RU230857U1 - HEAT DISSIPATION PLATFORM FOR LED LIGHT - Google Patents
HEAT DISSIPATION PLATFORM FOR LED LIGHT Download PDFInfo
- Publication number
- RU230857U1 RU230857U1 RU2024111407U RU2024111407U RU230857U1 RU 230857 U1 RU230857 U1 RU 230857U1 RU 2024111407 U RU2024111407 U RU 2024111407U RU 2024111407 U RU2024111407 U RU 2024111407U RU 230857 U1 RU230857 U1 RU 230857U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- heat
- led
- item
- housing
- Prior art date
Links
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 17
- 238000013461 design Methods 0.000 description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 102220565735 Acid-sensing ion channel 4_F21S_mutation Human genes 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области светотехнических устройств. Теплоотводящая платформа для светодиодного светильника представляет собой выполненный из материала с высокой теплопроводностью корпус, являющийся радиатором отвода тепла в окружающую среду и используемый для закрепления на одной стороне корпуса как минимум один светодиодный модуль, а на другой - блок питания. Корпус теплоотводящей платформы для светодиодного светильника выполнен одним методом металлообработки (холодная штамповка/ лазерная резка/ гибка листового металла/ фрезерная обработка металла/ литье прокатного листа и т.п.). Корпус выполнен в виде тонкостенной пластины с площадкой иной формы в плане, от которой по двум противоположно лежащим сторонам отогнуты по длине площадки на одну сторону краевые части для образования боковых стенок, наклонно расположенных в противоположные стороны и в теле которых напротив участков размещения светодиодных модулей выполнены прорези, концевые участки которых со стороны площадки выполнены в этой площадке. Прорези напротив одного участка размещения светодиодного модуля выполнены наклонными в сторону, противоположную наклону прорезей, выполненных на смежно расположенном участке размещения другого светодиодного модуля. В платформе выполнены выпуклости (глухие отверстия) для крепежа и фиксации светодиодных модулей. 6 ил. The utility model relates to the field of lighting devices. The heat-dissipating platform for a LED lamp is a housing made of a material with high thermal conductivity, which is a radiator for heat dissipation into the environment and is used to secure at least one LED module on one side of the housing, and a power supply unit on the other. The housing of the heat-dissipating platform for the LED lamp is made using one metalworking method (cold stamping/laser cutting/sheet metal bending/milling of metal/rolled sheet casting, etc.). The housing is made in the form of a thin-walled plate with a platform of a different shape in plan, from which, on two opposite sides, the edge parts are bent along the length of the platform to one side to form side walls, inclined in opposite directions and in the body of which, opposite the areas where the LED modules are placed, slots are made, the end sections of which from the side of the platform are made in this platform. The slots opposite one section of the LED module placement are made inclined in the direction opposite to the inclination of the slots made in the adjacent section of the other LED module placement. The platform has bulges (blind holes) for fastening and fixing the LED modules. 6 fig.
Description
Полезная модель относится к области светотехнических устройств и касается конструкции теплоотводящего элемента светодиодного светильника, предназначенного как для освещения автострад, улиц, дорожной инфраструктуры, придомовой территории, промышленных и парковых зон и т.п.The utility model relates to the field of lighting devices and concerns the design of a heat-dissipating element of a LED lamp intended for lighting highways, streets, road infrastructure, residential areas, industrial and park areas, etc.
Наряду с неоспоримыми удобствами, светодиодные светильники имеют ряд существенных ограничений, связанных с высоким тепловыделением светодиодных модулей, значительно ограничивающие мощности или габариты изделия и оказывающей значительное влияние на ценообразование конечной продукции.Along with the undeniable conveniences, LED lamps have a number of significant limitations associated with the high heat output of LED modules, which significantly limit the power or dimensions of the product and have a significant impact on the pricing of the final product.
Светодиоды в процессе эксплуатации требуют строгого соблюдения температурных режимов. Это требование связано с тем, что при нагреве эффективность работы и срок службы светодиодов значительно снижаются. Основной причиной нагрева светодиода является тепло, вырабатываемое в процессе его работы. Поэтому для организации правильного режима работы требуется обеспечить эффективный отвод тепла. Время непрерывной работы при повышенной температуре значительно ускоряет процесс снижения яркости (деградацию), что приводит в итоге к сокращению срока полезного использования. Например, экспериментальные данные для двух одинаковых светодиодов при одинаковом токе показали, что срок службы светодиода будет отличаться в различных условиях эксплуатации: так при температуре окружающей среды -40°С кристалл нагревается не более чем до 25-30°С, а срок службы светодиода может составлять более 100 тыс. часов, а при температуре +40°С напротив: кристалл прогреется до +75-90°С, соответственно, уменьшится расчетный срок службы до 35 000 часов (снижение яркости светового потока на 30%).During operation, LEDs require strict adherence to temperature conditions. This requirement is due to the fact that when heated, the efficiency and service life of LEDs are significantly reduced. The main reason for the heating of the LED is the heat generated during its operation. Therefore, to organize the correct operating mode, it is necessary to ensure effective heat dissipation. Continuous operation at elevated temperatures significantly accelerates the process of brightness reduction (degradation), which ultimately leads to a reduction in the useful life. For example, experimental data for two identical LEDs at the same current showed that the service life of the LED will differ in different operating conditions: so at an ambient temperature of -40 ° C, the crystal heats up to no more than 25-30 ° C, and the service life of the LED can be more than 100 thousand hours, and at a temperature of + 40 ° C, on the contrary: the crystal will heat up to + 75-90 ° C, accordingly, the estimated service life will decrease to 35,000 hours (a decrease in the brightness of the luminous flux by 30%).
