Осветительный прибор
Изобретение относится к осветительным приборам. Устройство содержит источник света (31), установленный на теплоотвод (32), имеющий наружный контур (34), охлаждающее устройство (35) для динамического охлаждения источника света путем охлаждения теплоотвода при помощи текучей среды, протекающей вдоль контура теплоотвода, а также один или множество проходов для охлаждения (36, 43). Охлаждающее устройство представляет собой систему охлаждения с вибрирующей мембраной для создания последовательности импульсов (39) текучей среды. Система охлаждения имеет камеру для вибрирующей мембраны, к которой присоединен каждый проход для охлаждения при помощи соответствующего проводника импульсов текучей среды. Технический результат - уменьшение производимого шума, уменьшение потребляемой энергии и занимаемого устройством пространства. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.
Настоящее изобретение относится к осветительному прибору.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Подобный осветительный прибор известен из GB 2420172 A. Известный осветительный прибор содержит источник света, установленный на теплоотводе. Теплоотвод имеет контур. Он также имеет охлаждающее устройство, представляющее собой электрический вентилятор, для динамического охлаждения источника света путем охлаждения теплоотвода посредством потока газа. Известный осветительный прибор обладает недостатком, заключающимся в том, что использование вентилятора в целях охлаждения имеет ряд ограничений. Например, большая часть циркулирующего газа, например воздуха, обходит теплоотвод и не перемешивается как следует с тепловым пограничным слоем, образующимся на охлаждающих ребрах теплоотвода. Вентилятор, расположенный непосредственно напротив или над вышеуказанным теплоотводом, имеет «мертвые зоны», где его силовые блоки блокируют поток воздуха, вызывая, например, турбулентный поток газа. Более того, вентилятор потребляет достаточно много энергии, создает слышимый шум и занимает относительно много пространства.
ЗАДАЧИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение осветительного прибора типа, описанного во вводном абзаце, в котором указанные недостатки устранены. С этой целью осветительный прибор содержит:
по меньшей мере один источник света, установленный на теплоотвод, имеющий контур,
охлаждающее устройство для динамического охлаждения источника света путем охлаждения теплоотвода при помощи текучей среды, протекающей вдоль теплоотвода, при этом охлаждающее устройство имеет по меньшей мере один проход для охлаждения, охлаждающее устройство представляет собой систему охлаждения с вибрирующей мембраной для создания последовательности импульсов текучей среды, при этом осветительный прибор отличается тем, что система охлаждения имеет камеру для вибрирующей мембраны, с которой соединен каждый проход для охлаждения при помощи соответствующего проводника импульсов текучей среды.
Эксперименты показали, что такой режим охлаждения существенно более эффективней, чем традиционный режим охлаждения при помощи электрического вентилятора. На практике система охлаждения с вибрирующей мембраной показала в два или три раза более эффективное охлаждение при потреблении энергии на две трети меньше традиционного вентилятора. Такая система еще более эффективна, когда система охлаждения с вибрирующей мембраной выполнена как резонансная система охлаждения. Система охлаждения с вибрирующей мембраной является простой и не имеет каких-либо трущихся частей, подверженных износу, в то время как синтетический струйный модуль (= система охлаждения с вибрирующей мембраной) напоминает маленький стереофонический громкоговоритель, в котором диафрагма установлена внутрь полости (= камеры вибрирующей мембраны), которая имеет одно или более отверстий (= проходов для охлаждения). Система охлаждения может содержать один или несколько синтетических струйных модулей и теплоотводов, при этом модули могут быть расположены над, под или рядом с источником света. Система охлаждения может быть использована для охлаждения как источника света, так и других частей осветительного прибора, например средств привода (= электрического контура). До тех пор, пока импульс текучей среды находится внутри проводника импульсов текучей среды, он стабилен, т.е. текучая среда не выделяется и не всасывается из окружающей среды, и турбулентности не возникает. Как только импульс текучей среды выходит из прохода для охлаждения, он оказывает влияние на окружающую атмосферу и выделяет или всасывает текучую среду из непосредственного окружения, что приводит к тому, что импульс текучей среды становится нестабильным и вызывает или становится турбулентным потоком текучей среды.
