ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
LIGHTING DEVICE AND METHOD OF COOLING LIGHTING DEVICE

Область изобретения
Изобретение относится к осветительному устройству и способу охлаждения осветительного устройства.
Предпосылки создания изобретения
В US 2003/0021113 А1 раскрывается светодиодная лампа. Эта светодиодная лампа содержит трубчатую пустотелую зубчатую колонну, которая соединена с одним концом лампы. Другой конец зубчатой колонны соединен с подложкой, на которой расположено множество светоизлучающих диодов. Лампа далее снабжена колбой из синтетической смолы, которая охватывает зубчатую колонну и подложку. В колонну встроено средство, используемое для генерирования воздушного потока в лампе. Такое средство предпочтительно выполнено в форме вентилятора и может использоваться при работе лампы для создания принудительного воздушного охлаждения.
В US 2005/0174780 А1 раскрывается осветительное устройство, содержащее в качестве источника света светоизлучающие диоды (СИДы). Это осветительное устройство содержит гнездо, которое может быть электрически соединено с розеткой, и охлаждающий вентилятор для принудительной циркуляции воздуха. Охлаждающий вентилятор установлен в главном корпусе, который имеет множество радиальных перегородок, сформированных в его внешней периферийной поверхности так, чтобы между ними оставался щелевидный зазор для вентиляции. СИДы осветительного устройства охлаждаются воздухом, который перемещает охлаждающий вентилятор.
Такое охлаждение циркулирующим воздухом имеет недостаток, заключающийся в том, что пыль и грязь извне осветительного устройства попадают на охлаждающий вентилятор, СИДы и другие элементы осветительного устройства, такие как электронные компоненты блока управления, который управляет СИДами и охлаждающим вентилятором. Такая грязь со временем снижает эффективность охлаждения и срок службы осветительного устройства.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание осветительного устройства и способа охлаждения осветительного устройства, в котором увеличен срок службы и улучшена эффективность охлаждения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается осветительное устройство, содержащее источник света, вентиляционный узел и уплотненный прозрачный корпус для герметизации внутреннего пространства корпуса от пространства снаружи корпуса, в котором источник света и вентиляционный узел расположены внутри корпуса, при этом вентиляционный узел выполнен с возможностью генерировать поток газа для транспортировки теплоты, генерируемой источником света, на внутреннюю поверхность корпуса, и осветительное устройство выполнено так, что температура внутри корпуса пространственно изменяется при работе, и в котором элементы осветительного устройства, находящиеся внутри корпуса, расположены в зависимости от теплостойкости этих элементов так, чтобы элемент, имеющий более высокую теплостойкость, находился в первом регионе внутри корпуса с более высокой температурой, чем второй регион, в котором расположен элемент с более низкой теплостойкостью.
Настоящее изобретение основано на идее, согласно которой при герметизации внутреннего пространства корпуса и при установке вентиляционного устройства внутри герметизированного корпуса, вентиляционное устройство не может загрязняться частицами, находящимися снаружи корпуса, например пылью, и охлаждение осуществляется потоком газа так, что теплота, генерируемая источником света, отводится на внутреннюю поверхность корпуса, на которой поток газа охлаждается. Поскольку вентиляционный узел не загрязняется частицами, находящимися снаружи корпуса, эти частицы не могут понизить работоспособность вентиляционного узла и, следовательно, не могут снизить характеристики охлаждения и срок службы осветительного устройства, т.е. эффективность охлаждения и срок службы увеличиваются.
В предпочтительном варианте осветительное устройство далее содержит теплоотвод, соединенный с источником света, при этом вентиляционный узел выполнен с возможностью генерировать поток газа для транспортировки теплоты, генерируемой источником света, от источника света и/или от теплоотвода к внутренней поверхности корпуса. Теплоотвод увеличивает площадь теплообмена для генерируемой теплоты с газом внутри корпуса, тем самым дополнительно повышая эффективность охлаждения.
