FR3080436A1 - Lampe electrique a consommation reduite et dispositif d'eclairage public associe - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une lampe électrique (10) avec une puissance comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens; ladite lampe électrique (10) comportant : - une source lumineuse (11) ; - un radiateur (14) disposé en regard d'une carte électrique (17) de ladite source lumineuse (11) ; et - un capteur thermoélectrique (21) disposé entre ladite carte électrique (17) et ledit radiateur (14) ; - ledit capteur thermoélectrique (21) comportant un ensemble de jonctions PN d'une hauteur inférieure à 5mm disposées sous la forme d'un serpentin.
Description
LAMPE ELECTRIQUE A CONSOMMATION REDUITE ET DISPOSITIF D’ECLAIRAGE PUBLIC ASSOCIE
Domaine Technique
L’invention concerne le domaine de l’éclairage, notamment public ou des espaces publics. Dans ce domaine technique, une lampe électrique d’un dispositif d’éclairage présente classiquement une puissance comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 Lumens. Une lampe électrique est également appelée une ampoule lorsqu’elle comporte une enveloppe circulaire translucide.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour réduire la consommation d’une lampe électrique comportant une source lumineuse composée de diodes électroluminescentes.
Art anterieur
Un dispositif d’éclairage public est un dispositif qui permet d’éclairer une route, un trottoir, un parc ou tout autre équipement urbain. Pour ce faire, un dispositif d’éclairage public comporte généralement un mât ancré dans le sol, à l’extrémité duquel une lampe électrique est disposée. Le mât s’étend à plusieurs mètres du sol, de sorte que la lampe électrique puisse éclairer une surface importante. Typiquement, un dispositif d’éclairage peut comporter un mât de quatre mètres pour éclairer une surface circulaire de quinze mètres de diamètre centrée sur le mât.
Il s’ensuit que la lampe électrique doit être puissante pour répondre aux contraintes spécifiques de l’éclairage public. Cette lampe électrique présente classiquement des puissances comprises entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens.
Cette puissance importante de la lampe électrique induit deux inconvénients majeurs : une consommation électrique importante et une génération de chaleur importante.
Pour limiter la consommation électrique, la lampe électrique peut être réalisée par une source lumineuse composée de diodes électroluminescentes montées sur une carte électrique.
Cependant, la chaleur générée par ces diodes électroluminescentes est importante compte tenu des puissances requises. Pour dissiper cette chaleur, on a décrit dans les documents FR 2 984 071 et FR 2 983 941 la mise en œuvre d’un radiateur à ailettes disposé à quelques millimètres de la carte électrique pour dissiper la chaleur produite par les diodes électroluminescentes.
En outre, tel que décrit dans ces documents, la consommation d’énergie peut être limitée par des dispositifs intelligents de gestion de l’énergie électrique, configurés pour limiter la durée durant laquelle la lampe électrique est activée. Cependant, la consommation électrique d’une telle lampe électrique demeure importante compte tenu des puissances importantes recherchée.
Par ailleurs, dans un domaine plus éloigné, le document JP 2001229718 décrit une lampe de poche utilisant un capteur thermoélectrique disposé sur un manche de la lampe de poche, et apte à capter la chaleur de la main de l’utilisateur pour générer un courant électrique et alimenter la lampe de poche. Ainsi, la lampe de poche du document JP 2001229718 n’a plus besoin de batterie.
Un capteur thermoélectrique utilise classiquement l’effet Seebeck pour convertir une énergie calorifique en énergie électrique. Cependant, les capteurs thermoélectriques existants ne sont pas adaptés pour capter l’énergie calorifique produite par une source lumineuse d’une lampe électrique d’un dispositif d’éclairage public. En effet, la chaleur générée par la source lumineuse doit être rapidement évacuée pour garantir la durée de vie de la lampe électrique. Ainsi, la source lumineuse doit être placée très proche du radiateur et l’énergie calorifique produite en sortie du radiateur n’est pas suffisante pour justifier l’utilisation d’un capteur thermoélectrique.
Le problème technique de l’invention vise principalement à limiter l’énergie consommée par une lampe électrique d’un dispositif d’éclairage public, tout en garantissant une évacuation efficace de la chaleur produite par sa source lumineuse.
Expose de l’invention
Pour répondre à ce problème technique, l’invention propose d’utiliser un capteur thermoélectrique très fin disposé entre une source lumineuse et un radiateur apte à dissiper la chaleur produite par la source lumineuse.
