Світлодіодна лампа-світильник

Реферат: Світлодіодна лампа-світильник містить корпус, потужні світлодіоди, світлорозсіювач, щонайменше один радіатор з центральною та периферійною частинами, сформований з листового теплопровідного матеріалу та розміщений між корпусом та світлорозсіювачем, драйвер, електрично з'єднаний з потужними світлодіодами і засобом струмопідведення, переважно у вигляді різьбового цоколя. Потужні світлодіоди встановлено з забезпеченням теплового контакту в центральній частині радіатора. Радіатор об'єднаний з круговою пульсаційною тепловою трубою з зонами нагріву та конденсації. При цьому зона нагріву кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора, а зона конденсації кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з периферійною частиною радіатора. UA 94136 U (12) UA 94136 U UA 94136 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі світлотехніки, а саме до світлодіодних освітлювальних приладів, які можна використовувати для освітлення житлових, офісних та інших приміщень. Відома світлодіодна лампа (патент України 57432, МПК (2011.01) F21L 4/00, опубл. 25.02.2011, бюл. № 4), що містить корпус, світлорозсіювач, джерело світла у вигляді потужних світлодіодів, встановлених на металевому радіаторі. Потужні світлодіоди незалежно підключені до електронного блока живлення зі стабілізацією струму (напруги), що з'єднаний з різьбовим металевим цоколем. Радіатор розміщено всередині пластикового корпусу з вентиляційними отворами і має ребра, спрямовані до цих отворів. Недоліком відомої світлодіодної лампи є недостатня ефективність тепловідведення від потужних світлодіодів, оскільки розміщення литого радіатора всередині пластикового корпусу перешкоджає ефективному охолодженню його ребер зовнішнім повітрям та не дозволяє отримати ефективну розвинену поверхню теплорозсіювання. Відома інша світлодіодна лампа з тепловідведенням (заявка на видачу патенту США 2013/0242563 ΑΙ, МПК (2006.01) F21V 29/00, опубл. 19.09.2013), що містить корпус у формі вазону з теплопровідного матеріалу, який одночасно виконує функції тепловідведення, світлорозсіювач та джерело світла у вигляді світлодіодів, встановлених в корпусі на його основі та електрично з'єднаних з різьбовим цоколем лампи, встановленим на протилежному кінці корпусу. В корпусі лампи на різній висоті виконані перша та друга групи вентиляційних отворів, а в основі корпусу - третя група вентиляційних отворів, завдяки чому здійснюється повітряне охолодження потужних світлодіодів. Недоліком відомої світлодіодної лампи є недостатня ефективність тепловідведення від світлодіодів, що обумовлено обмеженим значенням площі поверхні теплообміну між корпусом лампи та оточуючим повітрям. Відома також світлодіодна лампа (патент Російської Федерації 2465688 СІ, МПК (2010.01) H01L 33/48, опубл. 27.10.2012, бюл. № 30), що містить закритий зверху світлорозсіювачем світлодіодний модуль, встановлений на верхній основі радіатора з порожниною, в якій розміщено перетворювач напруги, електрично підключений до світлодіодного модуля та до різьбового цоколя. На зовнішній бічній поверхні радіатора виконані поздовжні ребра охолодження, закриті кожухом, в якому знизу та зверху виконані отвори для вільної конвекції повітря між ребрами радіатора, що забезпечує необхідний тепловий режим світлодіодів. Недоліком такої світлодіодної лампи є неможливість подальшого збільшення площі теплорозсіювання при підвищенні потужності світлодіодів внаслідок обмеженості конфігурації та габаритів радіатора, що призводить до підвищення температури світлодіодів та зниження надійності лампи. Найбільш близьким за сукупністю ознак та технічному результату аналогом до пристрою, що заявляється, є світлодіодна лампа-світильник, (патент України 81315, МПК (2013.01) F21L 4/00, опубл. 25.06.2013, бюл. № 12), що містить корпус з вентиляційними отворами, плату зі світлодіодами, світлорозсіювач у формі кулі, радіатор з центральною та периферійною частинами, сформований з тонколистової заготовки з теплопровідного матеріалу у вигляді круга та розміщений між корпусом та світлорозсіювачем, драйвер, розміщений в корпусі та електрично з'єднаний з потужними світлодіодами і засобом струмопідведення, переважно у вигляді різьбового цоколя. Плата зі світлодіодами встановлена з забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора. Периферійна частина радіатора утворена відігнутими назовні секторами, сформованими у вигляді двох шарів охолоджувальної