Теплопередающее устройство
Изобретение относится к теплопередающему устройству (100, 400) для охлаждения по меньшей мере одного светоизлучающего диода (302), при этом теплопередающее устройство (100, 400) содержит центральный участок (102, 402), сконфигурированный для установки светоизлучающего диода (302) и выполненный с возможностью приема тепла, выделяемого из светоизлучающего диода (302) при излучении света, и множество удлиненных теплопередающих элементов (104), имеющих, каждый, первый концевой участок (106), соединенный с центральным участком (102, 402), и второй концевой участок (108), который, когда вставлен в корпус (200), сконфигурирован с возможностью примыкания к внутренней поверхности (202) корпуса (200), чтобы выделенное тепло передавалось путем теплообмена корпусу (200). Преимущества изобретения включают в себя по меньшей мере то, что обеспечивается пассивное теплопередающее устройство, которое может уменьшить потребность во внешних вентиляторе или мембранах для обеспечения достаточного охлаждения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области регулирования теплообмена светоизлучающих диодов и, в частности, к теплопередающему устройству для охлаждения светоизлучающего диода. Настоящее изобретение относится также к осветительному узлу, содержащему вышеупомянутое теплопередающее устройство.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Светоизлучающие диоды, СД, применяются в разнообразной осветительной аппаратуре. Так как СД обладают преимуществом обеспечения яркого света, достаточно дешевы и характеризуются малым потреблением энергии, то все более перспективным представляется применение СД вместо традиционной осветительной аппаратуры. Кроме того, СД имеют длительный срок службы. Например, СД (светодиодные) лампы могут работать 50000 часов, что достигает 50-кратной эксплуатационной долговечности лампы накаливания.
Для достижения упомянутого длительного срока службы одним важным аспектом, подлежащим рассмотрению, является регулирование теплообмена СД для исключения перегрева СД или СД модуля. Данная задача не является простой, поскольку СД выделяют тепло назад, т.е. в направлении, противоположном направлению световых пучков, в сравнении с традиционной осветительной аппаратурой, которая в основном передает выделяемое тепло посредством излучения света. В частности, когда СД устанавливают, например, на крышах или потолках, возможно, усложнится обеспечение достаточного охлаждения из-за стесненного окружающего пространства СД. Кроме того, например, при использовании СД в помещении, например в аппаратуре для направленного вверх и вниз освещения, существует потребность в компактных модулях с большим световым потоком, которые допускают проецирование в ограниченных углах световых пучков. В данных случаях на небольшой площади совместно размещают множество СД, что обеспечивает такое количество тепла, что отдельный радиатор может быть не в состоянии обеспечить достаточное охлаждение.
Решение данной проблемы состоит в обеспечении активного элемента охлаждения, например, вентиляторов или мембран, чтобы обеспечить достаточную степень охлаждения. Однако решения данного типа являются дорогими и иногда ненадежными вследствие их ограниченной эксплуатационной долговечности. Следовательно, существует дополнительная потребность в усовершенствовании регулирования теплообмена СД.
В документе EP2180249A1 раскрывается круглый СД (светодиодный) прожектор заливающего света, содержащий нанораспределитель, имеющий одну сторону, которая находится в контакте с подложкой для монтажа СД, и другую сторону, которая продолжена на заданную длину для формирования удлиненных частей нанораспределителя, верхнюю крышку, содержащую внутренние штифты для отвода тепла, которые находятся в контакте с удлиненными частями нанораспределителя, верхний колпачок, зафиксированный к верхнему концу верхней крышки, нижний элемент для отвода тепла, вставленный вовнутрь верхней крышки и имеющий внутреннюю поверхность, которая находится в контакте с удлиненными частями нанораспределителя, и внешнюю поверхность, которая находится в контакте с внутренней поверхностью внешнего корпуса верхней крышки.
В документе WO2011/094166A1 раскрывается модуль приводного механизма СД, собранный с распределителем. Контактная поверхность между дистальной поверхностью модуля приводного механизма СД и проксимальной поверхностью распределителя может содержать теплопроводящую среду, например теплопроводящую подкладку и/или термопасту или теплопроводящий клей.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного теплопередающего устройства для светоизлучающего диода, чтобы по меньшей мере частично решить вышеупомянутые проблемы.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предлагается теплопередающее устройство для охлаждения по меньшей мере одного светоизлучающего диода, при этом теплопередающее устройство содержит центральный участок, сконфигурированный для установки светоизлучающего диода и выполненный с возможностью приема тепла, выделяемого из светоизлучающего диода при излучении света, и множество удлиненных теплопередающих элементов, имеющих, каждый, первый концевой участок, соединенный с центральным участком, и второй концевой участок, который при вставке в корпус сконфигурирован с возможностью примыкания к внутренней поверхности корпуса, чтобы выделенное тепло передавалось путем теплообмена корпусу.
