Светодиодный светильник

 

Светодиодный светильник содержит корпус, теплоотводящий радиатор, в котором имеются сквозные воздушные каналы, печатную плату и светодиоды. На радиатор установлен струйный инжектор, периодически впрыскивающий воздушные струи в каналы радиатора, начальная скорость струи и частота смены фаз впрыска/всасывания автоматически регулируется в зависимости от температуры окружающей среды, тепловых и геометрических характеристик системы охлаждения. Технический результат - оптимизация охлаждения и энергопотребления. 5 з.п. ф-лы.

Предлагаемая полезная модель относится к светотехнике и может использоваться для построения светильников различного назначения для применения как снаружи, так и внутри помещений.

Современные мощные светодиоды находят широкое применение во всех областях осветительной техники благодаря высокой эффективности, высокому качеству света, положительному влиянию на психофизическое состояние человека в условиях искусственного освещения.

Существенной сложностью при конструировании светодиодных светильников является необходимость поддержания жестких температурных режимов работы светодиода (охлаждения).

Известны два наиболее распространенных способа охлаждения светодиодов и светодиодных модулей: принудительное, естественное (конвективное) и смешанное.

Для обеспечения естественного (конвективного) отвода тепла используют специальные охладители (радиаторы) с развитой площадью охлаждающей поверхности см., например, RU 99104 U1 от 18.06.2010. К недостаткам радиаторов можно отнести большие размеры и массу, пропорциональные мощности рассеивания тепла светодиодами и модулями на их основе. Кроме того, эффективность охлаждения зависит от многих внешних факторов, таких как расположение радиатора в пространстве, наличие препятствий для конвекции воздуха и др.

Для принудительного охлаждения используют термоэлектрические охладители (элементы Пельтье), электромеханические вентиляторы, см. например, RU 95068 U1 от 10.06.2010, RU 56558 U1 от 10.09.2006. К недостаткам указанных устройств можно отнести необходимость дополнительных затрат электрической энергии, ограниченный ресурс работы в виду наличия механических движущихся частей, дополнительный уровень акустических шумов, относительно высокую стоимость.

Также известно когда для охлаждения светодиодных светильников используют смешанный способ охлаждения, включающий, как естественное охлаждение светильника, так и принудительное, см. например, RU 95068 U1 от 10.06.2010 или RU 56558 U1 от 10.09.2006. Недостатками данного метода охлаждения, также как и для принудительного метода, является ограниченный ресурс работы в виду наличия механических движущихся частей, дополнительный уровень акустических шумов, относительно высокую стоимость.

Перечисленные недостатки ограничиваю области применения указанных методов охлаждения светодиодов и модулей на их основе.

Наиболее близким светодиодным светильником является светильник раскрытый в US 20100039012 A от 18.02.2010. Данный светильник, используют эффект формирования вторичного потока воздуха в сквозном канале радиатора при периодическом изменении давления на его входе. Эффект изменения давления на входе в канал может быть достигнут путем импульсного кратковременного «впрыска» воздуха в канал через сопло малого размера (Фиг.1). Первичная воздушная импульсная струя может быть создана с помощью источника давления направленного в канал. В качестве импульсного источника давления может использоваться диафрагма, расположенная в замкнутом объеме с малым выходным отверстием, приводимая в колебательное движение пьезоэлектрическим элементом. Устройство, обеспечивающее импульсный впрыск воздушной струю далее будем называть струйным инжектором.

Можно выделить две фазы работы струйного инжектора. В первой фазе (фазе впрыска) (Фиг.2) тонкая струя воздуха из сопла с высокой скоростью впрыскивается в канал охлаждения радиатора, создавая в канале турбулентный вихревой поток. По мере распространения вихревого потока вдоль канала в канале создается разряжение, за счет которого окружающий холодный воздух засасывается в канал, омывая его стенки и обеспечивая отвод тепла от них. Во второй фазе (фазе всасывания) (Фиг.3) разряжение создается у отверстия сопла струйного инжектора, увлекая ко входу в канал окружающий холодный воздух, который в очередной фазе впрыска всасывается в канал охлаждения и т.д.

