ES2353933T3 - Dispositivo de iluminación. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de iluminación que comprende: al menos una fuente (31) de luz que está montada sobre un disipador (32, 51) de calor que tiene un contorno; un dispositivo (35, 57) de enfriamiento para enfriar dinámicamente la fuente (31) de luz a través del enfriamiento del disipador de calor por medio de un fluido que fluye a lo largo del disipador (32, 51) de calor, teniendo el dispositivo de enfriamiento al menos una abertura (36, 43, 56) de enfriamiento, siendo el dispositivo de enfriamiento un sistema de enfriamiento de membrana vibratoria para generar una secuencia de pulsos de fluido, caracterizado porque el sistema de enfriamiento tiene una cámara (40) de membrana vibratoria a la que está conectada cada abertura de enfriamiento a través de un conductor (25, 41) de pulsos de fluido respectivo.
Description
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un dispositivo de iluminación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Por el documento GB2420172A se conoce un dispositivo de
iluminación de este tipo. El dispositivo de iluminación conocido
comprende una fuente de luz que está montada sobre un disipador
de calor. El disipador de calor tiene un contorno. También tiene
un dispositivo de enfriamiento que es un ventilador eléctrico
para enfriar dinámicamente la fuente de luz a través del
enfriamiento del disipador de calor por medio de un flujo de
gas. El dispositivo de iluminación conocido tiene la desventaja
de que el uso del ventilador para el enfriamiento tiene una
serie de limitaciones. Por ejemplo, una gran parte del gas que
se hace circular, por ejemplo aire, evita el disipador de calor
y no se mezcla bien con la capa límite térmica formada sobre las
aletas de enfriamiento del disipador de calor. Un ventilador
situado directamente opuesto a o sobre dicho disipador de calor
tiene “áreas muertas” en las que sus montajes de motor bloquean
el flujo de aire, provocando, por ejemplo, un flujo de gas
- turbulento.
- Además, un ventilador usa relativamente mucha
- energía,
- crea un ruido audible y ocupa relativamente mucho
- espacio.
OBJETO Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la invención proporcionar un dispositivo de
iluminación del tipo descrito en el párrafo inicial, en el que
se contrarreste la desventaja mencionada anteriormente. Para
ello, el dispositivo de iluminación comprende
al menos fuente de luz que está montada sobre un disipador
de calor que tiene un contorno,
un dispositivo de enfriamiento para enfriar dinámicamente la
fuente de luz a través del enfriamiento del disipador de calor
por medio de un fluido que fluye a lo largo del disipador de
calor, teniendo el dispositivo de enfriamiento al menos una
abertura de enfriamiento, siendo el dispositivo de enfriamiento
un sistema de enfriamiento de membrana vibratoria para generar
una secuencia de pulsos de fluido, caracterizado porque el
dispositivo de iluminación está caracterizado porque el sistema
de enfriamiento tiene una cámara de membrana vibratoria a la que
está conectada cada abertura de enfriamiento a través de un
conductor de pulsos de fluido respectivo.
Los experimentos han mostrado que este modo de enfriamiento
es significativamente más eficaz que el modo de enfriamiento
convencional que usa un ventilador eléctrico. En la práctica, se
encontró que el sistema de enfriamiento de membrana vibratoria
produce de dos a tres veces más enfriamiento con dos tercios
menos de entrada de energía que con un ventilador convencional.
