ITMI20130787A1 - Dispositivo di illuminazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“DISPOSITIVO DI ILLUMINAZIONE”

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di illuminazione, particolarmente adatto ad uso sportivo, domestico, militare e/o industriale. In particolare, la presente invenzione è relativa ad un dispositivo di illuminazione utilizzabile, ad esempio, sui caschi di sicurezza per speleologia, per alpinismo, oppure come torcia subacquea, o come faro di biciclette o ancora come punto luce nei controsoffitti di appartamenti, uffici o locali pubblici.

I dispositivi di illuminazione attualmente noti e disponibili in commercio, prevedono una sorgente luminosa alloggiata all’interno di un corpo di contenimento, avente sostanzialmente forma di bicchiere, chiuso in corrispondenza dell’unica estremità aperta, da una lente o da una generica superficie trasparente che permette il passaggio della luce emessa dalla sorgente luminosa.

All’interno del corpo di contenimento è presente una serie di componenti elettronici, come sensori di temperatura, sensori di corrente, transistor e altro, che devono essere collocati in posizione ben precisa e preferibilmente su schede elettroniche per il corretto funzionamento del dispositivo di illuminazione stesso.

Entrando nel dettaglio, la sorgente luminosa comprende, preferibilmente, uno o più led che devono essere montati su una scheda elettronica di supporto, disposta, generalmente, in posizione parallela alla lente trasparente.

La scheda di supporto divide il corpo di contenimento vantaggiosamente in due vani, un primo vano al cui interno è alloggiata la sorgente luminosa, ed un secondo vano contenente i citati componenti elettronici.

Preferibilmente, il dispositivo di illuminazione oggetto della presente invenzione trova particolare utilizzo come strumento per uso sportivo di alto livello, vista la componentistica elettronica di cui è composto, particolarmente raffinata.

Infatti, un simile dispositivo di illuminazione permette ad esempio di poter variare l’intensità luminosa emessa dalla sorgente, oppure la frequenza di illuminazione con programmi impostabili dall’utente che permettono l’utilizzo, ad esempio, del codice Morse.

Inoltre, visti gli impieghi particolari, le dimensioni del dispositivo di illuminazione devono essere contenute: si viene pertanto a creare l’esigenza di dover dissipare il calore prodotto dalla sorgente luminosa per evitare il danneggiamento dei componenti elettronici posti nelle immediate vicinanze dei led.

In particolare, l’intensità luminosa è direttamente correlata alla temperatura raggiunta sulla scheda di supporto della sorgente luminosa, e la durata del led stesso risente della temperatura immediatamente circostante.

Per questo motivo, i sensori di temperatura sono necessariamente posti sulla scheda di supporto dei led, dove maggiore è il calore prodotto dai led e quindi la temperatura rilevabile.

Dispositivi di illuminazione di questo tipo prevedono un programma automatico in base al quale viene fornito il massimo di luce per una determinata temperatura rilevata dal sensore di temperatura.

Questo sistema di controllo sulla temperatura serve anche ad impedire un eccessivo surriscaldamento della superficie esterna del corpo di contenimento, e quindi eventuali rischi per l’utilizzatore, oltre ad evitare problemi di surriscaldamento interno che potrebbero danneggiare l’elettronica interna.

A tal fine, i sensori di temperatura servono anche per monitorare la temperatura rilevata all’esterno del corpo di contenimento e permettere al dispositivo di emettere la massima luminosità possibile per una data temperatura rilevata, impedendo un incremento di luminosità laddove la temperatura rilevata sia già elevata.

Generalmente il flusso luminoso reale prodotto (in uscita dalle lenti) ha un intervallo (con la tecnologia LED disponibile oggi) di 400-10.000 lumen. Questi valori sono limitati solo dalla dissipazione termica dovuta alle attuali inefficienze dei LED.

Per ridurre la temperatura complessiva del dispositivo, agevolare la dissipazione termica e quindi cercare di aumentare il flusso luminoso prodotto, è necessario riuscire a dissipare in modo efficace il calore prodotto; a tal fine, il corpo di contenimento dei dispositivi noti presenta, nello spessore laterale, una superficie alettata appositamente studiata e sagomata per aumentare la superficie di scambio termico.

