专利名称：一种带有烟囱式抽风管道的led灯罩的制作方法
技术领域：
一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩
技术领域：
本发明涉及一种灯罩，包括一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩。所述的抽风管道具 有类似烟囱抽风的功能，可以自然而有效地将携带了 LED光源发出热量的空气从抽风管道 快速排出，从而高效率地实现LED光源自然强制风冷降温的目的。其特点和优越之处在于 充分利用LED光源本身发出的热量作为自然强制风冷的动力能源，而完全无须配置需要消 耗额外电力的电风扇，因此更加地高效节能环保，而且制造成本低廉，无需中途维护，使用 寿命长。在外观造型设计方面，再配合特定的适合当时当地风土人情以及历史文化、宗教信 仰等方面的完美造型设计，可以获得造型独特、美观典雅、经济实用、环保长寿的完美效果， 从而极大地助推LED绿色环保照明事业，具有很好的经济效益和社会意义。背景技术：
LED照明是新兴环保节能绿色照明高科技产业，LED光源产品具有绿色环保、节能高 效特点，已得到世界各国的广泛重视。然而在推广LED绿色照明事业的进程中，受到各种 各样的阻碍，而来自其自身的重大障碍之一就是LED光源的照明效果衰减太快！实际使用 寿命达不到媒体宣传的超长寿命，使得其竞争优势大打折扣，产业推进阻力非常巨大。
通过认真分析得知LED发光衰减过快这一外在表现的内在最重要原因是LED管芯结 温太高，导致化合物半导体材料性能劣化加速，失效加速，甚至导致其最终崩溃。抓住关键 问题，只要采取措施将LED结温有效降低，则LED照明光源的使用寿命即刻会大大延长。
降低结温的终极目标和最高境界在于使LED不发热只发光。这是材料科学研究的课题， 事实上这一目标只可能接近而不可能达成，尤其是现阶段根本无法达成。工程应用的前提是 建立在现有技术成果的基础之上，因此对于工程应用来说，切实可行的降低LED结温的最 有效途径就是依靠有效的散热技术。
业界已提出各种技术方案，也有从理论方面加以阐述，并有多种应用型产品问世。但在
3现实的商品中，能够较好地综合解决散热及其相关问题的应用产品几乎是凤毛麟角，很难找 到，其或者是达不到技术指标而不具备长期使用的实用价值，或者是成本太高、体积过大、 重量太重等令用户难以接受，无法推广。例如，通过加装电风扇为LED光源强制散热，在 散热效果上达到要求，但是加装电风扇额外增加的费用、更改设计增加的体积和重量，甚而 至于造成系统可靠性的下降等一系列不容忽视的问题，使得LED灯具原有的优越性大打折 扣；再说驱动风扇增加的额外耗电，使得LED灯具的整备光效必然会降低，最初期望实现 节电节能达到省钱的目标必然会大打折扣。另外，灯具整体系统复杂程度增加必然会导致系 统可靠性指标降低，与制冷风扇相关的子系统一旦出现故障，将直接导致LED灯具散热状 况恶化，最终导致灯具整体失效的概率迅速增大，令人担心。
随着近年来科技的飞速发展，原材料以及设计、制造、工艺、技术日新月异不断进步， LED光源部件自身的热阻已经并正在逐步降低，通过新材料的出现和使用，通过LED制造 封装涉及的热沉材料和结构的不断改进，LED光源模块表面到LED管芯的热阻不断降低， 已经可以将绝大部分热量从LED芯片中快速传递到封装基板进而快速传递到LED光源模块 的外壳。但是由于光源基板或光源模块外壳的有效散热面积不够大，或者由于LED光源所 处的周边环境位置不便于通风散热，造成外壳散热鳍片与周边空气的热交换不够充分，导致 热量在外壳层面大量聚集，使得LED灯具表面的散热效果差强人意。LED光源模块外壳的 边界条件不尽理想带来恶化的温度梯度导致光源内部的LED管芯温度过高，这就是造成许 多LED光源和灯具过早失效的重要原因之一。
