JP2019522321A - 高効率ライトシステム - Google Patents

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Abstract

革新的で非常に効率的なライトシステムが本明細書に開示される。ライトシステムは、内側シュラウド及び外側シュラウドを有するハウジングと、第1光源と、第2光源とを含む。内側シュラウドは外側シュラウド内に配置され、全ての光源は内側シュラウド内に配置される。第2光源は、光及び熱を生成することができる。第2光源からの熱は、第1光源がより効率的に光を生成するために、第1光源によって吸収され得る。ライトシステムは、第1光源及び第2光源の両方から同時に光を提供することができる。外側シュラウドの内面は、第1及び第2の光源によって生成された可視光の出力を依然として可能にしながら、ハウジング内に第2光源から生成された熱を保持するように構成された赤外線反射コーティングを含むことができる。

Description

本発明の実施形態は、1つ以上の異なる種類の光源を同時に使用する(例えば、投光ランプ(flood lamps)、道路照明、倉庫などのための)ライトシステムに関する。特に、本明細書に開示されたライトシステムは、シュラウド(shroud)内に配置する特別に作られたメタルハライド(metal halide)型の光源(light source : LS)及びナトリウム蒸気(sodium vapor)型の光源(LS)を含み、メタルハライドの光源からの熱損失がこのような方式で使用される場合、結果的にシステムの全般的な効率は非常に高くなる。この新しい技術は、HLC(熱光変換;Heat to Light Conversion)と呼ばれる。
[関連出願の相互参照]
本出願は、2016年6月30日に出願された「高効率ライトシステム」と題する米国仮特許出願第62/356,820号の優先権及びその利益を主張するものであり、その全体の内容は本明細書に参考として組み込まれる。
多くのライトシステム(街路ライトシステム、駐車場の投光ライトシステム、建物周辺の投光ライトシステムなど)は、ナトリウム蒸気ランプを使用している。
ナトリウム蒸気ランプは、ガスをイオン化するように電気アークを生成するガス放電ランプである。典型的にナトリウム蒸気ランプは、希ガス(noble gases)(例えば、ネオン及びアルゴン)の混合物を含む。ガスのイオン化の結果である自由電子は、ナトリウム蒸気原子と衝突して黄色光を生成する。低圧ナトリウム蒸気ランプは、ほぼ単色の黄色光を生成し、これにより、光害(light pollution)を低減し、環境(動植物の両方)に対する照明効果を制限し、ヒトの目を様々な照明レベルにより簡単に適応させることができる。典型的な発光効率は、ワット当たり150ルーメンである。
メタルハライドランプは、典型的には、広域天井照明の場所(例えば、駐車場、スポーツ競技場、工場、及び小売店などの商業用、工業用、及び公共スペース)および自動車のヘッドランプに使用される。ナトリウム蒸気ランプと同様に、メタルハライドランプもまたガス放電ランプであるが、メタルハライドランプは、気化した水銀と金属ハロゲン化物(金属と臭素又はヨウ素の化合物)のガス混合物を介して電気アークを生成することによって実質的に白色光を生成する。その結果、メタルハライドランプは、ワット当たり約75〜100ルーメンの発光効率を有する。メタルハライドランプは、屋外の光源に使用することができるが、メタルハライドランプによって生成される白色光は、ナトリウム蒸気ランプよりもさらに多くの量の光害を引き起こす。また、ヒトの目は、ナトリウム蒸気ランプの黄色光よりもメタルハライドランプの白色光によって照らされる様々な光レベルに適応するために、さらに長い時間がかかる。メタルハライドランプで消費されるエネルギーの約25%は光を生成するために使用され、消費されたエネルギーの残りの75%は熱に変換される。
多くのガス放電ランプ、より具体的には、金属蒸気ベースのランプは、動作するために熱の形で高い量のエネルギーを必要とする。熱は、蒸気状態に金属粒子を維持するために使用され、従って、蒸気状態に金属粒子を維持するためには、ランプのハウジング内で高温を維持しなければならない。本発明の実施形態は、一般に、ナトリウム蒸気LS(第1LS)及び金属ハロゲンLS(第2LS)の両方を使用して従来の光源技術よりもさらに効率的なライトシステム技術を作り出すライトシステムに関する。本発明の実施形態は、ワット当たり300ルーメンまでの発光効率を含むことができる。本発明の実施形態は、黄色と白色とを組み合わせわせた光を出力するライトシステムにおいて、第2LSの熱損失を使用して第1LSの効率を向上させる。さらに、本発明の実施形態は、第1LS及び第2LSを囲む少なくとも1つのシュラウドを含んでもよく、少なくとも1つのシュラウドは、赤外線をシュラウド内に反射することによってシュラウド内に要求される高温を維持するために赤外線(IR)コーティングを含む。
例示的な一実施形態によれば、本発明は、本明細書に示し説明したように、少なくとも1つの他の光源から光をより効率的に生成するために、少なくとも1つの光源の熱出力を使用するライトシステムを含む。
第2の実施形態によれば、本発明は、ハウジング、第1光源、及び第2光源を含む装置を含む。ハウジングは、少なくとも内側シュラウド及び外側シュラウドを含むことができる。内側シュラウドは、外側シュラウド内に同心円状に配置されてもよい。第1光源及び第2光源の両方を内側シュラウド内に配置してもよい。第1光源は、ナトリウム蒸気LSであってもよい。第2光源は、光及び熱の両方を出力する金属ハロゲンLSであってもよい。第2光源からの熱は、第1光源から吸収されて、第1光源の固体金属粒子を加熱して蒸気に変換されてもよい。第1光源の自由電子は、蒸気原子と衝突して第1光源から光を放出する。従って、ライトシステムは、第1光源及び第2光源の両方から同時に光を提供することができる。外側シュラウドの内面は、第1及び第2の光源によって生成された可視光の出力を依然として可能にしながら、ハウジング内で第2光源から生成された熱を保持するように構成された反射コーティングを含むことができる。
第3の実施形態によれば、本発明は、ハウジング及び単一の光源を備える装置を含む。ハウジングは、少なくとも内側シュラウド及び外側シュラウドを含むことができる。内側シュラウドは、外側シュラウド内に同心円状に配置されてもよい。光源は、内側シュラウド内に配置されてもよい。光源は、光及び熱の両方を出力するナトリウム蒸気型の光源であってもよい。光源からの熱は、内側シュラウド内に含まれ、光源自体によって吸収されて、光源の固体金属粒子を加熱して蒸気に変換されてもよい。光源の自由電子は、蒸気原子と衝突して光源から光を放出する。従って、ライトシステムは、光源から光を提供することができる。
