Dispositif pour la production de lumière et procédé pour sa fabrication. Les dispositifs d'éclairage dans lesquels la lumière est produite par une décharge élec trique dans une atmosphère gazeuse raréfiée, contenant au moins un gaz rare, comportent: <B>10</B> Un circuit électrique; 20 Un appareil à décharge constitué par une chambre renfermant, d'une part, la masse gazeuse et, d'autre part, des électrodes d'amenée du courant qui traversent les pa: rois de ladite chambre.
Dans -ces :dispositifs, la. différence de po tentiel appliquée aux électrodes de l'appa reil à décharge et nécessaire à. son fonctionne ment se répartit en une chute de potentiel anodique, une chute de potentiel le long de la colonne positive, et une chute de poten- tiel cathodique.
Dans les dispositifs actuels de ce genre, la pression de la. masse gazeuse est de plu sieurs millimètres de mercure; elle est même, dans certains appareils, de l'ordre du centi- mètre, et l'intensité -du courant, de l'ord-ré de dizaines de milliampères est, aux maximum, de plusieurs centaines de milliampères.
La chute anodique est faible, elle est de quelques volts; par contre; la chute .cathodique, varia ble avec la nature de la .cathode, a toujours une valeur élevée, pouvant atteindre plu sieurs centaines de volts, et ne descendant guère au-dessous-d'une soixantaine de volts.
L'énergie électrique absorbée par ces chutes de potentiel constitue une perte au point de vue du rendement lumineux.
La chute -de potentiel le long de la co lonne positive étant proportionnelle à la lon gueur de cette colonne, on améliore le rende ment lumineux, en allongeant autant que pos sible la colonne positive, mais il s'ensuit une tension d'alimentation élevée qui est généra lement de plusieurs milliers de volts.
Ces tensions élevées ne sont actuelle ment obtenues couramment qu'avec des<B>gêné-</B> rateurs électriques.- à courants alternatifs et les électrodes des appareils à décharge devant alors jouer alternativement le rôle d'anode et celui de cathode .sont identiques.
Ci-après, et pour la commodité de l'exposé, les appareils à décharge électriques présen tant les caractéristiques générales ci-dessus rappelées seront désignés sous le nom @d'"ap- pareils à décharge fonctionnant en régime -de luminescence" ou plus simplement. ,appa reils ou tubes luminescents".
Il est extrêmement souhaitable, pour clés raisons de commodité et de sécurité, de pou voir alimenter les appareils - sous basse ten sion, notamment sous les tensions usuelles de distribution; par exemple sous 110 ou 220 volts, et en courant continu ou alternatif.
En même temps, il est absolument désirable d'obtenir des rendements lumineux au moins équivalents à ceux ,des installations actuelles -de tubes luminescents, en raison, non seule ment -de l'utilisation croissante de la lumière émise par les gaz rares à la décoration et à la publicité, mais aussi des applications au balisage aéronautique et maritime, et surtout à l'éclairage proprement -dit.
La présente invention a pour but la créa tion d'installations d'éclairage électrique ré pondant à ces desiderata.
On a cherché la réalisation dans l'utilisa- tion -dé la décharge-en régime d'arc. On- s'est heurté à des. difficultés entièrement nouvelles qui paraissaient, à priori, insurmontables.
Il est connu que le passage du régime -de luminescence- au régime d'arc est caractérisé notamment par une augmentation considérable de l'intensité du ,courant transporté par la dé charge: Or, on sait que la durée des tubes lu minescents est commandée par l'intensité et que M: Georges Claude .
(Brevet français no 434525 -du 28 novembre 1910) n'a pu ob tenir des tubes luminescents ayant une -durée de -fonctionnement -compatible avec- les be soins industriels qu'à l'aide d'électrodes dont la surface est supérieure à 1,5 dm' par ampère. On, peut -donc craindre que l'aug mentation de courant entraînée par le ré gime d'arc ne conduise à des durées très courtes, malgré l'emploi d'électrodes de très grandes surfaces.
De plus, en même temps que l'intensité du courant augmente beaucoup, la zone -d'émission-,de la décharge à. la cathode se ré duit à une très petite portion .de la surface ,de la cathode, portion dite "tache cathodique" qui devient le siège d'une très importante projection .de particules et d'un dégagement -de vapeurs provenant de la. matière constitu tive -de la cathode.
Bien que, en général, la tache cathodique se déplace sur la cathode, ses dimensions sont si petites que l'on ne peut songer à. éviter la désintégration de la. cathode par une aug mentation de sa surface, suivant la méthode utilisée par M. Georges. Claude, en régime lu- minescent.
En même temps, le fait :d'observation sui vant augmente également du côté de l'anode les craintes relativement à la durée -des appa reils fonctionnant -dans ces conditions.
