СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК Российский патент 2017 года по МПК F21V29/70 H01L33/64 

Изобретение относится к осветительным устройствам со светодиодными источниками света и может быть использовано для внутреннего и наружного освещения.

Известен светодиодный светильник, содержащий корпус-радиатор, выполненный в виде металлической пластины с отогнутыми, под определенным углом к направлению излучаемого света, внешними краями либо лепестками пластин (http://setilumen.ru/, 28.09.2015).

Недостатком данного устройства являются большие габариты корпуса-радиатора при мощности светильника свыше 50 Вт.

Наиболее близким по технической сущности является светодиодный светильник, содержащий радиатор отвода тепла светодиодного источника излучения, включающий набор пластин, концы которых выполнены загнутыми и посадочные поверхности которых контактируют друг с другом (RU 2511564 17.09.2012).

Недостатками известного устройства являются:

малая средняя площадь теплоотдачи пластин радиатора, которая при - или -образной форме пластин может составлять лишь 40-60% от общей площади пластин, вследствие того, что горизонтальная часть каждой пластины радиатора имеет достаточно большую площадь поверхности, но она практически не участвует в процессе теплоотдачи в окружающую среду, а преимущественно передает тепло между пластинами;

большое число пластин в наборе радиатора и, как результат, снижение эффективности теплоотвода каждой последующей от источника теплового излучения пластины вследствие большого числа переходных контактов между пластинами.

Техническая сущность известного устройства состоит в том, что радиатор отвода тепла выполнен из набора пластин, контактирующих одна с другой горизонтальной частью, а весь радиатор одной из пластин набора контактирует с теплоотводящим основанием, а также в том, что две ближайшие к источнику светодиодного излучения пластины имеют между собой наибольшую площадь контакта, при этом площадь контакта каждой последующей пластины с предыдущей уменьшается. Из этого следует, что в наборе пластин их число составляет три и более, а также, что величина теплоотдачи каждой последующей пластины меньше, чем у предыдущей, то есть эффективность теплоотвода каждой последующей от источника теплового излучения пластины уменьшается.

Вследствие того, что тепловое сопротивление между источником теплового излучения и каждой последующей пластиной возрастает на величину суммы тепловых сопротивлений пластины и переходного контакта между поверхностями пластин, а тепловое сопротивление переходного слоя между контактными поверхностями пластин в 15-25 раз превышает тепловое сопротивление материала самой пластины и все эти тепловые сопротивления в цепи теплопередачи включены последовательно, то суммарное тепловое сопротивление радиатора с количеством пластин 3 и более достигает значительной величины.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение числа пластин радиатора и снижение трудоемкости изготовления светодиодного светильника в целом.

Техническим результатом решения поставленной задачи является увеличение эффективности теплоотвода пластин и радиатора в целом, а также создание осветительного устройства, сочетающего простоту конструкции с высокой степенью унификации для различных вариантов исполнения и мощности светильника.

Указанный результат достигается тем, что в отличие от известного светодиодного светильника, содержащего как минимум один светодиод, теплоотводящее основание, радиатор отвода тепла, выполненный из набора пластин, в предлагаемом изобретении предусмотрены следующие отличия:

- радиатор состоит из набора двух пластин;

- пластины контактируют горизонтальными участками с теплоотводящим основанием с двух разных его сторон;

- в центре пластины, ближайшей к светодиоду, имеется отверстие для размещения светодиода на теплоотводящем основании;

- горизонтальные участки пластин и теплоотводящее основание имеют форму круга;

- пластины изогнуты путем гибки с образованием радиальных гофр от границы горизонтального участка до внешнего края пластины так, что грани гофр расположены под углом к горизонтали;

- в верхней части как минимум нескольких гофр у границы горизонтального участка пластины имеется как минимум одно продольное отверстие.

Между совокупностью существенных признаков предлагаемого устройства и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:

- Вследствие того, что горизонтальные участки пластин имеют форму круга, то их площадь поверхности будет небольшая по величине и поэтому площадь поверхности всех граней гофр пластины, эффективно отдающих тепло, составит 85-95% общей площади пластины.

Например, при диаметре исходной заготовки пластины, равной 40,0 см, площадь поверхности пластины равна 1256,0 см², горизонтальный участок диаметром 15,0 см пластины имеет площадь, равную 177,0 см². Таким образом, в этом случае площадь всех граней гофр пластины будет равна 1256 - 177 = 1079 см², что составляет 85,9% общей площади поверхности пластины.

