КОРПУС-РАДИАТОР СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА
HOUSING-RADIATOR OF THE LED LAMP

Изобретение относится к светотехнике, а именно - к конструкции корпуса-радиатора как составной части светодиодного светильника и может быть использовано в тепличном растениеводстве, а также для целей освещения различных помещений.
Уровень техники
Основными факторами, сдерживающими широкое использование известных светодиодных осветительных устройств, для бокового облучения растений в теплицах, являются:
- большая масса устройства, и значит в целом всей осветительной установки, приводящая к увеличению нагрузки на несущие конструкции теплицы;
- недостаточная величина светового потока известных светодиодных светильников для бокового освещения высокорослой сельскохозяйственной культуры внутри куста растений.
Эти факторы являются следствием, в том числе, недостаточной эффективности теплоотдачи светоизлучающих модулей через корпус-радиатор в окружающую среду.
Известен аналог "Светодиодный светильник с динамическим конвекционным охлаждением" по RU 124 361 U1, 06.09.2012 [1]. Светильник содержит, по меньшей мере, один пустотелый корпус-радиатор из теплопроводящего материала, на наружной поверхности которого закреплен светодиодный источник света, подключенный к источнику питания, отличающийся тем, что корпус - радиатор светильника выполнен в виде отрезка полой трубы с открытыми концами и профилем с сечением в виде многоугольника: прямоугольника, квадрата, треугольника. Ось корпуса-радиатора слегка наклонное или вертикальное положение светильника.
Достоинство данного решения в том, что теплоотдача от теплопроводящего корпуса происходит по кратчайшему пути непосредственно в окружающую среду как от внешней, так и от внутренней поверхностей корпуса-радиатора.
Недостатки известного аналога заключаются в следующем:
- при использовании светильника для целей бокового освещения высокорослых сельскохозяйственных растений внутри куста, необходимая длина корпуса-радиатора светильника должна составлять 2-2,5 м. При такой длине корпуса из полой трубы его гидравлическое сопротивление движению воздушного потока, охлаждающему внутреннюю поверхность профиля, возрастет пропорционально его длине и будет являться фактором ограничивающим количество охлаждающего воздуха, проходящего в единицу времени внутри корпуса светильника. Это приводит к снижению эффективности теплоотдачи от внутренней поверхности корпуса;
- в области внутренних углов поперечного сечения профиля в виде многоугольника, течение охлаждающего воздушного потока имеет меньшую скорость и носит ламинарный характер, что дополнительно снижает эффективность теплоотдачи от этой части внутренней поверхности профиля. Данный недостаток в наибольшей степени проявляется для полой трубы треугольного сечения.
Для обеспечения необходимой величины теплоотдачи требуется увеличение поверхности охлаждения корпуса, при этом возрастут габаритные размеры, масса и стоимость устройства.
Наиболее близким по достигаемому техническому результату решением, принятым за прототип, является известный "Светодиодный светильник …" по RU 2699013 U1, 03.09.2019 [2]. Светильник содержит теплопроводящий корпус-радиатор, состоящий из нескольких отдельных продольных профилей сплошного поперечного сечения, с размещенным на каждом из них светодиодным модулем. Плоскости внешних поверхностей профилей образуют в поперечном сечении корпуса равносторонний многоугольник. Профили скреплены между собой соединителями с образованием между продольными краями близлежащих профилей воздушных зазоров ширина которых, "Б" у нижнего торца и "В" у верхнего торца, выполнена с соблюдением неравенства Б ≤ B.
Недостатком известного прототипа является большая неравномерность, в поперечном сечении корпуса-радиатора, параметров продольного воздушного потока, а именно: скорости, температуры и степени его турбулентности.
Параметры движения продольного воздушного потока в поперечном сечении корпуса-радиатора у прототипа можно описать следующим образом: От внутренней поверхности корпуса-радиатора в окружающую среду передается часть тепловой энергии выделяемой светодиодным модулем. Как известно, в корпусе-радиаторе в виде равностороннего многоугольника, скорость продольного воздушного потока, вблизи внутренней поверхности профиля, достигает максимального значения и, при удалении от профиля, в направлении к центру поперечного сечения корпуса-радиатора, скорость снижается до минимума. В этом же направлении, одновременно со скоростью, снижается и температура воздушного потока. Это приводит к снижению степени турбулентности продольного воздушного потока в центральной области корпуса-радиатора. При этом большая доля тепла передается частью продольного воздушного потока движущегося в непосредственной близости от продольных профилей 1 и, значительно меньшая доля тепла передается частью продольного воздушного потока движущегося в центральной области поперечного сечения корпуса-радиатора.
