СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЗДАНИЯ
ACOUSTIC LIGHT-EMLITTING ELEMENT OF BUILDING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к светоизлучающему элементу здания и к способу изготовления такого светоизлучающего элемента здания.
Предпосылки создания изобретения
В современных зданиях элементы здания, используемые, например, в потолке, должны выполнять различные функции в отношении, например, акустики, освещения, вентиляции и так далее. Для уменьшения количества элементов здания, требуемых для выполнения различных функций, желательно объединять несколько функций в одном элементе здания.
Краткое изложение сущности изобретения
Ввиду упомянутых выше и других недостатков предшествующего уровня техники общей целью настоящего изобретения является разработка элемента здания, который обеспечивает как акустическую функциональность, так и освещение.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, разработан светоизлучающий элемент здания, содержащий: множество твердотельных источников света; и звукопоглощающий элемент, имеющий светоотражающую сторону, причем звукопоглощающий элемент выполнен так, чтобы светоотражающая сторона была обращена к множеству твердотельных источников света, причем звукопоглощающий элемент содержит множество отверстий сквозь звукопоглощающий элемент от светоотражающей стороны до противоположной стороны звукопоглощающего элемента, причем, по существу, каждое из отверстий выполнено так, что проекция отверстия в плоскости, параллельной звукопоглощающему элементу, меньше, чем наименьшая площадь поперечного сечения отверстия, причем поперечное сечение перпендикулярно нормали звукопоглощающего элемента, причем светоизлучающий элемент здания дополнительно содержит светопроводящий слой, расположенный параллельно упомянутому звукопоглощающему элементу, напротив упомянутой светоотражающей стороны звукопоглощающего элемента, таким образом, чтобы упомянутые твердотельные источники света были предусмотрены между упомянутым светопроводящим слоем и упомянутым звукопоглощающим элементом.
Выражение "по существу, каждое из отверстий" следует понимать как то, что звукопоглощающие элементы, содержащие одно или более отверстий с идентичным непреднамеренным отклонением от желаемой формы отверстия, считаются включенными в объем формулы изобретения.
Твердотельные источники света представляют собой источники света, в которых свет образуется через рекомбинацию электронов и отверстий. Примеры твердотельных источников света включают в себя светодиоды и полупроводниковые лазеры.
Звукопоглощающий элемент преимущественно может быть выполнен из материала, способного поглощать звуковые волны, такого как пористый материал. Одним примером такого пористого материала является стекловата.
К тому же, звукопоглощающий элемент может быть преимущественно предусмотрен как, по существу, листовой звукопоглощающий элемент.
В контексте настоящей заявки, одно или более свойств отверстий сквозь звукопоглощающий элемент определяется/определяются по отношению к нормали звукопоглощающего элемента. Следует понимать, что для конкретного отверстия рассматриваемая нормаль представляет собой местную нормаль к поверхности звукопоглощающего слоя в положении конкретного отверстия. Для плоского звукопоглощающего элемента нормаль одинакова на протяжении звукопоглощающего элемента. Тем не менее, если звукопоглощающий элемент является неплоским (например, изогнутым), то местная нормаль меняется на протяжении звукопоглощающего элемента.
Настоящее изобретение основано на осознании того, что осветительная и акустическая функциональность (поглощение звука) может быть достигнута с компактностью и энергоэффективностью посредством расположения множества твердотельных источников света, таких как светоизлучающие диоды (светодиоды), на светоотражающей стороне звукопоглощающего элемента. Благодаря светоотражающей стороне звукопоглощающего элемента, звукопоглощающий элемент, в дополнение к его звукопоглощающей функции, выполняет функцию отражателя света, который направляет свет к пользователю.
Светоизлучающий элемент здания предусмотрен со светопроводящим слоем, расположенным так, чтобы твердотельные источники света были предусмотрены между светоотражающей стороной звукопоглощающего элемента и светопроводящим слоем. Светоотражающая сторона позволяет уменьшить свет, отраженный обратно от светопроводящего слоя. Это увеличивает шанс выхода света через светопроводящий слой, и, следовательно, улучшает оптическую эффективность светоизлучающего элемента здания.
