FR2933808A3 - Lampe a decharge a haute pression - Google Patents

Abstract

Lampe (1) à décharge à haute pression comprenant une enceinte (2) de décharge, des électrodes (3), l'enceinte (2) de décharge étant entourée d'une ampoule (7) et étant maintenue par une monture (8) ayant une entrée (1) courte de courant et une entrée (11) longue de courant comprenant deux conducteurs (13, 15) rectiligne ayant une partie (14) de spire entre eux.

Description

LAMPE A DÉCHARGE A HAUTE PRESSION

L'invention part d'une lampe à décharge à haute pression comprenant un axe de lampe et une enceinte de décharge à deux extrémités qui entoure un volume de décharge, des électrodes s'étendant dans le volume de décharge entouré par l'enceinte de décharge et un remplissage qui contient des halogènes métalliques étant logé dans le volume de décharge, l'enceinte de décharge étant entourée d'une ampoule extérieure à culot d'un côté et y étant maintenue par une monture. Des lampes de ce genre sont des lampes à décharge à haute pression et à enceinte de décharge en céramique, notamment pour l'éclairage général.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Le WO 03/030209 révèle une lampe à décharge à haute pression, dans laquelle une enceinte de décharge en céramique est maintenue dans une ampoule extérieure au moyen d'une monture, l'enceinte de décharge ayant deux extrémités et l'ampoule extérieure ayant un culot d'un côté. Pour compenser la courbure de l'arc, la monture passe en plusieurs spires autour de l'enceinte de décharge.

Un agencement de ce genre exige toutefois à la fois une dépense de matière et une production compliquée.

ENONCE DE L'INVENTION La présente invention vise une lampe à décharge à haute pression aux halogénures métalliques pour l'éclairage général, par laquelle on rend aussi minimum que possible la variation, en fonction de la position, du lieu de couleur, du flux lumineux et du rendement lumineux et on 5 prolonge la durée de vie moyenne.

On y parvient suivant l'invention par le fait que la monture comprend une entrée courte de courant et une entrée longue de courant, l'entrée longue de courant 10 comprenant deux conducteurs rectilignes ayant une partie de spire entre eux, la partie de spire décrivant au maximum 1,25 spire autour de l'enceinte de décharge.

De préférence : 15 - la partie de spire décrit une spire. - la partie de spire décrit au moins 0,25 de spire. - la partie de spire se trouve dans un plan transversalement à l'axe de la lampe. - la partie de spire se trouve dans un plan incliné 20 par rapport à l'axe de la lampe. - les conducteurs rectilignes s'étendent de l'extrémité de l'enceinte de décharge au moins jusqu'à la pointe de l'électrode voisine. - pour la longueur H axiale et les rayons R de la 25 partie de spire on a : 0 <- H/R <_ 3,0 et de préférence <- à 2,5. - pour la longueur H axiale et le rayon R de la partie de spire on a 0,35 <- H/R <- 2,4. - l'ampoule extérieure a un diamètre inférieur de 70 30 mm au maximum. - le courant de fonctionnement est d'au moins 1,7 A. - le remplissage a comme halogénure métallique au moins CeI3 en une quantité de 2 % en poids. - l'enceinte de décharge a une partie cylindrique centrale et deux extrémités arrondies.

La lampe aux halogénures métalliques suivant l'invention utilise une monture ayant un fil de retour qui a des parties droites et au plus 1,25 spire. Cela simplifie le montage, minimise les coût de matière entraîne un tamisage supplémentaire seulement petit (de l'ordre de grandeur de 1 % seulement) et stabilise l'enceinte de décharge supplémentairement dans l'ampoule extérieure. On peut ainsi obtenir un rendement lumineux plus grand. Le lieu de couleur de la lampe est maintenant presque indépendant de la position de jaillissement. La durée de vie est augmentée aussi. 0,5 et 1 spire conviennent particulièrement du point de vue de la technique de fabrication.

Dans des lampes aux halogénures métalliques en céramique à culot d'un côté, il se pose des problèmes de durée de vie par la courbure de l'arc dans la direction horizontale. Le problème est dans ce d'obtenir une position de jaillissement universelle. L'arc de plasma dans l'enceinte de décharge se rapproche jusqu'ici en la position horizontale de jaillissement beaucoup de la paroi de l'enceinte de décharge et entraîne une surchauffe et finalement une rupture de la céramique. Cela est provoqué entre autres par la position du fil rectiligne de retour en dessous de l'enceinte de décharge. L'arc lumineux interagit avec le champ magnétique provoqué par le courant du fil de retour et provoque un refoulement de l'arc. La courbure naturelle d'arc est ainsi renforcée par l'ascension du plasma chaud.