Одно воплощение осветительного прибора отличается тем, что по меньшей мере один проход для охлаждения имеет по меньшей мере два, а предпочтительно четыре отверстия, и тем, что вышеуказанные отверстия для охлаждения расположены вдоль контура теплоотвода. Охлаждающее устройство, таким образом, создает рисунок охлаждения, имеющий форму, подобную контуру теплоотвода, в результате чего теплоотвод обтекается потоком текучей среды. Большая часть, например более 50%, а предпочтительно более 70% и наиболее предпочтительно более 85% контура теплоотвода, который может представлять собой внутренний контур, наружный контур или как внутренний, так и наружный контур, подвержено воздействию потока текучей среды, создаваемого охлаждающим устройством. Чем больше контур открыт, тем лучше охлаждение. Текучая среда может представлять собой газ или жидкость. Если текучая среда представляет собой газ, то это, предпочтительно, воздух. Четыре прохода, или отверстия, позволяют создать трехмерное расположение отверстий, и, таким образом, эффективное охлаждение трехмерного теплоотвода, например, путем обеспечения двух проходов для охлаждения в его наружной стороне, так, чтобы обтекать наружный контур, и два других прохода для охлаждения в его внутренней стороне, с тем, чтобы омывать внутренний контур. Если контур усложнен изогнутой поверхностью/плоскостью, также можно по существу полностью обтекать, например, наружную сторону теплоотвода протекающей текучей средой при помощи трехмерного расположения проходов для охлаждения.
Дополнительное воплощение осветительного прибора отличается тем, что источник света содержит оптические средства для коллимирования и направления света, испускаемого источником света в ходе работы, при этом контур теплоотвода имеет форму, подобную форме оптических средств. Таким образом, осуществляется то, что теплоотвод занимает относительно небольшое пространство по сравнению с известными, традиционными осветительными приборами, содержащими теплоотвод. Несмотря на сложную, трехмерную форму теплоотвода, тем не менее возможно по существу полностью обтекать теплоотвод потоком текучей среды из резонансной системы охлаждения, при возможности прохождения импульсов текучей среды. Проводник импульсов текучей среды, предпочтительно, имеет длину, в N раз превышающую половину длины волны λ (лямбда) последовательности импульсов текучей среды, создаваемой вибрирующей мембраной в ходе работы, предпочтительно еще в состоянии резонирования. Система охлаждения с вибрирующей мембраной, таким образом, способна работать наиболее эффективно, при относительно малых потерях энергии.
Эксперименты дополнительно доказали, что трубчатые проводники, в частности, могут быть использованы в качестве проводников импульсов текучей среды. Эластичная трубка предпочтительно используется благодаря точному, желаемому размещению проходов для охлаждения относительно теплоотвода, что может быть, таким образом, легко достижимо.
Для дополнительного усиления по существу полного омовения теплоотвода потоком текучей среды, осветительный прибор отличается тем, что по меньшей мере один из охлаждающих проходов имеет форму душевой головки. Обтекание, а следовательно, охлаждение теплоотвода (и, в результате, охлаждение источника света), таким образом, дополнительно усиливается.
Другое воплощение осветительного прибора отличается тем, что камера для вибрирующей мембраны отдалена от источника света, предпочтительно на расстояние, в три раза, а предпочтительно в семь раз, превышающее наибольший размер теплоотвода. Возможность передачи последовательности импульсов текучей среды на относительно большие расстояния без существенных потерь энергии позволяет располагать камеру для вибрирующей мембраны на относительно большом расстоянии от теплоотвода. Поскольку возможно еще некоторый шум может создаваться вибрирующей мембраной в ходе работы осветительного прибора, возможность передачи последовательности импульсов текучей среды позволяет спрятать камеру для вибрирующей мембраны, например, за ложный потолок, при этом источник света подвешен и вышеуказанному потолку при помощи проводника импульса текучей среды.
Дополнительное воплощение осветительного прибора отличается тем, что он оборудован схемой управления для управления охлаждающим устройством. Таким образом, можно просто регулировать или адаптироваться к изменяющимся термическим требованиям, предъявляемым к осветительному прибору. С этой целью контур может быть оборудован датчиком, который измеряет температуру теплоотвода, сравнивает ее с установленными значениями и подает управляющие сигналы к охлаждающему устройству. Охлаждающее устройство может иметь такое строение, что оно охлаждает как источник света, так и схему управления.
