FR2498014A1 - Lampe a vapeur de sodium a haute pression - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE LAMPE A VAPEUR DE SODIUM A HAUTE PRESSION, MUNIE D'UN CULOT 3, D'UNE AMPOULE EXTERIEURE 1 HERMETIQUEMENT CLOSE VIS-A-VIS DE L'AIR AMBIANT, ET D'UNE ENCEINTE DE DECHARGE 4 LOFEE DANS L'AMPOULE EXTERIEURE 1 ET CONNECTEE AU CULOT 3 PAR DES AMENEES DE COURANT 5, 6, 43, 44; L'ENCEINTE 4 PRESENTE UNE PAROI SENSIBLEMENT TUBULAIRE, TRANSLUCIDE OU TRANSPARENTE, REALISEE EN OXYDE D'ALUMINIUM, POSSEDE UN DIAMETRE INTERIEUR AU MAXIMUM EGAL A 5,5MM ET RENFERME UN GAZ RARE ET DES ADDITIONS METALLIQUES, EN PARTICULIER DU SODIUM, DU CADMIUM ETOU DU MERCURE, CETTE ENCEINTE DE DECHARGE ETANT PAR AILLEURS MUNIE D'ELECTRODES CONNECTEE ELECTRIQUEMENT AUXDITES AMENEES DE COURANT ET SE CARACTERISANT PAR LE FAIT QUE LA DISTANCE ENTRE LES POINTES DES ELECTRODES EST EGAL A 5,5 FOIS LE PLUS GRAND DIAMETRE DE L'ENCEINTE DE DECHARGE 4. ON DISPOSE AINSI UNE LAMPE A DECHARGE POSSEDANT LES MEMES PROPRIETES D'ECLAIREMENT QUE LES LAMPES A INCANDESCENCE ET POUVANT ETRE UTILISEE POUR L'ECLAIRAGE DE LOCAUX D'HABITATION.
Description
La présente invention concerne une lampe à vapeur de sodium à haute pression, qui est munie d'un culot de lampe pouvant être raccordé à une douille ou à une armature, d'une ampoule extérieure transmettant la lumière et hermétiquement fermée vis à vis de l'air ambiant, et d'une enceinte de dé charge logée dans l'ampoule connectée au culot par des amende de courant, cette enceinte présentant une paroi sensiblement tubulaire ettranslucide ou transparente réalisée en oxyde d'aluminium, possédant un diamètre intérieur maximum de 5,5 mm et présentant un remplissage renfermant un gaz rare et des additifs métalliques, en particulier du sodium, du cadmium et/ou du mercure, ladite enceinte de décharge étant par ailleurs munie d'électrodes connectées auxdites amenees de courant.Les lampes à vapeur de sodium à haute pression selon l'invention sont réalisées à partir de composants qui peuvent être produits sur la chaîne classique de machines utilisées dans la fabrication des lampes, et présentent un rendu lumineuxet une température de couleur équivalents à ceux des lampes à incandescence.
On utilise déjà à grande échelle des lampes à vapeur de sodium à haute pression, avec de très bons paramètres de
rendement lumineux, pour des applications d'éclairage extérieur et industriel. En raison de leur très basse température de couleur (environ 2000 K) et de leur rendu défavorable des couleurs, à savoir que l'indice général de rendu des couleurs s'élève à environ 20, l'usage de ces lampes ne s'est pas répandu pour des applications à l'éclairage des locaux.A cet égard, une limitation importante est également constituée par le fait que l'on ne pouvait pas produire jusqu'à présente utilisant les équipements en usage dans la fabrication des lampes à incandescence, des lampes à vapeur de sodium à haute pression ayant des paramètres à peu près similaires à ceux des lampes à incandescence classiques, tels que le wattage, les dimensions extérieures, l'agencement de construction et les propriétés optiques.
rendement lumineux, pour des applications d'éclairage extérieur et industriel. En raison de leur très basse température de couleur (environ 2000 K) et de leur rendu défavorable des couleurs, à savoir que l'indice général de rendu des couleurs s'élève à environ 20, l'usage de ces lampes ne s'est pas répandu pour des applications à l'éclairage des locaux.A cet égard, une limitation importante est également constituée par le fait que l'on ne pouvait pas produire jusqu'à présente utilisant les équipements en usage dans la fabrication des lampes à incandescence, des lampes à vapeur de sodium à haute pression ayant des paramètres à peu près similaires à ceux des lampes à incandescence classiques, tels que le wattage, les dimensions extérieures, l'agencement de construction et les propriétés optiques.
