RU2545101C2

RU2545101C2 - Led luminaire with luminophor

Info

Publication number: RU2545101C2
Application number: RU2012132618/07A
Authority: RU
Inventors: Павел Анатольевич Прилепко
Original assignee: Павел Анатольевич Прилепко
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2015-03-27
Also published as: RU2012132618A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to lighting devices. The device comprises a light-emitting-diode (LED) element placed in a cavity of translucent cabinet filled with liquid cooling medium. In liquid cooling medium there are solid-phase cabinet elements having luminophor and magnetic components with zero buoyancy in the above medium, and quantity and dimensions of these components allow free mutual sliding within the cavity of the translucent cabinet. The translucent cabinet is equipped with a device setting the cooling medium in motion by impact with an electromagnetic field.

EFFECT: improving light output and increasing service life of the LED element by improved efficiency in control of light flux and cooling of the device.

2 dwg

Description

Изобретение относится к осветительным устройствам и может быть использовано для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.The invention 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 Н05В 33/00, 2011). Особенностью таких светильников является принципиальное использование светодиодов как источника светаKnown 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 Н05В 33 / 00, 2011). A feature of such lamps is the fundamental use of LEDs as a light source.

Однако непосредственное использование самого светодиодного источника не является достаточно комфортным для зрения. С этой целью используют люминофоры, которые переизлучают попадающий на них свет от светодиода в спектре, комфортном для зрения.However, the direct use of the LED source itself is not comfortable enough for vision. For this purpose, phosphors are used that re-emit light incident on them from an LED in a spectrum that is comfortable for vision.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является светодиодный преобразователь (см. US 20100276714 А1, МПК, 2010). В данном устройстве происходит преобразование излучения, исходящего от светодиодного элемента, люминофорными элементами выполненными, и переизлучение во внешнюю среду. Люминофорные элементы находятся в вязкой среде, которая представляет собой эпоксидную смолу.The closest analogue to the claimed device is an LED converter (see US 20100276714 A1, IPC, 2010). In this device, the conversion of radiation coming from the LED element, the phosphor elements made, and re-radiation into the external environment. The phosphor elements are in a viscous medium, which is an epoxy resin.

Однако эта конструкция имеет ряд недостатков, а именно при достаточной эффективности устройства недостаточен контроль ориентации люминофорных элементов, которые, несмотря на вязкость эпоксидной смолы, оседают на дно устройства. Кроме того, в этом случае не решается проблема терморегуляции светодиодного элемента из-за высокой вязкости эпоксидной смолы. При этом отсутствие достаточной тепловой конвекции само по себе снижает эффективность люминофорных элементов, которые еще более зависимы от температуры, чем светодиоды. С другой стороны, никак не регулируется равномерность светового потока от люминофорных элементов, которые могут неравномерно распределяться внутри объема светодиодного светильника, не говоря о том, что нет возможности регулировать световой поток от люминофорных элементов. Эти недостатки ухудшают эксплуатационные характеристики светильника.However, this design has a number of disadvantages, namely, with sufficient efficiency of the device, the orientation of the phosphor elements is insufficient, which, despite the viscosity of the epoxy resin, settle to the bottom of the device. In addition, in this case, the problem of thermoregulation of the LED element is not solved due to the high viscosity of the epoxy resin. Moreover, the lack of sufficient thermal convection in itself reduces the efficiency of the phosphor elements, which are even more dependent on temperature than LEDs. On the other hand, the uniformity of the luminous flux from the phosphor elements, which can be unevenly distributed within the volume of the LED lamp, is not regulated in any way, not to mention the fact that it is not possible to regulate the luminous flux from the phosphor elements. 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 управляемости световым потоком светодиодного светильника, а также 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.The technical result achieved in solving the problem is expressed in increasing the controllability of the light flux of the LED lamp, as well as 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 .

