RU123494U1

RU123494U1 - LED LAMP

Info

Publication number: RU123494U1
Application number: RU2012125321/07U
Authority: RU
Inventors: Павел Анатольевич Прилепко
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-12-27

Abstract

1. Светодиодный светильник, содержащий светодиодный элемент, размещенный в полости зафиксированного на основании светопрозрачного корпуса в жидкой охлаждающей среде, отличающийся тем, что жидкая охлаждающая среда размещена в секторе излучения светодиодного элемента, при этом в нее введены находящиеся в твердой фазе теплопроводящие элементы, выполненные из светопрозрачного материала с плавучестью в охлаждающей среде, равной нулю, плавучесть которых в охлаждающей среде равна нулю, причем количество и размеры теплопроводящих элементов обеспечивают возможность их свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса, который снабжен средством приведения охлаждающей среды в движение.2. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что теплопроводящим элементам приданы магнитные свойства с возможностью приведения в движение электромагнитным полем.3. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть поверхности находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов и неизлучающая поверхность светодиодного элемента снабжены светоотражающим покрытием, причем в этом случае количество находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов обеспечивает светопрозрачность охлаждающей среды.4. Светодиодный светильник по п.1, отличающийся тем, что теплопроводящие элементы выполнены упругими с возможностью компенсации теплового расширения жидкой среды.1. A LED lamp containing a LED element located in a cavity of a translucent body fixed on the base in a liquid cooling medium, characterized in that the liquid cooling medium is located in the radiation sector of the LED element, while heat-conducting elements in the solid phase made of a translucent material with zero buoyancy in the cooling medium, the buoyancy of which in the cooling medium is zero, and the number and dimensions of the heat-conducting elements provide the possibility of their free mutual sliding within the cavity of the translucent body, which is equipped with means for setting the cooling medium in motion. 2. The light-emitting diode lamp according to claim 1, characterized in that the heat-conducting elements are given magnetic properties with the possibility of being set in motion by an electromagnetic field. The light-emitting diode lamp according to claim 1, characterized in that at least part of the surface of the solid-phase heat-conducting elements and the non-emitting surface of the LED element are provided with a reflective coating, and in this case the number of solid-phase heat-conducting elements ensures the transparency of the cooling medium. ... The LED lamp according to claim 1, characterized in that the heat-conducting elements are made elastic so as to compensate for the thermal expansion of the liquid medium.

Description

Полезная модель относится к осветительным устройствам и может быть использована для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.The utility model relates to lighting devices and can be used for street, industrial, domestic and architectural design lighting.

Известен светодиодный светильник с высокоэффективным конвекционным охлаждением, содержащий в качестве источника света светодиоды, установленные на наружной поверхности корпуса и подключенные гибким кабелем к блоку питания, оптическую линзу, корпус-радиатор, выполненный из полого профиля (см. RU №2433577, МПК H05B 33/00, 2011). Особенностью таких светильников является повышенная теплоотдача. Выделенное тепло может отводиться через радиаторы (в других моделях отводится через воздушный обдув нагреваемых элементов).Known LED lamp with highly efficient convection cooling, containing as a light source LEDs mounted on the outer surface of the housing and connected by a flexible cable to the power supply, an optical lens, a radiator housing made of a hollow profile (see RU No. 2433577, IPC H05B 33 / 00, 2011). A feature of such lamps is increased heat transfer. The generated heat can be removed through radiators (in other models it is removed through air blowing of the heated elements).

Однако радиаторы не только существенно увеличивают и утяжеляют конструкцию, но и отводят тепло только от одной внутренней половины светодиода, что достаточно далеко от точки нагрева, которой является p-n переход светодиода. Кроме того, воздушный обдув ограничен низкой теплопроводностью самого воздуха.However, radiators not only significantly increase and weight the design, but also remove heat only from one inner half of the LED, which is far enough from the heating point, which is the pn junction of the LED. In addition, airflow is limited by the low thermal conductivity of the air itself.

Известна светодиодная лампа с воздушным охлаждением (см. US 20110013383, МПК F2IV 29/00 F21V 21/084, 2011). В данном устройстве происходит активное охлаждение светодиодного элемента встроенным воздушным вентилятором.Known LED lamp with air cooling (see US 20110013383, IPC F2IV 29/00 F21V 21/084, 2011). In this device, the LED element is actively cooled by the built-in air fan.

