(57)【要約】照明装置は、光源を有しており、燃料−酸化剤(comburent)の混合物の燃焼が閉じ込められた空間(１１)を備えている。光結晶構造体(１６)は空間(１１)の内部に配置する。光結晶構造体(１６)は、赤外線の少なくとも１つの一部の前記通路から放出することを抑制又は制限し、それと同時に可視光線の放出を可能にするために働く。
2005516362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料及び酸化剤(comburent)の間の化学反応の空間(volume)において、閉じ込めの原理に基づいて動作する光源を備え、
前記反応によって生成された光の前記空間からの放出用の少なくとも１つの通路(１１)を備え、
光結晶構造体(１６)は、前記通路(１１)に対応して配置されて、赤外線の少なくとも一部の前記通路からの放出を抑制又は制限すると同時に可視光線の放射を可能にするために動作することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光結晶構造体(１６)の領域内では、多くの微小空洞が形成されており、前記構造を構成する材料の屈折率に対して異なった屈折率を備える手段が存在することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記通路(１１)が反射鏡(５)の焦点ゾーンに位置し、反射鏡(５)が放物線型又は自由形状型であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項４】
点火手段(１２)を備え、該点火手段(１２)は、燃料−酸化剤(comburent)の混合物に点火するために１つの電気的火花そして／又は連続の電気的火花を作り出すために動作し、前記通路(１１)の領域内に、又は前記光結晶構造体(１６)の近傍にあることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項５】
インパルス型の噴射手段(９)を備え、ピエゾ又はバブルの技術で作られたインクジェット方式の噴射システムを備え、燃料−酸化剤(comburent)の混合物の均質化ゾーン(１０)の中に前記燃料および前記酸化剤(comburent)を供給することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記火花の生成周波数そして／又は前記燃料の噴射周波数を制御するための手段(１３)を備えることを特徴とする、請求項４及び５の少なくとも１項記載の装置。
【請求項７】
該選択手段(１５)は、前記火花の生成周波数そして／又は前記燃料および前記酸化剤(comburent)の噴射周波数を調節するために設けられていることを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記均質化ゾーン(１０)は、多孔性材料を支持するケース(１４)を有し、
該ケース(１４)は、SiC・nSi３N４・xCのようなセラミック材料からできていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記均質化ゾーン(１０)を形成する前記ケース(１４)の外壁が、タリウム酸化物とイットリウム酸化物がドープされた酸化ジルコニウムの保護コーティングで覆われていることを特徴とする、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
活性ラジカル種の再結合を防ぐために、触媒手段が前記空間そして／又は前記通路(１１)に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記構造体(１６)が、実質的に管状の付属物(１１)の内部に配置され、前記通路に対応して配置されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記通路から放出された可視光線のビームを反射鏡(５)の方に向けるように、前記付属物(１１)が動作することを特徴とする、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記構造体(１６)が、シリカ、チタニアおよびアルミナからなる群から選択された材料をベースにしていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記空間にそして／又は酸化剤(comburent