МОЩНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
HIGH-POWER LED LAMP WITH FORCED COOLING

Изобретение относится к полупроводниковой светотехнике, в частности к светодиодным /СД/ лампам на мощных светодиодах, требующих принудительного охлаждения при эксплуатации со встроенным в арматуру лампы или вынесенным из нее преобразователем питающей сети и/или средств управления светом.
Подобные лампы мощностью 20-200 Вт и более могут быть использованы для прямой замены мощных ламп накаливания, компактных люминесцентных ламп /КЛЛ/ и газоразрядных ламп высокого давления /ГРЛ ВД/, например типа ДРЛ, ДРИ, ДНаТ малой и средней мощности с громоздкими пускорегулирующими аппаратами /ЭПРА, ЭмПРА/, которые имеют неудовлетворительное качество света и экологические параметры /содержат ртуть/, требуют организации дорогостоящей утилизации.
Предлагаемая лампа на светодиодах предназначена для общепромышленного применения в арматуре световых приборов и использования в быту.
Существуют проблемы охлаждения известных мощных ламп с объемными СД-модулями /1/, обусловленные тем, что мощные светодиоды удалены в модуле от зоны охлаждения, т.е. от вынесенного из колбы лампы радиатора охлаждения, что ограничивает возможности дальнейшего повышения их мощности.
Решение проблем достигнуто в мощных лампах 121 с применением тепловых труб /ТТ/, когда зона нагрева трубы находится в тепловом контакте со стенками объемного СД-модуля в колбе лампы, а оболочка с радиатором зоны охлаждения ТТ вынесена из нее в окружающее пространство для теплообмена.
Вместе с тем габариты оболочки с радиатором зоны охлаждения ТТ существенно возрастают при увеличении мощности лампы.
Известны мощные СД-лампы серии Venturo компании Uniel /2,3/, выполненные с плоским СД-модулем, принудительно охлаждаемым аксиально установленным на удалении от держателя светодиодов электровентилятором, собранным совместно с преобразователем питающей сети в полом бочкообразном корпусе с вентиляционными каналами на торцевых стенках.
Недостатки прототипа обусловлены невозможностью организации охлаждения протяженных объемных СД-модулей в мощных лампах из-за того, что светодиоды установлены на значительном удалении от зоны принудительного охлаждения держателя-радиатора.
Кроме того, в лампах с плоским модулем, как известно /1/, трудно собрать большое количество мощных светодиодов без увеличения габаритов держателя. Так, например, лампа серии Venturo мощностью 100 Вт типа LED-M88-100 Е27 имеет габариты ⌀ 98×187 мм /www.sveti.ru/, и ощутимо превышают габариты ламп с ТТ и ГРЛ ВД, сопоставимые по световому потоку или мощности. Противопоставляемые лампы также имеют индикатрису светораспределения с невысоким углом излучения в вертикальной плоскости  /2/.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения ламп с объемным СД-модулем при одновременном уменьшении габаритов и улучшении светотехнических параметров.
Технический результат достигается тем, что в мощной СД-лампе с принудительным охлаждением, содержащей светопропускающую колбу с установленным в ней светодиодным модулем, полый корпус со щелями для прохождения потоков охлаждающего воздуха, организованных установленным в нем электровентилятором, а также элементы токоподвода со стандартным цоколем, объемный СД-модуль из теплопроводного материала выполнен с продольным каналом воздухопровода, соединенного на одном конце через осевое отверстие в колбе лампы с окружающим ее пространством, а на противоположном конце сопряженного с электровентилятором, аксиально установленным в полом корпусе лампы, создающим охлаждающий поток воздуха в канале воздухопровода.
Технический результат достигается также тем, что воздухопровод объемного СД-модуля выполнен с цилиндрическими или коническими внутренними стенками и с выступающей из СД-модуля трубчатой стеклянной или металлической с сильфонной частью, герметично соединенной со стенками осевого отверстия колбы лампы.
