一種帶有煙囪式抽風管道的led燈罩的製作方法

2023-06-03 09:16:31 1

專利名稱：一種帶有煙囪式抽風管道的led燈罩的製作方法
技術領域：
一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩
技術領域：
本發明涉及一種燈罩，包括一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩。所述的抽風管道具 有類似煙囪抽風的功能，可以自然而有效地將攜帶了 LED光源發出熱量的空氣從抽風管道 快速排出，從而高效率地實現LED光源自然強制風冷降溫的目的。其特點和優越之處在於 充分利用LED光源本身發出的熱量作為自然強制風冷的動力能源，而完全無須配置需要消 耗額外電力的電風扇，因此更加地高效節能環保，而且製造成本低廉，無需中途維護，使用 壽命長。在外觀造型設計方面，再配合特定的適合當時當地風土人情以及歷史文化、宗教信 仰等方面的完美造型設計，可以獲得造型獨特、美觀典雅、經濟實用、環保長壽的完美效果， 從而極大地助推LED綠色環保照明事業，具有很好的經濟效益和社會意義。背景技術：
LED照明是新興環保節能綠色照明高科技產業，LED光源產品具有綠色環保、節能高 效特點，已得到世界各國的廣泛重視。然而在推廣LED綠色照明事業的進程中，受到各種 各樣的阻礙，而來自其自身的重大障礙之一就是LED光源的照明效果衰減太快！實際使用 壽命達不到媒體宣傳的超長壽命，使得其競爭優勢大打折扣，產業推進阻力非常巨大。
通過認真分析得知LED發光衰減過快這一外在表現的內在最重要原因是LED管芯結 溫太高，導致化合物半導體材料性能劣化加速，失效加速，甚至導致其最終崩潰。抓住關鍵 問題，只要採取措施將LED結溫有效降低，則LED照明光源的使用壽命即刻會大大延長。
降低結溫的終極目標和最高境界在於使LED不發熱只發光。這是材料科學研究的課題， 事實上這一目標只可能接近而不可能達成，尤其是現階段根本無法達成。工程應用的前提是 建立在現有技術成果的基礎之上，因此對於工程應用來說，切實可行的降低LED結溫的最 有效途徑就是依靠有效的散熱技術。
業界已提出各種技術方案，也有從理論方面加以闡述，並有多種應用型產品問世。但在
3現實的商品中，能夠較好地綜合解決散熱及其相關問題的應用產品幾乎是鳳毛麟角，很難找 到，其或者是達不到技術指標而不具備長期使用的實用價值，或者是成本太高、體積過大、 重量太重等令用戶難以接受，無法推廣。例如，通過加裝電風扇為LED光源強制散熱，在 散熱效果上達到要求，但是加裝電風扇額外增加的費用、更改設計增加的體積和重量，甚而 至於造成系統可靠性的下降等一系列不容忽視的問題，使得LED燈具原有的優越性大打折 扣；再說驅動風扇增加的額外耗電，使得LED燈具的整備光效必然會降低，最初期望實現 節電節能達到省錢的目標必然會大打折扣。另外，燈具整體系統複雜程度增加必然會導致系 統可靠性指標降低，與製冷風扇相關的子系統一旦出現故障，將直接導致LED燈具散熱狀 況惡化，最終導致燈具整體失效的概率迅速增大，令人擔心。
隨著近年來科技的飛速發展，原材料以及設計、製造、工藝、技術日新月異不斷進步， LED光源部件自身的熱阻已經並正在逐步降低，通過新材料的出現和使用，通過LED製造 封裝涉及的熱沉材料和結構的不斷改進，LED光源模塊表面到LED管芯的熱阻不斷降低， 已經可以將絕大部分熱量從LED晶片中快速傳遞到封裝基板進而快速傳遞到LED光源模塊 的外殼。但是由於光源基板或光源模塊外殼的有效散熱面積不夠大，或者由於LED光源所 處的周邊環境位置不便於通風散熱，造成外殼散熱鰭片與周邊空氣的熱交換不夠充分，導致 熱量在外殼層面大量聚集，使得LED燈具表面的散熱效果差強人意。LED光源模塊外殼的 邊界條件不盡理想帶來惡化的溫度梯度導致光源內部的LED管芯溫度過高，這就是造成許 多LED光源和燈具過早失效的重要原因之一。