On a observé, en effet, que si l'on emploie, par exemple, comme anode une feuille métal lique enroulée en cylindre, on constate, pour peu que le cylindre soit assez long par rap port à son diamètre, que seule une bande plus ou moins large -de l'extrémité du cylindre est utilisée par la décharge, que c'est surtout sur cette. bande et. plus particulièrement sur les bords que le métal travaille et se vaporise.
Donc, non seulement le courant est bien plus intense en régime d'arc, mais une très petite partie seulement de la. -cathode et même une faible partie -de l'anode - qui sera ap pelée dans ce qui suit zone anodique - y servent pour l'émission, -de sorte que la. den sité de courant par dm' utile d'électrode, élément capital pour la durée des tubes lu minescents à gaz rares, est énorme en régime d'arc.
Si l'on considère que la durée d'un ap pareil à décharge électrique à gaz rares fonc tionnant en régime luminescent diminue très rapidement quand l'intensité de courant aug- mente,-on est amené à penser que le régime d'are sera intenable pour les. appareils et qu'ils se détérioreront très rapidement.
Il est très important de remarquer ici que des appareils fonctionnant sous basse tension ne peuvent présenter de très grandes lon gueurs et, par suite, un grand volume; la ré serve de gaz qu'ils contiennent est donc, en général, petite, comparativement à celle des tubes luminescents, ce qui augmente encore les difficultés.
Il semble donc qu'un seul moyen puisse permettre de surmonter ces grosses difficul tés, c'est d'augmenter la. pression de charge ment du gaz luminescent, car on sait com bien l'élévation -de cette pression ralentit la. volatilisation -des électrodes, toutes choses égales d'ailleurs.
Eh bien, contrairement à tout ce qu'on pouvait supposer, et contrairement à ce qu'on a indiqué jusqu'ici, on a. trouvé qu'il était possible d'obtenir une durée satisfaisante non seulement aux faibles pressions indiquées par M. Georges Claude pour les tubes lumi- nescents,. c'est-à-dire à des pressions de l'or dre des millimètres de mercure, mais à des pressions encore plus faibles, pouvant, dans certains cas, atteindre quelques centièmes de millimètre de mercure.
Evidemment, un -des faits essentiels à l'origine de la profonde différence -du régime luminescent et du régime d'arc, c'est que la volatilisation qui se produit aux électrodes et la condensation subséquente des particules volatilisées de la. matière constituant les élec trodes, cause essentielle de l'absorption des gaz, est liée, non pas seulement à la.' densité de courant, mais à la densité -de puissance dépensée aux électrodes, c'est-à-dire aux watts par dm' d'électrodes, produit de la den sité de courant par la chute -de potentiel aux électrodes:
Or, -lorsqu'on passe du .régime lu minescent au régime d'arc, la chute cathodi que de potentiel tombe brusquement à quel ques volts à peine, on peut donc en conclure que des densités de courant plus fortes qu'en régime luminescent peuvent être acceptées à la cathode. Ce raisonnement, toutefois, ne paraît pas suffire pour rendre compte d'un état de choses qui constitue vraiment un ef fet de surprise. Prenant, par exemple, le cas d'électrodes. à potassium dans le néon:
la chute cathodique tombe de 60 volts environ en régime lumi- nescent à 2 à 5 volts en régime d'arc, soit au vingtième de sa valeur; donc, la densité de courant possible en régime d'arc pourrait être vingtuplés. Or, on peut faire passer pra tiquement plusieurs ampères par une tache cathodique dont la surface est extrêmement petite, ce qui correspond à des densités cle courant .des dizaines de ,mille fois plus grandes que celles indiquées par M.
Georges Claude dans son brevet français no 434525 du 28 novembre 1910. Mais ce qui est plus sur prenant encore et qui est essentiel, c'est que, comme on l'a découvert, et contrairement à une tendance très générale dans l'industrie des tubes luminescents eux-mêmes, ces den sités -de courant cathodiques extrêmement élevées peuvent être compatibles, comme il a été dit ci-dessus, non seulement avec les prés- sions usuelles de l'ordre -des millimètres, mais même avec des pressions si faibles, quelques dixièmes de millimètres par exemple, et même quelques centièmes dans certains cas, qu'en régime luminescent,
elles conduiraient @à des tubes très éphémères.
Appliquant ces observations dans un but industriel, on a réalisé un dispositif pour la production de lumière. Ce dispositif, objet de la présente invention, comporte: 1o Un appareil à décharge électrique des tiné à fonctionner en régime d'arc constitué par une chambre renfermant des électrodes .et une atmosphère gazeuse qui contient, au moins, un gaz rare;
20 Un circuit électrique, et il est caractérisé par le fait que, d'une part, la pression de l'atmosphère gazeuse dans la chambre a une valeur comprise entre 3 mm et 0,0:
5 mm de mercure, cette pression étant comprise entre les deux valeurs
EMI0003.0059
et
EMI0003.0060
environ (où p est la pression de gaz exprimée en millimètres de mercure et d le diamètre de la chambre exprimée en centi mètres) et que, d'autre part, le circuit élec- trique relié aux électrodes de ladite cham bre a des caractéristiques permettant le fonc tionnement de l'appareil à décharge en ré gime d'arc.
