ОХЛАЖДАЮЩЕЕ И АНТИБЛИКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАМПЫ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
COOLING AND ANTIGLARE DEVICE FOR STREET LIGHTING LANTERNS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для охлаждения светодиодов лампы уличного освещения или освещения общественных мест и для уменьшения слепящего воздействия светодиодов. Настоящее изобретение относится также к лампе для освещения улиц или общественных мест, в которой используется это устройство.
Уровень техники
В лампах может применяться несколько различных технологий генерации света. Одна из возможных технологий для ламп заключается в использовании светодиодов (светоизлучающих диодов) в качестве элементов, генерирующих свет в лампе. Такая лампа включает несколько светодиодов или групп светодиодов, соединенных на плоской или изогнутой поверхности. В такой лампе светодиоды образуют существенно ограниченную излучающую поверхность, причем созданный ими световой поток направляется на освещаемый объект. Для направления света перед светодиодами может помещаться оптическая часть. Эта оптическая часть может также выполнять функцию механической защиты светодиодов лампы.
Светодиод характеризуется высокой яркостью, поэтому его прямое излучение может ослеплять. Слепящее воздействие светодиодов может быть уменьшено помещением перед ними различных оптических элементов, которые, например, фильтруют, направляют или преобразуют свет, создаваемый светодиодами.
Еще одним недостатком светодиода является его довольно низкий кпд преобразования электрической энергии, подведенной к светодиоду, в свет. Обычно лишь 20-40% электрической энергии, подведенной к светодиоду, преобразуется им в видимый свет. Остальная электроэнергия, подведенная к светодиоду, уходит в тепловые потери. Это выделяемое тепло предпочтительно удалять из лампы, так как при повышении температуры светодиода его яркость падает, что для лампы нежелательно. Известно также, что высокая температура использования со временем начинает влиять на длину волны светового излучения светодиода, в результате чего меняется исходный цветовой тон светового излучения светодиода. Кроме того, повышение температуры использования светодиода сокращает предполагаемый срок его службы, сравнительно с использованием при меньшей рабочей температуре. Особенно при освещении объектов несколькими лампами или в случае затруднительности их обслуживания и замены желательны длительный срок службы ламп и постоянство количества и качества света в течение их срока службы. Примерами таких осветительных приборов являются устройства для освещения общественных мест, улиц и дорог.
Один из способов снижения температуры светодиодов состоит в установке их на монтажной плате или на основе с малым тепловым сопротивлением. Через такую основу с малым тепловым сопротивлением тепло, выделенное светодиодом, может быть отведено в отдельный охлаждающий элемент. Для повышения эксплуатационных характеристик и предполагаемого срока службы светодиода желательно, чтобы между тепловыделяющим светодиодом и охлаждающим элементом находился элемент или элементы с возможно меньшим тепловым сопротивлением. В качестве охлаждающего элемента обычно используют охлаждающее ребро или ребра, при этом поток воздуха, проходящий между ребрами, охлаждает охлаждающий элемент. Охлаждающие ребра, используемые в качестве охлаждающих элементов, часто размещаются с задней стороны светодиодной лампы, благодаря чему требуется лишь монтажная плата или другая крепежная основа для монтажа светодиода и, возможно, рамный элемент лампы между светодиодом и охлаждающими ребрами.
Одна из проблем, связанных с вышеописанной конструкцией, состоит в освобождении верхней поверхности лампы, например, от снега, голубиного помета, листьев деревьев и другого мусора.
К тому же одноуровневый или поверхностный монтаж ламп, обычно используемый в общественных местах, не позволяет применять за лампами охлаждающие элементы, использующие воздушный поток.
Известны также конструкции светодиодных ламп, в которых тепло, выделяемое светодиодами, через отдельный охлаждающий канал отводится в отдельный охлаждающий элемент вне монтажного основания светодиодов. Пример такого охлаждающего устройства представлен в патентном документе CN 101266038.
Известны также конструкции светодиодных ламп, в которых охлаждающие ребра, применяемые для охлаждения светодиодов, имеются также на нижней, светоизлучающей поверхности лампы. В известных решениях дополнительные охлаждающие ребра располагаются существенно в краевых зонах лампы. Примеры такой конструкции лампы представлены в патентных документах CN 201262363 и CN 101414588.
