Світлодіодна люстра

Реферат: Світлодіодна люстра містить каркас, зібраний з декількох його елементів, потужні світлодіоди, об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, щонайменше один розсіювач світлового потоку, засіб електроживлення, щонайменше один елемент каркаса виконано у вигляді теплової труби з зонами нагріву, транспорту та охолодження, причому зону охолодження виконано з розвинутою поверхнею теплообміну, а внутрішня поверхня корпусу теплової труби, принаймні в зонах нагріву і транспорту, вкрита шаром капілярно-пористої структури, потужні світлодіодні модулі встановлено із забезпеченням теплового контакту на зонах нагріву відповідних теплових труб, розміщено усередині розсіювачів світлового потоку та електрично з'єднано із засобом електроживлення. При цьому зона транспорту щонайменше однієї теплової труби виконана зігнутою у вигляді щонайменше одного коліна з дугоподібною ділянкою, що розміщена нижче зони нагріву теплової труби з встановленим на ній світлодіодним модулем, а висота встановлення верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби не перевищує максимальну висоту капілярної рівноваги теплоносія в шарі капілярно-пористої структури. UA 80451 U (12) UA 80451 U UA 80451 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до світлотехніки, зокрема до підвісних електричних світильників (люстр), що використовуються для внутрішнього освітлення приміщень. Найчастіше в традиційних підвісних люстрах як джерела світла використовуються лампи розжарювання та компактні люмінесцентні лампи. Основним недоліком перших є високе енергоспоживання, а других - використання сполук ртуті, що створює проблеми при їх утилізації [див. статтю: А.В. Прокопенко, А.Д. Тменов. Освещение на ультраярких светодиодах настоящее и будущее. // Промэлектро, 2010. - № 6. - С. 8-10]. 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: И.А. Зеленков, Е.Е. Лахтадыр, И.В. Мокров. Построение систем освещения с использованием светодиодных модулей. // Електроніка та системи управління. 2010. - № 2(24). - С. 24-27], та є екологічно безпечнішими порівняно з люмінесцентними лампами. Відома кришталева світлодіодна люстра з кристалічними прозорими елементами, змонтованими на каркасі люстри навколо лампи розжарювання, в кожному з яких виконано канал циліндричної форми, а всередині каналу розміщено та закріплено за допомогою прозорого клею напівпровідниковий світлодіод [див. патент США № US 7077555 В2, МПК (2006.01) F21V 7/04, опубл. 18.07.2006 p.]. Світлові промені від лампи розжарювання та від світлодіодів проходять крізь кришталеві прозорі елементи, заломлюються та відбиваються в їхньому тілі, створюючи відповідні світлові ефекти. Недоліком такої люстри є неефективне використання електричної енергії, оскільки основна її частина, що споживається лампою розжарювання, йде на нагрів навколишнього повітря, а використання в люстрі світлодіодів не зменшує цих втрат спожитої електроенергії. Застосування ж потужних світлодіодів як основного джерела світла замість лампи розжарювання в відомій люстрі є неможливим внаслідок важких умов відведення теплоти від них. В підвісній світлодіодній люстрі, що відома з патенту США № US 7976202 В2, МПК (2006.01) F21V 29/00, опубл. 12.07.2011 p., світлодіоди є основним джерелом світла і встановлені з забезпеченням теплового контакту на алюмінієвому монтажному модулі з плоскими поверхнями та відігнутими під кутом до них ребрами охолодження. Монтажний модуль розміщено вертикально всередині розсіювача світлового потоку, виконаного у вигляді підвісного прозорого ковпака. Теплота, що виділяється при роботі світлодіодів люстри, передається за рахунок теплопровідності алюмінієвого монтажного модуля його ребрам охолодження та відводиться від них до повітря під прозорим ковпаком за рахунок природної конвекції. Нагріте повітря виходить з-під ковпака назовні крізь щілинний отвір у верхній частині прозорого ковпака, а замість нього знизу під ковпак надходить більш холодне повітря. Недоліком такої світлодіодної люстри є недостатня ефективність охолодження світлодіодів при підвищенні їхньої потужності, що обумовлено обмеженістю поверхні теплообміну монтажного модуля під ковпаком та поганими умовами відводу теплоти з під ковпака люстри. Так, при термічному опорі кондуктивної теплопередачі по монтажному модулю 160 °C/Вт, характерному для даної конструкції згідно з її детальним описом в згаданому патенті, температура світлодіода досягне значення 80 °C при його потужності всього 0,5 Вт. Більшу потужність мають світлодіодні джерела світла в відомій світлодіодній люстрі [див. патентну заявку США № 20120049765 А1, МПК (2006.01) Н05В 37/00, Н01К 1/30, опубл. 