Технический результат достигается и тем, что воздухопровод объемного СД-модуля выполнен в виде сопла дозвукового истечения охлаждающего потока воздуха, входное отверстие которого сопряжено с кожухом электровентилятора, а выходное отверстие сопла сообщено с осевым отверстием колбы через кольцевой сильфонный элемент.
Решению поставленной задачи способствует также то, что стенки канала воздухопровода СД-модуля выполнены с продольными ребрами охлаждения, увеличивающими поверхность теплообмена с потоком охлаждающего воздуха, организованным электровентилятором.
Задача решается и тем, что в полом корпусе лампы выполнен или установлен защищенный теплопроводными стенками отсек преобразователя питающей сети и/или средств управления светом, подключенных элементами токоподвода к СД-модулю, электровентилятору и цоколю лампы.
Предпочтительные варианты исполнения ламп с принудительным охлаждением показаны на чертежах.
Фиг. 1. Мощная СД-лампа с протяженным объемным СД-модулем с воздухопроводом, имеющим конические стенки с продольными ребрами охлаждения. Вид сбоку, частично в разрезе.
Фиг. 2. Мощная СД-лампа с объемным СД-модулем с воздухопроводом в форме сопла, соединенного с осевым отверстием в колбе. Вид сбоку, частично в разрезе.
Показанная на фиг.1 мощная СД-лампа с принудительным охлаждением содержит стеклянную или выполненную из оптического поликарбоната колбу 1 в виде усеченного эллипсоида вращения с установленным в ней протяженным объемным СД-модулем 2,. изготовленным из теплопроводного материала, например, на основе алюминиевого сплава с наружной поверхностью в форме усеченной пирамиды 3 с фланцем 4 и горловиной 5.
На гранях пирамиды 3 собраны в тепловом контакте линейки 6 с алюминиевым основанием с мощными /0,5-3 Вт/ светодиодами 7 или установлены отдельные светодиоды с поверхностным монтажом белого или других цветов излучения.
Объемный СД-модуль 2 выполнен с продольным каналом воздухопровода 8, соединенного на одном конце через осевое отверстие в колбе 1 лампы с окружающим ее пространством, а на противоположном конце сопряженного с электровентилятором 9, создающим охлаждающий поток воздуха в канале воздухопровода /показано стрелками/. Электровентилятор 9 установлен на продольной оси ZZ лампы аксиально в полом корпусе 10 лампы, примыкающем к фланцу 4 указанного модуля, несущему колбу 1.
При этом выполненный из теплопроводного материала полый корпус 10 имеет щели 11, изготовленные в кольцевом изоляторе 12 стандартного цоколя 13 лампы, сопряженном с указанным корпусом.
Щели 11 и осевое отверстие в колбе 1 совместно с электровентилятором 9 обеспечивают циркуляцию охлаждающего потока воздуха в полом корпусе 10 и в воздухопроводе 8 объемного СД-модуля 2.
Воздухопровод 8 выполнен с цилиндрическими или коническими внутренними стенками и с выступающей из СД-модуля горловиной с трубчатой частью 14, соединенной через выступающую внутрь колбы ее трубчатую часть, изготовленную из стекла, с окружающим пространством, и герметично соединенной со стенками осевого отверстия 15 колбы лампы.
Для увеличения поверхности теплообмена с потоком охлаждающего воздуха, организованного осевым электровентилятором, стенки канала воздуховода 8 объемного СД-модуля могут быть выполнены с продольными ребрами 16 охлаждения.
В полом корпусе 10 со щелями может быть также выполнен или установлен защищенный отсек 17 для преобразователя питающей сети и/или средств управления светом, например, для диммера, охлаждаемый потоком воздуха, поступающим в корпус лампы через щели в изоляторе 12 цоколя.