На ФИГ.1 представлена конструкция охлаждающего устройства для светодиодной лампы, раскрытая в CN 101414588. Светодиодная лампа 10 включает ламповую раму 11 постоянного сечения. Светоизлучающая группа 12 светодиодов прикреплена на нижней поверхности ламповой рамы 11. Группа 12 светодиодов включает несколько отдельных светодиодов. Охлаждающие ребра 14, имеющиеся в лампе, в основном, расположены на задней/верхней поверхности лампы 10. Однако имеются также охлаждающие ребра 13а и 13b на нижней, светоизлучающей поверхности лампы, с двух ее краев. Тепло, выделяемое светодиодами, непосредственно передается верхним охлаждающим ребрам 14 на задней поверхности лампы через ламповую раму 11. Воздух, нагретый в группе 12 светодиодов, направляется на охлаждающие ребра 13а и 13b на нижней поверхности лампы с использованием воздушного потока, созданного нагретым воздухом. Более холодный воздух втекает в лампу снаружи, замещая нагретый воздух. Конвекция воздуха, нагретого в группе 12 светодиодов, к охлаждающим ребрам 13а и 13b улучшает охлаждение группы 12 светодиодов.
Если охлаждающие ребра размещены на расстоянии от светодиодов на внешнем краю лампы, как в CN 101414588, это неизбежно создает ситуацию, в которой теплопроводящая конструкция должна быть очень толстой, следовательно, такая конструкция будет и тяжелой.
Известны также конструкции, в которых принудительно усилена циркуляция воздуха в группе светодиодов. В таких лампах циркуляция воздуха усилена вентилятором, встроенным в лампу.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить новую конструкцию светодиодной лампы, пригодной для освещения дорог или улиц, в которой усилен отвод выделяемого тепла, осуществляемый с помощью конвекции в группе светодиодов, и одновременно может быть снижено слепящее воздействие светодиодов в боковом направлении, а свет направлен на освещаемый объект.
Решение задач настоящего изобретения достигается предложением конструкции светодиодной лампы, в которой светодиоды, входящие в лампу, разделены на предпочтительно прямоугольные группы, каждая из которых окружена своей собственной конструкцией охлаждающих ребер. Когда лампа находится в рабочем положении, охлаждение, достигаемое с использованием конвекции в каждой группе светодиодов, усиливается ближайшими к группе (окружающими группу) конструкциями охлаждающих ребер. Самые крайние охлаждающие ребра расположены так, чтобы выполнять также роль светозащитных экранов лампы, благодаря чему прямое излучение светодиодов лампы может быть ограничено, по меньшей мере, в одном боковом направлении. Таким образом, слепящее воздействие светодиодов может быть снижено, и генерируемый свет может быть направлен в требуемую зону.
Преимущество лампы согласно настоящему изобретению заключается в том, что рабочая температура светодиодов, входящих в лампу, может быть снижена, в сравнении с конструкциями ламп, имеющих сравнимую яркость.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что рабочая температура лампы может быть снижена без использования отдельного устройства принудительного охлаждения.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что, когда лампа согласно настоящему изобретению находится в рабочем положении, ее поверхности остаются чистыми благодаря силе тяжести и конвекционному потоку.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что слепящее воздействие светодиодов лампы может быть ограничено, по меньшей мере, в одном боковом направлении.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что наружная поверхность лампы может быть выполнена так, чтобы отталкивать снег, мусор и грязь, поскольку охлаждающие элементы светодиодов расположены на нижней поверхности лампы.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что конструкция лампы не требует массивной и тяжелой рамной конструкции для рассеивания тепла, выделяемого светодиодами.
Лампа согласно настоящему изобретению отличается тем, что светодиоды, входящие в лампу, расположены отдельными группами так, что в плоскости лампы каждая группа светодиодов полностью окружена ячейкой, образованной четырьмя охлаждающими элементами, для удаления тепла, выделяемого лампой.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Основная идея изобретения следующая: в лампе согласно настоящему изобретению светодиоды лампы предпочтительно разделены на отдельные группы. Образованная светодиодами группа предпочтительно имеет прямоугольную форму. Каждая группа светодиодов лампы окружена охлаждающими элементами. Поэтому расстояние, которое воздух, нагретый светодиодами, должен пройти от светодиодов до охлаждающего элемента в лампе согласно настоящему изобретению, - короткое.
