RU177924U1

RU177924U1 - Lighting device

Info

Publication number: RU177924U1
Application number: RU2017106855U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-03-16

Abstract

Полезная модель направлена на расширение области применения за счет повышения светоотдачи, надежности работы и срока службы, а также снижения температуры элементов при эксплуатации источника оптического излучения. Указанный технический результат достигается тем, что в осветительном устройстве, содержащем корпус 1 с элементом токоподвода 2, внутри корпуса установлена капсульная светодиодная лампа 3, корпус выполнен в виде герметичной колбы из оптически прозрачного материала с опорной ножкой 4 внутри, имеющей штенгель 5, штабик 6 и электроды 7, заполненной изолирующим газообразным веществом под абсолютным давлением при температуре 393 К от 0,4 до 2,5 бар с коэффициентом теплопроводности более 0,035 Вт/(м∙К). Лампа электрически соединена с элементом токоподвода через электроды. 1 илл.The utility model is aimed at expanding the scope by increasing light output, reliability and durability, as well as lowering the temperature of the elements during operation of the optical radiation source. The specified technical result is achieved in that in the lighting device containing the housing 1 with the current lead element 2, a capsule LED lamp 3 is installed inside the housing, the housing is made in the form of a sealed bulb of optically transparent material with a supporting leg 4 inside, having a plug 5, a stand 6 and electrodes 7 filled with an insulating gaseous substance under absolute pressure at a temperature of 393 K from 0.4 to 2.5 bar with a thermal conductivity of more than 0.035 W / (m ∙ K). The lamp is electrically connected to the current supply element through the electrodes. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения с высокой надежностью и высоким эксплуатационным ресурсом. Полезная модель направлена на расширение области применения за счет увеличение светоотдачи, надежности и срока службы (среднего ресурса непрерывной работы), а также снижения температуры элементов при эксплуатации осветительного устройства.The utility model relates to lighting engineering and can be used in the design of new energy-efficient sources of optical radiation with high reliability and high service life. The utility model is aimed at expanding the scope by increasing light output, reliability and service life (average life of continuous operation), as well as lowering the temperature of the elements during operation of the lighting device.

Известно осветительное устройство, содержащее открытый корпус с элементом токоподвода, внутри корпуса установлена капсульная светодиодная лампа, выводы лампы электрически соединены с контактами элемента токоподвода (Бра Евросвет/Eurosvet 4827/2 для капсульных ламп. Каталог/Dissi. - Режим доступа: http://dissi.ru/catalog/osveshchenie/bra/10972/ (дата обращения 15.02.2017).A lighting device is known that contains an open housing with a current supply element, a capsule LED lamp is installed inside the housing, the lamp leads are electrically connected to the contacts of the current supply element (Sconce Eurosvet / Eurosvet 4827/2 for capsule lamps. Catalog / Dissi. - Access mode: http: // dissi.ru/catalog/osveshchenie/bra/10972/ (accessed February 15, 2017).

В качестве источника питания известного осветительного устройства используется внешняя электрическая сеть, к которой источник оптического излучения подключается с помощью элемента токоподвода.An external electrical network is used as a power source for a known lighting device, to which an optical radiation source is connected using a current supply element.

Светодиодные капсульные лампы предназначены для замены галогенных капсульных (пальчиковых) ламп накаливания. Такие лампы являются малогабаритными и имеют стандартные (штырьковые) цоколи для подключения к источнику питания типов: G4; G5,3; G6; GY6,35; G9. Светодиодные капсульные лампы, как правило, рассчитаны на номинальные напряжения: 12; 24; 110; 220(230) В и выполняются без колбы (открытые) или с негерметичной, а также с герметизированной (малая мощность) колбой из оптически прозрачного силикона, пластика или стекла. Лампы данного типа имеют номинальные мощности от 1 до 9 Вт и световые потоки от 60 до 700 лм.LED capsule lamps are designed to replace halogen capsule (finger) incandescent lamps. Such lamps are small-sized and have standard (pin) socles for connection to a power source of the types: G4; G5.3; G6; GY6.35; G9 LED capsule lamps, as a rule, are designed for rated voltages: 12; 24; 110; 220 (230) V and are performed without a bulb (open) or with an unpressurized, as well as a sealed (low power) bulb made of optically transparent silicone, plastic or glass. Lamps of this type have rated power from 1 to 9 W and light flux from 60 to 700 lm.

Недостатком осветительного устройства является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, низкой надежностью и малым средним сроком службы, а также относительно высокой температурой элементов при эксплуатации из-за недостаточно эффективного теплоотвода в условиях естественной конвекции в среде окружающего воздуха (коэффициент теплопроводности при давлении 1 бар и температуре 273 К равен, приблизительно, около 0,025 Вт/(м·К). Светоотдача известного устройства составляет 60… 70 лм/Вт. Таким образом, данное осветительное устройство не является достаточно энергоэффективным. Корпус осветительного устройства выполняется открытым (без защитных элементов), а светодиодная капсульная лампа, в большинстве случаев, негерметична. Степень защиты известного устройства, в целом, и светодиодной капсульной лампы низкая. Светоизлучающее тело и драйвер лампы не изолированы от внешней среды и подвержены ее влиянию. Все ответственные элементы лампы находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды, агрессивные вещества в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль, что, наряду с повышенной температурой, также снижает надежность осветительного устройства. При работе устройства из-за электрических потерь ее элементы нагреваются. Повышенная температура (в условиях замкнутого объема) может приводить к ухудшению (деградации) свойств используемых материалов, в том числе, оптических.The disadvantage of the lighting device is its narrow scope, which is due to low light output, low reliability and low average service life, as well as the relatively high temperature of the elements during operation due to insufficient heat removal in conditions of natural convection in the environment (thermal conductivity at a pressure of 1 bar and a temperature of 273 K is approximately equal to about 0.025 W / (m · K). The luminous efficiency of the known device is 60 ... 70 lm / W. Thus, this lighting the construction is not energy efficient enough. The housing of the lighting device is open (without protective elements), and the LED capsule lamp is generally leaky. The degree of protection of the known device as a whole and the LED capsule lamp is low. The light-emitting body and the lamp driver are not isolated from environment and are subject to its influence.All responsible elements of the lamp are in the environment of ambient air, which may contain water vapor, aggressive substances in an unacceptable concentration Mechanical impurities and dust, which, along with elevated temperature also reduces the reliability of the lighting device. During operation of the device due to electrical losses, its elements are heated. Elevated temperature (in a confined space) can lead to deterioration (degradation) of the properties of the materials used, including optical.