為了有效地降低LED管芯的工作溫度，必須從每一個細小環節認真有效地解決導熱和 散熱問題不僅僅是在LED管芯製造環節的一次導熱散熱，務必認識到後續工藝涉及的二 次甚至三次、四次散熱技術都是至關重要的。本發明就是在這樣的背景下應運而生只要LED 光源模塊的總體熱阻足夠低，可以將LED管芯內部的熱量快速有效地傳導到光源模塊表面， 則接下來的散熱問題可以由本發明燈罩很好地解決該燈罩營造了一個理想的局部小空間，一個Micro Climate微型氣候環境，使得在燈罩內的LED光源模塊處於一個相對恆定的氣流 場之中，模塊散熱器表面的熱量被恆定而快速流動的空氣髙效率地帶走，有效改善LED光 源模塊溫度梯度的邊界條件，從而使LED管芯發出的熱量得到快速釋放而降溫。有趣的是， 本發明先天就是具有自適應特徵的智能控制系統光源發熱越多，系統散熱效果就越強。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種結構設計合理，製造工藝簡單，成本相對低廉，自 然通風散熱效果能滿足相應功率LED光源散熱要求的燈罩。
為解決上述問題，本發明採取的技術方案是 一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩。 依據煙囪抽風原理，充分利用LED光源自身發出的熱量，實現LED光源自適應式自然通風 強制散熱的功能。
眾所周知，空氣受熱後體積膨脹，使其比重變得小於周邊空氣而自然上升。在管道中， 受熱氣體上升形成上升氣流。如果管道的內壁形狀是煙囪狀，也就是說，管道中空部分的橫 截面積按照氣流前進方向是逐漸變小的其下端即空氣的進入端通道口徑比較粗，上端即空 氣的出口端比較細，這種煙囪形狀的管道使其中流動上升的空氣速度逐漸加快，實際是氣流 加速器。在管道中，氣流速度大體遵從一個簡單的數學關係通過管道任意橫截面的氣流的 速度反比於該截面的面積。據此得知，在管道較粗的地方，氣流速度較低，例如在入口處； 而在管道較細的地方，例如在出口處，氣流速度就快。快速上升的氣流具有較大的動能，導 致管道上端產生負壓，使得入口端附近的冷空氣源源不斷地被'抽'入管道。由於LED光 源模塊的位置是安排在入口氣流必經之處，恆定的氣流速度相對較緩慢，LED光源模塊的散 熱鰭片與周邊的空氣既能充分接觸達到熱量充分交換，又能被及時'抽走'令新的冷空氣進 來；散熱鰭片周邊有效流動的氣流自然地而又是強制地帶走LED模塊發出的熱量，同時也 獲得在煙囪式管道中繼續上升的能量。於是源源不斷上升的氣流自然而然地形成，而受其上 升速度直接影響的散熱速度具有戲劇性的'自適應'特徵LED光源發熱越多，氣流的流速越快，散熱效果也就越好，反之亦反。在達到動態平衡時，氣流速度獲得穩定。巧妙利用這 種自適應狀態真可謂是天人合一，充滿東方文明的智慧與和諧。 本發明的關鍵點在於-
① 本發明一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩的結構大體可以分為兩部分燈罩體部
分和煙囪管道部分。兩部分之間平緩柔和連接，既要使得造型美觀，更應該注重最佳 空氣流體力學效果。
② 燈罩體部分的形狀不限，既可以選用現成的燈罩加以改造，也可以另行設計專門開模 具製造。 一般說來，有針對性地專門設計製造比較好，可達成美觀與高性能的統一。
③ 改造現成燈罩的成本相對較低，但外觀可能不很完美，特別是散熱效果未必最佳。同 時也還有其它問題。新設計的燈罩一旦形成批量，其成本也會迅速降低。
④ 對於本發明一種帶煙囪式抽風管道的LED燈罩進行專門的產品設計，可以從一開始 就進行儘可能完美的總體規劃，包括外部造型的工業設計、包括LED光源模塊的位 置安排、包括LED光源模塊的安裝固定方式及其相配套的各種安裝構件設計、包括 LED光源模塊的散熱效果最佳化分析計算與設計、包括煙囪式管道的長短與截面積 變化率的計算與設計，還要包括加上燈罩後形成的LED光源燈具整體在建築物上的 安裝方式和配套的各種安裝構件的設計，以及評估其安裝的效果。對於要應用在室外 的LED燈具，還必須同時考慮整體的風阻係數和整體結構抗強風暴的能力，以確保 產品使用中的安全。這顯然是一項系統工程，不僅僅要追求最佳數據的效果，還要注 重生產加工、裝配和安裝的工藝便捷，甚至於還要考慮到維護和維修工作的便利。
⑤ 外部造型的設計主要也是分成兩個部分來考慮。
a)燈罩體部分將LED光源模塊'罩'在其中，提供一個實現LED光源模塊的散 熱鰭片與周邊空氣進行充分熱量交換的空間，這個空間由該燈罩體的內腔結構提 供。至於燈罩體的外部直接影響到觀感的部分，要靠外觀設計。燈罩體外部造型
