Светодиодная лампа с жидкостным охлаждением. Лампа светодиодная с охлаждением


Светодиодная лампа с жидкостным охлаждением

Внимательный читатель должен знать, что нашему ресурсу не чужд интерес к энергосберегающим технологиям. Если говорить об источниках света, то пока наиболее технически прогрессивными из выпускаемых серийно принято считать лампы на основе светодиодов. Они остаются дорогими и несовершенными, жёсткая экономия китайских производителей на элементной базе нередко оборачивается снижением ресурса подсистемы питания ламп, но это самое продвинутое средство освещения из предлагаемых сейчас на рынке.

Как сообщает сайт CNet, компания Switch Lightning собирается начать этим летом продажу светодиодных ламп оригинального дизайна, использующих жидкостное охлаждение. Тепловыделение сверхъярких светодиодов остаётся важной проблемой, и в данном случае отвод тепла от них организован путём помещения в колбу с некоей жидкостью, которая позволяет более эффективно передавать тепловую энергию традиционному радиатору, расположенному ближе к цоколю. Очевидно, колба наполнена диэлектрической жидкостью с хорошей теплопроводностью.

Помимо решения проблемы с охлаждением, жидкость позволяет добиться более равномерного рассеивания света, как утверждает производитель. Первое поколение данных ламп будет ориентировано на корпоративного потребителя (офисные здания и отели), лампы будут выпускаться в эквивалентах ламп накаливания мощностью 40 Вт и 75 Вт, фактически потребляя при этом не более 8 и 17 Вт, соответственно. Предусмотрен и промежуточный вариант, эквивалентный 60-ваттной лампе накаливания. В ближайшее время будет выпущен и эквивалент лампы накаливания мощностью 100 Вт. Стоимость ламп данной серии будет лежать в пределах от $40 до $50, но для использования в домашнем хозяйстве позднее будут предложены более доступные варианты.

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.

overclockers.ru

Светодиодные лампы под цоколь h5 с активным охлаждением.

Когда продавец предложил сделать обзор этих ламп, я хотел отказаться, так как у меня стоит линзованный ксенон, но любопытство перевесило. Вообще, установка светодиодных ламп в фару с отражателем под галоген-плохая идея. Равно как и установка ксеноновых ламп в рефлекторную оптику, рассчитанную под галоген. Есть у меня идея в будущем сделать на основе этих ламп неплохой мини-прожектор. А сейчас просто посмотрим что снаружи и внутри.

Эти лампы с кольцом под цоколь h5 предназначены именно для установки в рефлекторные фары под галоген, ибо линз под лампы h5 не существует.

Как правило, линза под галоген ставится на ближний свет и имеет односпиральную лампу.Но существуют линзы, которые устанавливаются в цоколь h5 рефлектора для последующей установки в них ксеноновой лампы с цоколем D2s и тд., но это совсем другая история.

Только китайцы могли когда-то додуматься до такого-лепить ксеноновые лампы под разные цоколи, но только фирменный ксенон имеет цоколи D2s, D3s и тд, и предназначен для установки в линзованную оптику.То же самое теперь происходит со светодиодными лампами-они набирают популярность, и китайцы очень быстро подхватывают тренды и начинают лепить Бомж-варианты для тех, кто не хочет дорого и качественно, а хочет одним движением руки сделать из своего штатного галогенного света — светодиодный.

Я не видел ни одной нормальной светотеневой границы при установке светодиодных ламп в рефлектор от галогена. Проблема в том, что свет в рефлекторе ничто не фокусирует, а яркость светодиодной лампы достаточно высокая, рассеивание светодиодного света происходит во все стороны, и слепит других водителей. При этом большая яркость самой лампы не даёт хорошей освещенности дороги, тем более чем дальше удаляемся от теплого свечения в сторону 6000K+, тем хуже дела.

Могу сказать наперед, у этих ламп набралось довольно много косяков, что

mysku.me

Мощная светодиодная лампа с охлаждением

Изобретение относится к полупроводниковой светотехнике, в частности к светодиодным /СД/ лампам с объемным СД-модулем на мощных светодиодах, требующих охлаждения при эксплуатации, со встроенными или вынесенными из лампы преобразователями питающей сети /вторичными источниками питания/.

Такие лампы мощностью, превышающей 15-20 Вт, могут быть использованы для замены газоразрядных ламп /ГРЛ/ высокого давления типа ДРЛ, ДРИ, ДНаТ с громоздкими электромагнитными или электронными пускорегулирующими аппаратами /ПРА/.

Лампы предназначены для применения в светильниках для освещения открытых пространств, цехов предприятий, промышленного выращивания растений, освещения дорог, а также для использования в специальной светотехнике, например во взрывозащищенных светильниках, аэродромных светосигнальных приборах, навигационных маяках и т.п.

