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sodium
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yttrium oxide
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DES
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argon
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mercury
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xyde
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yttrium
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indium oxide
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tin
(1)
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Ce-
(1)
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xenon
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Physical
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18 mm
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14 mm
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1500 K
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1400 K
(2)
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10 mm
(2)
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10 torr
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7 mm
(1)
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25 mm
(1)
[26][_]
de 12 mm
(1)
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de 1400 K
(1)
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12 mm
(1)
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de 10 mm
(1)
[30][_]
100 torr
(1)
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1329 Pa
(1)
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200 torr
(1)
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500 torr
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199342 Pa
(1)
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1500 torr
(1)
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Gene Or Protein
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Classi
(2)
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Etre
(2)
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DANS
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Est A
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Tre
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Generic
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alkali metal
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metal
(1)
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Polymer
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Rayon
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Organism
(1/ 1)
[48][_]
S Liu
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2512272A1
Family ID 2969851
Probable Assignee Gen Electric
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title LAMPE A VAPEUR DE alkali metal HAUTE PRESSION
Abstract
_________________________________________________________________
LAMPE AYANT UNE MEILLEURE EFFICACITE.
ELLE COMPREND:
-UN LONG TUBE A ARC, SOUS PRESSION, TRANSMETTANT LA LUMIERE VISIBLE 20
AYANT DES ELECTRODES 16, 18 DISPOSEES A SES EXTREMITES OPPOSEES ET UN
DIAMETRE INTERIEUR COMPRIS ENTRE 10 ET 18MM;
-UN COMPOSE DE alkali metal IONISABLE DISPOSE DANS CE TUBE A ARC, ET
UNE ENVELOPPE EXTERIEURE 11, SOUS VIDE, TRANSMETTANT LA LUMIERE
VISIBLE ENTOURANT LE TUBE A ARC ET PORTANT UN REVETEMENT REFLECTEUR
DES INFRA-ROUGES 30, GRACE A QUOI LE RAYONNEMENT INFRA-ROUGE EST
REFLECHI VERS LE TUBE A ARC.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concernne des lampes a vapeur
de sodium haute pression et plus particulierement, une con-
figuration qui ameliore leur efficacite.
Une lampe a vapeur de sodium est une source lumineu-
se a decharge de haute intensite dans laquelle le flux lumi- neux est
entierement produit dans la colonne de decharge d'arc le flux lumineux
est le resultat du passage du courant electrique a travers un milieu
de decharge gazeux, ionisable contenu dans un tube a arc interne qui
est maintenu a une temperature relativement elevee Cette temperature
se situe habituellement entre environ 1400 K et environ 1500 K A
cause de cette temperature elevee ces lampes sont habituel-
lement entourees par une enveloppe exterieure, transmettant la
lumiere, qui fonctionne a la fois comme ecran isolant et protecteur
Classiquement, la region entre le tube a arc sous pression et
l'enveloppe exterieure est, soit sous vide partiel,soit contient un
gaz inerte comme l'argon Le sodium ionisable contenant des canposes
assurant la decharge d'arc
est maintenu dans le tube a arc Le tube a arc est classi-
quement une structure cylindrique ayant des electrodes a
l'une et l'autre extremite Les lampes au sodium haute pres-
sion sont particulierement souhaitables a cause de leur ren-
dement energetique eleve Elles sont particulierement utiles dans
l'industrie et l'eclairage public o la couleur du flux lumineux du
spectre de la lampe n'est pas critique mais o
neanmoins on souhaite des niveaux eleves d'intensite lumi-
neuse. Une consideration importante dans la conception des lampes a
vapeur de sodium haute pression est le parametre de "charge de la
paroi" Le chargement de la paroi est un
parametre de la lampe mesure en puissance par unite de sur-
face (par exemple, en watts par centimetre carre) C'est la puissance
fournie a la lampe divisee par la surface de
la paroi interieure du tube a arc C'est un parametre impor-
tant car il a un effet important sur la temperature de la
paroi du tube a arc On peut encore en apprecier l'impor-
tance par le fait que c'est la temperature de la paroi du
tube a arc qui possede un impact important sur l'efficaci-
te globale de la lampe, mesuree en lumens par watt En con-
sequence, il est hautement souhaitable de concevoir des
lampes a vapeur de sodium haute pression capables de main-
tenir une temperature predeterminee optimale de la paroi
du tube a arc.
