СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ И СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ТАКУЮ СИСТЕМУ
COOLING SYSTEM AND LIGHT-EMITTING DIODE LAMP, INCLUDING SUCH SYSTEM

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последнее время было предложено много светильников, или фонарей, используемых в опасных областях, в которых источники света в виде лампы накаливания или источники света в виде люминесцентной лампы заменены светодиодами (LED). Такие новые источники света также должны удовлетворять особым техническим требованиям, связанным с размещением светильника в опасных областях, таким как огнестойкое ограждение, или другим требованиям, связанным со взрывозащитой изделия, таким как Ех-е, Ex-d и т.п. Кроме того, световая отдача таких светодиодных источников света зависит от температуры, и можно в общем сказать, что повышение температуры окружающей среды, например, от 20°C до 90°C понизит световой поток от 100% до 50%. Поэтому для таких источников света необходимы системы охлаждения светодиодов, которые компенсируют уменьшение светового потока. Также такие системы охлаждения должны отвечать требованиям, уже упомянутым выше, для использования в опасных областях.
Одна возможность компенсировать уменьшение светового потока состоит в том, чтобы увеличить охлаждающую способность всей арматуры светильника и увеличить соответствующий кожух светильника, чтобы по меньшей мере частично компенсировать понижение светового потока путем увеличения поверхности контакта с окружающей атмосферой. Другая возможность состоит в том, чтобы добавить некоторое количество светодиодов, если имеется соответствующее уменьшение светового потока.
Однако такие решения будут приводить к увеличению стоимости и также размера соответствующего светильника или осветительной арматуры.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель данного изобретения состоит в том, чтобы компенсировать уменьшение светового потока с минимальными дополнительными затратами или с минимальным дополнительным весом или размером светильника, причем одновременно светодиодный светильник должен обладать возможностью использования в опасных областях в широком температурном диапазоне.
Эта цель достигается признаками, указанными в независимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению, система охлаждения соответствующего светодиодного светильника не только включает корпус радиатора как часть системы охлаждения, причем такой корпус радиатора размещен внутри огнестойкого кожуха, но также включает средство обеспечения воздушной циркуляции с электрическим приводом.
Этим средством обеспечения воздушной циркуляции можно обеспечивать принудительную циркуляцию воздуха и в достаточной степени рассеивать тепло светодиодного светильника циркулирующим воздухом, чтобы избежать уменьшения светового потока, которое могло бы произойти из-за увеличения температуры.
Конечно, это средство обеспечения воздушной циркуляции с электрическим приводом также должно отвечать требованиям, предъявляемым при работе в опасных областях. Одна простая возможность реализации такого средства обеспечения воздушной циркуляции состоит в том, что такое средство включает по меньшей мере один охлаждающий вентилятор.
Чтобы использовать особые взрывобезопасные свойства светильника, также возможно установить средство обеспечения воздушной циркуляции внутри огнестойкого кожуха. Это означает, что никакие дополнительные предупредительные меры в отношении опасных областей принимать не нужно, а используются соответствующие меры, уже обеспеченные светильником.
Одна возможность для реализации огнестойкого кожуха - это, например, оболочка типа ex-d, которая формирует взрывобезопасный кожух.
Вообще, используется не только один светодиодный источник света, но и множество таких источников. В этом отношении удобно, если светодиодный светильник включает, по меньшей мере, модуль светодиода со светодиодной платой, включающей печатную плату и множество светодиодов. Такие соответствующие модули могут также заменить несколько других источников света, например 2 или 3 люминесцентные лампы или лампы накаливания.
Кроме того, соответствующие модули доступны в различных формах и с различными размерами, и обычно соответствующие светодиоды прямо поставляются на такой печатной плате (РСВ). Также возможно непосредственно использовать соответствующие клеммы (цоколи) для того, чтобы электрически соединить такую светодиодную плату с клеммами (патронами), чтобы заменить прежнюю люминесцентную лампу или лампу накаливания.
Чтобы рассеивать тепло прямо от светодиодной платы, также возможно, чтобы она находилась в контакте с корпусом радиатора, который включает, например, ряд охлаждающих ребер. Также возможно, что корпус радиатора и плата являются единой конструкцией, которая установлена внутри светильника.
Чтобы получить эффективный воздушный поток относительно светодиодов, может быть целесообразным разместить средство обеспечения воздушной циркуляции в отверстии светодиодной платы и/или корпуса радиатора. Через это средство обеспечения воздушной циркуляции воздух будет распространяться внутри огнестойкого кожуха таким образом, что теплота будет переноситься к стенке кожуха не только корпусом радиатора и его охлаждающими ребрами, но также и увеличенным воздушным потоком внутри кожуха. Средство обеспечения воздушной циркуляции может также быть установлено в другом положении внутри кожуха, например внутри камеры воздушной циркуляции.