Таким образом, можно констатировать что, вследствие этих причин, вклад продольного воздушного потока центральной области корпуса-радиатора, в процесс теплопередачи в окружающую среду, значительно меньше вклада воздушного потока его периферийной области и это приводит к недостаточной эффективности теплоотдачи в целом от внутренней поверхности корпуса-радиатора.
Эти недостатки в известном прототипе компенсируют увеличением ширины продольного профиля с целью увеличения поверхности охлаждения корпуса-радиатора. Результат такого решения - увеличение массы корпуса-радиатора и его габаритных размеров.
Раскрытие сущности изобретения.
Изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков прототипа, связанных с недостаточной эффективностью теплоотдачи от внутренней поверхности корпуса-радиатора.
Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение массы и габаритных размеров корпуса-радиатора светодиодного светильника.
Техническим результатом заявляемого изобретения является: повышение эффективности теплоотдачи от внутренней поверхности корпуса-радиатора в окружающую среду.
В известном теплопроводящем корпусе-радиаторе, состоящем из нескольких отдельных продольных профилей, сплошного поперечного сечения, на каждом из которых размещен светодиодный модуль, плоскости внешних поверхностей профилей образуют в поперечном сечении корпуса равносторонний многоугольник, и профили скреплены между собой соединителями с образованием, между продольными краями близлежащих профилей, воздушных зазоров, ширина которых, "Б" у нижнего торца и "В" у верхнего торца, выполнена с соблюдением неравенства Б ≤ B, технический результат достигается благодаря тому, что в заявленном изобретении имеются следующие отличия:
- на внутренней стороне поперечного сечения профиля выполнено продольное ребро,
- ребро направлено от середины внутренней поверхности профиля к центру поперечного сечения корпуса-радиатора.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом (повышение эффективности теплоотдачи от внутренней поверхности корпуса-радиатора), существует причинно-следственная связь, а именно:
- наличие продольного ребра и его направленность к центру поперечного сечения корпуса-радиатора обеспечат в центральной области поперечного сечения корпуса-радиатора:
- увеличение доли тепловой энергии передаваемой продольному воздушному потоку, от всей теплоты, выделяемой светодиодным модулем;
- повышение температуры продольного воздушного потока;
- повышение скорости и степени турбулентности продольного воздушного потока.
Кроме того, повышение скорости продольного воздушного потока в центральной области, приведет к росту величины бокового воздушного потока поступающего через боковые воздушные зазоры корпуса-радиатора, то есть, к увеличению объема охлаждающего воздуха проходящего в единицу времени через поперечное сечение корпуса-радиатора.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого устройства, оказывает непосредственное положительное влияние на улучшение равномерности - температуры, скорости и степени турбулентности продольного воздушного потока, по всей площади поперечного сечении корпуса. Это приводит к увеличению тепловой энергии перемещаемой продольным воздушным потоком в центральной области а, значит к увеличению суммарной теплоотдачи от внутренней поверхности корпуса-радиатора и, как следствие, обеспечивает достижение технического результата - повышение эффективности теплоотдачи от внутренней поверхности корпуса-радиатора в окружающую среду.
В результате, при равной с прототипом рабочей температуре корпуса-радиатора, существенные признаки заявляемого устройства, за счет повышения эффективности теплоотдачи, позволят снизить массу и габаритные размеры корпуса-радиатора.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых приведена конструкция корпуса-радиатора с поперечным сечением в виде равностороннего многоугольника.
Фиг. 1. Корпус-радиатор треугольной формы - как частный случай многоугольника.
Фиг. 2. Поперечное сечение нижней части корпуса-радиатора треугольного формы.
Фиг. 3. Поперечное сечение нижней части корпуса-радиатора в форме квадрата - как частного случая многоугольника.
Фиг. 4. Поперечное сечение нижней части корпуса-радиатора в форме ромба - как частного случая многоугольника.