Il est connu que l'on peut compenser la force magnétique sur l'arc par un deuxième fil de retour, voir WO 03/030209. Un agencement de ce genre exige toutefois, une dépense supplémentaire considérable en matière et en stades opératoires et ne peut être automatisé qu'avec une grande dépense. Deux autres types de construction qui Y sont montrées sont l'hélice double et un filament à plusieurs spires.

Dans le WO 03/060948 on décrit une bobine perpendiculairement à l'axe du dispositif de formation d'arc. Dans ce cas aussi les agencements sont très compliqués et coûteux à monter. En outre, de nombreuses lignes à proximité du dispositif de formation d'arc absorbent de la lumière et réduisent ainsi le flux lumineux et le rendement lumineux. Le US 2003/025455 décrit un fil de retour courbé. On agrandit ainsi simplement la distance,. à l'arc électrique et on ne diminue ainsi que peu le champ magnétique. En outre, dans des ampoules extérieures étroites il n'y a pas de place pour une réalisation de ce genre.

Suivant l'invention, l'entrée de-courant qui revient a au maximum 1,25 spire. Le retour a donc deux parties d'extrémité rectilignes et entre elles une partie de spire. Pour des parties d'extrémité rectiligne données, la longueur axiale de la partie de spire peut être optimisée par le fait que le champ By magnétique disparaît au milieu entre les électrodes, voir la figure 2. Dans celle-ci on a normé le courant arbitrairement sur un ampère. Les calculs concernant la meilleure géométrie sont indépendants de ce choix arbitraire. On voit que le champ By magnétique disparaît dans le milieu de l'arc, mais s'abaisse à nouveau des deux côtés du centre. Mais pour la déviation, l'intégrale du champ magnétique entre les électrodes est déterminante. On a donc optimisé la hauteur de la spire H(Bavg = 0) de manière à ce que l'intégrale du champ By magnétique sur la distance entre les électrodes disparaisse. On donne à titre de comparaison à la figure 7 les conditions pour une partie de spire ayant deux spires, les trois composantes Bx, By, Bz étant indiquées. Au milieu de la partie de spire le champ magnétique est réduit de seulement 53%, l'intégrale du champ magnétique le long de la distance entre les électrodes est diminuée jusqu'à 24%, voir la figure 7 contrairement à la figure 2.

Le résultat est illustré à la figure 3. On y représente la hauteur de spire la meilleure pour divers rayons R de spire. Ces derniers sont limités essentiellement par l'ampoule extérieure utilisée. On a indiqué en outre les tolérances pour la hauteur de spire, pour laquelle le champ magnétique d'un conducteur rectiligne n'est pas réduit à 0 mais à 10% ou à 30% d'un conducteur rectiligne. Il s'avère que, pour un rayon de 20 mm, la hauteur H de spire peut se trouver entre 21 et 28 mm (10% de Bw) ou entre 15 et 35 mm (30% de Bw). Cette géométrie est ainsi très tolérante vis-à-vis des écarts de fabrication. Des rayons plus petits que 10 mm impliquent des dispositifs de formation d'arc ramassés absorbant peu de puissance, dans lesquels le courant de la lampe est nettement plus petit, par exemple HCI-T 150W ayant un courant de lampe de 1,8= A et un diamètre extérieur de l'ampoule extérieure de 24,8 mm. Pour des rayons grands H(Bavg = 0) /R converge vers l'asymptote de 0,6256.

La figure 4 montre supplémentairement la hauteur de spire pour laquelle le champ magnétique au milieu entre les électrodes disparaît : H(By=O). Comme la hauteur de spire la meilleure est en première approximation à l'échelle avec le rayon, on a calculé aussi le quotient H/R. Dans un intervalle considéré entre R = 10 mm et 30 mm les quotients H (By = 0 ) / R sont compris entre 1,07 et 0,92 et les quotients H (Bavg = 0) / R compris entre 1,79 et 1,01. Le quotient peut être décrit très bien par l'équation H (Bavg = 0 ) / R = 5,64 * R o's'4 voir la figure 4. Pour l'écart à 30% dans le champ B, H (Bavg = 0) / R est compris entre 2,5 et 0,58.