В зависимости от конфигурации канала охлаждения и его длины скорость вторичного потока может в несколько раз превышать скорость первичной струи, обеспечивая эффективность охлаждения большую, чем в случае стационарного турбулентного потока. На Фиг.4 показаны расчетные значения числа Нуссельта для турбулентного потока и измеренные значения для воздушного потока в канале, индуцированного впрыском первичной струи для канала длиной 30 мм с сечением около 100 мм2. Фигура показывает, что индуцированный в канале поток имеет более высокие числа Нуссельта, чем стационарный турбулентный поток.

В отличие от систем охлаждения с электрическими вентиляторами описанная система обеспечивает значительно более высокий ресурс за счет отсутствия элементов трения и низкий уровень шума, что позволяет использовать ее в светильниках общего освещения.

Задачей полезной модели является создание компромиссного устройства, сочетающего в себе высокую эффективность отвода тепла и значительное снижение массы и габаритов светильника при минимальных дополнительных затратах электрической мощности на охлаждение.

Это достигается тем, что отвод тепла осуществляется на специальный теплоотводящий радиатор, в котором имеются сквозные воздушные каналы, на который установлен струйный инжектор, периодически впрыскивающий воздушные струи в каналы радиатора с целью снижения теплового сопротивления между радиатором и окружающей средой.

На фигуре 1 изображен эскиз устройства в разрезе, на фигурах 2 и 3 изображены фазы работы струйного инжектора, поясняющие принцип действия устройства. На фигуре 4 показаны расчетные значения числа Нуссельта для турбулентного потока и измеренные значения для воздушного потока в канале, индуцированного впрыском первичной струи для канала длиной 30 мм. с сечением около 100 мм2

Предлагаемый светильник (см. фиг.1) состоит из корпуса 1, металлического (в частности, из алюминиевого сплава) теплоотводящего радиатора 2, на котором размещена, по крайней мере, одна печатная плата 3 с установленными на ней светодиодами (светодиодный кластер), электронными компонентами, вторичной оптикой. Материал печатной платы, тип вторичной оптики, метод крепления печатной платы к профилю значения не имеют и не могут влиять на суть патента. В теплоотводящем радиаторе 2 выполнены воздушные каналы 4, разделенные друг от друга ребрами 5 для увеличения площади поверхности рассеивания тепла. Количество каналов, их площади поперечного сечения и длины выбираются в зависимости от тепловой мощности, которую необходимо отвести от светодиодного кластера 3.

Сверху на радиатор установлено устройство 6 («струйный инжектор»), которое формирует импульсный кратковременный «впрыск» воздушных струй в каналы радиатора 4 через сопла 7. Первичная воздушная импульсная струя может быть создана с помощью источника давления направленного в канал. В качестве импульсного источника давления может использоваться диафрагма, расположенная в замкнутом объеме с малым выходным отверстием, приводимая в колебательное движение пьезоэлектрическим элементом. Поперечное сечение сопел и начальная скорость импульса воздушной струи выбираются в зависимости от тепловой мощности, которую необходимо отвести от светодиодного кластера 3.

В состав светильника также может входить, защитное стекло 8, электронное устройство управления «струйным инжектором» 9, источник тока для электропитания светодиодов 9. Конфигурация корпуса 1, материал и форма защитного стекла 8, схемотехническая реализация устройств 9 и 10 не влияют на суть патента. Для притока воздуха из окружающей среды и выхода наружу светильника нагретого воздуха в корпусе 1 имеются вентиляционные отверстия 11.

Устройство работает следующим образом.

Тепловыделяющие элементы светодиодного кластера 2 передают тепло радиатору 1. «Струйный инжектор» 5 впрыскивает в каналы 3 через сопла 6 импульсные воздушные струи. Можно выделить две фазы работы «струйного инжектора». В первой фазе (фазе впрыска) (Фиг.2) тонкая струя воздуха из сопла с высокой скоростью впрыскивается в канал охлаждения радиатора, создавая в канале турбулентный вихревой поток. По мере распространения вихревого потока вдоль канала в нем создается разряжение, за счет которого окружающий холодный воздух засасывается в канал, омывая его стенки и обеспечивая отвод тепла от них. Во второй фазе (фазе всасывания) (Фиг.3) разряжение создается у отверстия сопла «струйного инжектора», увлекая ко входу в канал окружающий холодный воздух, который в очередной фазе впрыска всасывается в канал охлаждения и т.д. В зависимости от конфигурации канала охлаждения и его длины скорость вторичного потока может в несколько раз превышать скорость первичной струи, обеспечивая эффективность охлаждения большую, чем в случае стационарного турбулентного потока.