- Кроме того, крепление двух пластин радиатора к основанию с двух разных его сторон обеспечивает параллельное включение тепловых сопротивлений переходных контактов пластин с основанием, что снижает суммарное тепловое сопротивление радиатора и обеспечивает примерно равную эффективность теплоотвода обеих пластин радиатора.

- Наличие у пластины радиатора гофр, грани которых расположены под углом к горизонтали, в сочетании с продольными отверстиями в верхней части гофр по крайней мере одной пластины, повышает скорость и турбулентность воздушного потока, омывающего пластины радиатора, что приводит к увеличению теплоотдачи пластин в окружающую среду.

- Все перечисленные существенные признаки в совокупности позволяют снизить число пластин радиатора до двух, а также уменьшить число переходных контактов и увеличить эффективность теплоотвода радиатора в целом.

В качестве развивающих признаков, дополняющих вышеприведенную совокупность, приводим следующее:

- исходная заготовка пластины радиатора может иметь форму круга, квадрата, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, восьмиугольника;

- горизонтальный участок пластины радиатора и теплоотводящее основание может иметь форму круга, квадрата, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, восьмиугольника;

- верхняя и нижняя пластины корпуса-радиатора выполнены с различными углами раскрытия нижних ребер гофр;

- число гофр нижней и верхней пластин может быть различным;

- к нижним ребрам гофр нижней пластины корпуса-радиатора может крепиться отражатель;

- поперечное сечение гофр пластин может быть выполнено по различным вариантам, например треугольным, трапецеидальным, синусоидальным или комбинированным.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами, представленными на фиг. 1-7:

фиг. 1. Схема светодиодного светильника по варианту 1.

фиг. 2. Схема светодиодного светильника по варианту 1, вид снизу.

фиг. 3. Пластина радиатора в изометрии.

фиг. 4. Схема светодиодного светильника по варианту 2.

фиг. 5. Схема светодиодного светильника по варианту 3.

фиг. 6. Схема светодиодного светильника по варианту 1 с отражателем.

фиг. 7. Схема движения охлаждающего воздушного потока в поперечном сечении гофр треугольного сечения двух пластин радиатора.

Предлагаемое устройство содержит корпус-радиатор, образованный нижней пластиной 1 и верхней пластиной 2, прикрепленными с двух сторон к основанию 3. К основанию 3 крепится светодиодный источник 4, для чего, в центре горизонтального участка 6 пластины, ближайшей к светодиоду, имеется соответствующее отверстие 5. С противоположной светодиоду стороны светильника размещен источник питания.

Нижняя и верхняя пластины 1, 2 корпуса-радиатора изогнуты путем гибки, с образованием радиальных гофр от границы 7 горизонтального участка до внешнего края 8 пластины. Каждая гофра имеет верхнее ребро 9 и нижнее ребро 10, между которыми находятся грани 11 гофр, расположенные под углом «β» к горизонтали. В верхних ребрах 9 имеется одно или несколько продольных отверстий 12.

Нижняя пластина 1 и верхняя пластина 2 могут быть выполнены соответственно с разными по величине углами α1 и α2 раскрытия нижних ребер 10 гофр.

В нижней и верхней пластинах 1,2 и основании 3 имеются совпадающие друг с другом сквозные отверстия 13, через которые нагретый воздух выходит в окружающую среду.

К нижним ребрам 10 гофр нижней пластины 1 может крепиться отражатель 14.

В варианте светильника, показанном на фиг. 1, направления углов α1 и α2 раскрытия ребер гофр пластин 1 и 2 совпадают с направлением светового потока светодиода.

Во втором варианте светильника, показанном на фиг. 4, углы α1 и α2 раскрытия ребер гофр пластин 1 и 2 направлены в противоположные стороны.

В третьем варианте светильника, показанном на фиг. 5, направления углов α1 и α2 раскрытия ребер гофр пластин 1 и 2 совпадают между собой, но противоположны направлению светового потока светодиода.

Светодиодные светильники по вариантам 2 и 3 могут быть выполнены с отражателем, аналогично светильнику на фиг. 6.

Величину угла «β» наклона граней 11 гофр к горизонтали, величину и направление углов α1 и α2 раскрытия нижних ребер 10 гофр, а также форму и размеры исходных заготовок для пластин 1, 2 радиатора и варианты выполнения светодиодного светильника выбирают с учетом назначения светильника, его мощности и получения наибольшей эффективности теплоотдачи радиатора.