6i. 以圓和橢圓為基調，如同現有多數路燈的設計； ii. 類似水滴型的流線型設計； 方型或長方形設計；
iv. 多邊形設計；
v. 類似倒扣的'瓢'，大空間籠罩光源，小空間提供電源驅動器安裝； vi. 其它設計。
b) 煙囪式抽風管道部分
i. 抽風出口直接朝上的造型設計，必要時可以加上蓋以便防雨水等物； ii. 抽風出口柔和地轉向側上方的造型設計；
iii. 用做路燈時，抽風出口轉向路燈杆並緊靠固定；
iv. 用做路燈時，抽風出口接入路燈杆內部空腔，利用路燈杆的上端空腔等效延 長抽風管道的有效長度，增強燈罩管道的抽風效果；
V. 其它設計。
c) 綜合效果
i. 傳統橢圓燈罩加上頂部的抽風管道的造型設計，如同蘇聯紅軍近衛軍戰士保 爾*柯査金的軍帽，頂上有個向上隆起的尖端，給人以深刻印象；
ii. 燈罩體部分模仿北京北海白塔造型，渾圓大氣，簡潔而不失厚重之美；
m. 燈罩體部分模仿北京天壇的造型，古香古色，韻味十足，更彰顯中華文化之 輝煌；也可以模仿古代亭子的造型，古香古色又具有現代科技元素，凸顯中 國古老文明與現代科技的完美結合；
iv. 燈罩體部分模仿天主教或基督教教堂的建築形式，莊重優美，造型獨特，易 於融入西方社會；也可模仿東南亞地區佛教等宗教建築，神秘莊重，典雅優美，佔領更廣闊的市場；
v. 燈罩外形模仿各種動物的卡通形象，例如鳥類的天鵝、仙鶴、孔雀，水中 的海豚、鯨魚、海豹，陸地上的犀牛、長頸鹿、犛牛，以及其它各種造型；
vi. 其它設計。

圖l為半球形燈罩示意圖，圖中的1是LED光源或稱LED光源模塊，圖中的2是半球形燈 罩體，圖中的3是煙囪式抽風管道的出口端。LED光源模塊1發出的熱量，將其周邊的 空氣加熱，攜帶熱量的空氣沿著1和2之間的散熱通道向上流動，進入上部的抽風管道 後逐漸加速，最終從抽風管道的頂部3排出。LED光源模塊周邊受熱空氣上升離開後留 出的空間由模塊下部和旁邊的未受熱空氣填補，形成LED光源模塊周邊自然而恆定的 氣流，LED光源模塊為氣流加熱，氣流帶走熱量為LED光源模塊散熱，二者自然配合 相得益彰，形成自適應體系LED光源模塊發熱越多，氣流上升動力越大，於是空氣流 動速度就越快，就會獲得散熱越多越快的效果。
圖2為方臺形燈罩示意圖，圖中的4是LED光源或稱LED光源模塊，圖中的5是方臺形燈 罩體，圖中的6是煙囪式抽風管道的出口端。LED光源模塊4發出的熱量，將其周邊的 空氣加熱，攜帶熱量的空氣沿著4和5之間的散熱通道空間向上運動，進入上部的抽風 管道後逐漸加速，最終從抽風管道的頂部6排出。LED光源模塊周邊受熱空氣上升離開 後留出的空間由模塊下部和旁邊的未受熱空氣填補，形成LED光源模塊周邊自然而恆 定的氣流，LED光源模塊為氣流加熱，氣流帶走熱量為LED光源模塊散熱，二者自然 配合相得益彰，形成自適應體系LED光源模塊發熱越多就散熱越多越快。
具體實施方式
實施例一、燈罩體採用中國古代亭子造型的60W單頭LED路燈 本實施例的燈罩體採用中國古代亭子造型，主要技術要點如下
81 60W功耗的LED光源模塊在照明工作時，相當一個50W左右的電爐發熱，發 熱量相當大，散熱問題必須嚴肅對待。光源模塊造型如同秦磚，近似為長方體， 結構尺寸為120*300*55mm，其外殼的三個側面排布有散熱鰭片，用以增加外殼 表面與空氣的接觸，加大等效散熱面積，外殼材料選用導熱性能良好的鋁鎂合金， 最終等效鋁鎂合金散熱面積要達到0.15m2以上；
2 採用中國古代亭子造型的燈罩體，長方形下邊框的空氣入口尺寸為240*388mm， 其長寬比接近黃金分割比例，造型比較美觀大方；
3 根據計算，在燈罩體入口處的空氣流速將達到0.1m/S，在抽風管道出口處將達 到0.7m/S以上的速度，具有很好的自然抽風強制散熱效果。
4 實測表明，鋁鎂合金LED光源模塊表面恆定後的溫度僅比環境溫度高不到3r， 散熱效果非常好。
實施例二、 5W-LED筒燈
E26螺旋接口的5W-LED筒燈是11 18W-CFL緊湊型螢光燈即俗稱'節能燈'的 終結替代產品。為確保其散熱，選用類似圖1的散熱燈殼造型，入口的空氣流速設計為 0.1m/S，在抽風管道出口處將達到0.5111/8以上的速度，同樣具有很好的自然風冷強制散 熱效果。根據設計指標，5W-LED筒燈散熱外殼的表面溫度不超過環境溫度5'C。 實施例三、50W-LED廠房吊燈