Pour pouvoir rendre les lampes à vapeur de sodium à haute pression concurrentielles avec les lampes à incandes cence classiques, il convient de réaliser une enceinte de décharge qui soit propre à remplacer le filament à incandescence des lampes à incandescence utilisées jusqu'à présent, c'est-à-dire que les deux sources lumineuses doivent différer l'une de l'autre en ce qu'à la place du filament à incandescence, on puisse disposer une enceinte de décharge. Les enceintes de décharge courantes ayant un diamètre intérieur de 6-8 mm, pour lesquelles il faut également prendre en compte les dimensions extérieures, ne sont pas utilisables dans de telles applications, car seules des enceintes de décharge présentant un diamètre intérieur de 5,5 mm au maximum peuvent être prisesen considération.Il convient en outre de remplacer au moins partiellement par du cadmium, la teneur en mercure constituant un additif métallique de remplissage de l'enceinte de décharge, pour pouvoir obtenir une lumière plus blanche.
D'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 146 813, on connait maintenant une lampe à vapeur de sodium à haute pression dans laquelle a été disposée une enceinte de décharge dont le diamètre intérieur le plus grand est inférieur à 5 mm. La source lumineuse conçue de cette façon a un bon rendement lumineux, mais la distance entre les pointes des électrodes est déterminée de telle sorte que, par cet agencement, les conditions imposées à l'éclairage ne peuvent pas être satisfaites.
Pour améliorer la température de couleur et le rendu lumineux des lampes à vapeur de sodium à haute pression, le recours à la "surcharge" constitue une mesure bien connue.
Dans ce cas, il faut toutefois s'attendre, entre autres, à un léger abaissement du rendement lumineux, en raison de la pression de service élevée. Lorsque l'on est en présence de contraintes plus élevées en ce qui concerne la technique des couleurs, on ne peut pas produire en recourant à cette solution, des lampes à vapeurs de sodium se trouvant sous une pression élevée satisfaisante, car la température maximale admissible de l'enveloppe de l'enceinte de décharge se situe à environ 12500 C. Pour des températures plus élevées, l'oxy- de d'aluminium qui forme le matériau de l'enveloppe de l'en ceinte de décharge commence à s'évaporer dans une mesure telle qu'un précipité vient se former sur l'ampoule extérieure, si bien que ladite ampoule extérieure se trouve souillée.La température de l'enveloppe des enceintes de décharge classiques se situe très près de sa valeur critique au voisinage de l'arc de décharge.
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 898 504, on propose un procédé qui consiste à fabriquer des lampes à vapeur de sodium à haute pression à bon rendu des couleurs, de teinte plus agréable et ayant une durée de vie désirable; dans une telle lampe, le diamètre intérieur minimal de l'enveloppe prédéterminé pour les lampes à vapeur de sodium à haute pression, est dépassé dans une faible mesure. Ce diamètre intérieur minimal est supérieur, dans de nombreux exemples de réalisation de l'ordre de 6 ... 8 mm au diamètre des enveloppes courantes.Bien que des lampes à vapeur de sodium à haute pression munies d'une telle enceinte de décharge permettent d'atteindre les prescriptions imposées, leur incon
vénient réside dans le fait que la fabrication ne peut pas être réalisée de façon similaire à celle des lampes à incandescence courantes.
vénient réside dans le fait que la fabrication ne peut pas être réalisée de façon similaire à celle des lampes à incandescence courantes.
Le but de l'invention est de réaliser une lampe à vapeur de sodium à haute pression qui présente les caractéristiques d lampes d'éclairage classiques, qui permette l'application d'une pression suffisamment élevée, qui permette d'obtenir une température de couleur qui se situe à une valeur supérieure à 2000 K, et dont l'indice général de rendu des couleurs soit supérieur à 20 et avec laquelle la température de l'enveloppe de l'enceinte de décharge soit située en dessous de la température maximale admissible.