Dans certaines autres lampes, incluant plus parti-
culierement les lampes a incandescence, on utilise des re-
vetement reflecteurs des infrarouge (IR) pour reflechir le rayonnement
infra-rouge sur le filament de la lampe pour le maintenir a une
temperature elevee sans avoir a fournir, pour ce faire, de l'energie
electrique supplementaire Bien
que ces revetements tendent a reflechir le rayonnement in-
fra-rouge, ils transmettent neanmoins la lumiere aux lon-
gueurs d'ondes visibles Il apparait qu'un inconvenient im-
portant des lampes a incandescence ayant cette configuration
est la necessite critique de focaliser le rayonnement infra-
rouge reflechi dans le volume etroit occupe par le filament
de la lampe.
Dans un domaine non lie aux lampes a incandescence,
J.F Weymouth et E F Wyner indiquent qu'on obtient une ame-
lioration importante de l'efficacite des lampes a vapeur de sodium
haute pression en utilisant des tubes a arc de grands diametre (Voir
"Analyses of factors affecting Efficacy of High pressure Sodium Lamps"
(analyse des facteurs affectant l'efficacite des lampes a vapeur de
sodium haute pression) par J F Weymouth et E F Wyner Journal of the
IES, vol 10
No 4 page 237 ( 1981) Par exemple, les tubes a arc des lam-
pes a vapeur de sodium haute pression classiques actuelles
ont typiquement un diametre interne de 5 a 7 mm environ.
Leur diametre interne de 10 a 18 mm environ peut accroitre
l'efficacite de lampe a vapeur de sodium, si l'on trouve des moyens
pour maintenir les temperatures des parois des tubes a arc dans le
domaine souhaite compris entre 1400 K et 1500 K environ La difficulte
pour y parvenir vient du
fait qu'un diametre accru du tube signifie necessairement-
que la surface de la paroi interieure du tube a arc est egalement
accrue, d'une maniere lineaire, avec le diametre accru Cet
accroissement de la surface de la paroi du tube a arc signifie une
charge de paroi reduite Weymouth et Wyner proposent de resoudre ce
probleme en utilisant un tube a arc comprenant un materiau tel que l'
yttrium oxide
qui a une emissivite plus faible que les tubes a arc classi-
ques en alumine polycristalline, en particulier dans la re-
gion infra-rouge du spectre Cependant, l'utilisation d'o-
xyde d'yttrium est couteuse et par consequent, l'utilisa-
tion d'yttrium oxide comme materiau de tube a arc n'est
pas economique.
Le brevet des EUA No 3 662 203 decrit une lampe a vapeur de sodium
haute pression Ce brevet enseigne qu'il est souhaitable de disposer
l'enveloppe exterieure pres du tube a arc de sorte que le rayonnement
infra-rouge issu de l'enveloppe exterieure soit rayonne a nouveau pour
frapper
le tube a arc afin de maintenir les temperatures du reser-
voir Necessairement, a cause des temperatures elevees ( 5000 C)
regnantes, l'enveloppe exterieure doit se composer de verre de quartz
couteux De plus, ce brevet enseigne qu'il est souhaitable d'employer
des tubes a arc ayant des diametres interieurs allant jusqu'a 25 mm
Ces diametres sont trop grands pour une production efficace de lumiere
dans les lampes a vapeur de sodium haute pression En outre, l'espace
entre le tube a arc et l'enveloppe exterieure est
suffisamment faible pour surchauffer les revetement reflec-
teurs des infra-rouges qui sont applique sur l'enveloppe exterieure.