Дополнительное воплощение осветительного прибора отличается тем, что источник света представляет собой по меньшей мере один светоизлучающий диод (LED). Осветительные приборы, содержащие светодиоды, как известно, подвержены проблемам с регулированием теплоты, в частности, из-за того, что охлаждающие устройства занимают относительно большое пространство по сравнению с относительно небольшими светодиодами. Система охлаждения с вибрирующей мембраной, в частности, подходит для охлаждения светодиодов, благодаря своей компактности и высокой эффективности. Светодиоды могут обладать белым (W), красным (R), зеленым (G), синим (В) или желтым (А) спектром излучения. Их комбинация приводит к любому желаемому спектру света, в пределах цветового пространства, состоящего из цветовых координат, начинающихся со светодиодов спектров W, R, G, В и А. Светодиоды могут быть применены в комбинации со вторичными преобразующими светоизлучающими элементами, расположенными непосредственно на светодиодах или отдельно от них, например с удаленными люминесцентными лампами или люминофорами.
Другое воплощение осветительного прибора отличается тем, что теплоотвод выполнен как множество кольцевых охлаждающих ребер, расположенных концентрично вокруг оси теплоотвода, и разнесенных кольцевыми прорезями. Таким образом, можно располагать по кругу небольшие источники света, например светодиоды, для установки на теплоотвод, при одновременно эффективном охлаждении каждого источника света. В случае по существу кольцевого расположения источников света, в частности подходящими являются теплоотводы круглой, треугольной, прямоугольной, квадратной, шестиугольной или восьмиугольной формы в плоскости, перпендикулярной оси теплоотвода. Альтернативно можно оборудовать множество теплоотводов для охлаждения одной или нескольких групп разных источников света, конечно, в зависимости от количества используемых источников света, или альтернативно возможно, чтобы одна система охлаждения охлаждала множество источников света. Для увеличения эффективности охлаждения, предпочтительно, чтобы проходы для охлаждения были расположены в соответствующих прорезях поглотителя или теплоотводов, или противоположно им. Осветительный прибор в соответствии с изобретением может быть использован в качестве отдельного блока, или может образовывать часть сети, содержащей другие электроприборы.
В документе WO 2004095593 А1 описан осветительный прибор в соответствии с вводной частью пункта 1.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет описано далее со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг.1а и 1b изображают схематичные виды охлаждающих устройств, используемых в осветительных приборах предшествующего уровня техники;
Фиг.2 изображает схематичный вид охлаждающего устройства, используемого в осветительных приборах в соответствии с изобретением;
Фиг.3 изображает схематичный вид первого воплощения осветительного прибора в соответствии с изобретением;
Фиг.4 изображает схематичный вид второго воплощения осветительного прибора в соответствии с изобретением;
Фиг.5 изображает схематичный вид третьего воплощения осветительного прибора в соответствии с изобретением;
Фиг.6 изображает вид сбоку четвертого воплощения осветительного прибора в соответствии с изобретением;
Фиг.7 изображает вид в перспективе множества осветительных приборов, показанных на Фиг.6;
Фиг.8 изображает вид снизу осветительного прибора, показанного на Фиг.7;
Фиг.9а-9с изображают схематичные представления единственного осветительного прибора, показанного на Фиг.6, также некоторые структуры из множества осветительных приборов, показанных на Фиг.6;
Фиг.10 изображает проектные чертежи (не в масштабе) осветительного прибора, показанного на Фиг.6.
ОПИСАНИЕ ВОПЛОЩЕНИЙ
На Фиг.1а и b схематично показаны две основные формы электрического вентилятора 10 в качестве охлаждающего устройства. Каждый вентилятор содержит корпус 14 и пропеллер 11, вращающийся в вышеуказанном корпусе вокруг оси 12 вентилятора. При работе создается поток воздуха; входящий поток 13 входит в корпус через впускное отверстие 15 и выходит из корпуса в качестве выходящего потока 16 через выпускное отверстие или проход 17 для охлаждения. На Фиг.1 впускное и выпускное отверстия расположены напротив друг друга, в результате чего получается осевой поток. На Фиг.1b впускное и выпускное отверстия расположены под углом 90° относительно друг друга, при этом входящий поток протекает вдоль оси вентилятора, а выходящий поток перпендикулярен оси 12 вентилятора. На практике оказалось, что вентилятор работает очень неэффективно, когда выпускные отверстия выполнены в более чем одном направлении.
