Светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением

Полезная модель относится к области светотехники, а именно к осветительным устройствам и/или источникам света, с использованием полупроводниковых устройств - светодиодов и может быть использована в качестве светодиодного источника света для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание простого в изготовлении высокоэффективного светотехнического устройства.

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи, заключаются в повышении к.п.д. устройства; повышении срока службы устройства; упрощении изготовления.

Светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением, содержит, по меньшей мере, один пустотелый корпус из теплопроводящего материала, на наружной поверхности которого закреплен светодиодный источник света, подключенный к источнику питания. Корпус представляет собой отрезок полой трубы с открытыми концами, а светодиодный источник света, в качестве которого использован светодиодный модуль, установлен в непосредственной близости к одному из открытых концов корпуса. В отдельных случаях выполнения светодиодный модуль может быть закреплен на боковой поверхности корпуса. В некоторых случаях выполнения светодиодный модуль может быть закреплен на торцевой поверхности корпуса с возможностью входа воздуха во внутреннюю полость корпуса. В различных случаях выполнения светодиодный модуль может быть закреплен на поверхности корпуса с помощью разъемного или неразъемного соединения. Предпочтительно, чтобы между поверхностями светодиодного модуля и корпуса был размещен слой теплопроводящего пастообразного материала. В отдельных случаях выполнения светодиодный светильник может содержать n конструктивно связанных между собой пустотелых корпусов, где n2, каждый из которых представляет собой отрезок полой трубы с открытыми концами, в непосредственной близости к одному из которых установлен светодиодный модуль. В различных случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между собой посредством разъемного или неразъемного соединения. В различных случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между посредством жесткого или шарнирного соединения. В некоторых случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между собой таким образом, что их продольные оси расположены параллельно друг другу. В других случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между собой таким образом, что их продольные оси расположены друг к другу под углом, составляющим диапазон 10°-170°. В отдельных случаях, выполнения корпусы двух или более светильников соединены между собой с контактом смежных поверхностей. В некоторых случаях выполнения корпусы двух или более светильников соединены между собой с зазором между смежными поверхностями. В различных случаях выполнения каждый из корпусов может иметь прямоугольный, или квадратный, или круглый, или треугольный, или фигурный профиль. Предпочтительно, чтобы корпус был выполнен из алюминиевой трубы прямоугольного профиля с наружными размерами по ширине - 100,0 мм, по высоте - 30,0 мм, с толщиной стенок 2,0 мм. Предпочтительно, чтобы длина корпуса составляла диапазон 0,2 м-0,5 м. Предпочтительно, чтобы мощность светодиодного модуля составляла диапазон 20-70 Вт. Предпочтительно, чтобы светодиодный светильник содержал средства крепления к опорным поверхностям.

1 независимый пункт формулы, 16 зависимых пунктов формулы, 8 фиг. чертежей.

Полезная модель относится к области светотехники, а именно к осветительным устройствам и/или источникам света, с использованием полупроводниковых устройств - светодиодов.

Полезная модель может быть использована в качестве светодиодного источника света для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.

Определение терминов

Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Lightemitting diode) - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока (http://rn.wikipedia.org/wiki/Cвeтодиод).

Светодиодный модуль - это печатная плата с установленными на ней светодиодами, и, возможно, электронными компонентами и вторичной оптикой (http://light.rtcs.ru/products/list.php?SECTION_id=89). Светодиодные модули (кластеры) представляют собой герметичные блоки из ударопрочного полистирола с расположенными внутри светодиодам. (http://nlt-trading.ru/catalog/index.php?SECTION_id=4)

Светодиодные осветительные устройства получили широкое распространение в силу присущих им достоинств - высокой световой отдачи, малого энергопотребления, длительного срока службы, высокого уровня безопасности, компактности и малого веса, стойкости к механическим воздействиям, чистоты света, направленности излучения и др. Основной проблемой в промышленном освоении светодиодных осветительных устройств является отвод выделяемого светодиодами тепла. При использовании мощных светодиодов, например, в изготовлении уличных светильников, возникает опасность перегрева светодиодов при эксплуатации, что приводит к уменьшению светоотдачи, срока службы, и надежности работы светильников.