Известно осветительное устройство, содержащее негерметичный корпус из пластика с окном из оптически прозрачного материала и с элементом токоподвода, внутри корпуса установлена капсульная светодиодная лампа, выводы лампы электрически соединены с контактами элемента токоподвода (LED Lighting 2015. Каталог /Hi-Light Lighting (http://hilight-lighting.com). - С. 40).A lighting device is known that contains an unpressurized plastic case with a window of optically transparent material and with a current lead element, a capsule LED lamp is installed inside the case, the lamp leads are electrically connected to the contacts of the current lead element (LED Lighting 2015. Catalog / Hi-Light Lighting (http: / /hilight-lighting.com). - P. 40).

В качестве элемента токоподвода в известном осветительном устройстве используются стандартные (винтовые) цоколи типов Е14 или Е27.As a current supply element in a known lighting device, standard (screw) socles of types E14 or E27 are used.

Недостатком данного осветительного устройства является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, низкой надежностью и малым средним сроком службы, а также относительно высокой температурой элементов при эксплуатации из-за недостаточно эффективного теплоотвода в условиях естественной конвекции в среде окружающего воздуха (коэффициент теплопроводности при давлении 1 бар и температуре 273 К равен, приблизительно, около 0,025 Вт/(м·К). Светоотдача известного устройства составляет 60… 66 лм/Вт. Таким образом, данное осветительное устройство также не является достаточно энергоэффективным. Светодиодная капсульная лампа в осветительном устройстве негерметична. Степень защиты известного устройства, в целом, и светодиодной капсульной лампы низкая (IP21). Светоизлучающее тело и драйвер лампы не изолированы от внешней среды и подвержены ее влиянию. Все ответственные элементы лампы находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды, агрессивные вещества в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль, что, наряду с повышенной температурой, также снижает надежность осветительного устройства. При работе устройства из-за электрических потерь ее элементы нагреваются. Повышенная температура (в условиях замкнутого объема) может приводить к ухудшению (деградации) свойств используемых материалов, в том числе, оптических.The disadvantage of this lighting device is its narrow scope, which is due to low light output, low reliability and low average service life, as well as the relatively high temperature of the elements during operation due to insufficient heat removal in conditions of natural convection in the environment (thermal conductivity at pressure 1 bar and a temperature of 273 K is approximately equal to about 0.025 W / (m · K). The luminous efficiency of the known device is 60 ... 66 lm / W. Thus, this will illuminate The lighting device is also not energy efficient enough. The LED capsule lamp in the lighting device is leaky. The degree of protection of the known device, in general, and the LED capsule lamp is low (IP21). The light-emitting body and the lamp driver are not isolated from the external environment and are subject to its influence. All responsible lamp elements are in the environment of ambient air, which may contain water vapor, aggressive substances in unacceptable concentrations, mechanical impurities and dust, which, along with an increased rate In addition, it reduces the reliability of the lighting device. During operation of the device due to electrical losses, its elements are heated. Elevated temperature (in a confined space) can lead to deterioration (degradation) of the properties of the materials used, including optical.

Известно осветительное устройство, содержащее негерметичный корпус из пластика с окном из оптически прозрачного материала и с элементом токоподвода, внутри корпуса установлена капсульная светодиодная лампа с негерметичной колбой, выводы лампы электрически соединены с контактами элемента токоподвода (G4 G9 Е14 LED Ceramic Bulb Leader. Каталог 2016 / Zhongshan city SPAR Optoelectronics Technology Co, ltd (http://spar-g4g9.com). - C. 9).A lighting device is known that contains an unpressurized plastic case with a window of optically transparent material and with a current lead element, a capsule LED lamp with an unsealed bulb is installed inside the case, the lamp leads are electrically connected to the contacts of the current lead element (G4 G9 E14 LED Ceramic Bulb Leader. Catalog 2016 / Zhongshan city SPAR Optoelectronics Technology Co, ltd (http://spar-g4g9.com) .- C. 9).

В качестве элемента токоподвода в известном осветительном устройстве используются стандартный (винтовой) цоколь типа Е14. Источником питания данного осветительного устройства является электрическая сеть переменного тока (220… 240 В), к которой источник оптического излучения подключается с помощью элемента токоподвода.As a current supply element in a known lighting device, a standard (screw) socle of type E14 is used. The power source of this lighting device is an alternating current electric network (220 ... 240 V), to which the optical radiation source is connected using a current supply element.

