FR2550381A1

FR2550381A1 - Lampe a incandescence a efficacite amelioree

Info

Publication number: FR2550381A1
Application number: FR8411879A
Authority: FR
Inventors: Ivan Berlec
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-08-01
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1985-02-08
Also published as: DE3428137A1; BR8403885A; GB8419452D0; GB2144264A; NL8402394A; GB2144264B; US4524302A; BE900263A

Abstract

LAMPE A INCANDESCENCE A EFFICACITE ET DUREE DE VIE AMELIOREES. ELLE COMPREND: A.UN CULOT ELECTRIQUEMENT CONDUCTEUR 14; B.UNE ENVELOPPE EXTERIEURE 12 HERMETIQUEMENT SCELLEE AU CULOT; C.UNE ENVELOPPE INTERIEURE 22, 36 PLACEE A L'INTERIEUR DE L'ENVELOPPE EXTERIEURE 12 ET CONTENANT UN HALOGENE GAZEUX ET UN GAZ DE REMPLISSAGE A PRESSION RELATIVEMENT ELEVEE CHOISI DANS LE GROUPE CONSTITUE PAR LE XENON, LE KRYPTON OU L'ARGON ET LEURS MELANGES; D.UN FILAMENT EN TUNGSTENE 24 PLACE A L'INTERIEUR DE L'ENVELOPPE INTERIEURE 22 ET ADAPTE SPECIALEMENT POUR ETRE EFFECTIVEMENT EXCITE POUR UNE PUISSANCE DE FONCTIONNEMENT NOMINAL NORMALE A UNE TENSION REDUITE PAR RAPPORT A UNE SOURCE DE COURANT DOMESTIQUE CLASSIQUE. APPLICATION AUX LAMPES A INCANDESCENCE.

Description

L'invention concerne les lampes à incandescence d'utilisation courante et

pl-us particulièrement une lampe à incandescence d'utilisation courante à rendement élevé comportant une ampoule externe remplie d'un gaz inerte ou mise 5 sous vide et une enveloppe interne contenant une atmosphère

d'halogène avec un gaz de remplissage à pression relativement élevée et un filament basse tension placé dans l'enveloppe.

La recherche continue de l'amélioration du rende10 ment des lampes est d'une importance croissante du fait du coût croissant de l'énergie On souhaite en particulier améliorer le rendement des lampes à incandescence Les lampes à incandescence, bien qu'ayant des rendements nominaux plus faibles que ceux des lampes fluorescentes et des lampes à 15 décharge à haute intensité, ont de nombreuses caractéristiques intéressantes telles qu'un faible coat, une taille compacte, une lumière instantanée, une possibilité de gradation, la commodité d'emploi et une distribution spectrale agréable ainsi que l'existence de millions de douilles dans 20 les foyers des utilisateurs qui se sont habitués à cet

éclairage agréable.

Les lampes à incandescence sont de différents types, le plus connu est le type standard qui est classiquement une lampe à incandescence d'utilisation courante et qui 25 a une gamme étendue de puissances nominales En outre, les lampes à incandescence courantes comportent généralement un

filament en tungstène.

On utilise aussi communément le filament en tung5 stène dans les lampes à halogène pour un usage particulier, d'un coût relativement plus élevé mais avec un meilleur rendement En mode de fonctionnement classique sur une longue durée, une partie du tungstène du filament en tungstène se sublime et se dépose sur la paroi de l'ampoule, ce qui, en 10 retour, provoque classiquement un noircissement de ladite paroi, qui a son tour diminue le flux lumineux réduisant ainsi l'efficacité en lumens par watt de la lampe Il est bien connu que le noircissement de la paroi de l'ampoule provoqué par le filament de tungstène peut être notablement 15 diminué en entourant le filament de tunsgstène d'une atmosphère gazeuse d'halogène ce qui réalise un cycle de régénération (transport), qui conserve la paroi de l'ampoule propre avec pour résultat un flux lumineux amélioré On considère souhaitable qu'un moyen d'amélioration de l'efficacité, 20 tel que une atmosphère d'halogène utilisée dans une lampe à halogène à usage particulier relativement coûteuse soit adapté aux lampes à incandescence courantes tout en maintenant certaines des caractéristiques attrayantes de la lampe

à incandescence courante relativement peu coûteuse.

On peut améliorer le fonctionnement d'un filament de tungstène en ce qui concerne l'efficacité de la lampe à incandescence en plaçant ce filament dans une atmosphère gazeuse efficace, telle que le xénon, le krypton ou l'argon ayant une pression relativement élevée L'atmosphère gazeuse 30 à pression élevée améliore le fonctionnement du filament en diminuant l'évaporation du tungstène à partir du filament et permet aussi d'élever la température de fonctionnement du filament, l'ensemble contribuant à améliorer l'efficacité de la lampe La résistance d'arc du filament, c'està-dire la 35 résistance qu'offre le filament au claquage du fait d'un état d'arc à l'intérieur de son environnement peut être améliorée par l'addition d'azote On souhaite réaliser une lampe à incandescence utilisant le gain en efficacité obtenu par une atmosphère gazeuse à pression élevée de xénon, kryp5 ton ou argon et améliorer la résistance d'arc du filament

par l'addition d'azote.

