<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS A DECHARGE PAR ARC.
La. présente invention est relative de façon générale aux dispo- sitifs à décharge par arc concentré, y compris lampes à arc, redresseurs, etc.. du type décrit dans le brevet 939.374 et fonctionnant avec une décharge par arc fortement concentrée, par opposition à la décharge diffusée ou à lueur, sous faible pression; elle a trait plus particulièrement à une lampe à arc per- fectionnée du type décrit dans le brevet précité, lampe susceptible particuliè- rement de fonctionner à Pair libre.
Dans les dispositifs à arc concentré conformes au brevet précité, l'anode peut être composée d'un métal ou alliage approprié dissipant la chaleur qui s'y dégage sans s'échauffer assez pour se vaporiser ou produire un rayonne- ment considérable par son incandescence propre ;
on utilise le tungstène, le tan- tale et le molybdène, et de préférence ce dernier, à cause de leur point de fu- sion élevée Dans une lampe de ce genre, la cathode comprend généralement un support de la matière cathodique active, ce support étant constitué par un fil ou tube métallique à point de fusion élevé et à bonne conductibilité électrique et thermique, le métal étant par exemple du tantale, du tungstène, du molybdè- ne, etc... L'une des extrémités du support contient une substance active for- mant électrode et comprenant deux couches superposées;
la couche sous-jacente est formée d'un composé métallique dont le point de fusion est beaucoup plus élevé que celui du métal de base, lequel est fortement émetteur d'électrons aux températures très élevées auxquelles le dispositif fonctionne, mais n'a pas, à température basse, des qualités émissives assez bonnes pour émettre des élec- trons en quantité suffisante à entretenir un arc à haute densité de courant jusqu'à ce que le métal ait atteint sa température d'incandescence, laquelle est bien supérieure à la température de fusion du métal qui forme le composé.
Somme composé métallique, on utilise de préférence de l'oxyde de zirconium ou de hafnium.
Lorsqu'on utilise, par exemple, l'oxyde de zirconium, on bourre gé- néralement l'oxyde en poudre dans une cavité pratiquée dans la cathode; ensui- te, on insère le tout dans une enceinte en verre, qui peut être celle de la lam- pe, puis on y fait le vide et on chauffe l'électrode pour dégazer ses divers
<Desc/Clms Page number 2>
éléments, après quoi on remplit l'enceinte d'un gaz, de préférence l'argon, iner- te par rapport à la matière, qui constitue--les électrodes;
on forme alors la cathode en faisant jaillir un arc entre l'anode et l'oxyde afin d'élever la tem- pérature de cet oxyde, sur sa surface, jusqu'à environ 3000 C L'oxyde fondu qui coule sur la surface s'agglomère de lui-même à la partie interne de la mas- se métallique, en formant une surface lisse et vitreuse à l'extrémité de la ca- thode
A l'état fondu, et sous l'effet du bombardement ionique intense de l'arc, une partie de l'oxyde de zirconium sd réduit ou se décompose en zirco- nium métallique, et forme à la surface de la cathode une pellicule fondue très fine de ce métal.
Le zirconium métallique est un meilleur émetteur d'électrons à haute température que son oxyde; il a également une température de fusion in- férieure. Par suite, dès que la pellicule superficielle fine de zirconium mé- tallique s'est formée, la température de la cathode diminue légèrement; l'oxyde sous-jacent se solidifie et supports à sa surface la pellicule de métal fondu.
C'est cette pellicule de métal fondu qui est la source principale du rayonnement visible de la lampe. Une fois que la pellicule s'est formée lors de la fabri- cation, elle continue à se chauffer et à devenir incandescente quand on allume de nouveau la lampe. Elle est si mince que la tension superficielle la maintient sur la couche d'oxyde, si bien que l'on peut allumer la lampe- dans une position quelconque.
Pour autant qu'on puisse le déterminer, la pellicule superficielle activa à une épaisseur de l'ordre de quelques molécules quand elle se forme; si on peut lui conserver en service sa faible épaisseur, elle constitue une source lumineuse beaucoup plus efficace, é ant donné que la brillance par watt est bien plus élevée. Dans les réalisations antérieures, la réduction de l'o- xyde de zirconium ou de hafnium à la surface libérait 1-'oxygène, et une partie 'appréciable de cet oxygène libéré se combinait au molybdène, tantale, tungstè- ne ou autre matière oxydante de l'anode et de la cathode.
Comme le métal de ses électrodes absorbait l'oxygène libéré à -La surface de la cathode, l'oxyde sous-jacent continuait à se réduira à travers la couche d'oxyde quand on utili- sait la lampe, en produisant une couche toujours plus épaisse du métal de base.
Quand l'épaisseur de cette couche augmentait, la valeur calorifuge de la struc- ture sous-jacente diminuait, et la couche de métal présentait une conductibili- té themique plus forte -vars la paroi latérale du tube formant la cathode, si bien que,, pour une même puissance, la suface du. point incandescent fortement chauffée de la surface diminait.
Dans un mode de réalisation proposéon maintenait pratiquement un état d'équilibre entre la souche d'xyde sous-jacent et la pellicule superficiel- le en produisant une recombinaison de l'oxygène libéré à la surface, ou prove- nant d'une source autre que l'atmosphère, avec le zirconium ou hafnium métalli- que de la surface, afin d'éviter que la réduction de l'oxyde sous-jacent se con- tinue. La réaction réversible entre le métal et l'oxygène libre permettait de maintenir pratiquement un équilibre entre la réduction de l'oxyde sous-jacent et l'oxydation du métal de serface, si bien que l'épaisseur de la pellicule de zirconium ou hafnium très chaud n'augmentait pas constamment par réduction de 1-'oxyde sous-jacent.
On maintient cet équilibre d'oxygène, en prévoyant à la surface de la cathode une quentit1é d'oxygène libre susceptible de se combiner, d'une partaux atome de zirconium ou hafnium libre qui ont emmagasiné assez d'énergie pour quitter la surface de la cathode et se trouvent dans l'arc au voisinage immédiat de cette surface, et, d'autre part, à la pellicule métalli- que fortement chauffée de la surface active, ce que l'on facilitait en réali- sant l'électrode plane et la cathode en un métal ou alliage pratiquement exempt de tendance à oxydation progressive à la température de fonctionnement de la lampe.
Cela permettait de faire fonctionner la lampe àarc concentré à l'air libre, étant donné que l'oxygène de .air peut se combiner avec les atomes li- bres et avec la pellicule métallique superficielle active, le zirconium ou haf- nium fortement chauffé ayant une grande affinité pour l'oxygène.
On utilisait- de préférence l'oxyde de zirconium ou de hafnium com- me matière de remplissage de la cathode du dispositif à arc. Cependant, un tel oxyde n'est conducteur de l'électricité que lorsqu'il est chauffé au rouge som-
<Desc/Clms Page number 3>
bre,ou au-dessus. Il était donc parfois difficile de faire jaillir un arc en- tre ces électrodes lorsqu'elles étaient froides, bien que l'on amorce l'arc à l'aide d'une impulsion à forte tension produite par la combinaison d'une bobi- ne d'arrêt et d'un interrupteur sous vide.