为了有效地降低LED管芯的工作温度，必须从每一个细小环节认真有效地解决导热和 散热问题不仅仅是在LED管芯制造环节的一次导热散热，务必认识到后续工艺涉及的二 次甚至三次、四次散热技术都是至关重要的。本发明就是在这样的背景下应运而生只要LED 光源模块的总体热阻足够低，可以将LED管芯内部的热量快速有效地传导到光源模块表面， 则接下来的散热问题可以由本发明灯罩很好地解决该灯罩营造了一个理想的局部小空间，一个Micro Climate微型气候环境，使得在灯罩内的LED光源模块处于一个相对恒定的气流 场之中，模块散热器表面的热量被恒定而快速流动的空气髙效率地带走，有效改善LED光 源模块温度梯度的边界条件，从而使LED管芯发出的热量得到快速释放而降温。有趣的是， 本发明先天就是具有自适应特征的智能控制系统光源发热越多，系统散热效果就越强。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理，制造工艺简单，成本相对低廉，自 然通风散热效果能满足相应功率LED光源散热要求的灯罩。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是 一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩。 依据烟囱抽风原理，充分利用LED光源自身发出的热量，实现LED光源自适应式自然通风 强制散热的功能。
众所周知，空气受热后体积膨胀，使其比重变得小于周边空气而自然上升。在管道中， 受热气体上升形成上升气流。如果管道的内壁形状是烟囱状，也就是说，管道中空部分的横 截面积按照气流前进方向是逐渐变小的其下端即空气的进入端通道口径比较粗，上端即空 气的出口端比较细，这种烟囱形状的管道使其中流动上升的空气速度逐渐加快，实际是气流 加速器。在管道中，气流速度大体遵从一个简单的数学关系通过管道任意横截面的气流的 速度反比于该截面的面积。据此得知，在管道较粗的地方，气流速度较低，例如在入口处； 而在管道较细的地方，例如在出口处，气流速度就快。快速上升的气流具有较大的动能，导 致管道上端产生负压，使得入口端附近的冷空气源源不断地被'抽'入管道。由于LED光 源模块的位置是安排在入口气流必经之处，恒定的气流速度相对较缓慢，LED光源模块的散 热鳍片与周边的空气既能充分接触达到热量充分交换，又能被及时'抽走'令新的冷空气进 来；散热鳍片周边有效流动的气流自然地而又是强制地带走LED模块发出的热量，同时也 获得在烟囱式管道中继续上升的能量。于是源源不断上升的气流自然而然地形成，而受其上 升速度直接影响的散热速度具有戏剧性的'自适应'特征LED光源发热越多，气流的流速越快，散热效果也就越好，反之亦反。在达到动态平衡时，气流速度获得稳定。巧妙利用这 种自适应状态真可谓是天人合一，充满东方文明的智慧与和谐。 本发明的关键点在于-
① 本发明一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩的结构大体可以分为两部分灯罩体部
分和烟囱管道部分。两部分之间平缓柔和连接，既要使得造型美观，更应该注重最佳 空气流体力学效果。
② 灯罩体部分的形状不限，既可以选用现成的灯罩加以改造，也可以另行设计专门开模 具制造。 一般说来，有针对性地专门设计制造比较好，可达成美观与高性能的统一。
③ 改造现成灯罩的成本相对较低，但外观可能不很完美，特别是散热效果未必最佳。同 时也还有其它问题。新设计的灯罩一旦形成批量，其成本也会迅速降低。
④ 对于本发明一种带烟囱式抽风管道的LED灯罩进行专门的产品设计，可以从一开始 就进行尽可能完美的总体规划，包括外部造型的工业设计、包括LED光源模块的位 置安排、包括LED光源模块的安装固定方式及其相配套的各种安装构件设计、包括 LED光源模块的散热效果最佳化分析计算与设计、包括烟囱式管道的长短与截面积 变化率的计算与设计，还要包括加上灯罩后形成的LED光源灯具整体在建筑物上的 安装方式和配套的各种安装构件的设计，以及评估其安装的效果。对于要应用在室外 的LED灯具，还必须同时考虑整体的风阻系数和整体结构抗强风暴的能力，以确保 产品使用中的安全。这显然是一项系统工程，不仅仅要追求最佳数据的效果，还要注 重生产加工、装配和安装的工艺便捷，甚至于还要考虑到维护和维修工作的便利。
⑤ 外部造型的设计主要也是分成两个部分来考虑。
a)灯罩体部分将LED光源模块'罩'在其中，提供一个实现LED光源模块的散 热鳍片与周边空气进行充分热量交换的空间，这个空间由该灯罩体的内腔结构提 供。至于灯罩体的外部直接影响到观感的部分，要靠外观设计。灯罩体外部造型