Le brevet des EUA N O 3 400 288 decrit une lampe a
vapeur de sodium avec un revetement reflecteur des infra-
rouges Cependant ce brevet ne concerne que des lampes a
vapeur de sodium basse pression pour lesquelles des varia-
tions du diametre du tube a arc ne provoquent pas de varia-
tions de l'efficacite comparables a celles des lampes a va peur de
sodium haute pression En bref, les mecanismes de production de la
lumiere sont differents De plus, ce bre- vet n'indique nulle part une
quelconque appreciation du diametre du tube a arc encore moins
l'optimisation au moyen
de variations du diametre du tube a arc.
Le brevet des EUA No 3 931 536 decrit une lampe a
vapeur de sodium dans laquelle on utilise un reflecteur di-
chrolque situe sur la partie exterieure de l'enveloppe ex-
terieure pour reflechir selectivement un rayonnement ayant
certaines longueurs d'ondes et transmettre un autre rayonne-
ment Cependant, il n'y a aucune appreciation que l'on puisse utiliser
ces revetements dans des lampes ayant des tubes a
arc de grand diametre Egalement, il n'y a aucun enseigne-
ment dans ce brevet d'une gamme voulue de diametre internes
du tube a arc.
D'autres brevets d'interet general du domaine des lampes sont les
brevets des EUA N O 3 221 198; 3 374 377; 3 325 662; 3 963 951; et 4
071 798 Certains de ces brevets
montrent des revetements reflecteurs utilises dans des lam-
pes a decharge, mais ces revetements n'englobent pas ceux de la
variete reflectrice des infra-rouges et transmettent
la lumiere visible.
De plus on a decrit des films et epaisseurs de film
optimaux pour les revetements reflecteurs de la presente in-
vention En particulier, on recommande -des films ayant une
epaisseur de 150 30 manometres.
Le brevet des EUA No 3 949 259 decrit un filtre transmettant la
lumiere et thermiquement reflechissant qui est supporte sur un
substrat transparent et qui est a base
d'indium oxide dope a l'tin.
Dans la discussion suivant l'article "Heat Conserva-
tion System for Arc Lamps" (systeme pour la conservation de la chaleur
dans les lampes a arc) de C S Liu dans l'edition de Juillet 1979 du
Journal of the IES (page 220) J G Bok conclut qu'il n'est pas possible
de fabriquer une lampe a decharge de haute intensite plus efficace en
utilisant une couche reflectrice des infra-rouges Dans la meme
discussion, E F Wyner indique egalement des raisons pour ne pas
utiliser des tubes a arc de plus petites dimensions.
En bref, on voit qu'il est souhaitable d'accroitre l'efficacite des
lampes a vapeur de sodium haute pression en augmentant le diametre
interieur du tube a arc; mais on voit egalement de facon
concommittante que ceci se traduit par une charge de paroi reduite et
une reduction reelle d'efficacite a moins de trouver des moyens pour
compenser
la temperature reduite de la paroi du tube a arc.
Selon une realisation recommandee de la presente
invention, on revet l'enveloppe exterieure d'une lampe a va-
peur de sodium haute pression avec un materiau reflechis-
sant les infra-rouges Le revetement reflecteur peut se com-
poser d'un materiau tel que In 203 Sn ou Sn O 2:F ou d'autres
materiaux convenables qui reflechissent les infra-rouges mais
transmettent la lumiere visible Dans cette realisation, le diametre
interieur du tube a arc est compris entre l Omm
environ et 18 mm environ La gamme recommandee pour le dia-
metre interieur du tube a arc est de 12 mm environ a 14 mm environ
Dans une autre realisation de la presente invention,
le revetement reflecteur des infra-rouges est tres transpa-
rent aux longueurs d'ondes inferieures a 1 pm environ Dans
encore une autre realisation recommandee, l'enveloppe exte-
rieure est de forme approximativement cylindrique afin de
se conformer a la forme du tube a arc lui-meme.
En consequence la presente invention a pour but d'accroitre
l'efficacite des lampes a vapeur de sodium haute pression; de
maintenir la temperature de la paroi du tube a arc d'une lampe a
vapeur de sodium haute pression a ou pres d'une temperature optimale;
de fournir une lampe haute pression avec une charge de paroi reduite;
de fournir une lampe ayant un revetement reflecteur des infra-rouges
sur l'interieur de l'enveloppe exterieure afin de faciliter
l'utilisation d'alumine polycristalline
classique comme materiau du tube a arc.