Ресурс работы светодиода прямо зависит от температуры нагрева кристалла, чем она ниже, тем больше ресурс. Обычно считают, что критическая температура для кристалла органического кремния составляет температурный диапазон 100-150°С, при этом скорость деградации кристалла значительно увеличивается при повышении силы тока к максимальному допустимому значению, а также при повышении температуры.The LED service life directly depends on the crystal heating temperature, the lower it is, the longer the service life. It is usually considered that the critical temperature for an organic silicon crystal is a temperature range of 100-150°C, while the rate of crystal degradation increases significantly with an increase in current strength to the maximum permissible value, as well as with an increase in temperature.
Деградация люминофора определяется в основном температурой: люминофор обычно наносят непосредственно на кристалл, который довольно сильно нагревается. Максимальная указываемая разработчиками неразрушающая температура функционирования кристаллов в светодиоде обычно не превышает 110-150°C. Но такой нагрев приводит к деградации люминофора и как следствие изменению цвета свечения светодиода от чисто-белого к фиолетовому или зеленому цвету.The degradation of the phosphor is determined mainly by temperature: the phosphor is usually applied directly to the crystal, which heats up quite strongly. The maximum non-destructive operating temperature of crystals in the LED, specified by the developers, usually does not exceed 110-150°C. But such heating leads to degradation of the phosphor and, as a consequence, a change in the color of the LED glow from pure white to violet or green.
В связи с этим решаются две задачи: отвод тепла от кристалла через элементы конструкции самого светодиодного модуля и отвод тепла от работы светодиодного светильника в целом (снижение нагрева общего объема корпуса светильника, в котором расположен светодиод). Как правило, вывод тепла из внутреннего объема корпуса решается достаточно просто за счет отверстий, щелей, радиаторов на поверхности корпуса и т.д., а вопрос охлаждения радиатора является не до конца решенной проблемой.In this regard, two problems are solved: heat removal from the crystal through the design elements of the LED module itself and heat removal from the operation of the LED lamp as a whole (reducing the heating of the total volume of the lamp housing in which the LED is located). As a rule, heat removal from the internal volume of the housing is solved quite simply by means of holes, cracks, radiators on the surface of the housing, etc., and the issue of radiator cooling is not a fully resolved problem.
В качестве примера можно рассмотреть конструкцию светодиодного светильника, включающего корпус с закрепленным на нем радиатором, элементами крепления светодиодной матрицы, защитного стекла и держателя с отверстием и механизмом крепления трубчатой консоли опоры, корпус светильника выполнен сборно-разборным в виде основания, в окнах которого в центральной его части смонтирована, по меньшей мере, одна светодиодная матрица, на основании над окнами смонтирован радиатор, по бокам основания закреплены продольные боковые стенки, связанные при помощи пазов-прорезей с направляющими воздушного потока, установленными над радиатором и по, меньшей мере, с двумя направляющими воздушного потока держателя, выполненными в виде ребер и смонтированными перпендикулярно продольной оси светильника, при этом головная часть корпуса выполнена в виде направляющих воздушного потока, смонтированных преимущественно параллельно продольной оси светильника, а держатель светильника выполнен из набора направляющих воздушного потока, дополнительно связанных друг с другом при помощи, по меньшей мере, трех пластин, верхняя из которых при помощи пазов-прорезей связана с, по меньшей мере, двумя направляющими корпуса (RU 2506492, F21S 13/10, опубл. 10.02.2014 г.).As an example, we can consider the design of a LED lamp, including a housing with a radiator fixed thereto, elements for fastening an LED matrix, protective glass and a holder with an opening and a mechanism for fastening a tubular support console, the housing of the lamp is made collapsible in the form of a base, in the windows of which at least one LED matrix is mounted in its central part, a radiator is mounted on the base above the windows, longitudinal side walls are fixed on the sides of the base, connected by means of grooves-slots with air flow guides installed above the radiator and with at least two air flow guides of the holder, made in the form of ribs and mounted perpendicular to the longitudinal axis of the lamp, wherein the head part of the housing is made in the form of air flow guides mounted mainly parallel to the longitudinal axis of the lamp, and the holder of the lamp is made of a set of air flow guides, additionally connected to each other by means of at least three plates, the upper of which is connected by means of grooves-slots with at least two guides of the housing (RU 2506492, F21S 13/10, published 02/10/2014).
