Лампа світлодіодна з високоефективним тепловідведенням та рідинним охолоджувачем

Реферат: Винахід належить до напівпровідникової світлотехніки. Лампа світлодіодна містить напівсферичний розсіювач із полікарбонату, світлодіодний модуль (СДМ), розташований на плоскій поверхні корпуса із полімерного матеріалу, тепловідведення, металевий різьбовий цоколь. Згідно з винаходом, розсіювач виконаний прозорим, СДМ виконаний у вигляді модуля Acrich2, причому корпус є основним тепловідведенням лампи і виконаний у вигляді зрізаного конуса з теплорозсіювального полімеру композитного (ТРПК) з зовнішньою голчатою поверхнею. Всередині корпуса та з'єднаного з ним розсіювача розміщене силіконове масло, в яке занурене додаткове твердотільне голчате тепловідведення з ТРПК. Цоколь пристосований до підключення до мережі змінного струму 220 В, 50 Гц. Винахід забезпечує підвищення ККД, термін служби і зменшення температури джерела світла. UA 105976 C2 (12) UA 105976 C2 UA 105976 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до напівпровідникової світлотехніки. Прототипом винаходу є світлодіодна лампа (СДЛ) [1], яка містить світлодіодний модуль (СДМ), виконаний у вигляді основи з закріпленими на ній світлодіодами (СД), розсіювач, що має форму частини сферичного тіла, корпус, який має форму тіла обертання з розміщеним всередині нього радіатором з поздовжніми ребрами, блок живлення, з'єднаний з СДМ і цоколем. Ця лампа поряд з великими перевагами має і ряд недоліків. Наприклад, це стосується радіатора, ребра якого розміщуються у вікнах корпусу і мають доступ для дотику людини з їх поверхнею, що у випадку його виконання з алюмінієвого сплаву небезпечно для оточуючих, а саме - при пробої ізоляції поверхня радіатора може опинитися під напругою. Тому такі електричні прилади повинні мати зв'язок з РЕ-провідником (землею), вони належать до класу електрообладнання I [2]. В конструкції СДЛ такий зв'язок відсутній. Відсутні основні технічні показники і дані про СДЛ (хоча б для прикладу) - про потужність СДЛ, її ККД, світловіддачу, температуру джерела світла при рекомендованому тепловідведенні, тобто про ефективність прийнятого тепловідведення, яке може забезпечити нормальний режим роботи СДЛ, СД та їх кристалів, що значно впливає на термін служби останніх. Також відсутні конструкторські рішення тепловідведень, які пов'язані зі збільшенням потужності, ККД, температурних режимів СДЛ, світловіддачею і оптимізацією при її незмінних первісних габаритних розмірах. У основу винаходу поставлено задачу по створенню такої лампи світлодіодної (ЛСД) з твердотільним тепловідведенням та рідинним охолоджувачем, конструкція якої дозволила б максимально підвищити ККД, світловіддачу, термін служби і зменшити температуру джерела світла. Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що ЛСД містить напівсферичний розсіювач із полікарбонату, СДМ, розташований на плоскій поверхні корпуса із полімерного матеріалу, тепловідведення, металевий різьбовий цоколь, яка відрізняється тим, що розсіювач виконаний прозорим, СДМ виконаний у вигляді модуля Acrich2 [3], причому корпус є основним тепловідведенням лампи і виконаний у вигляді зрізаного конуса з теплорозсіювального полімеру композитного (ТРПК) [4] з зовнішньою голчатою поверхнею, а всередині корпуса та з'єднаного з ним розсіювача розміщене силіконове масло, в яке занурене додаткове твердотільне голчасте тепловідведення з ТРПК, містить панель захисту, яка пов'язана з СДМ і металевим різьбовим цоколем, який пристосований до підключення до мережі змінного струму 220 В, 50 Гц. Сумісним з прототипом [1] є розсіювач, СДМ, твердотільне тепловідведення, металевий різьбовий цоколь. На кресленні зображено: загальний вид ЛСД (фіг. 1), розріз ЛСД по А-А (фіг. 2), вид за стрілкою А (фіг. 3), розріз ЛСД по В-В (фіг. 4). Запропонована лампа містить (фіг. 1-4): 1 - розсіювач; 2 - світлодіодний модуль Acrich2, 230 В, 640 лм, 80 лм/Вт; 3 - корпус - основне тепловідведення з ТРПК; 4 - голчата зовнішня поверхня корпуса з ТРПК; 5 - допоміжний внутрішній твердотільний голчатий стрижень з ТРПК; 6 - силіконове масло; 7 - пробка для злива та залива масла; 8 - панель захисту Ru и FU; 9 металевий різьбовий цоколь Е27; 10 - отвір діаметром 3 мм для циркуляції силіконового масла. Працює лампа наступним чином. Напруга змінного струму із мережі 220 В прямо подається крізь цоколь і панель захисту на Acrich2, його світлодіоди загоряються білим світлом. В ЛСД відсутні шкідливі речовини, робоча температура дорівнює ~ 50 °C, тиск атмосферний. Габарити лампи можуть бути різноманітними, це залежить від її потужності і відповідно від потужності СДМ Acrich2. Наприклад, на фіг. 1-4 наведена ЛСД потужністю 8 Вт (її габаритні розміри: Н=105 мм, h=25 mm, h1=50 мм, h2=30 мм, h3=5 мм, D=75 мм, D, =55 мм, L=10 мм) із світловіддачею 80 лм/Вт і світловим потоком 640 лм, це приблизно відповідає лампі розжарювання 60 Вт. Практично при однаковому світловому потоці ЛСД в 6-8 разів має меншу споживану потужність. Термін служби ЛСД складає приблизно 70 тис. годин, вони мають високу надійність, механічну та вібраційну стійкість і т.