Lampes halogènes au tungstène

En 1958, E.G. Fridrich et E.H. Wiley avaient développé la Lampe à Halogène au Tungstène en introduisant un gaz halogène (essentiellement de l'iode) à l'intérieur de la lampe incandescente. En effet, sans le gaz halogène, le filament de la lampe incandescente perd progressivement ses performances en raison de son évaporation à haute température. Le tungstène évaporé du filament d'une lampe incandescente normale se dépose progressivement sur la surface intérieure de l'ampoule. Ainsi, les lumens sont obstrués dans leur chemin pour sortir de l'ampoule. La efficacité, c'est-à-dire les lumens par watt, de la lampe incandescente diminue donc progressivement. Mais l'insertion de gaz halogène dans la lampe incandescente surmonte cette difficulté en plus d'offrir différents avantages. Ce gaz halogène inséré aide le tungstène évaporé à former des halogénures de tungstène qui ne se déposent jamais sur la surface intérieure de l'ampoule lorsque la température de la surface de l'ampoule est comprise entre 500K et 1500K. Les lumens ne rencontrent donc pas d'obstruction. Ainsi, les lumens par watt de la lampe ne se détériorent pas. De plus, grâce à l'insertion de gaz halogène sous pression, le taux d'évaporation du filament diminue.

Principe de fonctionnement de la lampe à halogène

Le principe de fonctionnement de la lampe à halogène repose sur un cycle régénératif de l'halogène.

Dans une lampe incandescente, en raison de la haute température, le filament de tungstène s'évapore pendant son fonctionnement. Grâce au flux convectif du gaz à l'intérieur de l'ampoule, le tungstène évaporé est transporté loin du filament. La paroi de l'ampoule est relativement froide. Par conséquent, le tungstène évaporé adhère alors à la paroi interne de l'ampoule. Ce n'est pas le cas lorsque de l'iode est utilisé dans le conteneur de l'ampoule. La température du filament de la lampe à halogène est maintenue à environ 3300K. Ici aussi, le tungstène sera évaporé du filament de la lampe. Grâce au flux convectif du gaz à l'intérieur de l'ampoule, les atomes de tungstène évaporés sont transportés loin du filament vers une zone de température relativement plus basse où ils se combinent avec la vapeur d'iode pour former l'iode de tungstène. La température requise pour la combinaison du tungstène et de l'iode est de 2000K.

Ensuite, le même flux convectif du gaz à l'intérieur de l'ampoule transporte l'iode de tungstène vers la paroi de température relativement plus basse. Cependant, l'ampoule est conçue de telle manière que la température de la paroi en verre reste comprise entre 500K et 1500K, et à cette température, l'iode de tungstène n'adhère pas à la paroi de l'ampoule. Il retourne vers le filament en raison du même flux convectif du gaz à l'intérieur de l'ampoule. À nouveau, dans la proximité immédiate du filament, où la température est supérieure à 2800K, l'iode de tungstène se brise en tungstène et en vapeur d'iode. Car c'est la température requise pour briser l'iode de tungstène en tungstène et en atomes d'iode est >2800K.

Ces atomes de tungstène se déplacent ensuite et se redéposent sur le filament pour compenser le tungstène précédemment vaporisé. Après cela, ils se vaporisent à nouveau en raison de la haute température du filament et deviennent libres pour acquérir de l'iode pour former des halogénures. Ce cycle se répète encore et encore. Ainsi, le filament ne s'évapore pas de façon permanente, ce qui permet de maintenir la température du filament à un niveau très élevé par rapport à une lampe incandescente normale, ce qui la rend plus efficace, c'est-à-dire avec un meilleur ratio lumen/watt. Comme il n'y a pas d'évaporation permanente du filament, la durée de vie des Lampes à Halogène au Tungstène est beaucoup plus longue avec une clarté d'éclairage. L'équation chimique est

Construction de la lampe à halogène

Comparativement à la lampe à halogène, la lampe incandescente ne peut fournir que 80% de ses lumens à la fin de sa vie car la clarté de la paroi en verre s'estompe en raison du dépôt de tungstène, tandis que la lampe à halogène au tungstène peut fournir plus de 95% de ses lumens à la fin de sa vie. Autrefois, le verre borosilicate ou aluminosilicate était utilisé pour fabriquer l'ampoule de la lampe à halogène. Ces matériaux ont une meilleure résistance à la température et un coefficient d'expansion thermique très faible. Cependant, de nos jours, le quartz est largement utilisé pour fabriquer l'ampoule en verre de la lampe à halogène. Le quartz est un silice transparent et du dioxyde de silicium pur. Il est beaucoup plus solide et supporte des températures plus élevées que le verre borosilicate ou aluminosilicate. L'ampoule en quartz peut être un matériau souple au-dessus de 1900K. De plus, autour du filament, 2800K doivent être maintenus pour obtenir un cycle halogène continu. La distance entre le filament et la paroi de l'ampoule en quartz doit donc être maintenue de telle sorte que la paroi de l'ampoule en quartz ait une température inférieure à 1900K. La paroi de l'ampoule doit être plus solide et de volume plus petit afin que la lampe puisse fonctionner sous une pression interne de plusieurs atmosphères. De plus, une pression plus élevée à l'intérieur de l'ampoule réduit le taux d'évaporation du filament de tungstène. Une certaine quantité d'azote et d'argon est mélangée en plus du gaz halogène à l'intérieur de l'ampoule pour maintenir cette pression de gaz plus élevée à l'intérieur. Ainsi, la lampe peut fonctionner à une température plus élevée et avec une efficacité lumineuse plus grande pendant une longue période. La plupart des lampes actuelles utilisent du brome au lieu de l'iode. Le brome est incolore, tandis que l'iode a une teinte violacée.

Applications des lampes à halogène au tungstène

Les lampes à halogène au tungstène peuvent avoir de nombreuses formes, mais elles sont le plus souvent tubulaires avec le filament orienté axialement. Elles sont également disponibles en versions à double extrémité et à simple extrémité. Deux types sont montrés ci-dessous.
Deux types sont montrés ci-dessous.

Les lampes à halogène au tungstène offrent une température de couleur corrélée, une excellente maintenance des lumens et une durée de vie raisonnable. Elles sont appropriées pour les applications d'éclairage extérieur. Elles peuvent notamment être utilisées pour l'éclairage sportif, théâtral, en studio et pour l'éclairage télévisuel, etc. Leurs filaments sont généralement stables mécaniquement et positionnés avec une précision élevée. Les lampes à halogène au tungstène sont largement utilisées comme projecteurs, projecteurs de films et instruments scientifiques. Des types de lampes à halogène au tungstène à basse tension sont également disponibles sur le marché. Elles sont disponibles en 12, 20, 42, 50 et 75 watts, fonctionnant entre 3000K et 3300K. Leur durée de vie varie de 2000 heures à 3500 heures.

Comme les équipements de projection optique, les lampes à halogène sont généralement utilisées, de nos jours, elles sont largement utilisées pour l'éclairage de présentation également.
La partie principale de la lampe à halogène au tungstène est une capsule de petite taille. Elle est collée en une seule pièce, tous les réflecteurs en verre sont dotés de facettes pour contrôler le faisceau optiquement. La lampe MR-16 a un réflecteur multifacettes avec un diamètre de 2 pouces. Elle a une efficacité lumineuse légèrement supérieure aux lampes incandescentes standard tension. Leur taille est également plus petite, ce qui permet des luminaires compacts.

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