)と混合して前記燃料を供給する手段(７、８、９)を備えることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記手段が第一及び第二のタンク(７、８)を含み、それぞれが前記燃料および前記酸化剤(comburent)を含むことを特徴とする、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記手段(７、８、９)が混合チャンバーを備え、その内部で前記燃料が前記酸化剤(comburent)と混合されることを特徴とする、請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
前記チャンバが、制御された気孔を備えた材料を含んでいることを特徴とする、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記第一タンク(７)が様々な燃料コンパートメントを備え、各々は前記空間に噴射するためのシステムを備え、通路(１１)から放出された色を形成するのに寄与するナノスケールの粒子又は粒子のクラスタが、各コンパートメントの燃料に加えられることを特徴とする、請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
前記通路(１１)から放出された放射色を形成するために、前記光結晶構造体(１６)が動作し、
前記色は、各利用された燃料に導入された粒子のタイプによって決定され、人間の目で知覚された色は、前記通路(１１)から放出されたRGBベースの放射色の結果であることを特徴とする、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
電気的火花と、前記空間に燃料−酸化剤(comburent)の混合物を噴射することとの間の遅れを制御するための手段(１３)を備えることを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項２１】
前記制御手段(１３)は、燃料−酸化剤(comburent)の混合物の単一の点火火花に続いて前記化学反応を活性状態に維持するために動作することを特徴とする、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は照明装置に関する。
【０００２】
現在の技術的現状では、様々なタイプの照明装置又はシステムが知られている。その中で光源はバーナの炎から構成され、液体又は気体の燃料によって供給される。既知のデバイスは、広く普及しているが、赤外線の高い放出、及び燃料と酸化剤のような投与材料の量に対する制御不足のためにいくぶん非効率的である。
【０００３】
上記のことを基礎にして、本発明の目的は、エネルギー源として直接燃焼を利用するが、赤外線の放出が最小にされる新しい概念の光源を作り出すことである。
【０００４】
本発明の他の目的は、燃料及び酸化剤のような投与材料の量の制御が、電子的に得られる光源を作り出すことである。
【０００５】
本発明の他の目的は、光の放射が始まった燃料−酸化剤(comburent)の反応ゾーンの空間的制御が可能な光源を作り出すことである。
【０００６】
本発明によれば、これらの目的の１つ以上は、少なくとも１つの燃料及び酸化剤(comburent)の間の化学反応の空間(volume)において、閉じ込めの原理に基づいて動作する光源を備えた照明装置によって得られる。
【０００７】
前記反応によって生成された光の前記空間(volume)からの少なくとも放出用通路が設けられて、前記通路に対応して配置された光結晶構造体は、赤外線の少なくとも１つの部分の前記通路から放出を抑制又は制限するそれとともに可視光線の放出を可能にするために動作する。
【０００８】
本発明のさらなる目的、特徴および利点は、単に非限定的な例として提供されている以下の説明および添付図面から、明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付図面は、本発明の考えによって得られた直接燃焼を備えた光源を表わしている。具体例において、この光源は、携帯ランプの形をしている照明装置１である。
【００１０】
照明装置１は、くぼんだケース２を備え、例えばプラスチック、金属又はガラス材料からできており、実質的にフラットな第一の端壁３によって１つの端部が閉じられている。