Известное осветительное устройство является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбрано в качестве прототипа.Known lighting device is the closest in technical essence to a utility model and is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, низкой надежностью и малым средним сроком службы, а также относительно высокой температурой элементов при эксплуатации из-за недостаточно эффективного теплоотвода в условиях естественной конвекции в среде окружающего воздуха (коэффициент теплопроводности воздуха при давлении 1 бар и температуре 273 К равен, приблизительно, около 0,025 Вт/(м·К), при температуре 393 К коэффициент теплопроводности достигает 0,033 Вт/(м·К), что 1… 10 раз ниже, чем, например, коэффициент теплопроводности гелия или водорода). Светоотдача известного устройства составляет 70… 74 лм/Вт. Таким образом, данное осветительное устройство не является, в полной мере, энергоэффективным. Используемая светодиодная капсульная лампа в осветительном устройстве негерметична. Степень защиты известного устройства, в целом, и светодиодной капсульной лампы, в том числе, низкая (JP21). Светоизлучающее тело и драйвер лампы не изолированы от внешней среды и подвержены ее влиянию. Все ответственные элементы лампы находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды, агрессивные вещества в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль, что, наряду с повышенной температурой, также снижает надежность осветительного устройства. Корпус осветительного устройства известной конструкции не выполняет специальной функции по отводу тепла от элементов. При работе устройства из-за электрических потерь ее элементы нагреваются и работают при предельной температуре. Повышенная температура (в условиях замкнутого объема) может приводить к ухудшению (деградации) свойств используемых материлов, в том числе, оптических. Известно, что повышение рабочей температуры элементов электронного узла на 10 К может приводить к снижению срока службы, приблизительно, в 2 раза.The disadvantage of the prototype is the narrow scope, which is due to low light output, low reliability and low average life, as well as the relatively high temperature of the elements during operation due to insufficient heat removal in conditions of natural convection in the environment (thermal conductivity of air at a pressure of 1 bar and a temperature of 273 K is approximately equal to about 0.025 W / (m · K), at a temperature of 393 K the thermal conductivity coefficient reaches 0.033 W / (m · K), which is 1 ... 10 times lower than, for example, thermal conductivity of helium or hydrogen). The luminous efficiency of the known device is 70 ... 74 lm / W. Thus, this lighting device is not fully energy efficient. The LED capsule lamp used in the lighting device is leaky. The degree of protection of the known device, in General, and LED capsule lamp, including low (JP21). The light-emitting body and the lamp driver are not isolated from the external environment and are subject to its influence. All critical elements of the lamp are in the environment of ambient air, which may contain water vapor, aggressive substances in unacceptable concentrations, mechanical impurities and dust, which, along with increased temperature, also reduces the reliability of the lighting device. The housing of the lighting device of known design does not perform a special function of heat removal from the elements. During operation of the device, due to electrical losses, its elements heat up and operate at the limit temperature. Elevated temperature (in a confined space) can lead to deterioration (degradation) of the properties of the materials used, including optical. It is known that an increase in the operating temperature of the elements of the electronic unit by 10 K can lead to a decrease in the service life by approximately 2 times.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения осветительного устройства за счет увеличения общей светоотдачи, надежности и срока службы (среднего ресурса непрерывной работы), а также снижения температуры элементов при эксплуатации, что является целью полезной модели. Надежность и срок службы осветительного устройства повышаются за счет снижения, в первую очередь, температуры ответственных элементов капсульной светодиодной лампы при изготовлении и эксплуатации изделия, а также качественного изолирования всех ответственных элементов от отрицательного воздействия окружающей среды. Повышение светоотдачи, надежности и срока службы, снижение предельной температуры элементов осветительного устройства при изготовлении и эксплуатации светодиодной лампы является полученным техническим результатом. Кроме того, существенно повышается технологичность изделия, так как корпус и его элементы представляют собой единую жесткую конструкцию.The utility model is aimed at solving the problem of expanding the scope of application of the lighting device by increasing the overall light output, reliability and service life (average life of continuous operation), as well as lowering the temperature of the elements during operation, which is the purpose of the utility model. Reliability and durability of the lighting device are enhanced by lowering, first of all, the temperature of the critical elements of the capsular LED lamp in the manufacture and operation of the product, as well as the high-quality isolation of all critical elements from the negative effects of the environment. The increase in light output, reliability and service life, lowering the maximum temperature of the elements of the lighting device in the manufacture and operation of the LED lamp is the technical result. In addition, the manufacturability of the product is significantly increased, since the body and its elements represent a single rigid structure.

Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в осветительном устройстве, содержащем корпус с элементом токоподвода, внутри корпуса установлена капсульная светодиодная лампа, выводы лампы электрически соединены с контактами элемента токоподвода, корпус выполнен в виде герметичной колбы из оптически прозрачного материала с опорной ножкой внутри, имеющей штенгель, штабик и электроды, заполненной изолирующим газообразным веществом под абсолютным давлением при температуре 393 К от 0,4 до 2,5 бар с коэффициентом теплопроводности более 0,035 Вт/(м·К), лампа соединена с элементом токоподвода через электроды.This goal and technical result are achieved by the fact that in the lighting device containing the housing with the current supply element, a capsule LED lamp is installed inside the housing, the lamp leads are electrically connected to the contacts of the current supply element, the housing is made in the form of a sealed bulb from an optically transparent material with a support leg inside, having a plug, stand and electrodes filled with an insulating gaseous substance under absolute pressure at a temperature of 393 K from 0.4 to 2.5 bar with a coefficient of thermal conductivity and more than 0.035 W / (m · K), the lamp is connected to the current supply element through the electrodes.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения за счет увеличение светоотдачи (отношение светового потока к потребляемой активной мощности, лм/Вт), надежности и срока службы (среднего ресурса непрерывной работы, ч), а также снижения температуры элементов при эксплуатации осветительного устройства. Увеличение светоотдачи обусловлено уменьшение общих электрических потерь, в том числе, в элементах электронных узлов и ростом световой эффективности светодиодов при работе со сниженными температурами структуры (при выполнении осветительного устройства на заданный световой поток). Повышение надежности и увеличение срока службы обеспечивается, в том числе, качественным изолированием ответственных элементов (корпус устройства выполняется герметичным) от неблагоприятного воздействия окружающей среды, повышением степени защиты (IP68), работой элементов с пониженными температурами при интенсификации теплоотвода (теплообмена) и возможности применения изолирующего газообразного вещества с оптимальным давлением (0,4... 2,5 бар, 393 К) и высоким коэффициентом теплопроводности (более 0,035 Вт/(м·К), 393 К), превышающим коэффициент теплопроводности окружающего воздуха. Технологичность изделия повышается, как отмечено выше, в результате выполнения корпуса и интеграции его элементов (опорной ножки, электродов) в виде единой жесткой конструкции. Данные технологические процессы механизированы и автоматизированы (в соответствующих областях техники и технологии). Повышение светоотдачи, надежности, срока службы, снижение температуры элементов, в том числе, элементов драйвера (если капсульная лампа содержит драйвер) при изготовлении и эксплуатации, экранирование драйвера от теплового воздействия и теплового излучения при изготовлении и работе, улучшение теплоотвода от элементов при существенной интенсификации теплообмена в условиях естественной конвекции, реализация эффекта качественного изолирования ответственных элементов и узлов светодиодной капсульной лампы (установленной внутри герметичного корпуса) от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды (влаги, пыли, агрессивных веществ, температуры и так далее), улучшение условий работы элементов драйвера и светодиодов, улучшение условий охлаждения всех элементов и узлов светодиодной капсульной лампы, качественная электрическая изоляция драйвера, возможность его выполнения с более высокими техническими характеристиками, новая конструкция осветительного устройства, использование новых элементов и связей элементов, а также возможных вариантов питания устройства на постоянном и переменном токе, повышение жесткости конструкции, надежности и технологичности изделия достигается за счет отличительных признаков полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого осветительного устройства являются существенными.A significant difference characterizing the utility model is the expansion of the scope due to increased light output (ratio of luminous flux to consumed active power, lm / W), reliability and service life (average continuous life, h), as well as lowering the temperature of the elements during operation of the lighting devices. The increase in light output is due to a decrease in total electrical losses, including in the elements of electronic components and an increase in the light efficiency of LEDs when working with reduced structure temperatures (when the lighting device is designed for a given light flux). Improving reliability and increasing the service life is ensured, among other things, by high-quality isolation of critical elements (the case of the device is sealed) from adverse environmental influences, increased degree of protection (IP68), operation of elements with lower temperatures during intensification of heat removal (heat transfer) and the possibility of using insulating gaseous substances with optimal pressure (0.4 ... 2.5 bar, 393 K) and a high coefficient of thermal conductivity (more than 0.035 W / (m · K), 393 K) exceeding the coefficient t ploprovodnosti ambient air. The manufacturability of the product is increased, as noted above, as a result of the implementation of the housing and the integration of its elements (support legs, electrodes) in the form of a single rigid structure. These technological processes are mechanized and automated (in the relevant fields of engineering and technology). Improving light output, reliability, service life, lowering the temperature of elements, including driver elements (if the capsule lamp contains a driver) during manufacture and operation, shielding the driver from heat and heat radiation during manufacture and operation, improving heat dissipation from elements with significant intensification heat exchange in conditions of natural convection, the implementation of the effect of high-quality isolation of critical elements and nodes of the LED capsule lamp (installed inside the seal casing) from the effects of adverse environmental factors (moisture, dust, aggressive substances, temperature, etc.), improving the working conditions of driver elements and LEDs, improving the cooling conditions of all elements and components of an LED capsule lamp, high-quality electrical isolation of the driver, the possibility of its implementation with higher technical characteristics, a new design of the lighting device, the use of new elements and element connections, as well as possible options for powering devices direct and alternating current, increase rigidity, reliability and manufacturability product is achieved by the characterizing features of the utility model. Thus, the distinguishing features of the claimed lighting device are essential.