Настоящее изобретение основано на понимании, что можно обеспечить теплопередающее устройство, которое при вставке в корпус может передавать тепло, выделяемое СД, корпусу, т.е., следовательно, корпус действует как радиатор для СД или СД модуль. Кроме того, так как СД во многих вариантах применения расположен в центре корпуса, т.е. отдаленно от внутренней поверхности корпуса, настоящее изобретение основано также на понимании, что посредством обеспечения удлиненных элементов, соединенных с центральным участком теплопередающего устройства и продолжающихся в направлении к внутренней поверхности корпуса, тепло, выделяемое СД, может передаваться путем теплообмена корпусу при установке в корпус, так как второй концевой участок при установке в корпус примыкает к внутренней поверхности корпуса таким образом, что между корпусом и теплопередающим устройством существует тепловое соединение. Тепло, передаваемое корпусу, может впоследствии отводиться в окружающую среду. Следовательно, преимущество изобретения состоит по меньшей мере в том, что обеспечивается пассивное теплопередающее устройство, которое может снижать потребность во внешнем вентиляторе или мембранах для обеспечения достаточного охлаждения. Другое преимущество настоящего изобретения состоит также в том, что уже существующие корпуса осветительных устройств и ламп, применяемые для классической технологии освещения, например осветительной аппаратуры на лампах накаливания, компактных люминесцентных ламп (CFL), газоразрядных ламп высокой интенсивности (HID) и т.п., можно использовать как радиатор посредством обеспечения удлиненных теплопередающих элементов в СД модуле, что допускает усовершенствование, относящееся к взаимозаменяемости СД и классической технологии освещения, а также снижение потребности в дополнительном радиаторе для регулирования теплообмена. В последующем и по всему описанию удлиненные теплопередающие элементы следует понимать как элементы, которые при размещении с примыканием к, например, внутренней поверхности корпуса могут изгибаться и подстраиваться к конкретной геометрии корпуса.
Первый концевой участок удлиненных теплопередающих элементов может быть соединен с центральным участком множеством способов. Например, первый концевой участок может составлять единое целое с центральным участком. Таким образом, удлиненные теплопередающие элементы и центральный участок могут быть обеспечены из одного и того же листа материала, например листа алюминия или графита. Первые концевые участки могут быть также отдельно обеспечены к центральному участку, т.е. соединены с центральным участком соединительным средством. Упомянутое соединительное средство может быть, например, резьбовым соединением, сварным швом, клеем и т.п. В случае соединения первых концевых участков удлиненных теплопередающих элементов с центральным участком при посредстве соединительного средства первый концевой участок или позиции центрального участка, предназначенные для вмещения концевых участков, могут быть снабжены материалом для теплового контакта, который дополнительно поясняется ниже. Таким образом, характеристики теплопроводности между центральным участком и удлиненными теплопередающими элементами могут быть выше, чем в отсутствие материала для теплового контакта.
В дальнейшем выражение «тепло передачи» следует понимать как тепло, которое выделяется на центральном участке теплопередающего устройства и затем передается дальше по удлиненным теплопередающим элементам к корпусу.
Кроме того, удлиненные теплопередающие элементы могут быть предпочтительно выполнены из теплопроводящего материала, например, алюминия. Разумеется, возможны другие материалы, например, медь или графит и т.п. Следовательно, при выборе материала для удлиненных теплопередающих элементов, важным аспектом является свойство удлиненных теплопередающих элементов допускать требуемую передачу тепла.
Вторые концевые участки множества удлиненных теплопередающих элементов формируют геометрическую площадь, которая больше площади поперечного сечения внутренней поверхности корпуса, так что, когда теплопередающее устройство вставлено в корпус, множество удлиненных теплопередающих элементов изгибается при упоре во внутреннюю поверхность корпуса. Геометрическую площадь вышеописанных удлиненных теплопередающих элементов следует понимать как нефизическую площадь, оконтуренную вторыми концевыми участками. Например, если удлиненные теплопередающие элементы сформированы на, в общем, круглом центральном участке, данные элементы могут иметь форму кривой и совместно формируют лепестковую конфигурацию. В данном случае геометрическая площадь является, следовательно, по существу круглой площадью, оконтуренной границей вторых концевых участков и при этом по существу круглая площадь имеет диаметр, который больше, чем диаметр корпуса, для вставки в который выполнено теплопроводящее устройство. С другой стороны, если удлиненные теплопередающие элементы сформированы, например, на в общем прямоугольном центральном участке, предназначенном для, в общем, прямоугольного корпуса, то вторые концевые участки удлиненных теплопередающих элементов могут формировать по существу прямоугольную геометрическую площадь, т.е. геометрическая площадь оконтурена четырьмя «стенками», сформированными вторыми концевыми участками удлиненных теплопередающих элементов. Следовательно, в последнем примере площадь по существу прямоугольной площади должна быть больше, чем в целом прямоугольная площадь корпуса. Таким образом, из вышеприведенных примеров представляется, что можно обеспечивать разную взаимную конфигурацию удлиненных теплопередающих элементов в зависимости от конкретного корпуса, для вставки в который предназначено теплопередающее устройство. Однако следует отметить, что прямоугольная форма вышеописанной геометрической площади может быть равным образом обеспечена для в целом цилиндрического центрального участка и наоборот. Описание вышеприведенных примеров приведено только для пояснения.
Преимущество обеспечения вышеупомянутой геометрической площади вторых концевых участков больше площади поперечного сечения корпуса состоит по меньшей мере в том, что, когда теплопередающее устройство обеспечат в корпусе, удлиненные теплопередающие элементы будут находиться в контакте с внутренней поверхностью корпуса и в то же время будут немного изогнуты относительно их предшествующей конфигурации. Следовательно, усилие прижима вторых концевых участков удлиненных теплопередающих элементов к внутренней поверхности корпуса будет увеличено, т.е. вторые концевые участки удлиненных теплопередающих элементов будут примыкать к внутренней поверхности корпуса при сборке с корпусом, что делает возможным передачу тепла через удлиненные теплопередающие элементы к корпусу.