Второй вариант исполнения мощной СД-лампы с принудительным охлаждением показан на фиг.2 и предусматривает выполнение стеклянной или из оптического поликарбоната колбы 18 в форме усеченной сферы с установленнным в ней объемным СД-модулем 19 в виде правильного многогранника, в частности усеченного икосаэдра 20 с фланцем 21 и с собранными на гранях мощными светодиодами 22 с оптическими осями 00, перпендикулярными стенкам колбы.
Объемный СД-модуль 19 имеет продольный канал воздухопровода, образованный внутренними стенками усеченного икосаэдра 20, выполненный в виде сопла 23 дозвукового истечения охлаждающего потока воздуха, входное отверстие которого /показано прямыми стрелками на фиг. 2/ сопряжено с кожухом 24 осевого электровентилятора 25, а выходное отверстие сопла герметично соединено, например, силиконовым компаундом с осевым отверстием колбы 18 через трубчатый стеклянный или кольцевой сильфонный элемент 26, изготовленный, в частности, из ковара.
Несущий колбу 18 фланец 21 СД-модуля сопряжен с полым корпусом 27 лампы с выполненным в нем защищенным отсеком 28 с теплопроводными стенками для размещения преобразователя питающей сети /вторичного источника питания/ и/или средств управления светом, подключенных элементами токоподвода к СД-модулю 19, электровентилятору 25 и стандартному цоколю 29.
На боковых стенках полого корпуса 27, несущего перечисленные элементы, выполнены щели 30 для поступления охлаждающего его воздуха из окружающего пространства /показано изогнутыми стрелками/ в заборную зону электровентилятора 25, охлаждая при этом стенку отсека 28.
Для обоих вариантов исполнения ламп использованы светодиодные линейки, мини-модули треугольной формы или отдельные мощные светодиоды белого свечения, например, светодиоды серии XL amp Х-ТЕ компании CREE.
+3
Могут быть также использованы светодиоды глубоко синего излучения /λ≈450-470 нм/ названной серии в лампах с дистанцированным люминофором, выбранным, например, из группы иттрий - алюминиевого граната, активированного церием /YAG: Се/, преобразующим часть коротковолнового излучения светодиодов в излучение желтой области спектра, обеспечивающего при смешении с синим излучением направленно рассеянное белое свечение лампы при нанесении на внутренние стенки колб, например, в смеси с силиконовым компаундом, или введении вышеуказанного люминофора в поликарбонат, из которого изготавливают колбы.
В качестве осевого электровентилятора 9 /фиг. 1/ или 25 /фиг. 2/ для организации перемещения охлаждающего потока воздуха в канале воздухопровода и полом корпусе ламп можно использовать электровентилятор типа AD 0424 MS-G70 в габаритах ⌀40×10 мм мощностью ≈2 Вт с питанием DC 24 В, 0,08А фирмы «Adda Cooler» /Китай/.
Предложенные варианты конструкций мощных ламп с принудительным охлаждением могут эксплуатироваться как со встроенными источниками питания в лампу, как показано на фиг. 1 и 2, так и с вынесенными из нее в арматуру светильника.
Применение принудительного охлаждения объемных СД-модулей предложенных ламп позволяет существенно увеличить мощность /до 200 Вт и более/ при одновременном повышении эффективности /светоотдачи, близкой к значению применяемых в модулях светодиодов/, уменьшении габаритов и улучшении светораспределения в вертикальной плоскости/  по сравнению с лампами Venturo.
Литература
1. В.В. Сысун. «Состояние разработок компактных светодиодных излучателей и ламп с удаленным люминофором». Ж. «Полупроводниковая светотехника», 2013, №6, с. 39-48.
2. Ж. «Рынок светотехники». 2014, №5/24/, с. 72-73 /www.sveti.ru/. «Новинка Uniel: светодиодные лампы высокой мощности Venturo 30-100 Вт.
3. С. Никифоров, А. Архипов. «Ремикс по-светотехнически». Ж. «Полупроводниковая светотехника», 2014, №5, с. 8-15.