На рисунке приведена типовая конструкция нового осветительного устройства. Представленное устройство (как вариант) выполнено со стандартным элементом внешнего токоподвода (сетевым цоколем класса: Е14, Е26, Е27 или, например, Е40). В капсульной светодиодной лампе использованы (как вариант) светодиодные линейки (или филаменты).The figure shows a typical design of a new lighting device. The presented device (as an option) is made with a standard element of an external current supply (network base class: E14, E26, E27 or, for example, E40). In the capsule LED lamp, LED lines (or filaments) are used (as an option).

Осветительное устройство содержит корпус 1 с элементом токоподвода 2, внутри корпуса установлена капсульная светодиодная лампа 3, корпус выполнен в виде герметичной колбы из оптически прозрачного материала с опорной ножкой 4 внутри, имеющей штенгель 5, штабик 6 и электроды 7, заполненной изолирующим газообразным веществом под абсолютным давлением при температуре 393 К от 0,4 до 2,5 бар с коэффициентом теплопроводности более 0,035 Вт/(м·К), лампа электрически соединена с элементом токоподвода через электроды.The lighting device contains a housing 1 with a current supply element 2, a capsule LED lamp 3 is installed inside the housing, the housing is made in the form of a sealed bulb of optically transparent material with a support leg 4 inside, having a plug 5, a stand 6 and electrodes 7 filled with an insulating gaseous substance under absolute pressure at a temperature of 393 K from 0.4 to 2.5 bar with a thermal conductivity of more than 0.035 W / (m · K), the lamp is electrically connected to the current supply element through electrodes.