Кроме того, вторые концевые участки множества удлиненных теплопередающих элементов содержат материал для теплового контакта, имеющий коэффициент трения ниже, чем остальные части удлиненных теплопередающих элементов. Таким образом, контактная поверхность между удлиненными теплопередающими элементами и корпусом, в который подлежит вставке теплопередающее устройство, может быть снабжена теплопроводящим материалом, чтобы дополнительно улучшать передачу тепла корпусу. Кроме того, посредством обеспечения материала, также характеризующегося низким коэффициентом трения, можно дополнительно усовершенствовать и упростить сборку теплопередающего устройства в корпусе, так как вторые концевые участки удлиненных теплопередающих элементов могут легче сдвигаться по внутренней поверхности в сравнении с концевыми участками из такого же материала, как остальные удлиненные теплопередающие элементы. Материал для теплового контакта может содержать графит. Графитовый материал общеизвестен и легко наносится, поскольку данный материал может иметь клейкую сторону для прикрепления ко второму концевому участку, является сравнительно плотно прилегающим и может быть выполнен с относительно низким коэффициентом трения на стороне, обращенной к корпусу, и в то же время имеющим также высокие тепловые характеристики. Конечно, предусмотрена также возможность применения других материалов или сочетания материалов. Например, вторые концевые участки могут быть снабжены плотно прилегающей теплопроводящей подкладкой, содержащей тонкую пластиковую пленку на одной стороне, вместе с формированием липкой стороны для закрепления ко второму концевому участку и стороны с низким коэффициентом трения для скользящего контакта с корпусом. Следовательно, можно применить любой материал или любое сочетание материалов, который(ое) может выполнять функцию материала для теплового контакта, с липкой стороной в контакте со вторыми концевыми участками и со стороной с низким коэффициентом трения, выполненной с возможностью скользящего контакта с внутренней поверхностью корпуса.
В соответствии с другим примерным вариантом осуществления контактная поверхность между первым концевым участком удлиненных теплопередающих элементов и центральным участком теплопередающего устройства может быть снабжена вторым материалом для теплового контакта. Тем самым можно повысить характеристики теплопроводности между удлиненными теплопередающими элементами и центральным участком. Второй материал для теплового контакта может отличаться от материала для теплового контакта, обеспеченного на вторых концевых участках множества удлиненных теплопередающих элементов. Второй материал для теплового контакта может быть, например, термопастой или материалом с изменяемым фазовым состоянием. Однако изобретение не ограничено применением упомянутых материалов, и можно также применить графит благодаря его высоким характеристикам теплопроводности. Однако, так как первый концевой участок более или менее плотно закреплен к центральному участку, как изложено выше, то, следовательно, в данном случае отсутствует особая потребность в материале с коэффициентом трения ниже, чем на остальных частях удлиненных теплопередающих элементов.
Кроме того, площадь центрального участка может быть меньше площади СД модуля, содержащего светоизлучающий диод, при этом СД модуль выполнен с возможностью соединения с площадью центрального участка. Площадь центрального участка следует понимать как площадь, оконтуренную границами, сформированными первыми концевыми участками удлиненных теплопередающих элементов. Следовательно, когда СД модуль соединяют с центральным участком посредством, например, винтов или подобных средств, СД модуль нажимает на первые концевые участки удлиненных теплопередающих элементов, которые вследствие этого отгибаются наружу от центрального участка. Преимущество состоит по меньшей мере в том, что между вторыми концевыми участками удлиненных теплопередающих элементов и корпусом будет обеспечиваться большее давление, когда теплопередающее устройство размещают в корпусе.
В соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один из удлиненных теплопередающих элементов может содержать удлиненную прорезь, продолжающуюся от вторых концевых участков в направлении центрального участка. Преимущество состоит по меньшей мере в том, что можно дополнительно повысить гибкость удлиненных теплопередающих элементов. Например, в случае если корпус, которому должно передаваться тепло от СД модуля, является стеклянным корпусом, например, корпусом-рефлектором для галогенной лампы типа MR16, то внутренняя поверхность данного корпуса может иметь двоякую кривизну для формирования параболического рефлектора. Следовательно, удлиненные теплопередающие элементы могут быть направлены либо к основанию, либо к оптическому выходному окну осветительного узла, например, в зависимости от того, является ли оптическое решение одиночным коллиматором, мультиколлиматором или рефлектором и т.п., а также в зависимости от доступного пространства внутри стеклянного корпуса. Таким образом, удлиненные теплопередающие элементы, имеющие выполненные в них удлиненные прорези, могут при вставке в корпус касаться внутренней поверхности корпуса и, следовательно, плотно примыкать к поверхности с двоякой кривизной. Кроме того, каждый из удлиненных теплопередающих элементов может быть снабжен множеством удлиненных прорезей. Данное решение может дополнительно повысить гибкость. Множество удлиненных прорезей может также уменьшать пластическую деформацию каждого удлиненного теплопередающего элемента, что расширяет возможности установки бывших в употреблении теплопередающих элементов в новые корпуса, т.е. расширяет возможности повторного использования теплопередающих элементов. Кроме того, уменьшение пластической деформации может также увеличивать контактные усилия между вторыми концевыми участками и внутренней поверхностью корпуса.
В соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения удлиненные теплопередающие элементы могут быть сформированы контактными щетками, содержащими теплопроводящий материал. Формулировка «контактные щетки» следует понимать так, что удлиненные теплопередающие элементы сформированы стрелками в виде контактной щетки, передающими, каждая, тепло, выделяемое СД модулем, корпусу. Контактные щетки полезны тем, что они могут плотно прилегать к почти любой возможной геометрической конфигурации корпуса.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается осветительный узел, содержащий по меньшей мере один светоизлучающий диод, вышеописанное теплопередающее устройство и корпус для вмещения теплопередающего устройства. Этот по меньшей мере один светоизлучающий диод может быть, например, СД модулем.