Известно светодиодное осветительное устройство - светильник, содержащий секции светодиодов, соединенные с блоком питания, который подключен к питающей сети переменного напряжения, в которых в качестве радиатора охлаждения использован корпус светильника, выполненный из теплопроводящего материала, при этом секции светодиодов установлены на радиаторе охлаждения. В качестве радиатора охлаждения может быть использован блок металлических элементов, расположенных как на корпусе, так и внутри корпуса, а для увеличения рассеиваемой тепловой мощности светодиодов радиатор охлаждения может иметь принудительное охлаждение, например, при помощи нагнетающего вентилятора (патент РФ 2313199 на изобретение «СВЕТИЛЬНИК», МПК Н05В 33/02, F21S 4/00, опубл. 20.12.2007 г.). Недостатком известного светильника является недостаточно эффективный отвод тепла при повышенных тепловых нагрузках, что приводит к сокращению срока службы светильника.

Известен светильник, содержащий светодиодный источник света, а также мембранный электровентилятор, помещенный в корпус, в котором выполнены сопловые отверстия, и полый радиатор, наружная поверхность которого снабжена ребрами охлаждения, при этом радиатор и корпус вентилятора установлены таким образом, что межреберные промежутки радиатора образуют каналы для воздушных потоков, создаваемых вентиляторами и выходящих через сопловые отверстия его корпуса. Корпус вентилятора и источник света расположены в полости радиатора, при этом светильник содержит установленный над радиатором трубчатый закрытый сверху корпус, в нижней и верхней частях которого выполнены сквозные отверстия (патент РФ 111253 на полезную модель «СВЕТИЛЬНИК С АКТИВНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ», МПК F21V 29/02, опубл. 10.12.2011).

Недостатком известного светильника является его конструктивная сложность недостаточная эксплуатационная надежность.

Известен наиболее близкий по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и выбранный в качестве прототипа светодиодный светильник с конвекционным охлаждением, содержащий пустотелый корпус из теплопроводящего материала, на наружной поверхности которого установлен светодиодный источник света, подключенный к источнику питания гибким кабелем. Оптическая линза закрывающая светодиоды, имеет кольцеобразную форму, а корпус представляет собой радиатор и имеет вертикальные радиаторные решетки (патент РФ 2433577 на изобретение «СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫМ КОНВЕКЦИОННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ», МПК Н05В 33/00, опубл. 10.11.2011). Выполнение внешней боковой поверхности корпуса ребристой в виде вертикальных ребер решеток требует обработки внешней поверхности заготовки корпуса фрезой или резцом, что делает процесс изготовления известного светильника трудоемким. Кроме того, светильник характеризуется недостаточно высокой эффективностью теплообмена внутреннего объема полого корпуса с окружающей средой.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание простого в изготовлении высокоэффективного светотехнического устройства

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи, заключаются в:

- повышении к.п.д. устройства;

- повышении срока службы устройства;

- упрощении изготовления.

Указанные технические результаты достигаются тем, что светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением, содержит, по меньшей мере, один пустотелый корпус из теплопроводящего материала, на наружной поверхности которого закреплен светодиодный источник света, подключенный к источнику питания. Корпус представляет собой отрезок полой трубы с открытыми концами, а светодиодный источник света, в качестве которого использован светодиодный модуль, установлен в непосредственной близости к одному из открытых концов корпуса.

В отдельных случаях выполнения светодиодный модуль может быть закреплен на боковой поверхности корпуса.

В некоторых случаях выполнения светодиодный модуль может быть закреплен на торцевой поверхности корпуса с возможностью входа воздуха во внутреннюю полость корпуса.

В различных случаях выполнения светодиодный модуль может быть закреплен на поверхности корпуса с помощью разъемного или неразъемного соединения.

Предпочтительно, чтобы между поверхностями светодиодного модуля и корпуса был размещен слой теплопроводящего пастообразного материала.

В отдельных случаях выполнения светодиодный светильник может содержать n конструктивно связанных между собой пустотелых корпусов, где n2, каждый из которых представляет собой отрезок полой трубы с открытыми концами, в непосредственной близости к одному из которых установлен светодиодный модуль.

В различных случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между собой посредством разъемного или неразъемного соединения.

В различных случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между посредством жесткого или шарнирного соединения.