Заменяемые ГРЛ, наряду с увеличенными массогабаритными показателями, имеют неудовлетворительное качество света, невысокие светоотдачу и срок службы, низкие экологические показатели из-за использования ртути, а также достаточно высокую стоимость.

Например лампы ДРЛ мощностью 125-250 Вт имеют светоотдачу ~56 лм/Вт и низкий индекс цветопередачи Ra=40-60, а срок службы 12-20 тыс. часов, заметно уступая светодиодам.

Вместе с тем, повышение мощности компактных ламп возможно при использовании в них объемных СД-модулей с эффективными средствами охлаждения /1/.

Однако возможности применяемых в компактных СД-лампах с объемными СД-модулями средств охлаждения ограничены предельными значениями допустимых мощностей, упомянутых выше.

В этой связи ведутся поиски применения более эффективных средств охлаждения СД-ламп.

Известно применение тепловых труб /ТТ/ для локального индивидуального охлаждения силовых полупроводниковых приборов /диодов, тиристоров/, обеспечивающих минимизацию массы и габаритов системы охлаждения /2/. Конструктивное исполнение этих систем неприемлемо для использования в СД-лампах.

Известно светодиодное осветительное устройство с тепловой трубой /3/, размещенной в тепловом контакте между двумя продольными теплопроводными пластинами, на одной из которых установлена плата со светодиодами, причем указанная плата с несущей пластиной заключена в прозрачную оболочку, а узел охлаждения размещен на одной или обеих пластинах.

Конструктивное выполнение аналога, наряду с неэффективным использованием ТТ, не может быть использовано в светодиодной лампе из-за невозможности формирования кругового светораспределения.

Известна лампа на светоизлучающих диодах /4/ с полым протяженным держателем из теплопроводного материала в форме многогранника с установленными на гранях платами со светодиодами с оптическими осями, перпендикулярными стенкам окружающей его колбы, причем держатель сопряжен с выступающим из колбы оребренным радиатором охлаждения.

Известна также лампа на мощных светодиодах с полым объемным СД-модулем в форме выпуклого многогранника из теплопроводного материала с зеркализованными гранями и собранными на них светодиодами с оптическими осями, перпендикулярными стенкам окружающей его колбы, причем СД-модуль сопряжен с кольцевым оребренным радиатором охлаждения, выступающим из колбы в окружающее пространство /5/.

Недостатки ламп обусловлены тем, что возникают трудности с минимизацией габаритов при повышении мощности лампы свыше 15-20 Вт из-за недостаточного сечения теплопередачи, удаленности светодиодов, т.е. источника тепла от радиатора охлаждения, который при этом работает с недостаточным температурным напором.

При естественном воздушном охлаждении лампы увеличение массы и габаритов радиатора охлаждения происходит быстрее, чем рост мощности ее СД-модуля, что приводит к неэффективному использованию конструкционных материалов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение мощности и эффективности СД-ламп за счет существенного улучшения тепловых параметров при одновременной минимизации массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в мощной светодиодной лампе с охлаждением, содержащей полый объемный светодиодный модуль, выполненный в виде выпуклого элемента из теплопроводного материала со светодиодами, заключенный в светопропускающую колбу или без нее, средства охлаждения и элементы токоподвода, полость указанного СД-модуля выполнена или в ней установлена в тепловом контакте со стенками СД-модуля оболочка испарительной зоны тепловой трубы /ТТ/ с фитилем, имеющим капиллярную структуру, и с частично заполняющим указанную оболочку жидким двухфазным теплоносителем, смачивающим фитиль, причем испарительная зона ТТ соединена через промежуточную короткую адиабатическую зону этой трубы с зоной конденсации пара указанного теплоносителя, заключенной в охлаждаемой, например за счет оребрения стенок, части оболочки ТТ, вынесенной из полости СД-модуля и/или из колбы лампы в окружающее пространство для охлаждения.

Цель достигается также тем, что полый объемный СД-модуль выполнен в виде оболочки зоны испарения ТТ с наружной поверхностью в форме протяженной прямо призмы или цилиндра с продольно скошенными боковыми стенками, образующими грани, на которых установлены в тепловом контакте СД-линейки, СД-мини-модули или отдельные светодиоды с оптическими осями, ориентированными перпендикулярно или под небольшими углами к перпендикуляру на стенки колбы и/или равномерно распределенными в окружающем пространстве более чем в полусферу.

Цель достигается и тем, что оболочка зоны испарения ТТ установлена в тепловом контакте скользящей посадкой или по резьбе внутри полости объемного СД-модуля, наружная поверхность которого имеет форму правильного многогранника, например усеченного икосаэдра, одной или двух сопряженных между собой основаниями усеченных пирамид или прямой призмы с собранными на гранях в тепловом контакте СД-мини-модулями, СД-линейками или отдельными светодиодами.

