Люстра

Реферат: Люстра містить арматуру, зібрану з декількох її елементів, щонайменше одне основне джерело світла та елемент для розсіювання світла, напівпровідникові світлодіоди та засіб електроживлення. Напівпровідникові світлодіоди об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, що одночасно є щонайменше одним основним джерелом світла. Щонайменше один елемент арматури виконано у вигляді теплової труби з зонами нагріву та охолодження. Потужні світлодіодні модулі встановлено із забезпеченням теплового контакту із зонами нагріву відповідних теплових труб та електрично з'єднані із засобом електроживлення, а зони охолодження теплових труб виконано з розвинутою поверхнею теплообміну. UA 68831 U (54) ЛЮСТРА UA 68831 U UA 68831 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до світлотехніки, а саме - до підвісних стільникових електричних світильників, що використовуються для освітлення приміщень. Відомий підвісний світильник "Ивица" НСБ 12-5x60-837, що відповідає міждержавному стандарту ГОСТ 8607-82 "Светильники для освещения жилых и общественных помещений. Общие технические условия", М.: Издательство стандартов. - 2004, для освітлення квартир жилих приміщень, що містить декоративну арматуру, п'ять основних джерел світла у вигляді електричних ламп розжарювання потужністю 60 Вт кожна, встановлених в електричних патронах з електропроводкою, та абажури для розсіювання світла (Руководство по эксплуатации. Светильник "Ивица", Минск, 1987 г.). Електрична схема світильника передбачає включення двох, трьох або п'яти ламп розжарювання одночасно. Недоліком відомого підвісного світильника є неефективне використання електричної енергії, оскільки основна частина електричної енергії, що споживається його лампами розжарювання, йде на нагрів навколишнього повітря. В останні роки як енергоефективні джерела світла для систем освітлення розроблено світлові прилади на основі напівпровідникових світлодіодів, що при випромінюванні приблизно однакового світлового потоку споживають у 10 разів менше електричної енергії порівняно з лампами розжарювання (див., наприклад, статтю: Зеленков И.А., Лахтадыр Е.Е., Мокров И.В. Построение систем освещения с использованием светодиодных модулей // Електроніка та системи управління.-2010, № 2(24). - С. 24-27). З метою забезпечення універсальності застосування та можливості заміни електричних ламп розжарювання в існуючих системах освітлення світлові прилади на основі напівпровідникових світлодіодів, як правило, виконують зовнішньо схожими на традиційні лампи розжарювання, використовуючи для цього цоколь звичайної електричної лампи розжарювання, до якого приєднують електричний перетворювач напруги, світлодіодний модуль та світлоформувач. Основною проблемою в таких джерелах світла (світлодіодних лампах) є недостатня ефективність відведення тепла від світлодіодів та перегрів р-n переходів з підвищенням потужності, що значно знижує надійність роботи. Як відомо (див. Мельниченко А. Защита мощных светодиодов от перегрева // Электронные компоненты и системы. - 2005, № 12(100). - С. 22-23), строк служби світлодіодів та величина світлового потоку зворотно пропорційні температурі їхніх напівпровідникових переходів. Тому світлодіодні лампи додатково оснащують металевими радіаторами, розміщуючи останні між цоколем та світлоформувачем (див., наприклад, патент США № 7806564 В2, МПК F21V 29/00, опубл. 05.10.2010 p. та статті: Прокопенко А.В., Тменов А.Д. Освещение на ультраярких светодиодах - настоящее и будущее // Промелектро. - 2010, № 6. - С. 8-10; Прорыв в бытовом светодиодном освещении // Світло, 2011, № 2. - С. 18-19). Обмежені габаритні розміри радіаторів, складність забезпечення надійного теплового контакту світлодіодів з радіатором та низький коефіцієнт тепловіддачі від радіаторів при природній повітряній конвекції значно обмежують потужність відомих світлодіодних джерел світла і, відповідно, світловий потік, що вони випромінюють. Тому можливості їх використання в традиційних люстрах є обмеженими і стримуються невирішеністю проблеми тепловідведення. Відома підвісна люстра з кристалічним прозорим елементом, в якому виконано канал циліндричної форми, а всередині цього каналу розміщено та закріплено за допомогою прозорого клею джерело світла у вигляді напівпровідникового світлодіода (див. патент США № 7077555 В2, МПК F21V 7/04, опубл. 18.07.2006 p.). Недоліком такої люстри є неможливість використання як джерела світла потужного над'яскравого світлодіода, що обумовлено важкими умовами відведення теплоти від нього, а, відповідно, і зниження надійності роботи люстри. Як прототип запропонованої корисної моделі вибрано освітлювальний пристрій (каскадну люстру) з над'яскравими світлодіодами, відомий з патенту Російської Федерації № 2123633, МПК F21S 1/04, F21S 1/14, опубл. 