Dans l'exemple de réalisation d'une lampe de 400W ayant un remplissage d'halogénure métallique, le diamètre extérieur de l'ampoule extérieure est égal à 34 mm et le rayon R de l'hélice est égal à 14,5 mm. Cela donne un H (Bavg = 0) de 20,3 mm. Les deux sous-tronçons rectilignes de l'entrée de courant ont dans ce cas une longueur de 47 mm et de 28 mm. La lampe est représentée à la figure 5. Tandis que, dans la géométrie habituelle, l'arc électrique est en raison de la répulsion magnétique courbée d'une manière visible, il est droit dans l'invention présentée. La position du produit condensé dans l'halogénure métallique en la position verticale de jaillissement reflète cet état de chose. Tandis que, dans l'agencement habituel, le produit condensé se concentre très disymétriquement du côté de l'entrée de courant, il est d'une symétrie cylindrique presque parfaite dans l'agencement en hélice.

Les données photométriques et électriques à environ 100h sont rassemblées au tableau 1 et comparées à l'agencement habituel. Le rendement lumineux est plus grand d'environ 11m/W que ce qui est habituel. La consistance du lieu de couleur des deux positions de formation d'arc est nettement meilleure (A Tn = 8 K par rapport à 240 K et A de = 1,3 par rapport à 2,8). Cela peut s'expliquer par la moindre déviation de l'arc dans la direction horizontale.

La figure 6 représente un autre exemple de réalisation.

Dans ce cas la partie de spire n'a qu'une demi-spire qui en outre est réalisée dans un plan transversalement à l'axe de la lampe au milieu de l'enceinte de décharge. Dans ce cas les champs magnétiques des parties rectilignes opposées de l'entrée de courant se compensent. Le champ magnétique de la demi spire est toujours perpendiculaire à la direction du courant et ne provoque pas ainsi de déviation. Cette conception a en outre l'avantage que la demi-spire se trouve dans la région du point de jonction entre les deux moitiés de l'enceinte de décharge et réduit le tamisage optique supplémentaire provoqué par le fil.

On préfère un agencement dans lequel les parties d'extrémité droites vont au moins dans le volume de 30 décharge jusqu'aux pointes des électrodes.

On a avantageusement pour la longueur H axiale de la partie de spire et de rayon de la partie de spire la relation : 0 <- H/R <- 2,5. De préférence, on a 0,35 <- H/R <- 2,4

De préférence, l'ampoule extérieure a un diamètre extérieur d'au plus 70 mm. Le courant de fonctionnement dans la lampe est notamment d'au moins 1,7 ampère. On peut obtenir des rendements lumineux particulièrement bons par un remplissage qui contient au moins 2 % en poids de Ce13 comme halogénure métallique.

15 La dispersion de couleur et la variation en fonction de la position sont réduites d'une manière particulièrement bonne, lorsque l'enceinte de décharge en céramique est cylindrique en ayant des pièces d'extrémités arrondies.

20 DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS

L'invention sera explicitée d'une manière plus précise dans ce qui suit au moyen de plusieurs exemples de réalisation. Aux dessins : La figure 1 représente une lampe à décharge à haute pression ayant une enceinte de décharge ; La figure 2 est une représentation du champ magnétique en fonction de la position axiale ; 30 La figure 3 est une représentation de la hauteur de la spire en fonction du rayon de la spire ; 25 La figure 4 est une représentation de la meilleure hauteur possible de la spire en fonction du rayon de la spire ; La figure 5 représente un autre exemple de réalisation d'une lampe à décharge à haute pression ;

La figure 6 représente un autre exemple de réalisation 10 d'une lampe à décharge à haute pression ;

La figure 7 est une représentation du champ magnétique en fonction de la position axiale d'une enceinte de décharge ayant deux spires de la partie de spire. 15 MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ DE L'INVENTION La figure 1 représente schématiquement une lampe 1 aux halogénures métalliques. Elle est constituée d'une enceinte 2 de décharge en céramique dans laquelle sont 20 insérées deux électrodes 3. L'enceinte de décharge a une partie 5 centrale cylindrique, les deux extrémités 4 arrondies qui sont réalisées de préférence en hémicoquilles sphériques. Aux extrémités sont réalisées deux étanchéités 6 qui, dans ce cas, sont sous la forme 25 de tubes capillaires. De préférence, l'enceinte de décharge et les étanchéités sont fabriquées d'un seul tenant à partir de deux moitiés en un matériau comme du PCA. Le bourrelet de liaison porte le repère 9. L'enceinte 2 de décharge est entourée d'une ampoule 7 30 extérieure. L'enceinte 2 de décharge est maintenue dans l'ampoule extérieure au moyen d'une monture 8. L'ampoule extérieure est fermée par une partie 19 de culot.5 La monture comprend une entrée 10 de courant courte pour l'extrémité de l'enceinte de décharge qui pointe vers le culot et une entrée de courant longue, le retour 11, pour l'extrémité de l'enceinte de décharge qui est éloignée du culot Le retour 11 à une partie 12 en étrier ainsi qu'une partie 13 droite éloignée, qui pointe de l'étrier en direction du culot, une partie 14 de spire qui est disposée dans la région de la partie centrale de l'enceinte de décharge et une partie 15 droite disposée au voisinage du culot. Les parties droites s'étendent des tubes capillaires à la zone qui se trouve entre l'extrémité du volume de décharge et la pointe de l'électrode 3.