6i. 以圆和椭圆为基调，如同现有多数路灯的设计； ii. 类似水滴型的流线型设计； 方型或长方形设计；
iv. 多边形设计；
v. 类似倒扣的'瓢'，大空间笼罩光源，小空间提供电源驱动器安装； vi. 其它设计。
b) 烟囱式抽风管道部分
i. 抽风出口直接朝上的造型设计，必要时可以加上盖以便防雨水等物； ii. 抽风出口柔和地转向侧上方的造型设计；
iii. 用做路灯时，抽风出口转向路灯杆并紧靠固定；
iv. 用做路灯时，抽风出口接入路灯杆内部空腔，利用路灯杆的上端空腔等效延 长抽风管道的有效长度，增强灯罩管道的抽风效果；
V. 其它设计。
c) 综合效果
i. 传统椭圆灯罩加上顶部的抽风管道的造型设计，如同苏联红军近卫军战士保 尔*柯査金的军帽，顶上有个向上隆起的尖端，给人以深刻印象；
ii. 灯罩体部分模仿北京北海白塔造型，浑圆大气，简洁而不失厚重之美；
m. 灯罩体部分模仿北京天坛的造型，古香古色，韵味十足，更彰显中华文化之 辉煌；也可以模仿古代亭子的造型，古香古色又具有现代科技元素，凸显中 国古老文明与现代科技的完美结合；
iv. 灯罩体部分模仿天主教或基督教教堂的建筑形式，庄重优美，造型独特，易 于融入西方社会；也可模仿东南亚地区佛教等宗教建筑，神秘庄重，典雅优美，占领更广阔的市场；
v. 灯罩外形模仿各种动物的卡通形象，例如鸟类的天鹅、仙鹤、孔雀，水中 的海豚、鲸鱼、海豹，陆地上的犀牛、长颈鹿、牦牛，以及其它各种造型；
vi. 其它设计。
图l为半球形灯罩示意图，图中的1是LED光源或称LED光源模块，图中的2是半球形灯 罩体，图中的3是烟囱式抽风管道的出口端。LED光源模块1发出的热量，将其周边的 空气加热，携带热量的空气沿着1和2之间的散热通道向上流动，进入上部的抽风管道 后逐渐加速，最终从抽风管道的顶部3排出。LED光源模块周边受热空气上升离开后留 出的空间由模块下部和旁边的未受热空气填补，形成LED光源模块周边自然而恒定的 气流，LED光源模块为气流加热，气流带走热量为LED光源模块散热，二者自然配合 相得益彰，形成自适应体系LED光源模块发热越多，气流上升动力越大，于是空气流 动速度就越快，就会获得散热越多越快的效果。
图2为方台形灯罩示意图，图中的4是LED光源或称LED光源模块，图中的5是方台形灯 罩体，图中的6是烟囱式抽风管道的出口端。LED光源模块4发出的热量，将其周边的 空气加热，携带热量的空气沿着4和5之间的散热通道空间向上运动，进入上部的抽风 管道后逐渐加速，最终从抽风管道的顶部6排出。LED光源模块周边受热空气上升离开 后留出的空间由模块下部和旁边的未受热空气填补，形成LED光源模块周边自然而恒 定的气流，LED光源模块为气流加热，气流带走热量为LED光源模块散热，二者自然 配合相得益彰，形成自适应体系LED光源模块发热越多就散热越多越快。
具体实施方式
实施例一、灯罩体采用中国古代亭子造型的60W单头LED路灯 本实施例的灯罩体采用中国古代亭子造型，主要技术要点如下
81 60W功耗的LED光源模块在照明工作时，相当一个50W左右的电炉发热，发 热量相当大，散热问题必须严肃对待。光源模块造型如同秦砖，近似为长方体， 结构尺寸为120*300*55mm，其外壳的三个侧面排布有散热鳍片，用以增加外壳 表面与空气的接触，加大等效散热面积，外壳材料选用导热性能良好的铝镁合金， 最终等效铝镁合金散热面积要达到0.15m2以上；
2 采用中国古代亭子造型的灯罩体，长方形下边框的空气入口尺寸为240*388mm， 其长宽比接近黄金分割比例，造型比较美观大方；
3 根据计算，在灯罩体入口处的空气流速将达到0.1m/S，在抽风管道出口处将达 到0.7m/S以上的速度，具有很好的自然抽风强制散热效果。
4 实测表明，铝镁合金LED光源模块表面恒定后的温度仅比环境温度高不到3r， 散热效果非常好。
实施例二、 5W-LED筒灯
E26螺旋接口的5W-LED筒灯是11 18W-CFL紧凑型荧光灯即俗称'节能灯'的 终结替代产品。为确保其散热，选用类似图1的散热灯壳造型，入口的空气流速设计为 0.1m/S，在抽风管道出口处将达到0.5111/8以上的速度，同样具有很好的自然风冷强制散 热效果。根据设计指标，5W-LED筒灯散热外壳的表面温度不超过环境温度5'C。 实施例三、50W-LED厂房吊灯