Однако при достаточной эффективности устройства по прежнему недостаточно близко охлаждаемое место к месту разогрева, то есть к p-n переходу светодиода. При этом все еще низок коэффициент теплопередачи теплоносителя (воздушной среды). Данную проблему можно решить за счет увеличения скорости обдува, но это имеет определенные ограничения при условии не снижения массогабаритных и инерциальных параметров механизма охлаждения.However, with sufficient efficiency of the device, the cooled place is still not close enough to the place of heating, that is, to the p-n junction of the LED. At the same time, the heat transfer coefficient of the coolant (air) is still low. This problem can be solved by increasing the blowing speed, but this has certain limitations, provided that the mass and inertial parameters of the cooling mechanism are not reduced.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является светодиодный светильник, содержащий светодиодный элемент, размещенный в полости зафиксированного на основании светопрозрачного корпуса в жидкой охлаждающей среде (см. US 20110261563, МПК F2IV 29/00, F21S 4/00, 2011). Светильник состоит из светодиодного элемента, укрепленного на основании и охлаждающей среды состоящей из жидкой массы. Жидкая масса может быть представлена парафиновым маслом или другой массой, соответствующей задачам работы теплового режима светодиодного элемента. Данная конструкция позволяет наиболее полно реализовать теплопроводные особенности жидкой массы. Жидкая масса обтекает светодиодный элемент в пределах корпуса и, являясь более теплопроводной, чем воздух эффективно передает тепло от светодиодного элемента наружу. Кроме того, имея определенные светопрозрачные свойства, жидкая масса помогает эффективно рассеивать свет.The closest analogue to the claimed device is an LED lamp containing an LED element located in a cavity fixed on the basis of a translucent body in a liquid cooling medium (see US 20110261563, IPC F2IV 29/00, F21S 4/00, 2011). The luminaire consists of an LED element mounted on a base and a cooling medium consisting of a liquid mass. The liquid mass can be represented by paraffin oil or other mass corresponding to the tasks of the thermal regime of the LED element. This design allows you to fully realize the heat-conducting features of the liquid mass. The liquid mass flows around the LED element within the housing and, being more thermally conductive than air, effectively transfers heat from the LED element to the outside. In addition, having certain translucent properties, the liquid mass helps to efficiently scatter light.

Однако эта конструкция имеет ряд недостатков, а именно недостаточный, по сравнению с твердыми материалами, значительно более низкий коэффициент теплопередачи, кроме того, формируемый световой поток имеет выраженную четкую направленность, что приводит к неравномерности светового поля. Эти недостатки ухудшают эксплуатационные характеристики светильника.However, this design has a number of disadvantages, namely, insufficient, compared with solid materials, significantly lower heat transfer coefficient, in addition, the generated luminous flux has a pronounced clear directivity, which leads to uneven light field. These disadvantages degrade the performance of the lamp.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение эксплуатационных характеристик светильника.The task to which the proposed technical solution is aimed is to improve the operational characteristics of the lamp.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении коэффициента теплопередачи охлаждающей среды, тем самым повышая эффективность его охлаждения, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую светоотдачу и увеличение срока работы светодиодного элемента. Кроме того, наличие дополнительных тел в охлаждающей среде рассеивающих свет, обеспечивает выравнивание параметров светового потока по всей площади формируемого светового пятна.The technical result achieved in solving the problem is expressed in increasing the heat transfer coefficient of the cooling medium, thereby increasing its cooling efficiency, which, in turn, provides higher light output and longer life of the LED element. In addition, the presence of additional bodies in the cooling medium scattering light, provides alignment of the light flux over the entire area of the formed light spot.

Поставленная задача решается тем, что светодиодный светильник, содержащий светодиодный элемент, размещенный в полости зафиксированного на основании светопрозрачного корпуса, в жидкой охлаждающей среде, отличается тем, что жидкая охлаждающая среда размещена в секторе излучения светодиодного элемента, при этом в нее введены находящиеся в твердой фазе теплопроводящие элементы, выполненные из светопрозрачного материала с плавучестью в охлаждающей среде равной нулю, причем количество и размеры твердых теплопроводящих элементов обеспечивают возможность их свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса, который снабжен средством приведения охлаждающей среды в движение.The problem is solved in that the LED lamp containing the LED element, placed in the cavity fixed on the basis of the translucent body, in a liquid cooling medium, characterized in that the liquid cooling medium is placed in the radiation sector of the LED element, while being in solid phase are introduced into it heat-conducting elements made of translucent material with a buoyancy in the cooling medium equal to zero, and the number and sizes of solid heat-conducting elements provide The possibility of their free sliding within the cavity of the translucent body, which is equipped with a means of bringing the cooling medium into motion.