Pour obtenir la finesse recherchée, le capteur thermoélectrique est composé d’un ensemble de jonctions PN présentant une hauteur typiquement inférieure à 5 millimètres, et disposées sous la forme d’un serpentin. Ainsi, l’épaisseur du capteur thermoélectrique est compatible avec les besoins de transferts calorifiques entre le radiateur et la source lumineuse. En outre, la surface du capteur thermoélectrique est suffisante pour capter une partie non négligeable de l’énergie calorifique produite par la source lumineuse.
A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne une lampe électrique, notamment présentant une puissance comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens ; ladite lampe électrique comportant :
une source lumineuse alimentée en énergie électrique à partir d’une source d’énergie électrique extérieure via une carte électrique ; et un radiateur disposé en regard de la carte électrique, et destiné à dissiper la chaleur produite par la source lumineuse.
Selon l’invention, la lampe électrique comporte également un capteur thermoélectrique disposé entre la carte électrique et le radiateur, ledit capteur thermoélectrique comportant un ensemble de jonctions PN d’une hauteur inférieure à 5 millimètres disposées sous la forme d’un serpentin.
L’invention permet d’utiliser un capteur thermoélectrique apte à répondre aux contraintes d’une lampe électrique d’un dispositif d’éclairage public, c’est-à-dire une lampe électrique avec une puissance comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens.
En effet, le capteur thermoélectrique présente une épaisseur inférieure à 5 millimètres, de sorte que les échanges thermiques peuvent être transmis efficacement entre le radiateur et la carte électrique portant la source lumineuse.
En outre, le grand nombre de jonctions PN permet de capter une énergie calorifique suffisante pour produire une partie de l’énergie électrique requise par la source lumineuse. Un organe de gestion de l’énergie de la lampe électrique peut donc utiliser l’énergie produite par le capteur thermoélectrique pour alimenter en partie la lampe électrique et réduire la consommation globale de la lampe électrique.
Selon un mode de réalisation, le capteur thermoélectrique comporte un substrat surmonté par des pistes de connexions inférieures isolées entre elles, chaque piste de connexion inférieure supportant un élément de type P distant d’un élément de type N, ledit élément de type P d’une piste étant connecté à un élément de type N d’une piste voisine par l’intermédiaire d’une piste de connexion supérieure, lesdites pistes de connexions supérieures étant isolées entre elles.
Ce mode de réalisation permet d’obtenir un grand nombre de jonctions PN connectées en série. En outre, le substrat supportant les jonctions PN permet de réaliser le capteur thermoélectrique indépendamment de la réalisation de la source lumineuse.
De préférence, lesdites pistes de connexions supérieures sont disposées au contact de la carte électrique. Ainsi, le capteur thermoélectrique est disposé au plus proche de la carte électrique de la source lumineuse de sorte à maximiser le transfert de chaleur entre la carte électrique et les jonctions PN.
Selon un mode de réalisation, le capteur thermoélectrique s’étend sur une surface sensiblement identique à la surface de la carte électrique. Ce mode de réalisation permet de capter l’énergie calorifique sur toute la surface de la carte électrique.
En variante, la lampe électrique comporte plusieurs capteurs thermoélectriques juxtaposés entre la carte électrique et le radiateur.
Ce mode de réalisation permet d’augmenter les échanges de chaleur entre la carte électrique et le radiateur en aménageant des portions dans lesquelles aucune matière du capteur thermoélectrique n’est présente entre la carte électrique et le radiateur.
Selon un mode de réalisation, la source lumineuse comporte plusieurs diodes électroluminescentes.
Ce mode de réalisation permet d’obtenir la puissance lumineuse requise pour la lampe électrique en utilisant plusieurs sources de lumière distinctes et de faible consommation. En outre, l’utilisation de plusieurs diodes électroluminescentes permet de limiter la chaleur localisée sur chaque diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, lesdites diodes électroluminescentes sont surmontées par des capots translucides insérés dans des ouvertures d’une pièce de maintien.
Ce mode de réalisation permet d’améliorer la diffusion de la lumière générée par chaque diode électroluminescente tout en protégeant les diodes électroluminescentes.
Selon un mode de réalisation, le radiateur prend la forme d’un demi-cylindre avec une partie plane, disposée en regard de la carte électrique de sorte à capter une partie de l’énergie thermique émise par la source lumineuse, et une partie cylindrique destinée à dissiper la chaleur émise par ladite source lumineuse.
Ce mode de réalisation permet de dissiper efficacement la chaleur générée par les diodes électroluminescentes à travers la carte électrique.