Tuttavia tale superficie di dissipazione non è efficiente dal momento che, a seguito di un utilizzo prolungato dello stesso dispositivo, il corpo di contenimento presenta esternamente zone a temperatura non uniforme, con picchi di temperatura in alcune zone e altre invece più fredde che, evidentemente, partecipano in modo limitato allo scambio termico. La distribuzione della temperatura non è uniforme nemmeno internamente e questo non rende efficiente lo scambio termico con l’esterno e pertanto il raffreddamento dell’intero dispositivo.

Il calore prodotto dalle sorgenti luminose passa, per conduzione, solo attraverso i ponti di contatto tra le schede elettroniche di supporto e l’involucro esterno, impedendo una uniforme e rapida distribuzione del calore. All’interno ci sono zone che raggiungono localmente anche 85°C mentre esternamente si arriva sugli 80°C. E’ evidente che temperature locali aventi simili valori risultano inevitabilmente pericolose e dannose sia internamente che esternamente.

Le schede elettroniche interne al dispositivo, per poter essere raffreddate in modo efficiente, dovrebbero essere alettate a loro volta: ciò risulta impossibile per problemi di dimensioni e di forma interna del dispositivo. Inoltre, in contesti critici di utilizzo, come ad esempio sott’acqua dove le pressioni sono maggiori, il dispositivo viene sollecitato negativamente e potrebbe avere una durata notevolmente inferiore.

Gli stessi problemi di surriscaldamento si incontrano, in modo persino più significativo e gravoso, utilizzando questo dispositivo all’interno di soffitti ribassati in cartongesso per illuminazione da interni. Infatti, se per uso sportivo il raffreddamento è anche coadiuvato dall’aria che investe il faretto durante il suo normale utilizzo, quando lo stesso è invece inserito stabilmente all’interno di un controsoffitto, l’accumulo di calore è maggiore. In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un dispositivo di illuminazione che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, è scopo del presente trovato mettere a disposizione un dispositivo di illuminazione che garantisca un efficiente scambio termico e quindi eviti il surriscaldamento sia dell’elettronica interna che dell’involucro di contenimento esterno.

Infine, scopo del presente trovato è realizzare un dispositivo di illuminazione che presenti una maggiore resistenza strutturale anche in contesti critici di utilizzo.

Il compito tecnico precisato e lo scopo specificato sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo di illuminazione comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un dispositivo di illuminazione, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di un dispositivo di illuminazione secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista prospettica, sezionata secondo un piano orizzontale B-B, del dispositivo di figura 1;

- la figura 3 è una vista prospettica, sezionata secondo un piano verticale A-A, del dispositivo di figura 1;

- la figura 4 è una vista in pianta sezionata del dispositivo oggetto della presente invenzione.

Con riferimento alle figure annesse, con 1 è complessivamente rappresentato un dispositivo di illuminazione in accordo con la presente invenzione.

Tale dispositivo 1 comprende un involucro di contenimento 2, avente sostanzialmente forma di bicchiere, al cui interno è presente una sorgente luminosa 3 e una pluralità di componenti elettroniche 4, per il funzionamento di tale sorgente luminosa 3.

Il dispositivo 1 presenta un tasto di accensione 10 sull’involucro di contenimento 2.

Internamente l’involucro di contenimento 2 è suddiviso in un primo vano 2a, contenente la sorgente luminosa 3, ed un secondo vano 2b, contenente le componenti elettroniche 4.

Il primo vano è delimitato lateralmente dall’involucro di contenimento 2, superiormente da una superficie trasparente 5, come una lente o una superficie riflettente, attraverso la quale passa la luce emessa dalla sorgente luminosa 3, e inferiormente, in posizione opposta alla superficie trasparente 5, da una scheda elettronica di supporto 6, sulla quale è montata la sorgente luminosa 3.

Una configurazione alternativa, non illustrata, prevede la scheda elettronica 6 di supporto della sorgente luminosa 3 disposta trasversalmente alla superficie trasparente 5. In questo caso, l’involucro 2 risulta sempre suddiviso in due vani 2a e 2b anche se fisicamente non è presente una parete divisoria tra i due vani.