Поскольку оптическая эффективность и срок службы твердотельного источника света ухудшаются по мере увеличения температуры, общей проблемой твердотельных источников света, таких как светодиоды, является отведение тепла. Даже несмотря на то, что твердотельные источники света более эффективны, чем традиционные источники света, такие как флуоресцентные лампы с холодным катодом или лампы накаливания, они требуют лучшего охлаждения, так как традиционные источники излучают наибольшую часть выработанного тепла в форме инфракрасного излучения в направленном луче вместе с видимым светом. Тем не менее, светодиод не испускает непосредственного инфракрасного излучения. К тому же, благодаря своей компактности, сам по себе светодиод представляет собой меньший теплоотвод, чем традиционный источник, что приводит к наличию более высоких местных температур.
К тому же, материалы, подходящие для использования в звукопоглощающем элементе, обычно имеют относительно низкую теплопроводность, что значит, что теплопередача, происходящая посредством теплопроводности через звукопоглощающий элемент, может быть недостаточной.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что улучшенное охлаждение твердотельных источников света, по существу, без какого-либо уменьшения эффективности светоизлучающего элемента здания может быть достигнуто посредством предусмотрения звукопоглощающего элемента с множеством сквозных вентиляционных отверстий, которые не проходят прямо сквозь звукопоглощающий элемент, а выполнены так, что проекция каждого отверстия в плоскости, параллельной звукопоглощающему элементу, меньше, чем наименьшая площадь поперечного сечения отверстия. Таким образом, площадь эффективного канала для воздуха меньше, чем эффективный проход для света. Это значит, что улучшенное охлаждение может быть достигнуто без соответствующей потери света через вентиляционные отверстия. Благодаря тому что вентиляционные отверстия выполнены таким образом, горячий воздух может беспрепятственно проходить через отверстия, тогда как по меньшей мере часть света, попадающего в отверстие на светоотражающей стороне звукопоглощающего элемента, не может проходить сквозь звукопоглощающий элемент. Например, каждое отверстие может иметь смещение между раскрытиями на противоположных сторонах звукопоглощающего элемента.
Для некоторых конфигураций отверстия предусмотрение вентиляционных отверстий может привести к уменьшению общей отражающей способности светоотражающей стороны звукопоглощающей стороны звукопоглощающего элемента. Тем не менее, такое уменьшение может быть более чем компенсировано посредством увеличения эффективности твердотельных источников света, являющейся результатом уменьшения температуры из-за потока воздуха вокруг твердотельных источников света.
Для того чтобы не препятствовать без необходимости потоку воздуха через перфорированный таким образом звукопоглощающий элемент, упомянутые выше первое раскрытие и второе раскрытие каждого отверстия могут иметь, по существу, одинаковый размер.
Более того, светоизлучающий элемент здания может быть преимущественно предусмотрен по меньшей мере с одним входом воздуха, выполненным таким образом, чтобы воздух, проходящий от входа воздуха к множеству отверстий через звукопоглощающий элемент, соприкасался с твердотельными источниками света.
Отверстия сквозь звукопоглощающий элемент могут быть, например, предусмотрены как наклонные отверстия, каждое из которых образует угол по отношению к нормали звукопоглощающего элемента. Это приводит к смещению в направлении, перпендикулярном нормали звукопоглощающего элемента, между первым раскрытием и вторым раскрытием.
Согласно различным вариантам осуществления светоизлучающего элемента здания, согласно настоящему изобретению, звукопоглощающий элемент может содержать первый слой, имеющий первый узор отверстий, второй слой, имеющий второй узор отверстий, и третий слой, имеющий третий узор отверстий, причем второй слой расположен между первым слоем и третьим слоем.
Предусмотрение такого слоистого звукопоглощающего элемента может способствовать образованию конфигурации отверстия с желаемым смещением между упомянутыми выше первым раскрытием и вторым раскрытием отверстия.
В частности, отверстия могут быть образованы посредством обычных технологий образования отверстий, дающих в результате отверстия, которые, по существу, перпендикулярны звукопоглощающему элементу. Такие технологии образования отверстий включают в себя, например, пробивку, сверление, лазерную обработку и так далее. В качестве альтернативы или в дополнение, отверстия могут быть наклонными, как обсуждено выше.