д. Потужність лампи можна збільшити за рахунок застосування твердотільного тепловідведення з ТРПК (основного та допоміжного) та ще за рахунок рідинного теплоносія (силіконового масла). Основне тепловідведення - це корпус, який виготовлений у вигляді зрізаного конуса, всередині якого та з'єднаного з ним розсіювача розміщене силіконове масло, а поверхня корпуса виконана у вигляді голчатих стрижнів, що дозволяє набагато збільшити поверхню теплопередачі до атмосфери. Допоміжне тепловідведення - твердотільне з ТРПК голчатих стрижнів занурене в силіконове масло, яке має температуру кипіння приблизно 260 °C, що набагато більше внутрішньої температури, що створюється у лампі (не більше 70 °C), а 1 UA 105976 C2 5 10 15 20 25 30 електрична напруженість його складає - 2,6 МВ/м, що складає великий запас по напрузі для установок до 1000 В. В об'ємі лампи залишається вільний простір з висотою h3=5 мм. Масло при нагріванні розширюється і заповнює цей простір, чим попереджається створення небезпечного внутрішнього тиску. Світле силіконове масло заповнює об'єм напівсферичного розсіювача, що дозволяє додатково здійснити охолодження СДМ Acrich2. Крім того, масло є якби "оптичною лінзою", яка сприяє рівномірному розподілу світлового потоку та усунення яскравого світіння СДМ, яке могло б потрапити на сітківку людського ока. ЛСД має великий діапазон робочої напруги (60-220В). Синусоїда струму синхронно змінюється у співвідношенні до синусоїди напруги, що сприяє великому коефіцієнту потужності (0,97-0,99), зменшенню шумів схеми керування і має при цьому добру електромагнітну сумісність з іншими електроприймачами. Перевагою є те, що ЛСД вмикається прямо в мережу змінного струму без проміжних ланок (блоків живлення, драйверів та ін.), це спрощує підключення ЛСД до мережі і її експлуатацію. Застосування матеріалів з твердотільним тепловідведенням, наприклад, ТРПК спільно з силіконовим маслом, дозволяє підвищити потужність, яка знімається з одиниці поверхні, що призводе до значної економії електроенергії і дає полегшену вагу. ЛСД має невеликі габарити, малу вартість і її можна виконувати об'ємною складної конфігурації, наприклад, 3D. У конструкції лампи майже відсутні кольорові метали, вона екологічно чиста, може працювати при низькій температурі (від -25 °C до +40 °C). ЛСД надійна та електробезпечна, тому що в ній відсутні металеві частини і не потребується додатковий третій заземлювальний провідник РЕ. Джерела інформації: 1. Пат. №119166. Российская федерация, МПК H01 L 33/00 (2010.01). Светодиодная лампа / Носов В. С, Петренко С. А., Галущак В. С., Павлов С. А. Заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Светозар" (Российская федерация) / №2012115578/28; заявл. 18.04.2012 г.; опубл. 10.08.2012 г. (прототип). 2. ДНАОП 0.00-1.32-01. Правила будови електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок. - Київ, 2001.-117 с: іл. 3. Каталог. Світлодіодний модуль Acrich2. Seoul Semiconductor со., LTD. 148-29, CasanDong, Geumchon-Gu, Seoul, 153-801, Korea (http://www.seoulsemicon.com). 4. А. Криваткин. Теплорассеивающие пластмассы - вызов алюминию / Криваткин А., Сакуненко Ю. // Полупроводниковая светотехника, 2010. -№1. -С. 54-56. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Лампа світлодіодна, що містить напівсферичний розсіювач із полікарбонату, світлодіодний модуль (СДМ), розташований на плоскій поверхні корпуса із полімерного матеріалу, тепловідведення, металевий різьбовий цоколь, яка відрізняється тим, що розсіювач виконаний прозорим, СДМ виконаний у вигляді модуля Acrich2, причому корпус є основним тепловідведенням лампи і виконаний у вигляді зрізаного конуса з теплорозсіювального полімеру композитного (ТРПК) з зовнішньою голчатою поверхнею, а всередині корпуса та з'єднаного з ним розсіювача розміщене силіконове масло, в яке занурене додаткове твердотільне голчате тепловідведення з ТРПК, містить панель захисту, яка пов'язана з СДМ і металевим різьбовим цоколем, який пристосований до підключення до мережі змінного струму 220 В, 50 Гц. 2 UA 105976 C2 3 UA 105976 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ– 42, 01601 4