<Desc/Clms Page number 1>
"Tube à décharges à vapeur de mercure et à refroidissement artificiel.
Bien que les tubes à décharges à vapeur de mercure permettent de produire de grandes quantités de lumière, leur éclat intrinsèque est encore très faible jusqu'à présent.
Ainsi, par exemple l'éclat intrinsèque des lampes à mercure à haute pression utilisées actuellement pour l'éclairage public et autres fins analogues, est d'environ 100 B.Int./cm2.
On a déjà imaginé des lampes à vapeur de mercure d'agencement particulier à intervalle minime entre les électrodes (environ 1 mm) permettant, d'après les dires, d'obtenir un éclat intrinsèque compris entre 18 et 36 B.Int./cm. Cette valeur correspond environ à celle que donne le tungstène chauffé à
<Desc/Clms Page number 2>
haute température, mais elle est très inférieure à l'éclat in- trinsèque des lampes à arc à charbons.
La présente invention a pour but d'augmenter l'éclat intrinsèque des tubes à décharges à vapeur de mercure de manière que ces tubes puissent être utilisés avec succès pour la projection d'images, dans des projecteurs d'éclairage et partout où de grands éclats intrinsèques sont désirables.
Le tube à décharges à vapeur de mercure qui fait l'objet de l'invention est rempli d'une atmosphère gazeuse, a un diamètre inférieur à 3,5 mm. et possède une pression de @ vapeur assez élevée pour que la chute de potentiel sur le trajet des décharges soit supérieure à 150 volts/cm. Le tube à décharges est en outre refroidi par des moyens artificiels.
Dans ces tubes, des chutes de potentiel supérieures à 150 volts/cm correspondent à des pressions de vapeur de mercure excédant environ 20 atm. Ces hautes pressions de vapeur sont réalisables en pratique, si le diamètre intérieur du tube est inférieur à 3,5 mm, des tubes à épaisseur de paroi normale pouvant être utilisés. Il s'est même révélé avantageux de ne pas faire trop grande cette épaisseur de paroi et de la prévoir inférieure à 3,5 mm, de manière à faciliter la dissipation thermique. L'atmosphère gazeuse prévue facilite l'allumage.
En l'absence d'une atmosphère gazeuse, l'allumage serait très difficile étant donné que, à cause du faible diamètre intérieur -adopté il n'est guère possible en pratique d'effectuer l'allumage par basculement du tube mettant les électrodes en contact l'une avec l'autre.
Il y a souvent avantage à porter la différence de potentiel notablement au-delà de 150 volts/cm, parce que l'éclat intrinsèque peut encore être amplifié sensiblement pour des différences de tension plus élevées. Ainsi, par exemple, on
<Desc/Clms Page number 3>
peut prévoir une charge telle que la chute de tension par cm de trajet de décharge soit supérieure à 200 ou à 250 volts.
Elle peut même être augmentée au-delà de 300 volts/cm. On a obtenu des résultats particulièrement satisfaisants, par exemple, au moyen d'une chute de potentiel d'environ 400 volts/ cm,ce qui, dans le tube, correspond d'une façon approchée à une pression de vapeur de mercure (qui dépend aussi légèrement du diamètre intérieur du tube et de l'intensité de courant) de 100 atm.
On a trouvé que pour les pressions très élevées dans le tube qui fait l'objet de l'invention le rendement, c'est-à-dire le rapport entre la lumière produite et l'énergie consommée, présente une particularité. En effet, on a constaté que la courbe caractéristique du rendement de lumière, c'est- à-dire la courbe qui représente le débit spécifique de lumière en fonction de la pression de vapeur de mercure, atteint une valeur maximum plus ou moins prononoée.
La Figure 1 représente, à titre d'exemple, pour un tube donné, le développement approché du rendement R en lumière visible en bougies internationales par watt, en fonction de la différence de tension par cm de trajet de décharge pour une intensité constante du courant.