Соответственно, первый узор отверстий может содержать множество отверстий, перпендикулярных первому слою, второй узор отверстий может содержать множество отверстий, перпендикулярных второму слою, и третий узор отверстий может содержать множество отверстий, перпендикулярных третьему слою.
Более того, первый узор отверстий может быть по существу таким же, как второй узор отверстий и третий узор отверстий, по меньшей мере в отношении расположения отверстий в узорах отверстий. Следует понимать, что любой из слоев может содержать дополнительные отверстия в дополнение к тем, которые расположены в упомянутых выше узорах отверстий. Более того, отверстия в разных слоях могут иметь разные размеры. Также отверстия в конкретном узоре отверстий могут иметь разные размеры. Для периодических узоров отверстий шаг первого узора отверстий может быть, по существу, равен шагу второго узора отверстий и шагу третьего узора отверстий.
Благодаря, по существу, одинаковым узорам отверстий в разных слоях, звукопоглощающий элемент может быть изготовлен удобным способом, который будет дополнительно описан ниже в отношении второго аспекта настоящего изобретения.
К тому же, согласно различным вариантам осуществления, отверстия во втором слое могут быть больше, чем отверстия в первом слое и отверстия в третьем слое. Это способствует удобному изготовлению звукопоглощающего элемента, не имеющего, по существу, никакого нахлеста между первым раскрытием на светоотражающей стороне звукопоглощающего элемента и вторым раскрытием на противоположной стороне звукопоглощающего элемента.
Первый узор отверстий может быть преимущественно смещен от упомянутого второго узора отверстий в первом направлении в плоскости, параллельной упомянутому звукопоглощающему элементу, и упомянутый третий узор отверстий смещен от упомянутого второго узора отверстий во втором направлении в плоскости, параллельной упомянутому звукопоглощающему элементу, причем упомянутое второе направление отличается от упомянутого первого направления. Например, второе направление может быть противоположным первому направлению.
Для обеспечения улучшенной эффективности освещения каждое из отверстий может преимущественно иметь отражающую внутреннюю поверхность, чтобы свет, который входит в вентиляционные отверстия, мог быть по меньшей мере частично отражен из отверстий, чтобы снова выходить из светоизлучающего элемента здания через светопроводящий слой.
Согласно различным вариантам осуществления, смещение между первым раскрытием и вторым раскрытием каждого отверстия может быть таким, чтобы выступ отверстия в плоскости, параллельной звукопоглощающему элементу, был меньше, чем половина площади поперечного сечения отверстия.
К тому же, отверстия могут быть расположены в узоре отверстий, и твердотельные источники света могут быть расположены в узоре источников света, который имеет по существу такую же конфигурацию, как узор отверстий. Посредством этого может быть достигнут эффективный поток воздуха мимо каждого источника света.
Источники света могут быть преимущественно выставлены с отверстиями, чтобы каждый источник света был расположен прямо под вентиляционным отверстием.
Различные варианты осуществления светоизлучающего элемента здания согласно настоящему изобретению преимущественно могут быть включены в светоизлучающую акустическую плитку для установки на потолке, дополнительно содержащую структуру для обеспечения прикрепления светоизлучающего элемента здания к потолку так, чтобы светопроводящий слой светоизлучающего элемента здания был обращен от потолка.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, разработан способ изготовления светоизлучающего элемента здания, содержащий этапы:
предусмотрения звукопоглощающего элемента, имеющего светоотражающую сторону, причем звукопоглощающий элемент содержит множество отверстий сквозь звукопоглощающий элемент от светоотражающей стороны к противоположной стороне звукопоглощающего элемента, причем каждое из отверстий выполнено так, чтобы проекция отверстия в плоскости, параллельной звукопоглощающему элементу, была меньше, чем наименьшая площадь поперечного сечения отверстия, причем поперечное сечение является перпендикулярным нормали звукопоглощающего элемента; расположения светопроводящего слоя параллельно звукопоглощающему элементу, напротив светоотражающей стороны звукопоглощающего элемента; и предусмотрения множества твердотельных источников света между отражающей стороной звукопоглощающего элемента и светопроводящим слоем.