La présente invention comprend aussi un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Ce procédé est caractérisé en -ce que l'on produit dans les parois internes et les électrodes -de l'appareil à décharge, une occlusion .de gaz de l'atmosphère de l'appareil terminé.
Des appareils à décharge pouvant être utilisés ans -des dispositifs -de ce genre peu vent être réalisés de nombreuses manières. A titre d'exemple, divers moyens pouvant être <U>mis</U> en ocuvre pour la réalisation de ces appa reils seront décrits ci-après. .
Le premier moyen concerne la cathode. On s a-1 ît en eff -et que, dans lin appareil <B>à</B> décharge #D fonctionnant en régime d'arc, bien que la chute cathodique soit très faible,
une quantité notable d'énergie est absorbée à la cathode en raison,de l'intensité ëlevée du courant qui tra verse l'appareil. De plus, la tiache cathodique, par suite de l'élévation locale de la tempéra ture, devient, comme indiqué plus.
haut, le siège id'une volatilisation abondante de la matière de la cathode, accompagnée de pro- jectïons de particules de la matière cathodi- que.
Pour supprimer les inconvénients dus à cette volatilisation et à -ces projections: 1o La partie cathodique de l'appareil à décharge, c'est-à-dire la partie de,cet appareil qui renferme la cathode, peut être constituée de manière à présenter -des zones qui, pendant le fonctionnement normal de l'appareil,
se ront à une température suffisamment infé rieure à celle de l'atmosphère ,de l'appareil et à celle des parois de la -colonne lumineuse et des parois de la partie anodique;
pour que les particules de la matière cathodique puissent être condensées dans lesdites zones, ces zones pouvant cependant être à une température suffisamment élevée pour que la matière qui s'y est condensée retombe à l'état liquide dans la; masse,de la cathode.
20 Une région dont la température du ré gime est nettement plus élevée que celle de la partie éclairante et à fortiori que celle des zones de condensation de la. région cathodi que peut être interposée entre la région 2a- thodique et la colonne lumineuse. Une telle disposition a pour effet de délimiter les zones de condensation.
Elle est particulièrement ef ficace lorsque la différence entre la tempéra ture des zones .de condensation cathodique et la température de la région éclairante est re lativement faible.
<B>30</B> Un obstacle matériel peut être interposé entre lacathode .et la section extrême cathodi que de la partie éclairante de la colonne ga zeuse, afin que toute particule de matière émise en ligne .droite en tout point de la. ca thode ne puisse parvenir sans la partie éclai rante de cette colonne.
Les dessins schématiques annexés repré sentent, à titre -d'exemple, diverses formes d'exécution du dispositif suivant l'invention.
Fig. 1 à 5 se rapportent .à plusieurs formes d'exécution de la partie cathodique de l'appa reil à .décharge conformément aux indications ci-dessus.
Dans ces diverses figures, les mêmes signes de référence -désignent les mêmes élé ments.
Les zones de condensation ont été réali sées en donnant à ses éléments de la partie cathodique -des configurations géométriques spéciales. Elles sont constituées par les parois 5, G, 7 et 8, 9, 10 du récipient formant la partie cathodique; ces. parois n'étant pas sou mises ou étant moins soumises aux apports de chaleur -dus à la décharge, constituent des zones de condensation pour la vapeur de la matière -de la cathode contenue dans la cu vette 11.
L'interpositiond'une régiôn à température élevée entre la région cathodique et la colonne lumineuse a été réalisée, -dans le cas de la fig.. 2, par le moyen de rétrécissement 12 et, fig. 3, par l'addition d'un organe 1,4 qui peut être,. soit un manchon calorifuge? soit un dis positif de chauffage.
Ce dernier peut, par exemple, être formé au moyen d'une partie .au moins -de la résistance de stabilisation du circuit d'alimentation. Enfin, l'obstacle matériel servant à em- pêcher les particules de matière cathodique projetées en ligne droite -de pénétrer dans la colonne lumineuse est représenté, dans la fig. 4, par le coude 15 qui limite à la sec tion 1.6 le dépôt de ces particules et, dans le cas .de la fig. 5, par l'écran 17.
Par l'utilisation, isolément ou en combi naisons diverses, des moyens précités, la masse de la cathode ne subit aucune perte par transport hors de la région cathodique pendant le fonctionnement et peut, par suite, être réduite considérablement en disposant, par exemple, dans la cuvette cathodique, des matières inertes de remplissage, fragments ou perles de verre, de quartz, etc., .ce qui est par ticulièrement intéressant quand la cathode est constituée par un métal alcalin, un al liage de métal alcalin, ou une matière pré cieuse.
