Радиатор ИК излучения
IR RADIATION RADIATOR

Изобретение относится к области теплообменных систем, а именно к пассивным системам радиаторного типа, в частности радиаторов для светодиодных светильников.
Из уровня техники известно устройство - радиатор отвода тепла светодиодного источника излучения (варианты) (RU 129596 U1 от 13.02.2013), в котором радиатор отвода тепла светодиодного источника излучения содержит набор пластин, посадочные поверхности которых контактируют друг с другом. При этом пластины выполнены с загнутыми концами, а площадь контакта каждой последующей от источника светодиодного излучения пластины с предыдущей уменьшается по мере удаления от него. В другом варианте - радиатор отвода тепла светодиодного источника излучения содержит набор пластин, при этом площадь контакта пластин друг с другом увеличивается по мере приближения к центральной из них.
Также известно устройство - радиатор отвода тепла (варианты) (RU 115549 U1, 10.11.2011), в котором радиатор для отвода тепла в источнике теплового излучения содержит корпус с пластинами, при этом он выполнен наборным, пластины продольно и свободно расположены на корпусе с зазором между ними, дополнительно содержит пружинные кольца, расположенные на корпусе между пластинами, каждое из колец соединено с, по меньшей мере, одной пластиной посредством механического контакта без зазора, пластины выполнены перфорированными, при этом радиатор является радиатором светодиодного источника излучения. Во втором варианте - радиатор для отвода тепла в источнике теплового излучения содержит корпус с пластинами и выполнен наборным, при этом пластины выполнены L-образными, а посадочная поверхность каждой последующей пластины расположена в контакте с предыдущей пластиной, при этом пластины выполнены перфорированными, а радиатор является радиатором светодиодного источника излучения.
Данные устройства - радиаторы на практике показывают, что нуждаются в принудительном охлаждении с определенной ориентацией в пространстве, что в практическом плане приводит к техническим проблемам использования устройств такого типа (нагромождение вспомогательных устройств для обдува, охлаждения, а также проблемы с установкой радиаторов в соответствии с нужной ориентацией в пространстве).
Из уровня техники известно два основных типа пассивных радиаторов: 1 - ребристые и игольчатые; 2 - плоские (примерные изображения см. фиг. 1-3). Во всех случаях основание может иметь форму круга, квадрата или прямоугольника. Толщина основания имеет принципиальное значение при выборе, так как именно этот участок несет ответственность за прием и равномерное распределение тепла по всей поверхности радиатора. На форм-фактор радиатора оказывает влияние будущий режим работы (с естественной вентиляцией; с принудительной вентиляцией). Радиатор охлаждения для светодиодов, который будет использоваться без вентилятора, должен иметь расстояние между ребрами не менее 4 мм. В противном случае естественной конвекции не хватит для успешного отвода тепла. Ярким примером служат системы охлаждения компьютерных процессоров, где за счет мощного вентилятора расстояние между ребрами уменьшено до 1 мм.
При проектировании светодиодных светильников большое значение уделяется их внешнему виду, что оказывает огромное влияние на форму теплоотвода. Например, система отвода тепловой энергии светодиодной лампы не должна выходить за рамки стандартной грушевидной формы. Этот факт вынуждает разработчиков прибегать к различным ухищрениям: использовать печатные платы с алюминиевой основой, соединяя их с корпусом-радиатором при помощи термоклея.
Все вышеуказанные варианты радиаторов имеют два серьезных недостатка - необходимость ориентации в пространстве, либо применения принудительного обдува при помощи вентиляторов и практически отсутствующая составляющая инфракрасного излучения (ИК).
Наиболее близким вариантом к заявленному можно считать плоский радиатор. Такой вариант, как и ребристый с игольчатым, может работать с хорошим КПД только в положении, когда у охлаждающего воздуха имеется возможность беспрепятственно омывать радиатор снизу-вверх, т.е в вертикальном положении. Если данный радиатор повернуть параллельно горизонту, КПД резко снизится до неприемлемых величин, т.к. конвекционная составляющая уменьшится в несколько раз.