Недостатком данного решения является технологическая сложность выполнения корпуса с радиатором. Корпус из теплопроводного материала состоит из основания, на котором закреплен радиатор сложной геометрической формы с множеством продольных тонкостенных выступов в виде ребер. Сами светодиодные компоненты и блок питания для них смонтированы в полости такого корпуса. Традиционно считается, что увеличение количества ребер теплоотвода позволяет повысить теплопередачу из полости корпуса во внешнюю среду. В реальности, это не позволяет полностью решить задачу теплоотвода. Радиатор представляет собой сложный элемент, имеющий основание в виде утолщенной части и отходящие от него тонкие ребра в виде пластинок. Теплоотвод производится благодаря боковым изгибам и их увеличение по количеству приводит к увеличению объема тепла, отдаваемого в окружающую среду. Но в реальности, тепло от светодиодного источника света отводится в теплоотводящее основание, а с него - через теплопроводящий материал пластин радиатора к их поверхностям теплообмена, откуда рассеивается в воздух. При этом охлажденные потоком воздуха или за счет конвекции ребра не являются основанием считать, что и светодиоды так же охлаждены. По сути, в таких светильниках идет трехступенчатый процесс переноса тепла: на первой ступени тепло нагревает основание радиатора, на второй стадии основание нагревает ребра, на третьей стадии ребра отдают тепло окружающей среде. То есть такой ступенчатый процесс теплопередачи для охлаждения светодиодных элементов и блока питания, на практике показал удовлетворительную работу для светодиодов небольшой мощности. При повышении мощности светодиодов конвекционный обор тепла на ребрах становится недостаточным для данной конструкции светильника.The disadvantage of this solution is the technological complexity of making a case with a radiator. A case made of heat-conducting material consists of a base on which a radiator of complex geometric shape with many longitudinal thin-walled protrusions in the form of ribs is fixed. The LED components themselves and the power supply for them are mounted in the cavity of such a case. It is traditionally believed that an increase in the number of heat-sink ribs allows increasing heat transfer from the case cavity to the external environment. In reality, this does not completely solve the problem of heat removal. The radiator is a complex element with a base in the form of a thickened part and thin ribs in the form of plates extending from it. Heat is removed due to lateral bends and their increase in number leads to an increase in the volume of heat released into the environment. But in reality, heat from the LED light source is removed to the heat-sink base, and from it - through the heat-conducting material of the radiator plates to their heat exchange surfaces, from where it is dissipated into the air. At the same time, the fins cooled by the air flow or by convection are not a reason to believe that the LEDs are cooled in the same way. In fact, in such lamps there is a three-stage heat transfer process: at the first stage, the heat heats the radiator base, at the second stage, the base heats the fins, at the third stage, the fins give off heat to the environment. That is, such a step-by-step heat transfer process for cooling LED elements and the power supply has shown satisfactory operation in practice for low-power LEDs. With an increase in the power of the LEDs, the convection heat transfer on the fins becomes insufficient for this lamp design.
Известен светодиодный уличный светильник, содержащий корпус-радиатор (выполнен из профиля, литым, выштампован или является сборным из этих частей) из теплопроводящего материала, с установленным(и) в нем световым(и) модулем(ями), закрытыми или незакрытыми плафонами, каждый из которых имеет хотя бы один твердотельный источник света и источник(и) тока для их питания, корпус-радиатор-кронштейн имеет прорези охлаждения, в корпусе-радиаторе выполнен центральный отсек и два периферийных для размещения световых модулей, причем центральный отсек предназначен для размещения источника(ов) питания и светового(ых) модуля(ей) или светового(ых) модуля(ей), а для уменьшения теплового сопротивления между внешними конструкциями и корпусом-радиатором светильника применяется теплопроводный материал (RU 149502, F21S 4/00, опубл. 10.01.2015 г.).A LED street light is known, comprising a radiator housing (made from a profile, cast, stamped or assembled from these parts) made of a heat-conducting material, with light module(s) installed therein, closed or unclosed lampshades, each of which has at least one solid-state light source and a current source(s) for powering them, the radiator housing-bracket has cooling slots, a central compartment and two peripheral compartments for accommodating light modules are made in the radiator housing, wherein the central compartment is intended to accommodate the power source(s) and the light module(s) or the light module(s), and a heat-conducting material is used to reduce the thermal resistance between the external structures and the radiator housing of the light (RU 149502, F21S 4/00, published 10.01.2015).
Это решение принято в качестве прототипа.This decision was adopted as a prototype.
Особенностью корпуса-радиатора является то, что он выполнен толстостенным и по форме имеет пластину-основание и отогнутые от пластины с наклоном боковые стенки, которые оканчиваются тонкостенными выступами-ребрами охлаждения. В полости корпуса между наклонными стенками смонтирован блок питания, а светодиодные элементы размещены на обратной стороне пластины-основания и на наклонных поверхностях боковых стенок.The radiator case is characterized by its thick-walled design and has a base plate and side walls bent away from the plate at an angle, ending in thin-walled cooling fins. A power supply is mounted in the cavity of the case between the inclined walls, and the LED elements are located on the back of the base plate and on the inclined surfaces of the side walls.