En outre, toute condensation de matière cathodique dans une région non cathodique de l'appareil est empêchée et, par :suite, toute occlusion de gaz -de l'atmosphère -de l'appa reil par ces dépôts se trouve évitée de sorte que, d'une part, la transparence -des parois de la colonne lumineuse de l'appareil n'est pas altérée et, d'autre part, la masse gazeuse de l'appareil est conservée intacte.
On peut également utiliser des cathodes à oxyde métallique, par exemple des cathodes incandescentes du type décrit par M. Georges Claude dans le brevet français no<B>708670</B> du 3 avril 19-30 pour "Perfectionnements aux appareils à décharge électrique à cathode in candescente.
Un second moyen pouvant être mis en aeuvre polir la réalisation d'un appareil à dé charge susceptible d'être utilisé dans la dis position vise l'anode.
Les conditions d'établissement d'une bonne anode ont été d'autant plus difficiles à déterminer que, comme il a été dit, une pe tite partie seulement de la -surface de l'anode est, en général, utilisée.
On a observé que les dimensions et la. po sition de la zone anodique sur l'anode dépen dent .de la forme de l'anode, de ses dimen- sions et de sa position dans l'appareil à dé charge, notamment -de sa position relative vis-à-vis des parois. Dans le cas, par exemple, d'une électrode cylindrique creuse, on a ob servé que la zone anodique se compose, -sur la surface externe, d'une bande dont la profon deur augmente avec la distance,de l'électrode aux parois.
Il a aussi été observé que tous les éléments de surface .de zone anodique ne travaillent pas également, que la volatilisation du métal est plus particulièrement importante dans les ré gions -de champ électrique intense telles que les bords, les pointes et toutes les parties de surface fortement convexes.
Il a été observé enfin que l'émission de particules de matière anodique est particu lièrement nuisible, au point -de vue de l'ab sorption des gaz, lorsque les particules pro jetées peuvent se déposer sur des parties froides ou insuffisamment chauffées, et que leur pouvoir absorbant sera, au contraire, fortement diminué si leur dépôt se fait sur des régions très chaudes si, par exemple, les particules émises par -des points -de la sur face clé l'anode ne peuvent se déposer que sur la surface de l'anode elle-même.
Ces différentes observations ont conduit aux dispositions suivantes qui peuvent être utilisées isolément ou en combinaisons di verses 10 L'anode est établie de manière à pré senter une zone anodique dont la surface a une valeur minimum .déterminée par la pression de la masse gazeuse dans l'appareil à dé charge, cette valeur étant avantageusement, -d'au moins 1 .cm= par ampère, lorsque la pres sion est de 3 mm -de mercure, et d'au moins 8 cm= par ampère lorsque la pression est de 0,05 mm,
et étant au moins comprise entre ces deux limites lorsque la pression a une va leur comprise entre ces deux limites; 20 La surface totale de l'anode est, au maximum, sept fois plus grande que celle de la zone anodique; 30 L'anode a une forme évidée dont la profondeur dans le champ électrique est, au moins, égale à son diamètre;
40 Les parties -de l'anode susceptibles -de se désagréger, c'est-à-dire la surface externe ou, tout au moins la partie de cette surface qui pourrait être émissive, ainsi que les bords de l'anode, sont recouverts d'un diélectrique convenable, par exemple d'une pellicule de silice, -de verre, -de quartz, etc., la protection des bords pouvant s'étendre à une certaine profondeur à l'intérieur de l'anode.
<B>50</B> Pour :diminuer l'intensité du champ électrique dû aux charges sur les parois de l'appareil, ces parois et l'anode sont éloignées d'une distance suffisante pour qu'aucun dé pôt de matières volatilisées provenant -de l'a node ne @se fasse sur les parois; dans ces con ditions, le dépôt se fera là la surface interne de l'anode; -de plus, la surface interne -de l'anode est, en fonctionnement, à une tempé rature suffisante poux que les gaz ne puissent être absorbés de manière stable par ce dépôt.
Enfin, suivant un autre moyen, avant la. mise -en service de l'appareil<B>à.</B> décharge, les parois internes et les électrodes de cet appa reil sont soumises à l'action de la décharge et d'une pression de l'atmosphère gazeuse ca pables de -déterminer au bout -d'un temps suf fisamment prolongé une occlusion -de gaz dans les parois internes et les électrodes de la .chambre gazeuse, cette occlusion pouvant aller jusqu'à saturation de ces éléments;
de la sorte, en fonctionnement, a âee à une ac tion automatique :de régénération, l'absorption par volatilisation ne peut, à aucun moment, affecter sensiblement la pression du régime et la composition .du mélange -des gaz .dans l'appareil. Le même résultat peut aussi être obtenu sous l'action d'une augmentation tem poraire de la pression seule. Cette occlusion gazeuse des électrodes et -des parois -de l'ap pareil présente l'avantage d'augmenter nota blement la durée de l'appareil à décharge.
Une fois l'occlusion désirée obtenue, la pression de régime est établie dans, la cham bre gazeuse de l'appareil à décharge. Celui ci peut alors être mis en service.
