<Desc/Clms Page number 1>
Lampe électrique à incandescence comportant un corps incandes- cent réfractaire.
La durée de service d'une lampe à incandescence à corps incandescent réfractaire est déterminée principalement, pour une'charge donnée, par la vitesse à laquelle la matière constitutive du corps incandescent se vaporise.
Le corps incandescent d'une lampe à incandescence usuelle est un filament chauffé par le courant électrique qui le parcourt. Du fait que le filament n'est pas exactement cylindrique, il comporte des parties qui sont plus épaisses que les autres. La température de service des parties relati- vement minces est alors supérieure à celle des parties plus @
<Desc/Clms Page number 2>
épaisses de sorte que ces dernières parties se vaporisent moins fortement. Comme la vitesse de vaporisation est pro- portionnelle à environ la quarantième puissance de la tempé- rature absolue, il est clair qu'aux points relativement min- ces la vaporisation a lieu à une vitesse telle qu'à la fin de la vie de la lampe le diamètre des parties relativement épaisses n'est réduit que légèrement.
Aussi, pour la lampe normale à atmosphère gazeuse le pourcentage de vaporisation, c'est-à-dire le pourcentage en poids du filament qui s'est vaporisé à la fin de la durée de service, n'est que de 2 à 4%. Si l'on pouvait chauffer le corps incandescent de façon plus uniforme, par exemple par chauffage indirect, il serait possible d'atteindre un pourcentage de vaporisation bien plus élevé et, par conséquent d'augmenter considérable- ment la charge de la lampe, et par suite l'économie.
La lampe électrique réalisée conformément à l'in- vention comporte un corps incandescent établi en une ma- tière dont le point de fusion est supérieur à 3000 K et cons- titué par un corps creux qui forme une enveloppe opaque d'une chambre de décharge ayant une capacité de décharge as- sez élevée pour que le corps chauffé de façon indirecte, au moins la partie la plus chaude, rayonne une quantité d'éner- gie totale d'au moins 80 watts par cm2.
L'utilisation d'un corps incandescent creux et chauffé de façon indirecte présente l'avantage que la tempé- rature du corps ne dépend plus de la section. Sur toute sa surface le corps se vaporise d'une façon bien plus uniforme de sorte que théoriquement on peut atteindre un pourcentage de vaporisation de 100%. En pratique il est impossible:de réaliser un tel pourcentage parce qu'on doit toujours tenir compte de variations locales dans l'épaisseur de la paroi, variations'qui se révèlent au cours du fonctionnement par
<Desc/Clms Page number 3>
un éclatement local de la paroi. Vis-à-vis des lampes nor- males, le haut pourcentage de vaporisation permet d'obtenir, pour une charge donnée de la lampe une durée de service bien plus longue.
Inversement, pour une même durée de service donnée, il est possible de porter la charge de la lampe, c'est-à-dire la température du corps incandescent et, par conséquent, l'économie, à une valeur bien plus élevée. De plus, la lumière émise par la lampe pr.ésente un spectre con- tinu.
On connaît déjà des modes de construction dans les- quels un corps métallique est disposé à l'intérieur d'un tube à décharges. Ce corps est transparent ou perforé et, porté à l'incandescence, il sert à ajouter un spectre continu au spectre linéaire de la lumière produite par la décharge.
Le corps métallique ne forme donc pas une enveloppe opaque du trajet de décharge mais il sert plutôt à améliorer par son incandescence la lumière rayonnée par la décharge. Dans la lampe qui fait l'objet de l'invention la décharge sert exclusivement au chauffage du corps incandescent. La lumière de la décharge demeure complètement ou sensiblement invisible.
Le corps incandescent creux peut présenter la forme d'un tube, d'une sphère, d'un ellipsoïde ou analogue. Le corps peut être en tungstène, en rhénium, en un carbure ou azoture réfractaire ou en une matière analogue. Si l'on veut établir le corps incandescent en tungstène, on prépare celui- ci en phase gazeuse sur un noyau réfractaire, par exemple, en molybdène, ce qui peut être effectué dans une atmosphère de WCl6 ou de WCl6 + H2. Si 1?on part d'un noyau constitué par un cristal unique, par exemple du molybdène monocristal- lin, le corps incandescent préparé sur ce noyau, consiste éga- lement en un cristal unique. Un corps de ce genre est plus
<Desc/Clms Page number 4>
imperméable aux gaz et peut mieux résister à des pressions qu'un tube constitué par plusieurs cristaux.
Pour le rhé- nium les procédés utilisés sont analogues à ceux décrits pour le tungstène. Si l'on veut établir le corps incandes- cent en carbure tantalique on peut réaliser ceci d'une ma- nière analogue en le préparant en une phase gazeuse consistant en du chlorure tantalique, du méthane et de l'hydrogène. Si l'on veut établir le corps en azoture borique, il doit être produit par pressage.
