RU2595258C1 - Led lamp with forced cooling system - Google Patents

Led lamp with forced cooling system Download PDF

Info

Publication number
RU2595258C1
RU2595258C1 RU2015137944/07A RU2015137944A RU2595258C1 RU 2595258 C1 RU2595258 C1 RU 2595258C1 RU 2015137944/07 A RU2015137944/07 A RU 2015137944/07A RU 2015137944 A RU2015137944 A RU 2015137944A RU 2595258 C1 RU2595258 C1 RU 2595258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bulb
coolant
module
walls
led
Prior art date
Application number
RU2015137944/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Викторович Сысун
Original Assignee
Виктор Викторович Сысун
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Викторович Сысун filed Critical Виктор Викторович Сысун
Priority to RU2015137944/07A priority Critical patent/RU2595258C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595258C1 publication Critical patent/RU2595258C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

FIELD: lighting.
SUBSTANCE: invention relates to semiconductor light engineering, in particular to light-emitting diode (LED) lamps with high-power LEDs, requiring forced cooling, and with high degree of protection against impact of environment. Led lamp comprises a light-transmitting bulb filled with gaseous heat carrier, surrounding LED module in form of convex polyhedron made from conductive material with LEDs installed in faces and with longitudinal channel for circulation of coolant flow cooling its wall, connected through a throat at one end of outlet opening with inner volume of bulb, and through inlet coupled with axial electric fan arranged in flow-guiding heat insulating pipe. Said pipe is installed coaxially in hollow housing of lamp and creates together with its heat transmitting walls an annular cavity, and connected by slits for flow of coolant from internal volume of bulb, to form a recuperative heat exchanger of closed system of forced cooling. Outlet of neck of channel of LED module is screened on front by convex coolant flow spreader, installed inside or in axial hole of bulb or in form of convex wall of bulb, to form an annular clearance with neck for circular redistribution of coolant at a tangent to wall of bulb and outflow into cavity of recuperative heat exchanger. To increase heat exchange, inner walls of channel of LED module and walls of housing rough and/or ribbed, and outer walls of housing with cooling ribs or plated. Converter of network and light control means can be assembled inside housing, near cavity of heat exchanger or extend from lamp.
EFFECT: improved operating performances, higher power, improved thermal and lighting parameters and reduced dimensions.
9 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой светотехнике, в частности к светодиодным лампам с мощными светодиодами, требующими охлаждения при эксплуатации и одновременно обладающими высокой степенью защиты от воздействия окружающей среды, со встроенными в арматуру лампы или вынесенными из нее электронным преобразователем питающей сети и/или средствами управления светом.The present invention relates to semiconductor lighting technology, in particular to LED lamps with high-power LEDs that require cooling during operation and at the same time have a high degree of protection against environmental influences, with an electronic power supply converter and / or light control devices built into the lamp fixture or removed from it .

Подобные лампы мощностью до 200 Вт и более могут быть использованы в общепромышленной, бытовой и специальной светотехнике для замены мощных ламп накаливания, компактных люминесцентных ламп /КЛЛ/, газоразрядных ламп высокого давления /ГРЛ ВД/, в том числе ДРЛ, ДРИ, ДНаТ малой и средней мощности с громоздкими пуско-регулирующими аппаратами /ЭмПРА, ЭПРА/, обладающими неудовлетворительным качеством света и экологическими параметрами /содержат ртуть/, требующими дорогостоящей утилизации.Similar lamps with a power of up to 200 W and more can be used in general industrial, household and special lighting equipment to replace high-power incandescent lamps, compact fluorescent lamps / CFL /, high-pressure discharge lamps / GRL VD /, including DRL, DRI, DNaT small and medium power with bulky ballast control / EMPRA, EPRA / having poor quality of light and environmental parameters / contain mercury / requiring expensive disposal.

Вместе с тем, известны проблемы охлаждения мощных светодиодов /СД/ ламп как с плоскими, так и с объемными СД-модулями /1/, существенно влияющими на их светотехнические характеристики и срок службы, а также на возможности минимизации габаритов и снижения конструкционных материалов.At the same time, there are known problems of cooling high-power LEDs / LEDs / lamps with both flat and bulky LED modules / 1 /, significantly affecting their lighting characteristics and service life, as well as the possibility of minimizing dimensions and reducing structural materials.

В этой связи делаются попытки применения в светодиодных лампах компактных однофазных теплообменников, построенных на конвективном охлаждении движущимся хладоносителем в открытых и замкнутых системах, обсуждаемых, например, в /2/.In this regard, attempts are being made to use compact single-phase heat exchangers in LED lamps built on convective cooling with a moving coolant in open and closed systems, discussed, for example, in / 2 /.

Известно применение замкнутой системы принудительного охлаждения анодного узла газоразрядной ксеноновой лампы с применением рекуперативного теплообменника с осевым электровентилятором в герметичных прожекторах специального назначения /3, 4/.It is known to use a closed system of forced cooling of the anode assembly of a gas discharge xenon lamp using a recuperative heat exchanger with an axial electric fan in sealed floodlights for special purposes / 3, 4 /.

Отчасти проблему охлаждения мощных ламп разрешила компания Uniel /Китай/, разработавшая СД-лампы серии Venturo /5, 6/ мощностью 30-100 Вт с плоским СД-модулем и принудительно охлаждаемым, установленным вблизи держателя светодиодов электровентилятором, собранным совместно с преобразователем питающей сети в полом бочкообразном корпусе лампы с вентиляционными каналами на его боковых стенках для поступления и выброса охлаждающего воздуха из окружающей среды.Partially, the problem of cooling high-power lamps was solved by Uniel / China /, which developed LED lamps of the Venturo / 5, 6 series with a power of 30-100 W with a flat LED module and a forced-cooling electric fan installed near the LED holder, assembled together with the mains converter in hollow barrel-shaped lamp housing with ventilation ducts on its side walls for the intake and discharge of cooling air from the environment.