Selon un mode de réalisation, le radiateur et ladite pièce de maintien sont reliés par un clip de liaison configuré pour adapter les dilations et compressions thermiques de la pièce de maintien avec celles du radiateur.
Ce mode de réalisation permet de garantir l’étanchéité longitudinale de la lampe électrique pour des températures pouvant varier de -20°C à 40°C.
Selon un second aspect, l’invention concerne un dispositif d’éclairage public comportant un mât portant une lampe électrique selon le premier aspect de l’invention.
Un dispositif d’éclairage public au sens de l’invention inclut les lampadaires, les réverbères et les candélabres.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l’invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, à l’appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 4 représentent :
Figure 1 : une vue en perspective d’une lampe électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;
Figure 2 : une vue en perspective éclatée de la lampe électrique de la figure 1 ;
Figure 3 : une vue en perspective partielle d’une source lumineuse associée à un capteur thermoélectrique conforme à l’invention ; et
Figure 4 : une vue en perspective partielle du capteur thermoélectrique de la figure 3.
Description detaillee de l’invention
Dans la description qui suit, les termes « supérieure » et « inférieure » font référence à une position d’observation de la lampe électrique dans laquelle la source lumineuse est disposée au niveau de la face supérieure de la lampe électrique. Lorsque la lampe électrique est montée dans un dispositif d’éclairage public, cette lampe électrique est classiquement retournée de sorte que la source lumineuse éclaire en direction du sol.
En outre, l’invention sera décrite avec une source lumineuse comportant des diodes électroluminescentes. En variante, d’autres sources lumineuses comportant un circuit électrique et un radiateur peuvent être utilisées sans changer l’invention, par exemple une lampe au tungstène.
Les figures 1 et 2 illustrent une lampe électrique 10 comportant une face supérieure munie d’une source lumineuse 11, et une face inférieure munie d’un radiateur 14 de dissipation de la chaleur émise par la source lumineuse 11. La lampe électrique 10 présente une puissance comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens.
Au sens de l’invention, une lampe électrique 10 correspond à un dispositif électrolumineux qui intègre une source lumineuse 11 ainsi que les éléments d’interface et de protection de cette source lumineuse 11.
Tel qu’illustré sur la figure 3, la source lumineuse 11 de la lampe électrique 10 est réalisée par plusieurs diodes électroluminescentes 12 montées sur une face supérieure 18 d’une carte électrique 17, et recouvertes par des lentilles 13. Chaque diode électroluminescente 12 et sa lentille 13 sont protégées par un capot translucide 28 inséré dans une ouverture 29 d’une pièce de maintien 30. De préférence, un joint est disposé au niveau de chaque ouverture 29 de sorte à former une interface étanche entre les capots translucides 28 et la pièce de maintien 30.
L’étanchéité longitudinale de la lampe électrique 10 est également assurée par un clip de liaison 31 reliant le radiateur 14 avec la pièce de maintien 30.
Dans l’exemple des figures 1 et 2, le radiateur 14 correspond à un radiateur à ailettes avec une forme de demi-cylindre. Une partie plane du radiateur 14 est disposée proche de la carte électrique 17 de sorte à capter la chaleur générée par la source lumineuse 11. Une partie cylindrique du radiateur 14 forme des ailettes destinées à dissiper la chaleur émise par la source lumineuse 11 et captée par la partie plane.
Pour dissiper efficacement la chaleur, le radiateur 14 est préférentiellement réalisé par un matériau métallique tel que l’aluminium. Au contraire, la pièce de maintien 30 est préférentiellement réalisée en matière plastique pour limiter le poids de la lampe électrique 10 et faciliter la réalisation des formes complexes de la pièce de maintien 30.
De préférence, la matière plastique de la pièce de maintien 30 (typiquement du PMMA) et la matière du clip de liaison 31 (typiquement de l’aluminium) sont choisies de sorte adapter les dilations et compressions thermiques de la pièce de maintien 30 avec celles du radiateur 14.
L’étanchéité de la lampe électrique 10 est également assurée à chaque extrémité par un joint de scellement 33 monté entre une plaque d’extrémité 34-35 et l’ensemble formé par le radiateur 14, la pièce de maintien 30 et le clip de liaison 31.
Une plaque d’extrémité 34 forme l’extrémité terminale de la lampe électrique 10. Cette plaque d’extrémité 34 est fixée par trois vis 37 traversant la plaque d’extrémité 34 et le joint de scellement 33 pour coopérer avec un filetage ménagé dans le radiateur 14.