Поставленная задача решается также тем, что часть оболочки зоны испарения ТТ и/или по меньшей мере часть адиабатической зоны ТТ окружена теплоизолированным от нее отсеком, например кольцевым отсеком, с собранными в нем электронным преобразователем питающей сети и/или средствами управления световым потоком, подключенными к СД-модулю и к элементам токоподвода лампы.

Задача решается и тем, что элементы токоподвода, выполненные, например, в виде стандартного резьбового цоколя, установлены через изолятор на торцевой части оболочки зоны конденсации ТТ с возможностью подключения к СД-модулю и/или к электронному преобразователю питающей сети, собранному в лампе или вынесенному из нее.

Цель достигается также тем, что полый объемный СД-модуль выполнен или в нем установлена оболочка испарительной зоны низкотемпературной ТТ с фитилем, имеющим капиллярную структуру, например, на основе металлической сетки, стеклоткани или пористой керамики, смачиваемым жидким двухфазным теплоносителем, выбранным из группы спиртов, фреонов, дистиллированной воды с температурой кипения в пределах 36-145°C, обеспечивающих транспортирование теплоносителя в оболочке ТТ при произвольной ориентации лампы в пространстве и работоспособность в режимах испарения и/или кипения.

Достижению цели способствует и то, что полый объемный СД-модуль выполнен или в нем установлена ТТ с разъемной оболочкой в адиабатической зоне, например, с резьбовым соединением через уплотнение ее составных частей.

Решению задачи способствует также выполнение СД-модуля со светодиодами, собранными на светоотражающих, например зеркализованных, стенках выпуклого элемента и/или на СД-линейках, СД-мини-модулях, и выбранными в спектральном интервале глубоко синего, голубого или фиолетового излучения, а стенки колбы покрыты или в них интегрирован дистанцированный люминофор, преобразующий часть указанного излучения светодиодов в белое свечение и рассеивающий его.

Поставленная цель достигается и тем, что полый объемный СД-модуль выполнен на мощных светодиодах белого, красного, зеленого или желтого излучения и установлен в тепловом контакте на оболочке испарительной зоны ТТ в лампе без светопропускающей колбы, эксплуатируемой в защищенных световых приборах.

Предпочтительные варианты исполнения мощной светодиодной лампы с охлаждением показаны на чертежах.

Фиг.1. Лампа с СД-модулем в виде оболочки зоны испарения ТТ, имеющем форму прямой призмы: здесь “a” - вид сбоку, частично в разрезе; “б” - сечение А-А.

Фиг.2. СД-лампа со съемной ТТ и преобразователем, собранным в кольцевом отсеке, окружающем ее адиабатическую зону, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.3. Лампа с СД-модулем в виде сопряженных между собой основаниями усеченных пирамид и разъемной ТТ в адиабатической зоне, вид сбоку, частично в разрезе.

Показанная на фиг.1а, 1б мощная светодиодная лампа с охлаждением выполнена с полым цельным объемным СД-модулем 1 в виде выпуклого элемента из теплопроводного материала, например из меди, алюминия или его сплавов, который является оболочкой 2 испарительной зоны 3 низкотемпературной тепловой трубы 4 с наружной поверхностью в форме протяженной прямой призмы или цилиндра с продольно скошенными боковыми стенками 5 /см. фиг.1б/, образующими грани 6, с установленными на них в тепловом контакте линейками 7 со светодиодами 8 или отдельными светодиодами. Оптические оси 00 светодиодов 8 ориентированы перпендикулярно или под небольшими углами к перпендикуляру /до 15°/ на стенки светопропускающей колбы 9 в форме вытянутого эллипсоида вращения, в которой заключен СД-модуль 1.

Колба 9 лампы может быть изготовлена из силикатного стекла или оптического поликарбоната и покрыта или в ее стенки интегрированы светорассеивающие компоненты для снижения блескости.

Выполняющая совмещенные функции объемного СД-модуля и средств охлаждения светодиодов этого модуля лампы тепловая труба 4 содержит коаксиально установленный внутри протяженный цилиндрический фитиль 10, имеющий капиллярную структуру, примыкающий к боковым стенкам оболочки 2. При этом указанная оболочка ТТ частично заполнена жидким двухфазным теплоносителем 11, смачивающим фитиль 10 при любой ориентации лампы в пространстве. Испарительная зона 3 ТТ соединена через промежуточную короткую /в 1,5-3 раза меньшую зоны испарения/ адиабатическую зону 12 этой трубы с зоной конденсации 13 пара, который образуется в зоне 3 при нагревании фитиля за счет кондуктивной передачи тепла от светодиодов СД-модуля в процессе эксплуатации лампы. Охлаждение конденсата теплоносителя 11 в зоне 13 осуществляется за счет оребрения стенок части оболочки ТТ с ребрами 14 охлаждения указанной зоны, вынесенной из колбы лампы в окружающее пространство.