Такая конструктивная схема не обеспечивает гарантированного охлаждения светодиодных компонентов и блока питания. Это объясняется тем, что сам корпус является приемником тепла от работающих компонентов светильника. А ребра снимают тепло от этого корпуса. Но нагрев корпуса происходит быстрее, чем происходит теплоотвод от ребер. В известном решении все поверхности корпуса, несмотря на свою нетрадиционную для светильников форму типа лотка, закрыты размещенными на них светодиодными блоками. В этом случае, корпус не отводит тепло, а только принимает его, разогреваясь до рабочей температуры светодиодов (чипов). Внутренняя зона между наклонными боковыми стенками (дно) занято блоком питания, который перекрывает теплоотвод как от боковых стенок, так и от дна. При приеме тепла происходит разогрев массы корпуса с градиентом в направлении от поверхности наружной стенки внутрь срединной структуры материала. Этот разогрев корпуса происходит по всему его объему. В местах примыкания ребер тепловой поток взаимодействует с ребрами, разогревая их и осуществляя теплоотдачу в окружающую среду. То есть, будет происходить частичное охлаждение не светодиодных компонентов и блока питания, а самого корпуса и только в зонах примыкания к нему ребер. В этом решении так же используется схожий принцип охлаждения, который пригоден только для маломощных светодиодных источников светового излучения. При повышении мощности этих источников внутри корпуса будет создан тепловой режим, равный режиму перегрева чипов, что существенно уменьшает срок службы светильника.This design does not provide guaranteed cooling of the LED components and the power supply. This is explained by the fact that the housing itself is a heat sink from the operating components of the lamp. And the fins remove heat from this housing. But the heating of the housing occurs faster than the heat is removed from the fins. In the known solution, all surfaces of the housing, despite their unconventional tray-type shape for lamps, are covered with LED blocks placed on them. In this case, the housing does not remove heat, but only accepts it, heating up to the operating temperature of the LEDs (chips). The inner zone between the inclined side walls (bottom) is occupied by the power supply, which blocks the heat removal from both the side walls and the bottom. When receiving heat, the mass of the housing is heated with a gradient in the direction from the surface of the outer wall into the middle structure of the material. This heating of the housing occurs throughout its entire volume. In the places where the fins adjoin, the heat flow interacts with the fins, heating them and transferring heat to the environment. That is, partial cooling will occur not of the LED components and the power supply, but of the case itself and only in the areas where the ribs adjoin it. This solution also uses a similar cooling principle, which is suitable only for low-power LED light sources. When the power of these sources increases, a thermal mode equal to the overheating mode of the chips will be created inside the case, which significantly reduces the service life of the lamp.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности светодиодного светильника путем улучшения теплоотвода за счет изменения формы теплоотводящего элемента этого светильника.This utility model is aimed at achieving a technical result consisting in increasing the operational reliability of a LED lamp by improving heat dissipation due to a change in the shape of the heat-dissipating element of this lamp.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплоотводящей платформе для светодиодного светильника, представляющей собой выполненный способом металлообработки (в том числе способом холодной штамповки или лазерной резка или гибкой листового металла или фрезерной обработкой металла или литьем прокатного листа и т.п.), из материала с высокой теплопроводностью корпус, являющийся радиатором отвода тепла в окружающую среду и используемый для закрепления на одной стороне корпуса по крайней мере одного светодиодного модуля, а на другой блока питания, корпус выполнен в виде тонкостенной пластины с площадкой, от которой по двум противоположно лежащим сторонам отогнуты по длине площадки на одну сторону краевые части для образования боковых стенок, наклонно расположенных в противоположные стороны и в теле которых напротив участков размещения светодиодных модулей выполнены прорези, концевые участки которых со стороны площадки выполнены в этой площадке, при этом прорези напротив одного участка размещения светодиодного модуля выполнены наклонными в сторону, противоположную наклону прорезей, выполненных на смежно расположенном участке размещения другого светодиодного модуля. А в площадке между участками размещения светодиодных модулей могут быть выполнены сквозные отверстия.The specified technical result is achieved in that in the heat-dissipating platform for the LED lamp, which is a housing made by a metalworking method (including cold stamping or laser cutting or flexible sheet metal or milling of metal or casting of rolled sheet, etc.), made of a material with high thermal conductivity, which is a radiator for removing heat into the environment and is used to secure at least one LED module on one side of the housing, and a power supply unit on the other, the housing is made in the form of a thin-walled plate with a platform, from which, along two opposite sides, edge parts are bent along the length of the platform to one side to form side walls, inclined in opposite directions and in the body of which, opposite to the areas where the LED modules are placed, slots are made, the end sections of which from the side of the platform are made in this platform, wherein the slots opposite one area where the LED module is placed are made inclined in the direction opposite to the inclination of the slots made in the adjacent area where another LED module is placed. And through holes can be made in the area between the areas where the LED modules are placed.
Боковые стенки, в предпочтительном варианте исполнения, отогнуты от пластины-основания на угол не менее 90 градусов.The side walls, in the preferred embodiment, are bent away from the base plate at an angle of at least 90 degrees.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.The specified features are essential and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the required technical result.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.This utility model is illustrated by a specific example of implementation, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.
На фиг. 1 - вид на платформу сверху;Fig. 1 - view of the platform from above;
фиг. 2 - вид на платформу сбоку;Fig. 2 - side view of the platform;
фиг. 3 - вид на платформу в разрезе с торца;Fig. 3 - sectional view of the platform from the end;
фиг. 4 - вид на платформу с закрепленными на ней светодиодными модулями и оптикой;Fig. 4 - view of the platform with LED modules and optics fixed to it;
фиг. 5 - вид на светильник в сборе с торца, вид светильника в сборе.Fig. 5 - end view of the assembled lamp, view of the assembled lamp.
