СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к световым приборам на мощных светодиодах с устройством охлаждения, предназначенным для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.
Светодиодные осветительные устройства обладают большим сроком службы, высоким уровнем безопасности, компактностью, и еще целым рядом положительных свойств; но у них существуют серьезные проблемы в организации отвода тепла от светодиодов. При использовании мощных светодиодов возникает угроза перегрева светодиодов в процессе эксплуатации, а это приводит к уменьшению срока службы и надежности светильников.
Существуют различные способы отвода тепла в осветительных устройствах, работающих на светодиодах.
Известны светодиодные светильники (ПМ №№80156, 85982, 110816), в которых светодиоды размещены в металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта с ним, при этом корпус одновременно служит теплоотводом. Кроме того, для увеличения рассеиваемой тепловой мощности светодиодов радиатор охлаждения может иметь принудительное охлаждение поверхности, например, при помощи вентилятора (И №2313199, Н05В 33/02)/
Известно устройство для охлаждения (RU, №104412 U1, Н05К 7/20), предназначенное для предотвращения перегрева тепловыделяющих компонентов (транзисторов, диодов, конденсаторов, дросселей, трансформаторов и др.) в процессе их эксплуатации. Устройство для охлаждения содержит корпус с крышкой, заполненный охлаждающей жидкостью, в качестве которой применяется трансформаторное масло с регламентированными электроизоляционными свойствами, либо силиконовая жидкость, обладающая электроизолирующими свойствами.
Тепловыделяющими элементами являются компоненты электронной пускорегулирующей аппаратуры для газоразрядных или светодиодных светильников.
Известен световой прибор с устройством пассивного охлаждения (RU, №113555 U1, F21S 8/00), в котором корпус выполнен в виде заполненной диэлектрической жидкостью полой герметичной емкости, закрытой снизу стеклом для выхода светового потока, внутри емкости с зазорами относительно ее стенок установлен объемный теплоизолятор с центральным каналом, образованным трубкой из материала с высокой теплопроводностью, а светодиоды и блок питания размещены внутри емкости с зазорами относительно плоскости стекла и нижней поверхности теплоизолятора.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является светодиодное осветительное устройство (RU, №103596 U1, F21S 10/00), взятое за прототип. Осветительное устройство содержит теплопередающую систему, выполненную в виде герметичной камеры, частично заполненной теплоносителем (например, водой, спиртом, ацетоном и др.) На нижней наружной поверхности камеры смонтирована теплоотводящая металлическая подложка со светодиодами. Боковая поверхность камеры снабжена ребрами и выполняет функцию радиатора. Для циркуляции теплоносителя используются либо гравитационные силы, либо капиллярная структура внутренней поверхности камеры, в зависимости от месторасположения металлической подложки со светодиодами.
Недостатком описываемых конструкций является возможность перегрева при определенных погодных условиях, и, как следствие, выход светильника из строя. А в последнем варианте, кроме того, сложное конструктивное выполнение внутренней части корпуса, а именно, капиллярной структуры.
Задачами предлагаемой полезной модели являются:
- упрощение конструкции светодиодного осветительного устройства,
- увеличение эффективности отвода тепла от светодиодов,
- увеличение срока службы осветительного устройства,
- улучшение эксплуатационных свойств светильника при использовании для уличного освещения за счет возможности применения мощных светодиодов.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в светодиодном светильнике с жидкостным охлаждением, содержащем корпус из теплопроводящего материала, выполненный в виде заполненной диэлектрической жидкостью полой емкости, с установленными снаружи по периметру ребрами, с герметично закрывающимися крышкой и заливным отверстием,
тепловыделяющие источники света смонтированы в центре наружной части основания корпуса и закрыты защитным колпаком из стекловидного материала, внутренний объем корпуса разделен на отсеки двумя продольно ориентированными планками из материала с низкой теплопроводностью, установленными с зазорами относительно торцевых стенок корпуса, крышка снабжена ребрами, расположенными под острым углом к продольной оси изделия
Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является конструктивное объединение в единую систему охлаждения основания тепловыделяющих элементов, корпуса-радиатора, теплоотводящей жидкости таким образом, что тепло от светодиодов отводится через алюминиевое основание (либо дополнительно через печатную плату), и далее на корпус-радиатор через теплоотводящую жидкость.
Корпус монолитный из теплоотводящего материала с пластинами оребрения, установленными с трех сторон по его периметру, для увеличения площади охлаждаемой поверхности.