Для уменьшения радиационного воздействия рассеянного внутри колбы 9 излучения и вывода его в окружающее пространство наружная поверхность адиабатической зоны 12, расположенной в колбе, покрыта светоотражающим слоем 15.

На торцевой части зоны конденсации 13 оболочки ТТ установлены через кольцевой изолятор 16 элементы токоподвода лампы, выполненные, например, в виде стандартного резьбового цоколя типа Е27, подключенного к СД-модулю 1 и обеспечивающего возможность подключения к электронному преобразователю питающей сети, вынесенному из лампы.

Второй вариант исполнения мощной светодиодной лампы с охлаждением показан на фиг.2.

Здесь выпуклый элемент в виде правильного многогранника, в частности усеченного икосаэдра, образует объемный СД-модуль 17 с зеркализованной наружной поверхностью с собранными на гранях СД-мини-модулями треугольной формы или отдельными светодиодами 18.

СД-модуль 17 выполнен с цилиндрической полостью, внутри которой установлена в тепловом контакте скользящей посадкой или по резьбе 19 на стенке оболочки испарительной зоны 20 низкотемпературная тепловая труба 21.

Объемный СД-модуль 17 выполнен из теплопроводного материала с кольцевым фланцем 22, одна сторона которого сопряжена через уплотнение с окружающей его усеченной шаровой светопропускающей колбой 23, а другая сторона примыкает к кольцевому отсеку 24 с собранным в нем электронным преобразователем 25 питающей сети и/или электронными средствами управления световым потоком, например диммером /на фиг. не показано/, с подключением к СД-модулю 17 и резьбовому цоколю 26 средств токоподвода.

Отсек 24 с преобразователем 25 окружает оболочку адиабатической зоны 27 ТТ, теплоизолирован от нее кольцевым воздушным зазором 28 и находится в тепловом контакте с фланцем 22 СД-модуля, примыкающего к зоне испарения 20 ТТ, т.е. охлаждаемого ею, но может быть также теплоизолирован от фланца и трубы и иметь индивидуальные средства охлаждения.

Оболочка зоны охлаждения 29 ТТ окружена спирально приваренной к ней полосой из теплопроводного материала, образующей оребрение 30, а торцевая часть ТТ соединена через изолятор с цоколем 26 лампы.

В стенках полосы оребрения 30 вблизи оболочки ТТ выполнены отверстия для прохождения воздуха, а также для размещения защищенных элементов токоподвода к цоколю 26 лампы.

Собранные на зеркализованных гранях икосаэдра СД-модуля или на светоотражающих мини-модулях светодиоды 18 выбраны в спектральном диапазоне глубоко синего, голубого или фиолетового излучения, например первого из них серии XLamp XTE ARY компании CREE, с оптическими осями 00, перпендикулярными стенкам колбы 23, покрытой слоем толщиной 0,8-1 мм размещенного в силиконе люминофора 31, выбранного, в частности, из группы иттрий-алюминиевого или гадолиний-алюминиевого гранатов, активированного церием /YAG:Ce+3, GaAG:Ce+3/, или их смеси, в том числе с добавками других люминофоров, обеспечивают возможность получения направленно-рассеянного белого свечения лампы за счет преобразования и смещения с излучением светодиодов, с минимальными оптическими потерями в стенках колбы.

Третий вариант исполнения мощной светодиодной лампы с охлаждением показан на Фиг.3.

Здесь оболочка зоны испарения 32 ТТ размещена в тепловом контакте скользящей посадкой внутри полого выпуклого элемента, образующего объемный СД-модуль 33, наружная поверхность которого имеет форму многогранника в виде двух сопряженных между собой основаниями усеченных пирамид 34 со светоотражающими гранями. На них установлены в тепловом контакте короткие СД-линейки, спаренные мини-модули или отдельные светодиоды 35 с оптическими осями, почти перпендикулярными стенкам колбы 36.

Таким образом, зона испарения 32 ТТ СД-модулем 33 заключена в колбу 36 в форме вытянутого эллипсоида вращения, уплотненную на кольцевом держателе 37, примыкающем к оболочке адиабатической зоны 38 ТТ. К этой зоне примыкает также теплоизолированный от нее кольцевой отсек с электронным преобразователем 39 питающей сети и/или средствами управления световым потоком, подключенными к СД-модулю и к цоколю 40 лампы, установленному на торцевой части оребренной зоны конденсации 41 ТТ.

Тепловая труба лампы выполнена с разъемной оболочкой в адиабатической зоне 38, состоящей из медной или алюминиевой части трубы 42, большая часть которой выполнена или охвачена объемным СД-модулем, образующей зону испарения, и части трубы 43, например из алюминиевого сплава, большая часть которой изготовлена с ребрами 44 охлаждения.