На Фиг.2 схематично изображена вибрирующая мембрана охлаждающего устройства 20. Охлаждающее устройство с вибрирующей мембраной содержит камеру 21 со стенкой 24. Камера оборудована мембраной 27, которая вибрирует, предпочтительно резонирует, вдоль оси вибрации 26, и создает последовательность импульсов 22 текучей среды в ходе работы, при этом указанные импульсы выходят из камеры через проходы для охлаждения, или отверстия, 23, оборудованные в стенке 24. Как показано, некоторые отверстия оборудованы по существу в самой стенке 24, в то время как другие отверстия, например 23а, оборудованы на некотором расстоянии от стенки 24 и соединены с камерой посредством трубчатого проводника 25 импульсов. Для эффективности охлаждающего устройства с вибрирующей мембраной, не важно, выполнены ли проходы на одной стороне, или на разных сторонах камеры, и имеют ли они различную ориентацию относительно оси вибрации.
Фиг.3 изображает схематичный вид первого воплощения осветительного прибора 30 в соответствии с изобретением. Осветительный прибор содержит источник света 31, на фигуре - компактную ртутную лампу высокого давления, например лампу UHP. Источник света установлен на теплоотвод 32, и дополнительно содержит оптические средства 33, на фигуре - параболический отражатель 33. Теплоотвод, по существу, имеет форму, подобную наружному контуру 34 отражателя. Охлаждающее устройство 34 с вибрирующей мембраной, на фигуре - резонансная охлаждающая система, аналогичная показанной на Фиг.2, оборудована вблизи теплоотвода. Устройство 35 имеет шесть отверстий 36, через которые теплоотвод обтекается последовательностью импульсов 39 текучей среды, которые, при выходе из отверстия, становятся турбулентным потоком текучей среды, со стороны как внутреннего 37, так и наружного 38 контуров. Более того, теплоотвод содержит каналы 100, в которые подаются импульсы 39 текучей среды через соответствующие проходы 36 для воздуха. В результате общего охлаждения теплоотвода источник света охлаждается очень эффективно.
Фиг.4 изображает схематичный вид второго воплощения осветительного прибора 30 в соответствии с изобретением. В данном воплощении источник света, на фигуре - часть 42 содержит белый светодиод 31, оптические средства 33, и теплоотвод удален от камеры 40, формирующей часть охлаждающего устройства 35 с вибрирующей мембраной. Последовательность импульсов текучей среды, на фигуре текучей средой является воздух, который создается в камере и транспортируется через проводник 41 воздушных импульсов к теплоотводу, который, таким образом, эффективно охлаждается. В данном воплощении камера имеет лишь одно отверстие 43. В альтернативной конструкции (не показано) удаленная часть 42 подвешена при помощи проводника воздушных импульсов к (ложному) потолку, и камера спрятана в потолке или за ложным потолком.
Фиг.5 изображает схематичный вид третьего воплощения осветительного прибора в соответствии с изобретением, в котором камера 40 расположена внутри теплоотвода 32. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что осветительный прибор занимает еще меньше пространства и обеспечивает эстетичный дизайн. В данном воплощении выполнено три отверстия/охлаждающих прохода 43.
Фиг.6 изображает схематичный вид сбоку четвертого воплощения осветительного прибора 50 в соответствии с изобретением. Оборудован теплоотвод 51, имеющий ряд кольцевых охлаждающих ребер 52, расположенных концентрично вокруг оси 53 теплоотвода, чья ось, в настоящем воплощении, совпадает с оптической осью 58 оптического отражателя 59 для коллимирования и направления света, излучаемого источником света (см. Фиг.7) в ходе работы. Каждая пара смежных концентричных ребер разделена соответствующими прорезями 54. Соответствующее отверстие/охлаждающий проход 56 резонансного охлаждающего устройства 57 оборудован в первой концевой части 55 каждой прорези, при этом охлаждающие проходы совместно формируют душевую головку.