Недостатки прототипа связаны с трудностями увеличения мощности лампы из-за невысокой эффективности охлаждения плоского СД-модуля и с низкой степенью защиты элементов конструкции, располагаемых в корпусе, в том числе электровентилятора, средств токоподвода и преобразователя от воздействия окружающей среды.The disadvantages of the prototype are associated with difficulties in increasing the lamp power due to the low cooling efficiency of a flat SD module and with a low degree of protection of structural elements located in the housing, including the electric fan, current supply devices and the converter from environmental influences.

Это обстоятельство ограничивает возможности эксплуатации лампы, например, в открытом пространстве в условиях повышенной влажности, соляного тумана и т.п.This circumstance limits the operation of the lamp, for example, in open space in conditions of high humidity, salt fog, etc.

Кроме того, в лампах с плоским модулем, как известно /1/, невозможно использовать большое количество мощных светодиодов без увеличения площади СД-модуля, т.е. габаритов лампы. По этой причине, например, лампа упомянутой серии мощностью 100 Вт типа LED-M88-100 E27 имеет габариты ⌀98×187 мм, ощутимо превышающие габариты ГРЛ ВД, сопоставимые по световому потоку.In addition, in lamps with a flat module, as is known / 1 /, it is impossible to use a large number of high-power LEDs without increasing the area of the LED module, i.e. dimensions of the lamp. For this reason, for example, a lamp of the aforementioned series with a power of 100 W of type LED-M88-100 E27 has dimensions of ⌀98 × 187 mm, significantly exceeding the dimensions of the GD VD, comparable in luminous flux.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик за счет повышения степени защиты лампы от воздействия окружающей среды при одновременном увеличении мощности, улучшении тепловых и светотехнических параметров и минимизации габаритов.The aim of the invention is to improve performance by increasing the degree of protection of the lamp from environmental influences while increasing power, improving thermal and lighting parameters and minimizing dimensions.

Поставленная цель достигается тем, что в светодиодной лампе с системой принудительного охлаждения, содержащей светопропускающую колбу, заполненную оптически прозрачным хладоносителем, светодиодный /СД/ модуль с держателем, отделяющим колбу от полого корпуса, электровентилятор и элементы токоподвода со стандартным цоколем, указанный СД-модуль выполнен в виде выпуклого многогранника из теплопроводного материала с собранными на гранях светодиодами и с продольным каналом для циркуляции потока хладоносителя, соединенным на одном конце через горловину выходного отверстия с внутренним объемом колбы, а через входное отверстие на противоположном конце канала, сопряженным с осевым электровентилятором, собранным в направляющей хладоноситель трубе из теплоизоляционного материала, установленной коаксиально в полом корпусе с теплопередающими стенками и создающими совместно кольцевую полость, соединенную с внутренним объемом колбы щелями для истечения потока хладоносителя, выполненными на периферии кольцевого держателя СД-модуля, с образованием рекуперативного теплообменника замкнутой системы принудительного охлаждения.This goal is achieved in that in an LED lamp with a forced cooling system containing a light-transmitting flask filled with an optically transparent coolant, an LED / LED / module with a holder separating the flask from the hollow body, an electric fan and current supply elements with a standard base, the specified LED module is made in the form of a convex polyhedron of heat-conducting material with LEDs assembled on the faces and with a longitudinal channel for circulation of the coolant flow connected at one end of through the mouth of the outlet with the inner volume of the flask, and through the inlet at the opposite end of the channel, paired with an axial electric fan assembled in a coolant guide pipe made of heat-insulating material, mounted coaxially in a hollow body with heat transfer walls and together creating an annular cavity connected to the inner volume flasks with slots for the flow of coolant flow, performed on the periphery of the annular holder of the SD module, with the formation of a regenerative heat transfer nnika of the closed system of forced cooling.

Цель достигается также тем, что выходное отверстие горловины продольного канала СД-модуля экранировано фронтально выпуклым рассекателем потока хладоносителя, установленным на кронштейнах горловины с образованием кольцевого зазора для кругового перераспределения указанного хладоносителя по касательной на стенки колбы и истечения его через щели кольцевого держателя СД-модуля в кольцевую полость рекуперативного теплообменника.The goal is also achieved by the fact that the outlet opening of the neck of the longitudinal channel of the SD module is shielded by a frontally convex coolant flow divider mounted on the neck brackets with the formation of an annular gap for the circular redistribution of the indicated coolant tangentially to the walls of the flask and its expiration through the slots of the ring holder of the SD module in recuperative heat exchanger annular cavity.

Цель достигается и тем, что выходное отверстие горловины продольного канала СД-модуля экранировано фронтально выпуклым, с игольчатыми элементами охлаждения на тыльной стороне, рассекателем потока хладоносителя, образующего кольцевой зазор с упомянутой горловиной для кругового перераспределения потока хладоносителя по касательной на стенки колбы и установленного герметично в осевом отверстии этой колбы с выступающей из нее тыльной частью с игольчатыми элементами в окружающее пространство для конвективного охлаждения.The goal is achieved by the fact that the outlet opening of the neck of the longitudinal channel of the SD module is shielded frontally convex, with needle cooling elements on the back side, a coolant flow divider forming an annular gap with the mentioned neck for circular redistribution of the coolant flow tangentially to the flask walls and installed hermetically in the axial hole of this flask with the rear part protruding from it with needle elements into the surrounding space for convective cooling.

Достижению цели способствует и то, что выходное отверстие горловины продольного канала СД-модуля экранировано фронтально выпуклой частью колбы, образующей рассекатель потока хладоносителя с круговым перераспределением его в образованный им кольцевой зазор и истечения его по касательной на стенки колбы и через щели кольцевого держателя в кольцевую полость рекуперативного теплообменника.Achieving the goal is also facilitated by the fact that the outlet opening of the neck of the longitudinal channel of the SD module is shielded by the frontally convex part of the flask forming a coolant flow divider with its circular redistribution into the annular gap formed by it and its outflow tangentially to the flask walls and through the slits of the ring holder into the annular cavity recuperative heat exchanger.