シュラウドの少なくとも1つの表面は、光源によって生成された可視光の出力を依然として可能にしながら、光源から生成された熱をハウジング内に保持するように構成された反射コーティングを含むことができる。
第4の実施形態によれば、本発明は、第2の実施形態と同様に、ハウジング、第1光源、及び第2光源を含む。しかしながら、第2の実施形態とは異なり、ハウジングは単一のシュラウドのみを含むことができる。第1光源及び第2光源の両方をシュラウド内に配置してもよい。第1光源は、ナトリウム蒸気LSであってもよい。第2光源は、光及び熱の両方を出力する金属ハロゲンLSであってもよい。第2光源からの熱は、第1光源から吸収されて固体金属粒子を加熱して蒸気に変換されてもよい。第1光源の自由電子は、蒸気原子と衝突して光源から光を放出する。従って、ライトシステムは、第1光源及び第2光源の両方から同時に光を提供することができる。シュラウドの内面は、第1及び第2の光源によって生成された可視光の出力を依然として可能にしながら、ハウジング内で第2光源から生成された熱を保持するように構成された反射コーティングを含むことができる。
第5の実施形態によれば、本発明は、ハウジング及び単一の光源を備える装置を含む。第4の実施形態と同様に、ハウジングは、単一のシュラウドのみを含み、光源は、単一のシュラウド内に配置されてもよい。光源は、光及び熱の両方を出力するナトリウム蒸気型の光源であってもよい。光源からの熱は、単一のシュラウド内に含まれ、光源自体によって吸収されて光源の固体金属粒子を加熱して蒸気に変換されてもよい。光源の自由電子は、蒸気原子と衝突して光源から光を放出する。従って、ライトシステムは、単一の光源から光を提供することができる。この実施形態では、光源及び単一のシュラウドの両方が、単一の光源によって生成された可視光の出力を依然として可能にしながら、ハウジング内の単一の光源及び最終的に単一の光源から生成された熱を保持するように構成された反射コーティングを含むことができる。
本発明の実施形態による屋外ライトシステムの概略図を示す。 図1に示す屋外ライトシステムの実施形態のハウジングの第1の実施形態の斜視図を示す。 図1に示す屋外ライトシステムの実施形態のハウジングの第2の実施形態の斜視図を示す。 図1に示す屋外ライトシステムの実施形態のハウジングの第3の実施形態の斜視図を示す。 図1に示す屋外ライトシステムの実施形態のハウジングの第3の実施形態の斜視図を示す。 様々な光波長について、図1に示す屋外ライトシステムの実施形態のコーティングの反射率及び透過率特性を示すグラフ図である。
本開示を通して、同一の要素を識別するために同一の参照番号が使用される。
図1に示すように、ライトシステム(light system)10又は屋外ライトシステムは、第1光源200と第2光源300とを囲むハウジング100を含む。ライトシステム10は、コネクタ400、ワイヤルーム(loom of wires)500、安定器(ballast)600、及び商用電源又は主電源(mains electricity or mains power)700をさらに含む。図に示すように、コネクタ400は、ハウジング100の下部及びハウジング100内に配置された第1及び第2の光源200,300に接続される。コネクタ400は、所望の電力を提供する既存の照明器具(existing light fittings)を用いてライトシステム10が動作することを可能にする任意のタイプのコネクタであってもよい。コネクタ400はまた、第1光源200のワイヤ210及び第2光源300のワイヤ310がハウジング100から出ることを可能にしながら、ハウジング100と気密封止を形成することができる。図1は、コネクタ400の外側に配置されたワイヤルーム500及び安定器600を示すが、他の実施形態では、ワイヤルーム500及び安定器600は、コネクタ400内に配置又は収容されてもよい。コネクタ400と安定器600との間に延びるワイヤルーム500は、第1光源200のワイヤ210及び第2光源300のワイヤ310を安定器600に渡す(deliver)。
図1に示すように、安定器600は、主電源700から第1及び第2の光源200,300に電力を伝達するためにAC主電源700に接続される制御構成要素を含む。安定器600は、ランプドライバ610及び高電圧DCコンバータ/アイソレータ620を含む。ランプドライバ610は、第1及び第2の光源200,300に伝達される電力を調整する電気デバイスであってもよい。ランプドライバ610は、その電気的特性が温度及び圧力と共に変化するときに、第1及び第2の光源200,300に一定量の電力を提供することによって第1及び第2の光源200,300の変化する要求に応えることができる。高電圧DCコンバータ620は、ドライバ610を動作させるために使用される。ドライバ610は、適切なAC電力を2つの光源200,300に順に供給する。
図1にさらに示すように、主電源700は、安定器600に接続される。また他の実施形態では、安定器600がコネクタ400内に配置又は収容される場合、主電源700は、任意のAC電源(例えば、壁面コンセントなど)からライトシステム10にAC電力を伝達するためにコネクタ400に動作可能に接続される。主電源700は、負端子710、接地端子720、及び正端子730を含むことができる。正端子730は、電力が主電源700から安定器600に、究極的には、第1及び第2の光源に伝達されるかどうかを調整するスイッチ740をさらに備えてもよい。
図2を参照すると、ライトシステム10のハウジング100の詳細な斜視図が示されている。ハウジング100は、第1端部102及び第1端部102に対向する第2端部104を含む。ハウジング100は、外側容器又はシュラウド110及び内側容器又はシュラウド120をさらに含む。内側シュラウド120は、外側シュラウド110よりも大きさ及び体積が小さくてもよく、内側シュラウド120は、外側シュラウド110内に完全に配置されてもよい。従って、外側シュラウド110は、内側シュラウド120を完全に囲む。内側シュラウド120は、外側シュラウド110及び内側シュラウド120が同心円状に整列するように外側シュラウド110内に配置されてもよい。図2に示すように、空洞(cavity)130は、外側シュラウド110の内面と内側シュラウド120の外面との間に設けられる。外側シュラウド110の内面と内側シュラウド120の外面との間の距離は、約3mmであってもよい。他の実施形態では、外側シュラウド110の内壁と内側シュラウド120の外壁との間の距離は、3mmよりも大きいか又は小さくてもよい。この空洞130は、高真空(100mPa〜100nPa範囲の圧力)を含むことができる。また、シュラウド110,120は、実質的に円筒形として示されているが、任意の所望の形状(例えば、長方形、楕円形、球形など)であってもよい。しかし、円筒形及び楕円形のシュラウド110,120は、第1光源200に対する第2光源300の放射及び加熱効果を向上させることができる。