Les moyens qui viennent d'être décrits sont aussi applicables aux appareils alimen tés en courant alternatif, la cathode étant au point neutre et les anodes en nombre égal à celui des phases. L'utilisation -du courant tri phasé, par exemple, présente les avantages d'une grande facilité d'allumage et d'une grande stabilité -de fonctionnement. La lu mière possède une grande fixité en raison de la superposition de trois phases.
Pour les ré seaux de distribution, les appareils tripha sés offrent, -en outre, l'intérêt d'un très bon équilibrage,des phases.
Par la mise en oeuvre des moyens ci- dessus décrits, il est facile d'dbtenir des ap pareils à. décharge en régime d'arc ayant .des durées industrielles et fonctionnant sans vo- latilisation sensible des électrodes et .sans mo dification de la, .couleur de la lumière, malgré l'emploi des faibles pressions indiquées et qui s'étagent, suivant les conditions (à réali ser, entre 3 mm et 5 centièmes .de millimètre de mercure.
L'emploi de ces faibles pressions présente des avantages considérables.
Un a trouvé en effet, que c'est ù, ces pres sions que se placent les rendements lumineux les plus hauts, bien supérieurs, dans certains cas, à ceux obtenus avec les tubes lumi nescents et pouvant même dépasser ceux des lampes à incandescence usuelles dites "demi- watts" à atmosphère gazeuse.
C'est également pour ces faibles pressions que le gradient de potentiel est en général le plus faible; la concordance -du minimum de volts -et du maximum de rendement en fonc tion de la pression est d'autant plus exacte que la section transversale de la colonne ga zeuse est plus grande, de sorte que, par exem ple, un gros tube fonctionnant en régime d'arc, établi pour le meilleur rendement, fonc tionnera en même temps sous le plus faible voltage, ou, ce qui revient au même, avec la plus grande longueur pour un voltage donné.
Ainsi, les appareils à -décharge à gaz rares à faible pression réalisée en mettant en aeuvre les moyens .décrits ci-dessus, ou tous autres équivalents, possèdent un ensemble de qualités qui ne se rencontrent à la fois dans aucun -des tubes à décharge à gaz rares réa lisés jusqu'ici: grandes intensités lumineuses, possibilité .d'alimentation sur bas voltages, maximum de longueur pour un minimum de volts, rendements lumineux très élevés, ja mais atteints jusqu'ici avec les gaz rares, grande stabilité de fonctionnement, enfin grande durée.
Ils ouvrent donc aux applica tions de la. décharge électrique -dans les gaz rares un domaine inespéré, notamment pour le balisage aéronautique et maritime et sur tout en vue de l'éclairage proprement dit.
La fi-. 6 ci-jointe montre le schéma d'une forme d'exécution du dispositif conforme à la présente invention: 1 est un générateur de courant, par exem ple une dynamo à ,courant continu à 110 volts, reliée par un conducteur 2 à. l'anode 3 de l'appareil à décharge 4 et par un conducteur 5 à la cathode 6 dudit appareil; 7 est une ré- si.#;tance de stabilisation calculée pour absor ber, par exemple, 10,7/0 .de l'énergie dépensée dans l'installation;
la tension aux bornes de la résistance sera donc de 10 volts environ et, aux bornes -de l'appareil à décharge, de 100 volts environ.
L'appareil à décharge 4 contient une masse gazeuse formée d'un gaz rare au moins et à une pression comprise entre 3 mm et 0,05 mm de mercure.
Le circuit électrique formé par le géné rateur 1, les conducteurs 2 et 5 et l'appareil à décharge 4 est établi de manière telle que cet appareil fonctionne en régime d'arc.
8 est un dispositif d'allumage d'un type approprié et connu. produisant la surtension nécessaire à, la. mise en route .de l'appareil à décharge; ce dispositif peut être mis hors cir cuit, lorsque la- décharge passe à travers le tube.
Dans l'appareil à décharge 4, 9 est la co lonne lumineuse 10, la. partie anodique conte nant l'anode 3, et 11 la partie cathodique contenant la cathode 6.
La partie cathodique 11 est, ici, conforme à celle représentée fi-. 5.
L'anode 3 a, ici, la forme d'un cylindre creux, fermé à l'une de ses extrémités, elle est établie de manière à présenter une zone anodique 12, figurée entre les lignes 12' et 12" et dont la surface a une valeur minimum déterminée comme il a été dit ci-dessus; de même, la surface totale de cette anode est: au maximum, sept fois plus grande que celle de la zone anodique.
La partie 13 de la surface externe de l'anode -qui pourrait être émissive, ainsi que le bord 14 de l'anode et la partie 15 de l'inté rieur de l'anode qui est adjacente à ce bord, sont recouverts d'une pellicule 16 .constituée par un diélectrique convenable, comme il a été indiqué plus haut.
