PL224281B1 - Żarówka z diodami LED - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest żarówka z diodami LED przeznaczona do oświetlania, szczególnie hal przemysłowych, stanowisk laboratoryjnych, obiektów sportowych, a także do oświetlenia architektonicznego i ulicznego.

Znana z opisu patentowego US 2009080205 - „Led lamp having heatdisspation structure”, żarówka LED składa się z trzonka, z radiatora połączonego z trzonkiem, z płytek drukowanych z diodami LED termicznie powiązanych w sposób pozwalający na wymianę ciepła do zewnętrznej części radiatora oraz z wiatraczka zainstalowanego wewnątrz trzonka żarówki. Trzonek żarówki składa się z gwintowanej szyjki połączonej z dwuczęściową osłoną. Szyjka żarówki posiada zewnętrzny gwint śrubowy i standardowy rozmiar umożliwiający wkręcenie gwintu do gniazdka żarówki o standardowym rozmiarze. Dolna część osłony posiada pierścień wychodzący z szyjki oraz dolny element kołnierza rozszerzający się w górę powyżej pierścienia. Górna część osłony posiada pierścień w górnej swej części oraz drugą część kołnierza skierowaną w dół, tworząc dolną krawędź do połączenia elementów przy pomocy kołnierza posiadającego średnicę mniejszą od pierścienia w dolnej części osłony i gwint na wewnętrznej powierzchni do połączenia z radiatorem. Górna część kołnierza o średnicy wzrastającej stopniowo od górnej do dolnej jego części posiada otwory do zainstalowania styków umożliwiających połączenie diod LED ze sterownikiem elektronicznym, który znajduje się w trzonku żarówki. Dolna część kołnierza posiada stałą średnicę i ma kształt zbliżony do rurki oraz posiada symetrycznie rozmieszczone otwory, które służą do obiegu powietrza wtłoczonego z zewnątrz do wewnętrznej przestrzeni między dolną i górną częścią osłony w celu obiegu powietrza wokół diod LED. Radiator jest wykonany z materiału o wysokiej przewodności cieplnej, takiego jak aluminium lub miedź. Radiator posiada element w kształcie cylindra z zespołem żeberek skierowanych do wewnątrz. Żeberka są symetryczne w stosunku do centralnej osi cylindra, a grubość każdego z nich zmniejsza się w kierunku osiowym. Radiator posiada ramiona skierowane na zewnątrz w stosunku do osi cylindra z otworem przechodzącym przez jego środek. Liczba ramion odpowiada liczbie płytek drukowanych z diodami LED. Żeberka na zewnętrznych ramionach radiatora są wykonane w dwóch przeciwnych prostopadłych kierunkach w stosunku do osi ramienia. Każda para żeberek rozciąga się w przeciwnych kierunkach i jest skierowana prostopadle w stosunku do ramion radiatora, a każde ramię jest symetryczne względem pozostałych. Wewnętrzna powierzchnia zewnętrznych żeberek jest płaska i służy do termicznego kontaktu z odpowiednią płytką drukowaną z diodami LED. Każda z płytek drukowanych z diodami LED ma wymiary nieznacznie mniejsze od rozmiaru skrajnych żeberek w radiatorze. Diody LED zamontowane są w linii na płytce drukowanej na całej jej długości. Wiatraczek, w tym piezoelektryczny, jest zainstalowany w górnej części osłony. Czujnik kierunku umieszczony w otworze przechodzącym przez cylinder radiatora lub wewnątrz trzonka lampy powoduje, że wiatraczek generuje przepływ powietrza w górę zgodnie z naturalną wentylacją żarówki LED. W alternatywnym rozwiązaniu, wiatraczek jest zainstalowany na szczycie radiatora i służy do wtłaczania powietrza do środka radiatora lub zaciągania powietrza poprzez cylinder do radiatora. Zewnętrzne żeberka radiatora żarówki LED pochłaniają energię cieplną z włączonych płytek drukowanych z diodami LED, która równomiernie rozprzestrzenia się w całym radiatorze. Żarówka LED jest chłodzona powietrzem atmosferycznym wprowadzanym przez otwory w dolnej części osłony i wychodzącym przez górną część cylindra radiatora. Alternatywą jest, gdy powietrze wprowadzane jest przez górną część cylindra radiatora i wychodzi przez otwory w osłonie.