Поставленная задача решается тем, что светодиодный светильник, содержащий светодиодный элемент, размещенный в полости светопрозрачного корпуса, в жидкой охлаждающей среде, отличается тем, что в жидкую охлаждающую среду, размещенную, предпочтительно, в секторе излучения светодиодного элемента, введены находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты, при этом плавучесть корпусных элементов в охлаждающей среде равна нулю, а их количество и размеры обеспечивают возможность свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса, который снабжен средством приведения охлаждающей среды в движение через воздействие электромагнитного поля.The problem is solved in that the LED lamp containing the LED element located in the cavity of the translucent housing in a liquid cooling medium, characterized in that in the liquid cooling medium located, preferably in the radiation sector of the LED element, housing elements in the solid phase are introduced having phosphor and magnetic components, while the buoyancy of the hull elements in the cooling medium is zero, and their number and size provide the possibility of free inter-splinter pressure within the cavity of the translucent body, which is equipped with a means of bringing the cooling medium into motion through the action of an electromagnetic field.

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."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:The features of the characterizing part of the claims provide the solution to the following functional tasks:

Признаки, указывающие что, в жидкую охлаждающую среду «введены находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты», направлены как на увеличение управляемости потоком движения охлаждающей среды, так и на движение вторичных источников света, таких как люминофорные компоненты, вдоль корпуса посредством воздействия электромагнитного поля. При этом использование находящихся в твердой фазе корпусных элементов, имеющих люминофорные и магнитные компоненты, позволяет улучшать долговечность люминофорных значений, так как корпусные элементы сами интенсивно омываются жидкой массой, снижая тем самым перегрев указанных компонентов.Signs indicating that “solid-state housing elements having phosphor and magnetic components are introduced into the liquid cooling medium” are aimed both at increasing the controllability of the cooling medium flow and the movement of secondary light sources, such as phosphor components, along the body through exposure to an electromagnetic field. The use of solid-state housing elements having phosphor and magnetic components can improve the durability of the phosphor values, since the housing elements themselves are intensively washed by the liquid mass, thereby reducing overheating of these components.

Признаки «…количество и размеры находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты» обеспечивают возможность их свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса, который снабжен средством приведения охлаждающей среды в движение…», позволяют в состоянии движения, а именно при конвекции, к стандартному теплообмену жидкая масса - стенки добавить теплообмен жидкая масса - твердые тела с добавлением эффектов обтекания твердых тел и теплообмен твердые тела - стенки. В результате увеличения конвекции и в итоге теплопроводности увеличивается охлаждение светодиодного элемента, а значит и эффективность работы светодиодного элемента.The signs "... the number and dimensions of the solid elements in the solid phase having phosphor and magnetic components" 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 ... ", allow in a state of motion, namely during convection , to the standard heat transfer liquid mass - walls add heat transfer liquid mass - solids with the addition of the effects of flow around solids and heat transfer solids - walls. As a result of an increase in convection and as a result of thermal conductivity, the cooling of the LED element increases, and hence the efficiency of the LED element.

На фиг.1 показан светодиодный светильник, имеющий корпус с заключенной внутри жидкой массой и находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты; на фиг.2 - прохождение лучей от светодиодного элемента и находящихся в твердой фазе корпусных элементов, имеющих люминофорные и магнитные компоненты, посредством направленного действия электромагнитного поля от соответствующим образом ориентированных электромагнитов на находящиеся в твердой фазе теплопроводящие элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты.Figure 1 shows an LED lamp having a housing with a liquid mass enclosed inside and solid elements in the solid phase having phosphor and magnetic components; figure 2 - the passage of rays from the LED element and in the solid phase of the housing elements having phosphor and magnetic components, through the directed action of the electromagnetic field from appropriately oriented electromagnets on the heat-conducting elements in the solid phase having phosphor and magnetic components.

На чертежах показаны светодиодный элемент 1, основание 2, жидкая охлаждающая среда 3, находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты 4, корпус 5.The drawings show an LED element 1, a base 2, a liquid cooling medium 3, solid-state housing elements having phosphor and magnetic components 4, housing 5.