Кроме того, этот воздушный поток также обеспечит лучшее рассеивание теплоты от светодиодов на корпус радиатора и его ребра.
Чтобы получить довольно большую поверхность для такого рассеяния тепла, можно предложить, чтобы камера воздушной циркуляции была сформирована вокруг светодиодной платы и корпуса радиатора. Это позволит воздушному потоку входить в контакт почти со всей соответствующей внутренней поверхностью кожуха.
Может быть необходимо установить вентилятор в конкретном положении для того, чтобы оптимизировать охлаждающий эффект, и в этом отношении полезно, когда вентилятор средства обеспечения воздушной циркуляции отделен от соответствующего двигателя вентилятора механическими средствами передачи вращающего момента между ними. Это позволяет обеспечить отдельное расположение двигателя вентилятора и самого вентилятора. Такие механические средства передачи вращающего момента могут быть осью вращения, шпиндельным приводом и т.п. Конечно, также можно снабдить соответствующий двигатель вентилятора двумя или более вентиляторами внутри кожуха.
Кроме того, также можно установить двигатель вентилятора внутри огнестойкого кожуха, а по меньшей мере один вентилятор - на внешний кожух, который, по меньшей мере частично, закрывает огнестойкий кожух, а между ними находятся средства направления воздуха.
Это означает, что вентилятор размещен вне огнестойкого кожуха и должен соответствовать только определенным механическим требованиям, касающимся расположения в опасных областях. Однако все электрические требования все еще выполняются огнестойким кожухом и элементами, установленными в нем.
Чтобы улучшить охлаждение с таким внешним вентилятором и внешним кожухом, можно сделать так, чтобы ряд охлаждающих ребер проходил между наружной поверхностью огнестойкого кожуха и внешним кожухом и, в особенности, внутри средства направления воздуха. Внешний кожух также используется для того, чтобы предохранить охлаждающие ребра от загрязнения пылью и т.п.
Одна простая возможность для того, чтобы реализовать такое средство направления воздуха, является следующей: средство направления воздуха сформировано каналом для направления воздуха, который открыт на обоих концах для того, чтобы пропускать через него воздух.
Такой канал для направления воздуха может быть достаточным для того, чтобы охладить все светодиоды внутри огнестойкого кожуха, так что дополнительные средства охлаждения внутри кожуха могут не быть необходимыми. Однако, конечно, также можно комбинировать такие средства охлаждения множества внешних точек с другими внутренними средствами охлаждения, как уже упомянуто выше.
Чтобы создать эффективный воздушный поток внутри средства направления воздуха, внешний вентилятор может быть установлен на одном конце канала или рядом с ним.
Возможно, что механическое средство передачи вращающего момента проходит через канал для направления воздуха от двигателя вентилятора, который размещен внутри огнестойкого кожуха, к внешнему вентилятору, который размещен внутри канала для направления воздуха.
Как уже было отмечено, также возможна комбинация внутреннего и внешнего охлаждения, в которой дополнительный внутренний вентилятор может быть установлен внутри огнестойкого кожуха в дополнение к внешнему вентилятору. Конечно, большее число вентиляторов, чем эти внутренний и внешний вентиляторы, могут быть установлены, например два внешних вентилятора, или два внутренних вентилятора, или любая другая комбинация вентиляторов.
Вообще, можно использовать только один двигатель вентилятора, что означает, что внутренний и внешний вентиляторы оба приводятся в действие тем же самым двигателем вентилятора, расположенным внутри огнестойкого кожуха.
Конечно, также возможно, что в зависимости от времени приведения в действие вентиляторы также будут производить тепло, так что может быть целесообразным, если соответствующий вентилятор поддерживается охлаждающими ребрами или размещен между охлаждающими ребрами. Это также возможно в отношении двигателя вентилятора, который может поддерживаться или, по меньшей мере, быть в контакте с такими охлаждающими ребрами.
Вообще, требуется некоторое время после включения соответствующего светильника, пока температурный интервал не будет достигнут, что может привести к частичному понижению светового потока. Кроме того, конечно, возможно, что температура окружающей среды будет довольно низка, что будет влиять на охлаждение светильника. Чтобы включать вентиляторы только в случае, когда они действительно необходимы, по меньшей мере один температурный датчик может быть установлен внутри огнестойкого кожуха, чтобы управлять приведением в действие и/или скоростью вентилятора. Этот температурный датчик может быть установлен вблизи светодиодного модуля. С помощью такого температурного датчика можно управлять не только включением и выключением двигателя вентилятора, но также и скоростью вентилятора в случае, когда требуется более сильный или более слабый воздушный поток.