Согласно различным вариантам осуществления, этап предусмотрения звукопоглощающего элемента может содержать этапы предусмотрения первого листа, имеющего первый узор отверстий, второго листа, имеющего второй узор отверстий, и третьего листа, имеющего третий узор отверстий; расположения друг над другом первого листа, второго листа и третьего листа таким образом, чтобы отверстия в первом узоре были смещены от отверстий в третьем узоре в направлении, перпендикулярном нормали звукопоглощающего элемента, и отверстия во втором узоре соединяли друг с другом отверстия в первом узоре и в третьем узоре для образования открытых проходов сквозь звукопоглощающий элемент; и соединения первого листа и третьего листа со вторым листом.
Таким образом, отверстия могут быть выполнены в разных листах с использованием хорошо известных и рациональных технологий производства отверстий, и тогда желаемая конфигурация отверстий со смещением может быть достигнута посредством простого этапа выставления, который, например, может быть удобно выполнен с использованием простого крепления или тому подобного.
Дополнительные вариации и преимущества этого второго аспекта настоящего изобретения в основном аналогичны изложенным выше в отношении первого аспекта изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения описаны далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения, на которых:
на фиг. 1 схематично показано иллюстративное применение для иллюстративного варианта осуществления светоизлучающего элемента здания согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 показан вид в перспективе в поперечном разрезе светоизлучающего элемента здания с фиг. 1;
на фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе светоизлучающего элемента здания с фиг. 2;
на фиг. 4 показана блок-схема для объяснения иллюстративного способа согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 5a-c схематично показан результат этапов соответствующего способа с фиг. 4;
на фиг. 6a, b показан вид в поперечном разрезе и вид сверху соответственно части звукопоглощающего элемента согласно варианту осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
В последующем описании настоящее изобретение описано в основном со ссылкой на акустическую потолочную панель со встроенной подсветкой от светодиодов.
Тем не менее, следует заметить, что это никоим образом не ограничивает объем изобретения, которое в равной степени может быть использовано с другими применениям, такими как светоизлучающие стеновые панели и так далее.
На фиг. 1 схематично показано иллюстративное применение для вариантов осуществления светоизлучающего элемента здания согласно настоящему изобретению в форме светоизлучающей акустической потолочной панели 1, расположенной среди других, обычных, потолочных панелей 2 в комнате 3. Далее будет описана конфигурация светоизлучающего элемента 1 здания со ссылкой на фиг. 2.
Как видно на фиг. 2, светоизлучающий элемент 1 здания содержит звукопоглощающий элемент 10, светоизлучающий модуль 11, светопроводящий слой 12 и раму 13 для удерживания светоизлучающего элемента 1 здания в сборе.
Звукопоглощающий элемент 10 выполнен из звукопоглощающего материала, такого как стекловата. Звукопоглощающий элемент 10 имеет светоотражающую сторону 15, обращенную к светоизлучающему модулю 11, и внешнюю сторону 16, обращенную от светоизлучающего модуля 11. Как схематично обозначено на фиг. 2, звукопоглощающий элемент 10 дополнительно содержит множество отверстий 17 сквозь звукопоглощающий элемент 10 от оптической отражающей стороны 15 к внешней стороне 16. Внутренняя поверхность каждого отверстия 17 также выполнена светоотражающей, и существует сдвиг между раскрытием каждого отверстия 17 на светоотражающей стороне 15 и раскрытием каждого отверстия 17 на внешней стороне 16, обращенной от светоизлучающего модуля 11. Конфигурация отверстий 17 описана более подробно далее со ссылкой на фиг. 3.
Как видно опять же на фиг. 2, светоизлучающий модуль 11 содержит множество твердотельных источников света, здесь в форме светодиодов 19, расположенных на решетчатом носителе 20. В качестве альтернативы решетчатому носителю 20 могут быть использованы другие носители, при условии что световые и звуковые волны могут проходить через носитель. Например, в качестве носителя может быть использована перфорированная печатная монтажная плата.