Кроме того, осветительный узел может дополнительно содержать формирующий элемент, сконфигурированный для приема света, излучаемого светоизлучающим диодом, и обеспечения светового пучка по предварительно заданной форме. Более того, формирующий элемент может быть по меньшей мере одним из рефлектора, коллиматора или линзы. Таким образом, свет, излучаемый светоизлучающим диодом, можно приводить к конкретной требуемой форме. Эффекты и признаки данного аспекта в значительной мере аналогичны эффектам и признакам, описанным выше в отношении других аспектов настоящего изобретения.
В соответствии с примерным вариантом осуществления осветительный узел может дополнительно содержать нажимной диск, размещенный сверху теплопередающего устройства. Таким образом, нажимной диск можно размещать для обеспечения дополнительного давления на удлиненный теплопередающий элемент, чтобы дополнительно гарантировать примыкание удлиненных теплопередающих элементов к корпусу. Данное решение может быть особенно полезным в случае, когда теплопередающее устройство выполнено из графитового материала, обладающего меньшей гибкостью, чем, например, алюминий. Однако нажимной диск может быть полезен со всеми материалами, используемыми для теплопередающего устройства, а не только с графитом, поскольку упомянутый диск обеспечивает дополнительное контактное давление между теплопередающим устройством и, например, внутренней поверхностью корпуса. Соответственно, в данном случае нажимной диск обеспечивает давление на графитовое теплопередающее устройство, в результате чего обеспечивается достаточное примыкание теплопередающего устройства к корпусу. Таким образом, передачу тепла от центрального участка к корпусу можно гарантировать дополнительно. Следует также отметить, что осветительный узел может содержать по меньшей мере два теплопередающих устройства, например два теплопередающих устройства, одно сверху другого. В данном случае нажимной диск может быть обеспечен, например, между двумя теплопередающими устройствами.
Кроме того, осветительный узел может содержать сжимаемый нажимной элемент, при этом теплопередающее устройство расположено между корпусом и сжимаемым нажимным элементом. Сжимаемый нажимной элемент может быть, например, губчатым диском, который имеет относительно мягкую поверхность в сравнении с, например, нажимной пластиной, выполненной из металлического материала. Преимущество состоит по меньшей мере в том, что давление между сжимаемым нажимным элементом и теплопередающим устройством может прикладываться более равномерно, поскольку губчатый диск может плавно прилегать к удлиненным теплопередающим элементам теплопередающего устройства. Кроме того, может уменьшаться износ теплопередающего элемента в сравнении с, например, металлической неэластичной нажимной пластиной.
В соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения осветительный узел может дополнительно содержать радиаторную пластину, расположенную оптически в осветительном узле и сконфигурированную с возможностью отвода тепла, выделенного по меньшей мере одним светоизлучающим диодом в оптическом направлении осветительного узла. Соответственно, радиаторная пластина может быть расположена в направлении, противоположном направлению нормального отвода тепла от СД лампы. Радиаторная пластина может быть механически соединена, например, со вторыми концевыми участками удлиненных теплопередающих элементов. Данное соединение может быть получено, например, посредством обеспечения примыкания вторых концевых участков к радиаторной пластине, изгиба или складывания участка вторых концевых участков вокруг радиаторной пластины и т.п. Тем самым можно дополнительно улучшить отвод тепла от СД модуля, поскольку тепло может передаваться как корпусу, так и радиаторной пластине, из которой тепло отдается дальше, например в атмосферный воздух.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении прилагаемой формулы изобретения и нижеследующего описания. Специалисту понятно, что разные признаки настоящего изобретения можно объединять для создания вариантов осуществления, отличающихся от нижеописанных вариантов осуществления, без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные и другие аспекты настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, представляющие примерные варианты осуществления изобретения, на которых:
Фиг. 1 - вид в перспективе теплопередающего устройства и корпуса перед установкой в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - вид в перспективе с частичным разрезом примерного варианта осуществления, показанного на фиг. 1, в установленной конфигурации;
Фиг. 3 - вид сбоку в разрезе теплопередающего устройства, имеющего два слоя удлиненных теплопередающих элементов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - вид в перспективе другого варианта осуществления теплопередающего устройства в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 5 - изображение примерного варианта осуществления теплопередающего устройства, имеющего прорези, обеспеченные в удлиненных теплопередающих элементах;
Фиг. 6 - изображение примерного варианта осуществления теплопередающего устройства, в котором удлиненные теплопередающие элементы сформированы контактными щетками;
Фиг. 7 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей примерного варианта осуществления осветительного узла в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 8 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей еще одного примерного варианта осуществления осветительного узла в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 9 - вид в перспективе варианта осуществления осветительного узла, содержащего радиаторную пластину, размещенную оптически в осветительном узле; и
Фиг. 10 - дополнительный вариант осуществления радиаторной пластины, показанной на фиг. 9.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ниже приведено более полное описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображены предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Однако настоящее изобретение можно осуществлять во многих других формах и не следует интерпретировать как ограниченное вариантами осуществления, описанными в настоящей заявке; напротив, приведенные варианты осуществления предусмотрены для полноты и завершенности и полностью передают специалисту сведения об объеме изобретения. Одинаковые условные обозначения везде относятся к одинаковым элементам.