Quand on utilisait l'oxyde dans les électrodes, il fallait généralement produire d'abord l'arc jusqu'au tube métal- lique extérieur; la chaleur de cet arc faisant alors croître la température de l'oxyde jusqu'à une valeur où il devenait conducteur, si bien que l'arc jaillis- sait à ce moment de la surface de l'oxyde. On a tenté d'ajouter à l'oxyde une substance qui le rende conducteur à froid, pour que l'arc puisse jaillir direc- tement depuis l'oxyde quand on mettait la lampe en service, et on a mélangé au remplissage d'oxyde un certain nombre de substances telles que le carbone, le carborundum et d'autres substances à conductibilité électrique, afin d'essayer de rendre cet oxyde conducteur à froid.
Ces substances s'éliminaient rapide- ment du mélange en brûlant ou bien "empoisonnaient" l'oxyde de sorte qu'il ne maintenait plus un arc de type normal. Une' autre difficulté rencontrée avec un remplissage d'oxyde était sa mauvaise adhérence au tube extérieur; en servi- ce, il .arrivait parfois que la bavure d'oxyde fondu qui se forme à l'extrémité de l'électrode pendant le fonctionnement de l'arc se casse.
La présente invention a pour objet un dispositif à décharge par arc concentré du type sus-mentionné, ainsi qu'une électrode pour ce dispositif, dans laquelle on évite les effets indésirables précités, et qui convient particuliè- rement au fonctionnement à l'air libre.
Elle a également pour objet une lampe à arc concentré du genre indi- qué, lampe dans laquelle on maintient sur la surface de la cathode une pellicu- le extrêmement mince de la matière émissive pendant un fonctionnement continu prolongé de la lampe, et dans laquelle la réduction progressive du remplissage d'oxyde n'intervient plus.
Elle a encore pour objet une lampe à arc concentré pouvant fonction- ner à l'air libre et présentant une très grande brilliance au début et pendant l'existence de la lampe.
Elle vise en outre à permettre de réaliser initialement la matière de remplissage de l'électrode par le métal de base qui forme la pellicule super- ficielle active, cette pellicule étant cependant supportée par une couche sous- jacente mince d'un oxyde du métal, l'oxydation progressive du métal de base au- dessous de la couche d'oxyde étant, en outre,.diminuée ou supprimée.
'Elle a trait de plus à des dispositifs appropriés permettant de don- ner et de conserver à l'arc une position voulue entre les électrodes.
Elle vise enfin à une organisation perfectionnée qui détermine et maintient automatiquement un espacement voulu entre les extrémités voisines des électrodes d'un dispositif à décharge par arc.
On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description d'un certain nombre de modes de réalisation,donnés uniquement à titre d'exem- ples en relation avec le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 montre en élévation une lampe à courant alternatif à forte puissance pouvant fonctionner à l'air libre, cette lampe comportant, dans ce cas deux électrodes disposées sur un axe horizontal commun, et compre- nant un dispositif faisant tourner les électrodes autour de cet axe et les maintenant automatiquement à la distance correcte pendant le fonctionnement;
La figure 2 représente en élévation une lampe fonctionnant à l'air libre sous forte puissance, lampe dans laquelle les électrodes se trouvent sen- siblement perpendiculaires l'une à l'autre, un dispositif magnétique contrôlant automatiquement la position de l'arc, et une organisation maintenant automati- quement l'espacement correct des électrodes ;
La figure 3 est une vue partielle du dispositif magnétique qui dé- termine la position de l'arc, vue faite par 3-3 de la figure 2;
La figure 4 montre certains détails du montage des électrodes, ain- si qu'un dispositif facilitant leur enlèvement de leurs supports;
<Desc/Clms Page number 4>
La figure 5 est une vue partielle, à plus grande échelle, de l'une des électrodes, et montre la couche superficielle active rendue solidaire de . l'extrémité du support métallique de cathode;
La figure 6 est une coupe longitudinale de l'électrode de la figu- re 5 et montre sa composition interne;
La figure 7 représente le circuit de fonctionnement d'une lampe à courant alternatif et le dispositif qui détermine automatiquement la position de l'arc;
La figure 8 est un circuit de fonctionnement d'une lampe à courant alternatif et représente le dispositif qui maintient les électrodes à l'écarte- ment correct, en plus du dispositif déterminant automatiquement la position de l'arc ;
La figure 9 montre une variante du dispositif qui détermine la po- sition de l'arc dans une lampe à courant alternatif, et montre un dispositif à commande manuelle pour maintenir l'écartement correct entre les électrodes;
La figure 10 représente le circuit qui commande la position de l'arc de la manière que montre la figure 9, et montre en outre un autre circuit de mise en marche et de fonctionnement de la lampe; et, enfin,
La figure 11 montre le circuit qui permet de régler automatiquement la position de l'arc dans une lampe à courant continu conforme à l'invention, et représente également le circuit de mise en marche et d'entretien de cette lampe.
La figure 1 montre un mode de réalisation de lampe à grande puissan- ce, telle qu'on en utilise dans les projecteurs, les phares, etc...,cette lam- pe fonctionnant à l'air libre et étant alimentée par une source de courant al- ternatif. La lampe utilise deux électrodes 12, qui peuvent être de réalisation identique, si on le désire, et qui servent alternativement d'anodes et de catho- des pendant les alternances successives du courant d'alimentation, lequel peut avoir la tension et la fréquence usuelles. Dans ce mode de réalisation,les électrodes sont disposées suivant un axe horizontal commun et se font face dans l'appareil.
Chacune des électrodes 12 comprend un tube ou enveloppe métallique 14, cylindrique dans l'ensemble, tube qui, ainsi qu'on le voit sur la figure 4, est fermé à une extrémité et est rempli de la matière 15.constituant l'élec- trode, la pellicule superficielle fine de cette matière qui se trouve à l'extré- mité ouverte du tube étant indiquée par le chiffre de référence 16. L'envelop- pe 14 peut comporter une partie conique 14a bloquée dans un alésage conique du support métallique 18 de l'électrode. Grâce à une fente transversale 19 prati- quée dans le support, on peut introduire un outil w en forme de coin pour chas- ser l'électrode de ce support, afin d'en insérer une autre, lorsqu'on le juge utile ou nécessaire.
Chaque électrode peut être aussi longue qu'on l'a indi- qué et avoir par exemple plusieurs centimètres dans les lampes de grandes di- mensions, afin de compenser l'usure de son extrémité active qui disparaît len- tement par érosion sous l'effet de l'arc à forte intensité.