Znana z opisu patentowego WO 2010/096498 - LED lightbulbs for space lighting, żarówka LED wyposażona jest w płytki drukowane z diodami LED rozmieszczone wokół osi centralnej. Szklana lub plastykowa bańka lub przezroczysta obudowa zawiera w środku płytki drukowane z diodami LED oraz pozostałe elementy które składają się na kompletną żarówkę LED, wyglądem przypominającą tradycyjną żarówkę. Płytki drukowane z diodami LED zamontowane są do wielopłaszczyznowej ramki. W zależności od potrzeb wynikających z obciążenia cieplnego i ciężaru, ramka jest wykonana z aluminium lub innego materiału przewodzącego ciepło zagiętego w kształt zapewniający żądaną wielopłaszczyznową konstrukcję 3D. Ramka posiada górną i dolne płaszczyzny, otwory sięgające od powierzchni ramki do rurki odprowadzającej ciepło. Rurka odprowadzająca ciepło jako struktura lub materiał zdolny do transferu ciepła poprzez odprowadzenie go z części o wysokiej do elementu niskiej temperaturze, usytuowana jest wzdłuż centralnej osi żarówki i posiada dwa końce: bliższy i dalszy. Ramka jest zamocowana do bliższego końca rurki odprowadzającej ciepło. Ramka posiada górną i dolne płaszczyzny, otwory sięgające od powierzchni ramki do rurki odprowadzającej ciepło. PłaszPL 224 281 B1 czyzny na ramce mogą być skierowane płasko i pionowo lub odginać się do przodu lub tyłu, w zależności od żądanego profilu wiązki światła lampy oraz sposobu, w jaki diody LED emitują światło. Diody LED są połączone w szereg poprzez łączenie końcówek plus i minus każdej diody LED przy pomocy przewodów. Diody mogą także być połączone używając kombinacji szeregowego równoległego w zależności od użytych elementów i potrzeb w użytym sterowniku elektromagnetycznym. Para przewodzących drutów zasila diody LED poprzez elektroniczny sterownik. Elektroniczny sterownik jest umiejscowiony wewnątrz standardowego trzonka żarówki Edisona w lampie, która pobiera prąd AC poprzez przewodzące styki. Dalszy koniec rurki przewodzącej ciepło sięga, aż do radiatora z żeberkami. Żeberka ciągną się od podstawy, która odprowadza ciepło z dalszego końca rurki przewodzącego ciepło do żeberek na zewnątrz. W tej samej konstrukcji, wentylatorek jest usytuowany poniżej radiatora i kieruje przepływem powietrza wzdłuż żeberek w radiatorze. Całość żarówki może być szczelnie zamknięta i wówczas przepływ chłodzącego powietrza jest skierowany wzdłuż żeberek i wokół zewnętrznej powierzchni żarówki. Inną możliwością jest zastosowanie otworu przy żeberkach i wówczas powietrze przepływa wzdłuż żeberek i jest kierowane do wnętrza żarówki.

W znanych żarówkach z diodami LED powietrze chłodzące wtłaczane jest przez wentylator umieszczony pod lub nad radiatorem i rozprzestrzeniane jest w przestrzeni między cylindrem radiatora i płytkami drukowanymi z diodami LED oraz w przestrzeni między tymi płytkami i bańką, co powoduje jej zanieczyszczenie w stosunkowo krótkim czasie ich użytkowania, a w konsekwencji pogarsza ich parametry użytkowe i skraca żywotność. Układ sterowania diodami LED umieszczony jest najczęściej w trzonku lub w dolnej części cylindra radiatora, co powoduje wstępne ogrzanie wprowadzonego powietrza chłodzącego i wtłoczenie go do kanałów z płytkami drukowanymi z diodami LED o temperaturze wyższej od jego temperatury wejściowej.