L'enceinte de décharge est une hémicoquille sphérique ayant le rayon R de l'hémicoquille aux parties 4 d'extrémité, le tronçon 5 cylindrique droit a la longueur L axiale entre les hémicoquilles, la distance entre les électrodes étant EA.

Le graphique représenté à la figure 2 représente le champ B magnétique (en tesla) dans la composante Y By (perpendiculairement à la ligne de liaison entre les électrodes) de l'entrée de courant droite (By droite) et les trois composantes Bx, By, Bz du champ magnétique le meilleur B (opt) d'une partie de spire la meilleure possible. Bz (opt) pointe le long de la ligne de liaison entre les électrodes et ne provoque pas de déviation de l'arc. Bx (opt) change de signe dans la partie de l'arc de plasma et ne provoque ainsi pas non plus une grande courbure de l'arc. By (opt) disparaît presque au milieu de l'arc.

La figure 3 représente la hauteur H la meilleure (longueur axiale en mètre) de la partie de spire (l'intégrale de By s'évanouissant le long de la distance entre les électrodes) en fonction du rayon R de la partie de spire. Les hauteurs H pour lesquelles le champ magnétique d'un conducteur droit est réduit à 10% ou à 30% sont indiquées en plus. La partie de spire est une spire complète. La courbe 1 est valable pour un champ B magnétique moyen de B = O. La courbe 2 représente les conditions pour un champ magnétique moyen de B = 0,3 Bw. Bw est le champ magnétique qui se crée dans le cas d'une partie de retour droite sans spire, lorsque l'intensité du courant est de 1 A pour le rayon R indiqué. La courbe 3 représente les conditions pour un champ magnétique moyen de B = -0,3 Bw. La courbe 4 représente les conditions pour un champ magnétique moyen de B = 0,1 Bw et la courbe 5 les conditions pour un champ magnétique moyen de B = -0,1 Bw.

La figure 4 montre dans les ordonnés de gauche la hauteur H la meilleure de la spire By (opt) donc alors que l'intégrale de By s'évanouisse dans l'ensemble le long de la distance entre les électrodes, la courbe 1 - et By (opt)-- en supposant que le champ magnétique s'évanouisse au milieu entre les électrodes, la courbe 2 - en fonction du rayon R de la partie de spire, voir à ce sujet la figure 3. Les deux hauteurs de la partie de spire sont représentées aussi normées sur le rayon donc sous la forme de H/R voir à cet effet les ordonnés de droite. Normé la courbe 1 donne la courbe 3, normé la courbe 2 donne la courbe 4. La courbe 5 est destinée à la comparaison de la représentation fermée de la courbe de puissance y= 5,64 x -0'5'4 (R2 = 0,989) .

Un exemple concret de la relation entre la hauteur H de 5 spire et la distance EA entre les électrodes est H = 20 mm et EA = 18mm. De préférence H = 1,0 à 1,3 EA.

La figure 5 représente un exemple de réalisation d'une lampe 20 aux halogénures métalliques dans laquelle le 10 retour 21 est coudé. La partie en étrier n'est constituée que de façon rudimentaire, parce que l'entrée 22 de courant éloignée qui sort de l'enceinte de décharge est maintenue dans un queusot 23. De la partie 21 de conducteur droite se trouvant à l'extrémité qui va dans 15 ce cas jusqu'au milieu de l'enceinte 5 de décharge, un demi cercle 26 part, en tant que partie de spire, vers le côté opposé de l'enceinte de décharge. De là, la partie 27 de conducteur droite voisine va dans le culot 28.

20 La figure 6 représente un autre exemple de réalisation d'une lampe 20 aux halogénures métalliques, dans laquelle la partie 30 de spire ne décrit également qu'une demi-spire. Mais cette demi-spire n'est pas dans un plan transversalement à l'axe de la lampe, mais dans un plan 25 qui est incliné par exemple de 30° à 45° par rapport à l'axe A de la lampe. Dans ce cas, les parties 24, 27 de conducteur droites se terminent dans le volume de décharge respectivement à peu près au niveau des pointes des électrodes. Un remplissage typique contient les constituants suivants . 30 Hg : 1 0 à 4 0 mg ; Xe ou Ar, respectivement 120 à 380 mbar ; NaI 0 à 10% en poids ; T11 5 à 20% en poids ; SE13 : SE = Dy + Ho + Tm, au total de 20 à 50% en poids ; Ce13 0 à 10% en poids.