01.03.2012 p.], що містить каркас традиційної люстри з декоративними елементами, в якому замість ламп розжарювання встановлено світлодіодні лампи, що виконані у вигляді свічок. Кожна світлодіодна лампа складається з металевого трубчастого корпусу, в верхній частині якого встановлено тримач у вигляді циліндра з теплопровідного матеріалу, в центральному отворі якого вмонтована металева основа з щонайменше трьома потужними світлодіодами основних трьох кольорів: червоного, зеленого та синього. Потужні світлодіоди знаходяться в прозорому розсіювачі світлового потоку, виконаному у вигляді полум'я свічки. Світлодіодні лампи електричними колами з'єднані з джерелом живлення, контролером, схемою пам'яті, схемою управління, схемою передавання даних. Завдяки електронному управлінню досягається змішування основних трьох кольорів світлодіодів з утворенням білого кольору або змішування їх у необхідному співвідношенні з утворенням різних відтінків та яскравих світлових ефектів. Недоліком згаданої світлодіодної люстри є обмеженість потужності її світлодіодних ламп на рівні від 8,3 до 16,7 Вт, що обумовлено недостатньою ефективністю системи тепловідведення від світлодіодів до оточуючого повітря шляхом теплопровідності складеної конструкції трубчастого корпусу лампи та природної конвекції повітря. 1 UA 80451 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Як найближчий аналог запропонованої корисної моделі вибрано люстру з потужними світлодіодами, відому з патенту України № 68831 U, МПК (2012.01) F21S 8/00, F21V 7/00, опубл. 10.04.2012, бюл. № 7, яка містить каркас (арматуру), зібраний з декількох його елементів, щонайменше одне основне джерело світла та розсіювач світлового потоку, напівпровідникові світлодіоди та засіб електроживлення, при цьому напівпровідникові світлодіоди об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, що одночасно є щонайменше одним основним джерелом світла, щонайменше один елемент каркаса 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 та розміщено вище зон нагріву та зон транспорту (зона транспорту теплової труби - зона між зоною нагріву та зоною охолодження), а зони нагріву теплових труб розміщено нижче зон транспорту. Додатково люстра містить електровентилятор для примусового обдуву повітрям зон охолодження теплових труб. Завдяки високій теплопровідності елементів каркаса люстри-найближчого аналога, виконаних у вигляді теплових труб (еквівалентна теплопровідність теплової труби на декілька порядків вище за теплопровідності таких металів, як срібло, мідь, алюміній тощо [див. Семена М.Г., Зарипов В.К., Гершуни А.Н. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. - К.: Вища школа, 1984. - С. 9], що працюють за високоефективним замкненим випаровувально-конденсаційним циклом, значно підвищується тепловий потік, який можна ефективно (з мінімальним термічним опором) відвести від потужних світлодіодів модулів, встановлених в зонах нагріву теплових труб, до розвиненої поверхні теплообміну їхніх зон охолодження, а від неї - до оточуючого середовища. Конструкція люстри - найближчого аналога забезпечує можливість значного збільшення поверхні теплообміну та покращення умов відводу теплоти від неї за рахунок використання примусової конвекції повітря. Підвищення ефективності теплопередачі дозволяє підвищити потужність світлодіодного модуля принаймні вдвічі та забезпечити надійну роботу світлодіодів за рахунок забезпечення нормального теплового режиму. Розміщення зони нагріву теплових труб з встановленими на ній світлодіодними модулями нижче зони транспорту та зони охолодження сприяє поверненню сконденсованого рідкого теплоносія із зони охолодження по зоні транспорту до зони нагріву за рахунок дії сили гравітації, але при цьому звужує можливі варіанти конструктивного виконання люстри з точки зору різноманітності форм виконання елементів її каркаса та розташування декоративних розсіювачів світлового потоку в просторі, зокрема унеможливлює варіанти люстр з відігнутими вгору нижніми кінцями елементів каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, з встановленими на них світлодіодними модулями та з розміщенням вертикально розсіювачів світлового потоку та світлодіодних модулів, що є основним недоліком найближчого аналога. В основу технічного рішення, що заявляється, поставлено задачу розширити можливість різного конструктивного виконання світлодіодної люстри з точки зору форм виконання елементів її каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, та