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La présente invention concerne la modification de la couleur des sources lumineuses, dont la lampe à vapeur de mercure est un exemple, et les mélanges de matières fluorescentes utilisés pour cette modification.
Des lampes d'un type auquel l'invention se rapporte ont déjà été utilisés avec un revêtement de matière fluorescente sur la paroi inté-
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rieure de leur enveloppe extérieure, comme d3crit dans le brevet français nO 9970753o Les radiations ultra-violettes de la source sont ainsi transformées en radiations visibles, surtout celles dans laaégion rouge du spectre, ce qui modifie ou corrige la lumière bleuâtre émise par la lampe à vapeur de mercure en lumière plus blanche, par l'addition de lumière rouge. Le revêtement de matière fluorescente, qui est, de préférence, du fluorogermanate de magnésium, remplit deux rôles importants :
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l.- If fournit de la lumière rouge pour renforcer la radiation normale du mercure qui manque de rouge.
2.- Il diffuse la lumière du tube à arc de façon que la lampe
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ait une brillance de surface plus uniforme, ce qu'on obtient dans les lam- pes à incandescence par le dépolissage intérieur:.; de l'ampoule,
Le premier rôle est admirablement rempli par la matière fluorescente.
Le second, au contraire, demande un perfectionnement, parce qu'en regardant une-'lampe de ce type allumée, on peut voir le contour du tube à arc brillant, Même en dépolissant la surface, sur laquelle la matière fluorescente est déposée, on n'y change rien,
L'expérience a montré que le mélange mécanique de fines parti-
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cules de silice et d'uap matière fluorescente, dont les exemples sont don- nés dans le brevet précité, améliore non seulement dans la mesure voulue les caractéristiques de diffusion du revêtement, mais aussi la couleur générale de la source de façon très sérieuse, celle-ci étant rendue plus blanche par opposition à la couleur de l'ancien type de lampe qui avait un reflet légèrement jaune-vert.
Sans oublier l'économie vraiment considéra-
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ble réalisé par lamduction pouvant.atteindre 30 à 4o %, de la matière fluorescente préférée qui est le coûteux germanate, pour obtenir le même degré de correction de couleur qu'avec la même matière fluorescente non mélangée à la silice.
Par exemple, suivant l'ancienne technique, on pouvait uitiliser 0,8 gramme d'une matière fluorescente au germanate dans une lampe à vapeur de mercure sous haute pression de 400 watts du type JH-1 représentée à la Fig. 1 du dessin annexé. La même lampe revêtue d'environ 1 gramme d'un mélange 50-50 en poids de silice et de la même matière fluorescente, présen-
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te une brillance de surface plus uniforme et une couleur plus -blariohe le même rendement lumineux et le même pourcentage d'addition de lumière rouge.
On obtientlëmême pourcentage de rouge en utilisant moins de matière fluo- rescente, parce que la combinaison matière fluorescente et ultra-violets est mieux exploitée à cause des multiples réflexions et changements de direction des radiations ultra-violettes traversant la matière fluorescente, provoqués par la silice.
Des .exemples de matières fluorescentes pouvant être mélangées aux fines particules de silice sont ceux décrits dans le brevet américain
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nd2,447aL,.L du 17 août 191f$9 mais, de préférence, dans le brevet français né997.753 précité ; voici un exemple en proportions molaires :
3,5 MgO 0,5 BeO (un exemple typique d'un substitut du MgO) 1,0 GeO2 0,01 Mn
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Une matière fluorescente de oaegenre peut produire de la lumière rouge de 0,62 à 0,68 microns pour renforcer la lumière de mercure comprise
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entre 0,40 et 0,58 microns et donner ainsi de la lumière qui parait blancheo L'oxyde de magnésium, dans une matière fluorescente de ce genre, peut varier entre 2 et 6 moleset on peut substituer de 1,9 à 0,1 mole d'oxyde de béryllium à l'oxyde de magnésium sans influencer sérieusement le rendement, à la température ordinaire, de la matière fluorescente excitée par les rayons ultra-violets. Ou bien, on peut substituer le béryllium au magnésium en quantités allant de 4 moles % à un peu moins que 40 moles %.
Le manganèse peut varier entre 0,001 et 0,1 mole inclusivement.
Des substitutions supplémentaires ou variantes peu importantes de fluor à 1?oxygène, entre 0,1. et 2 moles, sans dépasser le double de 1?oxygène restant;, ont sur la stabilité thermique un effet qui semble le même que celui de l'oxyde de béryllium seul, cet avantage s'ajoutant à son action de brassage dans la préparation de la matière fluorescente. L'utili- sation de fluor est spécialement intéressante à cause de la toxicité connue des composés au béryllium.
Au lieu de simplement remplacer le béryllium par le fluor, les deux corps peuvent être utilisés en même temps de manière à obtenir un fluorogermanate de magnésium-béryllium. Un exemple en est donné par la for- mule 3/7 MgO, 0,1 MgF2, 0,2 BeO, GeO2, 0,01 Mn. En outre, une partie du magnésium a été remplacée par une demi mole de zinc.