Les figures 5 et 6 sont des vues partielles, fortement agrandies, de l'une des électrodes 12. Cette électrode comprend une partie métallique tubulaire 14, dans laquelle on bourre le noyau 15 de la matière servant de cathode. Les premières électrodes expérimentales de ce genre utilisaient un tube 14 en platine, parce que ce métal peut être porté au rouge vif à l'air libre sans brûler. Cependant, le platine est beaucoup trop coûteux pour' être utilisé couramment de façon industrielle, aussi a-t-on essayé un certain nombre d'autres métaux de remplacement, métaux parmi lesquels se trouvent des aciers inoxydables et divers autres alliages ne présentant pratiquement pas de tendance à s'oxyder de manière progressive.
On a constaté que le platine, le palladium et le nickel donnent de meilleurs résultats; dans ce groupe, le ni- ckl s'est révélé intéressant en pratique parce qu'on peut se le procurer à faibles frais et qu'il est facile à travailler. Quand le nickel est soumis à des températures élevées en présence d'oxygène, il s'oxyde très lentement, mais la première pellicule mince d'oxyde qui se forme à sa surface Joue le rô-
<Desc/Clms Page number 5>
le d'un revêtement protecteur retardant l'oxydation ultérieure.
Comme matière de remplissage, on a d'abord essayé de la poudre de zirconium métallique, que l'on a comprimée dans le tube de nickel sous une pres- sion très élevée, puis que l'on a frittée au rouge vif dans une atmosphère d'ar- gon ou d'azote. On espérait que le noyau de zirconium solide ainsi formé adhé- rerait fortement au tube de nickel afin que, pendant que la lampe fonctionne, seule l'extrémité apparente du zirconium s'oxyde ; si cette couche d'oxyde était mince, l'étincelle d'amorçage pouvait la traverser jusqu'au zirconium métalli- que sous-jacent, en facilitant l'amorçcge.
Ces électrodes s'amorçaient facile- ment la première fois qu'on les utilisait, mais, après un certain nombre d'heu- res de fonctionnement, tout le zirconium métallique avait été transformé progres- sivement en oxyde, et les électrodes n'étaient pas meilleures que celles dans lesquelles on avait bourré immédiatement de l'oxyde.
On a constaté que, si l'on mélange la poudre de zirconium métalli- que avec une substance qui protège de l'oxydation tout le noyau de zirconium, à l'exception de son extrémité active, on peut empêcher le zirconium métallique qui se trouve au-dessus de la cou,che oxydée de s'oxyder progressivement. On a constaté que du nickel en poudre, en proportion d'environ une partie de nickel pour trois parties de poudre de zirconium métallique, donnait un mélange qui ne s'oxyde pas progressivement dans tout son volume, comme le fait le zirconium pur. Ces électrodes ne forment qu'unè mince couche 17 d'oxyde de zirconium (figure 6) à leur extrémité active, et le mélange conducteur sous-jacent 15, formé de nickel et de zirconium, subsiste et aide à l'amorçage de la lampe.
Les couches d'oxyde de zirconium adhèrent bien au tube en nickel 14 et au mé- lange métallique sous-jacent, et les électrodes qui utilisent ce mélange s'a- morcent facilement, fonctionnent bien et présentent des couches superficielles bien,adhérèntes. On passe d'abord la poudre:de zirconium au tamis à 325 mail- les pour être sur que le bourrage 15 ne comprend que des particules très fines de cette poudre, le diamètre de ces particules ne dépassant pas 50 microns et étant généralement encore inférieur,' de l'ordre de quelques microns. On broie également le nickel en.poudre très fine, de préférence aussi fine que la poudre de zirconium, ou plus.
On a encore constaté qu'on réalise une électrode encore meilleure avec une faible proportion de substance métallique, telle qu'un oxy- de qui peut résister à des températures élevées en présence d'oxygène sans se décomposer, qui est conductrice à froid, n'"empoissonne" pas et n'agit pas de manière nuisible sur le mélange de zirconium et de nickel, ou sur le fonction-, nement de la lampe.
La magnétite, qui est un oxyde de fer composé de Fe304, convient particulièrement bien, et on l'ajoute au mélange 15 de zirconium et de nickel.,La magnétite est, conductrice de l'électricité, même à froid et, comme c'est un oxyde, elle peut résister à des températures élevées, elle.sem- ble augmenter la conductibilité électrique à travers la couche fondue 17 d'oxy- de lorsque l'électrode est froide, et aider ainsi à l'amorçage. De préférence, après avoir bourré le mélange dans le tube 14 sous très 'forte pression, on le fritte dans une atmosphère d'argon ou d'azote; ce frittage n'est pas indispen- sable, mais il améliore l'adhérence Entre la masse 15 et le tube 14, ainsi que la propriété protectrice du nickel.
Une électrode qui comprend environ 87% de zirconium, à peu près 9% de nickel et 4% de magnétite donne d'excellents résultats, le mélange étant bourré dans les tubes de nickel avec une presse de quatre tonnes. On chauffe les électrodes par bombardement ionique dans une atmosphère d'azote jusqu'à en- viron 1000 C, température à laquelle il se produit une réaction dans la matiè- re du noyau, comme le montre une lueur subite que donne le mélange. Le chauf- fage et le frittage demandent environ trois minutes, après quoi le noyau est très dur, et les électrodes sont prêtes à l'emploi.
Il ne semble pas que les proportions exactes des métaux et de l'o- xyde du mélange formant le noyau soient impératives..Si, cependant, on utilise dans ce mélange plus de 40% de nickel, il se produit trop de fumée, et l'élec- trode s'use plus rapidement; si on utilise moins de 5% de nickel, on ne consta- te pas l'action protectrice de ce corps. Quant à la matière conductrice, tel- le que la magnétite, on peut en utiliser de 2% à 15%; si on en utilise plus de 15%, la brilliance de la lampe diminue et la vitesse d'érosion augmente ; si on
<Desc/Clms Page number 6>
en utilise moins de 2%, la lampe a de la peine à s'amorcer.
Quand on utilise de la magnétite, la bavure formée à l'extrémité de l'électrode a une couleur brûnatre; sinon, elle est en général grise, bien que parfois elle présente une couleur d'or due probablement à la présence de nitrure de zirconium dans la couche superficielle.
L'expérience a montré que le nickel en poudre (ou d'autres des mé- taux en poudre qui ont des propriétés.analogues intéressantes pour la mise en oeuvre de la présente invention) empêche pratiquement la poudre métallique de s'oxyder au-dessous de la couche d'oxyde 17, bien qu'il soit difficile de préci- ser les phénomènes exacts mis en jeu. Cela est dû essentiellement au fait que les particules du mélange 15 sont si minuscules que, même sous un microscope puissant, des coupes longitudinales des électrodes ne peuvent montrer clairement l'action précise qui se produit.
Cela peut résulter du fait que, à la tempéra- ture de frittage, les particules de nickel fondent et coulent sur les particu- les minuscules de zirconium en formant une couche protectrice qui empêché-ce zirconium de s'oxyder.' D'autre part, si l'on ne pratique pas de.. frittage dans la fabrication de l'électrode, on ne constate qu'une très faible oxydation progressive du zirconium sur les éprouvettes qui ont brûlé dans la lampe pendant plusieurs heures, bien qu'il soit possible que, lorsque la lampe fonctionne, la chaleur développée à l'intérieur de l'électrode suffise à fondre le nickel qui formerait une couche ou un revêtement très fin autour de chaque particule de zirconium, au moins au voisinage des couches superficielles 16 et 17.