Поставленная задача решается также тем, что внутренние стенки продольного канала для течения потока хладоносителя выполнены шероховатыми и/или с продольными ребрами охлаждения СД-модуля для турбулизации пограничного слоя потока и увеличения поверхности теплообмена.The problem is also solved by the fact that the inner walls of the longitudinal channel for the flow of the coolant flow are made rough and / or with longitudinal cooling fins of the SD module for turbulence of the boundary layer of the flow and increase the heat transfer surface.

Задача решается и тем, что теплопередающие внутренние стенки полого корпуса выполнены шероховатыми и/или с продольными ребрами охлаждения и оребренными на наружной поверхности для турбулизации пограничного слоя и увеличения поверхности теплообмена с потоком хладоносителя и с окружающей средой соответственно.The problem is also solved by the fact that the heat-transferring internal walls of the hollow body are made rough and / or with longitudinal cooling fins and finned on the outer surface for turbulence of the boundary layer and increase of the heat exchange surface with the coolant flow and with the environment, respectively.

Цель достигается также тем, что СД-модуль выполнен со светоотражающими гранями и установленными на них светодиодами коротковолнового излучения, преимущественно глубокого синего или голубого излучения, а в стенки колбы интегрирован или они покрыты слоем люминофора, выбранного из группы иттрий-алюминиевого граната, активированного церием /YAG:Ce+3/, преобразующим излучение светодиодов в белое свечение и рассеивающим его.The goal is also achieved by the fact that the LED module is made with reflective faces and short-wave radiation LEDs mounted on them, mainly deep blue or blue radiation, and integrated into the walls of the flask or they are covered with a phosphor layer selected from the group of yttrium-aluminum garnet activated by cerium / YAG: Ce +3 /, which converts the radiation of LEDs into white light and scatters it.

Достижению цели способствует и то, что использован газообразный хладоноситель, выбранный из группы воздуха, азота или инертных газов, с наполнением внутреннего объема лампы под нормальным давлением при температуре 290-300 K.Achieving the goal is also facilitated by the use of a gaseous refrigerant selected from the group of air, nitrogen or inert gases, with filling the internal volume of the lamp under normal pressure at a temperature of 290-300 K.

Решению поставленной задачи способствует также то, что в полом корпусе лампы установлен электронный преобразователь питающей сети и/или средства управления светом, примыкающие к кольцевой полости рекуперативного теплообменника, с возможностью охлаждения потоком хладоносителя теплонапряженных компонентов и подключения элементами токоподвода к СД-модулю, электровентилятору и стандартному цоколю.The task is also facilitated by the fact that an electronic converter of the mains supply and / or light control devices are installed in the hollow lamp housing, adjacent to the annular cavity of the regenerative heat exchanger, with the possibility of cooling the heat-stressed components by the coolant stream and connecting the current supply elements to the SD module, electric fan, and standard the cap.

Предпочтительные варианты исполнения светодиодных ламп с замкнутой системой принудительного охлаждения показаны на чертежах.Preferred embodiments of LED lamps with a closed forced cooling system are shown in the drawings.

Фиг. 1 - СД-лампа с объемным СД-модулем с продольным каналом и рекуперативным теплообменником, рассекателем потока хладоносителя, установленным внутри колбы. Вид сбоку, частично в разрезе.FIG. 1 - LED lamp with a volumetric LED module with a longitudinal channel and a recuperative heat exchanger, a coolant flow divider installed inside the bulb. Side view, partially in section.

Фиг. 2 - СД-лампа с компактным объемным СД-модулем с продольным каналом, рекуперативным теплообменником и рассекателем потока хладоносителя, выступающим из колбы. Вид сбоку, частично в разрезе.FIG. 2 - LED lamp with a compact volumetric LED module with a longitudinal channel, a regenerative heat exchanger and a coolant flow divider protruding from the bulb. Side view, partially in section.

Фиг. 3 - СД-лампа с объемным СД-модулем с продольным каналом, установленным в колбе со стенкой в виде рассекателя потока хладоносителя.FIG. 3 - LED lamp with a volumetric LED module with a longitudinal channel mounted in a bulb with a wall in the form of a coolant flow divider.

Показанная на фиг. 1 светодиодная лампа с замкнутой системой принудительного охлаждения содержит светопропускающую стеклянную или выполненную из оптического поликарбоната колбу 1 в форме усеченного эллипсоида вращения, окружающую протяженный объемный СД-модуль 2, установленный на несущем его кольцевом держателе 3, который соединен с ее торцевой частью. Держатель 3 отделяет внутренний объем колбы от полого корпуса 4 лампы, герметично соединенного с ним через кольцевое уплотнение.Shown in FIG. 1, an LED lamp with a closed forced cooling system contains a light-transmitting glass or optical polycarbonate bulb 1 in the form of a truncated ellipsoid of revolution surrounding an extended volumetric LED module 2 mounted on its ring-shaped holder 3, which is connected to its end part. The holder 3 separates the inner volume of the bulb from the hollow body 4 of the lamp, hermetically connected to it through an annular seal.

Вместе с тем, колба 1 может быть непосредственно соединена с корпусом 4, а несущий СД-модуль 2 кольцевой держатель механически и в тепловом контакте закреплен на внутренней поверхности корпуса.At the same time, the flask 1 can be directly connected to the housing 4, and the supporting LED module 2, the ring holder is mechanically and in thermal contact fixed on the inner surface of the housing.