В эксплуатационных условиях тепло, выделяемое светодиодами, создает конвекционный поток в воздухе, окружающем светодиоды; этот поток проходит сквозь лампу в направлении охлаждающих элементов. В лампе согласно настоящему изобретению воздушный поток, созданный теплопотерей одной группы светодиодов, быстро встречает ближайший охлаждающий элемент, так как светодиоды и окружающие их охлаждающие элементы предпочтительно разделены по нескольким светодиодным группам. Таким образом, в конструкции лампы согласно настоящему изобретению передача тепла от воздуха, нагретого светодиодами, к охлаждающему элементу усилена, поскольку воздух, нагретый группой светодиодов, сразу же контактирует с рядом расположенным охлаждающим элементом. К тому же в конструкции согласно настоящему изобретению воздух не имеет времени так сильно нагреться в группе светодиодов, как в известных конструкциях, в которых охлаждающие элементы имеются только на краях в направлении продольной оси лампы. Благодаря усиленному теплообмену температура использования светодиодов лампы снижается, в результате чего яркость лампы остается неизменной и срок ее службы увеличивается.
Преимуществом светодиодной лампы согласно настоящему изобретению является то, что направление освещения и боковое слепящее воздействие светодиодов могут контролироваться высотой крайних охлаждающих ребер в направлении продольной оси.
Краткое описание чертежей
Ниже настоящее изобретение описывается более подробно. В описании
делается ссылка на сопроводительные фигуры, на которых:
на ФИГ.1 показана конструкция известной светодиодной лампы,
на ФИГ.2а показана аксонометрическая проекция примера светодиодной
лампы согласно настоящему изобретению,
на ФИГ.2b показан вид снизу светодиодной лампы ФИГ.2а,
на ФИГ.2с показана светодиодная лампа ФИГ.2а на виде со свободного края,
на ФИГ.2d показан второй предпочтительный вариант осуществления изобретения на виде со свободного края лампы и
на ФИГ.3 показана аксонометрическая проекция третьего варианта осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Варианты осуществления в нижеследующем описании даются лишь как примеры, специалист может реализовать основную идею настоящего изобретения и каким-то другим способом, отличающимся от изложенного в настоящем описании. Хотя в тех или иных местах настоящего описания могут быть сделаны ссылки на конкретный вариант или варианты осуществления, это не означает, что данная ссылка указывает только на один описанный вариант осуществления или что описанная особенность применима только в одном описанном варианте осуществления. Отдельные особенности двух или нескольких вариантов осуществления могут комбинироваться, и таким образом могут образовываться новые варианты осуществления настоящего изобретения.
ФИГ.1 описана в связи с описанием известной конструкции.
На ФИГ.2а показана аксонометрическая проекция светодиодной лампы 20 согласно настоящему изобретению, в которой свет генерируется четырьмя отдельными, предпочтительно прямоугольными, группами 23а, 23b, 23с и 23d светодиодов. Эти группы светодиодов предпочтительно расположены в одной плоскости, существенно параллельной плоскости, определяемой продольной и поперечной осями лампы. Лампа согласно настоящему изобретению может быть дорожным/уличным светильником или лампой для общественных мест. Лампа 20 крепится к стойке лампы (не показанной на ФИГ.2а) с помощью крепежных средств 21. Рабочее положение лампы предпочтительно может существенно отклоняться от горизонтальной плоскости. Крепежные средства 21 предпочтительно включают как средства механического соединения, необходимые для крепления лампы, так и средства электрического соединения. Далее в тексте направление, параллельное направлению крепления, определяемому использованием крепежных средств 21 лампы 20, называется продольной осью лампы согласно настоящему изобретению.
В примере лампы 20 ФИГ.2а светодиоды 28 разделены на отдельные группы 23а, 23b, 23с и 23d, которые далее будут называться также светодиодными матрицами. Каждая из светодиодных матриц предпочтительно включает несколько светодиодов (позиция 28 на ФИГ.2b). Светодиоды могут, например, быть частью элемента из LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic), LTCC - низкотемпературная совместно обжигаемая керамика), механически и электрически соединенного с рамой 22 лампы. Этот элемент из LTCC может также содержать компоненты, связанные с управлением и питанием лампы 20.