A l’opposé de cette plaque d’extrémité 34, la lampe électrique 10 comporte un culot formé par une pièce d’extrémité 35 fixée à une pièce de fixation 36.
Pour ce faire, la pièce de fixation 36 et la pièce d’extrémité 35 sont fixées sur le radiateur 14 par trois vis 38 traversant la pièce de fixation 36, la pièce d’extrémité 35 et le joint de scellement 33 pour coopérer avec un filetage ménagé dans le radiateur 14.
La pièce de fixation 36 comporte des lumières destinées à coopérer avec des ergots disposés sur un support de connexion monté sur un dispositif d’éclairage public. Ainsi, la pièce de fixation 36 assure la fixation mécanique de la lampe électrique 10 avec un dispositif d’éclairage public lorsque la lampe électrique 10 est montée sur un dispositif d’éclairage public.
En outre, un contact électrique est assuré entre le dispositif d’éclairage public et la lampe électrique 10 au moyen d’une nappe de connexion 22 traversant la pièce de fixation 36, la pièce d’extrémité 35 et le joint de scellement 33 pour connecter électriquement le dispositif d’éclairage public avec un connecteur 40 de la carte électrique 17.
Selon l’invention, la lampe électrique 10 comporte également un capteur thermoélectrique 21 disposé entre la carte électrique 17 et le radiateur 14.
Tel qu’illustré sur la figure 4, le capteur thermoélectrique 21 comporte un substrat 23 et des éléments de types N et P 26-27 connectés deux à deux par des pistes de connexion 2425. Le substrat 23 peut correspondre à un substrat en silicium d’une épaisseur comprise entre 30 et 70 micromètres.
Des pistes de connexion inférieures 25 sont disposées sur le substrat 23. Chaque piste de connexion inférieure 25 est réalisée en un matériau conducteur, tel que le cuivre, et électriquement isolée des autres pistes de connexion inférieures 25. Par exemple, ces pistes de connexion inférieures 25 peuvent présenter une épaisseur inférieure à 2 micromètres, et une distance de 10 micromètres peut être ménagée entre deux pistes de connexion inférieures 25 juxtaposées.
Sur chaque piste de connexion inférieure 25, un élément de type P 26 et un élément de type N 27 sont juxtaposés. De préférence, les éléments de type P 26 et de type N 27 présentent une hauteur comprise entre 50 et 300 micromètres. Un distance de 20 micromètres peut être ménagée entre ces deux éléments de type P 26 et de type N 27.
Les éléments de type P 26 et de type N 27 sont choisis de sorte à obtenir un effet Seebeck entre ces deux éléments. Par exemple, ces éléments de type P 26 et de type N 27 peuvent correspondre à des chalcogénures, des oxydes de molybdène ou des oxydes LaAlO3 et SrTiO3.
Les éléments de type P 26 d’une piste sont connectés à un élément de type N 27 d’une piste voisine par l’intermédiaire d’une piste de connexion supérieure 24. Chaque piste de connexion supérieure 24 est également isolée des autres pistes de connexion supérieures 24 et présente des caractéristiques sensiblement équivalentes aux pistes de connexion inférieures 25.
Ainsi, chaque piste de connexion supérieure 24 est réalisée dans un matériau conducteur, tel que le cuivre, et électriquement isolée des autres pistes de connexion supérieures 24. Par exemple, ces pistes de connexion supérieures 24 peuvent présenter une épaisseur inférieure à 2 micromètres, et une distance de 10 micromètres peut être ménagée entre deux pistes de connexion supérieures 24 juxtaposées.
L’ensemble formé par le substrat 23, les pistes de connexion 24-25 et les éléments de type P 26 et de type N 27 présente une hauteur inférieure à 5 millimètres de sorte à garantir un transfert calorifique efficace entre la carte électrique 17 et le radiateur 14. Cet ensemble forme des jonctions PN disposées sur le substrat 23 sous la forme d’un serpentin.
Au sens de l’invention, une forme de serpentin correspond à une disposition dans laquelle plusieurs lignes parallèles sont reliées alternativement à une de leurs extrémités pour former une succession de jonctions PN. Les lignes peuvent s’étendre dans la longueur ou la largeur du capteur thermoélectrique 21.
Cette disposition particulière des jonctions PN associée à la hauteur des éléments de type P 26 et de type N 27 permet de capter efficacement l’énergie calorifique émise par la source lumineuse 11 avec un capteur thermoélectrique 21 de faible épaisseur.