На фиг. 1 чертежей, в частности, представлен вид в перспективе теплопередающего устройства 100 перед вставкой в корпус 200 в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 1, теплопередающее устройство 100 содержит центральный участок 102. Центральный участок 102 сконфигурирован для установки СД 302 или СД модуля 300, при этом в изображенном варианте осуществления СД модуль 300 содержит смонтированные на нем СД 302. СД модуль 300 может быть прикреплен к центральному участку 102 теплопередающего устройства 100 рядом способов, например посредством винтов, болтов, клея и т.д. В изображенном варианте осуществления СД модуль 300 выполнен с возможностью соединения с центральным участком 102 посредством винтов через соответствующие отверстия 103 под винты, расположенные в центральном участке 102. Кроме того, теплопередающее устройство 100 содержит множество удлиненных теплопередающих элементов 104, изображенных в данном случае в виде удлиненных пластинок или пальцев, продолжающихся от центрального участка 102 теплопередающего устройства 100, при этом каждый из удлиненных теплопередающих элементов 104 имеет первый концевой участок 106, соединенный с центральным участком 102. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, каждый из первых концевых участков 106 удлиненных теплопередающих элементов 104 соединен с боковой стороной 105 центрального участка 102. Однако первые концевые участки 106 удлиненных теплопередающих элементов 104 могут быть также соединены с верхней 107 или нижней 109 стороной центрального участка 102. Первый концевой участок 106 удлиненных теплопередающих элементов 104 может быть соединен с центральным участком рядом способом и в нескольких конфигурациях. Например, первый концевой участок 106 можно соединять посредством внешнего крепежного средства, например резьбовым соединением, болтовым соединением, клеем, сварным швом и т.п. Кроме того, если удлиненные теплопередающие элементы 104 соединены внешним крепежным средством, то между первым концевым участком 106 удлиненных теплопередающих элементов 104 и центральным участком 102 можно обеспечить материал для теплового контакта, чтобы повысить теплопроводность между упомянутыми частями. Кроме того, первый концевой участок 106 удлиненных теплопередающих элементов 104 может также составлять единое целое с центральным участком 102, т.е. удлиненные теплопередающие элементы 104 и центральный участок 102 могут быть обеспечены из одного и того же листа материала.
Кроме того, каждый из удлиненных теплопередающих элементов 104 содержит также второй концевой участок 108, расположенный на противоположной стороне удлиненных теплопередающих элементов 104 относительно первого концевого участка 106. В примерном варианте осуществления, приведенном на фиг. 1, второй концевой участок 108 содержит материал 110 для теплового контакта, изображенный в данном случае как графит. Графитовый материал выполнен с липкой стороной для соединения со вторым концевым участком 108 и противоположной стороной, характеризующейся меньшим коэффициентом трения в сравнении с участком удлиненных теплопередающих элементов 104, не снабженным материалом для теплового контакта. Сторона графита, характеризующаяся меньшим коэффициентом трения, расположена для нахождения в контакте с внутренней поверхностью 202 корпуса 200, когда теплопередающее устройство 100 вставлено в корпус 200, что дополнительно поясняется ниже в связи с фиг. 2. Кроме того, геометрическая площадь 112, сформированная границами, оконтуренными вторыми концевыми участками 108 удлиненных теплопередающих элементов 104, в изображенном варианте осуществления больше, чем площадь поперечного сечения, сформированная внутренней поверхностью 202 корпуса 200, в который следует вставлять теплопередающее устройство 100. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, геометрическая площадь имеет круглую форму, но, разумеется, может иметь также другие формы, например прямоугольную форму, что поясняется ниже со ссылкой на фиг. 4.
Более того, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения и как показано на фиг. 1, площадь СД модуля 300, который выполнен с возможностью соединения с центральным участком 102 теплопередающего устройства 100, может быть больше соответствующей площади центрального участка 102. Таким образом, когда СД модуль 300 соединяют с центральным участком 102, периферическая часть СД модуля 300 будет примыкать к удлиненным теплопередающим элементам 104 и тем самым по меньшей мере немного изгибать их наружу относительно их первоначальной конфигурации. Таким образом, между СД модулем 300 и удлиненными теплопередающими элементами 104 обеспечивается давление. В соответствии с другим примером центральный участок 102 и удлиненные теплопередающие элементы 104 могут быть обеспечены из одного и того же листа материала.
Для еще более подробного изложения изобретения нижеследующее описание сосредоточено в основном на удлиненных теплопередающих элементах 104. Удлиненные теплопередающие элементы 104 соединены, как изложено выше, с центральным участком 102 теплопередающего устройства 100 и продолжаются наружу от него и, как показано, например, на фиг. 1, в направлении, которое приблизительно перпендикулярно поверхности центрального участка 102 и направлено к отверстию 204 корпуса 200, при установке в корпус, что изображено на фиг. 2. Однако удлиненные теплопередающие элементы 104 могут с таким же успехом продолжаться в противоположном направлении (не показанном в данном случае), т.е. к нижнему участку 206 корпуса, вместо продолжения к отверстию 204. Кроме того, в соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления изобретения, изображенным на фиг. 3, теплопередающее устройство может также содержать два «слоя» удлиненных теплопередающих элементов 104, при этом первый слой 306 имеет продолжение к отверстию 204 корпуса 200, и второй слой 308 имеет продолжение к нижнему участку 206 корпуса 200. Тем самым можно обеспечить увеличение площади теплопередачи между вторыми концевыми участками 108 удлиненных теплопередающих элементов 104 и внутренней поверхностью 202 корпуса 200. Кроме того, крепление теплопередающего устройства 100 к корпусу 200 можно упростить посредством обеспечения, например, прорези или подобного элемента в корпусе, в которой(ом) можно подсоединять вторые концевые участки 108 первого 306 и/или второго 308 слоя. Следует понимать, что прорезь можно с таким же успехом заменить дополнительным кольцом, расположенным на внутренней поверхности 202 корпуса 200, при этом вторые концевые участки 108 удлиненных теплопередающих элементов 104 могут прилегать к кольцу. Кроме того, удлиненные теплопередающие элементы 104 могут быть предпочтительно выполнены из металлического материала, который имеет удовлетворительную характеристику теплопроводности и не является слишком жестким, чтобы обладать способностью к деформации и изгибу под воздействием сжатия со стороны корпуса 200, что дополнительно поясняется ниже в связи с описанием фиг. 2. Упомянутый материал может быть, например, алюминием. Разумеется, предполагаются возможными другие альтернативы, например медь, тепловые трубки, плоские тепловые трубки и т.п.