図2に示すように、内側シュラウド120は、第1光源200及び第2光源300を含むか又は収容する内側領域140を画定する。従って、第1光源200及び第2光源300は、内側シュラウド120の内側領域140内に配置される。さらに内側シュラウド120はまた、不活性又は不活性でないガス(inert or non inert gas)142、又はガスの混合物を貯蔵又は保持することができる。ガス142は、希ガス(noble gases)(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン)、又は希ガス142の混合物であってもよい。貯蔵されたガス142は、0から769トル(Torr)の間の圧力で内側シュラウド120の内側領域140内に保持されてもよい。ガス142は、伝導(conduction)によって第2光源300から第1光源200への熱伝達を助ける。不活性ガス(inert gas)142はまた、第2光源300によって発生した熱を内側シュラウド120の内側領域140全体に均等に分配するように働く。
上述したように、ハウジング100は、内側シュラウド120によって画定された内側領域140内に配置された第1光源200及び第2光源300を含む。第1光源200は、黄色の色相又は色を有する光を生成するナトリウム蒸気型LSであってもよい。第1光源200は、平均波長が約589nmである実質的に単色光を有する光を生成することができる。第1光源200は、第1端部220及び第2端部230を有する管形状である。さらに、第1光源200は、第1光源200が第1端部220と第2端部230との間で内側シュラウド120の内側領域140を巡って湾曲して曲がることを可能にする7つの管状部分(tubular section)240,241,242、243,244,245、246を含む。図に示すように、管状部分240,241,242、243,244,245、246は、第1光源200のいくつかのU字形部分を生成し、U字形部分は、内側シュラウド120の内側領域140を巡って曲がる。他の実施形態では、第1光源200は、任意の数の管状部分を含むことができる。さらに、第1光源200は、任意の所望の形状であってもよく、単一の線状管又は単一U字形管のみで形成されてもよい。ライトシステム10のまた他の実施形態では、第1光源200は、任意の型の光源であってもよく、ナトリウム蒸気型の光源だけに限定されない。図1及び図2は、2つの光源200,300を示しているが、ライトシステム10は、ハウジング100に配置された2つ以上の光源を含むことができる。
さらに図に示すように、ワイヤ210が第1及び第2端部220,230から延びる。ワイヤ210は、第1光源200の第1端部220から下方に延びる第1組のワイヤ212、及び第1光源200の第2端部230から下方に延びる第2組のワイヤ214を含む。第1組及び第2組のワイヤ212,214は、ハウジング100の第2端部104を介して及びコネクタ400(図1に示す)を介して延びることができる。第1組のワイヤ212は、第1光源200の第1端部220に近い第1管状部分240内に配置されたフィラメント又は電極(図示せず)に電力を供給することができる。第2組のワイヤ214は、第1光源200の第2端部230に近い第7管状部分246内に配置されたフィラメント、又は電極(図示せず)に電力を供給することができる。第1組及び第2組のワイヤ212,214はまた、内側領域140内の第1光源200を支持する。
光源200はまた、希ガス(例えば、ネオン、アルゴンなど)と混合したナトリウム粒子を含む。第1光源200内に配置された希ガスは、従来のナトリウム蒸気ランプの圧力より小さい最大8トルの圧力で第1光源200内に配置されてもよい。第1光源200の2本のフィラメントの間に電気アークが発生し、管内の電気アークによって加速された自由電子がガス原子と衝突して可視光を生成する。
続けて図2を参照すると、第2光源300は、任意の型の光源であってもよく、これは、白色の色相又は色を有する光を生成するメタルハライドランプを含むが、これらに限定されることはない。第2光源300は、内側シュラウド120の内側領域140内の中央に配置されてもよい。図に示すように第1光源200は、第2光源300の周りで湾曲して曲がる。第2光源300は、第2光源300からハウジング100の第2端部104を介して及びコネクタ400(図1に示す)を介して下方に延びる1組のワイヤ310を含む。1組のワイヤ310は、第2光源300に電力を伝達し、また内側シュラウド120の内側領域140内に第2光源300の位置決めを支持する。第2光源300がメタルハライドランプである場合、第2光源300は、気化した水銀と金属ハロゲン化物(金属と臭素又はヨウ素の化合物)のガス混合物を用いて電気アークを生成することによって動作することができる。第2光源300によって消費されたエネルギーの約25%が光を生成するために使用され、消費されたエネルギーの残りの75%が熱に変換される。
第1光源200及び第2光源300の両方は、ライトシステム10から光を同時に生成するように同時に動作可能である。上述のように、ライトシステム10が第1及び第2の光源200,300を含む場合、ライトシステム10は、第1光源200からの黄色光及び第2光源300からの白色光を同時に生成する。ライトシステム10の他の実施形態は、第1及び第2の光源200,300のタイプに応じて他の色の光を生成するように構成してもよい。同一の内側シュラウド120内に第1及び第2の光源200,300を配置し、第2光源300の周りで第1光源200を湾曲させることにより、第2光源300によって発生した熱は第1光源200によって吸収される。吸収された熱は、第1光源200が固体金属粒子(即ち、本発明の実施形態におけるナトリウム)をそれらの蒸気形態に変換するのを助け、第1光源200がこの変換を行うためにより少ない電力を使用することを可能にする。さらに、吸収された熱はまた、第1光源200がその動作温度を維持するのを助け、これはまた、第1光源200が光を出力するときに、より少ない電力を使用することを可能にする。
図2は、外側シュラウド110の内面上のコーティング150をさらに示す。コーティング150は、赤外線光波(infrared light wave)を内側シュラウド120の内側領域140内に再び反射させるように構成された赤外線(IR)コーティングであってもよい。従って、コーティング150は、内側シュラウド120の内側領域140内で光源200,300から発生する熱を反射して保持するように構成される。コーティング150は、ハウジング100に絶縁を提供するだけでなく、可視光波(約400〜700nm)が内側及び外側シュラウド110,120の外に進むようにする。ライトシステム10のまた他の実施形態は、外側シュラウド110の外面、内側シュラウド120の外面、及び/又は内側シュラウド120の内面上のコーティングを含むことができる。ライトシステム10が2つ以上のシュラウドを含むまた他の実施形態では、IRコーティング150は、ライトシステム10の任意のシュラウドの任意の表面(例えば、内面及び/又は外面上にあってもよい)。