Tel qu’illustré sur la figure 3, le capteur thermoélectrique 21 peut s’étendre sur une surface sensiblement équivalente à la surface de la carte électrique 17. En variante, tel qu’illustré sur la figure 2, plusieurs capteurs thermoélectriques 21 plus petits peuvent être juxtaposés.
Les pistes de connexion supérieures 24 sont préférentiellement placées au contact de la carte électrique 17. En variante, un élément conducteur thermique, tel qu’une pâte thermique peut être disposé entre ces pistes de connexion supérieures 24 et la carte électrique 17.
Tel qu’illustré sur la figure 3, un composant 20, monté sur la carte électrique 17, est connecté à une piste de connexion supérieure 24 et à une piste de connexion inférieure 25 du capteur thermoélectrique 21 de sorte à capter l’énergie électrique récupérée par l’ensemble des jonctions PN connectées en série.
Ce composant 20 est configuré pour transmettre l’énergie électrique du capteur thermoélectrique 21 à un organe de gestion de l’énergie électrique de la lampe électrique 10. Cet organe de gestion de l’énergie peut être monté sur la carte électrique 17.
En variante, tel qu’illustré sur la figure 3, l’organe de gestion de l’énergie est externe à la lampe électrique 10, et l’énergie électrique du capteur thermoélectrique 21 est transmise à l’extérieur de la lampe électrique 10 par le connecteur 40 et la nappe de connexion 22.
L’invention permet ainsi de réduire la consommation électrique d’une lampe électrique 10 en récupérant une partie de l’énergie calorifique générée par la lampe électrique 10 pour produire de l’énergie électrique en utilisant l’effet Seebeck.
Cette lampe électrique 10 présente une puissance comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens de sorte qu’elle peut être utilisée pour un dispositif d’éclairage public.
Une agglomération peut ainsi réduire sa consommation électrique en utilisant des 10 dispositifs d’éclairage public intégrant des lampes électriques 10 conformes à l’invention.
Claims (10)
1. Lampe électrique (10) comportant :
une source lumineuse (11) alimentée en énergie électrique à partir d’une source d’énergie électrique via une carte électrique (17); et un radiateur (14) disposé en regard de ladite carte électrique (17) ;
caractérisée en ce que la lampe électrique (10) comporte également un capteur thermoélectrique (21) disposé entre la carte électrique (17) et le radiateur (14), ledit capteur thermoélectrique (21) comportant un ensemble de jonctions PN d’une hauteur inférieure à 5 millimètres disposées sous la forme d’un serpentin.
2. Lampe électrique (10) selon la revendication 1, dont la puissance est comprise entre 50 et 150 Watts pour un flux lumineux compris entre 2000 et 5000 lumens.
3. Lampe électrique selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le capteur thermoélectrique (21) comporte un substrat (23) surmonté par des pistes de connexion inférieures (25) isolées électriquement entre elles, chaque piste de connexion inférieure supportant un élément de type P (26) distant d’un élément de type N (27), ledit élément de type P (26) d’une piste étant connecté à un élément de type N (27) d’une piste voisine par l’intermédiaire d’une piste de connexion supérieure (24), lesdites pistes de connexion supérieures (24) étant isolées électriquement entre elles.
4. Lampe électrique selon la revendication 3, dans laquelle les pistes de connexion supérieures (24) sont disposées au contact de la carte électrique (17).
5. Lampe électrique selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le capteur thermoélectrique (21) s’étend sur une surface sensiblement identique à la surface de la carte électrique (17).
6. Lampe électrique selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle la lampe électrique (10) comporte plusieurs capteurs thermoélectriques (21) juxtaposés entre la carte électrique (17) et le radiateur (14).
7. Lampe électrique selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la source lumineuse (11) comporte plusieurs diodes électroluminescentes (12).
8. Lampe électrique selon la revendication 7, dans laquelle les diodes 5 électroluminescentes (12) sont surmontées par des capots translucides (28) insérés dans des ouvertures (29) d’une pièce de maintien (30).
9. Lampe électrique selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle le radiateur (14) prend la forme d’un demi-cylindre avec une partie plane, disposée en regard de
10 la carte électrique (17) de sorte à capter une partie de l’énergie thermique émise par la source lumineuse (11), et une partie cylindrique destinée à dissiper la chaleur émise par ladite source lumineuse (11).
10. Dispositif d’éclairage public comportant un mât portant une lampe électrique selon 15 l’une des revendications 1 à 9.
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