фиг. 6 - демонстрирует восходящие тепловые потоки, снимаемые с платформы и уходящие в окружающую среду.Fig. 6 - demonstrates the ascending heat flows removed from the platform and released into the environment.
В настоящей полезной модели рассматривается конструкция платформы, являющаяся корпусом для светодиодного светильника, и обеспечивающая за счет конструктива, улучшенный теплоотвод, позволяющий при сохранении габаритов и массы, использовать более мощные и эффективные светодиодные модули, дающие больший световой поток и на меньшей площади отведения тепла, в том числе и при повышенных температурах внешней среды.This utility model examines the design of a platform that is a housing for an LED lamp and provides, due to its design, improved heat dissipation, allowing, while maintaining the dimensions and weight, to use more powerful and efficient LED modules that provide a greater luminous flux and a smaller heat dissipation area, including at elevated ambient temperatures.
Улучшенная система отвода тепла способствует увеличению срока службы оборудования, за счет точно рассчитанного потока воздуха, образующегося благодаря конвективному теплообмену между радиатором и окружающей средой, что обеспечивает необходимое охлаждение светодиодного модуля и источника питания.The improved heat dissipation system helps to increase the service life of the equipment, due to the precisely calculated air flow formed due to convective heat exchange between the radiator and the environment, which provides the necessary cooling of the LED module and power supply.
В общем случае (фиг. 1-3), в качестве базового элемента светильник содержит выполненный из материала с высокой теплопроводностью платформу 1 (корпус), которая одновременно является радиатором отвода тепла в окружающую среду. На платформе 1 на одной его стороне закреплен как минимум один светодиодный модуль 2 (фиг. 4 и 5), плата которого тыльной стороной прижата к платформе для передачи тепла этой платформе и в окружающую среду со стороны оптики светодиодов. Теплоотвод от светодиодных модулей происходит за счет передачи тепла от светодиодного модуля платформе и отвода тепла от нее конвекционным путем.In the general case (Fig. 1-3), as a basic element the luminaire contains a platform 1 (housing) made of a material with high thermal conductivity, which is also a radiator for heat removal into the environment. On platform 1, on one side, at least one LED module 2 is fixed (Fig. 4 and 5), the board of which is pressed with the back side to the platform for heat transfer to this platform and into the environment from the side of the LED optics. Heat removal from the LED modules occurs due to heat transfer from the LED module to the platform and heat removal from it by convection.
В заявленной полезной модели главным узлом светодиодного светильника является платформа 1 (фиг. 1-3), выполняющая функцию радиатора.In the claimed utility model, the main unit of the LED lamp is platform 1 (Fig. 1-3), which functions as a radiator.
Платформа выполнена в виде тонкостенной пластины с площадкой 3 прямоугольной или иной формы в плане, от которой по двум противоположно лежащим сторонам отогнуты по длине площадки на одну сторону краевые части для образования боковых стенок 4, наклонно расположенных в противоположные стороны (под тупым углом, предпочтительно под углом 105° - установлено экспериментально) и в теле которых выполнены прорези 5, концевые участки 6 которых со стороны площадки выполнены в этой площадке. Форма и размеры отверстий, подбираются в процессе расчетов изделия на теплопередачу и для рассматриваемого объекта в рамках настоящей заявки не являются существенными.The platform is made in the form of a thin-walled plate with a platform 3 of a rectangular or other shape in plan, from which, along two opposite sides, the edge parts are bent along the length of the platform to one side to form side walls 4, inclined in opposite directions (at an obtuse angle, preferably at an angle of 105° - established experimentally) and in the body of which slots 5 are made, the end sections 6 of which from the side of the platform are made in this platform. The shape and dimensions of the holes are selected in the process of calculating the product for heat transfer and are not essential for the object under consideration within the framework of this application.
Существенным является наличие этих прорезей, позволяющих получить дополнительный приток воздух для улучшения охлаждения радиатора.The presence of these slots is essential, allowing for additional air flow to improve radiator cooling.
Пластина выполнена одинаковой толщины в пределах допусков согласно нормативной документации. Под тонкостенностью платформы понимается, что толщина пластины существенно меньше других ее размеров. В частности, в реальном образце толщина пластины для двух светодиодных модулей выполнена примерно 3 мм при длине площадки 426 мм и общей ширине платформы 166 мм (высота наклонных стенок 44 мм). При увеличении количества светодиодных модулей увеличиваются габаритные размеры платформы.The plate is made of the same thickness within the tolerances according to the regulatory documentation. The thin-walled platform means that the plate thickness is significantly less than its other dimensions. In particular, in the real sample, the plate thickness for two LED modules is made approximately 3 mm with a platform length of 426 mm and a total platform width of 166 mm (height of the inclined walls is 44 mm). With an increase in the number of LED modules, the overall dimensions of the platform increase.
При этом прорези 5 напротив одного участка размещения светодиодного модуля выполнены наклонными в сторону, противоположную наклону прорезей, выполненных на смежно расположенном участке размещения другого светодиодного модуля.In this case, the slots 5 opposite one section of the placement of the LED module are made inclined in the direction opposite to the inclination of the slots made in the adjacent section of the placement of another LED module.