L il invention ressortira clairement de la description ci-après d9une forme d'exécution préférée, représentée à titre d'exemple au dessin annexé.
La Fig. 1 est une vue de profil avec des parties en coupe axiale, d'une lampe suivant l'invention.
La Fig. 2 est un schéma représentant un revêtement de matière fluorescente normal et montrant comment certaines radiations ultra-violettes sont perdues, parce qu9elles ne sont pas entièrement absorbées par le revêtement, pendant qui!elles le traversent.
La Fig. 3 est un schéma semblable à celui de la Fig 2, montrant chaque cirstal de matière fluorescente enrobé d'une mince pellicule de silice, et
La Fig 4 est un schéma semblable montrant un mélange mécanique de la matière fluorescente et de fines particules de silice, ainsi que les multiples réflexions des rayons ultra-violets produits par le tube à arc ou une autre.source.
La Fig. 1 représente une lampe à vapeur de mercure sous haute pression à couleur corrigée il., comprenant une enveloppe de quartz intérieure 12 dont les extrémités sont maintenues par des plaques de mica 13 et 14 traversées par des fils supports 15 et 16 soudés à un conducteur 17 sortant du queusot 19 voisin de la base 21 de l'ampoule extérieure translucide 22.
Une :rondelle de mica 23, serrée dans le col 32 sur les conducteurs 17 et 18, protège le queusot contre la chaleur de la source pendant le fonctionnement. La lampe 11 peut avoir à son extrémité extérieure une électrode principale 25 fixée par un conducteur 26 aux fils supports 15 et 16, et, à son extrémité intérieure, une électrode principale 27 reliée au conducteur 18 par un conducteur flexible 28. Une électrode d'amorçage 29 peut être reliée, par une résistance 31, au conducteur 17. L'enveloppe 12 contient une quantité de mercure et de gaz inerte à une pression supérieure à 19atmosphère, comme d'ordinaire dans les lampes de ce genre.
L'enveloppe extérieure permet l'utilisation de la lampe en position horizontale ; elle est donc de forme générale ellipsoïdale, le grand axe coîncidant avec celui de la lampe 11 de façon que le fonctionnement soit aussi isothermique que possible. L'extrémité 33 opposée à la base 21, et le col 32 sont de forme générale cylindrique et symétrique -
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autour de l'axe de l'enveloppe 21, le diamètre étant relativement réduit de façon que des doigts ressorts 24 solidaires des fils supports 15, 16 et ser- vant à maintenir l'enveloppe intérieure 12 en place dans l'enveloppe exté- rieure 22, viennent s'appliquer contre la paroi intérieure de celle-ci.
L'espace entre les enveloppes 12 et 22 est, de préférence, mis sous vide.
La paroi intérieure de la partie ellipsoïdale au moins de l'enveloppe ex- térieure 22 est recouverte d'une matière fluorescente de correction de couleur choisie mélangée à une quantité notable de poudre de silice finement divisée. La paroi intérieure de la dite enveloppe 22 peut être dépolie, si on le désire, avant le dépôt du mélange de matière fluorescente et de sili- ce.
Pour obtenir une température de travail approximativement optimum du mélange de matière fluorescente 34 (environ 350 C, ou entre 150 C et 400 C), en supposant qu'on utilise le fluorogermanate de magnésium, qui est la matière fluorescente préférée, mélangé à la poudre de silice finement divi- sée, la longueur de la partie ellipsoïdale de l'ampoule 22, quand elle contient une lampe de 400 watts, est d'environ 8 pouces (20 cm) et se dimen- sion transversale maximum est d'environ 6 pouces (15 cm).
La silice mélangée à la matière fluorescente est, de préférence, non seulement finement divisée mais amorphe, comme on l'obtient en brûlant des composés de silicium dont les molécules ne contiennent rien d'autre com- me atome que le silicium, le carbone, l'hydrogène et l'oxygène. Comme mélan- ges préférés nécessaires à la production de silice de ce genre, on peut ci- ter l'orthosilicate éthylique (C2H2) SiO4, le silicométhane, le silicoéthane, d'autres composés de cette série, le mét hylsilicane, l'éthylsilicane, d'au- tres composés de ce genre, etc. Il est cependant recommandable de ne pas utiliser des composés contenant trop de matière organique, afin d'éviter la contamination par le carbone libre.
En ce qui concerne la dimension des particules de silice, il a été constaté que la diffusion de lumière optimum, avec absorption minime ou négligeable, s'obtient en utilisant des particules dont la dimension ou le diamètre est une fraction-de micron , et en moyenne entre 1/5 et 3/5 de micron. Les particules individuelles ont des dimensions se situant entre 0,9 micron et 30 angströmsou moins. En d'autres mots, le genre de particu- les de silice préféré à mélanger à la poudre fluorescente suivant l'inven- tion, est celui des revêtements appliqués à l'intérieur des ampoules de lampes.