反対の端では、凹み壁４がボディ２の内部に向かっており、例えば放物線型又は自由形式型の反射鏡５と結合している。反射鏡５は、プラスチック材料からできているとき、それ自身知られた技術で、例えば、単一層又は複数層の反射被覆で壁４を覆うことによりできている。具体例として、前述の被覆は、アルミニウム又は銀の層の形である。
【００１１】
フラットで、プリズム又はレンズ形をした透明な要素６が、反射鏡５上に配置される。透明な要素６は例えばガラスからできている。
【００１２】
ケース２の内部では、底壁３と壁４の間に(すなわち、反射鏡５が壁４を置き換わるならば、底壁３および反射鏡５の間に)、装置１の様々な機能部品が、配置されている。
【００１３】
参照符号７および８は、２つのタンクを示しており、それぞれ、燃料と酸化剤(comburent)とを含んでいる。装置１を動作させるのに必要な燃焼混合物は、２つのガス(水素又はアセチレンと、酸素)、又はガスと液体(酸素とメタノールのようなもの)から構成されることに注目しなければならない。
【００１４】
タンク７および８は、それぞれのダクト７Ａおよび８Ａによって、噴射装置９の各入口と連通している。タンク７および８は、燃焼混合物を製造し、多孔性材料を含んでいる均質化ゾーン又は混合チャンバ１０に燃焼混合物を供給するために設けられている。
【００１５】
噴射装置９に接続された端に対して均質化チャンバ１０の反対端では、出口が形成されており、管状の付属物(appendix)１１が出口のレベルにあり、管状の付属物(appendix)１１がノズルのように先細であり、断面で示されている。付属物(appendix)１１は、凹み壁４の中に形成された開口を通り抜けて、反射鏡５の内部に導く。
【００１６】
具体例において、２つの電極１２は、付属物(appendix)１１に結合している。電極１２は、均質化チャンバ１０から来る炎に点火する火花点火を作り出す電気を供給するためのものである。この目的のために、金属製の各電極１２は、混合物に点火する電気的火花を容易にするために、均質化チャンバ１０とノズル付属物１１との間のインターフェースの方に向いた尖った部分(不図示)をそれぞれ有している。この火花は、電子制御システム１３によって生成され、適切な電池(不図示)によって供給される。以下のことからさらに明白になる目的のために、電子システム１３は、噴射装置９を制御することを担当している。
【００１７】
均質化チャンバ１０は、好ましくは、化学物質や高温に対して安定したものであり且つ最小の熱損失を保証しなければならない。この目的のために、チャンバ１０は、新しい高抵抗性のセラミック材料(すなわちSiC・nSi３N４・xC)を用いて作られる。外壁は、タリウムとイットリウムの酸化物がドープされた酸化ジルコニウムで覆われている。外壁は、熱障壁の役割をする。この被覆１４は、部分断面で示されている。
【００１８】
小型化された一般的な燃焼チャンバは、活性ラジカル種を再結合させる傾向があり、反応性を高める可能性を無くしている。この理由のために、本発明によれば、燃焼チャンバ１０も、前記再結合を防ぐために、それ自身知られたタイプの触媒を備える。
【００１９】
それ自身知られたタイプの切換えスイッチ１５は、システム１３によって装置１のスイッチングを制御するために設けられている。システム１３は、チャンバ１０の内部に燃焼混合物の点火および噴射のインパルス周波数を制御するために特別に設計されている、前記周波数は、必要ならば、切換えスイッチ１５を用いて調節される。この目的のために、電極１２、噴射装置９および切換えスイッチ１５は、導体(不図示)によって、制御システム１３に適切に接続される。
【００２０】
本発明の重要な態様によれば、光結晶構造体は、均質化チャンバ１０の出口開口のレベルに位置決めされている。したがって、図において例示されたケースでは、この光結晶構造体１６は、ノズル付属物１１の内部に導入される。
【００２１】
光結晶の基礎をなす理論は、ヤブノロビッチ（Yablonovitch）の仕事から始まり、ちょうど半導体結晶が電子の特性に影響を及ぼすように、光子の特性に影響を及ぼす特性を備えた材料を作り出す可能性に変わる。ヤブノロビッチ（Yablonovitch）は、屈折率の周期的な変化を有する構造を備えた材料がそれらの内部にある光子モードの性質を劇的に修正することを証明した。
【００２２】
より詳しくは、半導体結晶内を移動する電子は、結晶が構成される原子核とともに相互作用によって作成された周期的なポテンシャルの影響を感じる。この相互作用は、一連の許可されたエネルギーバンドの生成を引き起こし、禁制エネルギーバンド(バンドギャップ)で分離されている。