L'invention est fondée sur la constatation que les enceintes de décharge dont le diamètre intérieur le plus grand est inférieur à 5,5 mm sont également appropriées pour des applications d'éclairage classiques, entre autres pour la fabrication de lampes à vapeur de sodium à haute pression et autres, dans le cas où la distance entre les électrodes d'une telle lampe est raccourcie dans des limites prédéterminées
En d'autres termes, de cette façon, la décharge passe de
la forme dite "stabilisée à l'enveloppe" à la forme dite "stabilisée aux électrodes", dans laquelle le gradient de température est moins raide au voisinage de l'enveloppe, c'est à dire que la transmission de chaleur à la paroi devient plus faible.L'arc entre les électrodes dans l'enceinte est stabilisé par le fait que la tension d'arc s'accroit en fonction de la déviation par rapport à la droite qui relie les deux électrodes; dans le cas de la décharge en arc "stabilisée à l'enveloppe", le gradient de température relativement élevé au voisinage de l'enveloppe est alors le facteur stabilisant de la décharge en arc. De cette façon, par l'utilisation de la décharge stabilisée aux électrodes, la température de l'enveloppe peut être abaissée dans une mesure importante, cet abaissement ne pouvant toutefois pas être sélectivement grand, car la température correspondante de l'enveloppe est également un facteur important pour pouvoir assurer la pression de service désirée. La pression de vapeur des métaux d'addition peut pratiquement toujours engendrer, en dessous de 12500 C, la pression désirée.
En d'autres termes, de cette façon, la décharge passe de
la forme dite "stabilisée à l'enveloppe" à la forme dite "stabilisée aux électrodes", dans laquelle le gradient de température est moins raide au voisinage de l'enveloppe, c'est à dire que la transmission de chaleur à la paroi devient plus faible.L'arc entre les électrodes dans l'enceinte est stabilisé par le fait que la tension d'arc s'accroit en fonction de la déviation par rapport à la droite qui relie les deux électrodes; dans le cas de la décharge en arc "stabilisée à l'enveloppe", le gradient de température relativement élevé au voisinage de l'enveloppe est alors le facteur stabilisant de la décharge en arc. De cette façon, par l'utilisation de la décharge stabilisée aux électrodes, la température de l'enveloppe peut être abaissée dans une mesure importante, cet abaissement ne pouvant toutefois pas être sélectivement grand, car la température correspondante de l'enveloppe est également un facteur important pour pouvoir assurer la pression de service désirée. La pression de vapeur des métaux d'addition peut pratiquement toujours engendrer, en dessous de 12500 C, la pression désirée.
En se fondant sur la constatation précitée, on a maintenant réalisé conformément à l'invention, une lampe à vapeur de sodium à haute pression, qui est munie d'un culot pouvant être raccordé à une douille ou à une armature, d'une ampoule extérieure transmettant la lumière et hermétiquement fermée vis à vis de l'air ambiant, et d'une enceinte de décharge logée dans l'ampoule extérieure et connectée au culot de lampe par des amenées de courant, cette enceinte présentant une paroi sensiblement tubulaireettransparente ou translucide réalisée en oxyde d'aluminium, possédant un diamètre intérieur au maximum egal à 5,5 mm et présentant un remplissage contenant un gaz rare et des additifs métalliques, en particulier du sodium, du cadmium et/ou du mercure Cette enceinte de décharge est par ailleurs munie d'électrodes connectées aux amenées de courant et, conformément à l'invention, la distance entre ces électrodes s'élève au maximum à 5,5 fois le diamètre intérieur le plus grand de l'enceinte de décharge. Par cette solution, on peut obtenir comme résultat le fait que la température de l'enveloppe de l'enceinte de décharge ne dépasse pas la valeur de 12500 C pendant le service, alors que la valeur de la température de couleur de la lampe se trouve toutefois supérieure à 2000 K.
L'indice général de rendu des couleurs est de 20. La forme de décharge en arc stabilisée aux électrodes dans la lampe à vapeur de sodium selon l'invention peut en particulier être observée de façon marquante dans des variations d'arc où le wattage est égal au maximum à 100 W. Ladite lampe à vapeur de sodium de l'invention peut être réalisée dans l'ampoule ex extérieure, présentant la forme d'un corps de révolution, des lampes à incandescence à diamètre égal au maximum à 70 mm,dans lesquellesl'enceinte de décharge sensiblement tubulaire est disposée de préférence normalement à l'axe longitudinal de la lampe ou perpendiculairement à celui-ci.