Возможно наращивание мощности светильника за счет увеличения количества корпусов путем соединения за счет боковых стыковочных элементов.
Крышка выполнена с возможностью герметичной установки на корпусе, и, так же, как боковые стенки корпуса оснащена пластинами оребрения, которые расположены вертикально под острым углом к продольной оси изделия.
Расположение пластин оребрения в вертикальной плоскости позволяет любым воздушным потокам участвовать в охлаждении, а расположение под углом к поверхности обеспечивает возможность самоочищения пластин от различного рода осадков. Известно, что с чистой поверхности воздух лучше снимает тепло.
В случае, если источник света крепится не просто на алюминиевом основании корпуса, а через печатную плату, то печатная плата изготавливается также из алюминиевой пластины, жестко крепится в центре наружной части основания корпуса, и ориентирована в продольном направлении (т.е. расположена напротив среднего отсека внутренней полости корпуса).
Источник света представлен светодиодным модулем, в котором светоизлучающие элементы объединены в линейку последовательно соединенных светодиодов. Поверх каждого светодиода возможна установка оптических линз, в зависимости от требуемых характеристик.
Источник света защищен оптически прозрачным рассеивателем, выполненным из стекловидного материала. Световой рассеиватель - очень важный элемент светильника - определяет количественный и качественный световой поток, и, соответственно, качество освещения.
Применение жидкости в качества теплоносителя позволяет обеспечить надежный тепловой контакт со всеми тепловыделяющими компонентами светильника независимо от их геометрической формы и расположения относительно корпуса, при этом отсутствует механическая нагрузка на печатную плату, что способствует долговечности ее работы. Теплоемкость жидкости выше теплоемкости воздуха. Теплопроводящая жидкость обеспечивает конвекционную теплопередачу, отсутствующую в случае отвода тепла твердыми прокладками или компаундами.
В качестве теплоотводящей жидкости можно использовать воду, спирт, ацетон и др.
Кроме того, в зимнее время года, в качестве теплопроводящей жидкости можно использовать антифриз.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - общая схема светодиодного светильника с жидкостным охлаждением;
Фиг.2 - наружная поверхность основания светодиодного светильника;
Фиг.3 - крышка светодиодного светильника (вид сверху)
Светодиодный светильник с жидкостным охлаждением содержит корпус (1) из теплопроводящего материала, снабженный рассеивающими тепло ребрами-теплообменниками (2), установленными с трех сторон по его периметру, печатную плату (3) с светодиодами (4), смонтированную в центре наружной части основания корпуса (5) с ориентацией в продольном направлении. Внутренний объем корпуса разделен на 3 отсека (6) двумя продольно ориентированными планками (7) из материала с низкой теплопроводностью, установленными с зазорами относительно торцевых стенок корпуса, и заполнен теплопроводящей жидкостью (8). Корпус герметично закрыт крышкой (9) и снабжен герметично закрываемым отверстием (10) для заливания жидкости. Крышка снабжена ребрами, расположенными под острым углом к продольной оси изделия (11). Снаружи источник света защищен оптически прозрачным рассеивателем, выполненным из стекловидного материала (на чертежах не показан).
Работает светодиодный светильник с жидкостным охлаждением следующим образом.
При подаче напряжения светодиоды излучают световую энергию, сопровождаемую выделением тепла.
Передача тепла от работающих светодиодов происходит на плату и далее через основание корпуса (или непосредственно через основание корпуса) и теплоотводящую жидкость, которая свободно циркулирует внутри корпуса. Жидкость нагревается быстрее в среднем отсеке, так как именно в этом месте расположены тепловыделяющие элементы. В соответствии с законами процесса конвективного движения жидкости и за счет наклонного положения светильника в рабочем положении, ее более нагретые слои перемещаются по центральному отсеку от основания к противоположному концу, где равномерно распределяются по боковым отсекам. Здесь скорость движения потока снижается, что приводит к интенсивной теплопередаче от корпуса в воздушный поток.
Теплоотводящая жидкость эффективно и равномерно отводит тепло от печатной платы и других тепловыделяющих компонентов светильника и отдает его стенкам и крышке корпуса. Вертикальное расположение теплоотводящих пластин-ребер на корпусе и крышке светильника усиливает теплоотвод, так как это способствует участию в процессе охлаждения всех воздушных потоков. Расположение теплоотводящих ребер крышки под углом к продольной оси изделия способствует самоочищению от осадков и грязи, и облегчает уход за изделием в процессе эксплуатации.
Таким образом, реализация полезной модели решает все поставленные авторами задачи.