Каждая из предпочтительно прямоугольных светодиодных матриц 23а, 23b, 23 с и 23d лампы 20 полностью окружена охлаждающими элементами, которые в примере ФИГ.2а представляют собой конструкции из охлаждающих ребер. Направление охлаждающих ребер в примере ФИГ.2а совпадает с направлением продольной оси лампы 20. К примеру, светодиодная матрица 23а, входящая в лампу 20, окружена охлаждающими элементами 24а, 27, 26 и 25а. Соответственно, и другие светодиодные матрицы 23b, 23 с и 23d, входящие в лампу 20, окружены комбинациями охлаждающих элементов 24а, 24b, 25а, 25b, 26 и 27. В варианте осуществления ФИГ.2а тепло, выделяемое светодиодами, создает воздушный поток в лампе 20, причем направление этого воздушного потока совпадает с направлением охлаждающих ребер.
На ФИГ.2b показан вид снизу светодиодной лампы 20 ФИГ. 2а. Лампа 20 в примере ФИГ.2b предпочтительно имеет квадратную форму. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения габаритные размеры лампы 20 имеют порядок величины 400×400 мм. В лампе согласно настоящему изобретению светодиодные матрицы 23а, 23b, 23 с и 23d предпочтительно расположены симметрично относительно продольной и поперечной осей лампы 20.
В примере ФИГ.2b каждая светодиодная матрица 23а, 23b, 23 с и 23d включает, для примера, двадцать четыре светодиода 28. Светодиодные матрицы 23а, 23b, 23 с и 23d распложены в лампе 20 так, что ширина охлаждающего элемента, находящегося между двумя светодиодными матрицами, предпочтительно примерно в два раза больше ширины охлаждающего элемента, находящегося между светодиодной матрицей и наружным краем лампы 20. Таким образом, охлаждающие элементы предпочтительно покрывают всю нижнюю поверхность лампы 20, остающуюся незанятой светодиодными матрицами 23а, 23b, 23с и 23d.
На ФИГ.2с показан вид лампы 20 при взгляде со свободного края. Рама/кожух лампы 20 обозначен позицией 22. Размеры охлаждающих ребер 24а, 24b, 25а и 26 согласно настоящему изобретению изменены сравнительно с реальными для большей ясности изображения на ФИГ.2 с.
Охлаждающие элементы 24а и 24b с обоих краев в направлении продольной оси лампы и охлаждающий элемент 26 в направлении продольной оси лампы 20 состоят из нескольких постепенно удлиняющихся/укорачивающихся охлаждающих ребер. В изображенной конструкции охлаждающий эффект охлаждающего элемента возрастает пропорционально увеличению площади поверхности охлаждающих ребер, оканчивающихся в конвекционном потоке в направлении продольной оси лампы. С другой стороны, короткие охлаждающие ребра 27 между светодиодными матрицами и короткие охлаждающие ребра 25а и 25b по краям лампы не мешают мощному свободному воздушному потоку сквозь лампу 20 в направлении ее продольной оси.
На ФИГ.2d показан предпочтительный вариант осуществления лампы 20 согласно настоящему изобретению, в которой рама 22а лампы, а также охлаждающие элементы 24а, 24b, 25а и 26 отлиты под давлением в виде единого блока. В этом варианте осуществления верхняя сторона 22а лампы 20 сформована изогнутой, чтобы в процессе эксплуатации на ней не накапливались грязь или снег.
На ФИГ.3 показана аксонометрическая проекция третьего варианта 30 осуществления светодиодной лампы согласно настоящему изобретению, в которой свет генерируется двумя отдельными светодиодными группами 33а и 33b, параллельными плоскости, определяемой продольной и поперечной осями лампы. Лампа 30 согласно настоящему изобретению может быть дорожным/уличным светильником или лампой для общественных мест. Лампа 30 крепится к стойке (не показанной на ФИГ.3) лампы с помощью крепежных средств 31. Крепежные средства 31 предпочтительно включают как средства механического соединения, необходимые для крепления лампы, так и средства электрического соединения.