Устройство работает следующим образом.

При подключении светодиодного светильника к питающей сети через источник питания к светодиодам подается постоянный электрический ток, обеспечивая их свечение. Во время работы светильника тепловая энергия, выделяемая светодиодным источником 4, путем теплопроводности передается основанию 3 и, затем, горизонтальным и гофрированным участкам нижней пластины 1 и верхней пластины 2 радиатора. Далее, от гофр обеих пластин осуществляется теплоотдача в окружающую среду.

В установившемся тепловом режиме светильника температура гофр пластин у границы 7 горизонтального участка нижней и верхней пластин будет превышать температуру гофр у внешнего края 8 пластин. На фиг. 7 показано как воздух, нагреваемый нижней поверхностью граней 11 гофр нижней пластины 1 под действием сил гравитации, образует восходящий воздушный поток, перемещающийся вдоль поверхности грани от нижнего ребра 10 к ее верхнему ребру 9 и, далее, вдоль верхнего ребра 9, через продольные отверстия 12 движется к верхнему ребру 9 гофры верхней пластины 2, где соединяется с аналогичным воздушным потоком верхней пластины.

Кроме того, воздух, нагретый верхней поверхностью граней 11 гофр нижней пластины 1, перемещается вертикально вверх, и, двигаясь вдоль нижней поверхности граней 11 верхней пластины 2, создает воздушный поток, который через продольные отверстия 12 в верхних ребрах 9 верхней пластины 2 выходит в окружающую среду. Взаимодействие этих трех воздушных потоков создает вдоль верхних ребер 9 верхней пластины 2 дополнительную турбулентность воздушного потока, что также способствует повышению интенсивности теплоотвода от пластин радиатора в окружающую среду.

Определенная часть выделяемого тепла отдается в окружающую среду верхней поверхностью граней 11 верхней пластины 2, однако в этом случае воздушный поток не течет вдоль поверхности граней гофр, а отрывается от них вертикально вверх.

Светодиодный светильник может быть использован для внутреннего и наружного основного и декоративного освещения. Светильник имеет корпус-радиатор, состоящий из двух пластин, контактирующих горизонтальными участками 6 с теплоотводящим основанием 3 с двух разных сторон. В центре ближайшей к светодиоду 4 пластины имеется отверстие 5 для размещения светодиода на теплоотводящем основании. Пластины изогнуты, путем гибки с образованием радиальных гофр от границы 7 горизонтального участка до внешнего края 8 пластины так, что грани гофр расположены под углом к горизонтали. Вдоль верхних ребер 9 гофр у границы 7 горизонтального участка пластины имеется продольное отверстие 12. Горизонтальный участок 6 пластины и теплоотводящее основание 3 могут иметь форму круга, квадрата, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, восьмиугольника. Исходная заготовка пластины радиатора может иметь форму круга, квадрата, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, восьмиугольника. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности теплоотвода пластин и радиатора в целом, а также создание светильника, сочетающего простоту конструкции с высокой степенью унификации для различных вариантов исполнения и мощности светильника. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Светодиодный светильник, содержащий корпус-радиатор, выполненный из набора пластин, теплоотводящее основание и закрепленный на нем, как минимум один светодиод, источник питания, отличающийся тем, что радиатор состоит из набора двух пластин, контактирующих горизонтальными участками с теплоотводящим основанием с двух разных его сторон, горизонтальные участки пластин и теплоотводящее основание имеют форму круга и обе пластины изогнуты путем гибки, с образованием радиальных гофр от границы горизонтального участка до внешнего края пластины так, что грани гофр расположены под углом к горизонтали, в верхних ребрах как минимум нескольких гофр у границы горизонтального участка пластины имеется как минимум одно продольное отверстие, а в центре пластины, ближайшей к светодиоду, имеется отверстие для размещения светодиода на теплоотводящем основании.

2. Светодиодный светильник по п. 1, отличающийся тем, что исходная плоская заготовка пластины радиатора может иметь форму круга, квадрата, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, восьмиугольника.

3. Светодиодный светильник по п. 1, 2, отличающийся тем, что горизонтальный участок пластины радиатора и теплоотводящее основание могут иметь форму круга, квадрата, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, восьмиугольника.