El sistema es incluso más eficaz cuando el sistema de
enfriamiento de membrana vibratoria está implementado como
sistema de enfriamiento de resonancia. El sistema de
enfriamiento de membrana vibratoria es sencillo y no tiene
piezas de fricción susceptibles de desgaste, mientras que el
módulo de chorro sintético (= sistema de enfriamiento de
membrana vibratoria) se asemeja a un altavoz estéreo minúsculo
en el que un diafragma está montado en una cavidad (= cámara de
membrana vibratoria) que tiene uno o más orificios (= aberturas
de enfriamiento). El sistema de enfriamiento puede comprender
uno o más módulos de chorro sintético y disipadores de calor,
módulos que pueden estar ubicados por encima, por debajo o al
lado de la fuente de luz. El sistema de enfriamiento puede
usarse para enfriar la fuente de luz y/u otras partes del
dispositivo de iluminación, por ejemplo, los medios de control
(= circuito electrónico). Siempre que el pulso de fluido esté
dentro del conductor de pulsos de fluido, es estable, es decir
no se extrae ni se aspira ningún fluido del entorno y no se
produce turbulencia. Una vez que el pulso de fluido sale por la
abertura de enfriamiento, influye en la atmósfera medioambiental
y extrae o aspira fluido de su entorno directo, dando como
resultado que el pulso de fluido se vuelva inestable y provoque
- o se convierta en un flujo de fluido turbulento.
Una realización del dispositivo de iluminación está
caracterizada porque al menos una abertura de enfriamiento tiene
al menos dos, preferiblemente al menos cuatro orificios, y
porque dichos orificios de enfriamiento están dispuestos a lo
largo del contorno del disipador de calor. El dispositivo de
enfriamiento crea por tanto un patrón de enfriamiento que tiene
una forma similar al contorno del disipador de calor, con el
resultado de que se hace circular un flujo de fluido por el
disipador de calor. Una gran parte, por ejemplo, más del 50%,
preferiblemente más del 70%, más preferiblemente más del 85% del
contorno del disipador de calor, que puede ser un contorno
interno, un contorno externo o un contorno tanto interno como
externo, está expuesta a un flujo de fluido creado por el
dispositivo de enfriamiento. Cuanto más expuesto esté el
contorno, mejor será el enfriamiento. El fluido puede ser un gas
- o un líquido. Si el fluido es un gas, es preferiblemente aire. Cuatro aberturas, u orificios, permiten la creación de una disposición tridimensional de las aberturas y así un enfriamiento eficaz de un disipador de calor tridimensional, por ejemplo, proporcionando dos aberturas de enfriamiento en su lado externo para la circulación en el contorno externo y otras dos aberturas de enfriamiento en su lado interno para la circulación en el contorno interno. Si el contorno se adapta a una superficie/plano curva/o, también es posible hacer circular por completo de manera sustancial un fluido de flujo por el lado externo del disipador de calor a modo de disposición tridimensional de las aberturas de enfriamiento.
Una realización adicional del dispositivo de iluminación se
caracteriza porque la fuente de luz comprende medios ópticos
para colimar y dirigir la luz procedente de la fuente de luz
durante el funcionamiento, teniendo el contorno del disipador de
calor una forma similar a la de los medios ópticos. Por tanto se
observa, que el disipador de calor ocupa entonces relativamente
poco espacio en comparación con los dispositivos de iluminación
convencionales conocidos que comprenden disipadores de calor. A
pesar de la forma tridimensional compleja del disipador de
calor, se demostró que aún era posible hacer circular por
completo de manera sustancial un flujo de fluido por el
disipador de calor desde el sistema de enfriamiento de
resonancia, puesto que parecía que era posible transportar los
pulsos de fluido. El conductor de pulsos de fluido tiene
preferiblemente una longitud igual a N veces la mitad de una
longitud de onda (lambda) de la secuencia de pulsos de fluido según se genera por la membrana vibratoria durante el funcionamiento, preferiblemente aún en un estado resonante. Parece entonces que el sistema de enfriamiento de membrana vibratoria funciona de la manera más eficaz, con una pérdida de energía relativamente reducida.
Los experimentos demostraron además que los conductores
tubulares son particularmente útiles como conductores de pulsos
de fluido. Se usa preferiblemente un tubo flexible porque
entonces puede obtenerse fácilmente una posición precisa,
deseada de la abertura de enfriamiento con respecto al disipador
de calor.
Para mejorar adicionalmente la circulación sustancialmente
completa del flujo de fluido por el disipador de calor, el
dispositivo de iluminación se caracteriza porque al menos una de
las aberturas de enfriamiento tiene forma de alcachofa de ducha.
Entonces se mejora incluso adicionalmente la circulación por y
así el enfriamiento del disipador de calor (y como resultado de
ello, el enfriamiento de la fuente de luz).
