СВЕТОДИОДНОЕ УСТРОЙСТВО УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области осветительной техники, а конкретно к светодиодному устройству уличного освещения, которое может быть использовано для установки на открытом воздухе в холодных и умеренных климатических зонах, обеспечивая освещение транспортных магистралей, различных открытых территорий и территорий вблизи зданий и иных сооружений не ограниченное по времени.
По сравнению с широко используемыми в настоящее время галогенными лампами, люминесцентными лампами, ртутными лампами в качестве источников света, которые потребляют много энергии, светодиоды имеют преимущество, потребляя значительно меньше энергии, обладая продолжительным сроком службы и отсутствием время запуска. Светодиоды способны излучать свет высокой интенсивности, однако при этом значительно увеличивается тепловыделение, приводящее к уменьшению срока службы светодиодов, что обуславливает необходимость обеспечения в приборах светодиодного освещения эффективного постоянного рассеивания тепла.
Известно светодиодное устройство уличного освещения, содержащее радиаторный блок, выполненный в форме эллиптической пластины с элементами для конвекционного рассеивания тепла с обеих сторон, светодиодный блок, на одной стороне которого закреплены светоизлучающие полупроводниковые элементы, выполненный также в форме эллипса и закрепленный в отверстии ответной формы по центру радиаторного блока, крышку с линзами из светопрозрачного материала, которой закрыты светоизлучающие полупроводниковые элементы, а также кожух, выполненный в форме криволинейной объемной фигуры со срезанной по плоскости частью в форме эллипса по периметру, по которому на кожухе закреплен радиаторный блок наружу крышкой с линзами. Кожух выполнен со стороны, противоположной расположению радиаторного блока, с вентиляционными отверстиями, которые закрыты установленным снаружи на кожухе на расстоянии от его наружной поверхности экраном в форме, повторяющей фрагмент укрываемой им поверхности кожуха (KR 20110029209 А, МПК F21S 13/10, 23.03.2011).
При эксплуатации этого известного светодиодного устройства уличного освещения на открытом воздухе в условиях холодной или умеренной климатических зон выпадающие снежные осадки и ветер приводят к заполнению полости между кожухом и экраном, что препятствует свободной конвекции воздуха через отверстия в воздухе, несмотря на высокую температуру выходящего через отверстия воздуха. Это приводит к перегреву светоизлучающих полупроводниковых элементов и снижает срок их службы. Кроме того, внутри полости кожуха может накапливаться вода, особенно в периоды, когда устройство отключено, испарению которой препятствует кожух, что может негативно сказаться на безопасности эксплуатации устройства.
Известно светодиодное устройство уличного освещения, содержащее радиаторный блок, выполненный в форме части эллипсоида с плоской и выпуклой частями и имеющий гнездо со стороны плоской части для установки в ней светодиодного блока. Выпуклая часть радиаторного блока выполнена в виде набора ребер охлаждения и закрыта сверху расположенным на расстоянии от ребер экраном также в форме части эллипсоида, причем в экране выполнены вентиляционные отверстия. Гнездо радиаторного корпуса закрыто шарнирно закрепленной крышкой с пластиной из светопрозрачного материала для прохождения света от светодиодного блока. Радиаторный блок выполнен с ушками для закрепления на опорной конструкции. Блок питания установлен на опорной конструкции отдельно в непосредственной близости от радиаторного блока (KR 20110028705 А, МПК F21S 13/10, 22.03.2011).
В этом известном решении также возможно, что выпадающие снежные осадки и ветер приведут к заполнению полости между радиаторным блоком и экраном, что будет препятствовать свободному течению воздуха в зону ребер охлаждения, при этом радиаторный корпус не снимает тепло непосредственно с нагреваемой поверхности светодиодного блока, который устанавливается в гнезде без прямого сопряжения нагреваемой поверхности с радиаторным блоком. Эти обстоятельства в совокупности приводят к перегреву светоизлучающих полупроводниковых элементов, что уменьшает срок их службы. В этой известной конструкции из-за наличия отверстий в радиаторном корпусе в полость гнезда со стороны ребер охлаждения также может накапливаться вода, в частности в результате конденсации из атмосферного воздуха. Кроме того, выполнение пусть смежных, но все же отдельных непосредственно светодиодного устройства освещения и его блока питания делает более сложным изготовление конструкции и ее монтаж.