La suite de la description se refere aux figures
annexees qui representent respectivement: Figure 1, une vue de cote
partiellement en coupe
d'une lampe selon une realisation recommandee de l'inven-
tion; et Figure 2, un graphe de l'efficacite en fonction
du diametre du tube a arc.
La figure 1 represente une realisation d'une lampe
selon l'invention La lampe comprend un tube a arc cy-
lindrique 20 contenant un milieu de decharge ionisable, tel que du
sodium metallique ou autre alkali metal Le tube a arc 20 se termine
par des capuchons d'extremite conducteurs 22 et 24 qui forment un
joint etanche au gaz La tube a arc a de preference un diametre interne
compris entre 10 mm environ et 18 mm environ et de preference compris
entre 12 et 14 mm environ La dimension du tube a arc est importante
pour obtenir les resultats voulus.
Le tube a arc est mecaniquement supporte dans l'en-
veloppe interieure il par l'electrode de conduction 16 et aussi
indirectement par l'electrode de conduction 18 qui fournit du courant
electrique au tube a arc par le capuchon d'extremite 22 Pour le
support mecanique, une partie de
l'electrode 18 est entouree autour du teton 17 de l'envelop-
pe exterieure 11 Pour fournir un moyen de compensation de la
dilatation thermique, on utilise une barrette souple de
support 19 pour relier l'electrode 18 au capuchon d'extre-
mite 22 afin d'effectuer a la fois une liaison mecanique et electrique
La lampe peut etre aussi pourvue avec un culot
12272
a vis Edison classique 14 De plus, l'espace 15 entre l'en-
veloppe extreme 11 et le tube a arc 20 est de preference sous vide
Cependant, on peut egalement utiliser des gaz
inertes comme l'argon.
On notera particulierement le revetement reflecteur
des infra-rouges 30 depose sur la paroi interieure de l'en-
veloppe exterieure cylindrique 11 Ce revetement qui peut
comporter un ou plusieurs de ces materiaux, plus particulie-
rement decrits ci-dessus, agit essentiellement pour laisser passer le
rayonnement de longueurs d'ondes visibles tout en reflechissant le
rayonnement infra-rouge sur le tube a arc On a indique precedemment
que l'emploi de ces revetements reflecteurs ne serait pas utile pour
ameliorer l'emploi de lampes a vapeur de sodium haute pression
Cependant, ils
sont neanmoins efficaces dans les cas o le diametre du tu-
be a arc 20 est accru Cette augmentation du diametre du tu-
be a arc est faite pour accroitre l'efficacite de la lampe mais a
moins de prendre certaines mesures pour compenser la charge de paroi
reduite, qui resulte de l'augmentation
de la surface de la paroi interieure du tube a arc, augmen-
ter le diametre interieur du tube a arc n'ameliore pas, par
lui-meme l'efficacite de la lampe Selon la presente inven-
tion, le revetement reflecteur des infra-rouges agit pour focaliser et
reflechir le rayonnement infra-rouge sur la paroi du tube a arc, la
maintenant ainsi a une temperature
de 1400 K environ a 1500 K environ Dans la presente inven-
tion, ceci est fait sans utilisation couteuse de tubes a arc en
yttrium oxide De plus, dans la presente invention,
le tube a arc 20 est fait d'alumine classique.
Comme egalement indique sur la figure, l'enveloppe exterieure 11 a
typiquement une forme cylindrique pour plus ou moins se conformer a la
forme cylindrique du tube a arc
Ceci s'oppose a l'enveloppe exterieure ovoide classique-
ment utilisee, que l'on peut aussi utiliser mais qui n'est
pas aussi efficace.
L'etendue du revetement reflecteur des infra-rouges
de preference,comprend pratiquement toute la paroi de l'en-
veloppe exterieure qui est coaxiale avec le tube a arc Ce-
ci assure qu'une quantite maximale de rayonnement infra-rou-
ge reflechi atteind la paroi du tube a arc, maintenant donc
sa temperature.
