments and by calculations it has been found that in order to obtain an appreciable reduction in heat dissipation, the fill factor must be greater than 1, where n represents the n number of branches of which the discharge tube is composed. or the number of times the elongated tube has been bent, in which case, however, not all branches need to be connected together.
The above-mentioned considerations also apply if the vacuum chamber surrounding the discharge tube is not formed by a double-walled casing but by a single-walled casing, the vacuum being created in the latter case in the 'space between the tube and the casing. The heat of the discharge tube is transferred in this case to the ambient environment essentially by radiation from the wall of the tube towards the casing. For an elongated tube, the entire wall of the tube radiates heat while in the folded tube the radiating surface can be assimilated to almost the imaginary minimum area which surrounds the folded tube. This surface can therefore be likened to the inner wall of the double-walled casing described above.
In determining the fill factor
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one must, therefore, also consider this surrounding surface.
A very simple method of construction is obtained if the discharge tube is formed by three or more parallel branches, the casing possibly having a circular cross section in this case. If the tube is composed of two branches, the section of the envelope must have a flattened shape, for example that of an ellipse, to obtain a sufficiently high value of the fill factor. In order to increase the fill factor, it may be advantageous to give the section of the tube a shape different from that of a circle in order to be able to arrange the various branches of the tube at smaller mutual spacings.
In some cases, bending the discharge tube results in an increase in the starting voltage. If necessary, this drawback can be remedied by providing the tube, preferably the curved part, with one or more auxiliary electrodes which can be arranged, if necessary, on the outside of the wall of the tube. It is also possible to divide the tube into two or more parts.
Thus, for example, a tube with four parallel branches may be composed of two separate U-shaped tubes. In this case, it is possible to fill the parts of the tube with different fillings so that the emitted light may consist of a mixture of light rays of different colors.
The invention is particularly important for discharge tubes supplied with alternating current because with these tubes the initiation of a discharge occurs once or twice in each period of the alternating current. It was found that,
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at each initiation, the discharge accompanied by emission of light, begins at the cathode and then propagates through the tube to the anode. If the tube is arranged so that it can be traversed by current at each half-cycle of the alternating current, the discharge is interrupted for a short time twice in each period, the tube then emitting no light. . It is very important to shorten as much as possible the time interval during which the tube does not emit light, thereby to reduce the flicker of the emitted light.
It is important for this purpose to advance the discharge from the cathode towards the anode at each ignition at as high a speed as possible. As the discharge advances, the resonance rays emitted from the part of the tube in which the discharge is already taking place can excite molecules in the other part of the tube. We imagine, for example, a rectilinear and horizontal tube in which the discharge advances from left to right and has already reached half the tube. The rays emitted by the left part, promote the excitation of the molecules in the right part. It is obvious, however, that for such a rectilinear tube only a small proportion of the rays generated in the part of the tube already passed through by the discharge can strike the other part of the tube.
This possibility is considerably increased if the tube is bent in the manner according to the invention since in this case the rays produced in one part of the tube can act to a much greater extent on another part parallel to the first. The time interval during which, between two periods, the tube does not emit light is therefore reduced, so that the flicker decreases.
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The discharge tube according to the invention has the additional advantage of having a very small footprint, which makes it possible to mount it in a packing of usual shape and dimensions. Despite the small dimensions of the tube, the discharge path can be made to be very long, so that the operating voltage can be matched as closely as possible to the mains voltage by increasing the length of the discharge path. This allows a low impedance to be used in series, which in turn can lead to an improvement in the power factor.
By low volatile metal vapors "is meant metal vapors having a pressure of less than 1 mm at a temperature of 200 ° C.
The invention will be better understood by referring to the appended drawing which shows, by way of example, two embodiments thereof.
Figure 1 shows an elevation of a discharge tube surrounded by a double-walled vacuum chamber.
FIG. 2 represents a plan view of this tube.
Figures 3 and 4 show, respectively, an elevation and a plan view of an alternative construction of which Figure 5 shows a detail.
The discharge tube shown in Figures 1 and 2, is composed of four parallel branches 1, 2, 3 and 4.
At the lower end, branch 1 continues with branch 2, the upper end of which is connected to branch 3 which continues at its lower end by branch 4. The electrodes are mounted in the upper ends of branches 1. and 4. As the drawing shows schematically, there is at each end an incandescent cathode 5 and an anode 6 formed by a cylindrical plate. The anode power wire can be connected,
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either inside or outside the tube, to one of the filament cathode feed wires. In order to facilitate the ignition, an auxiliary electrode 7 is provided in the middle of the tube, which is provided with a supply wire 8 and to which an auxiliary voltage is applied for the above-mentioned purpose.
The tube, which contains a rare gas, for example neon, and sodium vapor, is surrounded by a casing 9 with a double wall. The space between the walls of this envelope is empty of air. As stated above, by the empty air space is meant not only an absolute empty space but also a space in which the gas pressure is lower than atmospheric pressure and therefore has a heat-insulating effect.
The different branches of the tube are separated from each other by very small intervals.
The smallest gap is 2 mm. approximately while the outside diameter of the branches is 22 mm. approximately, the minimum gap between the inner wall of the casing 9 and the discharge tube being 2 mm. about. The fill factor in this case is approximately 0.5. The quantity of heat released by the discharge tube is, therefore, substantially less than that released by a tube of elongated shape and of the same dimensions. In addition, the tube has a small footprint so that it constitutes a very high intensity light source. In addition, it is less sensitive to variations in the temperature of the ambient medium.
Figures 3 and 4 show a U-shaped discharge tube 10 comprising two parallel branches, with a diameter of 22 mm. whose mutual spacing is 2 mm. about. On the curved part of the tube rests a semi-circular metal bracket 11 (shown in detail in Figure 5) provided with a @
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power wire 12 and acting as a starting electrode. The double-walled casing 13 has an elliptical cross section (Figure 4). The major axis and the minor axis of the inner wall of the casing have a length of 52 and 31 mm, respectively, the fill factor being approximately 0.6.
The discharge tubes shown in the figures, as well as the casings 9 and 13, can be mounted in a socket in a suitable manner not shown. It is advantageous to close the space included at the top between the tubes and the envelopes using a heat-insulating material, for example asbestos.