On souhaite aussi apporter d'autres améliorations à la lampe à incandescence Par exemple on souhaite que la durée de vie de la lampe à incandescence soit allongée tout 10 en maintenant l'efficacité de cette lampe Comme mentionné

précédemment, l'augmentation de ia pression de l'atmosphère gazeuse et l'utilisation de xénon ou de krypton améliore le fonctionnement du filament, ce qui en retour augmente la durée de vie de la lampe à incandescence et en accroît aussi 15 l'efficacité.

Un autre moyen d'allonger la durée de vie d'une lampe à incandescence est de diminuer la tension de fonctionnement du filament, mais on souhaite que cette réduction de la tension de fonctionnement soit réalisée tout en main20 tenant la puissance et l'efficacité de la lampe On souhaite

aussi réaliser un filament qui fournisse une durée de vie allongée et maintienne la puissance de la lampe et même augmente l'efficacité de la lampe à incandescence tout en fonctionnant à faible tension.

On souhaite aussi réaliser une série de moyens qui tous augmentent la durée de vie de la lampe à incandescence et qui tous maintiennent et même augmentent l'efficacité de

cette lampe.

En conséquence la présente invention a pour but de 30 réaliser une lampe à-incandescence d'utilisation courante relativement peu coûteuse ayant: 1) un gaz de remplissage efficace tel que le xénon, le krypton ou l'argon, à pression relativement élevée et le gaz de remplissage et la pression relativement élevée 35 contribuant tous les deux à améliorer -le fonctionnement du 2 DO 3 b 1 filament; 2) un gaz de remplissage à pression relativement élevée comportant de l'azote de manière à améliorer la résistance d'arc du filament; 3) un filament fonctionnant à faible tension de manière à allonger la durée de vie de la lampe à incandescence tout en maintenant la puissance et même en accroissant l'efficacité de la lampe; 4) Un halogène gazeux pour réaliser un cycle de 10 régénération pour le tungstène évaporé; et S) la combinaison du gaz de remplissage à pression élevée comportant de l'azote, du filament à faible tension et de l'atmosphère d'halogène de manière à ce que l'effet global allonge la durée de vie de la lampe à incandescence 15 et fournisse une efficacité améliorée, ces deux effets étant plus élevés que les gains prévus habituellement réalisés à

partir de contributions distinctes.

La présente invention concerne une lampe à incandescence d'utilisation courante à rendement élevé ayant une 20 enveloppe extérieure et une enveloppe intérieure dans laquelle se trouve placé un filament basse tension et qui a une atmosphère gazeuse contenant un halogène et un gaz de

remplissage à pression relativement élevée.

Selon un mode de réalisation de l'invention, une 25 lampe à incandescence courante améliorée comporte: a) un culot électriquement conducteur, b) une enveloppe extérieure scellée hermétiquement au culot, c) une enveloppe intérieure placée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure et contenant un gaz halogène et un gaz de remplissage à pression relati30 vement élevée choisi dans le groupe constitué par le xénon, le krypton, l'argon et les mélanges de ces gaz inertes et,d) un filament de tungstène placé à l'intérieur de l'enveloppe intérieure et spécialement adpaté pour être effectivement excité pour la puissance de fonctionnement nominale normale 35 à une tension réduite par rapport à une source de courant __ __

2550381 '

domestique classique.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent, respectivement: Figure 1, une lampe à incandescence d'utilisa5 tion courante améliorée selon un mode de réalisation de la présente invention; Figure 2, le montage du filament à l'intérieur de l'enveloppe intérieure de la lampe à incandescence de la présente invention; Figure 3, le filament de la lampe à incandescence de la présente invention; Figure 4, une lampe à incandescence courante améliorée ayant une enveloppe intérieure à une seule extrémité selon un autre mode de réalisation de la présente in15 vention; Figure 5, une lampe à incandescence courante semblable à celle de la figure 4 ayant son filament placé

transversalement à l'intérieur de l'enveloppe intérieure.

La figure 1 représente une lampe à incandescence 20 d'utilisation courante améliorée 10 ayant une enveloppe extérieure 12 hermétiquement scellée à l'intérieur d'un culot électriquement conducteur 14 On peut remplir l'enveloppe extérieure 12 avec un gaz inerte, tel que l'azote, à une pression typique de 53,2 103 Pa ou la mettre sous vide. 25 L'enveloppe extérieure 12 est formée d'un matériau translucide et à une forme classiquement connue comme type standard La figure 1 en outre, représente une enveloppe intérieure 22 qui contient un halogène gazeux et un gaz à pression relativement élevée choisi dans le groupe constitué par 30 le xénon, le krypton, l'argon et les mélanges de ces gaz,

avec de l'azote ajouté au gaz haute pression L'enveloppe intérieure 22 est placée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 12 A l'intérieur de l'enveloppe 22 se trouve placé un filament 24 Le filament 24 est spécialement adapté pour 35 être effectivement excité pour la puissance de fonctionne-

ment nominale normale à une tension réduite par rapport à

une source de courant domestique classique.