Светопроводящий слой 12 схематично показан на фиг. 2 как светорассеивающий лист, который может быть выполнен, например, из текстильного материала или бумаги. Тем не менее, следует заметить, что светопроводящий слой 12 может быть выполнен с возможностью выполнения дополнительных функций или функций, не относящихся к рассеиванию света, испускаемого светодиодами 19. Например, светопроводящий слой 12 может быть призматическим листом для управления пространственным распределением света, испускаемого светоизлучающим элементом 1 здания. Например, может существовать потребность в исключении блеска.
Наконец, светоизлучающий элемент 1 здания содержит раму 13 для фиксации относительных положений звукопоглощающего элемента 10, светоизлучающего модуля и светопроводящего слоя 12 и для удерживания светоизлучающего элемента 1 здания в сборе. Рама 13 может быть металлической или может быть выполнена из подходящего пластикового материала. Как схематично показано на фиг. 2, рама 13 может содержать один или несколько входов 22 воздуха для обеспечения вхождения воздуха в светоизлучающий элемент 1 здания для охлаждения светодиодов 19. Поток воздуха через светоизлучающий элемент 1 здания во время работы обсужден более подробно далее со ссылкой на фиг. 3.
Некоторые аспекты светоизлучающего элемента 1 здания на фиг. 2 такие как конфигурация отверстий 17 в звукопоглощающем элементе 10 и поток воздуха через светоизлучающий элемент 1 здания, будут теперь описаны со ссылкой на фиг. 3, которая представляет собой схематичный вид светоизлучающего элемента 1 здания на фиг. 2, в поперечном разрезе, взятом по линии A-A' на фиг. 2.
Как можно видеть на фиг. 3, первое раскрытие 30 каждого отверстия 17 на светоотражающей стороне 15 звукопоглощающего элемента 10 и второе раскрытие 31 каждого отверстия 17 на внешней стороне 16 звукопоглощающего элемента 10 смещены по отношению друг к другу в направлении, перпендикулярном нормали звукопоглощающего элемента 10. В иллюстративном варианте осуществления на фиг. 3 между первым раскрытием 30 и вторым раскрытием 31 нет нахлеста или, иначе говоря, нет проекции отверстия 17 в плоскости, перпендикулярной звукопоглощающему элементу 10. Это значит, что свет не может выходить непосредственно изнутри светоизлучающего элемента 1 здания через отверстия 17.
В иллюстративном варианте осуществления на фиг. 3 звукопоглощающий элемент 10 содержит первый слой 33, имеющий первый узор отверстий, второй слой 34, имеющий второй узор отверстий, и третий слой 35, имеющий третий узор отверстий. Как можно понять из фиг. 3, отверстия в разных слоях 33-35 смещены по отношению друг к другу и отверстия во втором слое 34, расположенном между первым слоем 33 и третьим слоем 35, выполнены более крупными, чтобы соединять отверстия в первом слое 33 с отверстиями в третьем слое 35 для того, чтобы посредством этого обеспечивать прохождение воздуха через объединенное отверстие 17 сквозь звукопоглощающий элемент 10, в это же время предотвращая или по меньшей мере уменьшая количество света, проходящего сквозь звукопоглощающий элемент.
Когда светодиоды 19 в светоизлучающем элементе 1 здания работают, вырабатывается тепло. Это тепло заставляет нагретый воздух подниматься и проходить через отверстия 17 в звукопоглощающем элементе. Это, в свою очередь, заставляет воздух всасываться вовнутрь светоизлучающего элемента 1 здания через входы 22 воздуха, предусмотренные в раме 13. Входы воздуха расположены ниже, чем светодиоды 19, когда светоизлучающий элемент 1 здания используется как потолочная панель, что означает, что воздух, текущий от входов 22 к отверстиям 17 в звукопоглощающем элементе 10, будет проходить светодиоды 19, так чтобы светодиоды 19 охлаждались потоком воздуха. Поток воздуха сквозь светоизлучающий элемент 1 здания схематично показан стрелками на фиг. 3.
