СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области светотехники, в частности к светодиодным осветительным устройствам, и может быть использована для уличного, промышленного и бытового освещения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому устройству является светодиодное осветительное устройство (см. патент РФ на полезную модель №105968 от 14.02.2011 г., М. кл. F21V 1/00, опубл. 27.06.2011 г.), содержащее светодиоды, размещенные на монтажной панели, выполненной из теплопроводного материала, соединенной с теплопроводным корпусом-радиатором.
В известном устройстве монтажная панель, на которой размещены светодиоды, и корпус выполнены из алюминия. При этом корпус выполнен сборным в виде профиля и одновременно является радиатором. Монтажная панель закреплена на корпусе-радиаторе и закрыта крышкой с элементами герметизации для обеспечения надежности осветительного устройства.
В известном устройстве тепло, которое выделяется светодиодами, отводится от монтажной панели на корпус-радиатор, охлаждение которого происходит по счет конвективного теплообмена с окружающей средой. В случае использования светодиодов небольшой мощности обеспечивается эффективный и равномерный теплоотвод от светодиодов за счет выполнения монтажной панели и корпуса из материала с высокой теплопроводностью и за счет выполнения корпуса в виде радиатора. При использовании более мощных светодиодов для обеспечения теплоотвода от светодиодов необходимо увеличивать массогабаритные показатели корпуса-радиатора. В противном случае происходит перегрев светодиодов во время работы, что ухудшает светотехнические характеристики и приводит к выходу светодиодного осветительного устройства из строя.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования светодиодного осветительного устройства, в котором за счет нового выполнения известных элементов и использования новых веществ обеспечивается снижение массогабаритных показателей осветительного устройства при одновременном обеспечении эффективного теплоотвода от мощных светодиодов, за счет чего исключается их перегрев и повышается срок службы и мощность осветительного устройства.
Поставленная задача решается тем, что в известном светодиодном осветительном устройстве, содержащем светодиоды, размещенные на монтажной панели, выполненной из теплопроводного материала, соединенной с теплопроводным корпусом-радиатором, новым, в соответствии с заявляемым техническим решением, является то, что корпус-радиатор выполнен в виде полой емкости, снабженной продольными ребрами, герметично соединенной с монтажной панелью, при этом полость корпуса-радиатора заполнена электроизоляционным наполнителем, температура плавления которого не превышает 70°C.
Новым является также то, что в качестве электроизоляционного наполнителя используют парафин или церезин, или стеарин, или их смеси.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Новое конструктивное выполнение светодиодного осветительного устройства, а именно:
- выполнение корпуса-радиатора в виде полой емкости, снабженной продольными ребрами;
- герметичное соединение монтажной панели с корпусом-радиатором;
- заполнение полости корпуса-радиатора электроизоляционным наполнителем, температура плавления которого не превышает 70°C;
в совокупности с известными признаками полезной модели обеспечивают снижение массогабаритных показателей осветительного устройства при одновременном обеспечении эффективного теплоотвода от мощных светодиодов, за счет чего исключается их перегрев и повышается срок службы и мощность осветительного устройства.
Выполнение корпуса-радиатора в виде полой емкости, снабженной продольными ребрами, герметично соединенной с монтажной панелью, с одной стороны, обеспечивает эффективный теплоотвод и рассеяние тепла за счет большой теплообменной поверхности корпуса, поскольку вокруг ребер корпуса происходит постоянная циркуляция воздушных потоков вследствие градиента температур, а, с другой стороны, обеспечивает возможность размещения в полости корпуса-радиатора легкоплавкого электроизоляционного наполнителя, что позволяет снизить массогабаритные показатели осветительного устройства при использовании мощных светодиодов с одновременным обеспечением эффективного теплоотвода от них.
Герметичное соединение монтажной панели с корпусом-радиатором обеспечивает тепловой контакт между ними, а также исключает возможность высыпания твердого наполнителя или вытекания расплавленного наполнителя в процессе работы устройства.
Заполнение полости корпуса-радиатора электроизоляционным наполнителем, температура плавления которого не превышает 70°C, обеспечивает эффективный теплоотвод от монтажной панели с расположенными на ней светодиодами, что исключает их перегрев и повышает срок службы светодиодного осветительного устройства, а также позволяет повысить мощность осветительного устройства за счет использования сверхмощных светодиодов, снизив при этом массогабаритные показатели осветительного устройства. Это объясняется следующим.
При работе заявленного светодиодного осветительного устройства монтажная панель с размещенными на ней светодиодами, выполненная из теплопроводного материала и герметично соединенная с полым корпусом-радиатором, нагревается, что вызывает нагревание и плавление электроизоляционного наполнителя, размещенного в полом корпусе-радиаторе. При изменении агрегатного состояния наполнителя происходит резкий отбор тепла от нагретой поверхности монтажной панели. За счет конвективного охлаждения внешней поверхности корпуса-радиатора, площадь которой увеличена за счет продольных ребер, внутри корпуса-радиатора происходит охлаждение и кристаллизация электроизоляционного наполнителя. Таким образом, при работе заявляемого осветительного устройства в корпусе непрерывно происходит процесс фазового преобразования наполнителя из твердого состояния в жидкое возле нагревающейся поверхности монтажной панели и из жидкого состояния в твердое возле охлаждаемых поверхностей корпуса, что обеспечивает интенсивный теплоотвод от светодиодов, исключает их перегрев и повышает срок службы и мощность осветительного устройства.