図3を参照すると、ライトシステム10のハウジング1000の第2の実施形態の詳細な斜視図が示されている。第1の実施形態と同様に、ハウジング1000の第2の実施形態は、第1端部1102及び第1端部1102に対向する第2端部1104を含む。ハウジング1000は、外側容器又はシュラウド1110及び内側容器又はシュラウド1120をさらに含む。内側シュラウド1120は、外側シュラウド1110よりも大きさ及び体積が小さくてもよく、内側シュラウド1120は、外側シュラウド1110内に完全に配置されてもよい。従って、外側シュラウド1110は、内側シュラウド1120を完全に囲む。内側シュラウド1120は、外側シュラウド1110及び内側シュラウド1120が同心円状に整列するように外側シュラウド1110内に配置されてもよい。ハウジング1000の第2の実施形態は、外側シュラウド1110の内面と内側シュラウド1120の外面との間に設けられた空洞1130をさらに含む。外側シュラウド1110の内面と内側シュラウド1120の外面との間の距離は、約3mmであってもよい。他の実施形態では、外側シュラウド1110の内壁と内側シュラウド1120の外壁との間の距離は、3mmより大きい又は小さくてもよい。この空洞1130は、高真空(100mPa〜100nPa範囲の圧力)を含むことができる。
ハウジング100,1000のまた他の実施形態では、ハウジングは、2つ以上のシュラウドを含むことができる。即ち、ハウジング100,1000の他の実施形態は、最も内側のシュラウド、最も外側のシュラウド、及び最も内側のシュラウドを囲んで最も外側のシュラウドによって囲まれている任意の数の中間シュラウドを含むことができる。上述したように、このような複数のシュラウドのそれぞれは、任意の距離で分離してもよい。
図3にさらに示すように、第1の実施形態と同様に、内側シュラウド1120は、内側領域1140を画定する。しかし、第1の実施形態とは異なり、内側シュラウド1120の内側領域1140は、単一の光源1200を含むか又は収容する。内側シュラウド1120はまた、不活性又は不活性でないガス1142、又はガスの混合物を貯蔵又は保持することができる。ガス1142は、希ガス(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン)、希ガス1142の混合物であってもよく、又はガスを含まない(即ち、真空)こともできる。貯蔵されたガス1142は、0から760トルの間の圧力で内側シュラウド1120の内側領域1140内に保持してもよい。不活性ガス1142と真空の両方は、光源1200によって発生した熱を内側シュラウド1120の内側領域1140全体に均等に分配するように働く。
上述したように、ハウジング1000の第2の実施形態は、内側シュラウド1120によって画定された内側領域1140内に配置される単一の光源1200を含む。光源1200は、黄色の色相又は色を有する光を生成するナトリウム蒸気型LSであってもよい。光源1200は、平均波長が約589nmである実質的に単色光を有する光を生成することができる。第1の実施形態の第1光源200と同様に、光源1200は、第1端部1220及び第2端部1230を有する管形状である。さらに、光源1200は、光源1200が第1端部1220と第2端部1230との間で内側シュラウド1120の内側領域1140を巡って湾曲して曲がることを可能にする7つの管状部分1240,1241,1242,1243,1244,1245,1246を含む。図示のように、第1の実施形態の第1光源200と同様に、管状部分1240,1241,1242,1243,1244,1245,1246は、光源1200のいくつかのU字形部分を生成し、U字形部分は、内側シュラウド1120の内側領域1140を巡って曲がる。他の実施形態では、第1光源1200は、任意の数の管状部分を含むことができる。さらに、光源1200は、任意の所望の形状であってもよく、単一の線状管又は単一U字形管だけで形成されてもよい。ライトシステム10のまた他の実施形態では、光源1200は、任意の光源であってもよく、ナトリウム蒸気型の光源に限定されない。
さらに例示したように、第1の実施形態の第1光源200と同様に、ワイヤ1210が第1及び第2端部1120,1230から延びる。ワイヤ1210は、光源1200の第1端部1220から下方に延びる第1組のワイヤ1212及び光源1200の第2端部1230から下方に延びる第2組のワイヤ1214を含む。第1組及び第2組のワイヤ1212,1214は、ハウジング1000の第2端部1104を介して及びコネクタ400(図1に示す)を介して延びることができる。第1組のワイヤ1212は、光源1200の第1端部1220に近い第1管状部分1240内に配置されたフィラメント又は電極(図示せず)に電力を供給することができる。第2組のワイヤ1214は、光源1200の第2端部1230に近い第7管状部分1246内に配置されたフィラメント、又は電極(図示せず)に電力を供給することができる。第1組及び第2組のワイヤ1212,1214はまた、内側領域1140内で光源1200を支持する。
また、第1の実施形態の第1光源200と同様に、光源1200はまた、希ガス(例えば、ネオン、アルゴンなど)と混合したナトリウム粒子を含む。光源1200内に配置された希ガスは、従来のナトリウム蒸気ランプの圧力より小さい最大8トルの圧力で光源1200内に配置されてもよい。光源1200の2本のフィラメントの間に電気アークが発生し、管内の電気アークによって加速された自由電子がガス原子と衝突して可視光を生成する。
上述したように、ライトシステム10が光源1200のみを含む場合、ライトシステム10は、ハウジング1000の第1の実施形態によって出力される黄色及び白色光と比較して黄色光を出力してもよい。ライトシステム10によって出力される黄色光は、光源1200から生成される。真空状態である内側領域1140を巡って湾曲するように光源1200を位置決めすることによって、光源1200によって発生した熱は、内側領域1140内に分散して保持され、熱が光源1200によって吸収され得る。吸収された熱は、光源1200が固体金属粒子(即ち、本発明の実施形態におけるナトリウム)をそれらの蒸気形態に変換するのを助け、内側領域1140の外に配置されている光源1200と比較して、光源1200がこの変換を行うためにより少ない電力を使用することを可能にする。さらに、吸収された熱はまた、光源1200がその動作温度を保持するのを助け、これはまた、光源1200が光を出力するときに、より少ない電力を使用することを可能にする。