20.12.1998 p., що містить арматуру, зібрану з декількох її елементів, щонайменше одне джерело світла у вигляді лампи розжарювання, встановленої в електропатроні, над'яскраві напівпровідникові світлодіоди з лінзами, кришталеві елементи для заломлення та розсіювання світлового потоку, засіб електроживлення напівпровідникових світлодіодів. Світлодіоди мають різний колір свічення і змонтовано на панелі з гнучкого фольгового склотекстоліту, виконаної у формі багатогранника та розміщеної навколо електропатрону з лампою розжарювання, і підключено до засобу електроживлення. Світлодіоди з лінзами встановлено на панелі таким чином, що їх оптичні осі спрямовано на частину кришталевих елементів, що заломлюють та розсіюють світловий потік. Джерело світла у вигляді лампи розжарювання є основним, оскільки формує основний світловий потік для освітлення приміщення. Світловий потік від різнокольорових світлодіодів, спрямований на кришталеві елементи, є допоміжним і забезпечує декоративні властивості люстри при одночасному підвищенні коефіцієнта корисного використання світлового потоку. 1 UA 68831 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Недоліком прототипу є неефективне використання електричної енергії, оскільки значна її частина, що споживається основним джерелом світла - лампою розжарювання, йде на нагрів навколишнього повітря, а використання в люстрі світлодіодів не зменшує цих втрат спожитої електроенергії. В основу технічного рішення, що заявляється, поставлено задачу підвищити енергоефективність люстри шляхом суттєвого зменшення її енергоспоживання при одночасному збереженні або збільшенні світлового потоку від люстри. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в люстрі, що містить арматуру, зібрану з декількох її елементів, щонайменше одне основне джерело світла та елемент для розсіювання світлового потоку, напівпровідникові світлодіоди та засіб електроживлення, напівпровідникові світлодіоди об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, що одночасно є щонайменше одним основним джерелом світла, щонайменше один елемент арматури виконано у вигляді теплової труби з зонами нагріву та охолодження, потужні світлодіодні модулі встановлено із забезпеченням теплового контакту із зонами нагріву відповідних теплових труб та електрично з'єднані із засобом електроживлення. Зони охолодження теплових труб виконано з розвинутою поверхнею теплообміну. Додатково люстра може мати електровентилятор для примусового обдування повітрям зон охолодження теплових труб. Суть та принцип дії запропонованої люстри пояснюються кресленнями. На фіг. 1 наведено загальний вигляд люстри, як варіант, з двома основними джерелами світла. На фіг. 2 - розріз одного елемента арматури люстри, виконаного у вигляді теплової труби. Люстра (див. фіг. 1) містить арматуру 1, зібрану з декількох її елементів, два основних джерела світла 2, елементи для розсіювання світлового потоку - два розсіювачі 3 світлового потоку. Кожне основне джерело світла 2 виконано у вигляді об'єднаних у один або декілька потужних світлодіодних модулів 4 напівпровідникових світлодіодів 5. Напівпровідникові світлодіодні модулі 4 електрично з'єднані із засобом електроживлення 6. Засіб електроживлення 6 виконано, наприклад, у вигляді електронного перетворювача електричної мережі змінного струму напругою 220 В у низьковольтну мережу живлення постійного або імпульсного струму з напругою 5-12 В. У межах кожного світлодіодного модуля 4 світлодіоди 5 з'єднані між собою в електричне коло паралельно-послідовно. При потужності одного світлодіода 10 Вт і кількості світлодіодів у модулі, наприклад, 16 шт. потужність одного модуля складає 160 Вт, а люстри з двома джерелами світла - 320 Вт. Два елементи арматури люстри виконано у вигляді теплових труб 7 та 8. Внутрішня поверхня корпусу теплових труб вкрита шаром 9 капілярної структури (див. фіг. 2), наприклад, спеченим із металевого порошку або металевих волокон. Як варіант, теплові труби можуть бути виконані без шару 9 капілярної структури, тобто можуть бути виконані у вигляді термосифонів або пульсаційних теплових труб. Корпус теплових труб частково заповнено рідким теплоносієм, корозійно сумісним з матеріалом корпусу теплових труб. Як рідкий теплоносій можуть використовуватися дистильована вода, ацетон, етиловий спирт, хладон тощо). Конструктивно-технологічні питання виготовлення та основи розрахунку характеристик теплових труб відомі і викладено, наприклад, в книгах: Семена М.Г., Зарипов В.К., Гершуни А.Н. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. - К.: Вища школа. - 1984, та Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. - М: Энергия - 1979 тощо. Кожна теплова труба 7 та 8 має зону нагріву 10 та зону охолодження 11. Кожний світлодіодний модуль 4 встановлено із забезпеченням теплового контакту із зоною нагріву 10 відповідної теплової труби 7 або 8. Зона охолодження 11 кожної теплової труби 7 або 8 виконана з розвинутою поверхнею теплообміну, наприклад, за рахунок оснащення її ребрами 12 та 13 відповідно, встановленими із забезпеченням теплового контакту з тепловими трубами, наприклад, за допомогою пайки. Ребра 12 та 13 виконують одночасно і декоративне призначення. Збільшення поверхні теплообміну можна реалізувати й збільшенням довжини зон охолодження теплових труб та виготовленням їх у конструктивній формі, що має декоративний вигляд, наприклад у вигляді вертикальних або розташованих під кутом повздовжніх спіралей тощо. Знизу на арматурі люстри встановлено електровентилятор 14 для примусового обдуву повітрям зон охолодження теплових труб, підключений до засобу електроживлення 6. В іншому варіанті виконання люстра може мати одну теплову трубу з розгалуженими зонами нагріву та загальною або розгалуженими зонами охолодження, що мають загальний паровий простір. Робота запропонованої люстри здійснюється наступним чином. При включенні люстри у електричну мережу електрична напруга подається на засіб електроживлення 6, що живить 2 UA 68831 U 5 10 15 20 25 30 35 потужні світлодіоди 5 кожного світлодіодного модуля 4. Від світлодіодних модулів 4 світловий потік, сформований розсіювачами 3 світлового потоку, випромінюється у приміщення. Теплота, що виділяється при цьому в р-n переходах потужних світлодіодів 5 кожного світлодіодного модуля 4, передається теплопровідністю до елементів арматури люстри, виконаних у вигляді теплових труб 7 та 8, а саме - до їхніх зон нагріву 10. Рідкий теплоносій, що знаходиться в порах шару 9 капілярної структури на внутрішній поверхні корпусу кожної теплової труби 7 та 8 в зоні нагріву, починає випаровуватися або кипіти (в залежності від щільності теплового потоку), інтенсивно поглинаючи при цьому підведену теплоту. Пара теплоносія надходить в зону охолодження 11 відповідної теплової труби і конденсується на її внутрішній поверхні, віддаючи теплоту корпусу відповідної теплової труби та ребрам 12 або 13, що з'єднані з корпусом та обдуваються електровентилятором 14. Конденсат теплоносія, завдяки дії сил гравітації та капілярних сил, повертається в зону нагріву, і цикл випаровування-конденсації повторюється. Теплота від зон охолодження 11 теплових труб, їхніх ребер 12 та 13 ефективно відводиться в оточуюче середовище завдяки примусовій конвекції повітря, створеної електровентилятором 14. Таким чином, завдяки високій теплопровідності елементів арматури запропонованої люстри, що працюють за високоефективним замкненим випаровувально-конденсаційним циклом, значно підвищується тепловий потік, який можна ефективно (з мінімальним термічним опором) відвести від потужних світлодіодів світлодіодних модулів до оточуючого середовища, що дозволяє, на відміну від люстри-прототипа, використати щонайменше один енергоефективний потужний світлодіодний модуль як основне джерело світла люстри замість лампи розжарювання та підвищити надійність її роботи за рахунок забезпечення нормального теплового режиму потужних світлодіодів. Оскільки напівпровідникові світлодіоди при випромінюванні приблизно однакового світлового потоку споживають у 10 разів менше електричної енергії порівняно з лампами розжарювання (див., наприклад, статтю: Зеленков И.А., Лахтадыр Е.Е., Мокров И.В. Построение систем освещения с использованием светодиодных модулей // Електроніка та системи управління, 2010, № 2(24). - С. 24-27), то для отримання світлового потоку, еквівалентного світловому потоку від люстри, наприклад, з двох світлодіодних модулів по 16 світлодіодів в кожному (потужність кожного світлодіода 10 Вт) загальною потужністю 320 Вт, в разі використання люстри-прототипу потрібно було б використати лампи розжарювання потужністю 16x10x2x10-3200 Вт. Таким чином, електрична потужність люстри, що заявляється, з двома такими світлодіодними модулями у порівнянні з прототипом менше на 3200-320=2880 Вт. Запропонована люстра є промислово придатною і забезпечує вирішення поставленої задачі - підвищення енергоефективності шляхом суттєвого зменшення її енергоспоживання при одночасному збереженні або збільшенні світлового потоку від люстри. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Люстра, що містить арматуру, зібрану з декількох її елементів, щонайменше одне основне джерело світла та елемент для розсіювання світла, напівпровідникові світлодіоди та засіб електроживлення, яка відрізняється тим, що напівпровідникові світлодіоди об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, що одночасно є щонайменше одним основним джерелом світла, щонайменше один елемент арматури виконано у вигляді теплової труби з зонами нагріву та охолодження, потужні світлодіодні модулі встановлені із забезпеченням теплового контакту із зонами нагріву відповідних теплових труб та електрично з'єднані із засобом електроживлення, а зони охолодження теплових труб виконано з розвинутою поверхнею теплообміну. 2. Люстра за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково містить електровентилятор для примусового обдуву повітрям зон охолодження теплових труб. 3 UA 68831 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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