Технический результат полезной модели заключается в расширении арсенала светодиодных средств уличного освещения, в обеспечении продолжительной возможности надежного и безопасного использования светодиодного устройства уличного освещения на открытом воздухе в условиях холодной или умеренной климатических зон за счет исключения негативного влияния на функционирование устройства атмосферных факторов указанных климатических зон, в частности значительных снежных осадков. Устройство эффективно охлаждается, чем обеспечивается его значительный срок службы, может быть использовано как замена имеющимся устройствам освещения за счет использования ранее подведенных линий электропитания и в значительной степени может использовать ранее возведенные опорные конструкции для установки.
Указанные технические результаты достигаются светодиодным устройством уличного освещения, которое содержит:
- радиаторный корпус, выполненный с возможностью соединения с опорной конструкцией и имеющий элементы для конвекционного рассеивания тепла на одной из сторон и, по меньшей мере, одну плоскую поверхность на другой;
- по меньшей мере, один светодиодный блок, выполненный с плоским теплопроводящим основанием, на одной стороне которого закреплены светоизлучающие полупроводниковые элементы, закрытые линзовыми крышками, а второй стороной теплопроводящее основание сопряжено с плоской поверхностью радиаторного корпуса;
- блок питания, установленный со стороны элементов для конвекционного рассеивания тепла радиаторного блока и выполненный с возможностью адаптации подведенного электропитания к параметрам электропитания светодиодного блока;
- экран, выполненный с описанными прямыми образующими выпуклой поверхностью с одой стороны и вогнутой поверхностью с другой, где расположен радиаторный блок с зазором между вогнутой поверхностью и элементами для конвекционного рассеивания тепла, ориентированный светодиодным блоком в направлении от вогнутой поверхности;
- защитный колпак из светопрозрачного материала, закрепленный на радиаторном корпусе обечайкой с расположением линзовых крышек светодиодного блока в полости колпака.
При этом площадь проекции экрана на поперечную относительно устройства плоскость превышает площадь аналогичной проекции радиаторного корпуса.
В наилучшем варианте осуществления полезной модели для повышения надежности и безопасности светодиодный блок и радиаторный корпус сопряжены через прокладку из термостойкой резины.
Также для повышения надежности и безопасности предпочтительно, когда обечайка выполнена с юбкой, выступающей в направлении экрана вокруг радиаторного корпуса и отверстиями в зоне сопряжения с защитным колпаком с внутренней стороны юбки для свободно истечения воды из полости, ограниченной юбкой. Защитный колпак может быть установлен герметично, а полость внутри защитного колпака в этом случае сообщается с атмосферой через обратный клапан, позволяющий сбрасывать давление воздуха из полости внутри защитного колпака, что исключает скапливание внутри полости защитного колпака конденсирующейся из атмосферного воздуха воды.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели радиаторный корпус выполнен в виде отрезка профиля П-образного поперечного сечения С наружной плоской поверхностью, соответствующей участку между выступами указанного сечения, которой радиаторный корпус сопряжен с теплопроводящим основанием светодиодного блока. При этом элементы для конвекционного рассеивания тепла выполнены в виде набора продольных ребер на участке внутренней поверхности, соответствующей участку между выступами поперечного сечения радиаторного корпуса, а также в виде наборов продольных ребер, соответствующих каждому из участков, образующих выступы поперечного сечения радиаторного корпуса. Такое выполнение радиаторного корпуса позволяет обеспечить технологичность изготовления радиаторного корпуса с гарантированное сплошностью материала, обеспечиваю надежную теплопроводность.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели блок питания расположен в полости радиаторного корпуса, что позволяет совместить все необходимые функциональные элементы устройства в одном конструктивном модуле.
Светодиодное устройство уличного освещения может быть снабжено закрепленными на радиаторном корпусе кронштейнами с элементами осевого шарнира для шарнирного закрепления на опорной конструкции. При реализации устройства с установкой блок питания он в этом случае может располагаться в полости радиаторного корпуса между кронштейнами.
Экран в предпочтительном варианте осуществления полезной модели выполнен в виде изогнутой пластины из металлического сплава с поперечным сечением в форме дуги окружности.