поверхні з отворами і виступами на нижньому шарі, при цьому останні використані для кріплення радіатора до вікон, виконаних у корпусі. Конструкція відомої світлодіодної лампи-світильника дозволяє обирати розміри (діаметр) радіатора в залежності від потужності світлодіодів, створюючи таким чином необхідну площу поверхні теплообміну радіатора для забезпечення необхідного теплового режиму світлодіодів. Основним недоліком відомої світлодіодної лампи-світильника є обмеженість підвищення ефективності тепловідведення при збільшенні потужності світлодіодів, що обумовлено зниженням ефективності теплорозсіювання радіатора при збільшенні його діаметра, а відтак - і відстані від центральної частини радіатора до його периферії. Оскільки в основу дії радіатора покладений механізм тепловідведення шляхом теплопровідності та конвекції за допомогою розвиненої поверхні теплообміну (ребер), то ефективність такої системи тепловідведення обмежена ефективністю ребра (див. Исаченко В.П., Осипова В.Α., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для ВУЗов, изд. 3-е, перераб. и доп. - Μ.: Энергия. - 1975. - 488 с., с. 50). Чим більша довжина ребра, тим менша його ефективність. Отже, збільшення площі поверхні радіатора пов'язане зі збільшенням довжини ребра, а відтак призведе лише до 1 UA 94136 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 збільшення габаритних розмірів, маси та витрати матеріалу радіатора при невиправдано малому зростанні ефективності тепловідведення. Внаслідок цього збільшення потужності світлодіодів лампи-світильника призведе до зростання їхньої температури, а, відповідно, до зменшення світловіддачі, надійності і скорочення терміну служби лампи-світильника. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу вдосконалення світлодіодної лампи-світильника, в якій шляхом внесення змін в конструкцію радіатора при збільшенні його діаметра та площі збільшується ефективність ребра та забезпечується підвищення його теплорозсіювальної здатності і інтенсивності тепловідведення від світлодіодів лампи. В результаті досягаються покращення температурного режиму світлодіодів, підвищення надійності та подовження строку служби лампи-світильника. Поставлена задача вирішується тим, що у світлодіодній лампі-світильнику, що містить корпус, потужні світлодіоди, світлорозсіювач, щонайменше один радіатор з центральною та периферійною частинами, сформований з листового теплопровідного матеріалу та розміщений між корпусом та світлорозсіювачем, драйвер, електрично з'єднаний з потужними світлодіодами і засобом струмопідведення, переважно у вигляді різьбового цоколя, а потужні світлодіоди встановлено з забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора, згідно з корисною моделлю, радіатор об'єднаний з круговою пульсаційною тепловою трубою з зонами нагріву та конденсації, при цьому зона нагріву кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора, а зона конденсації кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з периферійною частиною радіатора. Периферійна частина радіатора, в одному з варіантів виконання, може бути розділена пазами на сектори, в кожному з яких розміщена щонайменше одна петля зони конденсації кругової пульсаційної теплової труби, а сектори відігнуті під кутом до площини центральної частини радіатора та/або повернуті навколо радіальної осі секторів. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом, що досягається, існує наступний. Об'єднання радіатора, виконаного з тонколистового теплопровідного матеріалу, з круговою пульсаційною тепловою трубою з зонами нагріву та конденсації, зона нагріву якої встановлена із забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора поблизу потужних світлодіодів, а зона конденсації встановлена із забезпеченням теплового контакту з периферійною частиною радіатора, яка утворює поверхню теплообміну з оточуючим середовищем, дозволяє порівняно з найближчим аналогом підвищити ефективність ребра, його температуру та збільшити тепловий потік, що розсіюється ребром, і, як наслідок, зменшити робочу температуру світлодіодів. Варіанти конструктивного виконання і принцип роботи пульсаційної теплової труби відомі (Смирнов Г.Ф., Бурдо О.