Les parois internes de l'enveloppe de l'appareil @à décharge sont éloignées de l'a node d'une distance suffisante pour qu'aucun dépôt de matières volatilisées ne se fasse sur ces parois, et que les dépôts ne puissent se former que sur la. face interne de l'anode 3; cette surface interne est, -en fonctionnement, à une température suffisante pour que les gaz ne puissent être absorbés .de manière sta ble par les dépôts.
Avant la. mise en service de l'appareil, ses parois internes et ses électrodes 3 et 6 ont été chargées de gaz occlus, ainsi que cela. a été exposé ci-dessus.
Ayant -complètement défini le .dispositif d'éclairage électrique décrit, nous allons maintenant, à titre d'exemple, et sans que. cela. puisse en aucune façon limiter la. portée de l'invention, .décrire l'application de celle-ci à. des appareils à décharge électrique à at mosphère de néon, et à des appareils à dé charge électrique à atmosphère d'hélium et -de néon.
Dans les installations d'éclairage électri que par tubes luminescents à néon exécutées à-ce jour l'on s'est surtout préoccupé de mon ter -des tubes ayant une durée de fonctionne ment aussi grande que possible, et l'on a été conduit, en vue d'obtenir cette durée, à uti liser des. pressions relativement élevées. La tèchnique devient ainsi beaucoup plus facile, mais cette facilité est obtenue au grand dé triment du rendement lumineux.
En effet, on observe qu'aux pressions re lativement faibles et aux régimes de courant envisagés dans le présent dispositif, la lu mière du néon atteintdes rendements extrême- ment élevés, ainsi que le montrent les courbes jointes, représentées -sur la fig. <B>7.</B>
Ces courbes, au nombre de trois, sont ex traites d'un réseau .de courbes obtenues expéri mentalement; chacune de ces courbes se réfère à un dispositif d'éclairage à décharge dans le quel la colonne lumineuse est constituée par un tube,de -diamètre déterminé: Courbe I d = 66 mm Courbe II d = 36 mm Courbe III d = 28 mm Chacune ,de ces courbes a été obtenue en portant en abscisses (0 X) les pressions en millimètres de mercure -de l'atmosphère ga zeuse -du tube (dans le cas actuel -du néon), et en ordonnées.
(0 I') les consommations d'éner gie en watts! par bougie correspondant aux di verses pressions considérées pour permettre -de se rendre compte de la consommation spé cifique de la colonne lumineuse, à intensité ,de courant constante, en fonction de la pres sion.
Ces courbes montrent que: a) Pour .des pressions comprises ente 1 mni et 1,5 mm de mercure, la consommation spécifique limite, c'est-à-dire la. consomma tion de la colonne positive seule, abstraction faite des dépenses d'énergie aux électrodes, est de l'ordre du demi-watt par bougie et qu'elle est sensiblement indépendante (lu diamètre -du tube;
b) Pour -:des pressions supérieures. à 1,5 mm, la consommation spécifique aug mente quand la pression croît et l'augmenta tion est d'autant plus accentuée que le -dia mètre du tube est plus grand; c) Au contraire, pour -des pressions infé rieures à 1 mm, la consommation spécifique diminue quand la pression s'abaisse jusqu'à un minimum qui est obtenu pour des pres sions s'échelonnant -de 0,1 mm à -1 mm -de mercure, suivant le diamètre -du tube, l'a baissement de la consommation spécifique étant d'autant plus marqué que le diamètre du -tube- est plus grand;
d) pour chaque diamètre, il existe une pression pour laquelle la consommation spé cifique est minimum.
Il s'ensuit qu'il est possible d'établir des tubes à. décharge du type précité et d'un diamètre donné, dans lesquels l'atmosphère gazeuse est à la pression (inférieure à 1,5 mm) correspondant au minimum de consommation spécifique pour ledit diamètre, ou est à une pression voisine de celle correspondant à ce minimum.
D'autre part, l'ensemble de ces courbes met en évidence l'existence d'une zone 11, camprise entre 1 .mm et 1,5 mm, pour laquelle la consommation spécifique est sensiblement indépendante -du diamètre -du tube.
D'après ces résultats, on voit qu'il y a in térêt, pour les tubes contenant principalement -du néon, à utiliser des pressions. ne dépassant pas 1,5 mm de mercure. Mais il peut arriver que pour d'autres considérations on ait à. sa crifier un peu le rendement lumineux. On pourra donc utiliser un appareil à décharge contenant une atmosphère ,gazeuse dont la pression sera plus faible ou plus élevée que celle qui correspond au minimum de con sommation spécifique.
Par exemple, avec des tubes à. néon -de petits diamètres (inférieurs à 30 mm), la. pression qui correspond au mini mum de la consommation spécifique est net tement inférieure à la. pression sous laquelle la tension nécessaire à l'alimentation du tube est la. plus basse; on pourrait donc, dans ce cas, avoir intérêt à. se placer à une pres sion supérieure à 1,5 mm. En tout cas, sous peine d'affecter par trop le rendement lumi neux, la pression ne devra jamais. excéder 3 mm -de mercure.