Otra realización del dispositivo de iluminación se
caracteriza porque la cámara de membrana vibratoria está
separada de la fuente de luz, preferiblemente a una distancia
que es al menos tres veces, preferiblemente al menos siete veces
una dimensión máxima del disipador de calor. La posibilidad de
transportar la secuencia de pulsos de fluido por distancias
relativamente grandes sin pérdidas de energía significativas
permite colocar la cámara de membrana vibratoria a una distancia
relativamente grande del disipador de calor. Como posiblemente
aún puede generarse algo de ruido por la membrana vibratoria
durante el funcionamiento del dispositivo de iluminación, la
posibilidad de transportar la secuencia de pulsos de fluido
permite esconder la cámara de membrana vibratoria, por ejemplo,
detrás de un falso techo, con la fuente de luz suspendida de
dicho techo a través del conductor de pulsos de fluido.
Una realización adicional del dispositivo de iluminación se
caracteriza porque está dotado de un circuito de control para
controlar el dispositivo de enfriamiento. Así, de manera
sencilla, es posible controlar o satisfacer los requisitos
térmicos cambiantes impuestos al dispositivo de iluminación.
Para ello, el circuito puede estar dotado de un sensor que
detecta la temperatura del disipador de calor, la compara con
valores establecidos y suministra señales de control al
dispositivo de enfriamiento. El dispositivo de enfriamiento
puede estar diseñado de modo que enfríe tanto la fuente de luz
como el circuito de control.
Una realización adicional del dispositivo de iluminación se
caracteriza porque la fuente de luz es al menos un diodo emisor
de luz (LED). Se sabe que los dispositivos de iluminación que
comprenden LED sufren problemas de gestión del calor,
particularmente porque los dispositivos de enfriamiento ocupan
relativamente mucho espacio en comparación con los LED
relativamente pequeños. El sistema de enfriamiento de membrana
vibratoria es particularmente adecuado para enfriar LED por su
compacidad y elevada eficacia. Los LED pueden tener un espectro
de emisión blanco (W), rojo (R), verde (G), azul (B) o ámbar
(A). Una combinación de los mismos lleva a cualquier espectro de
luz deseado que se encuentre dentro del espacio de color formado
por las coordenadas de color de los LED de inicio de WRGBA. Los
LED pueden aplicarse en combinación con elementos de emisión de
luz de conversión secundarios situados directamente sobre o
alejados de los LED, por ejemplo, Lumiramic o fósforos remotos.
Otra realización del dispositivo de iluminación se
caracteriza porque el disipador de calor está configurado como
una pluralidad de aletas de enfriamiento anulares dispuestas de
manera concéntrica alrededor de un eje del disipador de calor y
separadas por hendiduras anulares. Por tanto, es posible tener
una disposición anular de fuentes de luz pequeñas, por ejemplo,
LED, para su montaje en un disipador de calor y aún enfriar de
manera eficaz cada fuente de luz. En el caso de una disposición
sustancialmente anular de las fuentes de luz, son
particularmente adecuados disipadores de calor que tengan una
forma redonda, triangular, rectangular, cuadrada, hexagonal u
octogonal en un plano perpendicular al eje del disipador de
calor. Alternativamente es posible tener una pluralidad de
disipadores de calor para enfriar una o más disposiciones de
diferentes fuentes de luz, evidentemente en función de la
cantidad de fuentes de luz implicadas, o alternativamente es
posible que un sistema de enfriamiento enfríe una pluralidad de
fuentes de luz. Para mejorar la eficacia de enfriamiento, se
prefiere que las aberturas de enfriamiento estén colocadas en o
en oposición a hendiduras respectivas del disipador o
disipadores de calor. El dispositivo de iluminación de la
invención puede usarse como unidad autónoma o puede formar parte
de una red que comprenda otros dispositivos eléctricos.