Istota żarówki LED według wynalazku polega na tym, że kanały wlotowe i kanały wylotowe powietrza chłodzącego są szczelne i połączone ze sobą przez szczelną komorę przelotową powietrza chłodzącego usytuowaną między górnym końcem radiatora o zaślepionej części wewnętrznej, górną płytką i częściami bocznych płytek drukowanych z diodami LED wystającymi ponad górny koniec radiatora połączonymi szczelnie z elementami wydłużającymi naroża radiatora. Kanały usytuowane między częścią wewnętrzną radiatora i płytkami kierującymi z wypustkami powietrze chłodzące z kanałów wylotowych są zaślepione. Otwory wylotowe powietrza chłodzącego umieszczone są bezpośrednio pod kryzą oddzielającą część radiatora z płytkami drukowanymi z diodami LED od części radiatora z płytkami kierującymi powietrze chłodzące do kanałów wlotowych, płytkami z wypustkami kierującymi powietrze chłodzące z kanałów wylotowych do otworów wylotowych. Długości elementów wydłużających naroża są równe długości części wystających bocznych płytek drukowanych z diodami LED ponad górny koniec radiatora. Korzystnie jest, gdy część wewnętrzną radiatora tworzą cztery powierzchnie o tym samym promieniu krzywizny połączone ze sobą wzdłuż długości w narożach z dwoma ramionami o końcach zagiętych na zewnątrz, a między narożami wzdłuż części wewnętrznej umieszczone są żebra o naprzemiennych rowkach wzdłuż ich długości, przy czym wysokość żeber jest jednakowa i taka, że między ich płaskimi zakończeniami, a zakrzywionymi końcami płaskimi ramion naroży umieszczone są suwliwie płytki, odpowiednio: płytki drukowane z diodami LED oraz płytki kierujące powietrze chłodzące do kanałów wlotowych i płytki z wypustkami kierujące powietrze chłodzące z kanałów wylotowych powietrza chłodzącego. Korzystnie jest, gdy płytkę górną stanowi płytka drukowana z diodami LED. Korzystnie jest, gdy kryza oddzielająca część radiatora z płytkami drukowanymi z diodami LED od części radiatora z płytkami kierującymi powietrze chłodzące do kanałów wlotowych, z płytkami z wypustkami kierującymi powietrze chłodzące z kanałów wylotowych składa się z czterech jednakowych elementów. Korzystnie jest, gdy część osłony w kształcie walca o mniejszej średnicy podstawy, połączona z trzonkiem, przechodzi w część w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie, która połączona jest z częścią prostopadłościenną przechodzącą w część w kształcie walca o większej średnicy podstawy, przy czym naroża części w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie i naroża części prostopadłościennej są zaokrąglone na całej długości, a część w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie posiada otwory wlotowe powietrza chłodzącego, zaś między częścią prostopadłościenną i częścią walcową o większej średnicy podstawy usytuowana jest część z otworami wylotowymi powietrza chłodzącego. Korzystnie jest, gdy stosunek długości części radiatora umieszczonego ponad kryzą do długości części radiatora umieszczonej w osłonie z trzonkiem wynosi 2,4 : 1.

Żarówka z diodami LED według wynalazku umożliwia zorientowany wymuszony obieg powietrza chłodzącego w szczelnych kanałach wlotowych i wylotowych, co zapewnia wyrównanie tempera4

PL 224 281 B1 tury płytek drukowanych z diodami LED i radiatora, skutecznie chłodząc diody LED i elementy układów elektronicznych. Kontakt termiczny płytek drukowanych z diodami LED i żebrami radiatora zapewnia maksymalną transmisję ciepła. Konstrukcja żeber radiatora z rozwiniętymi powierzchniami bocznymi zapewnia skuteczne przekazanie ciepła wytworzonego przez diody LED i układ sterujący do przepływającego powietrza chłodzącego w szczelnych kanałach wlotowych, komorze przelotowej i kanałach wylotowych. Dzięki wydzielonym, szczelnym kanałom wlotowym, komorze przelotowej i kanałom wylotowym powietrza chłodzącego oraz kryzie wyeliminowany jest dostęp zanieczyszczeń do hermetycznie zamkniętej przestrzeni bańki żarówki z diodami LED zawartej między tą bańką a radiatorem z usytuowanymi na nim płytkami drukowanymi z diodami LED. Połączenie suwliwe płytek drukowanych z diodami LED z radiatorem pozwala, nie tylko na ich łatwy montaż, ale przede wszystkim zapewnia kontakt termiczny z radiatorem oraz szczelność kanałów wlotowych, komory przelotowej i kanałów wylotowych powietrza chłodzącego. W żarówce z diodami LED według wynalazku możliwe jest zastosowanie diod LED o sumarycznej mocy większej, niż w dotychczas znanych rozwiązaniach.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania objaśniony jest na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schemat budowy żarówki z diodami LED w widoku rozstrzelonym, fig. 2 przedstawia schemat żarówki z diodami LED w częściowym przekroju, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny A-A części radiatora z płytkami drukowanymi z diodami LED, a fig. 4 przedstawia osłonę w widoku ogólnym.