В наилучшем варианте осуществления полезной модели светодиодный блок имеет следующие особенности:
- плоское теплопроводящее основание на первой стороне выполнено с печатными проводниками на диэлектрическом слое;
- светоизлучающие полупроводниковые элементы закреплены с помощью термостойкого полимерного адгезионного материала;
- линзовые крышки изготовлены из светопрозрачного полимерного материала для каждого полупроводникового светоизлучающего элемента, в плоском основании каждой из которых выполнено расположенное центрально гнездо, и установлены с расположением соответствующего каждой крышке полупроводникового светоизлучающего элемента в гнезде, заполненном светопрозрачным термостойким полимерным материалом.
На основании каждой линзовой крышки для ее закрепления могут быть выполнены выступы, расположенные в выполненных в теплопроводящем основании сквозных отверстиях и оплавленные на концах при сборке со второй стороны теплопроводящего основания.
В предпочтительном варианте в основании каждой линзовой крышки выполнено дополнительное углубление, связанное линейной проточкой в основании с гнездом для вытеснения по ней в дополнительное углубление светопрозрачного термостойкого полимерного материала при установке линзовой крышки с расположением в гнезде полупроводникового светоизлучающего элемента. Возможно выполнение дополнительного углубления в виде кольцевой проточки вокруг гнезда, которое в предпочтительном варианте выполнено с конической боковой поверхностью, ориентированной вершиной конуса в направлении от основания линзовой крышки.
В предпочтительном варианте каждый полупроводниковый светоизлучающий элемент может быть закреплен токопроводящим термостойким полимерным адгезионным материалом на участке печатного проводника плоского теплопроводящего основания. Возможно, когда каждый полупроводниковый светоизлучающий элемент закреплен термостойким полимерным адгезионным материалом на открытом участке плоского теплопроводящего основания. Также возможно, когда каждый полупроводниковый светоизлучающий элемент закреплен термостойким полимерным адгезионным материалом на открытом участке диэлектрического слоя плоского теплопроводящего основания.
В предпочтительном варианте плоское теплопроводящее основание изготовлено из алюминиевого сплава, но могут быть использованы иные приемлемые материалы.
Для освещения различных транспортных магистралей установленными вдоль них светодиодными устройствами уличного освещения предпочтительно, когда, по меньшей мере, часть линзовых крышек выполнены каждая в виде фигуры прямоугольной в плане формы со скругленными углами, отношение длинны к ширине которой не превышает двух, с асферической поверхностью для формирования светового потока с противоположной основанию стороны, причем асферическая поверхность имеет выпуклую форму в направлении, соответствующем короткой стороне, и участки выпуклой формы, поднимающиеся в направлениях к краям, соответствующим коротким сторонам.
Для освещения площадей равной длины и ширины возможно, когда, по меньшей мере, часть линзовых крышек выполнена каждая в виде участка с цилиндрической поверхностью у основания, продолжающегося в направлении от основания участком поверхности в форме эллипсоида вращения.
Светоизлучающие полупроводниковые элементы могут быть закреплены на плоском теплопроводящем основании рядами.
Возможность осуществления полезной модели поясняется примером конкретного выполнения светодиодного устройства уличного освещения, который иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1 показано светодиодное устройство уличного освещения, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез.
с элементом опорной конструкции для установки светодиодного устройства уличного освещения.
На фиг.3 представлен вид сбоку на светодиодное устройство уличного освещения с элементом опорной конструкции для его закрепления.
На фиг 4 представлен поперечный разрез радиаторного корпуса.
На фиг 5 показан фрагмент продольного разреза обечайки с юбкой.
На фиг.6 показана схема сопряженного с радиаторным корпусом светодиодного блока с одним светоизлучающим полупроводниковым элементом, закрытым линзовой крышкой.
Светодиодное устройство уличного освещения содержит радиаторный корпус 1, светодиодные блоки 2, блок питания 3, экран 4, защитный колпак 5, обечайку 6.
Радиаторный корпус 1 выполнен с возможностью соединения с опорной конструкцией 7 (фиг.2, 3), для чего предусмотрены кронштейны 8 (фиг.1, 2).
Каждый светодиодный блок 2 выполнен с плоским теплопроводящим основанием 9 (фиг.1, 2, 6), на одной стороне которого закреплены светоизлучающие полупроводниковые элементы 10 (фиг.6), закрытые линзовыми крышками 11, а второй стороной теплопроводящее основание 9 сопряжено с плоской поверхностью 12 радиаторного корпуса 1.
