RU222504U1 - Светодиодный светильник с системой охлаждения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области светотехники, в частности к светодиодным осветительным приборам на основе светодиодов высокой мощности, от 200 Вт и выше, и предназначена для освещения тепличных комплексов и систем выращивания растений в полностью контролируемой среде, а также может быть использована для освещения промышленных объектов, открытых пространств. Заявленный светодиодный светильник содержит корпус, плату со светодиодами, источник питания, связанный со светодиодами, ребра охлаждения. При этом корпус, плата и ребра выполнены из теплопроводящего материала, ребра охлаждения, имеющие в сечении L-образную форму, продольно присоединены к корпусу в количестве четырех штук. Технический результат состоит в улучшении отвода выделяемого светодиодами тепла и, как следствие, увеличении срока службы светильника.

Description

Полезная модель относится к области светотехники, в частности к светодиодным осветительным приборам на основе светодиодов высокой мощности, от 200 Вт и выше, и предназначена для освещения тепличных комплексов и систем выращивания растений в полностью контролируемой среде, а также может быть использована для освещения промышленных объектов, открытых пространств.

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. Использование осветительных приборов на основе светодиодов высокой мощности, от 200 Вт и выше, требует эффективного охлаждения системы освещения от перегревов, вызываемых использованием мощных светильников. 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. С ростом температуры кристалла светодиода на каждые 10°С световой поток различных светодиодов снижается на 2-2,5%. Поддержание оптимальной температуры перехода является важным компонентом в разработке эффективной осветительной системы, поскольку светодиоды работают с более высокой световой отдачей и служат дольше, работая при более низких температурах. Чем меньше температура светодиода, тем выше его светоотдача (отдаваемый световой поток на единицу потребляемой светодиодом мощности) и меньше деградация (уменьшение светового потока светодиода с течением времени). Рассеивание тепла является важной задачей при проектировании.

Конструкции светодиодных светильников, работающих в условиях естественной воздушной конвекции, широко используются для освещения тепличных комплексов и систем выращивания растений в полностью контролируемой среде, но естественной конвекции недостаточно для обеспечения охлаждения осветительных приборов. В условиях промышленных теплиц такой подход недопустим, так как такие светильники способствуют перегреву освещаемого объема.

Известен светодиодный светильник (Патент РФ № 2399833 на изобретение «Светильник светодиодный», опубликовано 20.09.2010, бюл. № 26), в корпусе которого выполнены отверстия, обеспечивающие охлаждение светодиодов и других элементов устройства благодаря воздушной тяге в стакане за счет нагревающегося в нем воздуха. 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 недостаточно эффективный отвод тепла при повышенных тепловых нагрузках, что приводит к сокращению срока службы светильника. Кроме того, использование активного охлаждения с помощью вентиляторов, как и других механических систем перемещения воздуха, сопровождается шумом, характеризуется дополнительными затратами и сложностью технического обслуживания.

Известен светодиодный светильник с высокоэффективным конвекционным охлаждением (патент РФ № 2433577 на изобретение, опубликован 10.11.2011 Бюл. № 31). Светильник содержит в качестве источника света светодиоды, установленные на наружной поверхности корпуса и подключенные гибким кабелем к блоку питания, оптическую линзу, закрывающую светодиоды и имеющую кольцевую форму, полый корпус-радиатор, выполненный в виде вертикальных ребер-решеток из теплопроводящего материала. Основным элементом светильника является корпус-радиатор, который является базовой единой деталью и выполнен из цилиндрического литого алюминиевого профиля, у которого с внутренней стороны срезается весь цилиндр, оставляя только внешние торцевые части в виде колец. Однако ребра радиатора, выполненные на корпусе, хоть и увеличивают площадь теплоотдачи, но в силу их относительно небольшой величины, увеличить которую по техническим причинам невозможно, не обеспечивают необходимой степени теплоотдачи, поскольку внешняя боковая ребристая поверхность корпуса-радиатора в виде вертикальных ребер-решеток (3) образуется за счет обработки внешней поверхности заготовки корпуса фрезой или резцом, что ограничивает размеры ребер.

Наиболее близким по технической сущности является светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением (патент РФ № 183855, дата приоритета 11.12.2017, опубликовано 05.10.2018 Бюл. № 28). Светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением содержит пустотелый корпус с открытыми торцевыми концами. На наружной поверхности корпуса закреплен светодиодный модуль, подключенный к блоку питания. Корпус имеет С-образный профиль. Светодиодный модуль жестко закреплен на полках С-образного профиля посредством крепежных средств, образуя вместе с корпусом замкнутый трубчатый профиль. Боковые стены С-образного корпуса выполняют по сути функции ребер охлаждения, отдающих тепло в окружающую среду. Нагретый воздух начинает двигаться вверх, создавая тем самым в трубе динамический конвекционный поток, который охлаждает светодиодный модуль.