生產車間的廠房空間較高，需要燈具提供較強的照明效果，50W-LED廠房吊燈亮 度超過CFL螢光燈180W的效果，使用壽命是其3倍以上，具有很好的節能潛力。同 其它LED光源燈具一樣，如果使用環境的通風散熱條件不佳，就會導致LED光源過早 地失效，經濟上就不合算。本實施例50W-LED廠房吊燈採用圖l所示的帶有煙囪式抽 風管道的LED燈罩，光源模塊如圖3 '千手觀音，散熱器；入口處空氣流速為0.1m/S， 在抽風管道出口處將達到0.7m/S以上的速度，具有很好的自然抽風散熱效果。
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權利要求1、一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是包括提供散熱氣流通道的煙囪式抽風管道部分，還包括在適當位置開孔以連接煙囪式抽風管道的、籠罩LED光源的燈罩體部分。
2、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是包括帶有利 用煙囪抽風原理的抽風管道，為LED光源提供自然風冷的氣流集中加速通道。
3、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是燈罩體部分 的外觀造型是在上部適當位置開孔的半球形或半橢球型類型。
4、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是燈罩體部分 的外觀造型是在上部適當位置開孔的沿中心對稱軸切開的半個水滴的流線造型。
5、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是燈罩體部分 的外觀造型是在上部適當位置開孔的類似北京北海白塔、天壇、中國古代亭子、宮殿和寶塔 的造型。
6、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是燈罩體部分 的外觀造型是在上部適當位置開孔的類似天主教、基督教教堂的尖頂造型，以及類似歐美國 家宮殿、城堡、尖塔尖頂的造型。
7、 根據權利要求1 一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是燈罩的外觀 造型為類似鳥類、獸類、魚類、昆蟲類的卡通造型。
8、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是連接在燈罩 體的頂部或上部適當位置開孔處的煙囪式抽風管道是豎直向上安置。
9、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是連接在燈罩 體的頂部或上部適當位置開孔處的煙囪式抽風管道是彎曲斜向上安置。
10、 根據權利要求1一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩，其特徵是連接在燈罩 體的頂部或上部適當位置開孔處的煙囪式抽風管道是連接通入燈杆的杆內空腔。
專利摘要本實用新型涉及一種帶有煙囪式抽風管道的LED燈罩。眾所周知，散熱效果對於LED光源的使用壽命至關重要，本實用新型為LED光源提供了高效率自然風冷散熱的理想小環境。本實用新型所述的抽風管道具有類似煙囪抽風的功能，可將攜帶LED光源所產生熱量的空氣自動快速排出，從而高效率地實現LED光源自適應強制風冷降溫的效果。其特點和優越之處在於充分利用LED光源本身發出的熱量作為自然強制風冷的自適應動力能源，而無須配置增加額外成本、消耗額外電力的風扇。工業設計上配合夢幻想像力的各種完美造型，適應不同建築風格和地域風情，獲得造型獨特、美觀實用的效果，經濟效益和社會意義都很好。
文檔編號F21V3/00GK201277503SQ200820212620
公開日2009年7月22日 申請日期2008年10月21日 優先權日2008年10月21日
發明者周克鋒 申請人:周克鋒