Далее, на фиг. 2 изображено теплопередающее устройство 100, содержащее СД модуль 300, соединенный с центральным участком 102, который соединен с внутренней поверхностью 202 корпуса 200 посредством удлиненных теплопередающих элементов 104 с формированием, тем самым, осветительного узла, выполненного с возможностью вставки в, например, осветительную арматуру дорог, отвесы и т.п. Когда СД модуль 300 соединен с центральным участком 102, внешняя периферия СД модуля 300 примыкает к удлиненным теплопередающим элементам 104, как изложено выше. Таким образом, между СД модулем 300 и удлиненными теплопередающими элементами 104 обеспечивается такое давление, что удлиненные теплопередающие элементы 104 по меньшей мере немного отгибаются наружу по отношению к их первоначальной конфигурации. Кроме того, как также изложено выше, геометрическая площадь 112, сформированная концевыми участками 108 удлиненных теплопередающих элементов 104, в изображенном варианте осуществления больше площади поперечного сечения внутренней поверхности 202 корпуса 200. Тем самым, когда теплопередающее устройство 100 будут вставлять в корпус, как показано на фиг. 2, вторые концевые участки 108 или, в частности, материал 110 для теплового контакта будет сдвигаться по внутренней поверхности 202 корпуса таким образом, что удлиненные теплопередающие элементы 104 будут по меньшей мере немного изгибаться внутрь, что обеспечивает давление между вторыми концевыми участками 108 и внутренней поверхностью 202 корпуса 200. Упомянутое давление будет, с одной стороны, допускать фиксацию теплопередающего устройства 100 относительно внутренней поверхности 202 корпуса 200 и, с другой стороны, обеспечивать сравнительно надежный тепловой контакт между вторыми концевыми участками 108 и внутренней поверхностью 202. Однако теплопередающее устройство 100 может быть также соединено с корпусом 200 другим способом кроме одного только давления между вторыми концевыми участками 108 и внутренней поверхностью 202 корпуса 200, например посредством внешнего резьбового соединения или зацепа и т.п. Разумеется, предполагаются возможными другие альтернативы, например кольцо, расположенное внутри удлиненных теплопередающих элементов 104 и выполненное с возможностью приложения давления к удлиненным теплопередающим элементам 104 для отгибания их наружу, чтобы между вторыми концевыми участками 108 удлиненных теплопередающих элементов 104 и внутренней поверхностью 202 корпуса 200 можно было обеспечить усиленное давление.
Кроме того, когда СД модуль 300 закрепляют к теплопередающему устройству 100, которое вставляют в корпус 200, СД модуль 300 подсоединяют к внешнему источнику питания (не показанному в данном случае), чтобы снабжать СД 302 питанием. В таком случае СД 302 могут излучать свет в направлении отверстия 204 корпуса 200. Тогда тепло, выделяемое СД 302 во время излучения света, передается центральному участку 102 теплопередающего устройства 100, т.е. отдается в направлении, противоположном световым пучкам СД. Затем тепло передается по удлиненным теплопередающим элементам 104, которые примыкают к внутренней поверхности 202 корпуса 200, как изложено выше, чтобы тепло передавалось дальше от удлиненных теплопередающих элементов 104 корпусу 200 через вторые концевые участки 108. Затем тепло, получаемое корпусом 200, отдается в окружающую среду, т.е. отводится из осветительного узла. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено корпусом 200, отдающим тепло непосредственно в окружающую среду, корпус 200 может быть, разумеется, в свою очередь соединен непосредственно или косвенно с внешним теплопередающим элементом, например радиатором или подобным элементом, который, в свою очередь, отводит выделяемое тепло.
Далее на фиг. 4 изображен другой примерный вариант осуществления теплопередающего устройства 400 в соответствии с настоящим изобретением. Теплопередающее устройство в варианте осуществления на фиг. 4 выполняет такие же функции, как теплопередающее устройство, описанное выше в связи с фиг. 1 и 2, и данные признаки и функции не поясняются дополнительно в дальнейшем, если конкретно не указано. В настоящем случае, как показано на фиг. 4, теплопередающее устройство 400 и, в частности центральный участок 402, имеет в целом прямоугольную форму, которая предназначена для соединения с корпусом в целом прямоугольной формы (не показанным в данном случае). Центральный участок 402 снабжен множеством удлиненных теплопередающих элементов 104 по каждому из его краев, при этом в настоящем случае показано по три удлиненных теплопередающих элемента 104, расположенных на каждом из краев центрального участка 402. Как изложено выше, геометрическая площадь, оконтуренная вторыми концевыми участками 208, может быть предпочтительно больше площади поперечного сечения внутренней поверхности корпуса. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 4, геометрическая площадь, следовательно, является в целом прямоугольной площадью с каждой из ее сторон, сформированной тремя концевыми участками 208 удлиненных теплопередающих элементов 104.
В соответствии с еще одним дополнительным примерным вариантом осуществления теплопередающего устройства 100 далее приведены ссылки на фиг. 5 и 6. На фиг. 5 изображен примерный вариант осуществления теплопередающего устройства 100 в соответствии с настоящим изобретением, в котором удлиненные теплопередающие элементы 104 снабжены удлиненными прорезями 502. Как показано на фиг. 5, удлиненные прорези 502 обеспечены как вырезы в удлиненных теплопередающих элементах 104 и продолжаются в направлении от вторых концевых участков 108 к первым концевым участкам 106 удлиненных теплопередающих элементов 104. Разумеется, число удлиненных прорезей 502 для каждого из удлиненных теплопередающих элементов 104 может изменяться и зависит от, например, выбранной исходной ширины удлиненных теплопередающих элементов, требуемого промежутка между вырезами, выбранного материала для теплопередающих элементов и/или других релевантных параметров.