Радиаторный корпус 1 имеет элементы для конвекционного рассеивания тепла 13, 14 на одной из сторон и упомянутую плоскую поверхность 12 на другой (фиг.4). Радиаторный корпус 1 выполнен в виде отрезка профиля П-образного поперечного сечения с наружной плоской поверхностью 12, соответствующей участку между выступами указанного сечения, которой радиаторный корпус 1 сопряжен с теплопроводящим основанием 9 светодиодного блока 2. Элементы для конвекционного рассеивания тепла 13 и 14 выполнены в виде набора продольных ребер 13 на участке внутренней поверхности, соответствующей участку между выступами поперечного сечения радиаторного корпуса 1, а также в виде наборов продольных ребер 14, соответствующих каждому из участков, образующих выступы поперечного сечения радиаторного корпуса 1. Радиаторный корпус 1 изготовлен из алюминиевого сплава. Могут быть использованы иные сплавы.
Кронштейны 8 имеют элементы 15 (фиг.1) осевого шарнира для шарнирного закрепления на опорной конструкции 7. Блок питания 3 установлен в полости 16 радиаторного корпуса 1 между кронштейнами 8 со стороны элементов для конвекционного рассеивания-тепла в виде ребер 13. Блок питания 3 выполнен с возможностью адаптации подведенного электропитания к параметрам электропитания светодиодного блока 2.
Экран 4 выполнен с описанными прямыми образующими выпуклой поверхностью 16 (фиг.2) с одой стороны и вогнутой поверхностью 17 с другой, где расположен радиаторный блок 1 с зазором между вогнутой поверхностью 17 и элементами для конвекционного рассеивания тепла в виде ребер 13, 14, ориентированный светодиодным блоком 2 в направлении от вогнутой поверхности 17. В данном конкретном случае экран 4 представляет собой изогнутую пластину из металлического сплава с поперечным сечением в форме дуги окружности. Возможны иные формы поперечного сечения экрана 4, но при этом всегда должно выполняться условие, что площадь проекции экрана 4 на поперечную относительно устройства плоскость превышает площадь аналогичной проекции радиаторного корпуса 1. Кронштейны 8 проходят через отверстие 18 (фиг.1) в экране 4 для сопряжения с опорной конструкцией.
Защитный колпак 5 изготовлен из светопрозрачного материала (из стекла или из полимерного прозрачного материала) и закреплен на радиаторном корпусе 1 обечайкой 6 с расположением линзовых крышек 11 светодиодного блока 2 в полости 19 защитного колпака 5. Обечайка 6 выполнена с юбкой 20, выступающей в направлении экрана 4 вокруг радиаторного корпуса 1 и отверстиями 21 (фиг.5) в зоне сопряжения с защитным колпаком 5 с внутренней стороны юбки 20. Защитный колпак 5 установлен герметично, а полость 19 сообщается с атмосферой через обратный клапан 22 (фиг.1), установленный в радиаторном корпусе 1.
Светодиодный блок 2 и радиаторный корпус 1 сопряжены через прокладку 23 (фиг.6) из термостойкой резины. Плоское теплопроводящее основание 9 выполнено с печатными проводниками 24 на диэлектрическом слое 25 и изготовлено из алюминиевого сплава. Для изготовления плоского теплопроводящего основания 9 могут использоваться иные известные приемлемые материалы, различные композиционные материалы, керамические, токопроводящие, а также диэлектрики. Светоизлучающие полупроводниковые элементы 10 закреплены рядами с помощью термостойкого полимерного адгезионного материала 26, в качестве которого может использоваться состав на силиконовой, в наилучшем варианте, или акриловой основе.
Каждый полупроводниковый светоизлучающий элемент закреплен токопроводящим термостойким полимерным адгезионным материалом на участке печатного проводника 24 плоского теплопроводящего основания 9. Для обеспечения электрической проводимости в термостойкий полимерный адгезионный материал, как правило, вводится наполнитель в виде серебра, отличающегося химической стойкостью и наиболее высоким коэффициентом теплопроводности при низком удельным сопротивлением в форме порошка, микросфер, хлопьев (чешуек). Могут быть использованы иные приемлемые металлы в иных формах. Как отмечалось выше, каждый полупроводниковый светоизлучающий элемент 10 может быть закреплен термостойким полимерным адгезионным материалом 26, не обладающим электропроводимостью, на открытом участке плоского теплопроводящего основания 9 (этот и следующий варианты графическими материалами не иллюстрируются). Либо, когда каждый полупроводниковый светоизлучающий элемент 10 закреплен термостойким полимерным адгезионным материалом на открытом участке диэлектрического слоя 25 плоского теплопроводящего основания 9.