第1の実施形態と同様に、図3に示すように、コーティング1150は、外側シュラウド1110の内面上に配置される。コーティング1150は、赤外線光波を内側シュラウド1120の内側領域1140内に再び反射させるように構成された赤外線(IR)コーティングであってもよい。従って、コーティング1150は、内側シュラウド1120の内側領域1140内で光源1200から発生する熱を反射して保持するように構成される。コーティング1150は、ハウジング1000に絶縁を提供するだけでなく、可視光波(約400〜700nm)が内側及び外側シュラウド1110,1120の外に進むようにする。コーティング1150は、外側及び/又は内側シュラウド1110,1120のいずれかの表面上に配置されてもよい。また、ライトシステム10が2つ以上のシュラウドを含む異なる実施形態では、IRコーティング1150は、ライトシステム10の任意のシュラウドの任意の表面(例えば、内面及び/又は外面)上にあってもよい。
図4を参照すると、例示的な実施形態によるライトシステム10のハウジング2000の詳細な斜視図が示されている。前述のハウジング100,1000の先の2つの例示的な実施形態と同様に、ハウジング2000は、第1端部2102及び第1端部2102に対向する第2端部2104を含む。しかし、ハウジング100,1000の先の2つの例示的な実施形態と異なり、ハウジング2000は、単一の容器又はシュラウド2110を含む。さらに、実質的に円筒形として示されているが、シュラウド2110は、任意の所望の形状(例えば、長方形、楕円形、球形など)であってもよい。しかし、円筒形及び楕円形のシュラウド2110は、第1光源2200に対する第2光源2300の放射及び加熱効果を向上させることができる。
図4に示すように、シュラウド2110は、第1光源2200及び第2光源2300を含むか又は収容する内側領域2140を画定する。従って、第1光源2200及び第2光源2300は、シュラウド2110の内側領域2140内に配置される。さらに、シュラウド2110はまた、不活性又は不活性でないガス2142、又はガスの混合物を貯蔵又は保持することができる。ガス2142は、希ガス(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン)、又は希ガス2142の混合物であってもよい。貯蔵されたガス2142は、0から769トルの間の圧力でシュラウド2110の内側領域2140内に保持されてもよい。ガス2142は、伝導によって第2光源2300から第1光源2200への熱伝達を助ける。不活性ガス2142はまた、第2光源2300によって発生した熱をシュラウド2110の内側領域2140全体に均等に分配するように働く。
前述したように、ハウジング100の第1の例示的な実施形態と同様に、ハウジング100は、シュラウド2110によって画定された内側領域2140内に配置された第1光源2200及び第2光源2300を含む。第1光源2200は、黄色の色相又は色を有する光を生成するナトリウム蒸気型LSであってもよい。第1光源2200は、平均波長が約589nmである実質的に単色光を有する光を生成することができる。ハウジング100の第1の例示的な実施形態内に配置された第1光源200と同様に説明されたように、第1光源2200は、第1端部2220及び第2端部2230を有する管形状である。第1光源2200は、第1光源2200が第1光源2220の第1端部2220と第2端部2230との間でシュラウド2110の内側領域2140を巡って湾曲して曲がることを可能にする7つの管状部分2240,2241,2242,2243,2244,2245,2246を含む。図に示すように、管状部分2240,2241,2242,2243,2244,2245,2246は、シュラウド2110の内側領域2140を巡って曲がる第1光源2200のいくつかのU字形部分を形成する。他の実施形態では、第1光源2200は、任意の数の管状部分を含むことができる。さらに、第1光源2200は、任意の所望の形状であってもよく、単一の線状管又は単一U字形管だけで形成されてもよい。ライトシステム10のまた他の実施形態では、上述したように、第1光源2200は、任意の型の光源であってもよく、ナトリウム蒸気型の光源だけに限定されない。図3は、2つの光源200,300を示しているが、ライトシステム10は、ハウジング2000内に配置された2つよりも多いか又は少ない光源を含むことができる。
さらに図示されるように、ハウジング100の第1の例示的な実施形態について図2に示されたものと同様に、ワイヤ2210が第1及び第2端部2220,2230から延びている。ワイヤ2210は、第1光源2200の第1端部2220から下方に延びる第1組のワイヤ2212と、第1光源2200の第2端部2230から下方に延びる第2組のワイヤ2214とを含む。第1組及び第2組のワイヤ2212,2214は、ハウジング2000の第2端部2104を介して及びコネクタ400(図1に示す)を介して延びることができる。第1組のワイヤ2212は、第1光源2200の第1端部2220に近い第1管状部分2240内に配置されたフィラメント又は電極(図示せず)に電力を供給することができる。第2組のワイヤ2214は、第1光源2200の第2端部2230に近い第7管状部分2246内に配置されたフィラメント、又は電極(図示せず)に電力を供給することができる。第1組及び第2組のワイヤ2212,2214はまた、内側領域2140内の第1光源2200を支持する。
光源2200は、第1の例示的な実施形態の光源200のものと同様に、希ガス(例えば、ネオン、アルゴンなど)と混合したナトリウム粒子を含むことができる。第1光源2200内に配置された希ガスは、従来のナトリウム蒸気ランプの圧力より小さい最大8トルの圧力で第1光源2200内に配置されてもよい。第1光源2200の2本のフィラメントの間に電気アークが発生し、管内の電気アークによって加速された自由電子がガス原子と衝突して可視光を生成する。
続けて図4を参照すると、第2光源2300は、任意の型の光源であってもよく、これは、白色の色相又は色を有する光を生成するメタルハライドランプを含むが、これらに限定されることはない。ハウジング100の第1の例示的な実施形態と同様に、第2光源2300は、シュラウド2110の内側領域2140内の中央に配置されてもよい。図に示すように、第1光源2200は、第2光源2300の周りで湾曲して曲がる。第2光源2300は、第2光源2300からハウジング2000の第2端部2104を介して、及びコネクタ400(図1に示す)を介して下方に延びる1組のワイヤ2310を含む。1組のワイヤ2310は、第2光源2300に電力を伝達し、またシュラウド2110の内側領域2140内に第2光源2300の位置決めを支持する。第2光源2300がメタルハライドランプである場合、第2光源2300は、気化した水銀と金属ハロゲン化物(金属と臭素又はヨウ素の化合物)のガス混合物を介して電気アークを生成することによって動作することができる。第2光源2300によって消費されたエネルギーの約25%が光を生成するために使用され、消費されたエネルギーの残りの75%が熱に変換される。