Les lampes à vapeur de sodium à haute pression selon l'invention, contiennent un élément de commutation limitateur de courant, et délivrant éventuellement simultanément des impulsions d'allumage, par exemple un convertisseur de haute fréquence formé d'éléments à semi-conducteurs, qui est de préférence connecté à un organe d'actionnement, lequel est de préférence adaptable à l'ampoule extérieure, et qui est éventuellement disposé, sous forme d'une unité compacte,
avec ladite ampoule extérieure et/ou conjointement avec le culot.
avec ladite ampoule extérieure et/ou conjointement avec le culot.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de quelques unes des formes de réalisation de la lampe de l'invention, données à titre d'exemples indicatifs, mais nullement limitatifs, en référence au dessin annexé, dans lequel
La Figure 1 représente le schéma d'un èxemple de réalisation de la lampe à vapeur de sodium à haute pression de l'invention, qui est réalisée selon le montage dit en croix et qui est partiellement munie d'un revêtement en miroir représenté dans la figure arraché enpartie et
La Figure 2 représente le schéma d'un autre exemple de réalisation de la lampe à vapeur de sodium à haute pression, dans laquelle l'enceinte de décharge tubulaire est disposée dans la même direction que celle de l'axe longitudinal de la lampe.
La Figure 1 représente le schéma d'un èxemple de réalisation de la lampe à vapeur de sodium à haute pression de l'invention, qui est réalisée selon le montage dit en croix et qui est partiellement munie d'un revêtement en miroir représenté dans la figure arraché enpartie et
La Figure 2 représente le schéma d'un autre exemple de réalisation de la lampe à vapeur de sodium à haute pression, dans laquelle l'enceinte de décharge tubulaire est disposée dans la même direction que celle de l'axe longitudinal de la lampe.
La figure 1 représente une lampe à vapeur de sodium à haute pressionselonl'invention, qui présente la forme d'un champignon et qui est logée dans une ampoule 1, qui est munie en général d'un culot 3 de lampe, éventuellement fileté,et utiliséepour les lampes à incandescence courantes pourvues d'un remplissage au krypton, l'enceinte 4 de décharge étant soudée de façon courante dans l'ampoule, à la monture 2. L'ampoule 1 est munie d'un revêtement intérieur à effet de miroir, réflecteur de lumière et de chaleur, dans une région 11 s'étendant du culot 3 jusqu'au plus grand diamètre de la lampe.Aux extrémités dessupports 5, 6 d'amenée de courant, noyés de fa çon connue dans la monture, est fixée 1,enceinte 4 de décharge tubulaire, en direction transversale à l'axe iongitudinal de l'ampoule 1, par une jonction de soudage à l'aide de brides 41, 42 entourant les extrémités de fermeture de ladite enceinte. Des amenées de courant 43, 44 sont d'une part connectées aux électrodes de l'enceinte 4 de décharge et également d'autre part connectées électriquement aux supports 5, 6 (ou aux brides 41, 42). Le plus grand diamètre de l'enceinte tubulaire 4 de décharge, réalisée avec une paroi translucide ou transparente, s'élève à 5,5 mm, tandis que sa longueur est de 24 mm, et que la longueur totale de l'enceinte 4 de décharge y compris la région qui se prolonge en saillie par les amenées de courant 43, 44, est dans l'ensemble de 31 mm.La distance entre les pointes des électrodes, non représentées dans la figure, de ladite enceinte 4 de décharge s'élève dans cet exemple de réalisation à 16 mm. L'enceinte 4 de décharge est remplie de xénon et d'un alliage de sodiumcadmium d'une teneur de 8 % en poids de sodium. La température de couleur de la source lumineuse réalisée de cette façon, s'élève à 2500 R, tandis que le flux lumineux est de 2300 lumens et la tension de régime de 55 V. Le wattage électrique est de 35 W. Cette lampe a un rendement lumineux quatre fois supérieur à celui deslampes à incandescence qui ont un aspect extérieur sensiblement analogue et qui sont en général des lampes de 40 W.
La figure 2 représente une lampe réalisée conformément à l'invention, qui est identique à la lampe selon la figure 1 du point de vue des éléments principaux de construction ou tout au moins très similaire à ladite lampe. Dans cette forme de réalisation, l'enceinte tubulaire 4 de décharge est introduite dans une ampoule de lampe normale qui présente une partie en forme de dôme sphérique ayant un diamètre maximal d'environ 60 mm. L'enceinte 4 de décharge est disposée de façon que son axe longitudinal soit dans la même direction que l'axe longitudinal de la lampe, et est fixée aux supports 5, 6 d'amenée de courant par un soudage à travers les brides 41, 42. De cette façon, l'enceinte 4 de décharge est montée à la place du filament à incandescence sur la monture 2 selon
les techniques courantes de fabrication des lampes.
les techniques courantes de fabrication des lampes.