El documento WO 2004095593A1 da a conocer un dispositivo de
iluminación según el preámbulo de la reivindicación 1.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Ahora se aclarará la invención con referencia a los dibujos,
en los que:
las figuras 1a-1b son vistas esquemáticas de dispositivos de
enfriamiento tal como se usan en los dispositivos de iluminación
de la técnica anterior;
la figura 2 es una vista esquemática de un dispositivo de
enfriamiento tal como se usa en los dispositivos de iluminación
según la invención;
la figura 3 es una vista esquemática de una primera
realización de un dispositivo de iluminación según la invención;
la figura 4 es una vista esquemática de una segunda
realización de un dispositivo de iluminación según la invención;
la figura 5 es una vista esquemática de una tercera
realización de un dispositivo de iluminación según la invención;
la figura 6 es una vista lateral de una cuarta realización
de un dispositivo de iluminación según la invención;
la figura 7 es una vista en perspectiva de una pluralidad de
dispositivos de iluminación mostrados en la figura 6;
la figura 8 es una vista desde abajo del dispositivo de
iluminación mostrado en la figura 7;
las figuras 9a-9c son representaciones esquemáticas de un
único dispositivo de iluminación mostrado en la figura 6 así
como algunas disposiciones de una pluralidad de dispositivos de
iluminación mostrados en la figura 6;
la figura 10 muestra dibujos de diseño (no a escala) del
dispositivo de iluminación mostrado en la figura 6.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES
Las figuras 1a-b muestran esquemáticamente dos formas
básicas de un ventilador 10 eléctrico como dispositivo de
enfriamiento. Cada ventilador comprende una carcasa 14 y una
hélice 11 que rota en dicha carcasa alrededor de un eje 12 de
ventilador. En funcionamiento, se crea un flujo de aire; un
flujo 13 de entrada entra en la carcasa a través de una abertura
15 de entrada y sale de la carcasa como flujo 16 de salida a
través de una abertura 17 de enfriamiento o salida. En la figura
1a, las aberturas de entrada y salida están colocadas opuestas
entre sí, dando como resultado un flujo de aire axial. En la
figura 1b, las aberturas de entrada y salida están colocadas a
un ángulo de 90º una respecto a otra, siendo el flujo de entrada
a lo largo del eje de ventilador, siendo el flujo de salida
perpendicular al eje 12 de ventilador. En la práctica, parecía
que el ventilador funcionaba de manera muy poco eficaz cuando
las aberturas de salida estaban previstas en más de una
dirección.
La figura 2 muestra esquemáticamente un dispositivo 20 de
enfriamiento de membrana vibratoria. El dispositivo de
enfriamiento de membrana vibratoria comprende una cámara 21 con
una pared 24. La cámara está dotada de una membrana 27 que
vibra, preferiblemente resuena, a lo largo de un eje 26 de
vibración, y crea una secuencia de pulsos 22 de fluido durante
el funcionamiento, pulsos que salen de la cámara a través de
aberturas de enfriamiento, u orificios, 23 previstas en la pared
24. Como se muestra, algunos orificios están previstos
sustancialmente en la propia pared 24, mientras que otros
orificios, por ejemplo, 23a, están previstos a cierta distancia
de la pared 24 y conectados a la cámara a través de un conductor
25 de pulsos tubular. Para la eficacia del dispositivo de
enfriamiento de membrana vibratoria, no es importante si las
aberturas están previstas en un lado o en varios lados de la
cámara y tienen diversas orientaciones con respecto al eje de
vibración.
La figura 3 es una vista esquemática de una primera
realización de un dispositivo 30 de iluminación según la
invención. El dispositivo de iluminación comprende una fuente 31
de luz, en la figura una lámpara de descarga de vapor de
mercurio de alta presión compacta, por ejemplo una lámpara UHP.
La fuente de luz está montada sobre un disipador 32 de calor y
comprende además medios 33 ópticos, en la figura un reflector 33
parabólico. El disipador de calor tiene sustancialmente una
forma similar a un contorno 34 externo del reflector. Un
dispositivo 35 de enfriamiento de membrana vibratoria, en la
figura un sistema de enfriamiento resonante análogo al mostrado
en la figura 2, está previsto adyacente al disipador de calor.