Cer- tains des échantillons examinés au microscope comportaient certaines parties semblant montrer que les particules de nickel séparent l'une de l'autre les particules de zirconium, et empêchant ainsi l'oxygène de passer d'une particu- le de zirconium à la voisine, en rendant impossible l'oxydation progressive.
Cela peut encore provenir du fait qu'il se produit, entre le nickel et le zir- conium, un alliage empêchant l'oxydation progressive de se produire.
Il est évident que, l'électrode subissant une érosion lente pendant que la lampe fonctionne, la partie du zirconium qui est exposée à l'arc s'oxyde en maintenant la couche d'oxyde 17; mais la masse 15 placée au-dessous de cette couche d'oxyde 17 ne s'oxyde pas sensiblement plus. Puisque la masse 15 ne s'oxy- de pas et que le métal de la paroi 14 n'est pas sujet à une oxydation progres- sive, un bon contact électrique se maintient entre la masse 15 et la paroi' in- terne du tube 14, ce qui donne au courant de l'arc un passage à bonne conducti- bilité électrique.
Sur la figure 6, la masse 15 qui compose le noyau est un mélange de poudre de zirconium métallique, de poudre de nickel et de poudre d'oxyde de fer, ces poudres étant mêlées intimement par un broyeur à boulets puis frittée.
La couche 17 est une couche fondue relativement mince contenant des particules de nickel, ainsi que de l'oxyde de zirconium et de la magnétite à moitié fondue; cette couche adhère fortement au noyau 15 sous-jacent. Dans une lampe de 750 watts, le diamètre extérieur du tube 14 est d'environ 6 millimètres et l'épais- seur de sa paroi est d'à peu près 0,75 millimètre, ce qui donne un diamètre interne d'environ.4,5 millimètres. L'épaisseur de la couche 17 est d'environ 1,5 millimètre. La couche supérieure 16 est la pellicule mince de métal fondu qui se forme et devient fortement incandescente sous l'action de l'arc pendant que la lampe fonctionne,et qui comporte la couche superficielle active.
Ce- pendant, lorsqu'on coupe le courant d'excitation, la couche fine 16 de métal chaud s'oxyde si bien qu'à froid cette couche comprend- essentiellement l'oxyde de la couche 17 sous-jacente, à cela près que le nickel et la magnétite se sont volatilisés ou ont été consumés sous l'effet de l'arc et n'existent donc pas en proportion appréciable dans la couche superficielle.
En revenant à la figure 1, on voit que chacun des supports 18 est porté par un arbre métallique tournant 23. Autour de chacun de ces arbres, et en bon contact électrique avec lui, se trouve une pièce ou collier collec- teur métallique 20, auquel on fixe, par exemple, par soudure ou par des vis, les fils de sortie 13 de la lampe. Le collecteur est monté sur une pièce iso- lante 21,fixée elle-même sur un support 22, lequel est rendu solidaire d'une collerette 24 ménagée à la partie supérieure d'un tube vertical 25. L'extré- mité inférieure de ce tube est fixée sur le carter d'un petit moteur électri-
<Desc/Clms Page number 7>
que 26, qui est monté sur un chariot 27 susceptible de se déplacer sur des rails 28 du soubassement ou platine 29, de la manière qu'on décrira plus loin.
L'arbre 23 de l'électrode 12 de droits traverse une ouverture pratiquée dans un réflecteur 30 monté sur un support 31, lequel est rendu solidaire du sou- bassement 29. Ce réflecteur est de préférence parabolique et sert à projeter des rayons lumineux parallèles dans le sens qu'indiquent les flèches, le faisceau lumineux projeté venant principalement de la pellicule superficiel- le 16 fortement incandescente de l'électrode de gauche qui fait face au réflec- teur, bien qu'une certaine quantité de lumière soit projetée directement par la pellicule superficielle incandescente de l'électrode de droite.
Si on le désire, et ainsi qu'on l'a montré sur la figure 1, on peut faire tourner continuellement les électrodes autour de leurs axes longitudinaux pendant que la lampe fonctionne afin de centrer -convenablement les points lu- mineux des surfaces activées de ces électrodes. Dans ce but, un manchon d'ac- couplement 34. isolant électriquement, relie chacun des arbres 23 à une tige 33 montée dans un palier 35 que porte le support 22. Dans chaque tube 25 passe un arbre 36 qui sert à entraîner cette tige 33 par l'intermédiaire d'engrenage coniques 37, afin de faire tourner l'électrode 12 autour de son axe horizontal.
Chacun des arbres 36 est mû par le petit moteur 26 qui lui correspond et qui peut être soit à courant continu, soit à courant alternatif; ainsi, les élec- trodes tournent à la vitesse voulue autour de leur axe horizontal commun, et en sens inverses l'une par rapport à l'autre. Cette vitesse peut être très fai- ble, par exemple d'un tour à la minute, et ne doit pas être assez élevée pour produire une force centrifuge appréciable, appliquée sur les surfaces actives des électrodes, ou bien pour faire tourner l'arc. Une bavure symétrique d'oxy- de se forme et se maintient de cette façon sur chaque électrode, et la position du point lumineux de chacune se stabilise.
La figure 1 représente également un dispositif permettant d'amener les électrodes en contact pour amorcer l'arc et de les maintenir à la distance correcte l'une de l'autre pendant que la lampe fonctionne. Ce dispositif est basé sur une action différentielle entre la tension instantanée de l'arc, c'est- à-dire la chute de tension dans l'arc, et son intensité instantanée. On a es- sayé d'utiliser des bobines tension-intensité équilibrées, mais, par suite de leur non-linéarité, la commande était imprécise, par ailleurs, leurs armatures massives entraînaient des problèmes d'oscillation autour d'une position moyen- ne, problèmes difficiles à résoudre. On a cependant réalisé une commande satis- faisante en utilisant comme élément détecteur d'équilibre, un petit moteur di- phasé.
Ce moteur représenté en 41 sur la figure 1, fait tourner dans un sens ou dans l'autre l'arbre 39 qui tourillonne dans un palier 40, fixé au soubasse- ment 29. Cet arbre. comporte des parties filetées 39a et 39b en prise avec des taraudages pratiqués dans les chariots 27, les filetages étant à droite et à gauche pour que) lorsque le moteur 41 tourne dans un sens, les chariots, et, par suite, les électrodes, se rapprochent, et que, quand le sens de rotation du moteur s'inverse, les chariots, et les électrodes que ces derniers portent, .s'éloignent l'un de l'autre. 'Le moteur fait avancer les électrodes jusqu'à ce qu'elles se touchent, et l'impulsion d'amorçage à haute tension fait jaillir l'arc; lorsque l'arc est établi, le moteur éloigne les électrodes jusqu'à la distance convenable au bon fonctionnement, puis il s'arrête.