Après la mise en place de la monture 2 dans l'ampoule 1, on fait le vide par pompage dans la lampe on la remplie éven tuellement avec un gaz inerte, puis on colle le culot 3 de lampe avec un mastic durcissable à la chaleur, ce qui constitue un procédé connu en soi. De cette façon, la lampe se trouve fabriquée conformément à la figure 2. L'enceinte 4 de décharge est fabriquée dans ce cas à partir d'un tube enoxyde d'aluminium polycristallin de 30 mm de longueur, et d'un diamètre intérieur de 4,7 mm. La distance entre les pointes des électrodes noyées de façon étanche au vide à leurs extrémités, s'élève à 20 mm. L'enceinte 4 de décharge contient un remplissage de xénon dont la pression à la température ambiante s'élève à 20 Torrs et qui renferme comme substances additives de décharge 25 % en poids de sodium, 55 % en poids de cadmium et 20 % en poids de mercure. Dans cette réalisation de la lampe de l'invention, le flux lumineux s'élève à 2700 lumens, la tension de régime à 100 V, le wattage à 40 W et la température de couleur à 2550 K. Le rendement lumineux est ainsi de 67,5 lumens/W. Dans les deux exemples de réalisation précités, il stest avéré avantageux d'utiliser dans l'ampoule 1, un getter ou matériau de piégeage assurantl'Pt ration du gaz de remplissage et de l'espace sous vide. Les lampes de l'invention peuvent être mise en service avec des ballasts et des organes d'amorçage utilisés en général dans les lampes à décharge avec des gaz à haute pression. Par l'utilisation de tels ballasts, on peut agencer de tels organes sous forme compacte, pouvant comprendre, convenablement par le moyen d'une liaison amovible ou d'éléments de construction inamoviblesmontés en commun, des convertisseurs à haute fréquence à semi-conducteurs et/ou des éléments limitateurs de courant, qui peuvent délivrer éventuellement des impulsions d'amorçage. Ces organes sont adaptés aux dimensions et à la forme de la lampe. Les éléments cités en dernier lieu peuvent être disposés partiellement ou en totalité autour de la partie du col de l'ampoule 1 et/ou dans le dôme de la lampe ou encore adaptés à ce dernier de-façon courante.
Claims (6)
1. Lampe à vapeur de sodium à haute pression, qui est munie d'un culot de lampe pouvant être raccordé à une douille ou à une armature, d'une ampoule extérieure transmettant la lumière et hermétiquement fermée vis-à-vis de l'air ambiant, et d'une enceinte de décharge logée dans l'ampoule extérieure et connectée au culot de lampe par des amenées de courant, cette enceinte présentant une paroi sensiblement tubulaire et translucide ou transparente, réalisée en oxyde d'aluminium, possédant un diamètre intérieur au maximum égal à 5,5 mm et présentant un remplissage renfermant un gaz rare et des additions métalliques, en particulier du sodium, du cadmium et/ou du mercure, ladite enceinte de décharge étant par ailleurs munie d'électrodes connectée électriquement auxdites amenées de courant, caractérisée par le fait que la distance entre les pointes des électrodes est égal au maximum à 5,5 fois le plus gran diamètre de l'enceinte (4) de décharge.
2. Lampe à vapeur de sodium à haute pression selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'enceinte (4) de décharge est disposée dans l'axe longitudinal ou transversalement audit axe de l'ampoule (1) extérieure ayant la forme d'un corps arrondi.
3. Lampe à vapeur de sodium à haute pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la lampe est réglée par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation, qui est adaptable à l'ampoule (1) extérieure, ledit dispositif possédant un ballast limitateur de courant, et délivrant éventuellement également des impulsions d'amorçage.
4. Lampe à vapeur de sodium à haute pression selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le dispositif de commutation est muni d'un convertisseur à haute fréquence contenant des éléments à semi-conducteurs.
5. Lampe à vapeur de sodium à haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le wattage durable en service de l'enceinte (4) de décharge est au maximum de 100 W.
6. Lampe à vapeur de sodium à haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la dimension en coupe transversale la plus grande de l'ampoule (1) extérieure est de 70 mm.
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