【００２３】
同様の現象が、光結晶内の光子に対して起こっている。光結晶は、一般に、整然とした一連の微小空洞を含んでいる透明な誘電材料のブロックから構成される。微小空洞において、空気、又はゲスト・マトリックスの屈折率に対する非常に異なった屈折率を備えた他の手段が限定される。屈折率間の対比は、特定波長を持った光子を光結晶のキャビティ内部に限定させる。
【００２４】
光子(あるいは電磁波)が感じる閉じ込め効果は、多孔性マトリックスとキャビティとの屈折率の対比により、許可されたエネルギの領域を生成させて、禁止されたエネルギーの領域によって分離される。禁止されたエネルギーの領域は光子バンドギャップと呼ばれる。この事実により、光結晶の２つの基本特性が生じる。
i)大きさ、キャビティの間の距離、および屈折率間の違いを制御することによって、特定波長の光子の伝播および自発放出を防ぐことが可能である。
ii)半導体の場合のように、光子バンドギャップ(P.B.G.)の内部にはドーパント不純物があり、許可されたエネルギー準位を作成することは可能である。
【００２５】
光結晶の特性を決定するパラメーターの値を適切に選択することによって、特定波長の赤外線の伝播および自発放出を防ぐと同時に、可視光線の伝播および自発放出を可能にする。
【００２６】
本発明に係る装置１の動作は、以下のとおりである。
【００２７】
タンク７および８は、通常、燃料及び酸化剤(comburent)を含んでいる。述べたように、それらは、２つのガス、又はガスと液体から構成される。ダクト７Ａおよび８Ａを通って、燃料および酸化剤(comburent)は噴射装置９に達することができる。噴射装置９は、典型的には、インクジェット方式又はバブルジェット方式の微小バルブから構成され、ともに混合されて均質化チャンバ１０に供給される。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態では、燃焼混合物を均質化チャンバ１０に噴射することはインパルスで作られる。
【００２９】
インパルスを備えた噴射により、燃料及び酸化剤の投与に関する制御が理論燃焼を調節することができる。理論燃焼では、燃料に対する酸化剤の割合に応じて希薄又は豊富な反応生成物もなく、燃料及び酸化剤が反応する。
【００３０】
述べたように、可能な実施形態では、燃焼混合物の噴射は、インクジェット方式又はバブルジェット方式というプリンタのインクジェット方式のヘッドで使用された噴射装置に類似した噴射装置で行われる。プリンタのインクジェット方式のヘッドは、異なった部門での使用として、それ自身よく知られている (例えば、内燃機関に対して、示されたタイプの噴射システムを使用している米国Ａ−５,４３７,２５５を参照すること)。
【００３１】
特に、熱及び圧電のインクジェット方式の最近の噴射装置は、品質、信頼性および低コストの点で、非常にハイ・レベルな性能が特徴である。これらのシステムに典型的な特徴は、液体混合物及びガス状混合物の両方で使用可能であり、液滴のサイズ、噴射時間および２つの成分の混合流れを制御することができるという事実である。入力可能な典型的な周波数は、数ヘルツから数万ヘルツまで変えることができる。各インパルスに対して約１ピコリッターの量の液体を噴射する可能性を持っている。
【００３２】
チャンバ１０の出口に閉じ込められた燃焼を開始させるために、装置１のユーザは切換えスイッチ１５を操作して、制御システム１３によって、噴射装置９からチャンバ１０への混合物の吸気のシーケンスを開始させる。シーケンスは、電極１２間の電気的火花の数に対応しており、好ましくは点火同期を最適化するために遅れている。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、第一の火花に続いて、噴射された燃料−酸化剤(comburent)の噴射シーケンスおよび周波数が、インパルスの自己点火を保証する。
【００３４】
したがって、光結晶１６が配置された付属物１１の入口ゾーンの中で、インパルスを備えた燃焼が起こる(それは次々に噴射された混合物のジェットの単一の燃焼が連続したものである)。第一の燃焼は電極１２間のそれぞれの火花によって開始して、光のそれぞれのフラッシュの生成を特徴としている。一方、第２の燃焼から、点火が前述の入口ゾーンの局部加熱の結果として起こり、前のインパルスの燃焼が終わっていない領域において燃料−酸化剤(comburent)のインパルスの噴射の結果として特に起こる。これらの燃焼とフラッシュの周波数は、切換えスイッチ１５を用いてなされた設定に依存するだろう。低周波の場合には、特定の火花が各インパルスに対応していることが必要であることも注目されなければならない。