В лампе 30 согласно этому варианту осуществления светодиоды разделены на две светодиодные группы 33а и 33b.
Обе группы 33а и 33b светодиодов лампы 30 полностью окружены охлаждающими элементами, которые в примере ФИГ.3 представляют собой конструкции из охлаждающих ребер. Направление охлаждающих ребер в примере ФИГ.3 совпадает с направлением продольной оси лампы 30. К примеру, светодиодная группа 33а, входящая в лампу 30, окружена охлаждающими элементами 34а, 37, 34b и 35а или их частями. Соответственно, и вторая светодиодная группа 33b, входящая в лампу 30, окружена охлаждающими элементами 34а, 35b, 37, 34b и 37 или их частями. В этом варианте осуществления габаритные размеры лампы 30 предпочтительно имеют порядок величины 400×200 мм. В лампе 30 согласно этому варианту осуществления светодиодные матрицы 33а и 33b предпочтительно расположены симметрично относительно поперечной оси лампы 30.
В примере ФИГ.3 каждая светодиодная матрица 33а и 33b включает, для примера, двадцать четыре светодиода 28. Светодиодные матрицы 33а и 33b распложены в лампе 30 так, что ширина охлаждающего элемента, находящегося между светодиодными матрицами 33а и 33b, предпочтительно примерно в два раза больше ширины охлаждающего элемента 34а, 34b, 35а или 35b, находящегося между светодиодной матрицей 33а или 33b и наружным краем лампы 30. Таким образом, охлаждающие элементы предпочтительно покрывают всю нижнюю поверхность лампы 30, остающуюся незанятой светодиодными матрицами 33а и 33b.
Лампа 30 предпочтительно включает также ламповую раму 32, в которой механически соединены группы светодиодов и охлаждающие элементы. Рама 32 лампы предпочтительно может включать также выпуклую крышку, образующую верхнюю/заднюю поверхность лампы 30.
Четвертый предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает светодиодную лампу предпочтительно лишь с одной группой светодиодов. И в этом варианте осуществления единственная группа светодиодов лампы полностью окружена четырьмя охлаждающими элементами. По своей конструкции лампа согласно этому вариант осуществления может, например, представлять собой половину лампы 30 на ФИГ.3, в которой одна из светодиодных групп, например 33а, удалена. Оставшаяся светодиодная группа 33b в этом варианте осуществления окружена охлаждающими элементами 34а, 35b, 34b и охлаждающим элементом, ширина которого составляет половину ширины охлаждающего элемента 37, показанного на ФИГ.3.
В вышеописанных предпочтительных вариантах осуществления самые высокие охлаждающие ребра охлаждающих элементов 24а, 24b, 34а и 34b в направлении продольной оси ламп 20 или 30 и среднего охлаждающего элемента 26 лампы 20 выполняют также роль экранирующих элементов в боковом направлении и/или элементов, формирующих световой пучок светодиодной лампы. Высота самых крайних охлаждающих ребер может определять угол, за границей которого светодиоды не производят слепящего воздействия, даже когда взгляд направлен на лампу.
Проведенные исследования показали, что при размерах согласно настоящему изобретению интенсивность охлаждения лампы 20 может быть повышена. Разделение светодиодов 28 лампы 20 на четыре группы 23а, 23b, 23с и 23d создает четыре наиболее горячих места в лампе в центрах светодиодных групп. Максимальная температура в середине каждой светодиодной группы составляет около 40°C. Соответственно, температура в краевой зоне каждой светодиодной группы снижается до примерно 35°C.
В изображенной на ФИГ.1 традиционной светодиодной лампе, включающей одну однородную светодиодную группу, температура в центре этой светодиодной группы, при той же яркости, возрастает до 65°С. Таким образом, конструкция лампы согласно настоящему изобретению снижает максимальную температуру светодиодной лампы на 25°C.
Выше были описаны некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые позволяют охлаждать светодиоды, входящие в уличные светильники или лампы для общественных мест, с одновременным уменьшением слепящего воздействия светодиодов. Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными конструкциями, напротив, идея изобретения может быть воплощена многими способами, не отступающими от объема формулы.