Bombilla de plasma que comprende una ampolla (11) de cuarzo llena de al menos un elemento de la columna del azufre de la tabla de clasificación periódica de los elementos químicos y medios dispuestos para generar y mantener un plasma en esta ampolla mediante el envío de ondas electromagnéticas de hiperfrecuencia en dicha ampolla (11),

caracterizada porque comprende además medios dispuestos para generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla a partir de una vibración ultrasónica generada en el plasma, en la que dichos medios destinados a la creación de una onda resonante ultrasónica en dicha ampolla (11) no comprenden una ampolla (11) dotada de dos volúmenes (11a,11b) idénticos comunicantes conectados por un canal

Bombilla de plasma con medios para generar en su ampolla una onda resonante ultrasónica.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una bombilla de plasma que comprende una ampolla de cuarzo que contiene al menos un elemento de la columna del azufre de la tabla de clasificación periódica de los elementos químicos y medios dispuestos para generar y mantener un plasma en esta ampolla mediante el envío de ondas electromagnéticas de hiperfrecuencia en dicha ampolla.

Técnica anterior

Entre las bombillas con una buena reproducción cromática, las bombillas de descarga, fluorescentes, halógenas o incluso de halogenuros metálicos, tienen todas una eficacia lumínica muy superior a la de las bombillas de incandescencia. Este es el motivo por el que han acaparado una gran parte del mercado aunque contienen sustancias tóxicas, concretamente mercurio en la mayoría de los casos. El riesgo de residuo tóxico a gran escala resultado de esto se reconoce como una amenaza medioambiental de primera importancia. En la Comunidad Europea, los aparatos que contienen mercurio son objeto de una reglamentación estricta orientada a limitarlos, incluso a prohibirlos, efectiva desde el 1 de julio de 2006 (Directiva CE 2002/95 del Parlamento Europeo y del Consejo del 27 de enero de 2003, Decisión de la Comisión del 18 de agosto de 2005, Decisión de la Comisión del 13 de octubre de 2005). En lo que se refiere a los sistemas de iluminación, su retirada progresiva del mercado se realiza a condición de que surja una tecnología de sustitución exenta de productos tóxicos. Esta disposición legal genera, por tanto, un mercado potencial de tamaño considerable.

Una nueva tecnología de iluminación, exenta de contaminantes, basada en la emisión lumínica de vapores diatómicos de ciertos elementos de la columna denominada VIA de la tabla de Mendeleïev, es decir de la tabla periódica de los elementos químicos, está desarrollándose en diversos países tales como Alemania, Corea del Sur, Japón, los Países Bajos, Rusia, Suiza y los EE.UU. La relajación de las moléculas recompuestas tras la disociación produce una radiación lumínica importante. A una presión de varios bares, el espectro de la emisión se extiende de manera continua de 370 a 900 terahercios y su máximo se encuentra en el campo visible. La energía se aporta por inducción electromagnética, generalmente con un magnetrón que irradia aproximadamente a 2,45 gigahercios, con el fin de evitar el contacto con los electrodos y así prolongar la vida útil de la ampolla. Obteniéndose así la disociación molecular por calentamiento, se constata además la emisión de una radiación de Planck en el infrarrojo. La sustancia activa, que se condensa en frío, se coloca en una ampolla llena de un gas neutro. Con la resonancia, se forma una descarga eléctrica, lo que permite evaporar la sustancia activa. Entonces, se forma el plasma molecular luminiscente. Cuanto mayor es su temperatura, mayor es su eficacia lumínica. La resistencia a la temperatura de la ampolla determina por tanto la eficacia del sistema. Por ello la ampolla es de cuarzo fundido. La primera bombilla comercializada, denominada SOLAR-1000 (patente US 5.404.076), está dotada además de un dispositivo que mantiene su ampolla en rotación a aproximadamente 2500 t/min. La sustancia activa empleada es azufre o selenio. La eficacia lumínica de esta bombilla supera 110 Lm/W a plena potencia (1400 W). Pero, si la rotación de la ampolla se detiene, su eficacia lumínica disminuye netamente. En ausencia de ventilación, la potencia inyectada debe además reducirse a la mitad en el caso del azufre, si no la ampolla se funde. La observación indica que la facultad que tiene el plasma de absorber las microondas aumenta con la temperatura, en todo caso hasta un cierto límite. Esta retroacción positiva conlleva un riesgo de avalancha térmica. Puede formarse una bolsa de sobrecalentamiento que al entrar en contacto con la ampolla provoca su rotura. La rotación de la ampolla permite evitar esto agitando el plasma a alta temperatura por convección térmica, siendo la aceleración centrípeta desarrollada, en efecto, ampliamente superior a la gravitación en la mayor parte de la ampolla, para la bombilla SOLAR-1000.