Составленные части 42 и 43 ТТ герметично соединены между собой через фторопластовое уплотнение 45 по резьбе 46, но может быть использовано фланцевое соединение /на фиг. не показано/.

Выполнение лампы с составной трубой упрощает технологию сборки ТТ, заполнение ее теплоносителем, а также позволяет уменьшить расход дорогостоящих конструкционных материалов, например меди.

Все три исполнения СД-лампы предусматривают, что полый объемный СД-модуль 1, 17 или 33 выполнен в виде оболочки ТТ /см. фиг.1/, или в его полости установлена /см. фиг.2 и 3/ оболочка испарительной зоны низкотемпературной ТТ с фитилем 10 /см. фиг.1/, имеющим капиллярную структуру, примыкающим к боковым стенкам ТТ, например, на основе металлической сетки из меди, нержавеющей стали, никеля и др., или из стеклоткани, пористой керамики. Однако фитиль может быть изготовлен также на внутренних стенках оболочки ТТ в виде протяженных канавок, в том числе перекрытых металлической сеткой или перфорированной обечайкой /на фиг. не показано/.

При этом любая разновидность фитилей смачивается жидким двухфазным теплоносителем 11 /см. фиг.1/, обеспечивающим ламинарное транспортирование жидкости по фитилю /показано прямой стрелкой/ из зоны конденсации в зону испарения теплоносителя при любой ориентации лампы в пространстве.

Теплоноситель 11 выбран из группы спиртов, фреонов или дистиллированной воды с температурой кипения 36-145°C, близкой или не превышающей максимально допустимую температуру нагрева р-n-структуры использованных в СД-модулях ламп светодиодов 8, 18 или 35 /см. фиг.1, 2, 3/.

Эффективность теплопереноса в трубе, а значит, охлаждения СД-модулей ламп определяется также величиной открытой теплоты парообразования, коэффициентом теплопроводности и поверхностного натяжения и других показателей теплоносителя.

Указанные показатели обеспечивают противоположно направленное транспортирование теплоносителя по фитилю в жидкой фазе и возвращение его в зону конденсации в паровой фазе /показано изогнутыми стрелками на всех чертежах/ в режимах испарения и/или кипения в зоне СД-модуля ТТ.

В качестве низкотемпературных теплоносителей, не вызывающих коррозию фитиля и оболочки ТТ, могут быть использованы, например, дистиллированная вода, этиловый спирт, фреон-113, основные теплофизические параметры которых приведены в таблице, а также метиловый спирт, фреон-30 и др.

Основные теплофизические параметры теплоносителей ТТ
Теплоноситель* Ткип, °C L, кДж/кг σ, Н/м λж, Вт/м·К
Дистиллированная вода 100 2251,2 0,589 0,68
Этиловый спирт 78,3 960 0,173 0,169
Фреон-113 C2F3Cl3 47,7 143,8 0,159 0,071
* Параметры измерены при Ткип: L - скрытая теплота парообразования; σ - поверхностное натяжение; λж - коэффициент теплопроводности жидкости.

Все рассмотренные варианты мощных СД-ламп с охлаждением ТТ могут быть выполнены со светодиодами коротковолнового спектра излучения и с дистанцированным люминофором, как это показано на фиг.2.

Вместе с тем, лампы могут быть выполнены с применением полых объемных СД-модулей, содержащих мощные светодиоды белого, красного, зеленого или желтого излучения, причем полый СД-модуль выполнен или установлен в тепловом контакте на оболочке испарительной зоны ТТ в лампе без светопропускающей колбы, эксплуатируемой в защищенных световых приборах, например во взрывозащищенных световых приборах, аэродромных светосигнальных огнях, навигационных светомаяках и других устройствах, имеющих высокую степень защиты от воздействия окружающей среды.

Разработанные мощные СД-лампы с охлаждением на основе ТТ работают следующим образом.

Генерируемая светодиодами СД-модуля тепловая мощность /более 50%/ нагревает за счет кондуктивной теплопередачи часть оболочки - зону испарения 3 относительно короткой ТТ /см. фиг.1/, у которой отношение длины зоны испарения /lисп/ к диаметру канала /d/ трубы удовлетворяет условию lисп/d≤10.

Поскольку ТТ является испарительно-конденсационным устройством для передачи тепла, в ее оболочке 2 осуществляется перенос скрытой теплоты парообразования за счет испарения жидкого теплоносителя 11 в зоне 3 подвода тепла, переносимого паром через короткую адиабатическую зону 12, и конденсации этого пара в зоне 13 отвода тепла, в частности оболочки ТТ, вынесенной из СД-модуля и из колбы 9 лампы, а замкнутая циркуляция двухфазного теплоносителя осуществляется за счет фитиля 10, насыщенного его жидкой фазой, поддерживается действием капиллярных сил, зависящих от сил поверхностного натяжения теплоносителя и некоторых других параметров трубы, а также частично действием массовых /гравитационных/ сил при определенной ориентации лампы в пространстве.