Le componenti elettroniche 4, alloggiate vantaggiosamente nel secondo vano 2b dell’involucro di contenimento 2, comprendono una pluralità di schede elettroniche 7 portanti una pluralità di sensori 8.

Tra i sensori 8 previsti all’interno del dispositivo 1 sono presenti almeno un sensore di temperatura, almeno un sensore di corrente e almeno un transistor.

Il dispositivo 1 presenta anche diversi programmi di funzionamento, diversi livelli di flashing e/o diversi livelli di luminosità, ai quali corrispondono differenti livelli di autonomia, selezionabili a seconda del numero di pressioni del tasto di accensione.

La sorgente luminosa 3 comprende, preferibilmente, almeno un led, ancor più preferibilmente una pluralità di led, in numero variabile a seconda della grandezza del dispositivo e dell’intensità luminosa necessaria.

Infatti, dispositivi di questo tipo presentano dimensioni variabili, aventi preferibilmente un ingombro massimo trasversale in sezione variabile tra 2 e 25 cm, più preferibilmente tra 4 e 20 cm.

La massima potenza elettrica circolante all’interno del dispositivo 1 è, preferibilmente, variabile tra 3 W e 100W, a seconda del numero di led e delle dimensioni.

L’alimentazione elettrica è, vantaggiosamente, esterna al dispositivo 1 e tramite passacavi arriva all’interno del dispositivo direttamente ai componenti elettronici, ma non è esclusa la possibilità di inserire all’interno un particolare sistema di alimentazione elettrica.

Almeno il secondo vano 2b, quello contenente le componenti elettroniche 4, è vantaggiosamente riempito con un fluido di raffreddamento.

Vantaggiosamente, il fluido di raffreddamento è un fluido dielettrico, preferibilmente biodegradabile e preferibilmente in forma liquida come olio, acqua distillata o altro. Qualsiasi tipo di fluido dielettrico può essere impiegato per riempire l’involucro e contribuire attivamente alla dissipazione termica e alla miglior distribuzione del calore in tutto il volume e su tutta la superficie interna del dispositivo.

Il fluido di raffreddamento è un termovettore e uniformando la temperatura interna aumenta anche lo scambio termico all’esterno, uniformando anche la temperatura esterna. In questo modo è possibile anche massimizzare ulteriormente l’intensità luminosa e ottenere più luce.

In questo modo, non si creano più zone più calde e altre meno calde e il calore si distribuisce uniformemente sia all’interno che all’esterno.

Vantaggiosamente, le schede elettroniche presentano delle zone di passaggio 9 che permettono la libera circolazione del fluido di raffreddamento all’interno del secondo vano 2b. In figura 3, ad esempio, tali zone sono ricavate tra le schede elettroniche 7 e la superficie interna 2c dell’involucro di contenimento 2, ma non è escluso che tali zone di passaggio possano essere realizzate anche come fori nella scheda elettronica 7.

Vantaggiosamente, anche il primo vano 2a può essere riempito con il fluido di raffreddamento che, in tal caso, deve necessariamente essere un fluido trasparente per non alterare l’intensità della luce emessa.

Nel caso in cui anche il primo vano 2a è riempito con fluido di raffreddamento, la scheda di supporto 6 portante la sorgente luminosa 3 presenta delle aperture 12 per permettere la libera circolazione del fluido di raffreddamento tra i due vani.

Essendo quindi l’involucro di contenimento 2 riempito con fluido, esso deve necessariamente essere a tenuta per evitare fuoriuscite indesiderate. La presenza del fluido di raffreddamento evita la necessità di alettare i componenti interni e può vantaggiosamente permettere una struttura più snella, leggera e meno complicata dell’involucro esterno 2 che potrebbe essere anche privo della superficie alettata 11 di scambio termico.

Nelle figure annesse è illustrato un involucro di contenimento che presenta tali superfici alettate 11, le quali, se presenti, migliorano sinergicamente lo scambio termico con l’esterno.

All’interno del dispositivo la distribuzione del calore avviene, pertanto, non solo per conduzione ma anche per convezione, sia naturale che forzata. Infatti, il movimento del dispositivo, se usato in ambito sportivo, permette il rimescolamento del fluido di raffreddamento interno.