Par suite d'une augmentation de la différence de potentiel par cm de trajet de décharge pour une intensité constante du courant,l'éclat intrinsèque de la décharge étran- glée augmente. On peut facilement réaliser des éclats intrin- sèques de 17000 B.Int/cm2 et plus. Grâce à son grand éclat in- trinséque, le tube à décharges qui fait l'objet de l'invention peut être utilisé très avantageusement dans des appareils de projection et dans les projecteurs d'éclairage. Le tube à dé- charges peut aussi être utilisé avantageusement dans des appa- @
<Desc/Clms Page number 4>
reils d'éclairage pour la prise de vues animées.
Outre le mercure, le tube à décharges peut renfer- mer encore un ou plusieurs autres métaux volatilisables, tels que le cadmium ou le zinc, qui peuvent être introduits dans le tube sous la forme d'amalgames.
Dans le choix de l'agent réfrigérant, il faut veiller à ce que les rayons à émettre soient absorbés le moins possi- @ ble par lui. Dans la plupart des cas, il est possible d'uti- liser de l'eau comme agent réfrigérant. Si le tube à décharges est utilisé dans des conditions laissant craindre une possi- bilité et un danger de congélation de l'eau, il convient d'a- jouter à celle-ci une matière de nature à abaisser le point de congélation, par exemple de la glycérine.
Le tube à décharges est fait en verre à haut point de ramollissement, par exemple en verre au quartz ou en verre dur. Les fils conducteurs qui amènent le courant aux électro- des, qui sont éventuellement des électrodes à incandescence solides, sont scellés dans la paroi, parce que leur introduc- tion au moyen de pièces lisses et de moyens d'étanchéité, tels que la laque, entraînerait de grandes difficultés à cause des très hautes pressions et températures régnant dans les tubes.
Il y a avantage à se servir pour les fils d'alimentation du courant, de fils de tungstène qui peuvent être scellés avec grand succès dans du verre pratiquement exempt d'alcali et ayant un coefficient de dilatation compris entre 10 x 10-7 et 40 x 10-7 et qui, si le coefficient de dilatation est prévu suffisamment faible, peut être scellé au quartz.
De préférence, on adapte le queusot, c'est-à-dire le petit tube au moyen duquel le tube à décharges est vidé d'air, à l'une des extrémités du tube à décharges, de sorte qu'après la fermeture par fusion du tube à décharges la pointe
<Desc/Clms Page number 5>
résiduelle du queusot ne se trouve pas dans la partie du tube à décharges qui entoure la décharge. On a constaté que la décharge devient ainsi plus tranquille. De plus, cette circonstance permet de disposer aisément un réflecteur à faible distance du tube.
La Figure 2 du dessin représente, à titre d'exemple, un tube à décharges conforme à l'invention.
Le tube à décharges 1 est constitué par un petit cylindre en quartz ayant un diamètre intérieur de 2 mm, et une épaisseur de paroi de 2 mm. Les fils de tungstène conducteurs du courant pénètrent dans le tube aux deux extrémités.
Ces fils de tungstène sont scellés dans un verre répondant à la composition suivante:
88,3% SiO2
8,4% B2O3
2,9% Al2O3 0,4% CaO Ce verre est soudé par fusion au quartz. Le tube à décharges renferme du néon auquel peut être ajoutée une faible quantité, par exemple 0,2%, d'argon sous une pression (à la température ambiante) de quelques cm, par exemple de 4cm., et il renferme en outre une légère quantité de mercure qui constitue les électrodes 3. L'intervalle entre ces électrodes est d'environ 10 mm. Grâce à la faible largeur du tube, le mercure est maintenu par capillarité dans les chambres à électrodes. Le cas échéant, le tube peut encore être rétréci légèrement aux extrémités. La pointe résiduelle du queusot 4 se trouve à l'une des extrémités du tube.
Le tube est entouré d'un cylindre en verre 5 fermé aux extrémités par des bouchons 6 qui sont traversés par les fils d'alimentation du courant. Ces fils sont entourés de ma-
<Desc/Clms Page number 6>
tière isolante 7. Le cylindre 5 comporte deux tubes de raccord 8 et 9 destinés à l'admission et à la décharge de l'eau de refroidissement. Cette dernière est envoyée dans le cylindre qui est raccordé, par exemple par le tube de raccord 8, à un robinet de la conduite de distribution. On peut également employer une circulation d'eau de refroidissement en circuit fermé, par exemple par thermo-siphon.