Разделяющая зоны 3 и 13 короткая адиабатическая зона 12 ТТ является зоной равновесного адиабатического процесса, в которой транспортируется за счет перепада температур и давления пар теплоносителя и обратно направленный ламинарный поток его жидкой фазы по фитилю 10 и в которой физическая система не получает теплоты извне и не отдает ее в окружающее пространство.

Объемные СД-модули всех вариантов предложенных ламп установлены в колбах таким образом, что оптические оси светодиодов перпендикулярны или близки к перпендикуляру на стенки колбы с нанесенными или интегрированными в стенки дистанцированным люминофором и/или светорассеивающими компонентами, обеспечивая направленно-рассеянное свечение, как это показано на фиг.2. Подобная конфигурация оптической системы СД-ламп существенно снижает оптические потери в светорассеивающих колбах за счет отражения на стенках и полного внутреннего отражения на границах сред /1/.

Первый вариант предложенной лампы /фиг.1/, выполненный на упомянутых выше светодиодах серии XT-E, позволяет повысить мощность до уровня 120 Вт со световым потоком до 2,1·104 лм при светоотдаче, более чем в 2 раза превышающей коммерческие СД-лампы с плоскими модулями и традиционными средствами охлаждения и почти в 3 раза превышающие светоотдачу, т.е. эффективность газоразрядных ламп высокого давления серий ДРЛ, ДРИ, а также ряда ламп серии ДНаТ с улучшенной цветопередачей. При этом массогабаритные показатели СД-ламп не превышают 230 г и ⌀55×160 мм соответственно, что в 1,5-2 раза ниже чем у названных ламп с близкими световыми потоками.

Литература

1. В.В. Сысун. Состояние разработок компактных светодиодных излучателей и ламп с удаленным люминофором. “Полупроводниковая светотехника”, 2013, №6.

2. А.И. Исакеев и др. “Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов”. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд., 1982.

3. С.М. Гвоздев и др. Высокоинтенсивное светодиодное осветительное устройство. Пат. ПМ РФ №12307, приор. 04.04.2012, кл. F21S 2/00.

4. Л.А. Борыняк, Ю.К. Непочатов. Лампа на светоизлучающих диодах Пат. РФ №2446346, приор. 28.05.2010, кл. F21S 8/10.

5. Г.С. Сарычев, В.В. Сысун. Светодиодная лампа белого свечения. Пат. РФ №2408816, приор. 27.01.2009, кл. F21S 8/00.

edrid.ru

Мощная светодиодная лампа с принудительным охлаждением

Изобретение относится к полупроводниковой светотехнике, в частности к светодиодным /СД/ лампам на мощных светодиодах, требующих принудительного охлаждения при эксплуатации со встроенным в арматуру лампы или вынесенным из нее преобразователем питающей сети и/или средств управления светом.

Подобные лампы мощностью 20-200 Вт и более могут быть использованы для прямой замены мощных ламп накаливания, компактных люминесцентных ламп /КЛЛ/ и газоразрядных ламп высокого давления /ГРЛ ВД/, например типа ДРЛ, ДРИ, ДНаТ малой и средней мощности с громоздкими пускорегулирующими аппаратами /ЭПРА, ЭмПРА/, которые имеют неудовлетворительное качество света и экологические параметры /содержат ртуть/, требуют организации дорогостоящей утилизации.

Предлагаемая лампа на светодиодах предназначена для общепромышленного применения в арматуре световых приборов и использования в быту.

Существуют проблемы охлаждения известных мощных ламп с объемными СД-модулями /1/, обусловленные тем, что мощные светодиоды удалены в модуле от зоны охлаждения, т.е. от вынесенного из колбы лампы радиатора охлаждения, что ограничивает возможности дальнейшего повышения их мощности.

Решение проблем достигнуто в мощных лампах 121 с применением тепловых труб /ТТ/, когда зона нагрева трубы находится в тепловом контакте со стенками объемного СД-модуля в колбе лампы, а оболочка с радиатором зоны охлаждения ТТ вынесена из нее в окружающее пространство для теплообмена.

Вместе с тем габариты оболочки с радиатором зоны охлаждения ТТ существенно возрастают при увеличении мощности лампы.

Известны мощные СД-лампы серии Venturo компании Uniel /2,3/, выполненные с плоским СД-модулем, принудительно охлаждаемым аксиально установленным на удалении от держателя светодиодов электровентилятором, собранным совместно с преобразователем питающей сети в полом бочкообразном корпусе с вентиляционными каналами на торцевых стенках.