В некоторых случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между собой таким образом, что их продольные оси расположены параллельно друг другу.

В других случаях исполнения корпусы двух или более светильников могут быть соединены между собой таким образом, что их продольные оси расположены друг к другу под углом, составляющим диапазон 10°-170°.

В отдельных случаях выполнения корпусы двух или более светильников соединены между собой с контактом смежных поверхностей.

В некоторых случаях выполнения корпусы двух или более светильников соединены между собой с зазором между смежными поверхностями.

В различных случаях выполнения каждый из корпусов может иметь прямоугольный, или квадратный, или круглый, или треугольный, или фигурный профиль.

Предпочтительно, чтобы корпус был выполнен из алюминиевой трубы прямоугольного профиля с наружными размерами по ширине - 100,0 мм, по высоте - 30,0 мм, с толщиной стенок 2,0 мм.

Предпочтительно, чтобы длина корпуса составляла диапазон 0,2 м - 0,5 м.

Предпочтительно, чтобы мощность светодиодного модуля составляла диапазон 20-70 Вт.

Предпочтительно, чтобы светодиодный светильник содержал средства крепления к опорным поверхностям.

Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, она отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- выполнением корпуса в виде отрезка полой трубы с открытыми концами;

- использованием светодиодного модуля в качестве светодиодного источника света;

- выполнением светодиодного модуля установленным в непосредственной близости к одному из открытых концов корпуса.

В отдельных случаях исполнения полезная модель отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- выполнением светодиодного модуля, закрепленным на боковой поверхности корпуса;

- выполнением светодиодного модуля, закрепленным на торцевой поверхности корпуса с возможностью входа воздуха во внутреннюю полость корпуса;

- выполнением светодиодного модуля, закрепленным на поверхности корпуса с помощью разъемного или неразъемного соединения;

- наличием слоя теплопроводящего пастообразного материала между поверхностями светодиодного модуля и корпуса;

- наличием n конструктивно связанных между собой пустотелых корпусов, где n2;

- выполнение корпусов, соединенными между собой посредством разъемного или неразъемного соединения;

- выполнение корпусов, соединенными между собой посредством жесткого или шарнирного соединения;

- выполнением корпусов, соединенными между собой таким образом, что их продольные оси расположены параллельно друг другу;

- выполнением корпусов, соединенными между собой таким образом, что их, что их продольные оси расположены друг к другу под углом, составляющим диапазон 10°-170°;

- выполнением корпусов, соединенными между собой с контактом смежных поверхностей;

- выполнением корпусов, соединенными между собой с зазором между смежными поверхностями;

- выполнением корпуса с прямоугольным, или квадратным, или круглым, или треугольным, или фигурным профилем;

- выполнением корпуса из алюминиевой трубы прямоугольного профиля с наружными размерами по ширине - 100,0 мм, по высоте - 30,0 мм, с толщиной стенок 2,0 мм;

- выполнением длины корпуса, составляющего диапазон 0,2 м - 0,5 м;

- использованием светодиодного модуля мощностью, составляющей диапазон 20-70 Вт;

- наличием средств крепления к опорным поверхностям. Предложенная конструкция устройства охлаждения позволила улучшить теплофизические параметры за счет повышение эффективности конвективного теплообмена, что обеспечивает снятие со светодиодов практически всего выделяемого ими тепла и передачу его в окружающее пространство. Это повышает светоотдачу светодиодов и позволяет увеличить срок их светодиодов и, следовательно, осветительного устройства. Кроме того, более интенсивное охлаждение, позволяет подавать на светодиодный модуль большие величины токов, тем самым, увеличивая к.п.д. и мощность осветительного устройства в целом. Использование в качестве корпуса полой трубы не требует дополнительной фрезерной или иной обработки наружной поверхности, что сокращает затраты и упрощает изготовление изделия. Выполнение светильника, содержащего n-е количество корпусов, различные варианты их соединения позволяют создавать светильники различной мощности и конструктивного исполнения, расширяя функциональные возможности и области применения. Выполнение корпуса из трубы прямоугольного профиля с наружными размерами по ширине - 100,0 мм, по высоте - 30,0 мм, с толщиной стенок 2,0 мм позволяет использовать сортовые прокатные заготовки, существенно снижая затраты на изготовление. Выполнение корпуса из алюминия, характеризующегося высокой теплопроводностью и теплоотдачей, обеспечивает эффективную конвекцию и эффективное охлаждение светодиодов. Опытные испытания показали, что при длине корпуса от 0,2 м до 0,5 м обеспечивается наиболее эффективное охлаждение. При длине корпуса менее 0,2 м воздух не успевает охладиться, а при длине корпуса свыше 0,5 м, снижается тяга воздуха между входом и выходом.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг.1-8.