Le tube à décharges est raccordé à une source de courant alternatif avec intercalation d'une impédance. Dans un cas donné,l'impédance en série était calculée de manière que le courant qui traversait le tube atteignait une valeur finale de 1,5 amp. La tension entre les électrodes était alors de 300 volts, la consommation d'énergie par la décharge était d'environ 310/watts et la pression de vapeur du mercure contenu dans le tube à décharges était d'environ 65 atm. La décharge était étranglée entre les électrodes et avait un diamètre d'environ 1 mm. Le flux lumineux émis par le tube était d'environ 1800 B.Int., alors que l'éclat intrinsèque de la décharge avait une valeur de 18000B.Int./cm2. Le rendement était d'environ 5,8 B. Int/watt.
Ces indications numériques montrent clairement le grand éclat intrinsèque qui peut être obtenu. Cet éclat intrinsèque excède même celui des lampes à arc à charbons. En augmentant la pression de vapeur du mercure et par suite la chute de tension, on peut même porter l'éclat intrinsèque au-delà de la valeur mentionnée. On peut avec avantage utiliser le tube comme source lumineuse dans des dispositifs de projection et dans des projecteurs d'éclairage, le cas échéant également pour l'irradiation, par exemple aux rayons ultraviolets.
<Desc / Clms Page number 1>
"Mercury vapor and artificially cooled discharge tube.
Although mercury vapor discharge tubes can produce large amounts of light, their intrinsic brightness is still very low until now.
Thus, for example, the intrinsic brightness of high pressure mercury lamps currently used for street lighting and other similar purposes is about 100 B.Int./cm2.
Mercury vapor lamps have already been imagined with a particular arrangement with minimal spacing between the electrodes (approximately 1 mm) allowing, according to the statements, to obtain an intrinsic brightness of between 18 and 36 B.Int./cm . This value corresponds approximately to that given by tungsten heated at
<Desc / Clms Page number 2>
high temperature, but it is much lower than the intrinsic brightness of carbon arc lamps.
It is the object of the present invention to increase the intrinsic brightness of mercury vapor discharge tubes so that these tubes can be used successfully for image projection, in lighting projectors and anywhere large bursts. intrinsic are desirable.
The mercury vapor discharge tube which is the subject of the invention is filled with a gaseous atmosphere, has a diameter of less than 3.5 mm. and has a vapor pressure high enough that the potential drop in the discharge path is greater than 150 volts / cm. The discharge tube is further cooled by artificial means.
In these tubes, potential drops greater than 150 volts / cm correspond to mercury vapor pressures exceeding about 20 atm. These high vapor pressures are practically achievable, if the inside diameter of the tube is less than 3.5mm, normal wall thickness tubes can be used. It has even been found to be advantageous not to make this wall thickness too great and to provide it less than 3.5 mm, so as to facilitate heat dissipation. The gaseous atmosphere provided facilitates ignition.
In the absence of a gaseous atmosphere, ignition would be very difficult since, because of the small internal diameter - adopted it is hardly possible in practice to carry out the ignition by tilting the tube putting the electrodes in position. contact with each other.
There is often an advantage in raising the potential difference significantly above 150 volts / cm, because the intrinsic brightness can still be amplified noticeably for higher voltage differences. So, for example, we
<Desc / Clms Page number 3>
can provide a load such that the voltage drop per cm of discharge path is greater than 200 or 250 volts.
It can even be increased beyond 300 volts / cm. Particularly satisfactory results have been obtained, for example, by means of a potential drop of about 400 volts / cm, which in the tube corresponds approximately to a vapor pressure of mercury (which depends also slightly from the inside diameter of the tube and the current intensity) of 100 atm.
It has been found that for the very high pressures in the tube which is the object of the invention, the efficiency, that is to say the ratio between the light produced and the energy consumed, presents a particular feature. In fact, it has been observed that the characteristic curve of the light output, that is to say the curve which represents the specific flow of light as a function of the mercury vapor pressure, reaches a more or less pronounced maximum value.
Figure 1 shows, by way of example, for a given tube, the approximate development of the efficiency R in visible light in international candles per watt, as a function of the voltage difference per cm of discharge path for a constant intensity of the current .