Задачей изобретения является повышение КПД теплоотдачи радиаторов пассивного охлаждения независимо от их положения в пространстве за счет увеличения составляющей инфракрасного излучения.
Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения, радиатор выполнен из повторяющихся фигур, состоящих из граней (криволинейных поверхностей), устроенных так, что любая противоположная или рядом лежащая грань (криволинейная поверхность) лежит относительно противоположной или лежащей рядом гранью (криволинейной поверхностью) под углом равным или более 30, но не более 179 градусов с раскрытием наружу, от радиатора. Материал радиатора должен иметь высокую теплопроводность, высокий коэффициент излучения и низкий коэффициент поглощения в инфракрасном диапазоне (длина волны 0.7-1000 мкм), либо иметь покрытие, обеспечивающее данные коэффициенты, при этом поверхность должна быть гладкой, глянцевой. Форма поверхности и покрытие должны обеспечивать максимальный выход ИК излучения с поверхности радиатора при минимальном поглощении этого излучения, в случае если оно попадает на противоположные грани.
На фигуре 4 схематически изображены грани повторяющихся фигур радиатора, устроенные так, что любая противоположная или рядом лежащая грань лежит относительно противоположной или лежащей рядом грани под углом, равным или более 30, но не более 179 градусов с раскрытием наружу, от радиатора (стрелками обозначено излучение ИК).
На фигуре 5 изображены криволинейные поверхности повторяющихся фигур, устроенные таким образом, что касательная к любой точке на этой поверхности и любая другая касательная к любой другой точке на этой же поверхности лежат относительно друг друга под углом, равным или более 30, но не более 179 градусов с раскрытием наружу, от радиатора.
На фигурах 6-8 показаны варианты выполнения поверхностей радиаторов ИК излучения.
Техническим результатом является увеличение теплоотдачи радиаторов, предназначенных для охлаждения электронных устройств.
В радиоэлектронных системах требуется эффективное охлаждение для обеспечения долгосрочной работы изделий. Основная масса существующих систем использует для охлаждения конвекционную составляющую передачи тепловой энергии от радиатора окружающему воздуху. Такой подход справедлив только для радиаторов, закрытых внутри какого-либо объема. В случае открытых радиаторов, например, в светодиодных светильниках, имеется возможность значительно увеличить эффективность радиаторов за счет увеличения доли инфракрасного излучения. Во время исследований было отмечено, что радиаторы, имеющие ровную, гладкую поверхность, излучают наибольшую часть ИК излучения перпендикулярно поверхности. После проведения экспериментов, был разработан ряд эффективных решений. Основной идеей всех решений является то, что ребра радиатора выполнены из повторяющихся фигур, состоящих из граней, устроенных так, что любая противоположная или рядом лежащая грань лежит относительно противоположной или лежащей рядом гранью под углом равным или более 30, но не более 179 градусов с раскрытием наружу, от радиатора. Материал радиатора должен иметь высокую теплопроводность, высокий коэффициент излучения и низкий коэффициент поглощения в инфракрасном диапазоне, либо иметь покрытие, обеспечивающее данные коэффициенты, при этом поверхность должна быть гладкой, глянцевой. Оптимальным покрытием может быть белая, глянцевая краска, на основе акрила, эпоксидной смолы, масляная, порошковая, алкидная итп. Учитывая, что ИК излучение выходит из радиатора, в основном, перпендикулярно излучающей поверхности, при угле между противоположными гранями 90 градусов, излучаемое одной поверхностью в основном проходит параллельно противоположной и не нагревает ее. Та же часть излучения, которая все же попадает на противоположную сторону, в большей степени отражается от нее в пространство. Таким образом исключается само-нагрев радиатора и значительно увеличивается эффективно излучаемая часть ИК охлаждения.