Фиг.7 изображает вид в перспективе осветительной системы, состоящей из семи осветительных приборов, как показано на Фиг.6. Каждый осветительный прибор имеет соответствующий источник света 61, и каждый светодиод имеет соответствующие оптические средства 59 и установлен на соответствующий теплоотвод 51 при помощи теплопроводящих трубок 63. Теплоотводы охлаждаются при помощи общего резонансного охлаждающего устройства 57. Семь светодиодов расположены так, что шесть светодиодов расположены в шестиугольной конфигурации, т.е. два красных R, два зеленых G и два синих D светодиода окружают центральный белый светодиод W. Каждый отражатель расширяется вдоль его соответствующей оптической оси 58 от соответствующего источника света 61 к соответствующему окну 62, излучающему свет. Резонансное охлаждающее устройство 57 оборудовано на стороне отражателя, обращенной вдаль от окна, излучающего свет. Осветительная система дополнительно содержит средства управления (см. Фиг.8) для управления охлаждающим устройством.
Фиг.8 изображает вид снизу осветительного прибора, показанного на Фиг.7, в котором концентричные, кольцевые шестиугольные структурные ребра 52 теплоотвода 51 ясно видны. Охлаждающие ребра разделены прорезями 54. Схема управления 64 оборудована на оси 53 теплоотвода и окружена самым центральным охлаждающим ребром 52.
Фиг.9а изображает схематичное представление одного осветительного прибора 50, как показано на Фиг.6, в то время как Фиг.9b и 9с изображают схематичные представления трех и семи осветительных приборов, расположенных в треугольной и шестиугольной конфигурациях соответственно. Показанные конфигурации являются лишь примерами, и допустимо множество альтернативных форм, например цепная или круглая конфигурация (шестиугольная конфигурация без осветительного прибора по центру), не нарушая концепции изобретения.
Фиг.10 изображает проектные чертежи (не в масштабе) осветительного прибора с Фиг.6 на виде в перспективе PV, вид сбоку SV, виде сверху TV и виде снизу BV соответственно. Теплоотвод имеет охлаждающие ребра, выполненные как кольцевые концентричные ребра.
1. Осветительный прибор, содержащий:
по меньшей мере один источник света, установленный на теплоотводе, имеющем контур;
охлаждающее устройство для динамического охлаждения источника света путем охлаждения теплоотвода при помощи текучей среды, протекающей вдоль теплоотвода, при этом охлаждающее устройство имеет по меньшей мере один проход для охлаждения, при этом охлаждающее устройство представляет собой систему охлаждения с вибрирующей мембраной для создания последовательности импульсов текучей среды, отличающийся тем, что система охлаждения имеет камеру для вибрирующей мембраны, к которой присоединен каждый проход для охлаждения при помощи соответствующего проводника импульсов текучей среды.
2. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один проход для охлаждения имеет по меньшей мере два, а предпочтительно четыре отверстия, и тем, что отверстия для охлаждения расположены вдоль контура теплоотвода.
3. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что контур соответствует изогнутой поверхности/плоскости.
4. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что источник света содержит оптические средства для коллимирования и направления света, излучаемого источником света, в ходе работы, при этом контур теплоотвода имеет форму, подобную форме оптических средств.
5. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что проводник импульсов текучей среды имеет длину, в N раз превышающую половину длины волны λ (лямбда), создаваемой резонатором в ходе работы.
6. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что проводник импульсов текучей среды представляет собой трубку, предпочтительно эластичную трубку.
7. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из проходов для охлаждения имеет форму душевой головки.
8. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что камера для вибрирующей мембраны удалена от источника света предпочтительно на расстояние, которое по меньшей мере в три раза, а предпочтительно в семь раз больше наибольшего размера теплоотвода.
9. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что он оборудован схемой управления для управления охлаждающим устройством.
10. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что источник света представляет собой по меньшей мере один светоизлучающий диод (LED).
11. Осветительный прибор по п.10, отличающийся тем, что соответствующий светодиод обладает белым, красным, зеленым, синим или желтым спектром излучения или их комбинацией.
12. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что теплоотвод оборудован множеством кольцевых охлаждающих ребер, расположенных концентрично вокруг оси теплоотвода и разнесенных кольцевыми прорезями.
13. Осветительный прибор по п.12, отличающийся тем, что теплоотвод имеет круглую, треугольную, прямоугольную, квадратную, шестиугольную или восьмиугольную форму в плоскости, перпендикулярной оси теплоотвода.
14. Осветительный прибор по п.12, отличающийся тем, что проходы для охлаждения расположены в соответствующих прорезях теплоотвода или напротив них.
15. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что он содержит множество теплоотводов.