生产车间的厂房空间较高，需要灯具提供较强的照明效果，50W-LED厂房吊灯亮 度超过CFL荧光灯180W的效果，使用寿命是其3倍以上，具有很好的节能潜力。同 其它LED光源灯具一样，如果使用环境的通风散热条件不佳，就会导致LED光源过早 地失效，经济上就不合算。本实施例50W-LED厂房吊灯采用图l所示的带有烟囱式抽 风管道的LED灯罩，光源模块如图3 '千手观音，散热器；入口处空气流速为0.1m/S， 在抽风管道出口处将达到0.7m/S以上的速度，具有很好的自然抽风散热效果。
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权利要求1、一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是包括提供散热气流通道的烟囱式抽风管道部分，还包括在适当位置开孔以连接烟囱式抽风管道的、笼罩LED光源的灯罩体部分。
2、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是包括带有利 用烟囱抽风原理的抽风管道，为LED光源提供自然风冷的气流集中加速通道。
3、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是灯罩体部分 的外观造型是在上部适当位置开孔的半球形或半椭球型类型。
4、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是灯罩体部分 的外观造型是在上部适当位置开孔的沿中心对称轴切开的半个水滴的流线造型。
5、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是灯罩体部分 的外观造型是在上部适当位置开孔的类似北京北海白塔、天坛、中国古代亭子、宫殿和宝塔 的造型。
6、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是灯罩体部分 的外观造型是在上部适当位置开孔的类似天主教、基督教教堂的尖顶造型，以及类似欧美国 家宫殿、城堡、尖塔尖顶的造型。
7、 根据权利要求1 一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是灯罩的外观 造型为类似鸟类、兽类、鱼类、昆虫类的卡通造型。
8、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是连接在灯罩 体的顶部或上部适当位置开孔处的烟囱式抽风管道是竖直向上安置。
9、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是连接在灯罩 体的顶部或上部适当位置开孔处的烟囱式抽风管道是弯曲斜向上安置。
10、 根据权利要求1一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩，其特征是连接在灯罩 体的顶部或上部适当位置开孔处的烟囱式抽风管道是连接通入灯杆的杆内空腔。
专利摘要本实用新型涉及一种带有烟囱式抽风管道的LED灯罩。众所周知，散热效果对于LED光源的使用寿命至关重要，本实用新型为LED光源提供了高效率自然风冷散热的理想小环境。本实用新型所述的抽风管道具有类似烟囱抽风的功能，可将携带LED光源所产生热量的空气自动快速排出，从而高效率地实现LED光源自适应强制风冷降温的效果。其特点和优越之处在于充分利用LED光源本身发出的热量作为自然强制风冷的自适应动力能源，而无须配置增加额外成本、消耗额外电力的风扇。工业设计上配合梦幻想象力的各种完美造型，适应不同建筑风格和地域风情，获得造型独特、美观实用的效果，经济效益和社会意义都很好。
文档编号F21V3/00GK201277503SQ200820212620
公开日2009年7月22日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者周克锋 申请人:周克锋