Кроме того теплопроводящим элементам приданы магнитные свойства, с возможностью приведения в движение электромагнитным полем.In addition, the heat-conducting elements are given magnetic properties, with the possibility of being driven by an electromagnetic field.

При этом, по меньшей мере, часть поверхности находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов и неизлучающая поверхность светодиодного элемента снабжены светоотражающим покрытием, причем в этом случае количество находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов обеспечивает светопрозрачность охлаждающей среды.At the same time, at least part of the surface of the heat-conducting elements located in the solid phase and the non-radiating surface of the LED element are provided with a reflective coating, in which case the number of heat-conducting elements in the solid phase provides translucency of the cooling medium.

Кроме того теплопроводящие элементы выполнены упругими, с возможностью компенсации теплового расширения жидкой среды.In addition, the heat-conducting elements are made elastic, with the ability to compensate for the thermal expansion of the liquid medium.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

При этом совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели обеспечивают достижение технического результата, а именно, повышение коэффициента теплопередачи охлаждающей среды, тем самым повышение эффективности его охлаждения, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую светоотдачу и увеличение срока работы светодиодного элемента. Кроме того, наличие дополнительных тел в охлаждающей среде рассеивающих свет, обеспечивает выравнивание параметров светового потока по всей площади формируемого светового пятна.At the same time, the combination of features of the distinctive part of the utility model formula ensures the achievement of a technical result, namely, an increase in the heat transfer coefficient of the cooling medium, thereby increasing its cooling efficiency, which, in turn, provides higher light output and an increase in the life of the LED element. In addition, the presence of additional bodies in the cooling medium scattering light, provides alignment of the light flux over the entire area of the formed light spot.

На фиг.1 - показана схема светодиодного светильника; на фиг.2 - показано прохождение лучей через жидкую массу и светопрозрачные твердые теплопроводящие элементы; на фиг.3 - прохождение лучей при охлаждении внешней стороны корпуса за счет конвекции жидкой массы и твердых теплопроводящих элементов посредством направленного действия электромагнитного поля от соответствующим образом ориентированных электромагнитов на твердые теплопроводящие элементы; на фиг 4. - прохождение лучей через жидкую массу, и отражение их как от твердых теплопроводящих элементов с нанесенным на них светоотражающим составом, так и от основания светодиодного элемента, также имеющего нанесенный светоотражающий состав; на фиг.5 - прохождение лучей в жестком и замкнутом корпусе.Figure 1 - shows a diagram of the LED lamp; figure 2 - shows the passage of rays through the liquid mass and translucent solid heat-conducting elements; figure 3 - the passage of rays when cooling the outer side of the housing due to convection of the liquid mass and solid heat-conducting elements by means of the directed action of the electromagnetic field from appropriately oriented electromagnets on solid heat-conducting elements; in Fig 4. - the passage of the rays through the liquid mass, and their reflection both from solid heat-conducting elements with a reflective composition deposited on them, and from the base of the LED element also having a applied reflective composition; figure 5 - the passage of the rays in a rigid and closed housing.

На чертежах показаны светодиодный элемент 1, основание 2, жидкая охлаждающая среда 3, находящихся в твердой фазе светопрозрачные теплопроводящие элементы 4, корпус 5, средство 6 приведения охлаждающей среды 3 в движение, электромагнитные элементы 7, светоотражающие покрытия 8.The drawings show the LED element 1, base 2, liquid cooling medium 3, solid phase translucent heat-conducting elements 4, housing 5, means 6 for setting the cooling medium 3 in motion, electromagnetic elements 7, reflective coatings 8.