La décharge peut avoir lieu en présence d'un gaz inerte tel que l'argon, le néon ou l'hélium ou d'une vapeur d'un métal tel que le mercure, le thalium, le plomb ou le cadmium ou bien d'un mélange de gaz et de vapeur.
Comme au cours du fonctionnement de la lampe le corps incandescent atteint une température élevée, il doit être placé dans une atmosphère inerte. On peut utiliser à cet effet les gaz usuels tels que l'azote, l'argon, le krypton ou le xénon ou leurs mélanges sous une pression infé- rieure ou supérieure à 1 Atm. Il est aussi possible, toute- fois, de disposer le tube en tungstène à l'intérieur d'un récipient en verre ou en quartz qui contient, en plus d'un gaz inerte, par exemple de l'argon, une goutte ou un morceau d'un métal tel que le mercure ou le cadmium. Lorsque le métal se vaporise il se produit dans ce récipient une atmosphère sous pression élevée qui entrave fortement la vaporisation du tungstène.
Pour simplifier ce dernier mode de réalisation, il est aussi possible de disposer le corps incandescent à l'in- térieur d'un tube à décharges de telle façon que ce corps entoure complètement la décharge à la manière d'un écran sans
<Desc/Clms Page number 5>
que la communication libre entre le creux du corps'incan- descent et l'intérieur du tube à décharges en soit suppri- mée. Notamment dans ce cas il est avantageux d'établir le corps incandescent en carbure tantalique. Si le corps in- candescent est disposé à l'intérieur d'une ampoule remplie de gaz ou de vapeur sous pression élevée, il est avantageux d'entourer cette ampoule d'une seconde ampoule.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple, quel- ques modes de réalisation.
La figure 1 représente un corps incandescent sui- vant l'invention comportant une paroi tubulaire en tungstène.
La figure représente un corps incandescent réali- sé conformément à l'invention et présentant la forme d'un ellipsoïde.
La figure 3 montre une lampe à incandescence sui- vant l'invention comportant deux chambres complètement sé- parées l'une de,l'autre.
La figure 4 représente une lampe à incandescence suivant l'invention qui ne comporte qu'une seule chambre.
La figure 5 représente une lampe à incandescence suivant l'invention munie d'un corps incandescent analogue â celui de la figure 1.
Le corps incandescent représente sur la figure 1, est constitué par un tube cylindrique 10 en tungstène scel- lé aux extrémités dans un verre sensiblement exempt d'alcali et auquel est scellé à son tour du quartz 11 à travers le- quel passent les électrodes 12 et 13 en tungstène également par l'intermédiaire du verre exempt d'alcali mentionné ci- dessus. Les électrodes peuvent être revêtues de la manière usuelle.d'une matière à fort pouvoir émissif -électronique.
<Desc/Clms Page number 6>
La figure 2 représente un corps incandescent si- milaire mais qui diffère en ce que le corps creux 14 pré- sente la forme d'un ellipsoïde. Aux extrémités, ce corps est également scellé dans du verre pouvant très bien résister à la chaleur. Dans ce cas également des électrodes 12 et 13 en tungstène passent vers l'extérieur.
Le corps en tungstène sert d'enveloppe pour la décharge établie entre les électrodes. Ce corps est chauffé à l'incandescence par la décharge et émet alors de la lumière.
La lumière de la décharge est invisible ou à peu près invi- sible en raison de l'opacité du corps en tungstène. La dé- charge sert ici à chauffer le corps creux en tungstène et cela de telle façon qu'aux points les plus chauds le corps rayonne une quantité totale d'énergie d'au moins 80 watts par cm2.
Si la lampe à incandescence est établie pour des tensions faibles, il est possible de remplir la chambre entourée par le corps incandescent, d'un gaz rare, par exem- ple du néon, de l'argon, du krypton ou du xénon sous pression élevée. Il est aussi possible d'introduire dans cette cham- bre une goutte ou un morceau d'un métal tel que le mercure, le cadmium, le thallium ou le plomb, qui se vaporise au cours du fonctionnement de la lampe. Il est nécessaire de prévoir, en plus de ce métal, un gaz, par exemple, de l'ar- gon, sous pression faible.