Светодиодный светильник 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, предпочтительно, в секторе излучения светодиодного элемента 1. В нее введены находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты 4, плавучесть которых в охлаждающей среде 3 равна нулю. Плавучесть подбирается за счет того, что находящиеся в твердой фазе корпусные элементы 4 имеют внутри воздушный пузырь, приравнивающий плотность и объем находящихся в твердой фазе корпусных элементов 4 к плотности жидкой охлаждающей среды 3. Кроме того, находящийся в твердой фазе корпусной элемент 4 имеет коэффициент теплопроводности, значительно больший, чем у жидкой охлаждающей среды 3. В качестве находящихся в твердой фазе корпусных элементов 4 могут быть использованы, например, прозрачные полимерные композиты с кварцевостеклянными наполнителями с включением люминофорных и магнитных компонентов. Количество и размеры твердых корпусных элементов 4 обеспечивают возможность их свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса 5. Кроме того, находящиеся в твердой фазе корпусные элементы 4 имеют за счет магнитных компонентов магнитные свойства и соответственно приводятся в движение электромагнитным полем, возбуждаемым соответствующим образом ориентированными электромагнитными элементами 6.The LED lamp comprises 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 preferably located in the radiation sector of the LED element 1. Into it, solid elements in the solid phase having luminophore and magnetic components 4, whose buoyancy in the cooling medium 3 is zero. The buoyancy is selected due to the fact that the solid elements of the housing elements 4 have an air bubble inside, which equates the density and volume of the solid elements of the housing elements 4 to the density of the liquid coolant 3. In addition, the solid element of the housing 4 has a thermal conductivity , significantly larger than that of a liquid cooling medium 3. As case-solid elements 4 located in the solid phase, for example, transparent polymer composites with quartz-glass on olnitelyami with the inclusion of the phosphor, and magnetic components. The number and dimensions of the solid housing elements 4 allow their free sliding within the cavity of the translucent housing 5. In addition, the solid elements 4 in the solid phase have magnetic properties due to magnetic components and are accordingly driven by an electromagnetic field excited by appropriately oriented electromagnetic elements 6.

Светодиодный светильник работает следующим образом. Светодиодный элемент 1, находясь на основании 2 светодиодного элемента 1, излучает свет и тепло в жидкую охлаждающую среду 3. Наличие находящихся в твердой фазе корпусных элементов, имеющих люминофорные и магнитные компоненты 4, с одной стороны, увеличивает в статическом состоянии и при конвекции передачу тепла, а с другой стороны, находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты 4, переизлучают световой поток, полученный от светодиодного элемента 1 в соответствующем спектре излучения. При этом находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты 4, не только исполняют функции охлаждения светодиодного элемента 1 вместе с жидкой охлаждающей среды 3, но сами охлаждаются в процессе конвекции с охлаждающей средой 3. Кроме стандартных методов конвекции, которые предполагают использование насосов, возможно использование электромагнитного поля, возбуждаемого соответствующим образом ориентированными электромагнитными элементами 7 (см. фиг.1), которое воздействует на находящиеся в твердой фазе корпусные элементы, имеющие люминофорные и магнитные компоненты 4, 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 корпусных элементов, имеющих люминофорные и магнитные компоненты 4, определенного сопротивления в жидкости.LED lamp works as follows. 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 presence of solid-state housing elements having phosphor and magnetic components 4, on the one hand, increases the heat transfer in a static state and during convection and, on the other hand, housing elements in the solid phase having phosphors and magnetic components 4 re-emit the light flux received from the LED element 1 in the corresponding emission spectrum. In this case, the solid elements of the housing elements having phosphor and magnetic components 4, not only perform the cooling function of the LED element 1 together with the liquid cooling medium 3, but they themselves are cooled during convection with the cooling medium 3. In addition to standard convection methods, which involve the use of pumps, it is possible to use an electromagnetic field excited by appropriately oriented electromagnetic elements 7 (see Fig. 1), which acts on solid phase, housing elements having phosphor and magnetic components 4, and makes them 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 resistance in the solid phase of housing elements having phosphor and magnetic components 4, in liquids.

Claims

An LED luminaire comprising an LED element located in a cavity of a translucent housing filled with a liquid cooling medium, characterized in that in the liquid cooling medium, preferably located in the radiation sector of the LED element, housing elements in the solid phase having phosphor and magnetic components are introduced while the buoyancy of the hull elements in the cooling medium is zero, and their number and dimensions provide the possibility of free skidding within the limits of ti translucent housing which is provided with means for bringing coolant to move through the electromagnetic field effect.