Но профиль не обеспечивает достаточно эффективного рассеивания тепла, что снижает светоотдачу светодиодов и не позволяет увеличить срок их службы.

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

Достигаемый технический результат состоит в улучшении отвода выделяемого светодиодами тепла и, как следствие, увеличении срока службы светильника.

Заявленный технический результат достигается совокупностью всех признаков полезной модели, в частности тем, что светодиодный светильник содержит корпус, плату со светодиодами, источник питания, связанный со светодиодами, корпус, плата и ребра охлаждения выполнены из теплопроводящего материала, ребра охлаждения, имеющие в сечении L-образную форму, продольно присоединены к корпусу в количестве четырех штук.

Плата со светодиодами может быть выполнена из параллельно расположенных вдоль корпуса секций, разделенных промежутком. В корпусе могут быть выполнены вентиляционные отверстия, совмещенные с аналогичными отверстиями в плате со светодиодами. Вентиляционные отверстия могут быть совмещены с пространством между двумя частями платы со светодиодами. Нижние части L-образных ребер могут быть соединены между собой, образуя в сечении гребнеобразную сложную фигуру - или Ш-образной формы, при этом нижняя горизонтальная часть ребра предназначена для его крепления к корпусу. Ребра охлаждения, расположенные в центральной части, могут иметь выемки для размещения в них источника питания светильника. Ребра охлаждения могут иметь выемки для крепления светильника. Ребра охлаждения могут иметь приспособления для крепления светильника. Ребра охлаждения являются ребрами жесткости светильника. Светильник выполнен в виде вытянутой в продольном направлении конструкции.

Сущность заявленной полезной модели поясняется фигурами графического изображения.

На фиг. 1 представлен вид светильника спереди.

На фиг. 2 представлен вид светильника сбоку в разрезе А-А.

На фиг. 3 представлен вид светильника снизу.

На фиг. 4 представлен вид светильника в разрезе В-В.

Где:

1 – корпус светильника,

2 – плата со светодиодами,

3 – светодиоды,

4 – источник питания,

5 – отверстия в светильнике,

6 – ребра охлаждения,

7 – подвесы,

8 – выемки в ребрах,

9 – отверстия в ребрах для крепления.

Светильник содержит вытянутый в продольном направлении корпус (1) к которому присоединена плата (2) со светодиодами (3), связанными через кабель с влагозащищенным разъемом (на изображениях не показан) с источником питания (4). Корпус (1) и плата (2) выполнены из теплопроводящего материала, что позволяет отводить тепло от светодиодов и способствует защите их от перегрева. К корпусу присоединены продольно расположенные ребра охлаждения (6) в количестве 4 штук, выполненные из теплопроводящего материала и имеющие в сечении L-образную форму. Присоединяемые ребра охлаждения (6) выполнены в виде пластин, не замкнутых в верхней части светильника, количество которых равно четырем, что обеспечивает требуемую степень охлаждения, которое не достигается наличием только двух ребер. Такое расположение пластин обеспечивает естественную тягу, свободный выход из условного объема светильника нагретого воздуха, а также отдачу с наружных поверхностей ребер охлаждения (6) тепла в окружающую среду, создавая более эффективное охлаждение по сравнению с прототипом и известными аналогами. Исследования показали, что вертикальное или близкое к вертикальному расположение ребер обеспечивает более высокую тягу и теплоотвод по сравнению с замкнутым объемом корпуса и/или горизонтальным размещением ребер. Замкнутый контур прототипа не обеспечивает тягу в узком пространстве между сторонами корпуса, затрудняя отвод нагретого воздуха от светильника. Из-за различия температуры платы, корпуса и радиатора можно считать, что радиатор в среднем на 510°С холоднее платы и примерно на 20 °С холоднее светодиода. За целевую температуру кристалла, как правило, принимается наибольшее значение, до которого не происходит значимого снижения эффективности. Для любых конкретных предполагаемых к использованию диодов имеется свое значение максимально допустимых температур, после которой происходит снижение эффективности работы светодиода. Согласно материалам работ кафедры светотехники Технического университета Дармштадта, Германия, если светодиод работает при температуре 55°С, то спустя 30000 часов горения его световой поток будет составлять более 80% от первоначального. При рабочей температуре светодиода в 100°С спустя 30000 часов горения его световой поток снизится примерно до 5% от первоначального (domorost.ru).

Плата (2) со светодиодами (3) имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации корпуса. Это обуславливает максимальную передачу тепла от платы (2) на корпус (1) и далее на ребра охлаждения (6), что способствует отводу тепла от светодиодов и повышению охлаждения светильника в целом.

