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Tube à décharges électriques.
On a déjà proposé d'entourer un tube à décharges électriques renferment de la vapeur métallique, plus parti- culiérement la vapeur de métaux peu volatils tels que le sodium, le potassium, le rubidium, le cadmium, le magnésium, le thallium ou le zinc,d'une enveloppe à double paroi et de créer un vide dans l'espace compris entre les parois de cette dernière. Cette enveloppe réduit la quantité de chaleur dissi- pée par le tube à décharges de sorte que ce dernier acauiert lors du fonctionnement une température plus élevée.
Ceci a pour résultat d'augmenter la pression de la vapeur métallique renfermée dans le tube, ce qui a dans ce cas une grande in- fluence sur le rendement du tube à décharges utilisé pour l'emission de lumière. L'air se trouvant entre le tube à dé-
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charges et l'enveloppe à double paroi, provoque une égalisa- tion de la température de la paroi du tube de sorte que la production d'endroits fortement surchauffés sur 'la paroi du tube est empêchée, ce qui a également une influence favora- ble sur le rendement et la durée de service. Il est évident que le vide créé dans l'espace compris entre les parois de l'enveloppe, ne doit pas nécessairement être un vide poussé.
Même dans le cas où cet espace contient de l'air ou un gaz sous faible pression, on obtient déjà un effet calorifuge.
L'invention a pour but de perfectionner les tubes à décharges de ce genre de telle façon que la dissipation thermique soit réduite davantage et que les tubes soient mieux appropriés à être alimentés de courant alternatif et à donner un éclairage intense à l'aide des tensions de ré- seau usuelles, par exemple, de 220 ou de 110 volts.
Conformément à l'invention, le tube à décharges, qui a une forme allongée et dont la décharge est de colonne posi- tive, est plié en un nombre arbitraire de branches parallèles de telle façon que la surface par laquelle la chaleur est rayonnée, soit inférieure à celle d'un tube de forme allongée.
Si l'on considère la manière dont la chaleur du tube est cé- dée au milieu ambiant, on trouve que tout d'abord elle est transmise, essentiellement par conduction et par convection, à la paroi intérieure de l'enveloppe, d'où elle est cédée, essentiellement par rayonnement, à la paroi extérieure de cet- te dernière et au milieu ambiant. Si le tube à décharges est plié de telle façon que cette paroi intérieure de l'enveloppe rayonnant la chaleur soit plus petite que dans le cas d'un tube de forme allongée, la dissipation thermique du tube est fortement réduite de sorte que la quantité d'énergie que le @
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tube doit absorber pour se maintenir à la température requi- se, est également réduite.
Si l'on se figure, par exemple, deux tubes de la même longueur dont l'un a une forme allongée et est monté à l'intérieur d'une enveloppe tandis que l'autre, avant d'être placé à l'intérieur d'une enveloppe, a été plié en quatre branches parallèles, il est aisé de voir que du fait çue dans le second cas la longueur de l'enveloppe n'est qu'un quart environ de la longueur dans le premier cas, la surface qui rayonne la chaleur, est dans ce second cas sensiblement plus petite que pour un tube de forme allongée.
Quant au pliage du tube et à la disposition des branches pa- rallèles ainsi obtenues, il faut envisager un autre point de vue. En effet, si l'on pliait le tube de telle façon que ses différentes branches se trouvent très écartées l'une de l'au- tre, la surface rayonnant la chaleur, pourrait être agrandie par suite de la forte augmentation du diamètre de l'envelop- pe malgré la réduction de la longueur de cette dernière. Les différentes branches du tube plié doivent par conséquent, être séparées l'une de l'autre par des intervalles suffisam- ment faibles. En outre, l'intervalle entre le tube et l'en- veloppe doit être suffisamment faible, car un intervalle trop grand donnerait lieu à une forte augmentation du diamètre de l'enveloppe et, par conséquent, de la surface rayonnant la chaleur.
Ces conditions auxquelles le tube à décharges et l'enveloppe doivent satisfaire, peuvent être aisément défi- nies si l'on introduit la notion de "facteur de remplissage".
On s'imagine à cet effet une coupe transversale à travers le tube et l'enveloppe, normale à l'axe du tube. Il est alors possible de déterminer dans la section transversale la surface limitée par la paroi intérieure de l'enveloppe et la totalité
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des surfaces des sections transversales des différentes branches du tube. Par "facteur de remplissage" on doit enten- dre ci-après le rapport existant entre cette surface totale des sections transversales des branches du tube et la surface limitée par la paroi intérieure de l'enveloppe.