СД-модуль 2 выполнен из теплопроводного материала, преимущественно на основе алюминия, в виде полого, т.е. объемного выпуклого, многогранника, в частности, в форме протяженной усеченной пирамиды со светоотражающими, например, зеркализованными наружными гранями, внутренняя полость которой образует продольный канал 5 с развитой поверхностью стенок для циркуляции потока хладоносителя и обеспечения теплообмена. Использован газообразный хладоноситель, выбранный из группы воздуха, азота или инертных газов, с наполнением внутреннего объема лампы под нормальным давлением при температуре 290-300 K. Газы должны быть осушены, не содержать влаги и других примесей, взаимодействующими с люминофором, защитными компаундами и другими конструкционными элементами.The SD module 2 is made of a heat-conducting material, mainly based on aluminum, in the form of a hollow, i.e. convex, polyhedron, in particular, in the form of an extended truncated pyramid with reflective, for example, mirrored outer faces, the inner cavity of which forms a longitudinal channel 5 with a developed surface of the walls to circulate the coolant flow and provide heat transfer. A gaseous refrigerant was used, selected from the group of air, nitrogen or inert gases, with the internal volume of the lamp being filled under normal pressure at a temperature of 290-300 K. The gases should be drained, free of moisture and other impurities interacting with the phosphor, protective compounds and other structural elements.

На протяженных гранях СД-модуля 2 собраны в тепловом контакте короткие линейки со светодиодами или отдельные светодиоды 6, например, XLamp XT-E, XP-G, XM-L компании CREE, последовательно или параллельно-последовательно подключенные между собой печатным или навесным монтажом элементами токоподвода.On the long edges of the LED module 2, short lines with LEDs or individual LEDs 6 are assembled in thermal contact, for example, Cree XLamp XT-E, XP-G, XM-L, connected in series or in parallel to each other by printed or wall mounted elements current lead.

Продольный канал 5 СД-модуля соединен на одном конце /верхнее основание/ усеченной пирамиды через выходное отверстие с горловиной 7 с внутренним объемом 8 колбы, а входным отверстием /нижнее основание пирамиды/ на противоположном конце продольного канала сопряжен через осевое отверстие кольцевого держателя 3 с осевым электровентилятором 9, установленным в направляющей хладоноситель трубе 10, выполненной из теплоизоляционного материала.The longitudinal channel 5 of the SD module is connected at one end / upper base / of the truncated pyramid through an outlet with a neck 7 with an inner volume of 8 flasks, and the inlet / lower base of the pyramid / at the opposite end of the longitudinal channel is mated through an axial hole of the ring holder 3 with an axial electric fan 9 installed in the guide coolant pipe 10 made of heat-insulating material.

Труба 10 коаксиально установлена в полом корпусе 4 с шероховатыми и/или оребренными внутренними стенками и создает совместно с ними кольцевую полость 11, соединенную с внутренним объемом 8 колбы щелями 12 для истечения хладоносителя из нее, выполненными на периферии кольцевого держателя 3. Кольцевая полость 11, образованная теплопередающими наружу стенками полого корпуса 4 и направляющей хладоноситель трубой 10, составляет основное звено рекуперативного теплообменника замкнутой системы принудительного охлаждения лампы в результате организации электровентилятором 9 циркуляции хладоносителя в продольном канале 5 СД-модуля, в объеме 8 колбы, в кольцевой полости 11 полого корпуса 4 и трубе 10 /показано стрелками/.The pipe 10 is coaxially mounted in a hollow body 4 with rough and / or finned inner walls and together with them creates an annular cavity 11 connected to the inner volume of the flask 8 by slots 12 for the coolant to flow out of it, made on the periphery of the annular holder 3. The annular cavity 11, formed by the heat-transferring walls of the hollow body 4 and the coolant guide pipe 10, constitutes the main link of the regenerative heat exchanger of the closed system of forced cooling of the lamp as a result of The electric fan 9 circulates the coolant in the longitudinal channel 5 of the SD module, in the volume of 8 flasks, in the annular cavity 11 of the hollow body 4 and the pipe 10 / shown by arrows /.

Выходное отверстие горловины 7 продольного канала 5 СД-модуля экранировано фронтально выпуклым рассекателем 13 потока хладоносителя, установленным на кронштейнах 14 горловины с образованием кольцевого зазора с ней для кругового перераспределения /показано стрелками/ выходящего из канала, нагретого за счет конвективного теплообмена на стенках СД-модуля потока хладоносителя. Рассекатель 13 выполнен из теплопроводного материала и частично снижает температуру потока хладоносителя, рассеивая тепло в колбе, и направляет поток по касательной на стенки колбы для истечения его через щели 12 в кольцевом держателе 3 в кольцевую полость 11 рекуперативного теплообменника для завершающего цикла охлаждения.The outlet opening 7 of the longitudinal channel 5 of the SD module is shielded by a frontally convex divider 13 of the coolant flow mounted on the brackets 14 of the neck with the formation of an annular gap with it for circular redistribution / shown by arrows / coming out of the channel heated by convective heat exchange on the walls of the SD module coolant flow. The diffuser 13 is made of heat-conducting material and partially reduces the temperature of the coolant flow, dissipating heat in the flask, and directs the flow tangentially to the walls of the flask to flow through slots 12 in the ring holder 3 into the annular cavity 11 of the regenerative heat exchanger for the final cooling cycle.

Эффективность охлаждения хладоносителя в рекуперативном теплообменнике повышена за счет выполнения на стенках полого корпуса 4 изнутри продольных ребер 15 и/или выполняя их шероховатыми для турбулизации пограничного слоя потока и увеличения поверхности теплообмена, также исполняя их оребренными на наружной поверхности, увеличивая теплообмен с окружающей средой. Эффективность теплообменника может быть повышена также за счет удлинения теплоизолирующей электровентилятор трубы 10, способствующей удлинению кольцевой полости 11, и применения вентилятора повышенной мощности.The cooling efficiency of the coolant in the recuperative heat exchanger is increased by performing longitudinal ribs 15 on the walls of the hollow body 4 from the inside and / or by making them rough to turbulent the boundary layer of the flow and increase the heat exchange surface, also performing them finned on the outer surface, increasing heat exchange with the environment. The efficiency of the heat exchanger can also be improved by lengthening the heat-insulating electric fan of the pipe 10, which contributes to the lengthening of the annular cavity 11, and the use of a fan of high power.

