ITUD20120120A1 - Corpo di supporto per una sorgente di calore e relativo procedimento di realizzazione - Google Patents

Description

"CORPO DI SUPPORTO PER UNA SORGENTE DI CALORE E RELATIVO PROCEDIMENTO DI REALIZZAZIONE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un corpo di supporto per una sorgente di calore, quale un dispositivo di illuminazione ad esempio di tipo a LED, a serie di LED, anche noti come LED array, una cella a concentrazione solare dispositivi elettrici, o elettronici, o altri dispositivi che, per loro caratteristiche, generano elevate potenze termiche. In particolare, il corpo di supporto secondo il presente trovato oltre ad avere funzione di supportare, contenere ed eventualmente proteggere la sorgente di calore, ha anche la funzione di dissipare il calore generato da quest'ultima per evitare il suo danneggiamento .

Il presente trovato si riferisce anche al relativo procedimento di realizzazione del corpo di supporto.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti corpi di supporto per fanali, lampade, celle fotovoltaiche a concentrazione solare, o altri dispositivi ai quali sono associate sorgenti generatrici di calore come LED, o serie di LED, di dispositivi di illuminazione, o substrati di celle fotovoltaiche .

Sono noti corpi di supporto realizzati in materiale metallico, solitamente in alluminio i quali, pur avendo elevate efficienze di scambio termico, risultano particolarmente complessi, pesanti e costosi da realizzare.

Sono anche noti corpi di supporto realizzati in materiale plastico con ridotte proprietà di trasmissione del calore, e provvisti di una sede di alloggiamento per il montaggio di elementi di dissipazione .

Gli elementi di dissipazione sono solitamente realizzati in materiale metallico e vengono montati sul corpo di supporto mediante mezzi di accoppiamento meccanico, ad esempio mediante interferenza, anelli elastici tipo OR, collegamenti a scatto collegamenti filettati o altro.

Gli elementi di dissipazione possono essere provvisti di una pluralità di alette per incrementare l'efficienza di scambio termico.

La sorgente di calore è montata direttamente a contatto sull'elemento di dissipazione per permettere il trasferimento del calore generato verso l'esterno. Al corpo di supporto possono essere accoppiati, mediante mezzi di collegamento meccanico, elementi di chiusura come, ad esempio parti ottiche, coperchi trasparenti, o altro.

L'elemento di dissipazione, in materiale metallico, viene solitamente realizzato mediante procedimenti di presso fusione, o lavorazione meccanica, i quali comportano elevati tempi esecutivi, ed elevati costi di produzione dell'elemento di dissipazione stesso. Un ulteriore inconveniente è dato dal fatto che è necessario prevedere opportune geometrie o porzioni di accoppiamento del corpo di supporto per permettere il montaggio su quest'ultimo dell'elemento di dissipazione .

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un corpo di supporto per una sorgente di calore che sia semplice, economico e di rapida realizzazione .

Un ulteriore scopo del presente trovato, è quello di realizzare un corpo di supporto avente un'elevata efficienza di dissipazione del calore.

È pure scopo del presente trovato quello di mettere a punto un procedimento per realizzare un corpo di supporto per una sorgente di calore che sia semplice, rapido ed economico.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale .

In accordo con i suddetti scopi , un corpo di supporto per una sorgente di calore quale una sorgente luminosa a LED, una cella fotovoltaica, o un analogo dispositivo generante energia termica, comprende una porzione di supporto ed una porzione di contenimento associate fra loro a definire un corpo unico predisposto per supportare la sorgente di calore e per definire una struttura di contenimento. La porzione di supporto è adatta a supportare la sorgente di calore ed è realizzata con un primo materiale plastico conduttivo termicamente per dissipare il calore generato dalla sorgente di calore .

La porzione di contenimento della sorgente di calore è realizzata con un secondo materiale plastico, diverso dal primo materiale plastico, ed è solidalmente associata alla porzione di supporto lungo una linea di giunzione in modo che, lungo la stessa linea di giunzione, il primo ed il secondo materiale plastico siano inglobati o compenetrati fra loro .

Ciò permette di ottenere un corpo di supporto della sorgente di calore con una distribuzione di materiale ottimizzato in modo che la porzione di supporto sia realizzata in un materiale idoneo a dissipare l'elevata energia termica prodotta dalla sorgente di calore, mentre la porzione di contenimento sia realizzata con un materiale che non ha particolari caratteristiche di conducibilità termica.