No obstante, esta solución es demasiado limitante puesto que la parte mecánica disminuye la relación entre vida útil y sobrecoste. Numerosas publicaciones describen invenciones con objeto de paliar este defecto. Sin embargo, todos los lanzamientos comerciales a gran escala han fracasado hasta ahora. Estos avances tecnológicos todavía no son suficientes puesto que, o bien el dispositivo comprende aún un movimiento, por ejemplo, para forzar el paso del aire alrededor de la ampolla, o bien la ampolla contiene aditivos contaminantes (patentes US 6.157.141, DE 101.27.961 A1), o bien la ampolla es estática y el campo eléctrico giratorio (patentes US 5.227.698, US 6.476.557 B2, US 6.476.557 B1, US 6.873.119 B2, US 5.36T226) aunque este campo polarizado se obtiene a cuenta de un aumento de la complejidad de la estructura de la cavidad resonante y la imposibilidad de colocar la ampolla en el exterior de dicha cavidad a través de un acoplamiento electromagnético. Además, en las bombillas de descarga conocidas, se prevén medios para evitar los fenómenos de resonancia que tienden a limitar de manera perjudicial la vida útil de estas bombillas.

Se conoce, por la publicación internacional WO 01/82332, un dispositivo de alumbrado de filamento para una bombilla sin electrodos. La presente invención, aunque basada en el mismo tipo de bombilla sin electrodos que la descrita en esta publicación, difiere porque esta bombilla no utiliza una onda ultrasónica resonante para influir sobre las características del plasma, lo que permite por tanto evitar la rotación de la ampolla.

Una bombilla sin electrodos también se describe en la publicación europea EP 0 897 190. No obstante, esta bombilla, aunque con una composición del medio activo de la misma naturaleza o de naturaleza diferente que la de la presente invención, presenta la particularidad de que su ampolla se enfría mediante un chorro de aire y que el plasma también se estabiliza a través de su geometría. En la bombilla de esta invención la ampolla, que es de forma esférica o de forma oblonga con un estrechamiento en la parte central, recurre a una resonancia acústica para el mantenimiento de la estabilidad de la descarga eléctrica, estando acoplada la alimentación de energía mediante una fuente de alta frecuencia modulada.

La patente US 4 170 746 describe una bombilla de electrodos con campos de funcionamiento fuera de las bandas de resonancia acústica del plasma de vapores de mercurio y halogenuros metálicos. La presente invención difiere de la bombilla objeto de esta patente porque es sin electrodos y porque funciona en el campo de la resonancia acústica, campo en el que esta otra bombilla es inestable. Esta inestabilidad puede conducir a la destrucción de la ampolla, si ésta está diseñada según las características enunciadas en esta patente.

La patente US 5 136 170 recurre a una bombilla o fuente UV excitada por electrodos situados en el exterior de la ampolla y que utilizan el principio de la descarga silenciosa. Se aplica una tensión alternativa que puede tener una frecuencia elevada para permitir la transmisión de energía a través de las capas dieléctricas. La presente invención no recurre a este tipo de descarga silenciosa, el modo de acoplamiento es diferente por el uso de una cavidad de microondas y, además, en esta patente, no menciona el uso de una resonancia acústica que, es, por su parte, favorable a la estabilización del plasma de la descarga eléctrica.

La invención objeto de la publicación internacional WO 02/101790 se refiere a una bombilla dotada de electrodos que reciben una tensión alternativa con una frecuencia inferior o igual a 50 Mhz y que recurre a una antena con acoplamiento capacitivo situada próxima a la zona de descarga. Esta antena permite estabilizar la descarga lumínica, pero son obligatorios materiales con una resistencia a las altas temperaturas, puesto que la descarga está en contacto con dicha antena dieléctrica. La bombilla de la presente invención recurre a una antena de acoplamiento alejada, puesto que no hay dispositivo en la proximidad de la zona de descarga lo que favorece por tanto la estabilidad del arco eléctrico. Esta antena puede estar distante de la ampolla y, por tanto, no hay problemas de resistencia al calor. Por otro lado, en esta publicación, se utiliza una fuente de alta frecuencia...

1. Bombilla de plasma que comprende una ampolla (11) de cuarzo llena de al menos un elemento de la columna del azufre de la tabla de clasificación periódica de los elementos químicos y medios dispuestos para generar y mantener un plasma en esta ampolla mediante el envío de ondas electromagnéticas de hiperfrecuencia en dicha ampolla (11), caracterizada porque comprende además medios dispuestos para generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla a partir de una vibración ultrasónica generada en el plasma, en la que dichos medios destinados a la creación de una onda resonante ultrasónica en dicha ampolla (11) no comprenden una ampolla (11) dotada de dos volúmenes (11a,11b) idénticos comunicantes conectados por un canal.