El dispositivo 35 tiene seis orificios 36 que proporcionan al
disipador de calor una secuencia de pulsos 39 de fluido que, una
vez fuera del orificio, se convierten en un flujo de fluido
turbulento, tanto en su lado/contorno interno 37 como externo
38. Además, el disipador de calor comprende canales 100 a los
que se suministran pulsos 39 de fluido a través de respectivas
aberturas 36 de enfriamiento. Como resultado del enfriamiento
global del disipador de calor, la fuente de luz se enfría de
manera muy eficaz.
La figura 4 es una vista esquemática de una segunda
realización de un dispositivo 30 de iluminación según la
invención. En esta realización, la fuente de luz, en la figura
una parte 42 que comprende un LED 31 blanco, medios 33 ópticos y
un disipador 32 de calor está alejada de una cámara 40 que forma
parte del dispositivo 35 de enfriamiento de membrana vibratoria.
La secuencia de pulsos de fluido, en la figura el fluido es
aire, se genera en la cámara y se transporta a través de un
conductor 41 de pulsos de aire al disipador de calor que de este
modo se enfría de manera eficaz. En esta realización, la cámara
tiene sólo un orificio 43. En una disposición alternativa (no
mostrada), la parte 42 alejada se suspende a través del
conductor de pulsos de aire de un (falso) techo y la cámara se
esconde en el techo o detrás del falso techo.
La figura 5 es una vista esquemática de una tercera
realización de un dispositivo de iluminación según la invención,
en el que la cámara 40 está colocada dentro del disipador 32 de
calor. Esto tiene la ventaja de que el dispositivo de
iluminación ocupa incluso menos espacio y permite un diseño
estético. En esta realización, hay tres aberturas 43 de
enfriamiento/orificios.
La figura 6 es una vista lateral esquemática de una cuarta
realización de un dispositivo 50 de iluminación según la
invención. Está previsto un disipador 51 de calor, que tiene una
serie de aletas 52 de enfriamiento anulares dispuestas de manera
concéntrica alrededor de un eje 53 del disipador de calor, eje
que, en esta realización, coincide con un eje 58 óptico de un
reflector 59 óptico para colimar y dirigir la luz emitida por la
fuente de luz (véase la figura 7) durante el funcionamiento.
Cada par de aletas concéntricas adyacentes está separado por
hendiduras 54 respectivas. Una abertura 56 de
enfriamiento/orificio respectivo de un dispositivo 57 de
enfriamiento de resonancia se prevé en una primera parte 55 de
extremo de cada hendidura, formando conjuntamente las aberturas
de enfriamiento una alcachofa de ducha.
La figura 7 es una vista en perspectiva de un sistema de
iluminación que alberga un total de siete dispositivos de
iluminación como se muestra en la figura 6. Cada dispositivo de
iluminación tiene una fuente 61 de luz respectiva y cada LED
tiene unos medios 59 ópticos respectivos y se monta sobre un
disipador 51 de calor respectivo a través de tubos 63
conductores de calor. Los disipadores de calor se enfrían
mediante un dispositivo 57 de enfriamiento de resonancia común.
Los siete LED están dispuestos con seis LED en una configuración
hexagonal, es decir, dos LED rojos R, dos verdes G y dos azules
B LED alrededor de un LED blanco W central. Cada reflector se
extiende a lo largo de su eje 58 óptico respectivo desde su
fuente 61 de luz respectiva hacia su ventana 62 de emisión de
luz respectiva. El dispositivo 57 de enfriamiento de resonancia
está previsto en un lado del reflector dirigido opuesto a la
ventana de emisión de luz. El sistema de iluminación comprende
además medios de control (véase la figura 8) para controlar el
dispositivo de enfriamiento.
La figura 8 es una vista desde abajo del dispositivo de
iluminación mostrado en la figura 7, en la que pueden verse
claramente las aletas 52 estructuradas de manera hexagonal,
anulares, concéntricas del disipador 51 de calor. Las aletas de
enfriamiento están separadas por hendiduras 54. El circuito 64
de control está previsto sobre el eje 53 del disipador de calor
y está rodeado por la aleta 52 de enfriamiento más central.