Les conditions mentionnées ci-dessus exigeant que les branches du tube soient situées à proximité l'une de l'autre et que l'intervalle entre l'enveloppe et le tube soit suffisamment faible, impliquent que le facteur de remplissage doit avoir une valeur suffisamment élevée. Par des expérien- ces et par des calculs on a trouvé que pour obtenir une ré- duction appréciable de la dissipation thermique, le facteur de remplissage doit être supérieur à 1 , où n représente le n nombre de branches dont le tube à décharges est composé ou le nombre de fois où le tube de forme allongée a été plié,auquel cas, toutefois, toutes les branches ne doivent pas nécessai- rement être reliées entre elles.
Les considérations mentionnées ci-dessus s'appliquent aussi si la chambre à vide entourant le tube à décharges n'est pas formée par une enveloppe à double paroi mais par une enveloppe à une seule paroi, le vide étant créé dans ce dernier cas dans l'espace compris entre le tube et l'envelop- pe. La chaleur du tube à décharges est cédée dans ce cas au milieu ambiant essentiellement par rayonnement de la paroi du tube vers l'enveloppe. Pour un tube de forme allongée, la paroi entière du tube rayonne de la chaleur tandis que dans le tube replié la surface rayonnante peut être assimilée pra.- tiquement à la surface imaginaire minimum qui entoure le tube plié. Cette surface peut, par conséquent, être assimilée à la paroi intérieure de l'enveloppe à double paroi décrite ci-dessus.
Dans la détermination du facteur de remplissage
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on doit, par conséquent, aussi envisager cette surface entourante.
On obtient un mode de construction très simple si le tube à décharges est constitué par trois ou plus de trois branches parallèles, l'enveloppe pouvant avoir dans ce cas une section transversale circulaire. Si le tube est composé de deux branches, la section de l'enveloppe doit avoir une forme aplatie, par exemple celle d'une ellipse, pour obtenir une valeur suffisamment élevée du facteur de remplissage. En vue d'augmenter le facteur de remplissage, il peut être avantageux de donner à la section du tube une forme différant de celle d'un cercle pour pouvoir disposer les différentes branches du tube à des écartements mutuels plus faibles.
Dans quelques cas, le pliage du tube à décharges donne lieu à une augmentation de la tension d'amorçage. Au besoin, on peut remédier à cet inconvénient en munissant le tube, de préférence la partie courbe, d'une ou plusieurs électrodes auxiliaires qui peuvent être disposées, le cas échéant, sur l'extérieur de la paroi du tube. Il est aussi possible de diviser le tube en deux ou plus de deux parties.
Ainsi, par exemple, un tube à quatre branches parallèles peut être composé de deux tubes distincts en U. Dans ce cas, il est possible de remplir les parties du tube de dif- férents remplissages de sorte que la lumière émise peut con- sister en un mélange de rayons lumineux de couleurs différen- tes.
L'invention est particulièrement importante pour des tubes à décharges alimentés de courant alternatif car avec ces tubes l'amorçage d'une décharge se produit une ou deux fois dans chaque période du courant alternatif. On a constaté que,
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à chaque amorçage, la décharge accompagnée d'émission de lumière, commence à la cathode et se propage ensuite à travers le tube jusqu'à l'anode. Si le tube est agencé de façon à pouvoir être traversé par le courant à chaque demi- période du courant alternatif, la décharge est interrompue pendant un court intervalle de temps deux fois à chaque pé- riode, le tube n'émettant alors pas de lumière. Il est très important de raccourcir autant que possible l'intervalle de temps pendant lequel le tube n'émet pas de lumière, pour ré- duire ainsi le vacillement de la lumière émise.
Il est im- portant à cet effet de faire avancer la décharge de la catho- de vers l'anode à chaque amorçage à une vitesse aussi élevée que possible. Lorsque la décharge avance, les rayons de ré- sonance émis par la partie du tube dans laquelle la décharge a lieu déjà, peuvent exciter les molécules dans l'autre par- tie du tube. On se figure, par exemple, un tube rectiligne et horizontal dans lequel la décharge avance de la gauche vers la droite et a atteint déjà la moitié du tube. Les rayons émis par la partie gauche, favorisent l'excitation des molécules dans la partie droite. Il est évident toute- fois, que pour un tel tube rectiligne seulement une faible proportion des rayons engendrés dans la partie du tube par- courue déjà par la décharge, peut frapper l'autre partie du tube.