Осветительное устройство в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь (элемент токоподвода) 2 стандартного вида (В22, Е14, Е26, Е27 или Е40) осветительное устройство подключается к обычной питающей сети переменного тока (внешнему источнику питания) непосредственно или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Колба (корпус) 1 из оптически прозрачного материала является основной частью конструкции осветительного устройства, выполняющей несущую, защитную, светорассеивающую функции и функцию полной герметизации рабочего пространства. Колба 1 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 2. Контакты цоколя (элемента токоподвода) 2 через электроды 7, впаянные в опорную ножку 4, соединены с входными выводами капсульной светодиодной лампы 3 (платой драйвера при его наличии). В общем случае капсульная светодиодная лампа 3 может не содержать в конструкции драйвер. Однако выпускаемые в настоящее время светодиодные лампы, как правило, снабжены драйвером, устанавливаемым в основании лампы 3. Светодиод (светодиодная матрица или линейка, или несколько светодиодов, матриц, линеек) светоизлучающего тела капсульной светодиодной лампы электрически соединен с выходными выводами драйвера. Лампа может удерживаться на опорной ножке 4 с помощью штабика 6. Вся конструкция (опорная ножка 4, капсульная светодиодная лампа 3) размещается внутри колбы (герметичного корпуса) 1 и изолирована от окружающей среды. Штабик 6, в общем случае, может отсутствовать в конструкции. Принцип работы устройства при этом не изменяется. Драйвер капсульной светодиодной лампы 3 преобразует напряжение (энергию) внешнего источника питания (например, сети) в напряжение (ток) заданного уровня и частоты, необходимое для электропитания светодиодов светоизлучающего тела. Питание светодиодов (матриц, линеек) может, в общем случае, осуществляться от драйвера капсульной светодиодной лампы 3 как на постоянном, так и на переменном токе. При питании на переменном токе электрическая схема соединения светодиодов несколько отличается от схемы на постоянном токе. Питание на переменном токе энергетически выгоднее. Число ступеней преобразования энергии уменьшается, что, в целом, повышает надежность работы драйвера капсульной светодиодной лампы 3. Увеличивается средний срок службы лампы 3 за счет снижения электрических потерь и работы элементов при более низких температурах. Колба 1 заполнена изолирующим (буферным) газом. Откачка и заполнение внутреннего объема колбы 1 осуществляется через откачной штенгель 5 опорной ножки 4. После заполнения колбы (герметичного корпуса) 1 изолирующим газом штенгель 5 отпаивается. В качестве буферного газа используют, например, смесь водорода, гелия и азота (или технически чистого воздуха), или неон, или (возможно для определенных условий) только гелий и водород, или смеси указанных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 2,5 бар (для температуры 393 К). Состав изолирующего газа и его давление должны обеспечивать наилучший теплоотвод от элементов и узлов капсульной светодиодной лампы, установленной внутри колбы 1, в том числе, от элементов драйвера и светодиодов лампы 3, и достаточную электрическую прочность. Для лучшего теплоотвода в условиях естественной конвекции необходимо использовать изолирующий газ, обладающий повышенной теплопроводностью, и увеличивать его давление в колбе 1. Поэтому устанавливать в колбе 1 давление изолирующего газа ниже 0,4 бар неэффективно. Практически же, абсолютное давление для большинства модификаций светодиодных ламп заявляемой конструкции должно находится в пределах от 0,5 до 1,5 бар (что наиболее технологично). Объем колбы (корпуса) 1 и ее форма должны быть также оптимизированы с целью улучшения теплоотвода. Близкими к оптимальным являются стандартные формы и размеры колб (1), применяемых, например, для серийных ламп накаливания. При этом светодиоды и (или) матрицы (линейки) капсульной светодиодной лампы должны быть открыты и размещаться (по возможности) на минимальном расстоянии от стенок колбы (1). При прохождении электрического тока через светодиоды они излучают световые волны, в частности, видимый свет. Возможно также, например, излучение и в ультрафиолетовой (инфракрасной) области спектра, что обеспечивается типом применяемых в лампах 3 светодиодов.The lighting device in steady state operates as follows. Through the base (current supply element) 2 of a standard type (B22, E14, E26, E27 or E40), the lighting device is connected directly to a conventional AC mains supply (external power supply) or to a special DC network (source). A bulb (case) 1 of an optically transparent material is the main part of the design of the lighting device, which carries out the bearing, protective, light-scattering functions and the function of completely sealing the working space. The bulb 1 is rigidly mechanically connected (coupled) with the cap 2. The contacts of the base (current supply element) 2 through the electrodes 7, soldered into the support leg 4, are connected to the input terminals of the capsular LED lamp 3 (driver board, if any). In the General case, the capsule LED lamp 3 may not contain a driver in the design. However, currently produced LED lamps are usually equipped with a driver installed in the base of lamp 3. The LED (LED matrix or ruler, or several LEDs, matrices, rulers) of the light-emitting body of the capsule LED lamp is electrically connected to the output terminals of the driver. The lamp can be held on the support leg 4 with the help of a staff 6. The whole structure (support leg 4, capsule LED lamp 3) is placed inside the bulb (sealed housing) 1 and is isolated from the environment. Stack 6, in the General case, may be absent in the design. The principle of operation of the device does not change. The driver of the capsule LED lamp 3 converts the voltage (energy) of an external power source (for example, a network) into the voltage (current) of a given level and frequency necessary for powering the LEDs of the light-emitting body. The power supply of the LEDs (matrices, rulers) can, in general, be carried out from the driver of the capsule LED lamp 3 both on constant and alternating current. When powered by alternating current, the electrical connection circuit of the LEDs is somewhat different from the direct current circuit. AC power is more energy efficient. The number of stages of energy conversion is reduced, which, in General, increases the reliability of the driver capsule LED lamp 3. Increases the average life of the lamp 3 by reducing electrical losses and operation of elements at lower temperatures. Flask 1 is filled with insulating (buffer) gas. Pumping and filling of the internal volume of the flask 1 is carried out through the evacuation plug 5 of the support leg 4. After filling the flask (sealed housing) 1 with insulating gas, the plug 5 is soldered. As a buffer gas, for example, a mixture of hydrogen, helium and nitrogen (or technically pure air), or neon, or (possibly for certain conditions) only helium and hydrogen, or mixtures of these gases in technically achievable combinations and proportions at a pressure of 0 , 4 to 2.5 bar (for a temperature of 393 K). The composition of the insulating gas and its pressure should ensure the best heat dissipation from the elements and nodes of the capsule LED lamp installed inside the bulb 1, including from the driver elements and LEDs of the lamp 3, and sufficient electrical strength. For better heat removal under conditions of natural convection, it is necessary to use an insulating gas with increased thermal conductivity and increase its pressure in flask 1. Therefore, it is ineffective to set the pressure of insulating gas in flask 1 below 0.4 bar. In practice, the absolute pressure for most modifications of LED lamps of the claimed design should be in the range from 0.5 to 1.5 bar (which is the most technologically advanced). The volume of the bulb (housing) 1 and its shape should also be optimized in order to improve heat dissipation. Close to optimal are the standard shapes and sizes of flasks (1), used, for example, for serial incandescent lamps. In this case, the LEDs and (or) the matrix (line) of the capsule LED lamp should be open and placed (if possible) at a minimum distance from the walls of the bulb (1). When an electric current passes through the LEDs, they emit light waves, in particular, visible light. It is also possible, for example, radiation in the ultraviolet (infrared) region of the spectrum, which is ensured by the type of 3 LEDs used in the lamps.

В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности изолирующих (буферных) газов при температуре близкой к нулю градусов (273 К) по Цельсию (кроме элегаза), которые могут быть применены в новых осветительных устройствах. При рабочей температуре элементов капсульной светодиодной лампы (390… 400 К) коэффициенты теплопроводности перечисленных газов несколько выше (на 25… 35%), чем указано в таблице.The table shows the values of the thermal conductivity of insulating (buffer) gases at a temperature close to zero degrees (273 K) Celsius (except for SF6 gas), which can be used in new lighting devices. At the operating temperature of the elements of the capsule LED lamp (390 ... 400 K), the thermal conductivity of these gases is slightly higher (25 ... 35%) than indicated in the table.