L'écartement con- venable entre les électrodes'est en général égal à une ou deux fois leur diamè- tre extérieur. Les électrodes s'usent lentement, et le moteur de commande les fait avancer pour conserver leur écartement et la position du point lumineux.
Le circuit de commande du moteur, représenté sur la figure 8, sera décrit en relation avec le mode de réalisation montré sur la figure 2.
Une caractéristique importante de l'organisation des électrodes réside dans le fait que la lampe peut fonctionner à l'air libre; quand elle fonctionne de cette :manière,; la chute de la tension qui la traverse est de l'ordre de 50 à 150 volts, suivant l'intensité du courant qui traverse la lam- pe et l'espace entre électrodes en suivant l'arc, ce qui diminue sensiblement les-pertes que provoquaient antérieurement les résistances ballast ayant les dimensions nécessaires pour des lampes à chute de tension relativement faible et alimentées par une source de 110 volts.
De plus, quand la lampe fonction- ne à l'air, sa brilliance est fortement accrue; une lampe au zirconium métal-
<Desc/Clms Page number 8>
lique donne de 100 à 132 bougies par millimètre carré, suivant ses dimensions, ce qui est à peu près le double de la brilliance d'une lampe à arc concentré à oxyde de zirconium placée dans une ampoule à remplissage gazeux d'argon ou d'un autre gaz analogue. Cette augmentation de brilliance provient probablement de l'énergie que fournit l'oxydation des atomes de zirconium que l'arc a réduits dans la couche fine d'oxyde de la surface active de l'électrode.
Il semble qu'un état d'équilibre s'établisse sur la surface de l'électrode, ou très près de cet- te surface, entre l'oxyde de zirconium, le zirconium métallique que l'arc a ré- duit à partir de l'oxyde et le zirconium métallique qui s'oxyde sur la surface de l'électrode. Les mêmes effets et avantages se présentent quand la matière qui constitue l'électrode est du hafnium et que la lampe fonctionne à l'air ; une lampe de 25 watts a une brilliance de 172 bougies par millimètre carré, au lieu de 100 bougies avec l'oxyde de hafnium fonctionnant dans l'argon.
Une électrode ayant un diamètre d'environ 6 millimètres, du type décrit, fonctionnant sous tension alternative dans une lampe de 750 watts s'u- se à raison d'environ 0,25 millimètre ou moins par heure de fonctionnement de la lampe; étant donné que dans une enveloppe 14 on peut bourrer plusieurs cen- timètres d'électrode, la vis de la lampe atteint plusieurs centaines d'heures, même pour des lampes de grandes dimensions. Dans les petites lampes, l'usure des électrodes est beaucoup plus faible, et on peut compter pour la durée de ces petites lampes de mille à deux milles heures.
On avait pensé d'abord qu'avec des électrodes fonctionnant à l'air sous courant alternatif, il n'y aurait pas de perte appréciable de zirconium ou de hafnium,, suivant le métal utilisé, pendant que la lampe fonctionnait. Ce- ci a semblé être confirmé par les essais qùi n'ont montré aucune perte de poids pendant les premières heures de combustion. Des mesures plus poussées ont mon- tré que les électrodes gagnent d'abord du poids,, puis en perdent. Le gain pro- vient de l'oxygène prélève dans l'air pour former la couche d'oxyde; mais, une fois que cette couche s'est formée complètement le poids diminue à raison d'en- viron 0,05 gramme par heure pour une électrode de 6 millimètres utilisée dans une lampe de 750 watts.
Cette perte provient probablement en partie de l'uti- lisation du courant alternatif; le mécanisme de la récupération par ionisation et attraction des atomes de zirconium ou de hafnium qui s'échappent est proba- blement gêné jusqu'à un certain point par le fonctionnement sous courant alter- natif. Les inversions de courant, et les passages par un courant nul pendant les alternances du courant donnent aux atomes de zirconium ou de hafnium plus de chances de s'échapper de la région des électrodes. Quelle que soit la cau- se, la vitesse d'usure des électrodes conformes à l'invention est bien inférieu- re à celle des électrodes comparables connues fonctionnant à l'air.
Un charbon d'arc ordinaire a une longueur d'environ 25 centimètres, et, quand on l'utili- se sous des courants ayant une grandeur comparable à celle que les électrodes conformes à la présente invention laisse passer, il a une durée d'environ une heure, alors qu'une électrode conforme à l'invention a une vie de centaines d'heu- res, et souvent plus,
La figure 2 représente un mode de réalisation utilisable avec des lampes à grande puissance, et dans lequel les électrodes 12 font entre elles un angle d'environ 90 , ainsi qu'on l'a montré, afin de laisser passer libre- ment la lumière. Cette dernière, qui vient essentiellement de la surface ac- tivée 16 de l'électrode horizontale, traverse un condensateur 44, puis une fen- te 45 et une lentille de projection 46.
On peut faire tourner les électrodes, en gros, de la même manière que dans l'organisation de la figure 1 afin de cen- trer convenablement les points lumineux sur les surfaces activées 16 de ces é- lectrodes;le montage de la figure 2 permet d'obtenir ce résultat sans que le mécanisme de rotation des électrodes se trouve dans le champ de projection de la lumière.
Les éléments de la figure 2, qui sont identiques à ceux de la figu- re l, ont été identifiés par les mêmes chiffres de référence, et ceux qui ont des rôles analogues à ceux de la figure l, mais dont la réalisation est diffé- rente, ont été indiqués par les mêmes chiffres de référence accompagnés du si- gne "prime". Les moteurs 26 faisant tourner les électrodes sont montés chacun sur des supports coulissants%47., dont l'un s'appuie sur la face.supérieure d'un
<Desc/Clms Page number 9>
châssis de support 50 et dont l'autre est monté sur le flanc vertical de ce châssis.
Chacun des supports comporte une patte 48 traversant une fente 49 pratiquée dans le châssis 50, cette patte étant taraudée pour un arbre file- té 51 de manière qu'en tournant dans un sens ou dans l'autre les arbres dépla- cent les supports de telle sorte que L'espace qui sépare les extrémités des électrodes augmente ou diminue. Des pignons coniques 52 relient ces deux ar- bres, et l'arbre vertical est entraîné par un petit moteur diphasé 41 qui est commandé comme on le verra plus loin, afin de maintenir l'écartement désiré en- tre les électrodes.
On voit que l'arc qui jaillit entre les surfaces actives des élec- trodes doit suivre un trajet incurvé; cependant, il tendrait par moments à se concentrer sur les bords les plus rapprochés des électrodes-et,, à d'autres mo- ments, à s'élever sous l'effet des courants de convection, et également lors- qu'il devient trop long. Pour éviter ces deux tendances, on prévoit un élec- tro-aimant qui comprend une bobine 54, montée en série avec les électrodes de la lampe, et un aùtre électro-aimant 55 placé en parallèle avec ces électrodes, l'ensemble étant monté sur un bâti isolant 56 fixé au châssis 50.