La figura 9a es una representación esquemática de un único
dispositivo 50 de iluminación como se muestra en la figura 6,
mientras que las figuras 9b y 9c son representaciones
esquemáticas de tres y siete dispositivos de iluminación
dispuestos en una configuración triangular y hexagonal,
respectivamente. Las configuraciones mostradas son sólo
ejemplos, y son posibles muchas formas alternativas, por
ejemplo, una configuración en cadena o circular (una
configuración hexagonal sin el dispositivo de iluminación en el
5 centro) sin apartarse del concepto inventivo.
La figura 10 muestra dibujos de diseño (no a escala) del
dispositivo de iluminación de la figura 6 en una vista PV en
perspectiva, una vista SV lateral, una vista TV desde arriba y
una vista BV desde abajo, respectivamente. El disipador de calor
10 tiene aletas de enfriamiento formadas como anillos concéntricos anulares.
Claims (15)
1.
- 2.
- 3.
- 4.
- 5.
13
Dispositivo de iluminación que comprende:
al menos una fuente (31) de luz que está montada sobre un
disipador (32, 51) de calor que tiene un contorno;
un dispositivo (35, 57) de enfriamiento para enfriar
dinámicamente la fuente (31) de luz a través del
enfriamiento del disipador de calor por medio de un fluido
que fluye a lo largo del disipador (32, 51) de calor,
teniendo el dispositivo de enfriamiento al menos una
abertura (36, 43, 56) de enfriamiento, siendo el dispositivo
de enfriamiento un sistema de enfriamiento de membrana
vibratoria para generar una secuencia de pulsos de fluido,
caracterizado porque el sistema de enfriamiento tiene una
cámara (40) de membrana vibratoria a la que está conectada
cada abertura de enfriamiento a través de un conductor (25,
41) de pulsos de fluido respectivo.
Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos una abertura de enfriamiento
tiene al menos dos, preferiblemente al menos cuatro
orificios, y porque dichos orificios de enfriamiento están
dispuestos a lo largo del contorno del disipador de calor.
Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1,
caracterizado porque el contorno se adapta a una/un
superficie/plano curva/o.
Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1,
caracterizado porque la fuente de luz comprende medios (33)
ópticos para colimar y dirigir la luz procedente de la
fuente de luz durante el funcionamiento, teniendo el
contorno del disipador (32) de calor una forma similar a la
de los medios (33) ópticos.
Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1,
caracterizado porque el conductor (41) de pulsos de fluido
tiene una longitud igual a N veces la mitad de la longitud
de onda (lambda) según se genera por el resonador durante el funcionamiento.
- 6.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque el conductor de pulsos de fluido es un tubo, preferiblemente un tubo flexible.
- 7.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una de las aberturas (56) de enfriamiento tiene forma de alcachofa de ducha.
- 8.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara de membrana vibratoria está separada de la fuente de luz, preferiblemente a una distancia que es al menos tres veces, preferiblemente al menos siete veces una dimensión máxima del disipador de calor.
- 9.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque está dotado de un circuito (64) de control para controlar el dispositivo de enfriamiento.
- 10.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente (31) de luz es al menos un diodo emisor de luz (LED).
- 11.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 10, caracterizado porque un LED respectivo tiene un espectro de emisión blanco, rojo, verde, azul o ámbar, o cualquier combinación de los mismos.
- 12.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque el disipador (51) de calor está configurado como una pluralidad de aletas (52) de enfriamiento anulares dispuestas de manera concéntrica alrededor de un eje del disipador (51) de calor y separadas por hendiduras (54) anulares.
- 13.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 12, caracterizado porque el disipador de calor tiene una forma redonda, triangular, cuadrada, hexagonal u octogonal en un plano perpendicular al eje del disipador de calor.
- 14.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 12, caracterizado porque las aberturas de enfriamiento están
colocadas en o en oposición a hendiduras respectivas del
disipador de calor.
- 15.
- Dispositivo de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una pluralidad de disipadores de calor.
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