В свою очередь охлаждение внутренних стенок продольного канала 5 СД-модуля 2 выполнено с развитой поверхностью стенок также за счет шероховатостей и/или изготовления продольных ребер 16 охлаждения, преимущественно треугольного сечения, для турбулизации пограничного слоя потока и увеличения поверхности теплообмена, способствуя повышению теплообмена граней пирамиды, несущей светодиоды 6, с потоком хладоносителя. Согласно /2, с. 217/ изготовление шероховатостей механической обработкой внутренней поверхности канала для потока хладоносителя увеличивает теплопередачу до 60-80%, хотя сопротивление трению при этом возрастает только на 10%.In turn, the inner walls of the longitudinal channel 5 of the SD module 2 were cooled with a developed wall surface also due to roughnesses and / or the manufacture of longitudinal cooling fins 16, mainly of a triangular section, for turbulence of the flow boundary layer and increase of the heat exchange surface, contributing to an increase in heat transfer of the pyramid faces carrying LEDs 6, with a coolant stream. According to / 2, p. 217 / production of roughnesses by machining the inner surface of the channel for the coolant flow increases the heat transfer to 60-80%, although the friction resistance increases only by 10%.

Наряду с охлаждением СД-модуля в корпус лампы может быть встроен преобразователь 17 питающей сети и/или средства управления светом, собранные в зоне, примыкающей к кольцевой полости 11 рекуперативного теплообменника с возможностью охлаждения потоком хладоносителя теплонапряженных электронных компонентов, например электролитических конденсаторов или диммера, а также средств подключения элементами токоподвода СД-модуля и электровентилятора к цоколю 18 лампы, установленному через кольцевой изолятор 19 на торцевой части полого корпуса 4.In addition to cooling the LED module, a power supply converter 17 and / or light control devices collected in a zone adjacent to the annular cavity 11 of the regenerative heat exchanger can be integrated into the lamp housing with the ability to cool the heat-carrying electronic components, for example, electrolytic capacitors or a dimmer, and also means for connecting current supply elements of the SD module and the electric fan to the lamp base 18, mounted through an annular insulator 19 on the end of the hollow body 4.

Второй вариант конструкции светодиодной лампы с замкнутой системой принудительного охлаждения показан на фиг. 2.The second embodiment of the LED lamp with a closed forced cooling system is shown in FIG. 2.

Здесь СД-модуль выполнен в виде правильного выпуклого многогранника, в частности, усеченного икосаэдра 20 из теплопроводного материала с зеркализованными гранями 21, на которых установлены мощные светодиоды 22 или мини-модули с подобными светодиодами серии XLamp XT-E AP компании CREE мощностью 1-3 Вт. СД-модуль 20 выполнен с продольным каналом 23 в виде сопла дозвукового истечения потока хладоносителя, организованного осевым электровентилятором 24, установленным в сопряженном с входным отверстием сопла теплоизоляционной трубе 25, направляющей поток хладоносителя из кольцевой полости 26 рекуперативного теплообменника, аналогичного описанному для варианта конструкции лампы на фиг. 1.Here, the LED module is made in the form of a regular convex polyhedron, in particular, a truncated icosahedron 20 made of heat-conducting material with mirrored faces 21 on which powerful LEDs 22 or mini-modules with similar LEDs of the Cree XLamp XT-E AP series from 1-3 are installed Tue The SD module 20 is made with a longitudinal channel 23 in the form of a nozzle of a subsonic outflow of a coolant flow organized by an axial fan assembly 24 mounted in a heat-insulating pipe mated to a nozzle inlet nozzle directing the coolant flow from an annular cavity 26 of a regenerative heat exchanger similar to that described for a lamp design on FIG. one.

Выходное отверстие канала 23 в виде сопла с горловиной 27 экранировано фронтально выпуклым рассекателем 28 потока хладоносителя, выполненным из теплопроводного материала с игольчатыми элементами 29 охлаждения на тыльной стороне, образующего кольцевой зазор с горловиной 27 СД-модуля для кругового перераспределения хладоносителя в колбе по касательной на ее стенке /показано стрелками/ и истечения его через щели 30, выполненные на периферии кольцевого держателя, который является фланцем СД-модуля, в кольцевую полость 26 рекуперативного теплообменника с оребренной изнутри теплопередающей стенкой полого корпуса 31.The outlet of the channel 23 in the form of a nozzle with a neck 27 is shielded by a frontally convex coolant flow divider 28 made of a heat-conducting material with needle-shaped cooling elements 29 on the rear side, forming an annular gap with the neck 27 of the SD module for the circular redistribution of the coolant in the bulb tangentially to it the wall / shown by arrows / and its outflow through slots 30 made on the periphery of the annular holder, which is the flange of the SD module, into the annular cavity 26 of the regenerative heat a bar with a finned heat transfer wall of the hollow body 31.

Рассекатель 28 герметично установлен на стенке осевого отверстия колбы 32 с выступающей из нее тыльной частью с игольчатыми элементами 29 в окружающее лампу пространство для конвективного охлаждения, снижая тем самым температуру хладоносителя, поступающего на внутренние стенки колбы.The divider 28 is hermetically mounted on the wall of the axial opening of the flask 32 with the back portion protruding from it with needle elements 29 into the convective cooling space surrounding the lamp, thereby reducing the temperature of the coolant entering the inner walls of the flask.

Это особенно важно для варианта исполнения светодиодной лампы, как показано на фиг. 2, с дистанцированным люминофором 33, т.е. интегрированным в стенки или нанесенным на стенки колбы, например, в смеси с оптически прозрачным силиконом, или защищенным слоем силикона, преобразующим часть коротковолнового излучения светодиодов в белое свечение и рассеивающим его. Люминофор выбирают преимущественно из группы иттрий-алюминиевого граната, активированного церием /YAG:Ce+3/, перегрев которого свыше 125 градусов приводит к потере квантовой эффективности.This is especially important for the embodiment of the LED lamp, as shown in FIG. 2, with the distant phosphor 33, i.e. integrated into the walls or deposited on the walls of the flask, for example, in a mixture with optically transparent silicone, or a protected silicone layer that converts part of the short-wave radiation of the LEDs into a white glow and scatters it. The phosphor is mainly chosen from the group of yttrium-aluminum garnet activated by cerium / YAG: Ce +3 /, whose overheating above 125 degrees leads to a loss of quantum efficiency.