L'enroule- ment 54, qui est l'enroulement d'intensité, est bobiné sur un noyau rectiligne 57 en matière aimantable, et l'enroulement 55 est bobiné sur un noyau aimanta- ble en forme de U et présentant deux bras saillants 58, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3. L'électro-aimant 54, monté en série avec les électrodes, peut comprendre, par exemple, 200 ampères-tours pour une lampe de 750 watts, et le second électro-aimant 55, branché entre les électrodes en parallèle avoir, par exemple, 100 ampères-tours.
Les pôles de la bobine d'intensité 54 sont orientés de manière que le champ magnétique externe de cette bobine tende à pousser l'arc vers l'extérieur, tandis que ceux de la bobine de tension 55 sont orientés de façon que son champ magnétique externe tende à repousser l'arc vers l'intérieur, en l'empêchant de monter, Le champ résultant produit par les deux électro-aimants agit pour maintenir l'arc centré sur chacune des surfaces acti- ves 16 des électrodes et fait suivre a cet arc le trajet incurvé indiqué par des @ traits interrompus sur.% figure 2.
Etant donné que 11 effet magnétique de 1 -' un des enroulements est proportionnel au courant qui traverse l'arc, et que l'effet magnétique de l'enroulement à pôles inversés est proportionnel à la chute de tension dans l'arc, l'effet résultant de leur champ magnétique tend à maintenir constante le rapport tension-courant, et, par suite, la longueur de l'arc.
La figure 7 représente un circuit d'amorçage et d'entretien pouvant être utilisé avec des lampes à arc concentré de petites dimensions, lampes avec lesquelles il n'est pas nécessaire de faire tourner les électrodes ou d'avoir de dispositif maintenant la distance correcte entre ces électrodes. Quand l'in- terrupteur de ligne 60 est fermé, les conducteurs 61 et 64 appliquent le cou- rant à un transformateur 62 à fortes fuites du type à courant constant. Le transformateur représente est un auto-transformateur et 1- conducteur 61 est connecté à son point milieu, si bien que, si l'on applique à son primaire un courant alternatif à 110 volts, il passe 220 volts dans son secondaire.
On mon- te en parallèle avec ce transformateur un interrupteur sous vide 65 du type dans lequel le contact s'établit ou se coupe sous l'effet d'un champ magnéti- que entre des contacts solides placés dans le vide, car on a constaté qu'un tel interrupteur convient particulièrement pour produire la surtension nécessaire à l'amorçage de lampes à arc concentré du genre décrit.
Le transformateur 62 a un noyau de fer ouvert et crée donc un champ magnétique qui, lorsque l'inter- rupteur de ligne 60 est fermé, attire la barre ou armature aimantable 66 de l'interrupteur sous vide en ouvrant le circuit qui passait par les contacts de ce dernier interrupteur et par les électrodes 12 de la lampe à arc. L'o-avertu- re du circuit de l'interrupteur 65 fait apparaître entre les électrodes 12 de la lampe une surtension de 1000 à 2000 volts, dûs à la diminution brusque du champ du transformateur 62. Le circuit précité comporte une résistance 67 et l'enroulement de l'électro-aimant 54, lequel est un enroulement d'intensité com- me on l'a signalé en décrivant la figure 2.
Quand la coupure électrique entre ies électrodes 12 disparaît par suite de la surtension, le courant venant de la ligne et traversant le transformateur 62 maintient l'arc entre ces électro- des, il maintient également les contacts de l'interrupteur 65 ouverts tant que la lampe fonctionne.
<Desc/Clms Page number 10>
La figure 8 montre un circuit d'amorçage et de maintien semblable à celui de la figure 7, ainsi qu'un circuit de commande d'un dispositif de réglage tel que le moteur diphasé 41 des figures 1 et 2. Entre une extrémité du transformateur 62 et la borne de l'électrode, on connecte un transformateur 70 traversé par le courant qui produit l'arc.
L'enroulement secondaire de ce transformateur 70 a une prise variable 71, la partie supérieure de cet enrou- lenient étant connectée par un conducteur 74 à l'un des enroulements A du moteur ' diphasé, dontl'autre extrémité est reliée à l'extrémité de droite du transfor- mateur 62 par un conducteur 75. Le deuxième enroulement B du moteur 41 est bran- ché en parallèle avec les conducteurs d'alimentation 61 et 64, avec insertion dans le circuit d'un condensateur 73 produisant un déphasage pour qu'il existe entre les courants passant dans les enroulements A et B la différence de phase voulue pour donner le couple de démarrage du moteur.
La prise réglable 71 sur l'enroulement secondaire du transformateur 70 permet à la tension VI traversant cet enroulement d'être égale à la tension V2 qui existe entre les électrodes lorsqu'elles sont convenablement écartées.
Quand ces deux tensions sont égales, il n'y a pas de courant dans l'une des pha- ses, représentée par l'enroulement A, du moteur 41. Lorsqu'on applique le cou- rant d'alimentation à la lampe par l'intermédiaire du transformateur 62, avant que cette lampe soit amorcée, la tension V2 est élevée et la tension VI est pra- tiquement nulle, et le moteur tourne dans le sens voulu pour faire disparaître la coupure électrique entre les électrodes jusqu'à ce que ces dernières se tou- chent ou soient suffisamment rapprochées pour faire jaillir l'arc. La tension V2 diminue alors rapidement, tandis que la tension VI augmente rapidement depuis zéro, pour devenir généralement plus élevée que V2. Dans ces conditions, le moteur tourne et écarte les électrodes jusqu'à leur espacement correct détermi- né préalablement par la position de la prise 71.
Si la longueur de l'arc devient trop grande, la tension V2 augmente et le courant qui traverse l'arc diminue, ainsi par suite que la tension VI; il existe donc entre V1 et V2 une différence qui produit un passage de courant dans l'enroulement A du moteur et qui fait tourner ce moteur de manière à rap- procher les électrodes. Si la longueur de l'arc devient trop faible, la ten- sion V2 diminue, et le courant qui passe par la lampe, ainsi que la tension V1, augmentent; le courant traverse l'enroulement A dans le sens opposé du sens précédent, où l'arc était trop long, si bien que le moteur tourne dans le sens qui fait augmenter la distance entre les électrodes.
Cette organisation amor- ce ainsi automatiquement l'arc, et maintient automatiquement l'écartement cor- rect entre électrodes pendant que la lampe fonctionne. 'L'organisation a une caractéristique pratiquement linéaire; elle donne ainsi un contrôle précis et il n'y a pas de dépassement ni d'oscillation de part et d'autre de la position voulue.
La figure 9 montre une organisation dans laquelle la position de l'arc est maintenue de telle manière qu'il est inutile que les électrodes 12 tournent pour conserver leur centrage aux points lumineux incandescents des surfaces ac- tives des électrodes; cette figure montre également comment on peut maintenir à la main l'écartement voulu entre électrodes. Dans cette variante de réalisa- tion, les supports d'électrodes 18 comportent une queue qui se loge dans des manchons métalliques 20' auxquels on peut connecter le circuit extérieur, ces manchons étant montés eux-mêmes dans des supports isolants 76.