La tension réduite est soit alternative, soit continue et est appliquée aux bornes du filament 24 La tension 5 réduite est engendrée par un moyen externe (non représenté).

Les détails de ce moyen externe ne sont pas considérés comme faisant partie de la présente invention, un moyen externe tel qu'un convertisseur de tension a seulement besoin de fournir une tension réduite continue ou alternative par rap10 port à la source de courant alternatif telle qu'une source de courant domestique, à des valeurs comme celles décrites ciaprès. La lampe à incandescence courante 10 de la figure 1 comporte deux éléments servant à la fois de supports et de 15 conducteurs électriques 18 et 20 qui sont placés de manière rigide à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 12 par un pied 16 Une extrémité des éléments de support 18 et 20 traverse le pied et forme une connexion électrique avec des parties de contact appropriées du culot métallique 14 Les 20 supports 18 et 20 fournissent la structure de montage de l'enveloppe intérieure 22 On a représentée de manière plus

détaillée figure 2 l'enveloppe intérieure 22.

La figure Z 2 représente une enveloppe intérieure 2 Z du type à double extrémité et enfermant le filament 24 qui 25 est placé axialement par rapport à la lampe 10 L'enveloppe intérieure 22 est constituée par un matériau relativement épais, d'environ 1 mm d'épaisseur, translucide tel le quartz ou le verre L'enveloppe intérieure 22 formée par un tube de quartz ou de verre peut avoir un diamètre extérieur de 30 l'ordre de 8 à 15 mm ayant une capacité volumétrique de

l'ordre d'environ 0,33 à 5,0 cm 3 Ainsi que l'on le décrira ultérieurement, une enveloppe intérieure 22 à double extrémité utilisée pour différents modes de réalisation de la présente invention peut être constituée par un tube de 35 quartz T 2-1/2 ou par un tube de quartz T 3 ayant des diamè-

tres extérieurs respectifs d'environ 8 mm ou environ 10 mm, des volumes d'environ 0,34 cm 3 ou d'environ 0,8 cm 3 respectivement Les tubes de verre ayant les dimensions correspondant aux tubes de quartz T 2-1/2 et T 3 peuvent aussi être 5 utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention En outre, ainsi qu'on le décrira ultérieurement, on peut utiliser des enveloppes intérieures à une extrémité, ces enveloppes pouvant être des tubes en quartz ou en verre ayant une-capacité volumétrique d'environ 1,5 à 5,0 cm 3 De plus, les enve10 loppes intérieures à une extrémité peuvent avoir un diamètre extérieur compris entre environ 11 et 15 mm à la fois pour

les tubes à quartz et les tubes en verre.

Le matériau relativement épais de l'enveloppe intérieure 22 permet d'avoir des parois épaisses p 6 ur enfermer 15 le filament 24, par rapport aux parois de l'enveloppe extérieure d'une lampe à incandescence Les parois relativement épaisses de l'enveloppe intérieure 22 présentent un avantage en ce que elles peuvent contenir un gaz de remplissage à pression relativement élevée, telle que de 199,5 103 Pa à 20 931 103 Pa à température ambiante Le gaz de remplissage est constitué par le xénon, le krypton, l'argon ou leurs mélanges et contient de l'azote La capacité volumétrique relativement petite de l'enveloppe intérieure 22 présente l'avantage de nécessiter seulement un faible volume d'halo25 gène gazeux relativement coûteux et un faible volume de gaz efficace mais relativement coûteux tel que le xénon, le krypton ou l'argon L'halogène gazeux agit comme agent régénérateur pour conserver les parois de l'enveloppe intérieure propres En outre, le volume relativement faible de l'enve30 loppe intérieure 22 combiné avec l'épaisseur de paroi fournit une résistance structurelle au tube intérieur et ainsi permet au tube d'avoir une meilleure résistance à la rupture Le volume plus faible de l'enveloppe 22 permet d'avoir une quantité volume (x) pression (P V) relativement faible 35 diminuant ainsi l'énergie emmagasinée qui est évacuée dans 2550381 i

le cas d'une rupture de l'ampoule.

On remarquera d'après la figure 2 que le filament 24 est disposé et enfermé à l'intérieur de l'enveloppe 22 sans élément de support L'enveloppe intérieure 22 de la fi5 gure 2 enferme aussi deux plaques de molybdène 28 et 32 et des parties de conducteurs en molybdène 30 et 34 les parties exposées des conducteurs en molybdène 30 et 34 sont respectivement reliées aux éléments de support 20 et 18 Les plaques en molybdène 28 et 32 fournissent les moyens d'in10 terconnexion du filament 24 entre les conducteurs 30 et 34 respectivement Les plaques en molybdène 28 et 32 du fait de leur forme en forme de feuille mince permettent un scellement hermétique de l'enveloppe intérieure en -quartz 22 aux conducteurs en molybdène 30 et 34 respectivement Selon 15 d'autres modes de réalisation de l'enveloppe intérieure 22

qui utilisent un tube en verre, on peut omettre les plaques en molybdène 28 et 32 et l'enveloppe intérieure qui a la forme d'un tube de verre 22 peut être scellée à des éléments en molybdène en forme de tige 30 et 34 qui seront reliés di20 rectement aux extrémités opposées du filament 24 On a représenté de manière plus détaillée le filament 24 à la figure 3.