Светодиодный светильник (см. фиг.1) содержит светодиодный элемент 1, размещенный в полости светопрозрачного корпуса 5 на основании 2 в жидкой охлаждающей среде 3. Жидкая охлаждающая среда 3 (например, парафиновое масло либо масла аналогичных составов) размещена в секторе излучения светодиодного элемента 1. В нее введены находящиеся в твердой фазе теплопроводящие элементы 4, выполненные из светопрозрачного материала, плавучесть которых в охлаждающей среде 3 равна нулю. Плавучесть подбирается за счет того что находящийся в твердой фазе теплопроводящий элемент 4 имеет внутри воздушный пузырь приравнивающий плотность и объем находящихся в твердой фазе светопрозрачных теплопроводящих элементов 4 к плотности жидкой охлаждающей среды 3. Кроме того находящийся в твердой фазе теплопроводящий элемент 4 имеет коэффициент теплопроводности значительно больший чем у жидкой охлаждающей среды 3. В качестве находящихся в твердой фазе светопрозрачных теплопроводящих элементов 4 могут быть использованы, например прозрачные полимерные композиты с кварцевостеклянными наполнителями. Количество и размеры теплопроводящих элементов 4 обеспечивают возможность их свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса 5, который снабжен средством 6 приведения охлаждающей среды 3 в движение, например насосом. При протекании охлаждающей среды 3 над светодиодным элементом 1, то есть в зоне излучения светодиодного элемента 1, световой поток проходит через жидкую охлаждающую среду 3 (см. фиг.2) оптические свойства значительно улучшатся, если твердые теплопроводящие элементы 4 изготовлены из светопрозрачных материалов.The LED lamp (see Fig. 1) contains an LED element 1 located in the cavity of the translucent body 5 on the base 2 in a liquid cooling medium 3. A liquid cooling medium 3 (for example, paraffin oil or oils of similar compositions) is placed in the radiation sector of the LED element 1 The heat-conducting elements 4 located in the solid phase are made of translucent material, the buoyancy of which in the cooling medium 3 is zero. The buoyancy is selected due to the fact that the heat-conducting element 4 located in the solid phase has an air bubble inside which equals the density and volume of the translucent heat-conducting elements 4 located in the solid phase to the density of the liquid cooling medium 3. In addition, the heat-conducting element 4 located in the solid phase has a significantly higher thermal conductivity than in liquid cooling medium 3. As translucent heat-conducting elements 4 located in the solid phase, for example, transparent polymer composites with quartz-glass fillers. The number and dimensions of the heat-conducting elements 4 provide the possibility of their free sliding within the cavity of the translucent body 5, which is equipped with means 6 for setting the cooling medium 3 in motion, for example, a pump. When the cooling medium 3 flows over the LED element 1, that is, in the radiation zone of the LED element 1, the light flux passes through the liquid cooling medium 3 (see FIG. 2), the optical properties will significantly improve if the solid heat-conducting elements 4 are made of translucent materials.

Кроме стандартных методов конвекции, которые предполагают использование средств 6 приведения охлаждающей среды 3 в движение, например насосов, возможно использование электромагнитного поля. Для этого находящимся в твердой фазе теплопроводящим элементам 4 приданы магнитные свойства, с возможностью приведения в движение электромагнитным полем, возбуждаемым соответствующим образом ориентированными электромагнитными элементами 7 (см. фиг.3), которое воздействует на теплопроводящие элементы 4, имеющие определенные магнитные свойства, и заставляет их двигаться в заданном направлении, а вместе с ними увлекается в движение жидкая масса 3 за счет имеющегося у находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов 4 определенного сопротивления в жидкости. Магнитные свойства теплопроводящим элементам 4 могут быть приданы им через применение в теплопроводящих элементах 4, например, прозрачных ферромагнитных наполнителей.In addition to standard convection methods, which involve the use of means 6 for driving the cooling medium 3 into motion, for example pumps, it is possible to use an electromagnetic field. To this end, the heat-conducting elements 4 located in the solid phase are given magnetic properties, with the possibility of being driven by an electromagnetic field excited by appropriately oriented electromagnetic elements 7 (see FIG. 3), which acts on the heat-conducting elements 4 having certain magnetic properties and forces they move in a given direction, and together with them the liquid mass 3 is carried away in motion due to the presence of a certain co-current in the heat-conducting elements 4 in the solid phase otivleniya in the liquid. The magnetic properties of the heat-conducting elements 4 can be imparted to them through the use of heat-conducting elements 4, for example, transparent ferromagnetic fillers.

Часть поверхности находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов 4 и неизлучающая поверхность светодиодного элемента 1 снабжены светоотражающим покрытием 8, причем в этом случае количество находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов 4 обеспечивает светопрозрачность жидкой охлаждающей среды 3. Снабжение находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов 4 и основания светодиода 2 светоотражающим покрытием 8 позволит световому излучению от светодиодного элемента 1 с минимальными потерями, переотражаясь от твердых теплопроводящих элементов 4 и основания светодиода 2, излучаться во внешнюю среду (см. фиг.4).Part of the surface of the heat-conducting elements in the solid phase 4 and the non-emitting surface of the LED element 1 are provided with a reflective coating 8, in which case the number of heat-conducting elements in the solid phase 4 provides translucency of the liquid cooling medium 3. Supply of the heat-conducting elements 4 in the solid phase and the LED base 2 with a reflective coating 8 will allow light radiation from LED element 1 with minimal loss, reflecting from solid heat conductive members 4 and the base 2 of the LED, emitted into the external environment (see FIG. 4).