Предпочтительно, вентиляционный узел механически развязан с корпусом. Такая механическая развязка вентиляционного устройства и корпуса позволяет предотвратить передачу вибраций от вентиляционного узла на корпус, что ограничивает шум, создаваемый конструкцией.
Осветительное устройство выполнено так, что температура внутри корпуса во время работы изменяется в пространстве и элементы осветительного устройства, находящиеся внутри корпуса, расположены в зависимости от теплостойкости этих элементов, т.е., в частности, от термостабильности или стабильности при нагревании, так что элементы, имеющие более высокую теплостойкость, расположены в первом регионе в корпусе, который имеет более высокую температуру, чем второй регион, в котором расположен элемент, имеющий более низкую теплостойкость. Элементами осветительного устройства являются, например, вентиляционный узел и источник света. Располагая по меньшей мере частью этих элементов так, чтобы элемент с более высокой теплостойкостью находился в регионе с более высокой температурой, чем регион, в котором находится элемент с более низкой теплостойкостью, можно лучше адаптировать систему охлаждения к соответствующим требованиям к охлаждению различных элементов, дополнительно улучшая эффективность охлаждения и увеличивая срок службы устройства.
Кроме того, предпочтительно, осветительное устройство выполнено так, что температура внутри корпуса пространственно изменяется во время работы и элементы осветительного устройства, находящиеся внутри корпуса, расположены в зависимости от теплостойкости этих элементов так, что в регионах со сходной температурой расположены элементы со сходной теплостойкостью.
В предпочтительном варианте по меньшей мере часть корпуса обеспечивает электрическую изоляцию между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью корпуса. Это позволяет, например, легко очищать внешнюю поверхность корпуса, и к частям или ко всей внешней поверхности корпуса можно прикасаться.
Далее, предпочтительно, осветительное устройство содержит датчик, расположенный внутри корпуса. Это позволяет придать осветительному устройству дополнительную функциональность. Например, датчик может быть оптическим датчиком, на который воздействует свет, генерируемый источником света, для управления излучением света, или датчик может быть приемником управляющих сигналов от пульта дистанционного управления для дистанционного управления излучением света. В обоих иллюстративных случаях датчик предпочтительно соединен с управляющим устройством, регулирующим излучение света в зависимости от сигналов датчика.
Далее, предпочтительно, корпус выполнен с возможностью смешивать и/или направлять свет, генерируемый источником света. Это может улучшить светотехнические характеристики осветительного устройства, в частности, без необходимости в дополнительном оптическом компоненте для смешивания и/или направления света, поэтому можно увеличить пространство, имеющееся внутри корпуса.
В предпочтительном варианте компоненты внутри корпуса соединены друг с другом электропроводными дорожками на внутренней поверхности корпуса, поэтому пространство, имеющееся внутри корпуса, можно дополнительно увеличить.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ охлаждения осветительного устройства, содержащего источник света, вентиляционный узел и прозрачный корпус для герметизации внутреннего пространства корпуса от пространства снаружи корпуса, при этом источник света и вентиляционное устройство расположены внутри корпуса, при котором создают поток газа для транспортировки теплоты, генерируемой источником света, к внутренней поверхности корпуса и в котором элементы осветительного устройства, находящиеся внутри корпуса, расположены в зависимости от теплостойкости этих элементов так, чтобы элемент, имеющий более высокую теплостойкость, находился в первом регионе внутри корпуса с более высокой температурой, чем второй регион, в котором расположен элемент с более низкой теплостойкостью.
Следует понимать, что осветительное устройство по пункту 1 и способ охлаждения осветительного устройства по пункту 9 формулы изобретения имеют сходные и/или идентичные предпочтительные варианты, как определено в зависимых пунктах формулы.
