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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