В. Моделирование процессов в тепловых трубах и термосифонах. - Одесса: "Полиграф", 2012. - 294 с., с. 43-65). Розташування зони нагріву кругової пульсаційної теплової труби в центральній частині радіатора поблизу потужних світлодіодів з забезпеченням теплового контакту дозволяє максимально швидко і ефективно відводити теплові потоки від світлодіодів. Розташування зони конденсації кругової пульсаційної теплової труби в периферійній частині радіатора з забезпеченням теплового контакту з нею дозволяє знизити сумарний термічний опір ребра, оскільки термічний опір пульсаційної теплової труби значно менше за термічного опору окремого тонколистового ребра з металу і може складати 0,1-0,5 °C/Вт (стаття Е.С. Алексеик, В.Ю. Кравец. Система отвода теплоты от теплонагруженных элементов РЭА на основе пульсационной тепловой трубы // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2013. - № 1. - С. 19-24, рис. 4 а на с. 22), та підвищити температуру поверхні ребра. Завдяки збільшенню перепаду температури між поверхнею об'єднаного ребра та оточуючим повітрям пропорційно збільшується тепловий потік, що розсіюється ребром лампи-світильника, порівняно з найближчим аналогом, а температура світлодіодів при цьому знижується, що підвищує надійність роботи та строк служби світлодіодів і лампи-світильника в цілому. В одному з варіантів виконання лампи-світильника з розділеною пазами на сектори периферійною частиною радіатора, в кожному з яких розміщена щонайменше одна петля зони конденсації кругової пульсаційної теплової труби, з відгином секторів під кутом до площини центральної частини радіатора та/або поворотом секторів навколо радіальної осі додатково інтенсифікується теплообмін між поверхнею ребра та повітрям, що сприяє зниженню температури світлодіодів, підвищенню їх надійності та подовженню строку служби лампи. В цілому технічний результат полягає в поліпшенні температурних умов роботи потужних світлодіодів, підвищенні надійності роботи та збільшенні строку служби світлодіодної ламписвітильника. 2 UA 94136 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 зображено вигляд спереду світлодіодної лампи-світильника; на фіг. 2 - вигляд зверху лампи; на фіг. 3 наведено фрагмент радіатора лампи-світильника в варіанті виконання з периферійною частиною, розділеною пазами на сектори. Світлодіодна лампа-світильник у наведеному основному варіанті виконання корисної моделі, що заявляється, який однак не є єдино можливим, містить (фіг. 1, 2) корпус 1, потужні світлодіоди 2, встановлені на теплопровідній платі 3, світлорозсіювач 4, щонайменше один радіатор 5 з центральною частиною 6 та периферійною частиною 7, сформований з листового теплопровідного матеріалу, наприклад, алюмінієвого сплаву, міді, сталі тощо, у формі круга та розміщений між корпусом 1 та світлорозсіювачем 4, драйвер 8, розміщений в корпусі 1 та електрично з'єднаний з потужними світлодіодами 2 і засобом струмопідведення 9, переважно у вигляді різьбового цоколя. В корпусі 1 виконані вентиляційні отвори 10 і широкі вікна 11 для руху потоків повітря. Всередині корпусу 1 за допомогою втулки 12 встановлено внутрішній стакан 13, в якому розміщена плата драйвера 8. Світлорозсіювач 4 виконано у вигляді, наприклад, скляного плафону кулеподібної форми молочного кольору з відкритою горловиною. Потужні світлодіоди 2 за допомогою теплопровідної плати 3 встановлено з забезпеченням теплового контакту з центральною частиною 6 радіатора напроти горловини світлорозсіювача 4. Радіатор 5 об'єднаний з круговою пульсаційною тепловою трубою 14 з зонами нагріву та конденсації. Кругова пульсаційна теплова труба 14 виконана, наприклад, з мідної капілярної трубки внутрішнім діаметром 1 мм та зовнішнім діаметром 2 мм, зігнутої у вигляді ряду петель з сполученими між собою кінцями трубки (див. фіг. 2). Внутрішній об'єм пульсаційної теплової труби 14 заповнено на 50 % рідким теплоносієм, наприклад, дистильованою водою. Зоною нагріву (на фіг. 2 зона нагріву позначена як ЗН) є частини петель кругової пульсаційної теплової труби 14, що розміщені в межах центральної частини 6 радіатора 5. Зоною конденсації (на фіг. 2 зона конденсації позначена як ЗК) є частини петель кругової пульсаційної теплової труби 14, що розміщені в межах периферійної частини 7 радіатора 5. При цьому зона нагріву кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора, а зона конденсації кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з периферійною частиною радіатора. В іншому варіанті виконання корисної моделі периферійна частина радіатора може бути розділена пазами 15 (див. фіг. 3) на сектори 16, в кожному з яких розміщена щонайменше одна петля зони конденсації кругової пульсаційної теплової труби 14, а сектори 16 