Il volume interno al dispositivo 1 presenta dimensioni limitate e pertanto i moti convettivi che si generano sono sufficienti a raffreddare anche l’elettronica interna.

Con i dispositivi attualmente in uso, la temperatura massima esterna raggiungibile alla massima luminosità presenta zone a temperatura variabile tra 55°C e 80°C, mentre localmente le tem perature hanno picchi variabili da 75°C a 85°C. Grazie alla presenza del fluido interno si può sfruttare meglio la dissipazione dell'involucro, vantaggiosamente realizzato in alluminio, ottenendo un incremento della dissipazione termica anche del 30-50%.

Inoltre, la presenza di un fluido smorza eventuali vibrazioni e urti che potrebbero ripercuotersi negativamente sull’elettronica interna.

In altre parole, il fluido di raffreddamento interno funge anche da ammortizzatore, oltre che da termovettore.

Inoltre, la capacità termica del fluido di raffreddamento è maggiore di quella dell’aria normalmente contenuta nel faro, e ciò pertanto fa funzionare il fluido anche come serbatoio di calore e pertanto il dispositivo rimane acceso al massimo più a lungo.

Il dispositivo della tecnica nota, utilizzato per uso sportivo, presenta l’ulteriore inconveniente che se rimane fermo, a seguito di un utilizzo più o meno prolungato, non riceve più lo scambio di calore forzato, generato dal flusso di aria che lo investe, e pertanto la temperatura del led subisce un incremento repentino con conseguente diminuzione progressiva e abbastanza repentina dell’intensità luminosa.

Il dispositivo di illuminazione riempito di fluido termovettore, invece, presenta un flusso termico che arriverà in ritardo sulla superficie, dal momento che il fluido funge anche da serbatoio di calore e, durante tale intervallo temporale, la luminosità della sorgente luminosa non precipita ma si attenua gradualmente con il riscaldamento del fluido termovettore. In altre parole, nei dispositivi di illuminazioni della tecnica nota, se si imposta la massima intensità luminosa della sorgente luminosa, la temperatura interna dei led si impenna immediatamente e pertanto è necessario smorzare immediatamente l’intensità. Nel dispositivo oggetto della presente invenzione, il fluido termovettore, che ha una capacità termica maggiore di quella dell’aria, consente di raffreddare i led fin da subito, prima che il calore arrivi (per sola conduzione del materiale solido) alla superficie esterna. Ciò aumenta la durata del transitorio termico dei led stessi che, raggiungendo più lentamente la massima temperatura operativa, possono dare la massima luce per un tempo maggiore. In realtà, quindi, viene ritardato l’aumento di temperatura dei led, mentre l’onda termica arriva sulla superficie prima, a seguito della presenta del fluido termovettore, e smorzata in ampiezza, poiché lo stesso calore è più distribuito; anche nel caso di condizioni esterne particolarmente svantaggiose, il fluido termovettore permette almeno di accumulare temporaneamente calore e funge, pertanto, da serbatoio di calore impedendo che questo incremento, anche momentaneo, danneggi le connessioni elettriche e i componenti elettronici.

La presenza di un fluido di raffreddamento permette, inoltre, di posizionare i sensori di temperatura distanti dalla sorgente luminosa 3, dal momento che ora il calore si distribuisce in modo uniforme e non è più la scheda di supporto della sorgente luminosa il punto più caldo da monitorare per regolare di conseguenza l’intensità di luce.

In altre parole, i sensori di temperatura, così come qualsiasi altro sensore, non devono più essere collocati necessariamente direttamente sulla scheda di supporto 6 della sorgente luminosa 3, ma possono essere posizionati anche in prossimità del punto di inserimento dei collegamenti elettrici, provenienti dall’esterno, nell’involucro 2, come ad esempio sulla base del bicchiere dell’involucro 2 opposta alla superficie trasparente 5. Potendo posizionare non solo i sensori di temperatura, ma in generale tutti gli altri sensori, in qualsiasi posizione, è possibile evitare complicazioni strutturali nel posizionamento dei cavi elettrici di collegamento.

Pertanto viene migliorata e potenziata anche la semplicità costruttiva del dispositivo stesso, anche dal punto di vista della complessità dei collegamenti elettrici interni che sono più diretti e quindi più corti.