Le revetement reflecteur des infra-rouges reflechit
de preference vers le tube a arc 20 pratiquement tout rayon-
nement electromagnetique ayant une longueur d'onde superieu-
re a 3 pm Ceci assure le passage de la lumiere visible sou-
haitable et l'utilisation du rayonnement infra-rouge qui
est produit par la lampe pour maintenir la temperature appro-
priee de la paroi du tube a arc, en depit du plus grand dia-
metre interieur du tube a arc lui-meme.
Du fait que le revetement reflecteur des infra-rou-
ges peut etre endommage par un exces de chaleur, il est sou-
haitable d'espacer le tube a arc 20 de l'enveloppe exterieu-
re 11 La distance souhaitee entre ces deux structures est
d'au moins 10 mm.
La figure 2 illustre la variation approximative de l'efficacite de la
lampe, mesuree en lumens par watt, en fonction du diametre interieur
du tube a arc Cependant, on notera que la courbe representee figure 2
ne reflete pas la variation de l'efficacite dans des lampes avec un
revetement
reflecteur Neanmoins, dans la presente invention, l'inter-
valle recommande pour de parametre est compris entre 12 mm et 14 mm,
un intervalle de 10 mm a 18 mm etant egalement
presque aussi souhaitable.
On fait de preference fonctionner la lampe a vapeur de sodium haute
pression a une pression interne de sodium
comprise entre 1329 pa ( 10 torr) et 13289 pa ( 100 torr) en-
viron Aussi, la lampe peut contenir du xenon comme gaz d'amorcage a
une pression a temperature ambiante comprise entre 1329 Pa ( 10 torr)
et 26579 ( 200 torr) environ On peut
egalement ajouter du mercury de facon a maintenir une pres-
sion de vapeur de mercury comprise entre 66447 ( 500 torr)
et 199342 Pa ( 1500 torr) dans les conditions de fonction-
nement.
De ce qui precede on notera que la lampe de l'inven-
tion fournit une source lumineuse tres efficace On a egale- ment vu
que la charge de paroi reduite des lampes a tube a
arc de grand diametre est amplement compensee par le reve-
tement reflecteur des infra-rouges On a vu aussi que le
rayonnement infra-rouge, qui compte pour une part importan-
te de la puissance d'entree pour le rayonnement de lampes a decharge
de haute intensite, est efficacement utilise
pour maintenir le tube a arc a une temperature appropriee.
Claims
_________________________________________________________________
R E V E N D I C A T I O N S
1 Lampe a vapeur de metal haute pression caracte-
riseeen ce qu'elle comprend un long tube a arc, sous pression,
transmettant la lumiere visible ( 20) ayant des electrodes ( 16,18)
disposees a ses extremites opposees et un diametre interieur compris
entre 10 et 18 mm; un compose de alkali metal ionisable dispose dans
ce tube a arc, et une enveloppe exterieure ( 11), sous vide,
transmettant la lumiere visible entourant le tube a arc et portant un
revetement reflecteur des infra-rouges ( 30), grace a quoi le
rayonnement infra- rouge est reflechi vers
le tube a arc.
2 Lampe selon la revendication 1 caracterisesen ce
que le alkali metal est le sodium.
3 Lampe selon la revendication 1 caracteriseeen ce
que le tube a arc possede un diametre interieur compris en-
tre 12 et 14 mm.
4 Lampe selon la revendication 1 caracteriseeen ce que le revetement
reflecteur des infra-rouges reflechit les rayonnements
electromagnetiques ayant une longueur d'onde
superieure a 3 pm.
Lampe selon la revendication 1 caracterisee en ce qu'elle comprend des
moyens pour mecaniquement supporter le tube a arc dans l'enveloppe et
compenser la dilatation
thermique du tube a arc.
6 Lampe selon la revendication 1 caracterisee en
ce que le tube a arc et l'enveloppe sont cylindriques.
? ?
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