розташування декоративних розсіювачів світлового потоку та світлодіодних модулів в просторі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в світлодіодній люстрі, що містить каркас, зібраний з декількох його елементів, потужні світлодіоди, об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, щонайменше один розсіювач світлового потоку, засіб електроживлення, щонайменше один елемент каркаса виконано у вигляді теплової труби з зонами нагріву, транспорту та охолодження, причому зону охолодження виконано з розвинутою поверхнею теплообміну, а внутрішня поверхня корпусу теплової труби принаймні в зонах нагріву і транспорту вкрита шаром капілярно-пористої структури, потужні світлодіодні модулі встановлено із забезпеченням теплового контакту на зонах нагріву відповідних теплових труб, розміщено усередині розсіювачів світлового потоку та електрично з'єднано із засобом електроживлення, зона транспорту щонайменше однієї теплової труби виконана зігнутою у вигляді щонайменше одного коліна з дугоподібною ділянкою, що розміщена нижче зони нагріву теплової труби з встановленим на ній світлодіодним модулем, причому висота Н встановлення верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби не перевищує максимальну висоту Hмакс капілярної рівноваги теплоносія в шарі капілярно-пористої структури, що визначена за формулою: 4сos   Hмакс  D еф    g 2 UA 80451 U де  - крайовий кут змочування матеріалу шару капілярно-пористої структури рідким теплоносієм теплової труби;  - коефіцієнт поверхневого натягу теплоносія теплової труби; D еф - ефективний діаметр пор шару капілярно-пористої структури теплової труби; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55  - густина рідкого теплоносія теплової труби; g - прискорення сили тяжіння. Додатково світлодіодна люстра може мати електровентилятор для примусового обдуву повітрям зон охолодження теплових труб. Виконання зони транспорту щонайменше однієї теплової труби зігнутою у вигляді щонайменше одного коліна з дугоподібною ділянкою, що розміщена нижче зони нагріву теплової труби з встановленим на ній світлодіодним модулем, та встановлення верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби на висоті, що не перевищує максимальної висоти капілярної рівноваги рідкого теплоносія в шарі капілярно-пористої структури, що визначена за наведеною вище формулою, у сукупності з іншими суттєвими ознаками заявленого технічного рішення дозволяє, на відміну від найближчого аналога, розширити можливі варіанти конструктивного виконання світлодіодної люстри з точки зору різноманітності форм виконання елементів її каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, та розташування декоративних розсіювачів світлового потоку в просторі з одночасним забезпеченням надійної роботи люстри. Зокрема, це забезпечує виконання конструктивних варіантів люстр з відігнутими вгору нижніми кінцями елементів каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, з встановленими на них світлодіодними модулями та з розміщенням вертикально розсіювачів світлового потоку та світлодіодних модулів. Суть та принцип дії запропонованої світлодіодної люстри пояснюються кресленнями. На фіг. 1 наведено загальний вигляд світлодіодної люстри, як приклад, з відігнутими вгору нижніми кінцями елементів каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, з встановленими на них вертикально світлодіодними модулями та розсіювачами світлового потоку у вигляді кулі; на фіг. 2 - розріз по лінії А-А одного з елементів каркаса світлодіодної люстри, виконаного у вигляді теплової труби, з встановленим потужним світлодіодним модулем; на фіг. 3 - загальний вигляд світлодіодної люстри в варіанті виконання з розсіювачами світлового потоку у вигляді квітки. Світлодіодна люстра (див. фіг. 1) містить каркас, зібраний з декількох його елементів, два з яких виконано у вигляді теплових труб 1 та 2, а два інші - у вигляді декоративних елементів 3 та 4, два потужні світлодіодні модулі 5 та 6, два розсіювачі світлового потоку 7 та 8 та засіб електроживлення 9. Кожна з теплових труб 1 та 2 має зону нагріву, на якій із забезпеченням теплового контакту встановлено потужні світлодіодні модулі 5 та 6 відповідно, та зону охолодження з розвинутою поверхнею теплообміну у вигляді ребер охолодження 10 та 11 відповідно. Ребра охолодження 10 та 11 мають одночасно і декоративне призначення. Для примусового обдуву повітрям зон охолодження теплових труб знизу люстри встановлено електровентилятор 12. Між зоною нагріву та зоною охолодження кожної теплової труби розміщена її зона транспорту, яка виконана