Частота смены фаз впрыска/всасывания может находиться в диапазоне от 100 до 500 Гц и оптимизируется исходя из тепловых и геометрических характеристик системы охлаждения. Начальная скорость струи автоматически регулируется в зависимости от температуры окружающей среды, тепловых и геометрических характеристик системы охлаждения для оптимизации охлаждения и энергопотребления.

Частота смены фаз впрыска/всасывания может находиться в диапазоне от 100 до 500 Гц и также автоматически регулируется в зависимости от температуры окружающей среды, тепловых и геометрических характеристик системы охлаждения для оптимизации энергопотребления.

При правильном выборе характеристик: начальной скорости струи, частоты смены фаз впрыска/всасывания, длины канала радиатора, тепловое сопротивление системы светодиодный кластер - радиатор - окружающая среда может быть снижено более чем в 5 раз по сравнению с естественным конвективным охлаждением радиатора той же мощности. Это может быть использовано для снижения массы и габаритов светильника, снижения температуры переходов светодиодов, увеличения срока службы светодиодов, уменьшения стоимости материала печатной платы светодиодного кластера, увеличения плотности светового потока с единицы объема светильника, а также для достижения оптимального сочетания перечисленных преимуществ.

1. Светодиодный светильник, содержащий корпус, теплоотводящий радиатор, в котором имеются сквозные воздушные каналы, печатную плату и светодиоды, при этом на радиатор установлен струйный инжектор, периодически впрыскивающий воздушные струи в каналы радиатора, отличающийся тем, что начальная скорость струи и частота смены фаз впрыска/всасывания автоматически регулируется в зависимости от температуры окружающей среды, тепловых и геометрических характеристик системы охлаждения.

2. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что теплоотводящий радиатор выполнен из алюминиевого сплава.

3. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что теплоотводящий радиатор выполнен из теплопроводящей пластмассы.

4. Светодиодный светильник по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что на теплоотводящем радиаторе размещена печатная плата для сборки светодиодов.

5. Светодиодный светильник по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в его состав входит электронная схема управления струйным инжектором.

6. Светодиодный светильник по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в его состав входит дополнительный источник питания.



 

Похожие патенты:

Уличный светодиодный светильник на столб направленного действия для наружного освещения улиц (прожектор уличного освещения) относится к светотехнике, а именно, к устройствам с применением точечного источника света, и может быть использован в качестве стационарного светильника уличного освещения.

Аварийный светодиодный потолочный светильник постоянного действия с аккумуляторами и со светодиодными нагрузками относится к автономным постоянным устройствам аварийного освещения со светодиодными источниками света.

Светодиодный светильник относится к осветительным устройствам и может быть использован для уличного освещения и/или наружного освещения промышленных объектов.

Изобретение относится к осветительным устройствам и может использоваться в разных областях, в том числе в качестве прожектора для железнодорожных локомотивов

Производство и установка наружных светодиодных уличных led-светильников относится к светотехнике, в частности к светодиодным светильникам и может быть широко использовано для наружного уличного освещения.

Промышленный светодиодный энергосберегающий уличный светильник-прожектор направленного света относится к светотехнике, в частности к осветительным устройствам на светодиодах и предназначен для освещения площадных объектов, удаленных от источника света на расстоянии до 70 метров, для целеуказания световым лучом объектов, удаленных от источника света на расстоянии более 70 метров, для уличного и магистрального освещения, а также может быть использован аварийно-спасательными подразделениями МЧС России в районах чрезвычайных ситуаций, особенно техногенного характера, вызванных авариями на предприятиях с химическими опасными производствами, при наличии в воздухе взрывоопасных и легковоспламеняющихся веществ.

Система архитектурно-художественного освещения фасадов зданий объектов деревянного зодчества с богатым декором относится к области наружного освещения зданий и может быть использована для архитектурно-художественного освещения объектов деревянного зодчества с богатым декором.
Наверх