Cette possibilité est augmentée considérablement si le tube est plié de la manière conforme à l'invention car dans ce cas les rayons produits dans une partie du tube, peuvent agir dans une mesure beaucoup plus grande sur une autre par- tie parallèle à la première. L'intervalle de temps pendant lequel, entre deux périodes, le tube n'émet pas de lumière est par conséquent réduit, de sorte que le vacillement dimi- nue.
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Le tube à décharges suivant l'invention présente l'avantage supplémentaire d'avoir un encombrement très ré- duit, ce qui permet de le monter dans une garniture de forme et de dimensions usuelles. Malgré les dimensions réduites du tube, on peut donner au trajet de décharge une grande longueur, de sorte que la tension de service peut être adap- tée aussi exactement que possible à la tension du réseau en augmentant la longueur du trajet de décharge. Ceci permet d'utiliser une faible impédance en série, ce qui peut amener à son tour une amélioration du facteur de puissance.
Par vapeurs de métaux peu volatils" on doit enten- dre des vapeurs métalliques ayant pour une température de 200 C une pression inférieure à 1 mm.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple, deux modes de réalisation.
La figure 1 représente une élévation d'un tube à décharges entouré d'une chambre à vide à double paroi.
La figure 2 représente une vue en plan de ce tube.
Les figures 3 et 4 représentent, respectivement, une élévation et une vue en plan d'une variante de construc- tion dont la figure 5 montre un détail.
Le tube à décharges représenté sur les figures 1 et 2, est composé de quatre branches parallèles 1, 2, 3 et 4.
A l'extrémité inférieure, la branche 1 se continue par la branche 2, dont l'extrémité supérieure est reliée à la branche 3 qui se continue à son extrémité inférieure par la branche 4. Les électrodes sont montées dans les extrémités supérieures des branches 1 et 4. Comme le dessin le montre schématiquement, il se trouve à chaque extrémité une cathode à incandescence 5 et une anode 6 constituées par une plaque cylindrique. Le fil d'alimentation de l'anode peut être relié,
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soit à l'intérieur soit à l'extérieur du tube, à un des fils d'alimentation de la cathode à incandescence. Pour faciliter l'amorçage, on a prévu au milieu du tube une électrode auxi- liaire 7 qui est munie d'un fil d'alimentation 8 et à la- quelle est appliquée dans le but mentionné ci-dessus une tension auxiliaire.
Le tube, qui renferme un gaz rare, par exemple du néon, et de la vapeur de sodium, est entouré d'une enveloppe 9 à double paroi. L'espace compris entre les parois de cette enveloppe, est vide d'air. Comme on l'a dit plus haut, il faut entendre par t'espace vide d'air non seulement un espace à vide absolu mais aussi un espace dans lequel la pression du gaz est inférieure à la pression atmosphérique et a, par conséquent, un effet calorifuge.
Les différentes branches du tube se trouvent sé- parées l'une de l'autre par des intervalles très faibles.
L'écartement le plus faible est de 2 mm. environ tandis que le diamètre extérieur des branches s'élève à 22 mm. environ, l'intervalle minimum entre la paroi intérieure de l'enveloppe 9 et le tube à décharges étant de 2 mm. environ. Le facteur de remplissage est dans ce cas de 0,5 environ. La quantité de chaleur cédée par le tube à décharges, est, par conséquent, sensiblement inférieure à celle cédée par un tube de forme allongée et des mêmes dimensions. En outre, le tube à un encombrement réduit de sorte qu'il constitue une source de lumière de très grande intensité. En outre, il est moins sen- sible aux variations de la température du milieu ambiant.
Les figures 3 et 4 montrent un tube à décharges 10 en U comportant deux branches parallèles, d'un diamètre de 22 mm. dont l'écartement mutuel est de 2 mm. environ. Sur la partie courbe du tube s'appuie un étrier métallique demi- circulaire 11 (représenté en détail sur la figure 5) muni d'un @
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fil d'alimentation 12 et faisant office d'électrode d'amor- çage. L'enveloppe 13 à double paroi a une section transversale en forme d'ellipse (figure 4). Le grand axe et le petit axe de la paroi intérieure de l'enveloppe ont, respectivement, une longueur de 52 et de 31 mm., le facteur de remplissage étant de 0,6 environ.
Les tubes à décharges représentés sur les figures, ainsi que les enveloppes 9 et 13 peuvent être montés dans une douille d'une manière convenable non-représentée. Il est avantageux de fermer l'espace compris au sommet entre les tu- bes et les enveloppes à l'aide d'une matière calorifuge, par exemple de l'amiante.