Следует понимать, что предпочтительный вариант настоящего изобретения также может быть комбинацией зависимых пунктов формулы с соответствующим независимым пунктом.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания его вариантов со ссылками на приложенный чертеж, где на фиг.1 изображен схематический иллюстративный вид осветительного устройства по настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов
На фиг.1 схематически показано иллюстративное осветительное устройство 1 по настоящему изобретению. Осветительное устройство 1 содержит источник 2 света, вентиляционный узел 3 и по меньшей мере частично прозрачный корпус 4. Источник 2 света в этом варианте является набором СИД, соединенных с теплоотводом 9. В других вариантах, альтернативно или дополнительно, источник света может включать любые типы устройств, генерирующих свет, например генераторы света на основе лазера. СИДы могут быть органическими светоизлучающими диодами. Теплоотвод 9 предпочтительно выполнен из металла, предпочтительно, из алюминия.
Вентиляционный узел 3 может быть любым узлом, генерирующим поток 6, 7 газа для транспортировки теплоты, генерируемой источником 2 света, к внутренней поверхности 8 корпуса 4. В этом варианте вентиляционным узлом 3 является вентилятор.
Корпус 4 герметизирован установочным устройством 10, предназначенным для установки осветительного устройства 1 в патрон. Внутреннее пространство корпуса 4 герметизировано относительно внешнего пространства так, что газы внутри и снаружи корпуса 4 не сообщаются. Частицы извне корпуса 4, следовательно, не могут загрязнять элементы внутри корпуса 4, такие как вентиляционный узел 3 и источник 2 света, и поэтому характеристики охлаждения остаются стабильными и такие частицы не сокращают срок службы осветительного устройства. Более того, эти частицы предпочтительно не могут оказать влияние на интенсивность цвета излучаемого света. Дополнительно, изолирующие зазоры внутри корпуса 4 можно проектировать без учета попадания в них частиц извне корпуса, таких как пыль. Кроме того, акустический шум, генерируемый вентиляционным устройством 3, в частности, из-за вибраций вентиляционного узла 3 и/или потока газа внутри корпуса 4, устраняется или уменьшается за счет герметизации корпуса 4.
Разумеется, частицы могут покрывать внешнюю сторону корпуса. Благодаря тому что корпус закрыт, внешнюю сторону корпуса при необходимости можно легко очистить даже с помощью жидкостей. В известных осветительных устройствах, где внутренние электронные компоненты и/или вентиляционный узел открыты для внешнего воздуха, такая очистка будет весьма затруднительна.
Благодаря закрытому корпусу, вентиляционный узел не излучает шум, который по воздуху достигает пользователя. Корпус ослабляет передающийся по воздуху шум вентиляционного узла.
Свет, излучаемый СИД, может смешиваться, или направляться, или коллимироваться какими-либо оптическими элементами. Эти оптические элементы могут быть выполнены из оптической пластмассы, или стекла, или из материала, на который нанесено отражающее покрытие. В этом варианте оптическим элементом является рефлектор 15, который окружает СИДы 2 и сечение которого схематически показано на фиг.1. Альтернативно или дополнительно, корпус или его внутренняя или внешняя поверхность может быть частью оптического пути. В этом случае корпус может иметь отражающее покрытие или может быть выполнен с возможностью направлять свет за счет полного отражения от его внутренней или внешней поверхности.
Корпус 4 выполнен прозрачным и позволяет свету, генерируемому источником 2 света, выходить из корпуса 4. Корпус 4 может быть прозрачным полностью или частично. Корпус предпочтительно образует колбу, которая окружает источник света и вентиляционное устройство.
Установочное устройство 10 в этом варианте является металлическим цоколем, имеющим резьбу для соединения с патроном. Установочное устройство может быть стандартным цоколем Edison E27, который герметизирует корпус 4. В другом варианте функции установки и электрического соединения могут быть разведены друг от друга, т.е. корпус в одном положении может иметь электрические контакты для подачи энергии на лампу, а в другом положении корпус может иметь средство для механической установки.