As a result of an increase in the potential difference per cm of discharge path for a constant current intensity, the intrinsic brightness of the spangled discharge increases. We can easily make intrinsic flakes of 17000 B.Int/cm2 and more. By virtue of its inherent high brightness, the discharge tube which forms the subject of the invention can be used very advantageously in projection apparatus and in lighting projectors. The discharge tube can also be used advantageously in appliances.
<Desc / Clms Page number 4>
lighting reels for taking animated pictures.
In addition to the mercury, the discharge tube may also contain one or more other volatilizable metals, such as cadmium or zinc, which may be introduced into the tube in the form of amalgams.
When choosing the coolant, care must be taken to ensure that the rays to be emitted are absorbed by it as little as possible. In most cases it is possible to use water as the coolant. If the discharge tube is used under conditions giving rise to fear of the possibility and danger of freezing water, a material which will lower the freezing point, for example, should be added thereto. glycerin.
The discharge tube is made of high softening point glass, for example quartz glass or hard glass. The conductive wires which bring current to the electrodes, which are possibly solid incandescent electrodes, are sealed in the wall, because their introduction by means of smooth parts and sealing means, such as lacquer, would cause great difficulties because of the very high pressures and temperatures in the tubes.
It is advantageous to use for the current supply wires, tungsten wires which can be sealed with great success in practically free of alkali glass and having an expansion coefficient between 10 x 10-7 and 40 x 10-7 and which, if the coefficient of expansion is expected to be low enough, can be sealed with quartz.
Preferably, the tail, that is to say the small tube by means of which the discharge tube is emptied of air, is fitted to one of the ends of the discharge tube, so that after closing by fusion of the discharge tube the tip
<Desc / Clms Page number 5>
residual tail is not in the part of the discharge tube which surrounds the discharge. It has been observed that the discharge thus becomes quieter. In addition, this circumstance makes it easy to have a reflector at a short distance from the tube.
Figure 2 of the drawing shows, by way of example, a discharge tube according to the invention.
The discharge tube 1 is formed by a small quartz cylinder having an inner diameter of 2 mm, and a wall thickness of 2 mm. Current-conducting tungsten wires enter the tube at both ends.
These tungsten wires are sealed in a glass corresponding to the following composition:
88.3% SiO2
8.4% B2O3
2.9% Al2O3 0.4% CaO This glass is fused to quartz. The discharge tube contains neon to which can be added a small amount, for example 0.2%, of argon under a pressure (at room temperature) of a few cm, for example 4 cm., And it also contains a slight amount of mercury which constitutes the electrodes 3. The interval between these electrodes is about 10 mm. Thanks to the narrow width of the tube, the mercury is maintained by capillary action in the electrode chambers. If necessary, the tube can be further narrowed slightly at the ends. The residual tip of tail 4 is at one end of the tube.
The tube is surrounded by a glass cylinder 5 closed at the ends by plugs 6 which are crossed by the current supply wires. These threads are surrounded by ma-
<Desc / Clms Page number 6>
insulating tière 7. The cylinder 5 comprises two connection tubes 8 and 9 intended for the admission and the discharge of the cooling water. The latter is sent into the cylinder which is connected, for example by the connection tube 8, to a valve of the distribution pipe. It is also possible to use a circulation of cooling water in a closed circuit, for example by thermosiphon.
The discharge tube is connected to an alternating current source with intercalation of an impedance. In a given case, the series impedance was calculated in such a way that the current through the tube reached a final value of 1.5 amps. The voltage between the electrodes was then 300 volts, the power consumption by the discharge was about 310 / watts and the vapor pressure of the mercury in the discharge tube was about 65 atm. The discharge was constricted between the electrodes and had a diameter of about 1 mm. The luminous flux emitted by the tube was about 1800 B.Int., While the intrinsic brightness of the discharge had a value of 18000B.Int./cm2. The yield was about 5.8 B. Int / watt.
These digital indications clearly show the great intrinsic glow that can be achieved. This intrinsic glow exceeds even that of charcoal arc lamps. By increasing the vapor pressure of the mercury and consequently the drop in voltage, one can even raise the intrinsic brightness beyond the mentioned value. The tube can advantageously be used as a light source in projection devices and in illuminating projectors, optionally also for irradiation, for example with ultraviolet rays.