La figure 3 représente un filament 24 bispiralé qui est utilisé pour différents modes de réalisation de la 25 lampe à incandescence d'utilisation courante de la présente invention La lampe à incandescence 10 peut aussi utiliser, pour des modes de réalisation différents, un filament 24 spiralé Les différents types de filament ainsi que les différentes valeurs nominales de lampes qui peuvent être utili30 ses pour la mise en oeuvre de la présente invention sont répertoriés tableau 1:

TABLEAU 1

FILAMENTS BASSE TENSION

10 Valeurs nominales

W-48 V 100 W-84 V 100 W-48 V

W-60 V 75 W-30 V 75 W-27 V 60 W-50 V 60 W-26 V 60 W-24 V 50 W-84 V 50 W26 V

de lampe Type de filament Bispiralé Bispiralé Bispiralé Bispiralé Bispiralé Spiralé Bispiralé Bispiralé Bispiralé Bispiralé Bispiralé Des détails supplémentaires concernant les diffé20 rents bobinages des filaments 24 d'une lampe à incandescence sont décrits ultérieurement en rapport avec les tableaux 2, 5, 6 et 7 Pour être bref, on décrira ciaprès un filament 24 bispiralé tel que représenté figure 3 en admettant que la plupart des détails structuraux d'un filament 24 bis25 piralé englobent le filament 24 spiralé moins compliqué de

la présente invention.

La figure 3 représente le filament bispiralé 24 comme ayant un corps 24 a en spirale, deux éléments allongés situés de manière opposée 24 b et 24 d et deux pattes situées 30 en opposition 24 c et 24 e qui sont fixées à l'intérieur des éléments allongés opposés 24 b et 24 d respectivement Les pattes 24 c et 24 e peuvent être des tiges soit en molybdène, soit en tungstène Les pattes 24 c et 24 e peuvent être utilisées pour faciliter le processus de soudage ou le processus 35 de fixation; Le filament 24 de la figure 3 peut être aussi placé à l'intérieur d'une enveloppe intérieure à une seule extrémité 36 comme représenté figure 5 On connecte le filament 24 aux bornes des éléments de support et conducteurs 38 5 et 40 L'élément support et conducteur 3 8 traverse le pied 16 et est lié à une partie électrique appropriée du culot métallique 14 par les éléments conducteurs et de support 46 et 48 représentés figure 4, tandis que l'élément conducteur et de support 40 traverse le pied 16 et est relié à une par10 tie électrique appropriée du culot métallique 14 par les

éléments conducteurs et de support 42 et 44 représentés figure 4.

On peut monter, pour de petites longueurs de spiralage, le filament 24 de la figure 3 de manière transver15 sale à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 36 comme représenté figure 5 Le filament 24 de la figure 5 est de préférence de type bispiralé mais peut être aussi un filament spiralé L'enveloppe intérieure 36 figure S peut être disposée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 12 de manière 20 similaire à-celle représentée figure 4.

En général, le filament 24 de la figure 3 est du type basse tension et formé de tungstène Le diamètre du filament 24 a différentes dimensions choisies en fonction des valeurs nominales de puissance et de basse tension souhai25 tées pour la lampe à incandescence 10 Tableau 2, on a donné

le diamètre du filament 24 en fonction des différentes valeurs nominales de puissance et de tension et de la longueur de fil du filament 24 placé à l'intérieur des enveloppes intérieures 22 et 36.

11 TABLEAU 2

Dimensions de fil actif des lampes à incandescence 10 Lampe

W-26 V 75 W-30 V 100 W-48 V 150 W-48 V

Diamètre de fil, mm

0,121 0,121 0,114 0,148

Longueur de fil, mm

174,3 184,1 266,9 300,1

Les filaments basses tension du tableau 2 ont des diamètres de fil plus importants et des longueurs actives plus courtes par rapport aux filaments correspondants des lampes classiques standard fonctionnant à 120 volts et ayant 15 les mêmes valeurs nominales de puissance comme représenté

tableau 3.

