СВЕТОВОЙ ПРИБОР С УСТРОЙСТВОМ ПАССИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к световым приборам на мощных светодиодах с устройством охлаждения.
Светоотдача мощных светодиодов превышает 130 лм/Вт при сроке службы, превышающем 50 тыс.часов.
Существуют серьезные проблемы в организации отвода тепла от р-п переходов в кристаллах светодиодов с прямыми токами, превышающими 100 мА, в том числе при использовании радиаторов охлаждения приемлемых размеров, что существенно определяет габариты, влияет на светоотдачу и срок службы светодиодов и световых приборов на их основе.
Высокая температура р-п перехода и высокое тепловое сопротивление контактных структур в процессе эксплуатации приводят к деградации световых характеристик приборов: наряду со снижением светоотдачи изменяются характеристики люминофора для светодиодов, падает показатель светопропускания оптической системы, снижается срок службы.
Известен светильник с конвекционным охлаждением, содержащий в качестве источника света светодиоды, установленные на поверхности корпуса и подключенные к блоку питания, оптическую линзу, корпус-радиатор, выполненный из полого профиля. (Патент РФ №2392538, МПК F21S 13/14, опубликован 20.06.2010 г.)
Недостатки устройства охлаждения светильника обусловлены низкой эффективностью теплообмена внутреннего объема полого многогранника-радиатора охлаждения оптического модуля-лампы с окружающей средой, что затрудняет применение мощных светодиодов.
Технической задачей полезной модели является создание пассивной системы эффективного охлаждения, улучшение теплофизических параметров световых приборов на мощных светодиодах за счет повышения эффективности конвективного теплообмена светодиодов и оптического модуля с окружающей средой, что способствует повышению долговечности приборов.
Поставленная задача решается за счет того, что в световом приборе с устройством охлаждения, содержащем корпус, светодиоды и блок питания, корпус выполнен в виде заполненной диэлектрической жидкостью полой герметичной емкости, закрытой снизу стеклом для выхода светового потока, внутри емкости с зазорами относительно ее стенок установлен объемный теплоизолятор с центральным каналом, образованным трубкой из материала с высокой теплопроводностью, а светодиоды и блок питания размещены внутри емкости с зазорами относительно плоскости стекла и нижней поверхности теплоизолятора. На нижней поверхности объемного теплоизолятора в зоне размещения светодиодов и блока питания может быть выполнено воронкообразное углубление, а боковые поверхности корпуса могут быть дополнительно снабжены оребрением в виде крыльчатки, ребра которой расположены под углом к образующей цилиндра корпуса и закрыты внешним цилиндром.
Один из наиболее предпочтительных вариантов исполнения устройства показан на чертеже, где на Фиг.1. изображен разрез устройства.
В световом приборе матрица светодиодов (М) и блок питания (БП), размещены в корпусе 3, который выполнен в виде заполненной диэлектрической жидкостью полой герметичной цилиндрической емкости, закрытой снизу стеклом 6 для выхода светового потока. Внутри емкости с зазорами относительно ее стенок установлен объемный теплоизолятор 2 с центральным каналом, образованным трубкой 1 из материала с высокой теплопроводностью, а светодиоды и блок питания размещены внутри емкости с зазорами относительно плоскости стекла и нижней поверхности теплоизолятора с помощью конструктивных элементов 7. Боковые поверхности корпуса 3 снабжены оребрением в виде крыльчатки, ребра 4 которой расположены под углом к образующей цилиндра корпуса и закрыты внешним цилиндром 5.
В качестве диэлектрической жидкости используют трансформаторное масло, жидкости на основе силикона, глицерина, и т.п.
Трубка 1 выполняется из материала с высокой теплопроводностью (алюминий, медь), геометрия трубки и толщина стенок трубки подбирается экспериментально под используемую диэлектрическую жидкость и по мощности выделяемого теплового потока
Ребра под углом и внешний цилиндр создают каналы, которые увеличивают площадь теплообмена с корпусом единицы объема воздуха при конвективном движении.
В основе устройства принцип свободного конвективного теплообмена жидкости и газа. Устройство предназначено заменить металлоемкий радиатор охлаждения с обеспечением интенсивного теплоотвода от локальной точки нагрева. Площадь теплоотвода радиатора охлаждения в устройстве заменена интенсивностью движения охлаждающей жидкости. Конвективная циркуляция жидкости в устройстве происходит по замкнутому контуру за счет нагрева от светодиодов и охлаждения на металлических поверхностях устройства. Более теплый поток (менее плотный) поднимается вверх. На боковых стенках устройства за счет теплообмена поток охлаждается (становится более плотным) опускается вниз.
При применении сверхмощных светодиодов, когда необходимо обеспечить теплоотвод и от люминофора (М), и от блока питания (БП), на нижней поверхности монтируется стекло (6) для выхода светового потока, а светодиоды (М) и блок питания (БП) размещается на монтажной конструкции внутри емкости в диэлектрической жидкости. Все детали располагаются с зазорами относительно друг друга и относительно плоскости стекла таким образом, чтобы обеспечить движение жидкости в процессе конвективного теплообмена и полного выхода светового потока на рефлектор который фокусирует световой поток.
Боковые поверхности корпуса имеют интесификаторы теплообмена в виде элементов крыльчатки, шнека. Оребрения 4 на боковой поверхности расположены под углом к образующей цилиндра 3 и закрыты внешним цилиндром 5. Таким образом, создаются наклонные каналы на боковой поверхности корпуса 3, которые открыты только с нижней и с верхней части. По физике процесса конвективного движения воздушной среды скорость движения среды возрастает при «подпитывании» потока теплом. Процесс «подпитования» воздушного потока происходит по всей длине каналов за счет теплопередачи от корпуса 3. Наклонные относительно вертикальной образующей корпуса каналы увеличивают площадь «подпитывания» и способствуют завихрению воздушного потока на выходе. Таким образом, в каналах возникает интенсификация теплообмена за счет увеличения скорости движения потока воздуха.
Внутри конструкции установлен объемный теплоизолятор 2 с центральным каналом, образованным трубкой 1 из материала с высокой теплопроводностью. Конвективное движение жидкости в корпусе происходит по замкнутому контуру от матриц (М) с нижней части по «тепловой трубке» к верхней и боковым поверхностям конструкции. «Тепловая трубка» выполнена из материала с высокой теплопроводностью с толщиной стенки трубки обеспечивающей интенсивный тепломассоперенос. Нагретая жидкость от светодиодных матриц (М) и блока питания (БП) с температурой t1 проходит по «тепловой трубке» и ее температура в процессе движения увеличивается до t2. Нагрев жидкости в процессе циркуляции происходит постепенно из-за высокой теплопроводности «тепловой трубки» (200 Вт/м.К) и низкой теплопроводности жидкости (0.15 Вт/м.К). По физике процесса конвективного движения жидкости скорость движения жидкости возрастает при «подпитывании» жидкости теплом. «Тепловая трубка» в данном случае обеспечивает «теплоподвод» в процессе конвективного движения жидкости и температура жидкости возрастает. В процессе нагрева жидкости в «тепловой трубке» ее плотность снижается и происходит расширение жидкости, что и приводит к локальному ускорению конвективного движения жидкости в «тепловой трубке». На выходе поток равномерно распределяется по боковым поверхностям цилиндра и скорость движения потока снижается, что приводит к интенсивной теплопередачи от корпуса в воздушный поток.
Описанный световой прибор обладает повышенной долговечностью за счет повышения эффективности конвективного теплообмена светодиодов лампы (или)и оптического модуля с окружающей средой.