В этом случав, собранные на зеркализованных гранях 21 СД-модуля мощные светодиоды 22 выбраны коротковолнового излучения, глубокого синего или голубого излучения /~450-470 нм/ упомянутой выше серии.In this case, the high-power LEDs 22 collected on the mirrored faces 21 of the LED module 22 are selected for short-wave radiation, deep blue or blue radiation (~ 450-470 nm) of the aforementioned series.

Образующие рекуперативный теплообменник теплопередающие внутренние стенки полого корпуса 31 могут быть выполнены шероховатыми в дополнение к оребрению, так же как и для первого варианта лампы для увеличения турбулентности пограничного слоя потока хладоносителя и площади теплообмена с ним. Наружная поверхность корпуса 31, выполненного из алюминия, может быть анодирована для повышения теплообмена с окружающей средой за счет увеличения излучательной способности с 0,2 до 0,8 /7/.The heat transfer inner walls of the hollow body 31 forming the recuperative heat exchanger can be made rough in addition to fins, as well as for the first lamp variant to increase the turbulence of the boundary layer of the coolant flow and the area of heat exchange with it. The outer surface of the housing 31 made of aluminum can be anodized to increase heat transfer with the environment by increasing the emissivity from 0.2 to 0.8 / 7 /.

Для лампы с дистанцированным люминофором в качестве хладоносителя необходимо использовать осушенный азот или инертные газы, исключающие возможность деградации люминофора при повышенной температуре за счет окислительных процессов, способствующих изменению валентности активатора.For a lamp with a remote phosphor, dried nitrogen or inert gases must be used as a coolant, eliminating the possibility of phosphor degradation at elevated temperatures due to oxidative processes that contribute to a change in the valence of the activator.

Еще один вариант исполнения светодиодной лампы с замкнутой системой принудительного охлаждения, показанный на фиг. 3, предусматривает экранирование выходного отверстия продольного канала с горловиной 34 СД-модуля 35 фронтально выпуклой частью стеклянной колбы, образующей стеклянный рассекатель 36 потока хладоносителя с круговым перераспределением его по касательной на стенки колбы через образованный горловиной и стенками рассекателя кольцевой зазор 37 и истечение его через щели 38 в кольцевом держателе упомянутого СД-модуля в кольцевую полость 39 полого корпуса 40 с теплопередающими стенками рекуперативного теплообменника для охлаждения /показано стрелками/.Another embodiment of the LED lamp with a closed forced cooling system shown in FIG. 3, provides for the screening of the outlet of the longitudinal channel with the neck 34 of the SD module 35 with the frontally convex part of the glass flask forming a glass divider 36 of the coolant flow with its circular redistribution along the tangent to the walls of the flask through the annular gap 37 formed by the neck and walls of the divider and its expiration through the slots 38 in the ring holder of the above-mentioned LED module into the annular cavity 39 of the hollow body 40 with heat transfer walls of a regenerative heat exchanger for cooling / lkami /.

Этот вариант целесообразно использовать в лампах со светопропускающими колбами, изготовленными из силикатного стекла, имеющими теплопроводность, в 5 раз превышающую поликарбонатные колбы /1/.This option is advisable to use in lamps with light-transmitting bulbs made of silicate glass, having a thermal conductivity 5 times higher than polycarbonate bulbs / 1 /.

Рассмотренные варианты конструкций ламп предусматривают размещение и охлаждение теплонапряженных компонентов преобразователя и средств управления светом в полом корпусе лампы /фиг. 1 и 2/ или исполнение лампы без названных элементов, т.е. с вынесенными из арматуры лампы /фиг. 3/, что для ламп повышенной мощности и ряда применений является предпочтительным.The considered lamp design options provide for the placement and cooling of heat-stressed components of the converter and light controls in the hollow lamp housing / Fig. 1 and 2 / or lamp design without the named elements, i.e. with lamps removed from the fixture / Fig. 3 /, which for high power lamps and a number of applications is preferred.

В качестве осевого электровентилятора в использованной системе охлаждения могут быть применены малогабаритные электровентиляторы серии AD0424MS-G70 /⌀40×10 мм/ с питанием DC 24 B, 0,08 A фирмы "Adda Cooler" /Китай/ с подключением к преобразователю питающей сети или к цоколю.As an axial electric fan in the used cooling system, small-sized electric fans of the AD0424MS-G70 / ⌀40 × 10 mm / DC power supply with DC 24 V, 0.08 A from Adda Cooler / China / with connection to a power supply converter or to the cap.

Предложенные варианты ламп с замкнутой системой принудительного охлаждения существенно улучшают эксплуатационные характеристики за счет повышения степени защиты от воздействия окружающей среды до уровня IP67 по ГОСТ 14254 при эксплуатации в защищенных патронах, а также обеспечивают возможности увеличения мощности и улучшения светотехнических параметров с оптимизацией тепловых режимов и минимизацией габаритов.The proposed lamp options with a closed forced cooling system significantly improve operational performance by increasing the degree of protection against environmental influences to IP67 according to GOST 14254 when used in protected lampholders, as well as providing opportunities to increase power and improve lighting parameters with optimization of thermal conditions and minimizing dimensions .

Литература.Literature.

1. В.В. Сысун. "Состояние разработок компактных светодиодных излучателей и ламп с удаленным люминофором". Ж-л "Полупроводниковая светотехника". 2013, №6, с. 39-48.1. V.V. Sysun. "Status of development of compact LED emitters and lamps with a remote phosphor." J-semiconductor lighting technology. 2013, No.6, p. 39-48.