Ces derniers sont fixés sur des pièces coulissantes 47, dont on peut régler la position, ainsi donc que l'écartement entre électrodes, grâce à des pattes 48 traversant des lumières 49 du châssis 50, ces pattes étant taraudées et coopérant avec les axes filetés 51. On peut faire tourner l'arbre 51 vertical dans un - sens ou dans l'autre grâce à une manivelle 77 afin de faire avancer ou reculer les électrodes.
@ Une bobine d'intensité 54', représentée sur la figure 10, et une bobine de tension 55' sont bobinées toutes deux sur un noyau aimantable recti- ligne 57'. Les électro-aimants sont portés par une pièce isolante 78 fixée au châssis 30. De cette pièce part une tige 79 à laquelle est fixé un petit ai- ment permanent dont les pôles sont placés d'un côté de l'arc, à, par exemple, 2,5 à 4 centimètres de lui.
Les deux pples de l'aimant encadrent l'arc,- comme
<Desc/Clms Page number 11>
on le voit sur la figure, et le\ champ magnétique externe a un sens perpendicu- laire au sens que l'on désire pour l'arc, Les électro-aimants 54' et 55' assu- rent la stabilité verticale de l'arc, et l'aimant permanent en assure la stabi- lité latérale. Il en résulte que deux centres de faibles dimensions sont main- tenus aux extrémités de la flamme de l'arc, lequel, dans son ensemble, tend beaucoup moins à s'élever ou à s'abaisser, tout en n'étant en aucun endroit trop chaud pour être susceptible de produire des courants de convexion nuisibles.
Le dispositif centre l'ensemble de l'arc, si bien qu'on a constaté qu'il était inutile de faire tourner les électrodes, même dans les lampes de grandes dimen- sions .
L'aimant premanent 80 peut avoir des dimensions relativement peti- tes :pour une lampe de 750 watts, on a constaté qu'un aimant dont lespôles sont écartés de 25 millimètres suffit à stabiliser l'arc en coopération avec les électro-aimnts 54' et 55. Bien entendu, les enroulements 54' et 55' sont bobinés de manière différentielle, et comme on peut les bobiner sur un même noyau, cela simplifie-la construction. Sur la figure 9, on a représenté l'ai- mant permanent derrière l'arc, ses branches 80 se dirigeant vers l'observateur, mais on peut inverser sa position, c'est-à-dire-que la partie en U peut faire face à l'observateur, auquel cas les branches 80 se trouveraient à environ 2,5 à 4 centimètres en avant de l'arc.
Il est évident qu'au lieu d'un aimant per- manent, on pourrait utiliser un électro-aimant.
La figure 10 représente un circuit perfectionné d'amorçage et de maintien pouvant être utilisé avec l'organisation de la figure 9 ou avec une des autres organisations décrites antérieurement. Dans ce cas, l'extrémité de gauche du transformateur 62' est connectée à un interrupteur 82, à commande manuelle. Quand on doit mettre la lampé en service, on ferme cet interrupteur qui donne sa transformateur un rapport plus élevé; de la Sorte, si la source 60 'donne du courant alternatif à 110 volts, le courant sortant du transformateur a une tension de 220 volts quand l'interrupteur 82 est fermé-. Mais, quand la lampe s'est amorcée, de la manière décrite précédemment, on peut ouvrir cet interrupteur 82 de sorte que la partie de droite du transformateur agit comme une impédance ballast pour la lampe.
Ceci permet de diminuer de moitié le cou- rant primaire qui ne dépasse pas le courant de l'arc, alors que, dans l'inter- rupteur 82, et dans les circuits des figures 7 et 8, le courant primaire est toujours le double du courant de l'arc puisque le transformateur de démarrage de ces figures est toujours en circuit.
On peut également utiliser les lampes à arc conformes à la présen- te invention avec une source de courant continua dans ce cas, une des électro- des sert toujours d'anode. Celle-ci peut-être une plaque, une tige, ou un autre dispositif anodique connu ; enfait, c'est une barre de cuivre pleine réa- lisée de manière à éviter toute surchauffe et toute vaporisation au point de . contact de l'arc. La figure 11 montre un circuit d'amorçage et de maintien d'u- ne lampe à courant continu.
Quand l'interrupteur de ligne 85 est fermé, le cou- rant venant des conducteurs d'alimentation est appliqué à un circuit qui compor- te une.bobine d'arrêt 86 et l'interrupteur sous 'vide-65 d'amorgage.-- Le courant passe momentanément dans le circuit et la bobine 86 attire l'armature 66 de l'in- terrupteur, puisque cette bobine a un noyau en fer ouvert, et crée donc un champ magnétique externe qui ouvre le circuit passant par les contacts de l'interrup- teur. Ceci fait diminuer brusquement le champ de la bobine d'arrêt et fait apparaître un potentiel de 1000 volts ou plus entre les électrodes 12 et 88 de la lampe; quand la coupure électrique disparaît sous l'effet de la surtension, la lampe fonctionne en parallèle avec la ligne d'alimentation 85.
Le passage du courant de la lampe dans la bobine d'arrêt maintient l'interrupteur 65 ou- vert tant que la lampe fonctionne. Les électro-aimants 54' et 55' coopèrent pour déterminer la position de l'arc, ainsi qu'on l'a décrit, et l'on peut uti- liser avec une lampe à courant continu le dispositif régulateur représenté sur les figures l, 2, 8 et 9 pour contrôler l'écartement des électrodes, à cette différence toutefois qu'en général il n'est nécessaire d'avancer ou reculer que la cathode et non l'anode.
La source lumineuse qui, ainsi qu'on l'a indiqué, comporte une pel- licule métallique très mince supportée par un sous-conduit réfractaire mince d'un oxyde du métal présente divers avantages spécifiques. On peut augmenter
<Desc/Clms Page number 12>
l'intensité lumineuse émise par des lampes à filament de tungstène en les chauf- fant plus, mais, dans ces lampes, cette solution est limitée par le point de fusion du tungstène,,car, si on l'atteint ou même si on s'en rapproche beaucoup, la lampe s'use rapidement. Les lampes à arc concentré du type décrit ne présen- tentpas cette limitation,car la source lumineuse incandescente travaille à une température bien supérieure au point de fusion du métal.
Un deuxième avantage de la lampe à arc concentré réside dans sa ca- ractéristique de durée au fonctionnement avec ces brilliances élevées. Quand on augmente la température du filament d'une lampe au tungstène, la durée de cette lampe diminue par évaporation du métal du filament. Comme la source mé- tallique de la lampe à arc concentré travaille à l'état fondu, on peut s'at- tendre à ce qu'elle s'évapore également. Des spectrogrammes de la partie de l'arc très voisine de la cathode de lampes au zirconium, par exemple, présentent des lignes de zirconium très fortes. Cela indique qu'il se produit une évapo- ration du zirconium libre qui, sous l'excitation de l'arc, émet le spectre ca- ractéristique.