Au contraire, il a été observé que dans les tubes à néon -de grands -diamètres (supé rieurs. à 30 mm), le minimum de tension né cessaire à, l'alimentation a lieu pour des pressions ne s'écartant pas trop de celles. qui donnent le meilleur rendement lumineux.
Par exemple, il est tout à fait remarquable, que le minimum-<B>de</B> consommation spécifique de 0;3 watt par bougie pour un tube de 66 mm, a lieu pour une pression de 0,3 mm environ, tandis que, pour le même tube, la pression correspondant au minimum de la. tension d'a- limentation est de 0,8 mm. Conformément à l'invention, pour un tel diamètre de 66 mm. la pression de remplissage sera. comprise entre 0,15 et 0,5 mm environ.
Ces diverses considérations montrent qu'il est également possible d'établir des ap pareils à décharge dans lesquels l'atmosphère gazeuse a une -pression égale à celle pour la quelle la tension d'alimentation dudit appa reil est minimum.
Des résultats similaires aux précédents ont été obtenus avec d'autres gaz que le néon. L'emploi, dans les tubes luminescents, de mélanges gazeux composés d'hélium et de néon, à faible proportion de néon, a été pré- oonisé par M. Georges Claude dans son bre vet suisse no 141419, en vue d'obtenir une lumière blanche plus ou moins rosée, dont l'aspect, par observation directe, est voisin de celui de la lumière du jour.
Pour la commodité de l'exposé, on dési gnera dans ce -qui va. suivre, sous le nom de "lumière blanche" une lumière qui conserve sensiblement aux objets qu'elle éclaire la teinte que leur donne la lumière -du jour, c'est-à-dire une lumière qui contient des ra diations dans toutes les. régions du spectre vi sible, ces: radiations. présentant des intensités relatives comparables à, celles du spectre so laire.
L'utilisation de mélanges gazeux du type précité avec les dispositifs d'éclairage électri que décrits, le néon se trouvant dans le mé lange étant en proportion appropriée à. la- pro duetion de lumière blanche sous une pression comprise entre<B>3</B> mm et 0g05 mm de mercure, permet de réaliser une installation d'éclairage à arc avec un appareil à.
.décharge électrique présentant un ensemble d'avantages techni ques d'importance capitale et jusqu'alors non atteints simultanément.
Parmi ces avantages, il convient de signaler: 10 La puissance lumineuse élevée de l'ap pareil à décharge; 20 La qualité de la lumière obtenue; 30 Le rendement énergique élevé de l'ins tallation; 40 Une .grande -durée de de l'appareil à .décharge, sans diminution sen sible des avantages précédents.
Il y a. lieu de remarquer que ces résultats sont absolument nouveaux en raison, d'une part, de l'extrême facilité avec laquelle les gaz rares sont absorbés dans les: appareils à ,décharge actuellement utilisés, d'autre part, de la faible pression du mélange ,de gaz rares ici utilisés, condition qui devrait, en outre, exagérer l'effet nuisible précédent, et enfin, de la proportion infime de néon existant dans le mélange de gaz précité, proportion telle que :
dans un tube décharge de dimensions courantes, le volume de néon contenu dans ledit tube est de quelques millièmes de cen timètre cube sous la pression atmosphérique.
Les dispositifs à décharge à atmosphère d'hélium et de néon décrits possèdent égale ment diverses autres propriétés particulière ment intéressantes, parmi lesquelles il y a lieu de citer les suivantes:
1o A la différence des tubes à arc au néon pur, la consommation spécifique mini mum d'énergie aux électrodes, est sensible ment indépendante du diamètre de cette co lonne, mais, comme pour le néon, elle est ob tenue pour une pression d'autant plus basse que le diamètre du tube est plus grand et cette pression est, approximativement, en rai son inverse du diamètre, par exemple, elle est de 0,2 mm pour un tube de 65 mm et elle est de 0,55 mm pour un tube de 20, mm;
20 Quel que soit le diamètre, le minimum de la tension nécessaire à l'alimentation, en fonction de la pression, concorde presque par faitement avec le minimum de consomma tion spécifique, de sorte que le tube dont le rendement lumineux est le plus élevé est aussi celui qui, à longueur égale, fonctionne sous la tension la plus faible, ou qui, pour une tension d'alimentation donnée, peut être le plus long.
Sur la fig. 8 ci-jointe sont reproduites des courbes indiquant la variation de la con sommation spécifique, à intensité de courant constante, en fonction de la pression, pour divers diamètres -de tubes, et sur la fig. 9 -des courbes montrant, à intensité de courant constante, la tension d'alimentation en fouc- tion de la pression.
Ces courbes sont extraites d'un double ré seau de courbes établies expérimentalement, chaque courbe correspondant à un diamètre déterminé du tube.