TABLEAU 3

Dimensions de fil actif d'une lampe classique standard 120 V Lampe Diamètre de fils,mm Longueur de fil, mmin

W 25 756

W 150 W

0,046 0,053 0,064 0,084

517,2 541,4 555,4 632,3

Une comparaison entre les tableaux 2 et 3 montre 30 que les filaments du tableau 2 ont un diamètre de fil plus important et une longueur active plus faible par rapport à ceux du tableau 3 On diminue ou on élimine le problème du fléchissement et des distorsions de bobinage dans le cas des. filaments 24 du tableau 2 parce que ces filaments ont des 35 diamètres relativement importants et une relativement faible longueur active Les caractéristiques de longueur active plus courte du filament 24 combinées avec le diamètre plus important fournissent une source lumineuse incandescente plus compacte tout en fournissant une résistance mécanique 5 supérieure et une durée de vie plus importante par rapport au filament des lampes à incandescence classiques La durée de vie plus importante des lampes à incandescence sera décrite ultérieurement en fonction d'avantages supplémentaires

de l'invention.

On remarquera maintenant que la présente invention réalise une lampe à incandescence ayant un filament 24 avec un diamètre de fil plus large, mais une longueur active de fil plus petite qui peut être utilisée comme une source lumineuse incandescente robuste et compacte, logée à l'inté15 rieur d'une petite enveloppe réalisée par l'enveloppe 22 ou 36 qui contient un halogène et un gaz de remplissage à pression élevée tel que le xénon, le krypton, l'argoi ou leurs mélanges et de l'azote, l'ensemble améliorant le fonctionnement du filament 24 et augmentant sa durée de vie ce qui à 20 son tour augmente l'efficacité de la lampe à incandescence

et allonge sa durée de vie.

De manière à ce que l'amélioration de l'efficacité

de la lampe à incandescence 10 puisse être encore mieux appréciée on se référera au tableau 4 qui montre les perfor25 mances des lampes à incandescence de type standard classiques.

TABLEAU 4

Caractéristiques de performance Lampes standard classiques Volts Watts Lumens L P W Durée de vie, heures

60 870 14,5 1000

75 1190 15,9 750

120 100 1750 17,5 750

150 2850 19,0 750

Le tableau 4 montre les performances classiques des lampes à incandescence pour différentes puissances nomi15 nales avec une tension de fonctionnement appliquée aux bornes du filament de 120 volts alternatifs En outre l'ampoule extérieure des lampes à incandescence du tableau 4 ont un gaz de remplissage constitué par 95 % d'argon et 5 % d'azote à une pression de 79,8 103 Pa De plus, le tableau 4 montre 20 deux principales caractéristiques de performance: ( 1) LPW (ou efficacité) qui représente les lumens par watt, et ( 2) la durée de vie en heures qui est la durée de vie attendue classique de la lampe Ainsi qu'il est connu l'efficacité en lumens par watts et la durée de vie en heures sont intercor25 rélées en ce sens qu'on peut augmenter la durée de vie de la

lampe en diminuant de manière correspondante la caractéristique LPW de ladite lampe pour une valeur nominale de puissance et de tension spécifique.

On se référera maintenant au tableau 5 qui repré30 sente les caractéristiques de performance améliorées obtenues par la lampe à incandescence de la présente invention par rapport aux performances caractéristiques représentées

tableau 4.

TABLEAU 5

Caractéristiques de performance des lampes à incandescence 10 Lampe Volts Watts Lumens LPW Durée de vie, heures

W-26 V 26,0 60,35 1186 19,66 8678

W-30 V 30,0 74,36 1758 23,64 2393

10 OW-48 V 48,0 101,2 2115 20,90 3242

1509-48 V 48,0 150,5 3323 22,08 4067

Les lampes 60 W-26 V et 75 W-30 V du tableau 5 contiennent une atmosphère gazeuse à pression relativement 15 éle vée de 359,1 103 Pa à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 22 ou 36, constituée par environ 99,9 % de xénon et 0,1 % d'un halogène gazeux de composition CH 3 Br En outre, l'en veloppe intérieure 22 ou 36 peut comporter avec le gaz de remplissage choisi un halogène gazeux dans une 20 proportion comprise entre 0,02 % et 0,2 % du gaz de remplissage et qui peut être choisi parmi les compositions du groupe constitué par CH 3 Br, CH 2 Br 2, CH 3 I, 12

and H Br.

Les lampes 100 W-48 V et 150 W-48 V du tableau 5 con25 tiennent une atmosphère gazeuse à pression relativement élevée de 292,6 103 Pa à l'intérieur de l'enveloppe 22 ou 36, qui est constitué par environ 83 % de xénon, 17 % d'azote et 0,1 % d'un halogène gazeux tel que CH 3 Br L'azote améliore la résistance d'arc des lampes du tableau 5 Les lampes 30 60 W-26 V, 75 W-30 V, 10 OW-48 V, et 150 W-48 V du tableau 5 ont les

dimensions actives de fil correspondantes du tableau 2.

Les valeurs de durée de vie du tableau 5 de 8678

heures et 2393 heures associées respectivement avec les lampes 60 W-26 V et 75 W-30 V sont des valeurs moyennes qui se rap35 portent à 10 lampes de chaque type pour lesquelles des es-

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sais de durée de vie ont été effectués Les valeurs de durée de vie de 3242 heures et 4067 heures associées avec des lampes de 100 W-48 V et 150 W-48 V respectivement sont des valeurs médianes concernant 10 lampes de chaque type pour lesquelles des essais de durée de vie ont été effectués. Une comparaison entre les tableaux 4 et 5 pour des

lampes de puissances correspondantes montre les améliorations de la lampe 10 de la présente invention et sont récapitulées tableau 6.