Недостатки прототипа обусловлены невозможностью организации охлаждения протяженных объемных СД-модулей в мощных лампах из-за того, что светодиоды установлены на значительном удалении от зоны принудительного охлаждения держателя-радиатора.

Кроме того, в лампах с плоским модулем, как известно /1/, трудно собрать большое количество мощных светодиодов без увеличения габаритов держателя. Так, например, лампа серии Venturo мощностью 100 Вт типа LED-M88-100 Е27 имеет габариты ⌀ 98×187 мм /www.sveti.ru/, и ощутимо превышают габариты ламп с ТТ и ГРЛ ВД, сопоставимые по световому потоку или мощности. Противопоставляемые лампы также имеют индикатрису светораспределения с невысоким углом излучения в вертикальной плоскости /2/.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения ламп с объемным СД-модулем при одновременном уменьшении габаритов и улучшении светотехнических параметров.

Технический результат достигается тем, что в мощной СД-лампе с принудительным охлаждением, содержащей светопропускающую колбу с установленным в ней светодиодным модулем, полый корпус со щелями для прохождения потоков охлаждающего воздуха, организованных установленным в нем электровентилятором, а также элементы токоподвода со стандартным цоколем, объемный СД-модуль из теплопроводного материала выполнен с продольным каналом воздухопровода, соединенного на одном конце через осевое отверстие в колбе лампы с окружающим ее пространством, а на противоположном конце сопряженного с электровентилятором, аксиально установленным в полом корпусе лампы, создающим охлаждающий поток воздуха в канале воздухопровода.

Технический результат достигается также тем, что воздухопровод объемного СД-модуля выполнен с цилиндрическими или коническими внутренними стенками и с выступающей из СД-модуля трубчатой стеклянной или металлической с сильфонной частью, герметично соединенной со стенками осевого отверстия колбы лампы.

Технический результат достигается и тем, что воздухопровод объемного СД-модуля выполнен в виде сопла дозвукового истечения охлаждающего потока воздуха, входное отверстие которого сопряжено с кожухом электровентилятора, а выходное отверстие сопла сообщено с осевым отверстием колбы через кольцевой сильфонный элемент.

Решению поставленной задачи способствует также то, что стенки канала воздухопровода СД-модуля выполнены с продольными ребрами охлаждения, увеличивающими поверхность теплообмена с потоком охлаждающего воздуха, организованным электровентилятором.

Задача решается и тем, что в полом корпусе лампы выполнен или установлен защищенный теплопроводными стенками отсек преобразователя питающей сети и/или средств управления светом, подключенных элементами токоподвода к СД-модулю, электровентилятору и цоколю лампы.

Предпочтительные варианты исполнения ламп с принудительным охлаждением показаны на чертежах.

Фиг. 1. Мощная СД-лампа с протяженным объемным СД-модулем с воздухопроводом, имеющим конические стенки с продольными ребрами охлаждения. Вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг. 2. Мощная СД-лампа с объемным СД-модулем с воздухопроводом в форме сопла, соединенного с осевым отверстием в колбе. Вид сбоку, частично в разрезе.

Показанная на фиг.1 мощная СД-лампа с принудительным охлаждением содержит стеклянную или выполненную из оптического поликарбоната колбу 1 в виде усеченного эллипсоида вращения с установленным в ней протяженным объемным СД-модулем 2,. изготовленным из теплопроводного материала, например, на основе алюминиевого сплава с наружной поверхностью в форме усеченной пирамиды 3 с фланцем 4 и горловиной 5.

На гранях пирамиды 3 собраны в тепловом контакте линейки 6 с алюминиевым основанием с мощными /0,5-3 Вт/ светодиодами 7 или установлены отдельные светодиоды с поверхностным монтажом белого или других цветов излучения.

Объемный СД-модуль 2 выполнен с продольным каналом воздухопровода 8, соединенного на одном конце через осевое отверстие в колбе 1 лампы с окружающим ее пространством, а на противоположном конце сопряженного с электровентилятором 9, создающим охлаждающий поток воздуха в канале воздухопровода /показано стрелками/. Электровентилятор 9 установлен на продольной оси ZZ лампы аксиально в полом корпусе 10 лампы, примыкающем к фланцу 4 указанного модуля, несущему колбу 1.

При этом выполненный из теплопроводного материала полый корпус 10 имеет щели 11, изготовленные в кольцевом изоляторе 12 стандартного цоколя 13 лампы, сопряженном с указанным корпусом.

Щели 11 и осевое отверстие в колбе 1 совместно с электровентилятором 9 обеспечивают циркуляцию охлаждающего потока воздуха в полом корпусе 10 и в воздухопроводе 8 объемного СД-модуля 2.