Fig. 8, sur la ligne des abscisses, on a porté les pressions en millimètres de mercure du mélange hélium + néon utilisé, et, en ordonnées, les consommations spécifiques de la colonne lumineuse exprimées en watts par bougie. Ces courbes montrent que, pour cha que diamètre de tube, il existe un minimum -de consommation spécifique et, de plus, que ce minimum a pratiquement la même valeur pour tous les diamètres de tubes.
Le tableau ci-dessous donne les diamètres des divers tubes qui ont servi à l'établisse ment des courbes de la fig. 8.
EMI0010.0017
<I>Courbes <SEP> Diamètres</I>
<tb> 1 <SEP> = <SEP> 66 <SEP> mm
<tb> 11 <SEP> = <SEP> 36 <SEP> mm
<tb> 111 <SEP> = <SEP> 20 <SEP> mm Fig. 9, sur la ligne -des.
abscisses, on a porté les pressions en millimètres de mercure ,du mélange hélium -f- néon utilisé et, en or -données, le gradient de potentiel dans la co lonne positive exprimé en volts. par mètre de colonne positive, et relatif à .des intensités de l'ordre de quelques ampères.
Le tableau ci-dessous. donne les diamè tres des divers tubes hélium + néon qui ont servi à l'établissement de ces courbes
EMI0010.0030
<I>Courbes <SEP> Diamètres</I>
<tb> 1 <SEP> = <SEP> 66 <SEP> mm
<tb> 11 <SEP> --- <SEP> 36 <SEP> mm
<tb> 111 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> mm
<tb> Iv <SEP> - <SEP> 1à <SEP> mm Ces courbes montrent que, pour chaque diamètre du tube, il este une pression du mélange hélium + néon pour laquelle le fonc- tionnement du tube est assuré avec une ten sion minimum.
La composition du mélange hélium -I- néon utilisé est choisie dans chaque cas, de manière à obtenir la même lumière blan che; elle dépend d'un certain nombre de fac teurs dont les principaux sont: a) la pression totale du mélange gazeux, b) l'intensité -du courant, c) la section de la colonne positive.
Les travaux effectués sur divers,disposi tifs à tubes à décharge ont -démontré- que l'augmentation. de pression et l'augmentation du diamètre du tube agissent dans le même sens que l'augmentation de la teneur en néon et inversement. Les résultat expérimentaux obtenus se traduisent par une série complète d'abaques.
Les exemples suivant permettront -de se rendre compte de l'importance des trois facteurs indiqués relativement aux propor tions du mélange:
EMI0010.0042
<U>Ne</U>
<tb> Pression <SEP> Diamètre <SEP> Intensité
<tb> He <SEP> +Ne
<tb> 0,05 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> 20 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> amp. <SEP> <B>100/,</B>
<tb> 0,5 <SEP> " <SEP> " <SEP> 20 <SEP> " <SEP> 2 <SEP> ;
, <SEP> 4o/0
<tb> 3 <SEP> " <SEP> " <SEP> 20 <SEP> " <SEP> 2 <SEP> " <SEP> <B>0,750/,</B>
<tb> Intensité <SEP> Pression <SEP> Diamètre <SEP> <U>Ne</U>
<tb> He <SEP> + <SEP> Ne
<tb> 2 <SEP> amp. <SEP> 0,5 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> <B>86 <SEP> mm <SEP> 50/0</B>
<tb> 4,5 <SEP> " <SEP> 0,5 <SEP> " <SEP> 36 <SEP> " <SEP> 3<B>0</B>/0
<tb> Diamètre <SEP> Intensité <SEP> Pression <SEP> <U>Ne</U>
<tb> He <SEP> -+- <SEP> Ne
<tb> 20 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> amp. <SEP> 0,5 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> 40/,
<tb> 36 <SEP> " <SEP> 2 <SEP> " <SEP> 0,5 <SEP> " <SEP> " <SEP> <B>30/,</B> l'influence de la pression -est particulièrement importante.
Les valeurs ci-dessus, dont certaines sor tent du cadre -de l'invention, sont données à titre d'exemple, étant entendu que par l'utili sation de :diamètres et :d'intensités différents, mais liés à .des pressions de gaz rentrant dans les limites ci-dessus indiquées, on ne sort pas du -cadre de la présente invention.
Fait important, lorsque la composition du mélange hélium -f- néon varie entre les li- mites ci-dessus indiquées, la consommation spécifique et la tension d'alimentation ne changent pas d'une manière sensible.
L'atmosphère gazeuse que renferme l'ap pareil à décharge peut, par exemple, contenir du néon en proportion au moins égale à celle qui est nécessaire pour que les -caractéristiques électriques de cet appareil soient pratique ment les mêmes que celles -d'un appareil con tenant du néon pur. La chambre contenant l'atmosphère ga zeuse peut avoir le diamètre maximum com patible avec l'encombrement possible de l'ap pareil à décharge et la tension sous laquelle l'appareil doit être alimenté.