Линзовые крышки 11 изготовлены из светопрозрачного полимерного материала. В конкретном случае использован поликарбонат.
На фиг.7 показана линзовая крышка 11 - вид сбоку с половинным продольным разрезом по оси, а на фиг.8 - вид спереди с половинным продольным разрезом по оси.
Каждая линзовая крышка 11 выполнена виде фигуры прямоугольной в плане формы со скругленными углами 27, отношение длинны к ширине которой не превышает двух, с асферической поверхностью 28 для формирования светового потока с противоположной основанию 29 стороны. Асферическая поверхность 28 имеет выпуклую форму 30 в направлении, соответствующем короткой стороне 31, и участки 32 выпуклой формы, поднимающиеся в направлениях к краям, соответствующим коротким сторонам 31.
В плоском основании 29 выполнено расположенное центрально гнездо 33, где располагается соответствующий каждой линзовой крышке 11 полупроводниковый светоизлучающий элемент 10. Гнездо 33 заполненном светопрозрачным термостойким полимерным материалом, преимущественно на силиконовой основе, который в готовом изделии имеет форму геля, но возможно использование отверждающихся до твердых форм составов. Возможно использование составов на акриловой основе. В композицию светопрозрачного термостойкого полимерного материала могут быть введены какие-либо из известных приемлемых люминофоров.
На основании 29 выполнены выступы 34, которые располагаются в выполненных в теплопроводящем основании 9 сквозных отверстиях (на чертежах не показаны) и оплавленные на концах 35 при сборке со второй стороны теплопроводящего основания 9.
В основании 29 выполнено дополнительное углубление 36, связанное линейной проточкой 37 с гнездом 33 для вытеснения по ней в дополнительное углубление светопрозрачного термостойкого полимерного материала при установке линзовой крышки 11. Дополнительное углубление 36 выполнено в виде кольцевой проточки вокруг гнезда 33. Гнездо 33 выполнено с конической боковой поверхностью 37, ориентированной вершиной конуса в направлении от основания 29.
Асферическая поверхность 28 оптимизирована с целью обеспечения высокой равномерности подсветки участка дороги с длиной 30 м и шириной 5,6 м при освещении его двумя выполненными согласно полезной модели светодиодными устройствами уличного освещения.
В наилучшем варианте асферическая поверхность 28 описывается относительно трех взаимно перпендикулярных осей Z, расположенной центрально относительно линзовой крышки 11 в направлении от асферической поверхности 28, X, ориентированной параллельно длинной стороне 38, и Y, ориентированной параллельно короткой стороне 31, следующей функцией:
, где
x
R=3,85;
2
a=0,153;
4
a=-0,0164;
8
-4
a=9,308·10;
10
-7
а=6,71·10;
12
-9
a=-7,285·10;
14
-11
а=3,217·10;
y
R=-75,0;
2
-4
b=4,30·10;
4
-3
b=-3,20·10;
6
-4
b=1,90·10;
8
-6
b=-8,101·10;
10
-7
b=1,35·10;
l2
b=0;
14
b=0.
Асферическая поверхность 28 формирует световой поток наибольшей интенсивности вдоль длинных сторон 38 линзовой крышки 11, а также в направлении по ширине линзовой крышки вдоль ее коротких сторон 31. Линзовые крышки 11 описанной формы устанавливаются с ориентацией длинными сторонами 38 вдоль светодиодного устройства уличного освещения, представленного в качестве примера осуществления полезной модели, то есть вдоль освещаемого участка дороги. Светодиодное устройство уличного освещения может содержать все линзовые крышки 11 описанной формы или только их часть. Линзовые крышки 11, все или часть, могут имеет форму (на чертежах не показана) в виде участка с цилиндрической поверхностью у основания, продолжающегося в направлении от основания участком поверхности в форме эллипсоида вращения.
Приведенный пример осуществления полезной модели не является исчерпывающим. Возможны иные варианты осуществления, соответствующие объему патентных притязаний. Все детали выполненного в соответствии с патентными притязаниями светодиодного устройства уличного освещения изготавливаются по известным технологиям, соответствующим используемым материалам.