ハウジング100の第1の例示的な実施形態と同様に、第1光源2200及び第2光源2300の両方は、ライトシステム10から光を同時に生成するように同時に動作可能である。上記のように、ライトシステム10が第1及び第2の光源2200,2300を含む場合、ライトシステム10は、第1光源2200からの黄色光及び第2光源2300からの白色光を同時に生成する。同一のシュラウド2110内に第1及び第2の光源2200,2300を配置し、第2光源2300の周りで第1光源2200を湾曲させることにより、第2光源2300によって発生した熱は第1光源2200によって吸収される。上述したように、吸収された熱は、第1光源2200が固体金属粒子(即ち、本発明の実施形態におけるナトリウム)をそれらの蒸気形態に変換するのを助け、第1光源2200がこの変換を行うためにより少ない電力を使用することを可能にする。さらに、吸収された熱はまた、第1光源2200がその動作温度を保持するのを助け、これはまた、第1光源2200が光を出力するときに、より少ない電力を使用することを可能にする。
図4は、シュラウド2110の表面上のコーティング2150をさらに示す。コーティング2150は、シュラウド2110の内面又はシュラウド2110の外面のいずれかに配置されてもよい。コーティング2150は、赤外線光波をシュラウド10”の内側領域2140内に再び反射させるように構成された赤外線(IR)コーティングであってもよい。従って、コーティング2150は、シュラウド2110の内側領域2140内で光源2200,2300から発生する熱を反射して保持するように構成される。コーティング2150は、ハウジング2000に絶縁を提供するだけでなく、可視光波(約400〜700nm)がシュラウド2110の外に進むようにする。
図5を参照すると、ライトシステム10のハウジング3000の第4の実施形態の詳細な斜視図が示されている。他の実施形態と同様に、ハウジング3000の第4の実施形態は、第1端部3102及び第1端部3102に対向する第2端部3104を含む。ハウジング3000は、1つの容器又はシュラウド3110のみを含む。単一のシュラウド3110は、単一の光源3200を収容する内側領域3140を画定する。実質的に円筒形として示されているが、シュラウド3110は、任意の所望の形状(例えば、長方形、楕円形、球形など)であってもよい。しかし、円筒形及び楕円形のシュラウド3110は、シュラウド3110の内側領域3140内の放射及び加熱効果を向上させることができる。シュラウド110の内側領域3140は、不活性又は不況性でないガス、又はガスの混合物を貯蔵又は保持することができる。シュラウド110の内側領域3140がガスを保持する場合には、そのガスは、希ガス(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン)、希ガスの混合物であってもよく、ガスを含まない(即ち、真空)こともできる。任意の貯蔵されたガスは、0から760トルの間の圧力でシュラウド3110の内側領域3140内に保持されてもよい。内側領域3140が真空を含む場合、その真空は、高真空(即ち、100mPaから100nPaの範囲の圧力)であってもよい。不活性ガス及び真空は、両方とも内側領域3140内で発生した熱を内側領域3140の全体に均一に分配するように働く。
図5に示すように、ハウジング3000の第3の実施形態は、単一のシュラウド3120によって画定された内側領域3140内に配置された単一の光源3200を含む。光源3200は、任意の型のガス放電ランプであってもよく、これは、黄色の色相又は色を有する光を生成するナトリウム蒸気型ランプ、又は白色の色相又は色を有する光を生成するメタルハライドランプを含むが、これらに限定されることはない。光源3200は、第1端部3220及び第2端部3230を有する管状であってもよく、管状部分3240は、第1端部3220と第2端部3230との間で実質的にU字型に延びる。光源3200の第1端部3220は、第1フィラメント3222を収容することができ、第2端部3230は、第2フィラメント3232を収容することができる。光源3200はU字型であるように示されているが、光源3200はシュラウド3110の内側領域3140内で任意の形状であってもよい。
図5にさらに示すように、ワイヤ3210が第1及び第2端部3220,3230から延びる。ワイヤ3210は、光源3200の第1端部3220から下方に延びる第1組のワイヤ3212及び光源3200の第2端部3230から下方に延びる第2組のワイヤ3214を含む。第1組及び第2組のワイヤ3212,3214は、ハウジング3000の第2端部3104を介して、及びコネクタ400(図1に示す)を介して延びることができる。第1組のワイヤ3212は、光源3200の第1端部3220内のフィラメント3222に電力を供給することができ、第2組のワイヤ3214は、光源の第2端部3230内のフィラメント3232に電力を供給することができる。第1組及び第2組のワイヤ3212,3214はまた、シュラウド3110の内側領域3140内の光源3200を支持する。電力がフィラメント3222,3232に供給されるとき、光源3200の管状本体部を介して2本のフィラメント3222,3232の間に電気アークが発生し、管内の電気アークによって加速された自由電子がガス原子と衝突して可視光を生成する。
上述したように、ライトシステム10が光源3200のみを含む場合、ライトシステム10は、第1及び第3実施例100,200のような多重光源ではなく、単一の光源3200によって生成された光のみを出力することができる。真空状態である内側領域3140を巡って湾曲するように光源3200を位置決めすることによって、光源3200によって発生した熱は、内側領域3140内に分散して維持され、熱が光源3200によって吸収することができる。吸収された熱は、光源3200が固体金属粒子(即ち、ナトリウム蒸気ランプにおけるナトリウム)を蒸気形態に変換させるのを助け、内側領域3140の外に配置されている光源3200と比較するとき、光源3200がこの変換を行うのにさらに少ない電力を使用することを可能にする。さらに、吸収された熱はまた、光源3200がその動作温度を保持するのを助け、これはまた、光源3200が光を出力するときに、さらに少ない電力を使用することを可能にする。