Żarówka z diodami LED według wynalazku posiada radiator 6, którego część wewnętrzną 20 tworzą cztery powierzchnie 21 o tym samym promieniu krzywizny połączone ze sobą wzdłuż długości w narożach dwoma ramionami 22 o końcach zagiętych na zewnątrz. Między narożami wzdłuż części wewnętrznej 20 umieszczone są żebra 23 o naprzemiennych rowkach 24 wzdłuż ich długości. Wysokość żeber 23 jest jednakowa i taka, że między ich płaskimi zakończeniami, a zagiętymi końcami płaskimi ramion 22 naroży umieszczone są suwliwie płytki, odpowiednio: płytki drukowane 4 z diodami LED 5 oraz płytki kierujące 7 powietrze chłodzące do kanałów wlotowych 18 i płytki z wypustkami kierującymi 9 powietrze chłodzące z kanałów wylotowych 19 do otworów wylotowych 13 powietrza chłodzącego. Radiator 6 jest wykonany z materiału o wysokiej przewodności cieplnej, takiego jak aluminium lub miedź. Dwa sąsiadujące ze sobą żebra 23 lub żebro 23 i jedno z ramion 22 naroża radiatora 6 wraz z powierzchnią zewnętrzną powierzchni wewnętrznej 20 radiatora 6 i bocznymi płytkami drukowanymi 4 z diodami LED 5 tworzą szczelne kanały wlotowe 18 i szczelne kanały wylotowe 19 powietrza chłodzącego. Szczelne kanały wlotowe 18 i szczelne kanały wylotowe 19 powietrza chłodzącego połączone są ze sobą przez szczelną komorę przelotową 17 powietrza chłodzącego usytuowaną między górnym końcem radiatora 6 o zaślepionej części wewnętrznej 20, górną płytką drukowaną 4 z diodami LED 5, częściami bocznych płytek drukowanych 4 z diodami LED 5 wystającymi ponad górny koniec radiatora 6 połączonymi szczelnie z elementami wydłużającymi 2 naroża radiatora 6. Kanały usytuowane między częścią wewnętrzną radiatora 6 i płytkami z wypustkami kierującymi 9 powietrze chłodzące są zaślepione zaślepką 10. Otwory wylotowe 13 powietrza chłodzącego umieszczone są bezpośrednio pod kryzą 8 składającą się z czterech jednakowych elementów i oddzielającą część radiatora 6 z płytkami drukowanymi 4 z diodami LED 5 od części radiatora 6 z płytkami z wypustkami kierującymi 9 powietrze chłodzące z kanałów wylotowych 19 do otworów wylotowych 13. Długości elementów wydłużających 2 naroża są równe długości części wystających bocznych płytek drukowanych 4 z diodami LED 5 ponad górny koniec radiatora 6. Część radiatora 6 z płytkami drukowanymi 4 z diodami LED 5 umieszczona jest w transparentnej bańce 1, a pozostała część radiatora 6 z płytkami kierującymi 7 powietrze chłodzące do kanałów wlotowych 18 i z płytkami z wypustkami kierującymi 9 powietrze chłodzące z kanałów wylotowych 19 wraz z wentylatorem 11 umieszczona jest w osłonie 12 z gwintowanym trzonkiem 15 E9 - E40 lub GU. Trzonek 15 połączony jest nierozłącznie z osłoną 12, z częścią w kształcie walca o mniejszej średnicy podstawy 28, która przechodzi w część w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie 27, która połączona jest z częścią prostopadłościenną 26 przechodzącą w część w kształcie walca o większej średnicy podstawy 25. Naroża części w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie 27 i części prostopadłościennej 26 są zaokrąglone na całej długości. Część w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie 27 posiada otwory wlotowe 14 powietrza chłodzącego, a między częścią prostopadłościenną 26 i częścią walcową o większej średnicy podstawy 25 usytuowana jest część z otworami wylotowymi 13 powietrza chłodzącego. Osłona 12 jest szczelnie połączona z bańką 1 żarówki z diodami LED według wynalazku. Układ sterowania diodami LED 5 umieszczony jest w wewnętrznej części 20 radiatora 6.

PL 224 281 B1

Wentylator 11 pobiera powietrze chłodzące przez otwory wlotowe 14 umieszczone w osłonie 12 bezpośrednio nad trzonkiem 15, które jest wtłaczane do kanałów wlotowych 18 powietrza chłodzącego usytuowanych między częścią wewnętrzną 20 radiatora 6, żebrami 23 i płytkami kierującymi 7 powietrze chłodzące do tych kanałów wlotowych 18, połączonymi poprzez kryzę 8 z płytkami drukowanymi 4 z diodami LED 5. Powietrze chłodzące z kanałów wlotowych 18 przechodzi do komory przelotowej 17, a stąd do kanałów wylotowych 19 i przez otwory wylotowe 13 powietrza chłodzącego w osłonie 12 wydostaje się na zewnątrz żarówki z diodami LED według wynalazku.