Осуществление изобретения
Теплопроводящий корпус-радиатор (Фиг. 1) светодиодного светильника состоит из отдельных продольных профилей 1 сплошного поперечного сечения, в середине внутренней стороны которых выполнено продольного ребро 2 направленное к центру поперечного сечения корпуса-радиатора, а на наружной поверхности - закреплены светодиодные источники света 3. Плоскости наружной поверхности продольных профилей 1 в поперечном сечении корпуса образуют многоугольник в виде равностороннего треугольника, как частного случая исполнения. Профили друг с другом скреплены соединителями 4 с образованием между продольными краями 5 близлежащих профилей 1 воздушных зазоров 6, ширина которых, "Б" у нижнего торца 7 и "В" у верхнего торца 8, выполнена с соблюдением неравенства Б ≤ B.
На Фиг. 2 приведено поперечное сечение нижней части корпуса-радиатора из отдельных продольных профилей 1, в середине внутренней стороны которых выполнено продольное ребро 2, а на наружной стороне закреплен светодиодный источник света 3, в виде светодиодной матрицы, защищенный линзой 9. Между продольными краями 5 близлежащих профилей 1 предусмотрены боковые воздушные зазоры 6, через которые поперечный воздушный поток 10 поступает из окружающей среды внутрь светильника.
В различных исполнениях, корпус-радиатор светильника может иметь поперечное сечение в виде равностороннего многоугольника: треугольника, квадрата, ромба (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4). Кроме того, толщина продольного ребра 2, вдоль его высоты, может быть величиной как постоянной, так и переменной, а высота продольного ребра выполнена меньше расстояния до центра поперечного сечения корпуса-радиатора. Для целей бокового облучения внутри куста растений предпочтительна конструкция корпуса с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника (Фиг. 1, Фиг. 2).
Корпус-радиатор светильника работает следующим образом.
Процесс теплообмен теплопроводящего корпуса с поперечным сечением в виде многоугольника происходит непосредственно в окружающую среду как от внутренней, так и от его наружной поверхностей. И если теплоотдача от наружной поверхности корпуса происходит путем естественной конвекции в условиях неограниченного объема, то теплоотдача от внутренней его поверхности происходит в условиях ограниченного объема, и это негативно влияет на интенсивность процесса теплоотдачи протекающего у данной поверхности.
Главное влияние на интенсивность теплоотдачи, при прочих равных условиях, оказывают скорость и режим течения охлаждающего воздуха.
Наличие на внутренней стороне поперечного сечения профиля продольного ребра и его направленность к центру поперечного сечения корпуса-радиатора, улучшает равномерность температуры, скорости и степени турбулентности продольного воздушного потока по всей площади поперечного сечении корпуса-радиатора путем повышения температуры, скорости и степени турбулентности продольного воздушного потока в его центральной области. Это достигается за счет наличия у профилей корпуса-радиатора продольных ребер, которые в этой области обеспечивают:
- увеличение доли тепловой энергии передаваемой продольному воздушному потоку, от всей тепловой энергии выделяемой светодиодным модулем;
- повышение температуры продольного воздушного потока;
- увеличение скорости и степени турбулентности продольного воздушного потока.
Кроме того, увеличение скорости продольного воздушного потока в центральной области, приведет к росту величины бокового воздушного потока через боковые воздушные зазоры корпуса-радиатора, и значит, к увеличению объема охлаждающего воздуха проходящего в единицу времени через поперечное сечение корпуса-радиатора.
Предлагаемый корпус-радиатор светодиодного светильника при использовании для бокового освещения внутри куста высокорослых сельскохозяйственных растений, за счет высокоэффективной теплоотдачи корпуса-радиатора в окружающую среду, имеет меньшую массу и стоимость.
При этом температура корпуса светильника превышает температуру окружающей среды в теплице не более чем на 15-18°С, что обеспечивает растениям внутри куста комфортные условия роста при боковом освещении.
Светодиодный светильник с предлагаемым корпусом-радиатором конструктивно прост и потому надежен при эксплуатации в условиях сооружений защищенного грунта.
Светодиодный светильник с предлагаемым корпусом-радиатором может быть изготовлен в широком диапазоне мощностей от 50 до 320 ватт и длиной от 400 до 2500 мм.