2. А.А. Жукаускас. "Конвективный перенос в теплообменниках". М.: Изд. Наука. 1982, с. 425-439.2. A.A. Zhukauskas. "Convective transport in heat exchangers." M .: Publishing. The science. 1982, p. 425-439.

3. В.В. Сысун и др. Авт. св. №1348606 A1, бюл. № 40 от 30.10.1987 г.3. V.V. Sysun et al. Auth. St. No. 1348606 A1, bull. No 40 on 10/30/1987

4. Ю.Г. Басов и др. "Специальная светотехника". Минск, "Изд. центр БГУ". 2008, с. 209-210.4. Yu.G. Basov and others. "Special lighting." Minsk, "Publishing center of BSU". 2008, p. 209-210.

5. Ж-л "Рынок светотехники". 2014, №5/24/, с. 72-73. /http://www.uniel/ru/. "Новинка Uniel: светодиодные лампы высокой мощности Venturo 30-100 Вт.5. Wl "Market lighting". 2014, No. 5/24 /, p. 72-73. /http://www.uniel/ru/. "New Uniel: Venturo 30-100W high power LED bulbs.

6. С. Никифоров, А. Архипов. "Ремикс по-светотехнически". Ж-л "Полупроводниковая светотехника". 2014, №5, с. 8-15.6. S. Nikiforov, A. Arkhipov. "Remix in the lighting industry." J-semiconductor lighting technology. 2014, No. 5, p. 8-15.

7. А. Мотойа и др. "Управление тепловым режимом светодиодных ламп". Ж-л "Полупроводниковая светотехника". 2011, №4, с. 45.7. A. Motoya et al. "Thermal management of LED lamps." J-semiconductor lighting technology. 2011, No. 4, p. 45.

Claims (9)

1. Светодиодная лампа с системой принудительного охлаждения, содержащая светопропускающую колбу, заполненную оптически прозрачным хладоносителем, светодиодный /СД/ модуль с держателем, отделяющим колбу от полого корпуса, электровентилятор и элементы токоподвода со стандартным цоколем, отличающаяся тем, что СД-модуль выполнен в виде выпуклого многогранника из теплопроводного материала с собранными на гранях светодиодами и с продольным каналом для циркуляции потока хладоносителя, соединенным на одном конце через горловину выходного отверстия с внутренним объемом колбы, а через входное отверстие на противоположном конце канала, сопряженным с осевым электровентилятором, собранным в направляющей хладоноситель трубе из теплоизоляционного материала, установленной коаксиально в полом корпусе с теплопередающими стенками и создающими совместно кольцевую полость, соединенную с внутренним объемом колбы щелями для истечения потока хладоносителя, выполненными на периферии кольцевого держателя СД-модуля, с образованием рекуперативного теплообменника замкнутой системы принудительного охлаждения.1. LED lamp with forced cooling system, containing a light-transmitting bulb filled with an optically transparent coolant, an LED / LED / module with a holder that separates the bulb from the hollow body, an electric fan and current supply elements with a standard base, characterized in that the LED module is made in the form convex polyhedron of heat-conducting material with LEDs assembled on the faces and with a longitudinal channel for circulation of the coolant flow, connected at one end through the mouth of the outlet a hole with the inner volume of the bulb, and through the inlet at the opposite end of the channel, paired with an axial fan, assembled in a coolant guide pipe made of heat-insulating material, mounted coaxially in a hollow body with heat transfer walls and together creating an annular cavity connected to the inner volume of the bulb by slots for the flow of the coolant, performed on the periphery of the annular holder of the SD module, with the formation of a regenerative heat exchanger of a closed system at forced cooling. 2. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что выходное отверстие горловины продольного канала СД-модуля экранировано фронтально выпуклым рассекателем потока хладоносителя, установленным на кронштейнах горловины с образованием кольцевого зазора для кругового перераспределения указанного хладоносителя по касательной на стенки колбы и истечения его через щели кольцевого держателя СД-модуля в кольцевую полость рекуперативного теплообменника.2. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the outlet opening of the neck of the longitudinal channel of the SD module is shielded by a frontally convex coolant flow divider mounted on the neck brackets with the formation of an annular gap for the circular redistribution of the indicated coolant tangentially to the flask walls and its expiration through slots of the annular holder of the SD module into the annular cavity of the regenerative heat exchanger. 3. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что выходное отверстие горловины продольного канала СД-модуля экранировано фронтально выпуклым, с игольчатыми элементами охлаждения на тыльной стороне, рассекателем потока хладоносителя, образующего кольцевой зазор с упомянутой горловиной для кругового перераспределения потока хладоносителя по касательной на стенки колбы и установленного герметично в осевом отверстии этой колбы с выступающей из нее тыльной частью с игольчатыми элементами в окружающее пространство для конвективного охлаждения.3. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the outlet opening of the neck of the longitudinal channel of the SD module is shielded frontally convex, with needle cooling elements on the back side, a coolant flow divider forming an annular gap with the said neck for circular redistribution of the coolant flow along the tangent on the walls of the flask and installed tightly in the axial hole of this flask with the back part protruding from it with needle elements into the surrounding space for convective cooling excitement. 4. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что выходное отверстие горловины продольного канала СД-модуля экранировано фронтально выпуклой частью колбы, образующей рассекатель потока хладоносителя с круговым перераспределением его в образованный им кольцевой зазор и истечения его по касательной на стенки колбы и через щели кольцевого держателя в кольцевую полость рекуперативного теплообменника.4. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the outlet opening of the neck of the longitudinal channel of the SD module is shielded by the frontally convex part of the bulb forming a coolant flow divider with circular redistribution of it into the ring gap formed by it and its outflow tangentially to the bulb walls and through slits of the annular holder into the annular cavity of the regenerative heat exchanger. 5. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что внутренние стенки продольного канала для течения потока хладоносителя выполнены шероховатыми и/или с продольными ребрами охлаждения СД-модуля для турбулизации пограничного слоя потока и увеличения поверхности теплообмена.5. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the inner walls of the longitudinal channel for the flow of the coolant stream are made rough and / or with longitudinal cooling fins of the SD module for turbulence of the boundary layer of the stream and increase the heat transfer surface. 6. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что теплопередающие внутренние стенки полого корпуса выполнены шероховатыми и/или с продольными ребрами охлаждения и оребренными на наружной поверхности для турбулизации пограничного слоя и увеличения поверхности теплообмена с потоком хладоносителя и с окружающей средой соответственно.6. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the heat-transferring internal walls of the hollow body are made rough and / or with longitudinal cooling fins and finned on the outer surface to turbulence the boundary layer and increase the heat exchange surface with the coolant flow and with the environment, respectively. 7. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что СД-модуль выполнен со светоотражающими гранями и установленными на них светодиодами коротковолнового излучения, преимущественно глубокого синего или голубого излучения, а в стенки колбы интегрирован или они покрыты слоем люминофора, выбранного из группы иттрий-алюминиевого граната, активированного церием /YAG:Ce+3/, преобразующим излучение светодиодов в белое свечение и рассеивающим его.7. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the LED module is made with reflective faces and light-emitting diodes of short-wave radiation, mainly deep blue or blue radiation, mounted on them, and integrated into the walls of the bulb or covered with a layer of a phosphor selected from the yttrium group -aluminium garnet activated by cerium / YAG: Ce +3 /, which converts the radiation of LEDs into white light and scatters it. 8. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что использован газообразный хладоноситель, выбранный из группы воздуха, азота или инертных газов, с наполнением внутреннего объема лампы под нормальным давлением при температуре 290-300 K.8. The LED lamp according to claim 1, characterized in that a gaseous refrigerant is used selected from the group of air, nitrogen or inert gases, with filling the internal volume of the lamp under normal pressure at a temperature of 290-300 K. 9. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в полом корпусе лампы установлен электронный преобразователь питающей сети и/или средства управления светом, примыкающие к кольцевой полости рекуперативного теплообменника, с возможностью охлаждения потоком хладоносителя теплонапряженных компонентов и подключения элементами токоподвода к СД-модулю, электровентилятору и стандартному цоколю. 9. The LED lamp according to claim 1, characterized in that an electronic converter of the power supply network and / or light control devices are installed in the hollow lamp housing adjacent to the annular cavity of the regenerative heat exchanger, with the possibility of cooling the heat-stressed components by the coolant stream and connecting the current supply elements to the SD- module, electric fan and standard base.
RU2015137944/07A 2015-09-07 2015-09-07 Led lamp with forced cooling system RU2595258C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137944/07A RU2595258C1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Led lamp with forced cooling system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137944/07A RU2595258C1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Led lamp with forced cooling system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2595258C1 true RU2595258C1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56891888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015137944/07A RU2595258C1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Led lamp with forced cooling system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2595258C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641894C1 (en) * 2016-09-30 2018-01-23 Виктор Викторович Сысун Led lamp with thermosyphon cooling and lighter on its basis
US11287103B2 (en) 2019-04-22 2022-03-29 Ism Lighting, Llc. Low wattage balloon work light
RU2820024C1 (en) * 2024-02-12 2024-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Light-emitting diode lamp