Кроме того, мощность, требуемая для приведения вентилятора в действие, может быть минимизирована в случае, если эта часть системы охлаждения включается только в случае необходимости.
Конкретная система охлаждения может быть дополнительной частью, которая может быть включена также в фонари или светильники, которые уже находятся в использовании. Эта конкретная система охлаждения может также быть установлена внутри такого фонаря или светильника в случае, если, например, источник в виде лампы накаливания или люминесцентной лампы заменяется таким светодиодным модулем. Это означает, что такая система охлаждения - это сменная часть или дополнительная часть, которая, как модуль, может быть включена в фонарь или светильник.
Кроме того, поскольку также возможно, что эта система охлаждения - это часть соответствующего фонаря или светильника, настоящее изобретение также направлено на светодиодный светильник, включающий полностью закрытую арматуру с огнестойким кожухом и такой системой охлаждения, как рассмотренная выше.
Примеры вариантов конструкции согласно изобретению будут далее описаны подробно в отношении сопровождающих чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан вид светодиодного светильника сбоку;
на фиг.2 показан вид сбоку светильника согласно фиг.1;
на фиг.3 показан вид в плане светильника согласно фиг.1;
на фиг.4 показан вид в поперечном разрезе вдоль линии IV-IV на фиг.3;
на фиг.5 показан вид сбоку второго варианта конструкции светильника;
на фиг.6 показан вид снизу светильника согласно фиг.5;
на фиг.7 показан вид в поперечном разрезе вдоль линии VII-VII на фиг.5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.1 показан вид сбоку одного светодиодного светильника 2 с арматурой 3 светильника, включающей огнестойкий кожух 4. На нижнем конце кожуха имеется защитное стекло 26, так что осветительная арматура полностью закрыта.
На фиг.2 показан другой вид сбоку соответствующего светильника 2 со стороны бокового конца, и на фиг.3 показан вид в плане того же самого светильника.
В целом кожух согласно этому первому варианту конструкции имеет форму коробки.
На фиг.4 показан поперечный разрез соответствующего кожуха вдоль линии IV-IV на фиг.3.
Во внутреннем пространстве огнестойкого кожуха 4 имеется камера 14 воздушной циркуляции, которая окружает систему охлаждения 1 согласно данному изобретению. Эта система охлаждения 1 включает корпус 5 радиатора с охлаждающими ребрами 12, идущими к верхней стенке кожуха, который находится напротив соответствующего защитного стекла 26. Ниже корпуса 5 радиатора размещен светодиодный модуль 8, который имеет в общем ту же самую длину, что и корпус 5 радиатора, и присоединен к нему. Также возможно, что светодиодный модуль 8 формируется вместе с корпусом 5 радиатора как его составная часть.
Светодиодный модуль 8 включает по меньшей мере одну светодиодную плату 9, которая обычно является печатной платой 10. На этой печатной плате (РСВ) размещаются светодиоды 11. Расположение может быть в виде некоторого количества лент и т.п., но также возможно, что некоторая другая конфигурация светодиодов размещена на этой РСВ 10.
Светодиоды 11 излучают свет по направлению к защитному стеклу 26. В середине РСВ 10, а также корпуса радиатора 5, имеется отверстие 13. В этом отверстии имеется средство 6 обеспечения воздушной циркуляции как часть системы 1 охлаждения. Средство 6 обеспечения воздушной циркуляции включает охлаждающий вентилятор 7, который можно рассматривать как внутренний вентилятор, поскольку он размещен в огнестойком кожухе 4. Кроме того, средство 6 обеспечения воздушной циркуляции также включает некоторый двигатель вентилятора 15.
Когда охлаждающий вентилятор 7 вращается его двигателем 15, воздух будет принудительно циркулировать внутри огнестойкого кожуха и, в частности, внутри камеры 14 воздушной циркуляции, см. соответствующее направление 27 воздушного потока.
Посредством этого воздушного потока тепло, выработанное светодиодами, будет рассеяно, так что общий эффект охлаждения светильника усиливается.
Воздушный поток предотвратит любое локализованное нагревание одного или некоторых светодиодов и также обеспечит более широкое распределение теплоты по корпусу радиатора и его ребрам, а также по внешней стенке кожуха.
Поскольку светильник согласно настоящему изобретению размещается в опасных областях, нужно соблюдать соответствующие технические требования относительно расположения таких электрических устройств в этих областях, например огнестойкий кожух может представлять собой оболочку типа ex-d.
На фиг.5-7 раскрывается второй вариант конструкции соответствующей системы охлаждения согласно изобретению. Фиг.5 - это боковой вид светодиодного светильника 2, а фиг.6 - вид этого светильника снизу.