La porzione di contenimento, infatti, ha proprietà idonee a fungere da supporto e contenimento della sorgente luminosa, e quindi a resistere ad eventuali sollecitazioni cui può essere sottoposto durante l'uso, o durante urti od impatti.

La porzione di contenimento può essere prevista, ad esempio, per realizzare il collegamento reciproco con ulteriori parti, per il fissaggio a strutture di supporto, a carter a portalampade , o ad altri accessori .

Il collegamento fra la porzione di supporto e quella di contenimento può avvenire mediante almeno una fra le tecniche di sovrastampaggio, unione a caldo, saldatura a lama calda, saldatura ad ultrasuoni, saldatura a vibrazione, ovvero in modo che si verifichi almeno una parziale sovrapposizione e compenetrazione di un materiale nell'altro materiale.

Infatti, per realizzare il collegamento fra le due parti non vengono richiesti mezzi meccanici come opportune parti sagomate, elementi elastici, guarnizioni o altro che incrementerebbero sia i costi di produzione che di montaggio.

Secondo un ulteriore aspetto del presente trovato, la porzione di supporto è provvista di una prima superficie alla quale è direttamente associata la sorgente di calore ed una seconda superficie contrapposta alla prima superficie e provvista di una pluralità di alette di dissipazione termica che permettono di ottimizzare l'efficienza di scambio termico della porzione di supporto.

Secondo un ulteriore aspetto del presente trovato, alla porzione di contenimento è associato un elemento di chiusura, eventualmente avente anche funzioni di elemento ottico, configurato per definire, assieme alla porzione di supporto, un vano di alloggiamento della sorgente di calore chiuso ermeticamente.

Secondo una variante realizzativa, la porzione di contenimento è associata alla porzione di supporto in modo da definire un vano di contenimento chiuso all'interno del quale è disposta la sorgente di calore. In particolare, si prevede il montaggio della sorgente di calore sulla porzione di supporto, ed il successivo collegamento reciproco della porzione di contenimento e della porzione di supporto.

Il presente trovato si riferisce anche al relativo procedimento di realizzazione di un corpo di supporto come sopra descritto, il quale comprende una prima fase di realizzazione della porzione di supporto ed una seconda fase in cui la porzione di contenimento della sorgente di calore viene associata alla porzione di supporto lungo la linea di giunzione in modo che, lungo quest'ultima, il primo materiale plastico si inglobi o compenetri nel secondo materiale plastico.

Secondo una forma esecutiva di variante del presente trovato, fra la prima e la seconda fase è previsto il montaggio della sorgente di calore sulla porzione di supporto e durante la seconda fase, la porzione di contenimento viene collegata alla porzione di supporto per definire un vano di alloggiamento sostanzialmente chiuso all'interno del quale è disposta la sorgente di calore.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 è una rappresentazione schematica in sezione di un corpo di supporto, secondo il presente trovato per un lampione a LED;

- la fig. 2 è una rappresentazione schematica in sezione di un corpo di supporto per un fanale;

- la fig. 3 è una rappresentazione schematica in sezione di un corpo di supporto per una cella fotovoltaica a concentrazione solare;

- la fig. 4 è una rappresentazione schematica in sezione di uno stampo per la realizzazione del corpo di supporto di fig. 3;

- la fig. 5 è una rappresentazione schematica in sezione di una variante di fig. 1;

Per facilitare la comprensione. numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE

Con riferimento a fig. 1 un corpo di supporto per una sorgente di calore 11 viene indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10, e comprende una prima porzione di supporto 13 che supporta la sorgente di calore 11, ed una seconda porzione di contenimento 14 della stessa sorgente di calore 11.

La porzione di supporto 13 e la porzione di contenimento 14 sono realizzate in un primo materiale plastico e rispettivamente in un secondo materiale plastico e sono solidalmente accoppiate reciprocamente fra loro senza l'ausilio di eventuali mezzi di collegamento, lungo una linea di giunzione 18

Le tecniche utilizzate per l'accoppiamento reciproco della porzione di supporto 13 e della porzione di contenimento 14 sono, ad esempio, il sovrastampaggio, l'unione a caldo, la saldatura a lama calda, la saldatura ad ultrasuoni, la saldatura a vibrazione o altre tecniche di unione fra due materiali che comportano almeno la parziale integrazione o compenetrazione di un materiale nell'altro materiale.