Использование именно легкоплавкого электроизоляционного наполнителя с температурой плавления не выше 70°C исключает возможность перегрева монтажной панели с размещенными на ней светодиодами выше нормативных значений.
В качестве электроизоляционного наполнителя используют парафин или церезин, или стеарин, или их смеси. Температура плавления парафина составляет 42-70°C, стеарина - 53-65°C, а церезин начинает плавиться при 65°C. Используя указанные вещества отдельно или комбинируя их в разных пропорциях можно получить наполнитель с температурой плавления в диапазоне 42-70°C, что обеспечивает при работе заявляемого светодиодного осветительного устройства эффективный теплоотвод от монтажной панели с размещенными на ней светодиодами, снизив при этом массогабаритные показатели устройства.
Таким образом, заявляемое выполнение светодиодного осветительного устройства обеспечивает снижение массогабаритных показателей осветительного устройства при одновременном обеспечении эффективного теплоотвода от мощных светодиодов, за счет чего исключается их перегрев, повышаются светотехнические характеристики осветительного устройства, срок его службы и мощность.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом (см. фиг.).
Заявляемое светодиодное осветительное устройство содержит теплопроводный корпус-радиатор 1, выполненный в виде полой емкости, снабженной продольными ребрами 2. Корпус-радиатор 1 герметично соединен с монтажной панелью 3, выполненной из теплопроводного материала, на которой размещены мощные светодиоды 4. В полости корпуса-радиатора 1 размещен электроизоляционный наполнитель 5, температура плавления которого не превышает 70°C. В качестве электроизоляционного наполнителя могут быть использованы парафин или церезин, или стеарин, или их смеси.
Устройство работает следующим образом.
При работе заявляемого светодиодного осветительного устройства монтажная панель 3 с размещенными на ней светодиодами 4, герметично соединенная с полым корпусом-радиатором 1, нагревается. При ее нагревании до температуры плавления электроизоляционного наполнителя 5, не превышающей 70°C, происходит плавление электроизоляционного наполнителя 5, размещенного в полом корпусе-радиаторе 1. Это сопровождается резким отбором тепла от нагретой поверхности монтажной панели 3 и передачей его на корпус-радиатор 1.
Вокруг ребер 2 корпуса-радиатора 1 происходит постоянная циркуляция воздушных потоков вследствие градиента температур, что обеспечивает эффективный теплоотвод и рассеяние тепла. При этом внутри корпуса-радиатора 1 происходит охлаждение и кристаллизация электроизоляционного наполнителя 5, т.е. в корпусе-радиаторе 1 непрерывно происходит процесс фазового преобразования наполнителя 5 из твердого состояния в жидкое возле нагревающейся поверхности монтажной панели 3 и из жидкого состояния в твердое возле охлаждаемых поверхностей корпуса-радиатора 1, что обеспечивает интенсивный теплоотвод от светодиодов 4, исключает их перегрев, повышает светотехнические характеристики осветительного устройства, срок его службы и мощность при одновременном снижении массогабаритных показателей устройства.
Светодиодное осветительное устройство такой конструкции предназначено для эксплуатации при вертикальном расположении его в пространстве, т.е. монтажная панель с размещенными на ней светодиодами должна быть направлена вниз, что обеспечивает контакт наполнителя со всей поверхностью монтажной панели, а герметичное соединение монтажной панели с корпусом-радиатором исключает высыпание или вытекание электроизоляционного наполнителя из полости корпуса-радиатора.
Заявляемое устройство было испытано на опытных моделях. Корпус-радиатор изготавливали из алюминия марки АД-31 В. На монтажной панели, выполненной из алюминия марки АД-31, размещали мощные светодиоды (светодиоды фирмы «Edisson-Opto» мощностью 3 Вт). В светодиодных осветительных устройствах заявляемой конструкции мощностью до 100 Вт в качестве наполнителя использовали технический парафин (ТУ У 14279336.001-2001), стеарин (ГОСТ 6484-96), церезин (ГОСТ 2488-79) и их смеси. При этом полость корпуса-радиатора 1 заполняли наполнителем 5 не более, чем на 75% объема.
Вес таких устройств составил не более 3,0 кг, при этом исключался перегрев монтажной панели, вследствие чего повышался срок службы устройства и его светотехнические характеристики. Тогда как светодиодное осветительное устройство той же мощности с цельнометаллическим корпусом-радиатором весит до 10 кг.
Таким образом, заявляемое выполнение светодиодного осветительного устройства обеспечивает снижение его массогабаритных показателей при одновременном обеспечении эффективного теплоотвода от мощных светодиодов, за счет чего исключается их перегрев и повышается срок службы и мощность осветительного устройства.
Заявляемая полезная модель может быть изготовлена на существующем оборудовании с использованием известных материалов и средств, что подтверждает промышленную применимость объекта.