Соответствующий огнестойкий кожух или осветительная арматура 3 согласно этому варианту конструкции является куполообразным и включает внутренний кожух, см. огнестойкий кожух 4, и внешний кожух 17, см., в частности, фиг.6 и 7. Внутренний или огнестойкий кожух - это также полностью закрытая арматура, в которой светодиодный модуль 8 размещается вместе с корпусом 5 радиатора. Согласно фиг.7, корпус 5 радиатора и светодиодный модуль 8 интегрированы, при этом множество охлаждающих ребер 12, как часть корпуса 5 радиатора, проходит в вертикальном направлении вверх.
Соответствующие светодиоды 11 с печатной платой находятся на нижней поверхности корпуса 5 радиатора и направлены к соответствующему защитному стеклу 26.
Между огнестойким кожухом 4 и внешним кожухом 17 имеется средство 18 направления воздуха в форме канала 20 для направления воздуха. Этот канал 20 для направления воздуха открыт на его концах, см. концы 21 и 22 канала.
Согласно фиг.6, канал 20 для направления воздуха разделяется охлаждающими ребрами 19. Они проходят от наружной поверхности 24 огнестойкого кожуха 4 через канал 20 для направления воздуха и до внутренней поверхности внешнего кожуха 17.
Во втором варианте конструкции согласно фиг.5-7 средство 6 обеспечения воздушной циркуляции включает двигатель 15 вентилятора, который отделен от соответствующего вентилятора, см. внешний вентилятор 25. Между двигателем и внешним вентилятором 25 имеется механическое средство 16 передачи вращающего момента. Такие средства могут быть вращательной осью, шпинделем и т.п.
Соответствующее механическое средство 16 передачи вращающего момента проходит через канал 20 для направления воздуха, при этом двигатель 15 вентилятора размещен внутри огнестойкого кожуха 4, а внешний вентилятор 25 размещен внутри канала 20 для направления воздуха вблизи его конца 22.
На этом конце 22 канала внешний кожух 17 имеет ряд отверстий 28, так что воздушный поток направляется от нижнего конца 21 канала к этому верхнему концу 22 канала и, посредством соответствующих отверстий 28, в окружающую атмосферу.
Соответствующее механическое средство 16 передачи вращающего момента - это простое механическое соединение, которое должно отвечать соответствующим механическим требованиям, касающимся расположения в опасных областях.
Однако все соответствующие электрические части средства 6 обеспечения воздушной циркуляции установлены внутри огнестойкого кожуха 4 или полностью закрытой осветительной арматуры 3.
Некоторые охлаждающие ребра 19 находятся ниже внешнего вентилятора 25, который поддерживается этими ребрами, см. фиг.7, при этом двигатель 15 вентилятора также размещен между соответствующими охлаждающими ребрами 12 внутренней части кожуха 4.
Во всех вариантах конструкции согласно данному изобретению можно установить температурный датчик 23 внутри огнестойкого кожуха и обычно рядом со светодиодным модулем 8 или соответствующими светодиодами 11. Этим температурным датчиком 23 измеряется температура около светодиодов, и приведением в действие вентиляторов можно управлять в соответствии с измеренной температурой. Это означает, что только в том случае, если температура внутри огнестойкого кожуха увеличивается выше заданного уровня, соответствующий двигатель вентилятора 15 включается, чтобы обеспечить некоторое охлаждение в дополнение к охлаждению, уже обеспеченному корпусом радиатора и его охлаждающими ребрами.
Кроме того, скоростью вентилятора также можно управлять в зависимости от измеренной температуры, так что в случае, если температура продолжает расти, скорость также увеличиваются, и наоборот.
Кроме того, также можно дополнительно установить внутренний охлаждающий вентилятор 7, см., например, фиг.3. Этот внутренний вентилятор может быть установлен так, как показано на фиг.3, или также может быть связан с двигателем 15 вентилятора соответствующими механическими средствами 16 передачи вращающего момента. Возможно приведение в действие каждого из таких двух вентиляторов отдельно в зависимости от измеренной температуры.
Согласно данному изобретению, предложена система охлаждения, которая очень эффективна ввиду передачи теплоты от источника, см. светодиоды, к стенке оболочки и распределения теплоты лучшим способом относительно корпуса радиатора и его ребер. Такая система охлаждения может включать внутренний и/или внешний вентиляторы.
В общем, обеспечивается увеличенный воздушный поток внутри оболочки или также вокруг оболочки, при этом система охлаждения может использоваться только в том случае, если это требуется.
Кроме того, данное изобретение также направлено на светодиодный светильник с соответствующими системами охлаждения, как рассмотрено выше.