Il primo materiale plastico, con cui è realizzata la porzione di supporto 13, ha elevate proprietà di trasmissione termica ed è scelto in un gruppo comprendente polipropilene, polipropilene omopolimero elastomerizzato, poliammide, polifenilensolfuro, polietilene, policarbonato, polimeri a cristalli liquidi, o una combinazione di essi.

In forme di realizzazione si prevede che il primo materiale sia caricato con cariche conduttive, quali fibre o particelle metalliche, fibre ricoperte di metallo, fibre di carbonio, polvere di carbonio, nanotubi di carbonio, per incrementare la conducibilità termica. A solo titolo esemplificativo, il primo materiale plastico ha una conducibilità termica compresa fra 5 W/mK e 25 W/mK.

Il secondo materiale plastico, con cui è realizzata la porzione di contenimento 14, è scelto in un gruppo comprendente resine acrilonitrile-butadiene-stirene anche note come resine ABS, polivinilcloruro o PVC, poliammide, policarbonato, una combinazione di essi. Per il secondo materiale non sono richieste particolari proprietà di conducibilità termica, ma unicamente di resistenza meccanica per la particolare applicazione cui adibito il corpo di supporto 10.

La scelta dei suddetti materiali viene individuata in funzione della particolare applicazione del corpo di supporto 10 e, in particolare, dei parametri di resistenza meccanica ed all'urto, di stabilità dimensionale in condizioni di esercizio, di espansione termica, e di isolamento elettrico.

La sorgente di calore 11 comprende, nel caso di specie, una pluralità di LED, o un LED array, anche se in altre forme di realizzazione (fig. 3), può essere una cella fotovoltaica a concentrazione solare, o un altro dispositivo simile od assimilabile che genera energia termica che deve essere dissipata.

Il corpo di supporto 10 (fig. 1) ha, nel caso di specie, forma sostanzialmente concava in modo da definire un vano di alloggiamento 15 all'interno del quale è disposta la sorgente di calore 11.

La porzione di supporto 13 comprende una prima superficie 16 rivolta verso la parte concava del vano di alloggiamento 15 ed una seconda superficie 17 contrapposta alla prima superficie 16.

La prima superficie 16 è sostanzialmente piana e ad essa è associata, a diretto contatto, la sorgente di calore, nella fattispecie tre schede a LED 11.

La porzione di supporto 13 è provvista, sulla sua seconda superficie 17, di una pluralità di alette di dissipazione termica 19 che permettono di aumentare la superficie di scambio termico e quindi incrementare l'efficienza di dissipazione termica della porzione di supporto 13.

La porzione di contenimento 14 è disposta perifericamente alla porzione di supporto 13, ha forma sostanzialmente concava e, assieme a quest 'ultima, definisce il vano di alloggiamento 15 della sorgente di calore 11.

La porzione di contenimento 14 è provvista di una superficie interna 21 sulla quale possono essere applicati substrati riflettenti che incrementano, o definiscono la modalità di riflessione della luce che viene generata (figg. 1 e 2) o rispettivamente assorbita (fig. 3) dalla sorgente di calore 11.

La porzione di contenimento 14 (fig. 1) è provvista di un bordo periferico 22 sul quale è montato un elemento ottico 24, quale ad esempio una lente, o un coperchio in materiale trasparente per permettere il passaggio attraverso esso della luce.

Il collegamento fra la porzione di contenimento 14 e l'elemento ottico 24 è realizzato mediante mezzi di collegamento meccanici, ad esempio collegamenti a scatto, anelli elastici, guarnizioni, o per interferenza. Altre forme realizzative prevedono che la porzione di contenimento 14 e l'elemento ottico 24 siano collegati reciprocamente fra loro mediante tecniche di unione stabile, ad esempio mediante saldatura a lama calda, saldatura ad ultrasuoni, saldatura a vibrazione, od altro.

L'elemento ottico 24 associato alla porzione di contenimento 14 assieme alla porzione di supporto 13, definisce il vano di alloggiamento 15 chiuso ed a tenuta stagna.

Nel caso in cui il corpo di supporto 10 sia realizzato mediante sovrastampaggio, in alcune forme realizzative, la porzione di supporto 13 è provvista, sul suo bordo di interfaccia con la porzione di contenimento 14, ovvero lungo la linea di giunzione 18, di sottosquadri o porzioni di aggrappaggio che permettono di aumentare la superficie di contatto fra la porzione di supporto 13 e la porzione di contenimento 14. Le porzioni di aggrappaggio ed eventualmente i sottosquadri hanno la funzione di inglobare il secondo materiale plastico della porzione di contenimento 14 con la porzione di supporto 13 sì da realizzare un accoppiamento solidale .