Claims (6)

1. Żarówka z diodami LED z transparentną bańką, z kanałami wlotowymi i kanałami wylotowymi powietrza chłodzącego, wyposażona w płytki drukowane z diodami LED usytuowane na radiatorze o przelotowej wewnętrznej części ożebrowanej na zewnątrz wzdłuż długości, w wentylator umieszczony w osłonie z trzonkiem, znamienna tym, że kanały wlotowe (18) i kanały wylotowe (19) powietrza chłodzącego są szczelne i połączone ze sobą przez szczelną komorę przelotową (17) powietrza chłodzącego usytuowaną między górnym końcem radiatora (6) o zaślepionej części wewnętrznej (20), górną płytką (3) i częściami bocznych płytek drukowanych (4) z diodami LED (5) wystającymi ponad górny koniec radiatora (6) połączonymi szczelnie z elementami wydłużającymi (2) naroża radiatora (6), przy czym kanały usytuowane między częścią wewnętrzną radiatora (6) i płytkami kierującymi z wypustkami (9) powietrze chłodzące z kanałów wylotowych (19) są zaślepione, otwory wylotowe (13) powietrza chłodzącego umieszczone są bezpośrednio pod kryzą (8) oddzielającą część radiatora (6) z płytkami drukowanymi (4) z diodami LED (5) od części radiatora (6) z płytkami kierującymi (7) powietrze chłodzące do kanałów wlotowych (18), płytkami z wypustkami (9) kierującymi powietrze chłodzące z kanałów wylotowych (19) do otworów wylotowych (13), a długości elementów wydłużających (2) naroża są równe długości części wystających bocznych płytek drukowanych (4) z diodami LED (5) ponad górny koniec radiatora (6).

2. Żarówka według zastrz. 1, znamienna tym, że część wewnętrzną (20) radiatora (6) tworzą cztery powierzchnie (21) o tym samym promieniu krzywizny połączone ze sobą wzdłuż długości w narożach z dwoma ramionami (22) o końcach zagiętych na zewnątrz, a między narożami wzdłuż części wewnętrznej (20) umieszczone są żebra (23) o naprzemiennych rowkach (24) wzdłuż ich długości, przy czym wysokość żeber (23) jest jednakowa i taka, że między ich płaskimi zakończeniami, a zakrzywionymi końcami płaskimi ramion (21) naroży umieszczone są suwliwie płytki, odpowiednio: płytki drukowane (4) z diodami LED (5) oraz płytki kierujące (7) powietrze chłodzące do kanałów wlotowych (18) i płytki z wypustkami kierującymi (9) powietrze chłodzące z kanałów wylotowych (19) powietrza chłodzącego.

3. Żarówka według zastrz. 1, znamienna tym, że płytkę górną (3) stanowi płytka drukowana (4) z diodami LED (5).

4. Żarówka według zastrz. 1, znamienna tym, że kryza (8) oddzielająca część radiatora (6) z płytkami drukowanymi (4) z diodami LED (5) od części radiatora (6) z płytkami kierującymi (7) powietrze chłodzące do kanałów wlotowych (18), z płytkami z wypustkami kierującymi (9) powietrze chłodzące z kanałów wylotowych (19) składa się z czterech jednakowych elementów.

5. Żarówka według zastrz. 1, znamienna tym, że część osłony (12) w kształcie walca o mniejszej średnicy podstawy (28), połączona z trzonkiem (15), przechodzi w część w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie (27), która połączona jest z częścią prostopadłościenną (26) przechodzącą w część w kształcie walca o większej średnicy podstawy (25), przy czym naroża części w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie (27) i naroża części prostopadłościennej (26) są zaokrąglone na całej długości, a część w kształcie odwróconego ściętego ostrosłupa o kwadratowej podstawie (27) posiada otwory wlotowe (14) powietrza chłodzącego, zaś między częścią prostopadłościenną (26) i częścią walcową o większej średnicy podstawy (25) usytuowana jest część z otworami wylotowymi (13) powietrza chłodzącego.

6. Żarówka według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek długości części radiatora (6) umieszczonego ponad kryzą (8) do długości części radiatora (6) umieszczonej w osłonie (12) z trzonkiem (15) wynosi 2,4 : 1.