【００３５】
述べたように、光結晶構造体１６は、中空の付属物(appendix)１１の内部に設けられる。この構造体１６は、本発明によれば、近赤外線の光子バンドギャップを有している。赤外線が、光の放出を備えた燃焼の化学反応によって放出された放射光の大部分であるので、このように、光結晶１６の特性は赤外線の放出および伝播を防ぐために利用される。この目的のために、光結晶構造体１６は、例えば、シリカ、チタニア又は酸化アルミニウムをベースにしたものであり、「自己集合」及び「失蝋」の技術を用いた化学合成によって得られる。
【００３６】
付属物１１から放出される光線は、反射鏡５に当たる。反射鏡５は、平坦で、プリズム又はレンズ形の透明なガラスの要素６によって、装置１の外側に可視光線を反射する。
【００３７】
述べたように、光結晶構造体１６の存在のおかげで、赤外線の放出が最小にされ、先行技術と比較して装置１の効率が必然的に増加する。
【００３８】
本発明は携帯ランプに関して記載されている。しかしながら、あらゆるタイプの照明装置、システム又は設備を作るために適用されることは明らかである。
【００３９】
しかしながら、創造的な考えの固有の新規な範囲を逸脱することなく、例として記載された照明装置が、当業者により様々に変形されうることは明白である。
【００４０】
本発明の可能な変形では、特定の噴射器によって作られるのではなく、均質化チャンバ１０の中に燃焼混合物を毛細管現象により供給してもよい。この解決策では、噴射装置９は取り除かれ、燃料及び酸化剤(comburent)がチャンバ１０に直接到着する。前の場合のように、チャンバ１０が、制御された気孔を備えた材料で満たされるだろう。この多孔性材料の含浸により、混合物が、混合物に点火する電極１２が配置されたレベルで、光結晶１６のキャビティに到着することができる。
【００４１】
あらかじめ例示した場合において、セレクター１５および制御システム１３は、点火インパルスと、もし予測されるならば、燃焼混合物の噴射との周波数を変えるために作動する。それにもかかわらず、本発明の他の実施形態では、この周波数が固定されることは明らかである。
【００４２】
デバイスのタンクは、携帯式のものあるいは据付られたものであるかに関わらず、好ましくは、補充可能であるか交換可能である。
【００４３】
さらに複雑なレイアウトでは、燃料タンクは３つの分割壁を備え、３つのコンテナを形成する。３つのコンテナの中で、３つの異なった燃料が配されて、各コンテナはそれぞれインクジェットの噴射システムを備え、またナノスケールの粒子又は粒子のクラスタをさらに備えた燃料をそれぞれ含んでいる。それらの粒子は、通路１１から放出された色を形成するために機能する。
【００４４】
燃料の燃焼は、このように、燃料へ導入された粒子のタイプによって決定された色を放射する。これらの粒子又は粒子のクラスタは、好ましくは凝集しており、その結果、クラスタの気孔が酸化剤との反応を容易にする。クラスタにおける粒子の寸法およびタイプは、燃焼での支配的な放射色を決定する。前述の粒子は、アルミニウム、銀、多孔性シリコン、あるいは、多孔性又は寸法の度合いに関して放出選択性として知られた他のタイプのアルカリ金属又は半導体である。
【００４５】
放出された放射色は、光結晶１６によるのと同様に、燃料に導入された粒子のタイプによっても、決定されるだろう。したがって、人間の目によって知覚された色は、反応ゾーン(それは通路１１の入口である)によって放出された放射のRGBベース色の結果である。知覚された色は、決定された色の燃料の噴射周波数の調整によって決定可能なシーケンスおよび時間に従って、反応ゾーンに残っている。
【００４６】
均質化チャンバ１０は、それぞれの光結晶構造体が設けられるレベルに、複数の光出口通路を有している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の考えによって得られた直接燃焼を備えた照明装置の部分断面を有する側面図である。
【図１】
2005516362.tif 000003
【国際調査報告】
2005516362.tif 000004
2005516362.tif 000005
2005516362.tif 000006