Находящиеся в твердой фазе теплопроводящие элементы 4 выполнены упругими, с возможностью компенсации теплового расширения жидкой охлаждающей среды 3. В процессе работы светодиодного элемента 1 (см. Фиг.5) при любых режимах охлаждения возможно нагревание как основания 2 светодиодного элемента 1 со всем светопрозрачным корпусом 5, так и жидкой охлаждающей среды 3. При этом плотность жидкой охлаждающей среды 3 уменьшается, что при закрытом цикле охлаждения может привести к нежелательному увеличению давления. Чтобы компенсировать избыточное давление Р жидкой охлаждающей среды 3 твердые теплопроводящие элементы 4 изготавливают таким образом, что воздушная полость, находящаяся в них легко подвергается сжатию за счет соответствующей толщины и гибкости находящихся в твердой фазе теплопроводящих элементов 4, что в свою очередь приводит к компенсации избыточного давления.The heat-conducting elements 4 located in the solid phase are made elastic, with the possibility of compensating for the thermal expansion of the liquid cooling medium 3. During operation of the LED element 1 (see FIG. 5), under any cooling conditions, it is possible to heat the base 2 of the LED element 1 with the entire translucent body 5 , and liquid cooling medium 3. The density of the liquid cooling medium 3 decreases, which with a closed cooling cycle can lead to an undesirable increase in pressure. In order to compensate for the excess pressure P of the liquid cooling medium 3, solid heat-conducting elements 4 are made in such a way that the air cavity inside them is easily compressed due to the corresponding thickness and flexibility of the heat-conducting elements 4 in the solid phase, which in turn leads to compensation of the excess pressure .

Светодиодный светильник работает следующим образом.LED lamp works as follows.

Светодиодный элемент 1, находясь на основании 2 светодиодного элемента 1, излучает свет и тепло в жидкую охлаждающую среду 3. Жидкая охлаждающая среда 3 нагревается и передает тепло на основание 2 светодиодного элемента 1 и соответственно корпусу 5. Наличие находящихся в твердой фазе светопрозрачных теплопроводящих элементов 4 увеличивает в статическом состоянии передачу тепла за счет суммарного объемного уменьшения теплового сопротивления, и соответственно суммарного увеличенного коэффициента теплопередачи. При конвекции жидкой охлаждающей среды 3 теплопередача увеличивается, так как находящиеся в твердой фазе теплопроводящие элементы 4 непосредственно контактируют со светодиодным элементом 1.The LED element 1, being on the base 2 of the LED element 1, emits light and heat to the liquid cooling medium 3. The liquid cooling medium 3 heats up and transfers heat to the base 2 of the LED element 1 and, respectively, to the housing 5. The presence of translucent heat-conducting elements 4 in the solid phase 4 increases in a static state heat transfer due to the total volumetric decrease in thermal resistance, and, accordingly, the total increased heat transfer coefficient. During convection of the liquid cooling medium 3, the heat transfer increases, since the heat-conducting elements 4 located in the solid phase directly contact the LED element 1.

Claims

1. An LED lamp comprising an LED element located in a cavity fixed on the base of a translucent body in a liquid cooling medium, characterized in that the liquid cooling medium is located in the radiation sector of the LED element, and heat-conducting elements made of solid phase made of translucent material with buoyancy in the cooling medium equal to zero, buoyancy of which in the cooling medium is zero, and the number and dimensions of heat-conducting elements provide the possibility of their free sliding within the cavity of the translucent body, which is equipped with a means of bringing the cooling medium into motion.

2. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the heat-conducting elements are given magnetic properties with the possibility of being driven by an electromagnetic field.

3. The LED lamp according to claim 1, characterized in that at least part of the surface of the heat-conducting elements in the solid phase and the non-radiating surface of the LED element are provided with a reflective coating, in which case the number of heat-conducting elements in the solid phase provides translucency of the cooling medium .

4. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the heat-conducting elements are made elastic with the ability to compensate for the thermal expansion of the liquid medium.