*Справочно.* For reference.

Из таблицы следует, что из инертных газов лучшей теплопроводностью обладает гелий. Однако в качестве оптически прозрачного материала колб (1), обеспечивающего требуемую их герметичность (а также из-за технических, технологических и экономических ограничений), в осветительных устройствах следует использовать технические стекла, аналогичные применяемым для ламп накаливания. Для таких стекол значение имеет их проницаемость по водороду и гелию (проницаемость других газов ничтожно мала и ей обычно пренебрегают). Возможны также утечки через вакуумплотные впаи электродов (7). Проницаемость гелия через технические стекла (и, соответственно, через вакуумплотные впаи) примерно в 10 раз больше, чем водорода, несмотря на то, что атомный радиус гелия практически в 1,5 раза больше молекулярного радиуса водорода. Это объясняется тем, что при проникновении химически активного водорода через стекла могут образовываться гидроксильные группы, препятствующие потоку водорода. Наибольшей газопроницаемостью по водороду и гелию обладает, в частности, кварцевое стекло, а наименьшей - алюмосиликатное.From the table it follows that helium has the best thermal conductivity from inert gases. However, as the optically transparent material of the flasks (1), providing the required tightness (as well as due to technical, technological and economic limitations), technical glasses similar to those used for incandescent lamps should be used in lighting devices. For such glasses, their permeability to hydrogen and helium is of importance (the permeability of other gases is negligible and is usually neglected). Leaks through vacuum-tight junctions of electrodes are also possible (7). Helium permeability through technical glasses (and, accordingly, through vacuum-tight junctions) is about 10 times greater than hydrogen, despite the fact that the atomic radius of helium is almost 1.5 times larger than the molecular radius of hydrogen. This is due to the fact that when reactive hydrogen penetrates through glass, hydroxyl groups can form that impede the flow of hydrogen. The greatest gas permeability to hydrogen and helium is, in particular, quartz glass, and the smallest - aluminosilicate.

Использовать чистый гелий в качестве изолирующего газа для новых осветительных устройств затруднительно. Однако можно достаточно эффективно применять смеси гелия с другими газами (например, азотом, неоном, водородом), в том числе, двух и трехкомпонентные.It is difficult to use pure helium as an insulating gas for new lighting devices. However, mixtures of helium with other gases (for example, nitrogen, neon, hydrogen) can be used quite effectively, including two and three-component ones.

Водород - горючий (пожароопасный), взрывоопасный газ. Его применение (по сравнению с гелием) не дает заметного выигрыша (15… 20%) и по теплопроводности (теплообмен улучшается на меньшую величину из-за различий в водороде и гелии конвекционных механизмов). Поэтому заполнять чистым водородом колбы (1) в осветительных устройствах предлагаемой конструкции также не рекомендуется. Однако смеси водорода с гелием, другими (инертными) газами и азотом могут быть достаточно эффективными, и применяться в качестве изолирующего (буферного) наполнения колб (1) осветительных устройств заявляемой конструкции.Hydrogen - combustible (flammable), explosive gas. Its use (as compared with helium) does not give a noticeable gain (15 ... 20%) in heat conduction (heat transfer improves by a smaller amount due to differences in convection mechanisms in hydrogen and helium). Therefore, filling with pure hydrogen flasks (1) in the lighting devices of the proposed design is also not recommended. However, mixtures of hydrogen with helium, other (inert) gases and nitrogen can be quite effective, and can be used as an insulating (buffer) filling of the flasks (1) of lighting devices of the claimed design.

Элегаз является наиболее «тяжелым» из всех известных газов (приблизительно в 5 раз тяжелее воздуха). А значение коэффициента теплопроводности элегаза в таблице соответствует высокой температуре (около 1000 градусов по Цельсию, 1273 К). При рабочих температурах нового осветительного устройства (температуры элементов светящегося тела и драйвера капсульной светодиодной лампы около 393 К) теплопроводность элегаза (20,3 Вт/(м·К) значительно ниже теплопроводности воздуха и азота. То есть, элегаз менее эффективен (и очень дорог). Однако элегаз обладает хорошими электроизоляционными свойствами (и может использоваться в качестве добавок к применяемым газовым смесям).SF6 gas is the most “heavy” of all known gases (approximately 5 times heavier than air). And the value of the thermal conductivity coefficient of SF6 in the table corresponds to a high temperature (about 1000 degrees Celsius, 1273 K). At the operating temperatures of the new lighting device (the temperature of the elements of the luminous body and the driver of the capsule LED lamp is about 393 K), the thermal conductivity of SF6 gas (20.3 W / (mK) is much lower than the thermal conductivity of air and nitrogen. That is, SF6 is less efficient (and very expensive However, SF6 gas has good electrical insulating properties (and can be used as additives to gas mixtures used).

Криптон и ксенон имеют сравнительно малую теплопроводность (значительно ниже воздуха и азота). Кроме того, криптон и, в еще большей степени, ксенон являются «дорогими» газами. В отличие от ламп накаливания, применение указанных газов в новых осветительных устройствах не оправдано (не эффективно и не рентабельно).Krypton and xenon have a relatively low thermal conductivity (significantly lower than air and nitrogen). In addition, krypton and, to an even greater extent, xenon are “expensive” gases. Unlike incandescent lamps, the use of these gases in new lighting devices is not justified (not efficient and not cost-effective).

Необходимость в применении смесей газов продиктована требованиями по электрической прочности изолирующего наполнения, а также, в ряде случаев, и экономическими причинами. Электрическая прочность возрастает с ростом давления. Цена используемых газов и газовых смесей имеет существенное значение, так как влияет на конечную цену изделия при производстве. В этой связи перспективным является применение в заявляемом осветительном устройстве водорода (в смесях) и неона. Неон обеспечивает относительно хороший отвод тепла в условиях естественной конвекции от элементов конструкции и достаточную надежность работы осветительного устройства.The need for gas mixtures is dictated by the requirements for the dielectric strength of the insulating filling, as well as, in some cases, economic reasons. Dielectric strength increases with increasing pressure. The price of the gases and gas mixtures used is of significant importance, since it affects the final price of the product during production. In this regard, it is promising to use in the inventive lighting device hydrogen (in mixtures) and neon. Neon provides a relatively good heat dissipation in conditions of natural convection from structural elements and sufficient reliability of the lighting device.