On pense pouvoir expliquer ces phénomènes comme suit
Un atome de zirconium prend une énergie suffisante pour quitter la surface de la cathode et pénétrer dans la région de l'arc correspondant à la lueur cathodique, région qui va de la surface de la cathode à quelques centiè- mes de millimètre de celle-ci. A cet endroit, sous l'effet du bombardement io- nique intense, un ou plusieurs électrons sont arrachés à l'atome de zirconium qui, en d'autres termes, est ionisé. Dans l'atome normal, la charge moléculaire positive est juste équilibrée par les charges négatives des électrons qui l'en- tourent, si bien que, dans son ensemble, l'atome est neutre. Quand les électrons sont arrachés,comme c'est le cas dans l'atome ionisé,cet atome garde un excès de charge positive, et il se trouve attiré et rejeté contre la cathode négative qu'il vient de quitter.
Si des. atomes de zirconium s'échappent en permanence de la cathode, ils sont remplace par la réduction de la couche mince sous-ja- cente d'oxyde.
Cette réduction de l'oxyde superficiel sous l'effet de l'arc peut provenir d'une ou plusieurs causes, à savoir : 1/ une décomposition thermique de l'oxyde; 2/ une réduction chimique due à la présence de substances étrangè- res; 3/ une réduction électrolytique; 4/ une décomposition sous l'effet du bom- bardement ionique.
La lampe à arc concentré émet des radiations provenant de deux sour- ces principales; la pellicule superficielle chaude et blanche de la cathode et le nuage de gaz excités dans la région de lueur de la cathode, région qui s'étend jusqu'à quelques centièmes de millimètre de celle-ci.
D'après ce qui précède, on voit que la matière constituant la catho- de doit présenter les caractéristiques suivantes pour donner les résultats dé- sirés; 1/formation et maintien d'une couche ou masse incandescente d'un métal à bonne émissivité thermoionique, couche pouvant comprendre à la partie super- ficielle active de la cathode un composé métallique lorsque la lampe fonction- ne; 2/ juste au-dessous de cette couche, et lui servant de support, se trouve une couche d'un composé du métal, principalement son oxyde, ayant un,point de fusion beaucoup plus élevé que le métal de la surface ; 3/ la couche d'oxyde a une conductibilité thermique relativement faible, et agit donc comme calori- fuge;
4/ le champ électrique intense créé au voisinage de la cathode ionise et charge positivement le métal de surface qui a été vaporisé pendant le fonction- nement de la lampe et le fait revenir et se condenser sur la surface de la ca- thode; et, 5/ le métal de la surface active, et probablement le métal vaporisé, se recombinent avec l'osygènelibre en maintenant pratiquement un équilibre entre la pellicule superficielle active et l'oxyde sous-jacent.
Les oxydes de zirconium et de hafnium ont des points de fusion très élevés, et leurs points d'ébullition sont encore beaucoup plus élevés; les points de fusion et d'ébullition de leurs métaux de base sont beaucoup ¯plus faibles, le zirconium fondant à environ 1900 C et bouillant à environ 2900 G, et le hafnium fondant à environ 2200 C et bouillant à environ 3200 Ce
<Desc/Clms Page number 13>
Comme on l'a exposé précédemment, une caractéristique importante du métal qui forme principalement la pellicule superficielle active de la ca- thode est qu'il ne soit pas un bon émetteur d'électrons à des températures net- tement plus basses que les températures nettement plus basses que les tempé- ratures élevées de fonctionnement de la lampe,
afin d'éviter l'émission d'une quantité d'électrons suffisante pour supporter l'arc à haute densité de cou- rant jusqu'à ce qu'on ait atteint les hautes températures de fonctionnement nécessaires pour donner une source lumineuse ayant la brilliance voulue. Si le métal était un bon émetteur d'électrons aux températures plus faibles, on n'obtiendrait pas la température élevée de fonctionnement voulue, ni la sour- ce lumineuse brillante qui en résulte.
Le diamètre du point de cathode d'une lampe donnée dépend du cou- rant. Si on l'augmente, le point devient plus gros et met plusieurs secondes pour se régler sur la nouvelle condition de fonctionnement. Bien que les lampes soient étudiées pour travailler sous une valeur de courant définie, il est possible de régler les dimensions du point en faisant varier le courant.
Avec une lampe conforme à la présente invention, on peut faire va- rier autant qu'on le désire le courant qui la traverse, et on peut donc obte- nir toute intensité lumineuse désirée sans modifier matériellement la températu- re de couleur de la lampe. Cela prévient du fait que, lorsqu'on fait varier le courant qui traverse la lampe, tout ce qui se produit est que les dimensions de la zone totale émettrice de lumière, et, par suite, la quantité de lumière produire, varient. De plus, des électrodes conformes à l'invention ont une vie utile de centaines d'heures ou plus, ce qui est plusieurs fois la vie utile d'une lampe à filament de tungstène ou des charbons d'une lampe à arc ordinai- re, de mêmes dimensions; quand, finalement, l'électrode est usée, il est sim- ple d'en insérer une nouvelle.
Outre son utilisation comme source lumineuse uniforme fortement concentrée, le circuit peut servir dans divers circuits par exemple comme relais, redresseur, régulateur de tension, tube de puissance, etc...
REVENDICATIONS. la - Dispositif à décharge par arc comprenant des électrodes fonc- tionnant dans un milieu gazeux qui contient une proportion appréciable d'oxygè- ne libre sous une pression suffisamment élevée pour que la décharge qui se pro- duit entre les électrodes prenne la forme d'un arc concentré stable, une de ces électrodes au moins fonctionnant comme cathode et comportant une masse de matiè- re dont une couche superficielle de dimensions réduites est fondue sous l'effet de l'arc à haute densité de courant qui y est concentrée quand le dispositif fonctionne, caractérisé en ce que la couche superficielle fondue comprend un oxyde métallique à propriétés d'émission thermoionique, cet oxyde pouvant se réduire sous l'effet de l'arc en formant une pellicule superficielle fine, fon- due et incandescente, du métal de base quand le dispositif est en service,
cette couche d'oxyde supportant la pellicule fondue et présentent une conduc- tibilité thermique faible, ainsi qu'un point de fusion supérieur à celui du métal, afin de maintenir la température de la pellicule bien au-dessus du point de fusion de ce métal, l'arc provoquant dans la couche superficielle une réac- tion réversible de réduction et d'oxydation, la masse de matière placée sous la couche d'oxyde comprenant des particules du métal de base, le métal de base étant empêché de s'oxyder progressivement au-dessous de la couche d'oxyde, grâce à des particules d'une substance métallique conductrice mélangée aux particules du métal de base et n'ayant pratiquement aucune tendance à l'oxyda- tion progressive à la température de fonctionnement du dispositif.