TABLEAU 6

Améliorations des caractéristiques des lampes à incandescence Type de lampe LP;W (Efficacité) Durée de vie

W-26 V 35,6 % 768 %

W-30 V 48,7 % 219 %

W-48 V 19,4 % 332 %

150 W-48 V 16,2 % 442 %

On remarquera que, de manière semblable à celle décrite pour le tableau 4, l'efficacité en lumens par watt et la durée -de vie en heures sont intercorrelées en ce sens 25 qu'une diminution de l'amélioration de l'efficacité provoque une augmentation correspondante de la durée de vie en heures

pour une puissance et une tension nominale spécifiques.

On remarquera à nouveau que la présente invention fournit une lampe à incandescence d'utilisation courante qui 30 a une efficacité améliorée par rapport aux lampes à incandescence classiques En outre, on obtient ces améliorations de l'efficacité grâce à un filament robuste et compact 24 et

une durée de vie de lampe améliorée.

Bien que les améliorations réalisées pour les lam35 pes 100 q-48 V et 150 W-48 V soient notables, une gamme de ten-

sion de fonctionnement recommandée pour ces lampes 100 W et 1 SOW est comprise entre 30 et 40 volts En outre aussi, les lampes 60 W et 75 W ont de préférence une tension de fonctionnement comprise entre 20 et 30 volts De plus, on remarquera 5 que toutes les valeurs de tension données dans les tableaux 1, 2, 5 et 6 et dans les tableaux 7 et 8 que l'on décrira ultérieurement, sont également applicables pour les lampes

qui utilisent du courant alternatif ou du courant continu.

Ainsi que mentionné précédemment, l'enveloppe in10 térieure 22 contient un gaz de remplissage efficace choisi dans le groupe constitué par le xénon, le krypton et l'argon De ces trois gaz on recommandera le xénon, le krypton et ensuite l'argon Pour décrire en outre le choix recommandé entre le xénon et le krypton, on se référera au tableau 7. 15

TABLEAU 7

Caractéristiques des lampes à incandescence 10 du type 75 W-27 V à filament spiralé selon le gaz de remplissage Durée de vie Volt Watts Lumens L P W Dure de vie heures

27 75,71 1670 22,06 5234

Gaz de remplissage Kr Xe Halogène 0,1 %CH 2 Br 2 0,1 %CH 3 Br Pression Pa 359,1 10 Pa 359,1 103 Pa

27 75,35 1674 22,22

l -4 ul Co co De manière similaire à celle décrite pour le tableau 5, la durée de vie en heures des lampes du tableau 7 ayant un gaz de remplissage qui est le xénon est la valeur 5 de durée de vie moyenne de 10 lampes essayées, tandis que la durée de vie en heures des lampes du tableau 7 ayant comme gaz de remplissage le krypton est la valeur médiane de durée de vie de 8 lampes essayées Une comparaison grossière entre l'efficacité en lumens par watt et la durée de vie en heures 10 du tableau 7 montre que l'utilisation du xénon comme gaz de remplissage apporte environ 1 % d'amélioration à l'efficacité en lumens par watt et 5 % d'amélioration à la durée de vie par rapport à un remplissage krypton On se référera maintenant au tableau 8 pour expliquer les critères de sé15 lection du gaz inerte de remplissage entre le xénon, le

krypton et l'argon.

TABLEAU 8

Caractéristiques des lampes à incandescence 10 du type 75 W-30 V à filament bispiralé selon le gaz de remplissage Volt Watts Durée de vie Lumens L P W heures heures Gaz de remplissage Halogène Pression Pa

73,53 30 73,48 30 75,35

1625 1602 1571

22,10 21,81 20,85

1897 1875 1756

Xe+ 14 %N 2 Kr+ 14 %N 2 Ar+ 5 %N 2 0,1 %CH 3 Br 0,1 %CH 2 Br 2 0,1 %CH 3 Br 359,1 103 Pa 359,1 103 Pa 425,6 103 Pa

u D l.

rv LC Q) co De manière similaire à celle décrite pour les tableaux 5 et 7, la durée de vie en heures des lampes du tableau 8 rempli par Xe + 14 % N 2 et Kr + 14 % N 2 sont des valeurs de durée de vie moyennes pour 8 et 7 lampes essayées 5 respectivement La durée de vie médiane des neuf lampes du

tableau 8 remplies par Ar + 5 % N 2 est de 1756 heures. Une comparaison grossière entre les efficacités en lumens par watt du

tableau 8 montre que le gaz de remplissage de type xénon offre approximativement une amélioration de 10 6 % par rapport au remplissage par l'argon et, de la même manière le remplissage de krypton offre approximativement une

amélioration de 5 % par rapport au remplissage argon.