La fig. 2 représente schématiquement, à grande échelle9 des particules ou cristaux 35 d'une matière fluorescente sélectionnée, qui peut consister en fluorogermanate de magnésium, appliquée sous forme de revêtement sur la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure 22 de la lampe 11. La référence 36 désigne un rayon ultra-violet frappant une particule de matière fluorescente 35, passant entre elle et la particule 35 voisine, produisant de la fluorescence représentée par les rayons 37 sur son passage, et sortant enfin, en partiede l'enveloppe, comme indiqué en 38. En d'au- tres mots, la partie qui traverse les particules de matière fluorescente sans être transformée en lumière est perdue, parce qu'elle est absorbée par le verre de l'enveloppe 22 ou sort en étant encore invisible.
La Fig. 3 est un schéma semblable montrant ce qui se passe quand les particules de matière fluorescente 35a sont disposées comme sur la Fig.
2, sauf que chaque particule est enrobée d'une mince pellicule claire, 39 de silice, comme cela a été proprosé anciennement. Comme dans la-forme d'exécution de la Fig. 2, un rayon ultra-violet 36a passant entre les par- ticules 35a se comporte comme sur la Fig. 2, produisant de la lumière visi- ble 37a, mais une partie du rayon traverse le verre ou est absorbée par le verre de l'enveloppe 22, comme indiqué en 38a, et est donc perdue.
A l'opposé des formes d'exécution des Figs. 2 et 3, dans celle des la Fig. 4, les particules de matière fluorescente 41 sont mélangées à de petites particules 42 de silice, comme décrit précédemment. Un rayon ultra-violet 43 qui en émerge, après ,avoir traversé une particule de matière
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fluorescente 41,ne passe pas directement à la particule 41 voisine,comme dans les formes d'exécution précédentes mais est réfléchi par une particule intermédiaire 42 de silice,comme les flèches 44 le montrent, et ne passe pas directement à travers le revêtement de l'enveloppe 22,
mais est au contraire dévié et réfléchi de façon à être utilisé et.réutilisé de nombreuses fois pour produire de la lumière visible dans les particules de matière fluorescente,,de façon que rien ou pratiquement rien des rayons ultra-violets n'atteigne sous la forme primitive l'enveloppe 22, mais uniquement après conversion en lumière visible utile, Un autre rayon *ultraviolet 43a peut frapper une particule 42 de silice avant d'atteindre une particule de matière fluorescente, être partiellement réfléchi et continuer sa route à travers une ou d'autres particules fluorescentes ±la, et produire de la lumière visible le reste étant dévié par une autre particule de silice
La description qui précède montre qu'en utilisant de la poudre de silice finement divisée suivant l'invention :
(1) Non seulement la radiation visible de la décharge et de la matière fluorescente est rendue diffuse de façon à donner une brillance de surface plus uniforme mais aussi, (2) La radiation ultra-violette de la décharge est rendue diffuse avec un minimum d'atténuation, les rayons traversant plusieurs fois de suite les cristaux de matière fluorescente, beaucoup plus souvent qu'en l'absence de la silice, ce qui a pour résultat une utilisation plus efficace des radiations ultra-violettes et de la matière fluorescente.
La silice doit être extrêmement fine de façon à se rapprocher en dimension de la longueur Ponde de la lumière produite, et doit avoir une grande pureté de façon que sa transparence à la lumière visible et aux ultra-violets soit élevée. Quoique la silice amorphe soit préférée, de la silice cristalline finement divisée peut aussi être utilisée.
Quoiqu'on ait dit, comme éxemple, qu'un mélange 50-50 de particules de matière fluorescente et de silice soit indiqué, ceci n'est qu'exemplatif et d'autres mélanges peuvent être employés de préférence 10 à 80 % de silice et 90 à 20 % de matière fluorescente, appliqués en quantités de 10 à 13 milligrammes par pouce carré (6,45 centimètres carrés)
Quoique l'invention soit représentée dans son application à une lampe à vapeur de mercure sous haute.pression à l'intérieur d'une enveloppe extérieure, elle n'est limitée ni à la forme ni au type de lampe représen- tés d'autres formes,de lampes, y compris les lampes à incandescence, pouvant aussi efficacement utiliser des mélanges de matières fluorescentes suivant l'invention.
REVENDICATIONS.
1.- Lampe électrique, telle qu'une lampe à vapeur de mercure sous haute pression, comprenant une source de rayons ultra-violets, une enveloppe translucide contenant cette source, et un revêtement sur la paroi intérieure de l'enveloppe consistant en une matière fluorescente, caractérisé en ce que la matière fluorescente comprend en mélange une proportion notable de poudre de silice finement divisée, la silice ayant une dimension ¯particule si réduite qui son diamètre moyen ne dépasse pas la longueur d'onde.de la lumière visible à transmettre, et une pureté telle qu'elle ait un haut pouvoir de transmission des radiations visibles et ultra-violettes.