図5に示すように、他の実施形態と同様に、コーティング3150が単一のシュラウド3110の内面に配置される。しかし、他の実施形態とは異なり、コーティング3152はまた、光源3200の管(tube)の外面に配置することもできる。コーティング3150は、単一のシュラウド3110の任意の表面(内側又は外面)に配置されてもよい。同様に、コーティング3152は、光源3200の管の任意の表面(内側又は外面)に配置されてもよい。コーティング3150,3152は、赤外線光波を単一のシュラウド3120の内側領域3140及び/又は光源3200の管3240の内側で再び反射させるように構成された赤外線(IR)コーティングであってもよい。従って、コーティング3150,3152は、単一のシュラウド1120の内側領域3140内で及び/又は光源3200の管状部分3240内で光源3200から発現する熱を反射して保持するように構成される。コーティング3150は、ハウジング3000に絶縁を提供するが、コーティング3152は、光源3200の管3240に絶縁を提供する。コーティング3150,3152は、絶縁を提供するだけでなく、可視光波(約400〜700nm)が管及びシュラウド3110の外に進むようにする。
図6を参照すると、コーティング150,1150,2150,3150,3152の透過率及び反射特性を示すチャートが示されている。700nmよりも小さい光波の場合、コーティング150,1150,2150,3150,3152は、約94%の透過率T及び約5%の反射率Rを有する。従って、この範囲の波長内に該当する光波の場合、コーティング150,1150,2150,3150は、シュラウド110,1110,2110,3110を介して約94%の光を許容し、光波の5%のみを内側領域140,1140,2140,3140内に反射する。同様に、700nmよりも小さい光波の場合、コーティング3152は、光源3200の管状部分3240を介して約94%の光を許容し、光波の5%のみを光源3200の管状部分3240の内側領域内に反射させる。
しかし、光波の波長が約700nmから約1200nmまで増加するにつれて、コーティング150,1150,2150,3150,3152の反射率R特性もまた、約700nmの光波の約5%から約1200nmの光波の約94%まで直線的に増加する。反対に、光波の波長が約700nmから約1200nmまで増加するにつれて、コーティング150,1150,2150,3150,3152の透過率T特性は、700nmの光波の約94%から1200nmの光波の約5%まで減少する。さらに、1200nmより大きい波長を有する光波の場合、コーティング150,1150,2150,3150,3152は、約5%の透過率T及び約94%の反射率Rを有する。従って、1200nmより大きい波長を有する光波の場合、コーティング150,1150,2150,3150は、シュラウド110,1110,2110,3110を介して光波の約5%のみを許容して光波の約94%を内側領域140,1140,2140,3140内に反射させる。同様に、1200nmより大きい波長を有する光波の場合、コーティング3152は、光源3200の管状部分3240を介して光の約5%のみを許容して光波の約94%を光源3200の管状部分3240の内側領域内に反射させる。
図6のチャートに示されるように、コーティング150,1150,2150,3150,3152は、可視光スペクトル(400nm〜700nm)内の光波がハウジング100,1000,2000,3000の外に進むようにし、1200nmより大きい光波(IR光波、マイクロ波など)をハウジング100,1000,2000,3000の内側領域140,1140,2140,3140又は光源3200の管状部分3240の内側領域内に再び反射させる。
ハウジング100,1000の第1及び第2例示的な実施形態では、コーティング150,1150、外側シュラウド110,1110、及び内側シュラウド120,1120の間の真空、及び内側シュラウド120,1120の内側領域140,1140内の真空又は低圧の希ガスの組み合わせは、ハウジング100,1000に絶縁を提供する。上述したように、外側及び内側シュラウド110,1110,120,1120の間の真空及び内側シュラウド120,1120の内側領域140,1140内に配置された希ガスは、内側シュラウド120,1120の内側領域140,1140の全般にわたり、光源200,1200,300によって生成された熱を均等に分散させる。内側シュラウド1120の内側領域1140が希ガスの代わりに真空を含む場合、真空はまた、内側シュラウド1120の内側領域1140の全般にわたり、光源1200によって生成された熱を均等に分散させる。
コーティング2150及びシュラウド2110の内側領域2140内の真空又は低圧の希ガスの組み合わせのみを使用するハウジング2000の第3例示的な実施形態は、ハウジング100,1000とほぼ同等の絶縁を提供することができる。さらに、コーティング3150,3152、及び単一のシュラウド3110の内側領域3140内の真空又は低圧の希ガスの組み合わせを使用するハウジング3000の第4の例示的な実施形態は、ハウジング100,1000,2000とほぼ同等の絶縁を提供することができる。ハウジング100,1000と同様に、シュラウド2110,3110の内側領域2140,3140内に配置された真空又は希ガスは、シュラウド2110,3110の内側領域2140,3140の全般にわたり、光源2200,2300,3200によって生成された熱を均等に分散させる。
シュラウド110,1110,2110,3110の表面上に反射コーティング150,1150,2150,3150を追加することによって、光源200,300,1200,2200,2300,3200によって生成された可視光スペクトルの光波がシュラウド110,120,1110,1120,2110,3110を越えて続けて進むようにしながら、ハウジング100,1000,2000,3000内に光源200,300,1200,2200,2300,3200によって生成された熱を保持することを助ける。これらの要素の組み合わせは、光源200,300,1200,2200,2300,3200によって発生した熱がシュラウド120,1120,2110,3110の内側領域140,1140,2140,3140をそれぞれ加熱することを可能にする。さらに、光源3200の管状部分3240の表面上の反射コーティング3152は、光源3200によって生成された可視光スペクトルの光波が光源3200の管状部分3240を越えて続けて進むようにしながら、光源3200の管状部分3240の内側領域内に光源3200によって生成された熱を保持するのを助ける。