Воздухопровод 8 выполнен с цилиндрическими или коническими внутренними стенками и с выступающей из СД-модуля горловиной с трубчатой частью 14, соединенной через выступающую внутрь колбы ее трубчатую часть, изготовленную из стекла, с окружающим пространством, и герметично соединенной со стенками осевого отверстия 15 колбы лампы.

Для увеличения поверхности теплообмена с потоком охлаждающего воздуха, организованного осевым электровентилятором, стенки канала воздуховода 8 объемного СД-модуля могут быть выполнены с продольными ребрами 16 охлаждения.

В полом корпусе 10 со щелями может быть также выполнен или установлен защищенный отсек 17 для преобразователя питающей сети и/или средств управления светом, например, для диммера, охлаждаемый потоком воздуха, поступающим в корпус лампы через щели в изоляторе 12 цоколя.

Второй вариант исполнения мощной СД-лампы с принудительным охлаждением показан на фиг.2 и предусматривает выполнение стеклянной или из оптического поликарбоната колбы 18 в форме усеченной сферы с установленнным в ней объемным СД-модулем 19 в виде правильного многогранника, в частности усеченного икосаэдра 20 с фланцем 21 и с собранными на гранях мощными светодиодами 22 с оптическими осями 00, перпендикулярными стенкам колбы.

Объемный СД-модуль 19 имеет продольный канал воздухопровода, образованный внутренними стенками усеченного икосаэдра 20, выполненный в виде сопла 23 дозвукового истечения охлаждающего потока воздуха, входное отверстие которого /показано прямыми стрелками на фиг. 2/ сопряжено с кожухом 24 осевого электровентилятора 25, а выходное отверстие сопла герметично соединено, например, силиконовым компаундом с осевым отверстием колбы 18 через трубчатый стеклянный или кольцевой сильфонный элемент 26, изготовленный, в частности, из ковара.

Несущий колбу 18 фланец 21 СД-модуля сопряжен с полым корпусом 27 лампы с выполненным в нем защищенным отсеком 28 с теплопроводными стенками для размещения преобразователя питающей сети /вторичного источника питания/ и/или средств управления светом, подключенных элементами токоподвода к СД-модулю 19, электровентилятору 25 и стандартному цоколю 29.

На боковых стенках полого корпуса 27, несущего перечисленные элементы, выполнены щели 30 для поступления охлаждающего его воздуха из окружающего пространства /показано изогнутыми стрелками/ в заборную зону электровентилятора 25, охлаждая при этом стенку отсека 28.

Для обоих вариантов исполнения ламп использованы светодиодные линейки, мини-модули треугольной формы или отдельные мощные светодиоды белого свечения, например, светодиоды серии XL amp Х-ТЕ компании CREE.

Могут быть также использованы светодиоды глубоко синего излучения /λ≈450-470 нм/ названной серии в лампах с дистанцированным люминофором, выбранным, например, из группы иттрий - алюминиевого граната, активированного церием /YAG: Се+3/, преобразующим часть коротковолнового излучения светодиодов в излучение желтой области спектра, обеспечивающего при смешении с синим излучением направленно рассеянное белое свечение лампы при нанесении на внутренние стенки колб, например, в смеси с силиконовым компаундом, или введении вышеуказанного люминофора в поликарбонат, из которого изготавливают колбы.

В качестве осевого электровентилятора 9 /фиг. 1/ или 25 /фиг. 2/ для организации перемещения охлаждающего потока воздуха в канале воздухопровода и полом корпусе ламп можно использовать электровентилятор типа AD 0424 MS-G70 в габаритах ⌀40×10 мм мощностью ≈2 Вт с питанием DC 24 В, 0,08А фирмы «Adda Cooler» /Китай/.

Предложенные варианты конструкций мощных ламп с принудительным охлаждением могут эксплуатироваться как со встроенными источниками питания в лампу, как показано на фиг. 1 и 2, так и с вынесенными из нее в арматуру светильника.

Применение принудительного охлаждения объемных СД-модулей предложенных ламп позволяет существенно увеличить мощность /до 200 Вт и более/ при одновременном повышении эффективности /светоотдачи, близкой к значению применяемых в модулях светодиодов/, уменьшении габаритов и улучшении светораспределения в вертикальной плоскости/ по сравнению с лампами Venturo.

Литература

1. В.В. Сысун. «Состояние разработок компактных светодиодных излучателей и ламп с удаленным люминофором». Ж. «Полупроводниковая светотехника», 2013, №6, с. 39-48.

2. Ж. «Рынок светотехники». 2014, №5/24/, с. 72-73 /www.sveti.ru/. «Новинка Uniel: светодиодные лампы высокой мощности Venturo 30-100 Вт.

3. С. Никифоров, А. Архипов. «Ремикс по-светотехнически». Ж. «Полупроводниковая светотехника», 2014, №5, с. 8-15.

edrid.ru