зігнутою у вигляді щонайменше одного коліна з дугоподібної ділянкою. Дугоподібна ділянка розміщена нижче зони нагріву відповідної теплової труби з встановленим на ній світлодіодним модулем. Потужні світлодіодні модулі 5 та 6 розміщено усередині розсіювачів світлового потоку 7 та 8, виконаних у вигляді кулі (див. фіг. 1) з прозорого матеріалу, наприклад скла або полікарбонату, електрично з'єднано з засобом електроживлення 9 (електричні проводи з'єднання на фігурах не показано) та складаються з потужних світлодіодів 13. Внутрішня поверхня корпусу 14 (див. фіг. 2) теплової труби принаймні в зонах нагріву і транспорту вкрита шаром 15 капілярно-пористої структури. При виконанні корпусу теплових труб наприклад з міді, шар 15 капілярно-пористої структури може бути спечено наприклад з мідних волокон діаметром 50 мкм, довжиною 3 мм і мати товщину 0,8 мм, пористість 65 %, ефективний діаметр пор 100 мкм. Висота Н (див. фіг. 1) встановлення верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби не перевищує максимальної висоти Hмакс капілярної рівноваги теплоносія в шарі капілярно-пористої структури, що визначена за формулою: 4сos   , Hмакс  Dеф    g де  - крайовий кут змочування матеріалу шару капілярно-пористої структури рідким теплоносієм теплової труби; 3 UA 80451 U 5 10  - коефіцієнт поверхневого натягу теплоносія теплової труби; D еф - ефективний діаметр пор шару капілярно-пористої структури теплової труби;  - густина рідкого теплоносія теплової труби; g - прискорення сили тяжіння. Корпус теплових труб частково заповнено рідким теплоносієм, корозійно сумісним з матеріалом корпусу теплових труб та шару капілярно-пористої структури. Як рідкий теплоносій можуть використовуватися дистильована вода, ацетон, етиловий спирт, хладон тощо. При виконанні корпусу теплової труби та шару капілярно-пористої структури з міді в конкретному прикладі виконання люстри як теплоносій використана дистильована вода. У цьому варіанті виконання максимальна висота капілярної рівноваги води (для води наприклад при температурі насичення 50 °C   676,9  10 4 Н/м;   988,1 кг/м ) при умові повного змочування матеріалу шару капілярно-пористої структури і корпусу теплової труби (cosθ = 1) при D eф = 100 мкм і g = 3 2 15 20 25 30 35 40 45 50 55   9,8 м/с складає: Hмакс  4  1 676,9  10 4 / 100  10 6  988,1 9,8  0,28 м. Таким чином, висота Н (див. фіг. 1 та фіг. 3) встановлення верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби є меншою за 0,28 м і складає для кожної теплової труби світлодіодної люстри, наприклад, 0,20 м. Засіб електроживлення 9 виконано наприклад у вигляді електронного перетворювача електричної мережі змінного струму напругою 220 В у низьковольтну мережу живлення постійного або імпульсного струму з напругою 5-20 В. У межах кожного світлодіодного модуля світлодіоди 13 з'єднані між собою в електричне коло паралельно-послідовно. При потужності одного світлодіода, наприклад 5 Вт, і кількості світлодіодів у модулі наприклад 12 шт.,потужність одного модуля складає 60 Вт, люстри з двома світлодіодними модулями - 120 Вт. В іншому конструктивному варіанті виконання світлодіодна люстра може мати розсіювачі світлового потоку 16 та 17, виконані наприклад у вигляді квітки, які розташовані вертикально (див. фіг. 3). Світлодіодна люстра в інших варіантах виконання може мати декілька теплових труб з встановленням верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби на одній висоті Н = Н 1 і декілька теплових труб з встановленням світлодіодних модулів на іншій висоті Н = Н 2, причому і Н1 і Н2 не перевищують значення, визначеного за наведеною формулою для Нмакс. Світлодіодна люстра може мати, як варіант, одну теплову трубу з розгалуженими зонами нагріву і транспорту та загальною або розгалуженими зонами охолодження, що мають загальний паровий простір. Робота запропонованої світлодіодної люстри здійснюється наступним чином. При включенні люстри у електричну мережу електрична напруга подається на засіб електроживлення 9, що живить потужні світлодіоди 13 кожного світлодіодного модуля 5 та 6. Від світлодіодних модулів 5 та 6 світловий потік, сформований розсіювачами світлового потоку 7 та 8, виконаними у вигляді куль (див. фіг. 1), випромінюється у приміщення. Теплота, що виділяється при цьому в р-n переходах потужних світлодіодів 13 кожного світлодіодного модуля 5 та 6 передається теплопровідністю до елементів каркаса люстри, виконаних у вигляді теплових труб 1 та 2, а саме - до їхніх зон нагріву. Рідкий теплоносій, що знаходиться в порах шару 15 (див. фіг. 2) капілярно-пористої структури на