Технически чистый воздух (осушенный, без механических примесей и пыли) также возможно применить в качестве изолирующего газа (в составе смесей с легкими газами) в осветительных устройствах (как и азот). Теплопроводность воздуха приблизительно в 2,6 раза выше теплопроводности криптона, что также позволяет снизить температуру внутри колбы. Теплопроводность азота близка к теплопроводности воздуха.Technically pure air (drained, without mechanical impurities and dust) can also be used as an insulating gas (as a part of mixtures with light gases) in lighting devices (like nitrogen). The thermal conductivity of the air is approximately 2.6 times higher than the thermal conductivity of krypton, which also reduces the temperature inside the bulb. The thermal conductivity of nitrogen is close to the thermal conductivity of air.

Таким образом, коэффициенты теплопроводности изолирующих газов (смесей) для обеспечения наилучшего теплоотвода и повышения эффективности теплообмена должны, как минимум, превышать коэффициент теплопроводности воздуха. Целесообразно применять изолирующее газообразное вещество под абсолютным давлением при температуре 393 К от 0,4 до 2,5 бар с коэффициентом теплопроводности более 0,035 Вт/(м·К).Thus, the coefficients of thermal conductivity of insulating gases (mixtures) to ensure the best heat dissipation and increase the efficiency of heat transfer should at least exceed the coefficient of thermal conductivity of air. It is advisable to use an insulating gaseous substance under absolute pressure at a temperature of 393 K from 0.4 to 2.5 bar with a thermal conductivity of more than 0.035 W / (m · K).

Большое значение имеет и конструкция (в частности, подложек) применяемых в капсульных светодиодных лампах 3 светодиодов (светодиодных матриц, линеек или филаментов). Ситаллы обладают преимущественно поликристаллической структурой и более высокими электроизоляционными, прочностными, температурными (жаропрочность) и теплопроводящими свойствами, а также химостойкостью, чем широко используемые в ламповой промышленности стекла. Они хорошо шлифуются (до чистоты поверхности 13… 14 класса), что обеспечивает достаточную технологичность и качество при производстве светодиодных матриц (линеек) по технологии СОВ и МСОВ, наиболее перспективных для осветительных устройств заявляемой конструкции. Оптически прозрачными ситаллами являются, например, цельзиановые, сапфириновые, пироксеновые. Оптически прозрачной керамикой считается, в частности, корундовая керамика (поликор, лукалокс). Кристаллический кварц характеризуется повышенными оптическими, теплопроводящими и прочностными свойствами. Хорошими теплопроводящими свойствами обладает и сапфир (лейкосапфир).Of great importance is the design (in particular, substrates) of 3 LEDs used in capsule LED lamps (LED matrices, rulers or filaments). The glass metals have a predominantly polycrystalline structure and higher electrical insulating, strength, temperature (heat resistance) and heat-conducting properties, as well as chemical resistance than glass widely used in the lamp industry. They are well polished (to a surface finish of class 13 ... 14), which ensures sufficient manufacturability and quality in the production of LED arrays (rulers) using the SOV and MSOV technology, the most promising for lighting devices of the claimed design. Optically transparent glass crystals are, for example, celsian, sapphirin, pyroxene. Optically transparent ceramics are considered, in particular, corundum ceramics (polycor, Lukalox). Crystalline quartz is characterized by enhanced optical, heat-conducting and strength properties. Sapphire (leucosapphire) also has good heat-conducting properties.

Использование оптически прозрачных подложек для светодиодов и светодиодных матриц (линеек) с повышенными теплопроводящими свойствами в капсульных светодиодных лампах 3 позволяет снизить потери энергии оптического излучения и уменьшить нагрев полупроводниковых структур светодиодов, что положительно сказывается на стабильности характеристик ламп и среднем сроке их службы.The use of optically transparent substrates for LEDs and LED arrays (arrays) with enhanced heat-conducting properties in capsule LED lamps 3 makes it possible to reduce the energy loss of optical radiation and to reduce the heating of the semiconductor structures of LEDs, which positively affects the stability of lamp characteristics and their average life.

На надежность и срок службы капсульной светодиодной лампы оказывают значительное влияние предельные температуры (при производстве изделия и рабочие) элементов драйвера и светодиодов. Драйвер в капсульной светодиодной лампе, преимущественно, изготавливается в виде печатных узлов на печатных платах с использованием технологий пайки и, реже, склеивания. В условиях «термоударов» при изготовлении и работы элементов драйвера и светодиодов светоизлучающего тела капсульной светодиодной лампы при повышенных температурах происходит интенсивное старение материалов. Надежность и срок службы капсульной светодиодной лампы, в значительной мере, определяется сроком службы драйвера. Экранирование от теплового воздействия при изготовлении осветительного устройства и улучшение теплоотвода (теплообмена в условиях естественной конвекции в газах или смесях с высокой теплопроводностью) при работе драйвера осуществляется с помощью основания капсульной светодиодной лампы.The reliability and service life of the capsule LED lamp are significantly affected by the temperature limits (during production and working) of the driver elements and LEDs. The driver in the capsule LED lamp is mainly made in the form of printed units on printed circuit boards using soldering and, less commonly, gluing technologies. Under the conditions of “thermal shock”, during the manufacture and operation of driver elements and LEDs of the light-emitting body of a capsule LED lamp at high temperatures, intensive aging of materials occurs. The reliability and service life of the capsule LED lamp is largely determined by the service life of the driver. Shielding from thermal effects in the manufacture of a lighting device and improving heat dissipation (heat transfer under conditions of natural convection in gases or mixtures with high thermal conductivity) during driver operation is carried out using the base of the capsule LED lamp.