Selon un mode de construction réalisé en pratique, le tube en tungstène de la figure 1 a un diamètre interne de 2 mm et un diamètre externe de 3 mm. La longueur du tube est de 14 mm et les électrodes 12 et 13 sont disposées à l'inté- rieur du tube à une distance de 8 mm l'une de l'autre. Le corps incandescent contient-une goutte de mercure et de l'ar-
<Desc/Clms Page number 7>
gon sous faible pression. Pour une tension alternative de l'arc de 30 volts et pour un courant de 5 ampères la va- peur acquiert une pression de 1 atm. environ. Pour une dé- charge ainsi produite un tube en tungstène rayonne en moyenne sur toute sa surface une quantité totale d'énergie de 100 watt/cm2.
Si l'on veut obtenir des rayonnements d'énergie encore plus forts, on peut utiliser comme source de chauffage une décharge à vapeur de mercure sous pression éle- vée, par exemple une pression supérieure à 10 atm.
Le verre destiné au scellement des électrodes en tungstène, peut être un verre pratiquement exempt d'alcali et dont le coefficient de dilatation linéaire est compris entre 10.10-7 et 30.10-7. ce verre pouvant avoir, par exem- ple, la composition suivante:
83.1% SiO2
6. 1% B2O3
7. 1% Al2O3 3.7% CaO
Ce verre sert à entourer les conducteurs d'alimenta- tion des électrodes; il adhère très bien au tungstène et garantit un passage hermétique de ces conducteurs. Aux extr.é- mités, le tube en tungstène est également muni d'un rebord constitué par le verre précité et auquel le quartz est en- suite soudé par fusion.
La figure 3 montre le corps incandescent de la figu- re 1 qui est scellé dans une ampoule .20 en quartz ou en verre dur. Dans ce mode de construction également on a utilisé le verre précité pour la sortie des électrodes en tungstène.
L'espace compris entre l'ampoule 20 en quartz et le corps in- candescent 10 en tungstène peut être rempli d'un gaz indif- férent à l'action du tungstène, par exemple de l'azote, de
<Desc/Clms Page number 8>
l'argon, du krypton ou du xénon, ou des mélanges de ces gaz. Il est aussi possible de prévoir dans cet espace, en plus d'un gaz rare, une goutte ou un morceau d'un métal tel que le mercure ou le cadmium. Au cours du fonctionnement, ce métal se vaporise et produit une atmosphère indifférente à l'action du tungstène.
La figure 4 représente une lampe dont la construc- tion diffère de celle de la lampe de la figure 3. Dans ce mode de construction, le coprs incandescent est constitué par un cylindre 21 en carbure tantalique qui est supporté, au moyen de doigts 22 en tungstène, dans des rainures 23 prévues dans une ampoule en quartz 24. Aux extrémités de cette ampoule, les électrodes 25 et 26 en tungstène entrent dans cette dernière également à travers du verre spécial dé- crit ci-dessus, ces électrodes étant disposées de façon que la lumière de la décharge soit arrêtée presque complètement par le cylindre opaque 21. Ce cylindre devient incandescent par suite du chauffage par la décharge et émet de la lumière.
L'espace à l'intérieur de l'ampoule 24 peut être rempli d'un gaz rare ; peut prévoir, en outre, une goutte d'un métal tel que le mercure ou un des autres métaux précités.
La figure 5 représente une lampe à incandescence comportant une ampoule 27 de construction normale. A l'in- térieur ae l'ampoule est disposé un corps incandescent ana- logue à celui de la figure 1, qui est supporté au moyen de fils conducteurs 28 et 29. L'ampoule 27 peut être remplie d'un gaz inerte tel que l'azote, l'argon, le krypton, le xénon ou un mélange de ces gaz. Au lieu du corps incandescent de la figure 1, on peut aussi monter à l'intérieur de l'am- poule une lampe à incandescence analogue à celle représentée sur les figures 3 et 4.
<Desc/Clms Page number 9>
Lorsque'la lampe est mise en fonctionnement, il y a danger que la décharge s'établisse partiellement entre les électrodes et la paroi du corps incandescent. Pour éviter ceci, on peut s'y prendre de plusieurs façons. On peut recouvrir le corps incandescent intérieurement d'une matière pouvant résister à la chaleur, par exemple, un oxyde rfrac- taire possédant des propriétés d'isolement, tel que l'oxyde de thorium ou le carbure tantalique. Il est aussi possible. de donner à l'extérieur du corps une forme convexe, par exemple, celle d'une sphère ou d'un ellipsoïde, ce qui a pour résultat que l'arc saute moins rapidement sur la paroi.
Finalement il est possible d'établir le corps incandescent en une matière mauvaise conductrice de l'électricité telle que le carbure tantalique ou l'azoture borique.
Pour pouvoir être raccordées au réseau d'éclaira- ge ou à une autre source de courant, les lampes de la cons- truction indiquées ci-dessus doivent être connectées de la manière connue en série avec une impédance, par exemple une bobine de réactance.