Вентиляционное устройство 3 генерирует поток 6 газа от источника 2 света и теплоотвода 9 к внутренней поверхности 8 корпуса 4, на которой газ охлаждается. Газ, охладившийся на внутренней поверхности 8 корпуса 4, транспортируется обратно к источнику 2 света и теплоотводу 9 газовым потоком 7. На фиг.1 схематически и иллюстративно показаны некоторые газовые потоки 6, 7, при этом газовый поток 6 от источника 2 света и теплоотвода 9 к внутренней поверхности 8 корпуса 4 проходит, по существу, в центре корпуса 4, а газовый поток 7, идущий обратно от внутренней поверхности 8 корпуса 4 к источнику 2 света и теплоотводу 9, проходит, по существу, вдоль боковых стенок корпуса 4. В других вариантах газовый поток может быть организован другим способом, например, газовый поток от источника света и теплоотвода к внутренней поверхности 8 корпуса 4 может быть направлен вдоль боковых стенок корпуса, а газовый поток от внутренней поверхности корпуса к источнику света и теплоотводу может проходить в центре корпуса. Кроме того, газовый поток можно направить в положение на внутренней поверхности корпуса, отличающееся от положения, показанного на фиг.1.
Как указано выше, корпус 4 осветительного устройства 1 в сечении имеет коническую форму, в которой концевая часть корпуса 4, имеющая меньший диаметр, соединена с установочным устройством 10, а концевой участок корпуса 4, имеющий больший диаметр, имеет круглый плоский торец. Корпус, по существу, выполнен из электроизолирующего материала, например стекла, и корпус предпочтительно служит изолятором, и все электронные компоненты внутри корпуса могут находиться под напряжением так, что гальваническая изоляция не требуется.
В прототипе между находящимися под напряжением компонентами и теплоотводом осветительного устройства обычно используют электроизолирующие, но теплопроводные листы или слои. Согласно настоящему изобретению такие листы или слои больше не нужны, поскольку электрическую изоляцию обеспечивает корпус. Поэтому можно улучшить тепловой интерфейс между источником света и теплоотводом, что приводит к меньшей температуре на стыке и, следовательно, улучшает эффективность охлаждения по сравнению с известными осветительными устройствами.
В других вариантах корпус 4 может иметь другую форму, например сферическую, и, предпочтительно, содержит некоторые структуры на внутренней или на внешней поверхности, например ребра, увеличивающие охлаждающую площадь корпуса 4.
Осветительное устройство 1 далее содержит управляющее устройство 11 для управления вентиляционным устройством 3 и/или источником 2 света.
Вентиляционное устройство 3, источник 2 света, теплоотвод 9 и управляющее устройство 11 в этом варианте жестко соединены друг с другом и образуют блок, который прикреплен к установочному устройству 10 крепежным устройством 12. Крепежное устройство 12 выполнено так, что блок механически развязан с установочным устройством 10 и, следовательно, с корпусом 4. Крепежное устройство 12 может быть любым устройством, которое крепит блок к установочному устройству 10 так, чтобы блок был развязан с установочным устройством 10 и, следовательно, с корпусом 4. В этом варианте крепежное устройство 12 является гибким резиновым крепежным элементом. В других вариантах вместо крепежного устройства 12 можно использовать крепежное средство, которое не развязывает механически блок, в частности вентиляционный узел 3, с корпусом 4. Кроме того, в других вариантах лишь некоторые из перечисленных выше элементов могут крепиться к корпусу так, чтобы эти элементы были механически развязаны с корпусом. В частности, к корпусу может быть прикреплен только вентиляционный узел, так чтобы быть механически развязанным с корпусом.
При работе осветительного устройства и излучении света первый регион внутри корпуса 4, обозначенный позицией 13, холоднее второго региона внутри корпуса 4, обозначенного на фиг.1 позицией 14. В первом регионе 13 расположено управляющее устройство 11, содержащее электронные компоненты, а во втором регионе 14 расположен источник 2 света, поскольку источник 2 света обладает большей теплостойкостью, чем управляющее устройство 11. В других вариантах дополнительно или альтернативно в корпусе могут находиться и другие элементы, расположенные в соответствии с их теплостойкостью.