Предельные температуры ответственных элементов в заявляемой конструкции осветительного устройства при оптимальной реализации (материалы, форма, обеспечивающие улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции), работающих в среде изолирующего газа (или смеси) с высокой теплопроводностью, могут быть снижены, как минимум, на 20… 25%.The maximum temperatures of the critical elements in the claimed design of the lighting device with optimal implementation (materials, shape, providing improved heat transfer with an insulating gas in conditions of natural convection) operating in an environment of insulating gas (or mixture) with high thermal conductivity, can be reduced by at least 20 ... 25%.

По сравнению с прототипом расширяется область применения осветительного устройства за счет повышения светоотдачи, надежности работы и срока службы, а также снижения температуры элементов при эксплуатации источника оптического излучения.Compared with the prototype, the scope of application of the lighting device is expanding due to increased light output, reliability and service life, as well as lowering the temperature of the elements during operation of the optical radiation source.

По сравнению с прототипом светоотдача нового осветительного устройства может быть увеличена в 1,7… 2,0 раза в результате размещения ответственных элементов в среде изолирующего газа с высокой теплопроводностью (превышающей теплопроводность окружающего воздуха в несколько раз).Compared with the prototype, the light output of a new lighting device can be increased 1.7 ... 2.0 times as a result of placing critical elements in an insulating gas medium with high thermal conductivity (several times higher than the thermal conductivity of the surrounding air).

По сравнению с прототипом также существенно возрастает надежность и увеличивается срок службы осветительного устройства, в том числе, за счет значимого снижения предельных температур ответственных элементов конструкции при изготовлении и работе (эксплуатации).Compared with the prototype, reliability is also significantly increased and the service life of the lighting device is increased, including due to a significant reduction in the limiting temperatures of critical structural elements during manufacture and operation (operation).

Действительно, возможность использования изолирующего газообразного вещества с высоким коэффициентом теплопроводности и при оптимальном давлении интенсифицирует теплообмен элементов капсульной светодиодной лампы с изолирующим газом в колбе (корпусе) осветительного устройства в условиях естественной конвекции. Предотвращаются выход элементов из строя (или снижение интервала времени надежной работы), а также ускоренное старение используемых в конструкции материалов.Indeed, the possibility of using an insulating gaseous substance with a high coefficient of thermal conductivity and at optimal pressure intensifies the heat transfer of the elements of the capsule LED lamp with insulating gas in the bulb (body) of the lighting device in conditions of natural convection. Failure of elements (or reduction of the time interval of reliable operation), as well as accelerated aging of materials used in the construction are prevented.

В отличие от осветительного устройства, выбранного за прототип, если рассматривать заявляемое осветительное устройство как электротехническое изделие, то оно будет иметь значительно более высокую степень (класс) защиты от внешних воздействий окружающей среды. Заявляемое осветительное устройство может характеризоваться наивысшей степенью защиты (IP68). Изоляция ответственных элементов и узлов светодиодной лампы от воздействия окружающей среды обеспечивает стабильную и надежную работу всего устройства в любых, в том числе, и в жестких условиях эксплуатации (замкнутый обьем, повышенная температура, влажность и запыленность окружающего воздуха). Новое осветительное устройство может эффективно использоваться как для внутреннего, так и для наружного освещения.Unlike the lighting device selected for the prototype, if we consider the claimed lighting device as an electrical product, it will have a significantly higher degree (class) of protection from external environmental influences. The inventive lighting device can be characterized by the highest degree of protection (IP68). Isolation of critical elements and components of the LED lamp from environmental influences ensures stable and reliable operation of the entire device in any, including in severe operating conditions (closed volume, high temperature, humidity and dustiness of the surrounding air). The new lighting device can be effectively used for both indoor and outdoor lighting.

Применение рекомендуемых материалов для подложек светодиодов (матриц, линеек) позволяет улучшить режимы их работы, обеспечивает стабильную и надежную эксплуатацию капсульной светодиодной лампы и осветительного устройства в целом.The use of recommended materials for LED substrates (matrices, rulers) makes it possible to improve their operation modes, ensures stable and reliable operation of the capsule LED lamp and the lighting device as a whole.

Дополнительно, новое осветительное устройство более технологично (по сравнению с устройством, выбранной за прототип), что снижает, в частности, его цену. Могут быть, в том числе, существенно увеличены допустимые скорости технологических манипуляций с конструкцией в процессе изготовления осветительного устройства, что повышает производительность труда (и снижает конечную цену). Технологические операции изготовления корпуса и установки и электрического соединения капсульной светодиодной лампы могут быть механизированы и автоматизированы.Additionally, the new lighting device is more technologically advanced (compared with the device selected for the prototype), which reduces, in particular, its price. The permissible speeds of technological manipulations with the structure during the manufacturing process of the lighting device can be significantly increased, which increases labor productivity (and reduces the final price). The technological operations of manufacturing the housing and the installation and electrical connection of the capsule LED lamp can be mechanized and automated.

Снижение цены и увеличение надежности и срока службы, как отмечено выше, значительно расширяют области применения заявляемого осветительного устройства.Reducing prices and increasing reliability and service life, as noted above, significantly expand the scope of the claimed lighting device.

Срок службы нового осветительного устройства (согласно экспертной оценки и испытаний опытных образцов) превышает срок службы осветительного устройства, выбранной за прототип, в 2,0… 2,5 раза за счет комплексного улучшения условий работы (в том числе, снижения предельных температур) светодиодов (матриц, линеек) светоизлучающего тела, а также и элементов драйвера капсульной светодиодной лампы.The service life of a new lighting device (according to expert evaluation and testing of prototypes) exceeds the service life of a lighting device selected for the prototype by 2.0 ... 2.5 times due to a comprehensive improvement of working conditions (including lowering the limit temperatures) of LEDs ( matrices, rulers) of a light-emitting body, as well as driver elements of a capsular LED lamp.

Claims

A lighting device containing a housing with a current supply element, a capsule LED lamp is installed inside the housing, the lamp leads are electrically connected to the contacts of the current supply element, characterized in that the body is made in the form of a sealed bulb of optically transparent material with a support leg inside, having a plug, stand and electrodes filled with an insulating gaseous substance under absolute pressure at a temperature of 393 K from 0.4 to 2.5 bar with a thermal conductivity of more than 0.035 W / (m · K), the lamp is connected to coping current through the electrodes.