внутрішній поверхні корпусу 14 кожної теплової труби в зоні нагріву, починає випаровуватися або кипіти (в залежності від густини теплового потоку), інтенсивно поглинаючи при цьому підведену теплоту. Пара теплоносія надходить в зону охолодження відповідної теплової труби і конденсується на її внутрішній поверхні, віддаючи теплоту корпусу відповідної теплової труби в зоні охолодження та ребрам охолодження, що з'єднані з корпусом та обдуваються електровентилятором 12. Конденсат теплоносія, завдяки дії сили тяжіння та капілярних сил, повертається в зону нагріву і цикл випаровування-конденсації повторюється. Оскільки верхні торці світлодіодних модулів 5 та 6 встановлено відносно найнижчої поверхні зони транспорту відповідної теплової труби 1 та 2 на висоті Н, яка не перевищує максимальну висоту Нмакс капілярної рівноваги теплоносія в шарі капілярно-пористої структури, то капілярні сили, не зважаючи на протидію їм сили тяжіння на цій ділянці (від найнижчої поверхні зони транспорту до верхнього торця світлодіодного модуля), забезпечують постійне насичення шару капілярно-пористої структури рідким теплоносієм в зоні нагріву кожної теплової труби, на якій встановлено відповідний світлодіодний модуль з потужними світлодіодами, що виділяють теплоту при своїй роботі, і таким чином забезпечують надійну роботу теплових труб. Теплота від зон охолодження теплових труб та їхніх ребер охолодження 4 UA 80451 U 5 10 15 ефективно відводиться в оточуюче середовище завдяки примусовій конвекції повітря, створеної електровентилятором 12. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє, на відміну від найближчого аналога, розширити можливі варіанти конструктивного виконання світлодіодної люстри з точки зору різноманітності форм виконання елементів її каркаса та розташування декоративних розсіювачів світлового потоку в просторі з одночасним забезпеченням надійної роботи люстри. Зокрема, це забезпечує виконання конструктивних варіантів люстр з відігнутими вгору нижніми кінцями елементів каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, з встановленими на них світлодіодними модулями та з розміщенням вертикально розсіювачів світлового потоку та світлодіодних модулів, що покращує зовнішній художній вигляд люстри та підвищує рівномірність освітлення приміщення. Запропонована люстра забезпечує вирішення поставленої задачі - розширення можливих варіантів конструктивного виконання світлодіодної люстри з точки зору форм виконання елементів її каркаса, виконаних у вигляді теплових труб, та розташування декоративних розсіювачів світлового потоку та світлодіодних модулів в просторі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Світлодіодна люстра, що містить каркас, зібраний з декількох його елементів, потужні світлодіоди, об'єднані у один або декілька потужних світлодіодних модулів, щонайменше один розсіювач світлового потоку, засіб електроживлення, щонайменше один елемент каркаса виконано у вигляді теплової труби з зонами нагріву, транспорту та охолодження, причому зону охолодження виконано з розвинутою поверхнею теплообміну, а внутрішня поверхня корпусу теплової труби, принаймні в зонах нагріву і транспорту, вкрита шаром капілярно-пористої структури, потужні світлодіодні модулі встановлено із забезпеченням теплового контакту на зонах нагріву відповідних теплових труб, розміщено усередині розсіювачів світлового потоку та електрично з'єднано із засобом електроживлення, яка відрізняється тим, що зона транспорту щонайменше однієї теплової труби виконана зігнутою у вигляді щонайменше одного коліна з дугоподібною ділянкою, що розміщена нижче зони нагріву теплової труби з встановленим на ній світлодіодним модулем, причому висота Н встановлення верхнього торця світлодіодного модуля на зоні нагріву теплової труби відносно найнижчої поверхні зони транспорту теплової труби не перевищує максимальну висоту Hмакс капілярної рівноваги теплоносія в шарі капілярно-пористої структури, що визначена за формулою: 4сos   , Hмакс  D еф    g 35 40 де  - крайовий кут змочування матеріалу шару капілярно-пористої структури рідким теплоносієм теплової труби;  - коефіцієнт поверхневого натягу теплоносія теплової труби; D еф - ефективний діаметр пор шару капілярно-пористої структури теплової труби;  - густина рідкого теплоносія теплової труби; g - прискорення сили тяжіння. 2. Світлодіодна люстра за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково містить електровентилятор для примусового обдуву повітрям зон охолодження теплових труб. 5 UA 80451 U 6 UA 80451 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 7