Les lampes à incandescence courantes du tableau 8 et aussi des tableaux 5 et 7, toutes représentées de manière 15 générale figure 1, ont été construites et mises en oeuvre de manière expérimentale Les filaments décrits tableau Z en ce qui concerne les lampes 60 W-26 V et 75 W-30 V ont été placés et scellés par pincement à l'intérieur d'un tube à quartz de 8 mm de diamètre extérieur, tandis que les filaments du ta20 bleau 2 qui se rapportent aux lampes 10 OW-48 V et 150 J-48 V

étaient placés et scellés par pincement à l'intérieur de tubes à quartz de diamètre extérieur de 10 mm.

On a tout d'abord enflammé les filaments du tableau 2 dans de l'hydrogène pur à une pression de 25 93,1 103 Pa, à une tension d'environ 60 % de la tension de

fonctionnement Par exemple, on a appliqué à un filament 48 volts une tension d'environ 30 volts L'éclair dans l'hydrogène a permi d'enlever les impuretés de surface du filament.

Après "flashing" du filament et la mise sous vide de l'enve30 loppe 22 ou 36 à un vide d'environ 133 10 4 Pa, on a introduit un gaz de remplissage à une pression relativement élevée Selon la description précédente, le gaz de remplissage a été choisi entre différents types de gaz tels que le xénon, le krypton ou l'argon et comporte un mélange d'halo35 gènes gazeux et dans certains cas de l'azote Les pressions

utilisées pour le gaz de remplissage de ces tubes étaient comprises entre 199,5 103 Pa et 665 103 Pa à température ambiante avec une gamme recommandée de 266 103 Pa à 399 103 Pa Après réfrigération de la quantité désirée de 5 gaz de remplissage par de l'azote liquide, on a scellé les

tubes à quartz et on les a montés dans des ampoules extérieures de type standard.

L'amélioration des performances des lampes à incandescence de la présente invention a été obtenue à partir 10 des contributions ( 1) d'un gaz de remplissage efficace tel que le xénon, le krypton, l'argon ou leurs mélanges, à pression relativement élevée et le gaz de remplissage et la pression relativement élevée contribuant tous les deux à améliorer le fonctionnement du filament 24 en réduisant 15 l'évaporation de tungstène de ce filament ce qui, à son tour, prolonge la durée de vie de ce dernier, ( 2) de l'nalogène gazeux à l'intérieur de l'enveloppe 22 ou 36 ainsi que du gaz de remplissage entourant le filament 24, dans lequel l'halogène gazeux contribue à améliorer le fonctionnement du 20 filament 24 en réalisant un cycle de régénération qui renvoie le tungstène évaporé se trouvant sur la paroi de l'enveloppe 22 ou 36 vers le filament 24 conservant ainsi les parois de l'enveloppe intérieur 22 ou 36 propres, ( 3) de la source lumineuse incandescente robuste et massive réalisée 25 par la structure mécanique de filament 24, et de ce que le filament 24 est effectivement excité pour une puissance de fonctionnement nominale normale à tension réduite tout en améliorant encore la durée de vie et les caractéristiques de

la lampe.

La tension souhaitée pour le fonctionnement du filament 24 de la présente invention a seulement besoin d'être diminué de manière marginale par rapport à la tension classique 120 volts alternative d'une source de courant classique Plus particulièrement, une tension réduite marginale35 ment fournit des améliorations marginales aux performances de la lampe par rapport aux lampes à incandescence classiques fonctionnant à 120 volts alternatifs de même puissance nominale pour le filament 24, tandis que la tension réduite jusqu'à une valeur de 26 volts pour une lampe de 60 watts 5 produit une amélioration de 35,6 % de l'efficacité en lumens

par watt et un allongement de la durée de vie de 768 % comme décrit tableau 6 Il est souhaitable que les lampes 60 watts du tableau 6 soient conçues pour fonctionner dans une gamme de 20 à 30 volts De la même manière, le fonctionnement des 10 lampes 100 et 150 watts décrites tableau 6 donne des améliorations de 19,4 % en efficacité et 332 % en durée de vie pour la lampe de 100 watts et de 16,2 % en efficacité et 442 % en durée de vie pour la lampe de 150 watts La gamme de tension recommandée pour les lampes de 100 et 150 watts est comprise 15 entre 30 et 40 volts.

On peut obtenir les tensions alternatives ou continues réduites par rapport à la tension alternative de 120 volts classique qui est appliquée aux bornes d'un filament 24 par différents moyens Par exemple, on peut choisir pour 20 fournir la-tension du filament 24 de la lampe à incandescence de la figure 1 qui est adaptée pour recevoir une tension alternative 30 volts, un transformateur électrique ayant le rapport de transformation souhaité pour faire descendre la tension de 120 volts alternatifs à une valeur souhaitée, 25 telle que 30 volts alternatifs pour une lampe 75 watts du

tableau 5.