Корпус 4 в этом варианте заполнен газом, имеющим большую теплоемкость, чем воздух. Поток газа с большей теплоемкостью, чем у воздуха, улучшает транспортировку теплоты внутри корпуса. Предпочтительно, газ внутри корпуса является инертным газом, в частности гелием.
Корпус может быть выполнен с возможностью смешивания света, генерируемого источником света, и/или направления света на выходной порт, где свет выходит из корпуса и попадает на датчик и/или в другое место, в частности, за счет конкретной формы, конструкции, цвета и/или покрытия.
Хотя в вышеописанном варианте осветительное устройство 1 содержит теплоотвод 9, в других вариантах осветительное устройство может быть сконструировано без такого теплоотвода, и в этом случае теплота транспортируется непосредственно от источника света на внутреннюю поверхность корпуса.
Поскольку осветительное устройство может быть сконструировано без теплоотвода или лишь с теплоотводом небольшого размера, внутри корпуса легко можно установить датчики. В этом варианте внутри корпуса 4 установлен датчик 16. В обычных лампах значительную часть объема ламп используют под теплопроводный металл. Этот занятый объем не может быть использован для установки датчиков, электронных компонентов, оптики и пр. Например, в корпусе можно разместить радиоантенну (управляемое осветительное устройство ZigBee) и/или оптический датчик, которые не экранируются или не теряют настройки из-за присутствия большого количества металла, который обычно используют для транспортировки теплоты за пределы осветительного устройства. К описываемому осветительному устройству можно легко добавить подобную функциональность. В другом предпочтительном варианте датчик может быть установлен на внутренней поверхности корпуса и соединен с управляющим устройством 11 электропроводными дорожками 17, нанесенными предпочтительно на внутреннюю поверхность корпуса.
В предпочтительном варианте вентиляционный узел содержит параллельную вентиляционную структуру, в которой некоторые или все элементы в газовом потоке подвергаются воздействию одной и той же температуры. В таком варианте вентиляционный узел предпочтительно выполнен так, что газовый поток, генерируемый этим вентиляционным устройством, разделяется на несколько газовых потоков, часть из которых направляется на источник света, а другие направляются на управляющее устройство. Вентиляционное устройство, выполненное по такой схеме, предпочтительно используется, если теплостойкость элементов одинакова.
Предпочтительно, компоненты внутри корпуса соединены электропроводящими дорожками, нанесенными на внутреннюю поверхность корпуса. В другом предпочтительном варианте радиоантенна также выполнена из электропроводящих дорожек, нанесенных на внутреннюю поверхность корпуса.
Хотя в вышеприведенном описании вентиляционное устройство является вентилятором, в других вариантах для генерирования газового потока можно использовать другие типы вентиляционных устройств и способов для транспортировки теплоты, генерируемой источником 2 света на внутреннюю поверхность корпуса. Например, в качестве вентиляционного устройства можно использовать устройство, генерирующее синтетические струи (так называемое синтетическое реактивное сопло), которое основано на турбулентных воздушных струях, или устройство, которое использует вибрации для распыления охлаждающих жидкостей, например воды.
Хотя на фиг.1 показаны только первый и второй регионы, имеющие при работе осветительного устройства разную температуру, осветительное устройство может содержать внутри корпуса больше чем два региона с разной температурой и элементы осветительного устройства можно размещать в этих регионах с разной температурой в соответствии с их теплостойкостью.
Специалистам, изучившим приведенное описание, чертежи и формулу изобретения, понятно, что в описанные варианты можно внести различные изменения.
В приведенном описании слово "включающий" не исключает других элементов или этапов способа, а единственное число не исключает множественного числа.
Любые ссылки на позиции в формуле изобретения не должны толковаться в ограничительном смысле.