В режиме конвекционной отдачи тепла тепловые потоки направляют вдоль поверхности теплообмена (в зону холодных слоев). При этом становится важным, чтобы луч (выражение условное, введено для понимания сущности процесса) идущего вверх потока от одной точки на платформе не пересекался и не складывался с таким же лучом потока, идущим от ниже расположенной точки на платформе. При формировании единого потока тепловых лучей уменьшается теплоотдача и уменьшается процесс охлаждения платформы в этой зоне. Для исключения явления наложения тепловых лучей (струй) предусмотрено косое направление прорезей, то есть под углом к поверхности площадки.In the convection heat transfer mode, heat flows are directed along the heat exchange surface (into the cold layer zone). In this case, it becomes important that the beam (conditional expression, introduced to understand the essence of the process) of the upward flow from one point on the platform does not intersect and does not add up with the same beam of flow coming from a lower point on the platform. When a single flow of heat rays is formed, heat transfer decreases and the process of cooling the platform in this zone decreases. To eliminate the phenomenon of overlapping heat rays (jets), an oblique direction of the slots is provided, that is, at an angle to the surface of the platform.
В площадке между участками 7 размещения светодиодных модулей выполнены сквозные отверстия 8, выстроенные в линию, проходящую поперечно площадке и расположенную между светодиодными модулями. Это необходимо для дополнительного притока воздуха и улучшения теплоотдачи.In the area between the LED module placement sections 7, through holes 8 are made, arranged in a line running transversely to the area and located between the LED modules. This is necessary for additional air flow and improved heat transfer.
Такая пластина имеет хорошие показатели в части сопротивления изгибу и скручиванию, так как боковые стенки, разведенные в разные стороны под наклоном больше прямого угла, являются ребрами жесткости, на стенках которых вектор усилий, приводящих к деформациям, не совпадает с вектором усилий, деформирующим площадку. Этим объясняется достаточно высокая несущая способность платформы и ее устойчивость к изменению формы.Such a plate has good indicators in terms of resistance to bending and twisting, since the side walls, spread apart at an angle greater than a right angle, are stiffening ribs, on the walls of which the vector of forces leading to deformations does not coincide with the vector of forces deforming the platform. This explains the fairly high bearing capacity of the platform and its resistance to changes in shape.
Выполнение прорезей 5 в боковых стенках с их продолжением в теле площадки позволяет увеличить площадь отдачи тепла и улучшить условия обтекания воздухом окружающей среды, что ускоряет процесс охлаждения пластины не только на боковых стенках, но на площадке. При этом расстояние между концевыми участками прорезей на площадке выполнено более поперечного размера светодиодного модуля. На фиг. 6 показано распределение теплового потока, исходящего от пластины. Видно, что теплоотвод, конвекционно уходящий вверх, существенно больше зоны выделения тепла на стороне светодиодных модулей. Это указывает на высокую эффективность отвода тепла. На поверхности площадки могут быть выполнены дополнительные отверстия для ускорения процесса охлаждения пластины. Отверстия, находящиеся на поверхности изделия, распложены на оптимальном расстоянии друг от друга и в необходимом количестве, что позволяет правильно работать технологии теплоотвода.The implementation of slots 5 in the side walls with their continuation in the body of the platform allows to increase the heat transfer area and improve the conditions of air flow around the environment, which accelerates the plate cooling process not only on the side walls, but also on the platform. In this case, the distance between the end sections of the slots on the platform is made larger than the transverse size of the LED module. Fig. 6 shows the distribution of the heat flow emanating from the plate. It is evident that the heat sink, convectively moving upwards, is significantly larger than the heat release zone on the side of the LED modules. This indicates high efficiency of heat removal. Additional holes can be made on the surface of the platform to accelerate the plate cooling process. The holes located on the surface of the product are located at an optimal distance from each other and in the required quantity, which allows the heat sink technology to work correctly.
Такое исполнение позволяет снизить общий вес изделия, увеличивая количество тепла, отводимого от источников света, что в свою очередь, позволяет создавать более мощные светодиодные светильники в этом корпусе, без ухудшения качества и потери эффективности.This design allows to reduce the overall weight of the product, increasing the amount of heat removed from the light sources, which in turn allows to create more powerful LED lamps in this housing, without deterioration in quality and loss of efficiency.
Представленное исполнение платформы в виде тонкостенной пластины позволяет исключить зону перегрева. В тонкостенной пластине при нагреве вся структура материала получает одинаковую температуру и в сходной степени происходит теплоотдача равномерно по всей площади платформы. По сути, вся платформа представляет собой поверхность с высокой теплопроводностью и равномерной теплоотдачей. При этом эта поверхность хорошо омывается воздухом окружающей среды сор всех сторон и поэтому быстро остывает. В пластине присутствует одноступенчатая отдача тепла.The presented platform design in the form of a thin-walled plate allows eliminating the overheating zone. In a thin-walled plate, when heated, the entire structure of the material receives the same temperature and heat transfer occurs to a similar degree uniformly over the entire area of the platform. In fact, the entire platform is a surface with high thermal conductivity and uniform heat transfer. At the same time, this surface is well washed by the air of the environment from all sides and therefore cools down quickly. The plate has a single-stage heat transfer.