На фиг.1 представлен схемный чертеж светодиодного светильника с динамическим конвекционным охлаждением с прямоугольным профилем корпуса и закрепленным на боковой поверхности корпуса светодиодным модулем, вид сбоку.

На фиг.2 представлен вид А (спереди) на фиг.1

На фиг.3 представлен вид Б (сверху) на фиг.1

На фиг.4 представлен схемный чертеж светодиодного светильника с динамическим конвекционным охлаждением с прямоугольным профилем корпуса и закрепленным на боковой поверхности корпуса светодиодным модулем, с частичной вырезкой, вид сбоку.

На фиг.5 представлен схемный чертеж светодиодного светильника с динамическим конвекционным охлаждением с прямоугольным профилем корпуса и закрепленным на торцевой поверхности корпуса светодиодным модулем, общий вид.

На фиг.6 представлен схемный чертеж светодиодного светильника с динамическим конвекционным охлаждением с круглым профилем корпуса и закрепленным на боковой поверхности корпуса светодиодным модулем, общий вид.

На фиг.7 представлен светодиодный светильника с динамическим конвекционным охлаждением, содержащий два соединенных между собой корпуса с размещением продольных осей под углом, общий вид.

На фиг.8 представлен светодиодный светильника с динамическим конвекционным охлаждением, содержащий четыре соединенных между собой с зазором корпуса с параллельным размещением продольных осей, общий вид.

Светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением содержит, по меньшей мере, один пустотелый корпус (1) в виде отрезка полой трубы из теплопроводящего материала с открытыми концами (2), (3). На наружной поверхности корпуса (1) в непосредственной близости к одному из открытых концов (2) или (3) закреплен подключенный к источнику питания (на чертеже не показан) светодиодный модуль (4), представляющий собой светодиодный источник света. В различных случаях выполнения светодиодный модуль (4) может быть закреплен на боковой поверхности корпуса (1) (фиг.1-4), либо на торцевой поверхности корпуса (1) (фиг.5) с возможностью входа воздуха во внутреннюю полость корпуса, например, через отверстия (5). Светодиодный модуль (4) может быть закреплен на поверхности корпуса (1) с помощью разъемного соединения, например, болтов (6) или неразъемного соединения, например, заклепок (7), или клея (на чертеже не показано), и пр. Предпочтительно, чтобы между поверхностями светодиодного модуля (4) и корпуса (1) был размещен слой теплопроводящего пастообразного материала (8) (фиг.4). В различных случаях выполнения светодиодный светильник может содержать п (где п>2) конструктивно связанных между собой пустотелых корпусов (1)_1,(1)₂(1)_i.(1)_n, каждый из которых (1)_i представляет собой отрезок полой трубы с открытыми концами (2)_i , (3)_i, в непосредственной близости к одному из которых установлен светодиодный модуль (4)_i. Корпусы (1) ₂(1)_i,.{1)_n, могут быть соединены между собой посредством разъемного (6)_i или неразъемного (7)_i соединения. Корпусы могут быть соединены между посредством жесткого (например, посредством сварки или соединительной балки (9)), или шарнирного, например, посредством рычажных тяг, соединения (на чертеже не показаны). Корпусы (1)₂(1)_i,.(1)_n, могут быть соединены между собой таким образом, что их продольные оси y расположены параллельно (фиг 9) или под углом 10°-170° (фиг.8) друг другу; с контактом смежных поверхностей (фиг.1-8) или с зазором между последними (фиг.9). Корпусы могут иметь прямоугольный (фиг.1-6), или квадратный (на чертеже не показано), или круглый (фиг.7), или треугольный, или фигурный профиль (на чертеже не показано). Предпочтительное выполнение корпуса (1)_i светодиодного светильника из алюминиевой трубы прямоугольного профиля с наружными размерами по ширине d-100,0 мм, по высоте h-30,0 мм, с толщиной s стенок 2,0 мм. Предпочтительная длина l корпуса (1)_i составляет диапазон 0,2 м - 0,5, а мощность светодиодного модуля (4)_i составляет диапазон 20-70 Вт.