можуть бути відігнуті під кутом до площини центральної частини 6 радіатора та/або повернуті навколо радіальної осі секторів. Тепловий контакт між тілом тонколистового радіатора 5 та круговою пульсаційною тепловою трубою 14 забезпечується шляхом застосування відомих способів, наприклад, пайки, зварювання, теплопровідного клею, механічного притискування з використання шару теплопровідної пасти в зоні контакту тощо. Потужні світлодіоди 2 можуть бути встановлені з забезпеченням теплового контакту безпосередньо на поверхні центральної частини 6 радіатора без використання проміжної теплопровідної плати. Діаметр радіатора, а відповідно і його площу, можна вибирати більшими або меншими в залежності від потужності світлодіодів лампи, при цьому радіатор буде ефективно відводити тепловий потік незалежно від своїх розмірів. Периферійна частина 7 радіатора 5 з розміщеною на ній зоною конденсації пульсаційної теплової труби може розташовуватись в одній площині з центральною частиною 6 радіатора з зоною нагріву пульсаційної теплової труби або бути вигнутою догори І або донизу II (на фіг. 1 положення І та II показано пунктирними лініями), в залежності від того, яка конфігурація лампи-світильника матиме більш доречну форму, ураховуючи необхідну компактність розміщення лампи-світильника у замкненому просторі або створюючи можливість використання радіатора як світловідбиваючої поверхні. Світлодіодна лампа-світильник працює таким чином. Для встановлення світлодіодної лампи-світильника, наприклад, на підвісній стелі приміщення, на одній з її секцій закріплюють патрон під цоколь Е27. У патрон вкручують цоколь 9 лампи-світильника. При підключенні світлодіодної лампи-світильника до джерела електроживлення, зокрема, до стандартної електричної мережі з напругою 220 В, по електричному ланцюгу, що включає цоколь 9, драйвер 8, та потужні світлодіоди 2, протікає електричний струм. При цьому потужні світлодіоди 2 випромінюють світловий потік. Світлове випромінювання виводиться з лампи-світильника крізь світлорозсіювач 4, який забезпечує рівномірність випромінювання у широкому кутовому діапазоні за рахунок багаторазового 3 UA 94136 U 5 10 відбиття світлового потоку від внутрішньої поверхні кульового світлорозсіювача. Одночасно біля 75 % споживаної кожним світлодіодом електричної енергії перетворюється в теплоту, яка відводиться від його р-n переходу шляхом теплопровідності до центральної частини 6 радіатора 5. Подальше ефективне відведення теплоти здійснюється за допомогою периферійної частини 7 радіатора 5, об'єднаного з пульсаційною тепловою трубою 14, шляхом розсіювання теплоти у навколишнє повітря. Таким чином, порівняно з найближчим аналогом запропонована корисна модель є новим технічним рішенням, має промислову придатність і забезпечує досягнення технічного результату, який полягає в поліпшенні температурних умов роботи потужних світлодіодів, підвищенні надійності та подовженні строку служби світлодіодної лампи-світильника. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Світлодіодна лампа-світильник, що містить корпус, потужні світлодіоди, світлорозсіювач, щонайменше один радіатор з центральною та периферійною частинами, сформований з листового теплопровідного матеріалу та розміщений між корпусом та світлорозсіювачем, драйвер, електрично з'єднаний з потужними світлодіодами і засобом струмопідведення, переважно у вигляді різьбового цоколя, а потужні світлодіоди встановлено з забезпеченням теплового контакту в центральній частині радіатора, яка відрізняється тим, що радіатор об'єднаний з круговою пульсаційною тепловою трубою з зонами нагріву та конденсації, при цьому зона нагріву кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з центральною частиною радіатора, а зона конденсації кругової пульсаційної теплової труби встановлена із забезпеченням теплового контакту з периферійною частиною радіатора. 2. Світлодіодна лампа-світильник за п. 1, яка відрізняється тим, що периферійна частина радіатора розділена пазами на сектори, в кожному з яких розміщена щонайменше одна петля зони конденсації кругової пульсаційної теплової труби. 3. Світлодіодна лампа-світильник за п. 2, яка відрізняється тим, що сектори периферійної частини радіатора з петлями зони конденсації кругової пульсаційної теплової труби відігнуті під кутом до площини центральної частини радіатора та/або повернуті навколо радіальної осі секторів. 4 UA 94136 U 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 5