В соответствии с конструкцией корпус относится к металлогибридным термоинтерфейсам, использующим новый механизмом теплопередачи. Непосредственно контактируя с поверхностью источника тепла, такой корпус напрямую рассеивает тепло. Так как теплопроводность алюминия в среднем в 100 раз выше, чем у термопаст, то именно передача тепла металлическим каркасом становится доминирующим механизмом его передачи («Металлогибридные термоинтерфейсы с высокой теплопроводностью» В.С. Кондратенко, Ю.И. Сакуненко, А.А. Высоканов, журнал «Прикладная физика» 2017, № 1. Стр. 85-88). Доказано, что при таком исполнении пластины не имеют срединных слоев в структуре с температурой, отличной от температуры нагрева поверхностных слоев. Обе развитые поверхности пластины являются и приемниками тепла и отводящими тепло в окружающую среду. Но при этом время охлаждения по темпу снижения температуры превышает темп роста нагрева, что подтверждено исследованиями в области теплоотвода от плат со светодиодами за счет применения тонколистовых металлических элементов (ст. «Локальный теплоотвод на основе металлизированных сквозных отверстий» Н.П. Поручиков, Всероссийская научно-техническая конференция студентов «Студенческая научная весна 2016», выложена в сети Интернет по адресу: http://studvesna.ru). Согласно полученным данным, как указано в этой статье, с увеличением площади теплоотводящей поверхности тонколистового элемента снижается время его охлаждения до нужной температуры.According to the design, the case refers to metal-hybrid thermal interfaces that use a new heat transfer mechanism. Directly contacting the surface of the heat source, such a case directly dissipates heat. Since the thermal conductivity of aluminum is on average 100 times higher than that of thermal pastes, it is the heat transfer by the metal frame that becomes the dominant mechanism of its transfer ("Metal-hybrid thermal interfaces with high thermal conductivity" V.S. Kondratenko, Yu.I. Sakunenko, A.A. Vysokanov, Applied Physics Journal, 2017, No. 1, pp. 85-88). It has been proven that with this design, the plates do not have middle layers in the structure with a temperature different from the heating temperature of the surface layers. Both developed surfaces of the plate are both heat receivers and heat transferrs to the environment. But at the same time, the cooling time in terms of the rate of temperature decrease exceeds the rate of heating growth, which is confirmed by research in the field of heat removal from boards with LEDs due to the use of thin-sheet metal elements (article "Local heat removal based on metallized through holes" by N.P. Poruchikov, All-Russian scientific and technical conference of students "Student Scientific Spring 2016", posted on the Internet at: http://studvesna.ru). According to the data obtained, as stated in this article, with an increase in the area of the heat-dissipating surface of the thin-sheet element, the time of its cooling to the desired temperature decreases.
Для сохранения герметичности отдельных элементов светодиодного светильника в конструкции корпуса теплоотводящей платформы для светодиодного светильника также применяется технология формовки металла. Формовка листового металла представляет собой процесс, в результате которого отдельные участки прокатного листа формуются, образовывая глухое отверстие с одной стороны, и выпуклую форму с другой, на поверхности изделия. Образовавшиеся на корпусе теплоотводящей платформы после формовки листового металла выпуклости 9 - глухие отверстия становятся дополнительными точками крепления (монтажными элементами), на которых осуществляется монтаж светодиодного модуля. Получившаяся форма обеспечивает надежное соединение светодиодных модулей с платформой для сохранения герметичности стального/прокатного листа, благодаря образовавшимся глухим отверстиям.In order to maintain the tightness of individual elements of the LED lamp, the metal forming technology is also used in the design of the housing of the heat-dissipating platform for the LED lamp. Sheet metal forming is a process in which individual sections of the rolled sheet are formed, forming a blind hole on one side, and a convex shape on the other, on the surface of the product. The bulges 9 formed on the housing of the heat-dissipating platform after sheet metal forming - blind holes - become additional attachment points (mounting elements) on which the LED module is mounted. The resulting shape ensures a reliable connection of the LED modules with the platform to maintain the tightness of the steel/rolled sheet, thanks to the blind holes formed.
Проведенные исследования и испытания показали реальную возможность за счет изменения компоновки, формы и конструктива корпуса-радиатора повысить отвод (вывод) тепловой энергии от работы светодиодных модулей, что позволило использовать более мощные светодиоды и увеличить срок службы светодиодного светильника.The conducted research and tests have shown a real possibility to increase the removal (output) of thermal energy from the operation of LED modules by changing the layout, shape and design of the radiator housing, which made it possible to use more powerful LEDs and increase the service life of the LED lamp.
Таблица №1. Сравнение характеристик светильника средней мощности по полезной модели c ближайшим по мощности аналогом средней мощностиTable No. 1. Comparison of the characteristics of a medium-power luminaire by utility model with the closest medium-power analogue by power
(ДВО уличный ДКУ-120 Вт).(DVO outdoor DKU-120 W).
Сравнительная таблица №1 наглядно показывает преимущество новой схемы теплоотвода в совокупности с конструктивом, что действительно позволяет использовать более мощные источники питания и светодиодные модули при меньших габаритах светильника, что в свою очередь увеличивает его эффективность.Comparative table No. 1 clearly shows the advantage of the new heat dissipation scheme in combination with the design, which really allows the use of more powerful power sources and LED modules with smaller dimensions of the lamp, which in turn increases its efficiency.