L'ensemble des améliorations de la lampe à incandescence courante ont été au-delà des gains attendus anticipés à partir d'expériences précédentes telles qu'habituelle30 ment réalisées à partir des contributions respectives des

différentes caractéristiques En outre, les contributions de chaque caractéristique se sont complétées l'une l'autre Par exemple, le filament basse tension 24 ayant une longueur relativement courte et un diamètre de fil plus large, qui ne 35 fléchit pas est intéressant pour être placé dans une enve-

-23 loppe ayant une capacité volumétrique relativement petite, capacité qui présente l'avantage de nécessiter une quantité relativement faible d'nalogène, de xénon, krypton et argon, tous gaz relativement coûteux pour remplir la chambre, ce 5 qui à son tour permet d'obtenir une enveloppe solide et autonome relativement peu coûteuse, ce qui permet aussi

d'avoir une faible quantité pression-volume (P V) avantageuse du point de vue de la sécurité, ce qui permet aussi d'avoir une enveloppe 22 sûre, robuste, autonome, peu coû10 teuse avec comme effet global de réaliser une lampe à incandescence relativement peu coûteuse avec un rendement élevé.

Claims

REVENDICATIONS l.Lampe à incandescence d'utilisation courante, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un culot électriquement conducteur ( 14); (b) une enveloppe extérieure ( 12) hermétiquement scellée au culot; (c) une enveloppe intérieure ( 22, 36) placée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure ( 12) et contenant un halogène gazeux et un gaz de remplissage à pression relati10 veinent élevée choisi dans le groupe constitué par le xénon, le krypton ou l'argon et leurs mélanges; (d) un filament en tungstène ( 24) placé à l'intérieur de l'enveloppe intérieure ( 22) et adapté spécialement pour être effectivement excité pour une puissance de fonc15 tionnement nominal normale à une tension réduite par rapport à une source de courant domestique classique.

2 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filament 24 est du type bispsiralé et est placé axialement selon l'axe par rapport à la lampe; 3 Lampe à incandescence selon la revendication 1,

caractérisée en ce le filament ( 24) est du type bispiralé et est placé transversalement à l'intérieur de l'enveloppe ( 22).
4 Lampe à incandescence selon la revendication 1,

caractérisée en ce que le filament est du type spiralé et 25 est placé axialement par rapport à la lampe ( 10).

Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filament ( 24) est du type spiralé et est placé transversalement à l'intérieur de l'enveloppe

intérieure ( 22).
6 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce la pression relativement élevée du gaz de remplissage est comprise entre 199, 5 103 Pa et 931 103 Pa

à température ambiante.
7 Lampe à incandescence selon la revendication 1, 35 caractérisée en ce que la pression relativement élevée du gaz de remplissage est comprise de préférence entre
266 103 Pa et 399 103 Pa à température ambiante.
8 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz de remplissage comporte en ou5 tre de l'azote dans un pourcentage compris entre environ 1

et 15 %.
9 Lampe à incandescence selon l'une quelconque

des revendications 1 ou 8, caractérisée en ce que l'halogène gazeux représente environ 0,02 % à 0,2 % du gaz de remplis10 sage et est choisi dans le groupe des compositions constituées par CH 3 Br, CH 2 Br 2, CH 3 I, et d Br.

Lampe à incandescence selon la revendication

1, caractérisée en ce que elle a une puissance nominale de 60 watts et que le filament est excité à sa puissance de 15 fonctionnement normale par une tension comprise entre environ 20 et 30 volts.
11 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle a une puissance nominale de 75 watts et que le filament est excité à sa puissance de fonc20 tionnement normale par une tension comprise entre environ 20

et 30 volts.
12 Lampe à incandescence selon la revendication

1, caractérisée en ce qu'elle a une puissance nominale de 100 watts et que le filament est excité à sa puissance de 25 fonctionnement normale par une tension comprise entre environ 30 et 50 volts.
13 Lampe à incandescence selon la revendication

1, caractérisée en ce qu'elle a une puissance nominale de 100 watts et que le filament est excité à sa puissance de 30 fonctionnement normale par une tension comprise entre environ 30 et 40 volts.
14 Lampe à incandescence selon la revendication

1, caractérisée en ce qu'elle a une puissance nominale de 150 watts et que le filament est excité à sa puissance de 35 fonctionnement normale par une tension, comprise entre envi-

2550381-

ron 30 et 50 volts.

Lampe à incandescence selon la revendication

1, caractérisée en ce qu'elle a une puissance nominale de 150 watts et que le filament est excité à sa puissance de 5 fonctionnement normale par une tension comprise entre environ 30 et 40 volts.
16 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure ( 22) a une

capacité volumique comprise entre 0,33 et 5,0 cm 3.
17 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure ( 22) est

constituée par du quartz.
18 Lampe à incandescence selon la revendication

1, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure ( 22) est 15 constituée par du verre.
19 Lampe à incandescence selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure ( 22) est du type à double extrémité; Lampe à incandescence selon la revendication 20 1, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure ( 36) est du

type à une extrémité.