L’intensità luminosa prodotta dipende dal numero di led presenti: ciò influisce inevitabilmente sulle dimensioni del dispositivo.

Con il dispositivo oggetto della presente invenzione, a parità di intensità luminosa prodotta, il volume del dispositivo può essere ridotto del 15-25% rispetto alle attuali realizzazioni; anche i pesi diminuiscono di percentuali analoghe. Ciò è reso possibile grazie al fatto che si può ridurre, o anche persino eliminare, l’estensione e lo spessore della superficie alettata 11 presente nella superficie laterale dell’involucro di contenimento 2.

La riduzione dello spessore delle pareti, soprattutto nei dispositivi subacquei, è molto vantaggiosa poiché il dispositivo risulta più leggero, più maneggevole e meno ingombrante e non viene assolutamente compromessa la resistenza strutturale del dispositivo stesso in quanto il fluido regge anche la pressione ambiente e la contrasta, mantenendo un perfetto equilibrio tra pressione interna ed esterna. Strutturalmente, quindi, il fluido interno serve a dare più robustezza al dispositivo, con particolar riferimento agli utilizzi subacquei.

L’invenzione raggiunge gli scopi proposti e permette di ottenere numerosi vantaggi rispetto alla tecnica nota.

Infatti, la presenza del fluido di raffreddamento interno permette di limitare la deriva termica dei componenti attivi e di minimizzare il gradiente termico interno dal momento che viene distribuito internamente.

Il fluido permette anche di ottenere una stabilizzazione dei sensori di misura e di prolungare la durata dei led perché sono abbattuti i gradienti termici locali e il led resta più freddo.

Inoltre, in spazi contenuti si può avere più luce, un raffreddamento più efficiente, e la struttura dell’intero dispositivo, collegamenti elettrici compresi, risulta più facile.

La semplicità strutturale e la migliore uniformità termica permettono anche una riduzione degli ingombri, delle dimensioni e del peso a favore della trasportabilità, anche in contesti critici.

Ancora, in caso di momentaneo abbassamento di scambio termico esterno aumentano i transitori termici permettendo un abbassamento più graduale della luce.

I componenti attivi vengono usurati di meno a vantaggio della loro autonomia che viene inevitabilmente prolungata.

Infine, le temperature interne raggiunte sono tali che il fluido di raffreddamento non subisca alcun degradamento fisico né produca alcuno scarto, con il vantaggio di non aver la necessità di dover essere sostituito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di illuminazione comprendente un involucro di contenimento (2) comprendente internamente almeno una sorgente luminosa (3) e una pluralità di componenti elettroniche (4), caratterizzato dal fatto che detto involucro di contenimento (2) presenta all’interno un fluido di raffreddamento.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto fluido di raffreddamento è un fluido dielettrico.
3. 3. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto involucro di contenimento (2) presenta all’interno un primo vano (2a), contenente detta sorgente di illuminazione (3), ed un secondo vano (2b), al cui interno è alloggiata detta pluralità di componenti elettroniche (4); detto fluido di raffreddamento essendo presente almeno in detto secondo vano (2b), circondante dette componenti elettroniche (4).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto fluido di raffreddamento è presente anche in detto primo vano (2a).
5. 5. Dispositivo di illuminazione secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta sorgente di illuminazione (3) è collegata ad una scheda di supporto (6); detta scheda di supporto (6) essendo interposta tra detto primo (2a) e detto secondo (2b) vano.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta scheda di supporto (6) della sorgente luminosa (3) presenta aperture (12) per la circolazione del fluido di raffreddamento tra detto primo (2a) e detto secondo (2b) vano.
7. 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta sorgente luminosa (3) comprende almeno un led, preferibilmente una pluralità di led.
8. 8. Dispositivo di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette componenti elettroniche (4) comprendono una pluralità di schede elettroniche (7) e una pluralità di sensori (8); dette schede elettroniche (7) presentando zone di passaggio (9) per permettere la libera circolazione del fluido di raffreddamento all’interno del secondo vano (2b).
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti sensori (8) sono collocabili in posizione distanziata rispetto alla scheda di supporto (6) di detta sorgente luminosa (3).
10. 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedente, caratterizzato dal fatto che detto involucro (2) è a tenuta.