В корпусе (1) светильника могут быть выполнены вентиляционные отверстия (5), сопряженные с отверстиями, выполненными в плате (2) со светодиодами (3), обеспечивающие усиление конвенционного потока и повышение охлаждения светодиодов и других элементов устройства благодаря воздушной тяге в объеме, образованном корпусом (1) и ребрами охлаждения (6) за счет нагревающегося в нем воздуха. Отверстия (5) в корпусе (1) могут быть совмещены не только со специально выполненными отверстиями в плате (2) со светодиодами (3), но и с пространством между двумя частями платы (2) со светодиодами (3). Нагретый воздух начинает двигаться вверх, создавая тем самым в корпусе динамический конвекционный поток, который охлаждает светодиодный светильник.

Такое выполнение, наряду с повышением охлаждения светодиодов и иных элементов конструкции светильника благодаря создаваемому в корпусе динамическому конвекционному потоку, который охлаждает светодиодный светильник, позволяет упростить его изготовление и расширяет средства аналогичного назначения.

Корпус (1) может быть выполнен, например, из алюминия, стали. Наряду с несущей функцией корпус (1) выполняет функцию теплоотвода и теплопровода. При этом корпус (1) не может быть выполнен из пластмассы, в этом случае он не будет передавать тепло, т.е. будет теплоизолятором, а не теплопередатчиком.

Вертикально расположенные ребра охлаждения (6) имеют в сечении L-образную форму, нижняя (условно горизонтальная) часть которой предназначена для крепления ребра к корпусу (1), что упрощает их прикрепление и изготовление светильника в целом, а в конечном итоге позволяет создать ребра охлаждения достаточной величины, необходимой для обеспечения максимальной теплоотдачи, что ведет к охлаждению светодиодов и светильника в целом. Исследования показали, что наиболее эффективный радиатор должен иметь необходимую площадь в 20 см² на 1 Вт мощности светильника.

Нижние части L-образных ребер охлаждения (6) могут быть соединенными между собой, образуя в сечении сложную фигуру или Ш-образной формы, что упрощает крепление нескольких ребер (6) к корпусу (1) для обеспечения максимально требуемого теплоотвода от светодиодов и светильника в целом. Такое крепление ребер (6) к корпусу (1) позволяет обеспечить светильник ребрами (6) большей площади, что, в свою очередь, позволяет обеспечить более интенсивное охлаждение светильника. Для удобства крепления ребра (6) могут быть выполнены составными, состоящими из вертикальной и изогнутой L-образной частей, соединяемых между собой, что позволяет заменить вертикальную часть ребра охлаждения (6). Ребра (6) могут иметь некоторый наклон к корпусу за счет натяжения элементов подвеса (7).

Ребра охлаждения (6) выполнены из теплопроводящего материала, что обеспечивает поступление на них через корпус (1) тепла, излучаемого светодиодами (3).

Ребра охлаждения (6) могут иметь выемки (8) для размещения между ними источника питания светодиода (4). Такое выполнение позволяет обеспечить требуемый отвод тепла, сохраняя установленные габариты светильника.

Ребра охлаждения (6) могут иметь приспособления для присоединения подвеса (7) светильника, выполненные, например, в виде отверстий (9), за которые прицепляется подвес (7).

Заявленный светильник был реализован в условиях опытного производства и может быть воспроизведен в условиях серийного производства с использованием стандартных комплектующих и способов изготовления изделий.

Claims (9)

1. Светодиодный светильник, содержащий корпус, плату со светодиодами, источник питания, связанный со светодиодами, ребра охлаждения, отличающийся тем, что корпус, плата и ребра охлаждения выполнены из теплопроводящего материала, ребра охлаждения, имеющие в сечении L-образную форму, продольно присоединены своей нижней горизонтальной планкой к корпусу в количестве двух штук.

2. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что плата со светодиодами выполнена из параллельно расположенных вдоль корпуса секций, разделенных промежутком.

3. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе выполнены вентиляционные отверстия, совмещенные с аналогичными отверстиями в плате со светодиодами.

4. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе выполнены вентиляционные отверстия, совмещенные с пространством между двумя частями платы со светодиодами.

5. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что нижние части L-образных ребер соединены между собой, образуя в сечении гребнеобразную сложную фигуру , при этом нижняя горизонтальная часть ребра предназначена для его крепления к корпусу.

6. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что ребра охлаждения имеют выемки для размещения в них блока питания светильника.

7. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что ребра охлаждения имеют выемки для крепления светильника.

8. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что ребра охлаждения имеют приспособления для крепления светильника.

9. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что он имеет вытянутую в продольном направлении форму.