Далее на фиг. 6 изображен еще один примерный вариант осуществления теплопередающего устройства 100 в соответствии с настоящим изобретением. Как показано, теплопередающее устройство 100 содержит множество удлиненных теплопередающих элементов 104. Удлиненные теплопередающие элементы 104 в теплопередающем устройстве, изображенном на фиг. 6, сформированы как множество стрелок 602, которые совместно формируют теплопередающий элемент в виде контактной щетки. Теплопередающий элемент в виде контактной щетки может быть сформирован из теплопроводящего материала, например алюминия меди, графита и т.п. Кроме того, плотность «ворсинок», конечно, может изменяться и зависит от конкретного применения, например конструкции и геометрии корпуса, в котором подлежит размещению осветительный узел и, следовательно, теплопередающее устройство 100.
Далее на фиг. 7-9 изображены дополнительные примерные варианты осуществления осветительного узла 700 в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 7 приведен вид в перспективе с пространственным разделением деталей примерного варианта осуществления осветительного узла 700 в соответствии с настоящим изобретением. Осветительный узел 700 содержит корпус 200, СД модуль 300, обеспеченный на приводном механизме 706 для электрического подключения СД модуля 300, теплопередающее устройство 100, прижимной диск 702 и коллиматор 708. Во время сборки осветительного узла, изображенного на фиг. 7, теплопередающее устройство 100 обеспечивают на приводном механизме 706. Затем СД модуль 300 размещают на теплопередающем устройстве 100 и электрически подключают к приводному механизму. Теплопередающее устройство 100 может быть любым из вышеописанных теплопередающих устройств. После этого прижимной диск 702 присоединяют сверху теплопередающего устройства 100 и узел, состоящий из приводного механизма 706, СД модуля 300, теплопередающего устройства 100 и прижимного диска 702, вставляют в корпус 200 осветительного узла 700. После этого на узле можно обеспечить коллиматор 708 для требуемого направления света, излучаемого СД модулем. Таким образом, теплопередающее устройство 100 соединено с СД модулем 300 и приводным механизмом 706, и концевые участки теплопередающих элементов примыкают к внутренней поверхности 202 корпуса 200, и поэтому тепло, выделяемое СД модулем 300 во время излучения света, может передаваться корпусу 200. Однако следует отметить, что вышеописанные этапы сборки являются всего лишь примерными и, конечно, этапы сборки осветительного узла можно выполнять несколькими способами и в ином порядке, чем вышеописанный порядок.
Кроме того, прижимной диск 702 сконфигурирован с возможностью обеспечения дополнительного давления на удлиненные теплопередающие элементы теплопередающего устройства 100, чтобы получать достаточное давление между удлиненными теплопередающими элементами и внутренней поверхностью 202 корпуса 200. В частности, в случае когда теплопередающее устройство 100 выполнено из графита, который менее гибок, чем, например, алюминий, прижимной диск 702 может быть особенно важен для обеспечения требуемого контакта между удлиненными теплопередающими элементами и внутренней поверхностью 202 корпуса 200.
Хотя вариант осуществления, изображенный на фиг. 7, представляет теплопередающее устройство 100, подлежащее установке на приводном механизме 706, теплопередающее устройство 100 может быть также снабжено сквозным отверстием, подобным изображенному прижимному диску 702. В данном случае теплопередающее устройство может быть установлено на СД модуле 300 таким образом, чтобы СД модуль 300 непосредственно устанавливался на приводной механизм 706. Изобретение также не ограничено использованием одного теплопередающего устройства 100, обеспеченного в осветительном узле, как показано на фиг. 7, и осветительный узел может также содержать второе теплопередающее устройство 100, которое, например, может быть установлено на прижимном диске 702, чтобы теплопередающее устройство 100 находилось с каждой стороны прижимного диска 702.
На фиг. 8 приведен вид в перспективе с пространственным разделением деталей еще одного примерного варианта осуществления осветительного узла 700 в соответствии с настоящим изобретением. Основное различие между осветительным узлом, изображенным на фиг. 7, и осветительным узлом, изображенным на фиг. 8, состоит в том, что прижимной диск 702 на фиг. 7 заменен сжимаемым нажимным элементом 706. Сжимаемый нажимной элемент 706 может быть, например, губчатым диском, имеющим относительно мягкую поверхность в сравнении с, например, нажимной пластиной, выполненной из металлического материала. Следовательно, сжимаемый нажимной элемент 706 можно размещать для обеспечения приблизительно равномерного давления на теплопередающее устройство 100, чтобы между, например, удлиненными теплопередающими элементами и внутренней поверхностью 202 корпуса 200 достигалось достаточное давление.
Кроме того, конфигурацию осветительного узла 700, изображенного на фиг. 8, конечно, можно составить таким же образом, как разные конфигурации, описанные в связи с фиг. 7. Соответственно, теплопередающее устройство 100 можно, например, устанавливать на СД модуле 300, чтобы СД модуль 300 непосредственно подключался к приводному механизму 706, и т.п.