La partie de spire comprend au maximum 1,25 spire autour de l'enceinte de décharge et au minimum 0,25 spire. Elle 10 comprend de préférence de 0,5 à 1,0 spire.

Le tableau 1 représente les valeurs moyennes des données d'arc électrique et des écart-type de tension et de lieu de couleurs de divers modèles pour une durée de 15 fonctionnement d'environ 100 h. Dans ce tableau, on a les significations suivantes :

Fil RF : Fil de retour ; position : s : verticale W : horizontale (entrée de courant en bas) ; ul : tension de 20 la lampe ; uls : pointe de réamorçage ; pl : puissance de la lampe ; : flux lumineux ; rl : rendement lumineux ; tn : température de couleurs ; de : distance à la branche de la courbe de Planck ; Ra : rendu de couleur ; R9 . rendu de couleur rouge saturée ; o (G) : écart-type de la 25 grandeur G.

L'enceinte de décharge est de préférence en céramique, mais elle peut être aussi en verre au quartz.

30 Pour la longueur H axiale et le rayon de la partie de spire on a 0 <_ h/r <- 3,0 et de préférence <- à 2,5. Fil Position ul/V uls/V pl/W 0/klm n/ tn/ Dc/ Ra R9 uls/ o(ul) n(tn) REF lm/W K .001 ul /V /K Spiral S 111 183 401 41,9 105 4153 -1,7 96 89 1,64 3,3 45 Spiral W 115 189 402 42,5 106 4158 -3,0 93 79 1,64 6,8 24 Droit S 117 196 402 39,5 98 3990 -0,7 97 95 1,68 4,1 46 Droit W 118 192 407 45,0 111 4229 -3,5 94 79 1,62 4,2 48

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Lampe (1) à décharge à haute pression comprenant un axe de lampe et une enceinte (2) de décharge à deux extrémités qui entoure un volume de décharge, des électrodes (3) s'étendant dans le volume de décharge entouré par l'enceinte (2) de décharge et un remplissage qui contient des halogènes métalliques étant logé dans le volume de décharge, l'enceinte (2) de décharge étant entourée d'une ampoule (7) extérieure à culot d'un côté et y étant maintenue par une monture (8), caractérisée en ce que la monture (8) comprend une entrée (1) courte de courant et une entrée (11) longue de courant, l'entrée (11) longue de courant comprenant deux conducteurs (13, 15) rectilignes ayant une partie (14) de spire entre eux, la partie (14) de spire décrivant au maximum 1,25 spire autour de l'enceinte (2) de décharge.
2. 2. Lampe à décharge à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la partie (14) de spire décrit une spire.
3. 3. Lampe à décharge suivant la revendication 1 ou 2, 25 caractérisée en ce que la partie (14) de spire décrit au moins 0,25 de spire.
4. 4. Lampe à décharge suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la partie (14) de spire se trouve 30 dans un plan transversalement à l'axe de la lampe.
5. 5. Lampe à décharge suivant la revendication 1,caractérisée en ce que la partie (14) de spire se trouve dans un plan incliné par rapport à l'axe de la lampe.
6. 6. Lampe à décharge suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les conducteurs (13, 15) rectilignes s'étendent de l'extrémité de l'enceinte (2) de décharge au moins jusqu'à la pointe de l'électrode voisine.
7. 7. Lampe à décharge suivant la revendication 1, caractérisée en ce que pour la longueur H axiale et le rayon R de la partie de spire on a : 0 <_ H/R <- 3,0 et de préférence <- à 2,5.
8. 8. Lampe à décharge suivant la revendication 6, caractérisée en ce que pour la longueur H axiale et le rayon R de la partie de spire on a 0,35 <- H/R < 2,4.
9. 9. Lampe à décharge suivant la revendication 1, 20 caractérisée en ce que l'ampoule extérieure a un diamètre intérieur de 70 mm au maximum.
10. 10. Lampe à décharge suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le 25 courant de fonctionnement est d'au moins 1,7 A.
11. 11. Lampe à décharge suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le remplissage a comme halogénure métallique au moins CeI3 30 en une quantité de 2 % en poids.
12. 12. Lampe à décharge suivant l'une desrevendications précédentes, caractérisée en ce que l'enceinte de décharge a une partie cylindrique centrale et deux extrémités arrondies.