2. Bombilla de plasma según la reivindicación 1, caracterizada porque dichos medios dispuestos para generar ondas electromagnéticas y mantener el plasma comprenden un magnetrón (14).

3. Bombilla de plasma según la reivindicación 2, caracterizada porque el magnetrón (14) se alimenta mediante una alimentación (12) de alta tensión continua conectada al sector (13) eléctrico.

4. Bombilla de plasma según las reivindicaciones 2 a 3, caracterizada porque los medios dispuestos para generar una vibración ultrasónica en el plasma y generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla comprenden un circuito (20) eléctrico pasivo resonante empalmado entre el magnetrón (14) y la alimentación (12) de alta tensión continua de dicho magnetrón (14).

5. Bombilla de plasma según la reivindicación 4, caracterizada porque dicho circuito (20) pasivo resonante tiene al menos una frecuencia de resonancia comprendida entre 15 kilohercios y 200 megahercios.

6. Bombilla de plasma según las reivindicaciones 2 a 3, caracterizada porque los medios dispuestos para generar una vibración ultrasónica en el plasma y generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla comprenden un modulador (31) activo dispuesto para inyectar una oscilación eléctrica, cuya potencia espectral ocupa al menos una banda entre 15 kilohercios y 200 megahercios, entre el magnetrón (14) y la alimentación (12) de alta tensión continua de dicho magnetrón (14).

7. Bombilla de plasma según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho modulador (31) se alimenta mediante la alimentación (12) de alta tensión continua del magnetrón (14) por medio de un puente (34) divisor de resistencias.

8. Bombilla de plasma según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho modulador (31) se alimenta directamente mediante el sector (13) eléctrico.

9. Bombilla de plasma según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho modulador (31) está acoplado a la alta tensión entre el magnetrón (14) y la alimentación (12) de alta tensión continua de dicho magnetrón por medio de un transformador (41) de alto aislamiento.

10. Bombilla de plasma según la reivindicación 6, caracterizada porque el modulador (31) está acoplado a la alta tensión entre el magnetrón (14) y la alimentación (12) de alta tensión continua de dicho magnetrón por medio de una derivación (52) capacitiva de alto aislamiento.

11. Bombilla de plasma según las reivindicaciones 2 a 3, caracterizada porque los medios dispuestos para generar una vibración ultrasónica en el plasma y generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla comprenden un conmutador (61) optoacoplado dispuesto para introducir una oscilación eléctrica, cuya potencia espectral ocupa al menos una banda entre 15 kilohercios y 200 megahercios, entre el magnetrón (14) y la alimentación (12) de alta tensión continua de dicho magnetrón (14).

12. Bombilla de plasma según la reivindicación 11, caracterizada porque el conmutador (61) optoacoplado está colocado en serie en una derivación (71) resonante empalmada entre el magnetrón (14) y la alimentación (12) de alta tensión continua de dicho magnetrón.

13. Bombilla de plasma según la reivindicación 3, caracterizada porque los medios dispuestos para generar una vibración ultrasónica en el plasma y generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla comprenden un elevador (81) de frecuencia dispuesto para producir una onda de radiofrecuencia, conectado al sector (13) eléctrico, y dispuesto entre dicho sector (13) eléctrico y un transformador (82) de radiofrecuencia elevador de tensión que alimenta dicho magnetrón (14).

14. Bombilla de plasma según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los medios dispuestos para generar una vibración ultrasónica en el plasma y generar una onda resonante ultrasónica en la ampolla (11) de dicha bombilla comprenden una fuente (91) estroboscópica cuya frecuencia de batimiento se encuentra entre 15 kilohercios y 200 megahercios.

15. Bombilla de plasma según la reivindicación 14, caracterizada porque dicha fuente (91) estroboscópica está dotada de una óptica de colimación reflectiva (93) o refractiva (94) para focalizar su flujo en el interior de dicha ampolla (11).

16. Bombilla de plasma según la reivindicación 15, caracterizada porque dicha óptica de colimación reflectiva (93) o refractiva (94) está integrada en el reflector (18) de la bombilla.

17. Bombilla de plasma según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha ampolla (11) está encerrada en una jaula de Faraday, estando formada dicha jaula de Faraday por un reflector (18) cerrado por un conductor (19) eléctrico, y porque el conductor (19) eléctrico comprende al menos una ventana constituida por una hoja de material transparente recubierta por una capa delgada de material eléctricamente conductor.