Поскольку внутренняя поверхность 36 каждого отверстия, а также светоотражающая внутренняя поверхность 15 звукопоглощающего элемента 10 выполнены светоотражающими, свет, который входит в вентиляционные отверстия 17, также в значительной степени отражается к светопроводящему слою 12 и выходит из светоизлучающего элемента 1 здания. Внутренняя поверхность каждого отверстия 17 и внутренняя поверхность 15 звукопоглощающего элемента 10 могут быть выполнены, например, светоотражающими посредством подходящего покрытия, например белой краски.
После описания иллюстративной конфигурации светоизлучающего элемента 1 здания согласно варианту осуществления настоящего изобретения следует описание иллюстративного способа изготовления такого светоизлучающего элемента 1 здания со ссылкой на блок-схему на фиг. 4 и схематичные чертежи на фиг. 5a-c.
На первом этапе 101 первый 33, второй 34 и третий 35 листы звукопоглощающего материала выставляются и укладываются друг над другом. Как схематично показано на фиг. 5a, три листа звукопоглощающего материала имеют узоры отверстий с одинаковой конфигурацией отверстий за исключением того, что отверстия во втором листе 34 звукопоглощающего материала больше, чем отверстия в первом листе 33 звукопоглощающего материала и в третьем листе 35 звукопоглощающего материала. Три листа 33-35 звукопоглощающего материала выставлены таким образом, что отверстия в первом листе 33 звукопоглощающего материала и отверстия в третьем листе 35 звукопоглощающего материала смещены относительно друг друга и соединены друг с другом посредством отверстий во втором листе 34 звукопоглощающего материала.
На последующем этапе 102 первый 33, второй 34 и третий 35 листы звукопоглощающего материала соединяются, например, посредством склеивания для образования звукопоглощающего элемента 10 с вентиляционными отверстиями 17, проходящими сквозь звукопоглощающий элемент 10, как описано выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. На конечном этапе 103 светоизлучающий элемент 1 здания завершается посредством сборки описанных выше частей, содержащихся в светоизлучающем элементе 1 здания, то есть звукопоглощающего элемента 10, светоизлучающего модуля 11, светопроводящего слоя 12 и рамы 13.
В иллюстративном варианте осуществления на фиг. 6a часть звукопоглощающего элемента 10 показана в поперечном разрезе. Звукопоглощающий элемент содержит первый слой 33, имеющий первые отверстия, второй слой 34, имеющий вторые отверстия, и третий слой 35, имеющий третьи отверстия. В качестве альтернативы, звукопоглощающий элемент 10 с фиг. 6a может быть составлен только из двух слоев. Как ясно видно на фиг. 6a, отверстия в разных слоях 33-35 являются наклонными и расположены по отношению друг к другу так, чтобы образовывать одно непрерывное отверстие 17, которое имеет одинаковую площадь 40 поперечного сечения в любом месте. Наклон отверстия в слое 34 выполнен не в таком направлении, как наклон отверстий в слоях 33 и 35, и является таким, что первое раскрытие 30 и второе раскрытие 31 при проекции на плоскость, параллельную звукопоглощающему элементу, не являются взаимно смещенными, а полностью перекрывают друг друга, тогда как площадь 40 поперечного сечения отверстия уменьшена на площадь 41 экрана для создания площади 42 прямого просвета, как показано при виде сверху внешней стороны 16 на фиг. 6b. Площадь прямого просвета значительно меньше, чем площадь поперечного сечения. Таким образом, обеспечено практически беспрепятственное прохождение воздуха через объединенное отверстие 17 сквозь звукопоглощающий элемент 10, тогда как в это же время достигнуто значительное уменьшение количества света, проходящего через звукопоглощающий элемент.
К тому же, изменения описанных вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения, на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. Например, могут быть предусмотрены разные размеры или узоры отверстий и/или тонкое металлическое покрытие может быть образовано на внутренней поверхности отверстий.
В прилагаемой формуле изобретения, слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, и единственное число не исключает множества. Сам факт того, что некоторые меры изложены в отдельных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что не может быть преимущественно использована комбинация этих мер.