In fig. 2 è rappresentata un'analoga applicazione del presente trovato ad un fanale per autoveicoli in cui la porzione di contenimento 14 è opportunamente sagomata per accogliere un'unica sorgente di calore 11, ovvero una scheda a LED, e per soddisfare le particolari esigenze applicative e di spazio richieste.

La superficie interna 21 della porzione di contenimento 14 è opportunamente rivestita con materiali riflettenti o, in alternativa, permette il fissaggio di opportuni elementi riflettenti, per determinare l'orientazione del fascio luminoso emesso dalla sorgente di calore 11.

Con riferimento a fig. 3, un corpo di supporto secondo il presente trovato viene indicato con il numero di riferimento 110 ed è anch'esso provvisto di una porzione di supporto 113 e di una porzione di contenimento 114 realizzati rispettivamente con il primo ed il secondo materiale plastico come sopra descritti.

La porzione di supporto 113 e la porzione di contenimento 114 sono del tutto analoghe a quelle descritte con riferimento a fig. 1.

Sulla porzione di supporto 113 è montata la sorgente di calore, nel caso di specie una cella fotovoltaica a concentrazione solare 111.

La porzione di contenimento 114 è solidalmente collegata alla porzione di supporto 113 ed è opportunamente sagomata con profilo della sezione a parabola, in modo da riflettere i raggi solari verso la cella fotovoltaica a concentrazione solare 111.

Anche per questa soluzione realizzativa, al bordo periferico 22 della porzione di contenimento 114 è associato l'elemento ottico 24 per proteggere da agenti esterni la cella fotovoltaica a concentrazione solare 111.

II procedimento di realizzazione del corpo di supporto 10, 110 sopra descritto, prevede una fase di realizzazione della porzione di supporto 13, 113 ad esempio mediante tecniche note di stampaggio, ed almeno un'ulteriore fase in cui la porzione di contenimento 14, 114 viene solidalmente accoppiata alla porzione di supporto 13, 113 lungo la linea di giunzione 18.

Si può prevedere che durante quest'ultima fase, la porzione di contenimento 14, 114 venga realizzata direttamente sulla porzione di supporto 13, 113, ad esempio mediante sovrastampaggio, oppure venga realizzata come parte separata rispetto alla porzione di supporto 13, 113 e successivamente venga accoppiata a quest'ultima mediante saldatura.

Nel caso in cui la porzione di contenimento 14, 114 venga ottenuta per sovrastampaggio, si può prevedere che la porzione di supporto 13, 113 precedentemente ottenuta venga inserita in una sede di alloggiamento 34 di uno stampo 30 (fig. 4).

Lo stampo 30 viene chiuso superiormente da un controstampo 31, e fra questi ultimi si viene a definire una cavità di iniezione 32 di forma e dimensioni analoghe a quelle della porzione di contenimento 14, 114.

Lo stampo 30 è provvisto di canali di iniezione 33 per l'iniezione nella cavità di iniezione 32 del secondo materiale plastico, il quale solidificandosi definisce la porzione di contenimento 14 e si consolida, lungo la linea di giunzione 18, con la porzione di supporto 13.

Nel caso in cui, invece, la porzione di contenimento 14 sia saldata alla porzione di supporto 13, è prevista la realizzazione, ad esempio mediante stampaggio per iniezione della porzione di contenimento 14, in modo indipendente dalla porzione di supporto 13. Successivamente, entrambe le porzioni vengono accostate fra loro e collegate reciprocamente, lungo la linea di giunzione 18, mediante una delle tecniche suddette.

È chiaro che al corpo di supporto per una sorgente di calore 10, 110 ed al relativo procedimento di realizzazione fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

Ad esempio, in altre forme di realizzazione (fig.

5), è possibile prevedere che il corpo di supporto, indicato con il numero di riferimento 210, comprenda una porzione di supporto 213 alla quale è associata una sorgente di calore 211, nella fattispecie tre schede di LED, ed una porzione di contenimento 214 realizzata, nel caso di specie, in materiale trasparente e che definisce assieme alla porzione di supporto 213 un vano di alloggiamento 215 chiuso. La porzione di contenimento 214, oltre ad avere funzione di contenimento delle schede di LED 211, ha anche funzione di elemento ottico per il fanale.

In questo caso, si prevede la realizzazione della porzione di supporto 213, ad esempio mediante stampaggio, ed il successivo montaggio all'interno su essa delle schede di LED 211.