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1348606A1 (en) * 1984-11-26 1987-10-30 Dudko Vyacheslav M Decorative light
RU140531U1 (en) * 2013-11-15 2014-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Констайлс" LED LAMP
RU2521612C1 (en) * 2012-11-06 2014-07-10 Виктор Викторович Сысун High-power led lamp

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1348606A1 (en) * 1984-11-26 1987-10-30 Dudko Vyacheslav M Decorative light
RU2521612C1 (en) * 2012-11-06 2014-07-10 Виктор Викторович Сысун High-power led lamp
RU140531U1 (en) * 2013-11-15 2014-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Констайлс" LED LAMP

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НИКИФОРОВ С., АРХИПОВ А. Ремикс по-светотехнически, В: "Полупроводниковая светотехника", 2014, N 5, с. 8-15. *
СЫСУН В.В. "Состояние разработок компактных светодиодных излучателей и ламп с удаленным люминофором" В: "Полупроводниковая светотехника", 2013, N 6, с. 39-48. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641894C1 (en) * 2016-09-30 2018-01-23 Виктор Викторович Сысун Led lamp with thermosyphon cooling and lighter on its basis
US11287103B2 (en) 2019-04-22 2022-03-29 Ism Lighting, Llc. Low wattage balloon work light
RU2820024C1 (en) * 2024-02-12 2024-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Light-emitting diode lamp

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5518074B2 (en) Light emitting diode (LED) lighting device
US7810965B2 (en) Heat removal system and method for light emitting diode lighting apparatus
JP2012502432A5 (en)
RU2577679C1 (en) High-power led lamp with forced cooling
JP2008027910A (en) High power led lamp with heat dissipation exhancement
TW201200794A (en) LED lamp
US20110232886A1 (en) Heat dissipation housing for led lamp
RU2521612C1 (en) High-power led lamp
RU2595258C1 (en) Led lamp with forced cooling system
CN103234132B (en) Light-emitting diode (LED) bulb lamp
TW201516325A (en) Light emitting diode lamp
KR20130123623A (en) A led lamp with heat radiation using natural convection
CN207455218U (en) A kind of LED heat dissipation structure and the LED lamp comprising the radiator structure
TWI557364B (en) Light emitting diode lamp
WO2021160078A1 (en) Omni-directional light-emitting light cover and light bulb having same
CN103899951A (en) LED lamp
CN103292196B (en) LED bulb
CN103244934B (en) Heat-dissipating casing of light-emitting diode (LED) lamp
CN207865148U (en) A kind of fitting structure with graphite ene coatings
RU2702342C1 (en) Led lamp with internal cooling
CN103899952A (en) LED lamp
WO2017219504A1 (en) High-power led lamp
CN207945582U (en) A kind of LED Ceiling lights being conducive to heat dissipation
CN212156877U (en) SMD (surface mounted device) down lamp
CN207132116U (en) A kind of LED bulb for being easy to radiating

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190908