На фиг. 9 приведен вид в перспективе варианта осуществления настоящего изобретения, в котором радиаторная пластина 902 размещена оптически в осветительном узле. Корпус 200, изображенный, например, на фиг. 7 и 8, не показан на фиг. 9 в целях иллюстрации. На фиг. 9 СД модуль 300 расположен и соединен с теплопередающим устройством в соответствии с одним из вышеописанных примеров. Радиаторная пластина 902 расположена в теплопередающем устройстве 100 таким образом, что окружное расстояние радиаторной пластины 902 немного меньше окружного расстояния, сформированного концевыми участками 108 теплопередающего устройства 100. Таким образом, радиаторная пластина 902 может быть установлена внутри теплопередающего устройства 100. Кроме того, когда радиаторную пластину 902 устанавливают внутри теплопередающего устройства 100, концевые участки 108 удлиненных теплопередающих элементов 104 изгибают или складывают по меньшей мере частично вокруг края 904 радиаторной пластины 902. Затем теплопередающее устройство 100 вместе с радиаторной пластиной 902 можно установить внутри корпуса 200. В данной конфигурации тепло, выделяемое СД модулем 300, может передаваться как внутренней поверхности 202 корпуса 200, как изложено выше, а также радиаторной пластине 902. Таким образом, тепло может также отводиться в оптическом направлении.
На фиг. 10 изображен другой вариант осуществления радиаторной пластины 1002. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 10, радиаторная пластина 1002 является по существу сплошной и СД модуль 300 закреплен к радиаторной пластине 1002, по сравнению с СД модулем 300, находящимся внутри теплопередающего устройства 100 и радиаторной пластины 902, как показано на фиг. 9. Таким образом, тепло, выделяемое СД модулем 300, передается по радиаторной пластине 1002 и дальше к концевым участкам 108 удлиненных теплопередающих элементов 104. Затем тепло передается внутренней поверхности 202 корпуса 200 на его пути к центральному участку теплопередающего устройства 100.
После изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения специалистом могут быть разработаны и внесены изменения в раскрытые варианты осуществления. Например, центральный участок теплопередающего устройства для вставки в корпус в целом прямоугольной формы можно выполнить круглым по форме, содержащим удлиненные теплопередающие элементы в целом прямоугольной формы, вместо вышеописанной круглой формы. Кроме того, в формуле изобретения выражение «содержащий» не исключает других элементов или этапов и признак единственного числа в форме неопределенного артикля не исключает множественного числа.
1. Теплопередающее устройство для охлаждения по меньшей мере одного светоизлучающего диода, при этом теплопередающее устройство содержит:
центральный участок, пригодный для установки светоизлучающего диода и для приема тепла, выделяемого из светоизлучающего диода при излучении света, и
множество удлиненных теплопередающих элементов, пригодных для вставки в корпус, имеющих каждый первый концевой участок, соединенный с центральным участком, и второй концевой участок, который пригоден для примыкания к внутренней поверхности корпуса, чтобы выделенное тепло передавалось путем теплообмена корпусу,
причем вторые концевые участки множества удлиненных теплопередающих элементов формируют геометрическую площадь, которая больше площади поперечного сечения внутренней поверхности корпуса, причем множество удлиненных теплопередающих элементов пригодны к изгибу при упоре во внутреннюю поверхность корпуса, и
причем вторые концевые участки множества удлиненных теплопередающих элементов содержат материал для теплового контакта, имеющий меньший коэффициент трения, чем остальные части удлиненных теплопередающих элементов.
2. Теплопередающее устройство по п. 1, в котором материал для теплового контакта содержит по меньшей мере одно из: графита, плотно прилегающей теплопроводящей подкладки, тонкой пластиковой пленки.
3. Теплопередающее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором контактная поверхность между первым концевым участком удлиненных теплопередающих элементов и центральным участком теплопередающего устройства снабжена вторым материалом для теплового контакта.
4. Теплопередающее устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором площадь центрального участка меньше площади СД модуля, содержащего светоизлучающий диод, при этом СД модуль выполнен с возможностью соединения с площадью центрального участка.
5. Теплопередающее устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором по меньшей мере один из удлиненных теплопередающих элементов содержит удлиненные прорези, продолжающиеся от вторых концевых участков в направлении к центральному участку.
6. Теплопередающее устройство по любому из пп. 1-2, в котором удлиненные теплопередающие элементы сформированы контактными щетками, содержащими теплопроводящий материал.
7. Осветительный узел, содержащий:
по меньшей мере один светоизлучающий диод,
теплопередающее устройство по любому из пп. 1-6, и
корпус для вмещения теплопередающего устройства.
8. Осветительный узел по п. 7, дополнительно содержащий формирующий элемент, сконфигурированный для приема света, излучаемого светоизлучающим диодом, и обеспечения светового пучка согласно предварительно заданной форме.
9. Осветительный узел по п. 8, в котором формирующий элемент является по меньшей мере одним из рефлектора, коллиматора или линзы.
10. Осветительный узел по любому из пп. 7-9, дополнительно содержащий нажимной диск, размещенный сверху теплопередающего устройства.
11. Осветительный узел по любому из пп. 7-9, дополнительно содержащий сжимаемый нажимной элемент, при этом теплопередающее устройство расположено между корпусом и сжимаемым нажимным элементом.
12. Осветительный узел по любому из пп. 7-9, дополнительно содержащий радиаторную пластину, расположенную оптически в осветительном узле и сконфигурированную с возможностью отвода тепла, выделенного по меньшей мере одним светоизлучающим диодом, в оптическом направлении осветительного узла.
13. Осветительный узел по п. 12, в котором окружное расстояние до радиаторной пластины меньше окружного расстояния, заданного вторыми концевыми участками удлиненных теплопередающих элементов, и при этом вторые концевые участки пригодны для изгиба или складывания по меньшей мере частично вокруг края радиаторной пластины.