La porzione di contenimento 214 viene successivamente posta a chiusura della porzione di supporto 213 e solidalmente collegata alla porzione di contenimento 214 mediante saldatura a lama calda, ad ultrasuoni, o vibrazioni od altre tecniche di unione solidale fra le due porzioni lungo una linea di giunzione 218 così da definire il vano di alloggiamento 215 a tenuta stagna.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti del corpo di supporto 10, 110, 210 per una sorgente di calore 11, 111, 211 ed al relativo procedimento di realizzazione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Corpo di supporto per una sorgente di calore quale una sorgente luminosa a LED (11; 211), una cella fotovoltaica (111), o analogo dispositivo generante energia termica, caratterizzato dal fatto che comprende una porzione di supporto (13; 113; 213) adatta a supportare detta sorgente di calore (11; 111; 211) e realizzata con un primo materiale plastico conduttivo termicamente per dissipare il calore generato da detta sorgente di calore (11; 111; 211), e che comprende, inoltre, una porzione di contenimento (14; 114; 214) di detta sorgente di calore (11; 111; 211), realizzata con un secondo materiale plastico, diverso dal primo materiale plastico, e solidalmente associata a detta porzione di supporto (13; 113; 213) lungo una linea di giunzione (18; 218) in modo che, lungo detta linea di giunzione (18; 218), detto primo e secondo materiale plastico siano inglobati o compenetrati fra loro.
2. 2. Corpo di supporto come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta porzione di supporto (13; 113) è provvista di una prima superficie (16) alla quale è direttamente associata detta sorgente di calore (11; 111; 211) ed una seconda superficie (17) contrapposta alla prima superficie (16), provvista di una pluralità di alette di dissipazione termica (19).
3. 3. Corpo di supporto come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che a detta porzione di contenimento (14) è associato un elemento di chiusura (24) configurato per definire assieme a detta porzione di supporto (13) un vano di alloggiamento (15) di detta sorgente luminosa chiusa ermeticamente.
4. 4. Corpo di supporto come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta porzione di contenimento (214) è associata a detta porzione di supporto (213) in modo da definire un vano di contenimento (215) chiuso all'interno del quale è disposta detta sorgente di calore (211).
5. 5. Corpo di supporto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale plastico è scelto in un gruppo comprendente polipropilene, polipropilene omopolimero elastomerizzato, poliammide, polifenilensolfuro, polietilene, policarbonato, polimeri a cristalli liquidi, o una loro combinazione .
6. 6. Corpo di supporto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale plastico comprende cariche conduttive, scelte fra fibre metalliche, particelle metalliche, fibre ricoperte di metallo, fibre di carbonio, polvere di carbonio, nanotubi di carbonio, o una loro combinazione.
7. 7. Corpo di supporto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo materiale plastico è scelto in un gruppo comprendente resine acrilonitrile-butadienestirene, polivinilcloruro, poliammide, policarbonato, polipropilene o una loro combinazione.
8. 8. Procedimento di realizzazione di un corpo di supporto per una sorgente di calore quale una sorgente di calore, una sorgente luminosa a LED (11; 211), una cella fotovoltaica (111), o analogo dispositivo generante energia termica, caratterizzato dal fatto che comprende una prima fase di realizzazione di una porzione di supporto (13; 113; 213) adatta a supportare detta sorgente di calore (11; 111; 211) e realizzata con un primo materiale plastico conduttivo termicamente per dissipare il calore generato da detta sorgente di calore (11; 111; 211), e che comprende una seconda fase in cui una porzione di contenimento (14, 114, 214) di detta sorgente di calore (11; 111; 211), realizzata con un secondo materiale plastico, viene associata a detta porzione di supporto lungo una linea di giunzione (18; 218), in modo che, lungo detta linea di giunzione, detto primo materiale plastico si inglobi o compenetri nel secondo materiale plastico.
9. 9. Procedimento come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta seconda fase viene eseguita con almeno una fra tecniche di sovrastampaggio, unione a caldo, saldatura a lama calda, saldatura ad ultrasuoni, saldatura a vibrazione .
10. 10. Procedimento come nella rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che fra detta prima e seconda fase è previsto il montaggio di detta sorgente di calore (211) su detta porzione di supporto (213), e che in detta seconda fase, detta porzione di contenimento (214) viene collegata a detta porzione di supporto (213) per definire un vano di alloggiamento (215) sostanzialmente chiuso all'interno del quale è disposta detta sorgente di calore (211).