シュラウド120,1120,2110,3110の内側領域140,1140,2140,3140、及び光源3200の管状部分3240の内側領域の温度をそれぞれ増加させることにより、光源200,1200,2200,3200が光源200,1200,2200,3200の固体粒子を気化させて所望の動作温度を保持するのにさらに少ない電力を使用することを可能にする。また、内側領域140,1140,2140,3140、及び光源3200の管状部分3240の内側領域の増加した温度は、光源200,1200,2200,3200がさらに高温で動作できるようにし、これは、光源200,1200,2200,3200によって出力された光の量を増加させる。コーティング150,1150,2150,3150,3152、外側シュラウド110,1110、及び内側シュラウド120,1120の間の真空、及びシュラウド120,1120,2110,3110の内側領域140,1140,2140,3140内の低圧の希ガスは、それぞれ単一ナトリウム蒸気ランプ又はメタルハライドランプより効率的なライトシステム10を提供するために組み合わせわせる。例えば、ナトリウム蒸気ランプを含む本明細書で説明した本発明の実施形態は、ワット当たり約300ルーメンの発光効率で光(即ち、黄色及び白色の混合、黄色光、白色光など)を生成することが可能になる。さらに、本明細書で説明した第1及び第3の発明の実施形態の第1及び第2の光源200,2200,300,2300によって出力される黄色及び白色光の組み合わせは、従来のナトリウム蒸気ランプから生成される単色の黄色光よりも優れた演色を提供するランプ。
本発明のライトシステム、又はその一部分は、ガラス、プラスチック、発泡プラスチック、木材、厚紙、プレス紙、金属、柔軟な天然素材又は合成素材(綿、弾性ポリマー、ポリエステル、プラスチック、ゴム、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせを含むが、これらに限定さない)などの任意の適切な材料又は材料の組み合わせから製造され得ることを理解されたい。適切なプラスチックは、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル(EVA)などを含むことができる。適切な発泡プラスチックは、発泡又は押出ポルリステレン、発泡又は押出ポリプロピレン、EVA発泡体、それらの誘導体及びそれらの組み合わせを含むことができる。
本明細書で使用される「左側」、「右側」、「上部」、「下部」、「前方」、「後方」、「側面」、「高さ」、「長さ」、「幅」、「上部、下部」、「内部」、「外部」、「内側」、「外側」等のような用語は、単に参照の地点又はその部分を説明しているに過ぎず、本発明を特定の方向又は構成に制限するものではないことを理解しなければならない。また、「例示的な」という用語は、本明細書で例示又は説明を説明するために使用される。例示として本明細書に記載された任意の実施形態は、好ましい又は有利な実施形態として解釈されるべきではなく、むしろ本発明の可能な実施形態の一例又は例示として解釈されるべきである。
開示された発明は1つ以上の特定の例において具体化されるように本明細書に示して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく請求の範囲の等価物の範囲及び範囲内で様々な修正及び構造的変更がなされ得るため、これは、示された詳細に限定されることはない。また、実施形態のうちの1つからの様々な特徴は、他の実施形態に組み込まれてもよい。従って、添付された請求の範囲は、請求の範囲に記載されている本開示の範囲と一致する形で広範囲に解釈されることが適切である。

Claims (20)

  1. 装置であって、
    第1空洞、第1内面、及び第1外面を有する第1ハウジングと、
    第2空洞、第2内面、及び第2外面を有する第2ハウジングと、
    前記第2空洞内に配置される第1光源と、
    前記第1ハウジングおよび前記第2ハウジングのうち少なくとも1つの表面に配置される反射コーティングと、
    を含み、
    前記第2空洞は前記第1空洞より小さく、前記第2ハウジングは前記第1空洞内に配置される、装置。
  2. 前記第2空洞内に配置される第2光源をさらに含む請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1光源は、ナトリウム蒸気型の光源である、請求項2に記載の装置。
  4. 前記第2光源は、メタルハライド型の光源である、請求項3に記載の装置。
  5. 前記反射コーティングは、前記第1ハウジングの前記第1内面上に配置される、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第2空洞は、少なくとも1つのガスを含む、請求項1に記載の装置。
  7. 前記反射コーティングは、赤外線を反射するように構成された赤外線(IR)反射コーティングである、請求項1に記載の装置。
  8. 前記赤外線反射コーティングは、700nm以下の光波の94%を透過させる、請求項7に記載の装置。
  9. 前記赤外線反射コーティングは、1200nm以上の光波の94%を反射させる、請求項8に記載の装置。
  10. 装置であって、
    空洞、内面、及び外面を有するハウジングと、
    前記空洞内に配置される第1光源と、
    前記空洞内に配置される第2光源と、
    前記ハウジングのうち少なくとも1つの表面上に配置される反射コーティングと、
    を含む装置。
  11. 前記第1光源は、ナトリウム蒸気型の光源である、請求項9に記載の装置。
  12. 前記第2光源は、メタルハライド型の光源である、請求項10に記載の装置。
  13. 前記反射コーティングは、赤外線を反射するように構成された赤外線(IR)反射コーティングである、請求項9に記載の装置。
  14. 前記反射コーティングは、前記ハウジングの内面上に配置される、請求項9に記載の装置。
  15. 装置であって、
    空洞、内面、及び外面を有するハウジングと、
    前記空洞内に配置される少なくとも1つの光源と、
    前記ハウジングのうち少なくとも1つの表面及び前記少なくとも1つの光源のうち少なくとも1つの表面に配置される反射コーティングと、
    を含み、
    前記少なくとも1つの光源は、内面及び外面を有する、装置。
  16. 前記反射コーティングは、赤外線反射コーティングである、請求項15に記載の装置。
  17. 前記反射コーティングは、前記ハウジングの内面及び前記少なくとも1つの光源の内面上に配置される、請求項15に記載の装置。
  18. 前記反射コーティングは、前記ハウジングの外面及び前記少なくとも1つの光源の内面上に配置される、請求項15に記載の装置。
  19. 前記反射コーティングは、前記ハウジングの外面及び前記少なくとも1つの光源の外面上に配置される、請求項15に記載の装置。
  20. 前記反射コーティングは、前記ハウジングの内面及び前記少なくとも1つの光源の外面上に配置される、請求項15に記載の装置。
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