Предпочтительно, чтобы светодиодный светильник содержал средства крепления (10) к опорным поверхностям.

Полезная модель изготавливается и работает следующим образом. Светодиодный модуль (4)_i, через слой теплопроводящего пастообразного материала (8) прикрепляют у одного из открытых концов трубы, например, (2)_i посредством разъемного (6)_i или неразъемного (7)_i соединения. Этот конец (2)_i трубы становится входом для холодного воздуха. Противоположный конец (3)_i трубы становится выходом для нагретого воздуха. Предпочтительно, чтобы в рабочем положении открытый конец (2)_i трубы, в непосредственной близости от которого установлен светодиодный модуль (4)_i , был размещен ниже уровня противоположного открытого конца (3) _i трубы, обеспечивая слегка наклонное или вертикальное положение светильника. Когда через светодиодный модуль (4) _i, начинает течь электрический ток, он нагревается и через теплопроводящий состав передает тепло на боковую поверхность корпуса (1)_i,, и далее - в воздушное пространство внутренней полости корпуса. В результате, во внутренней полости корпуса (1)_i создается разница температур на входе (открытый конец (2)_i корпуса (1)_i, и боковой поверхностью корпуса (1)_i, что обеспечивает естественную конвекцию. Всасываемый через вход (открытый конец (2)_I ) холодный воздух, проходя через нагретое светодиодным модулем воздушное пространство внутренней полости корпуса (1)_i, охлаждает светодиодный модуль (4)_i и выходит наружу нагретым через выход (3)_i.

1. Светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением, содержащий, по меньшей мере, один пустотелый корпус из теплопроводящего материала, на наружной поверхности которого закреплен светодиодный источник света, подключенный к источнику питания, отличающийся тем, что корпус представляет собой отрезок полой трубы с открытыми концами, а светодиодный источник света, в качестве которого использован светодиодный модуль, установлен в непосредственной близости к одному из открытых концов корпуса.

2. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодный модуль закреплен на боковой поверхности корпуса.

3. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодный модуль закреплен на торцевой поверхности корпуса с возможностью входа воздуха во внутреннюю полость корпуса.

4. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодный модуль закреплен на поверхности корпуса с помощью разъемного или неразъемного соединения.

5. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что между поверхностями светодиодного модуля и корпуса размещен слой теплопроводящего пастообразного материала.

6. Светодиодный светильник по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что содержит n, где n2, конструктивно связанных между собой пустотелых корпусов.

7. Светодиодный светильник по п.6, отличающийся тем, что корпусы соединены между собой посредством разъемного или неразъемного соединения.

8. Светодиодный светильник по п.6, отличающийся тем, что корпусы соединены посредством жесткого или шарнирного соединения.

9. Светодиодный светильник по п.6, отличающийся тем, что корпусы соединены между собой таким образом, что их продольные оси расположены параллельно друг другу.

10. Светодиодный светильник по п.7, отличающийся тем, что корпусы соединены между собой таким образом, что их продольные оси расположены друг к другу под углом, составляющим диапазон 10-170°.

11. Светодиодный светильник по п.7, отличающийся тем, что корпусы соединены между собой с контактом смежных поверхностей.

12. Светодиодный светильник по п.6, отличающийся тем, что корпусы соединены между собой с зазором между смежными поверхностями.

13. Светодиодный светильник по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что каждый из корпусов имеет прямоугольный, или квадратный, или круглый, или треугольный, или фигурный профиль.

14. Светодиодный светильник по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что корпус выполнен из алюминиевой трубы прямоугольного профиля с наружными размерами по ширине - 100,0 мм, по высоте - 30,0 мм, с толщиной стенок 2,0 мм.

15. Светодиодный светильник по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что длина корпуса составляет диапазон 0,2-0,5 м.

16. Светодиодный светильник по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что мощность светодиодного модуля составляет диапазон 20-70 Вт.

17. Светодиодный светильник по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что содержит средства крепления к опорным поверхностям.