Таблица №2. Сравнение характеристик светильника по полезной модели c ближайшим аналогом большой мощностиTable No. 2. Comparison of the characteristics of the luminaire by utility model with the closest high-power analogue
("МОДУЛЬ PRO" SVT-STR-MPRO-79W-45X140-DUO-C)("PRO MODULE" SVT-STR-MPRO-79W-45X140-DUO-C)
Сравнительная таблица №2 наглядно показывает, что новое решение светильника с улучшенной системой теплоотвода действительно позволяет использовать мощные источники питания и светодиодные модули при меньших габаритах, меньшей массе и большем гарантийном сроке, что повышает выгоду и качество светильника для конечного потребителя на весь период эксплуатации.Comparative table No. 2 clearly shows that the new solution of the lamp with an improved heat dissipation system really allows the use of powerful power sources and LED modules with smaller dimensions, less weight and a longer warranty period, which increases the benefit and quality of the lamp for the end user for the entire period of operation.
Claims (10)
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2024102598U Division RU227537U1 (en) | 2024-02-01 | HEAT SINKING PLATFORM FOR LED LAMP |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU230857U1 true RU230857U1 (en) | 2024-12-23 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU236198U1 (en) * | 2025-04-24 | 2025-07-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАСТЕР СУПЕР ВИНД КУЛИНГ" | LED light |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU83587U1 (en) * | 2009-01-20 | 2009-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологии Энергосбережения" | LED STREET LIGHT |
| RU2506492C1 (en) * | 2012-05-25 | 2014-02-10 | Николай Александрович Кузнецов | Light-emitting diode lighting fixture |
| CN103742871A (en) * | 2013-12-23 | 2014-04-23 | 上海欣丰电子有限公司 | Elastic mounting structure for light-emitting diode (LED) lamp |
| RU149502U1 (en) * | 2013-05-23 | 2015-01-10 | Юрий Вячеславович Ивлиев | LED STREET LIGHT |
| CN204164884U (en) * | 2014-11-17 | 2015-02-18 | 深圳市璟得光电科技有限公司 | A kind of novel street lamp |
| RU176756U1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-01-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Квазар-Лайт" | LED STREET LIGHT HOUSING |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU83587U1 (en) * | 2009-01-20 | 2009-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологии Энергосбережения" | LED STREET LIGHT |
| RU2506492C1 (en) * | 2012-05-25 | 2014-02-10 | Николай Александрович Кузнецов | Light-emitting diode lighting fixture |
| RU149502U1 (en) * | 2013-05-23 | 2015-01-10 | Юрий Вячеславович Ивлиев | LED STREET LIGHT |
| CN103742871A (en) * | 2013-12-23 | 2014-04-23 | 上海欣丰电子有限公司 | Elastic mounting structure for light-emitting diode (LED) lamp |
| CN204164884U (en) * | 2014-11-17 | 2015-02-18 | 深圳市璟得光电科技有限公司 | A kind of novel street lamp |
| RU176756U1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-01-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Квазар-Лайт" | LED STREET LIGHT HOUSING |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2850241C1 (en) * | 2025-01-17 | 2025-11-06 | Наталия Сергеевна Ташпулотова | Led light |
| RU236198U1 (en) * | 2025-04-24 | 2025-07-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАСТЕР СУПЕР ВИНД КУЛИНГ" | LED light |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107076527B (en) | Low weight tube fin radiator | |
| TWI407043B (en) | Light-emitting diode light source module and optical engine thereof | |
| JP6098849B2 (en) | Light bulb type LED lighting fixture | |
| US7988335B2 (en) | LED illuminating device and lamp unit thereof | |
| JP2014096254A (en) | Heat sink for on-vehicle led lamp | |
| WO2013073980A1 (en) | Light-emitting diode projector | |
| CN201487707U (en) | Modular Tunnel Lamp with Improved Heat Dissipation Efficiency | |
| KR100923435B1 (en) | LED lighting lamp with air-cooled heat-dissipating ventilating section of laminated heat sink | |
| RU230857U1 (en) | HEAT DISSIPATION PLATFORM FOR LED LIGHT | |
| RU234712U1 (en) | HEAT DISSIPATION PLATFORM FOR LED LIGHT | |
| JP3975506B2 (en) | Liquid crystal display device and cooling method of lamp part of liquid crystal display device | |
| RU227537U1 (en) | HEAT SINKING PLATFORM FOR LED LAMP | |
| KR100994754B1 (en) | Convection heat dissipation lighting device using high light source | |
| KR100879749B1 (en) | Cooling device of high capacity LED lamp | |
| RU2823545C1 (en) | Led lamp | |
| US9541275B2 (en) | Apparatus and method for management of heat in a LED mounted lighting fixture | |
| JP6989507B2 (en) | heat sink | |
| CN206300076U (en) | A kind of LED street lamp radiator module | |
| KR100932430B1 (en) | Radiator for luminaires using LEDs | |
| CN223004861U (en) | High heat conduction LED car light | |
| EP2107621A1 (en) | Light module | |
| RU226497U1 (en) | LED lamp | |
| CN223726281U (en) | Light source heat radiation structure | |
| CN222669926U (en) | Lamp radiator and lamp | |
| CN211925696U (en) | Heat dissipation base device for LED light source |