Aufgrund des hohen Lichtstroms und der langen Lebensdauer (in der Größenordnung von Zehntausenden oder sogar Hunderttausenden Stunden) sind LED-Lampen eine sehr wettbewerbsfähige Lösung. Allerdings haben viele Anbieter und Hersteller von LED-Leuchten Schwierigkeiten, mit neuen Hochleistungs-LEDs (ab 20W) zu arbeiten. Und ein besonders häufiges Problem ist die Auslegung einer korrekten und zuverlässigen Wärmeableitung. Ein falsch gewählter thermischer Modus der LED kann zu unerwünschten Folgen führen. Erstens kann eine Überhitzung zum Ausfall der LED führen. Alle CREE-LEDs haben eine kritische Sperrschichttemperatur von 150 °C. Das Überschreiten dieser Schwelle führt zum Durchbrennen des LED-Chips und zu einem langwierigen Reparaturprozess.

Zweitens verkürzt der Betrieb bei erhöhten Temperaturen die Lebensdauer der LEDs erheblich (Abbildung 1). Die Grafik zeigt die Abhängigkeiten für drei Temperaturen am „Lötpunkt“ der LED: 55, 85 und 105°C. Mit LM-80 gekennzeichnete Diagramme zeigen den Zeitraum, in dem die Tests durchgeführt wurden. Mit TM-21 gekennzeichnete Diagramme zeigen die Abnahme des Lichtstroms gegenüber dem Ausgangsniveau als Funktion der Zeit. Wie aus den Grafiken ersichtlich ist, verringert sich bei erhöhter Betriebstemperatur die Lebensdauer von LEDs deutlich: Bei 105 °C ist die Lebensdauer von LEDs um 200.000 Stunden geringer als bei 85 °C.

Von der Temperatur hängen auch folgende Parameter der LED ab:

Die Menge des Lichtflusses. Abbildung 2 zeigt den relativen Lichtstrom im Verhältnis zur Temperatur für die LED-Serie von CREE. Wie aus der Grafik ersichtlich ist, nimmt der Lichtstrom mit steigender Sperrschichttemperatur der LED ab und umgekehrt – bei guter Kühlung steigt der Lichtstrom.

Direkter Spannungsabfall. Wenn sich die Temperatur ändert, sinkt auch die Durchlassspannung an der LED (Vf). Mit steigender Temperatur sinkt die Spannung. Das Ausmaß der Spannungsänderung hängt vom jeweiligen Modell ab. Tabelle 1 listet die Spannungs-Temperatur-Koeffizienten für die LED-Serien MKR und MKR2 auf. Es ist wichtig, den Wert dieses Parameters zu berücksichtigen und einen Treiber für das Beleuchtungssystem auszuwählen, der die erforderliche Spannung über den gesamten Betriebstemperaturbereich der LED liefern kann.

Tabelle 1. Werte der Spannungs-Temperatur-Koeffizienten für die LED-Serien MKR und MKR2

Wie aus den Diagrammen (Abbildungen 1, 2) ersichtlich ist, nimmt der Lichtstrom bei Temperaturen unter 100 °C leicht ab und beträgt bei einer Temperatur von 85 °C 100 %. Kürzlich wurden LEDs bei einer Sperrschichttemperatur von 85 °C getestet, sodass bei Temperaturen unter 85 °C in den Diagrammen ein Anstieg des Lichtstroms zu beobachten ist. Diese Temperatur gilt als Betriebstemperatur für CREE-LEDs.

Reis. 1. Lebensdauer der XPG-LEDs, abhängig von der Temperatur

Reis. 2. Abhängigkeit des Lichtstroms von der Sperrschichttemperatur am Beispiel der LED-Serie MKR

Und jetzt beschreiben wir die Methode zur Berechnung und Auswahl eines Kühlkörpers für Hochleistungs-LEDs. Eine LED hat, wie jedes andere elektronische Gerät auch, keinen Wirkungsgrad von 100 %, das heißt, ein Teil der aufgenommenen Energie wird in Wärme umgewandelt. Moderne LEDs haben einen Wirkungsgrad von etwa 30 ... 40 %, das heißt, durchschnittlich 60 ... 70 % der aufgenommenen Energie werden in Wärme umgewandelt. Wenn Sie beispielsweise eine 20-Watt-LED-Matrix verwenden, müssen Sie 12 Watt Wärme abführen, was ziemlich viel ist. CREE empfiehlt in seinem XLampThermalManagement-Dokument die Annahme, dass 75 % des verbrauchten Stroms in Wärme umgewandelt werden. Diese Annahme ermöglicht es Ihnen, beim Entwurf eines Kühlkörpers auf Nummer sicher zu gehen. Die abzuführende Leistung lässt sich nach folgender Formel berechnen:

Pt - Wärmeleistung (W);

Vf ist der Durchlassspannungsabfall an der LED (V);

Ist der Strom durch die LED (A).

Bevor wir die Methodik zur Berechnung des Kühlsystems beschreiben, wollen wir ein paar Worte zur Theorie der Wärmeübertragung sagen.

Den Hauptbeitrag zur Kühlung von LED-Lampen leisten Wärmeleitfähigkeit und Konvektion.

Unter Wärmeleitung versteht man die Übertragung von Wärme von einem heißeren Körper auf einen kälteren. Bei Leuchten wird durch direkten Kontakt Wärme von der LED auf die Leiterplatte und dann auf den Strahler übertragen, oder, wenn die LED direkt auf dem Strahler montiert ist, sofort auf den Strahler. Um die aufgrund der Wärmeleitfähigkeit übertragene Wärmemenge zu berechnen, können Sie die Formel verwenden:

(2)

Qcond ist die durch das Material übertragene Wärmemenge (W);

k ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials (W/(m*K));

A ist die Schnittfläche von Materialien, durch die Wärme strömt (m 2);

DT ist der Temperaturgradient (K);

Dx ist die Entfernung, die Wärme zurücklegt (m).

Konvektion ist die Übertragung aufgrund der Bewegung von Flüssigkeits- oder Gasströmen. Normalerweise handelt es sich bei LED-Leuchten um die Übertragung von Wärme vom Strahler an die Umgebung (normalerweise Luft). Es gibt zwei Arten von Konvektion: natürliche und erzwungene Konvektion. Bei der natürlichen Konvektion wird die Wärme durch bereits vorhandene Luftströme übertragen, die durch Temperaturunterschiede verursacht werden. Bei der erzwungenen Konvektion wird die Bewegung von Flüssigkeits- oder Gasströmen durch zusätzliche Geräte wie einen Ventilator, eine Pumpe usw. erzeugt.

Die durch Konvektion abgegebene Wärmemenge kann mit der Formel berechnet werden:

Qconv ist die durch Konvektion abgegebene Wärmemenge (W);

h ist der Wärmeübergangskoeffizient (W / (m 2 * K));

A ist die Oberfläche des strahlenden Elements (m 2);

DT ist die Differenz zwischen der Temperatur des Strahlungselements und der Umgebungstemperatur (K).

Das Hauptproblem bei der Berechnung der durch Konvektion abgegebenen Wärmemenge ist die Bestimmung des Koeffizienten h. Der Wert des Koeffizienten h kann je nach Geometrie des Strahlers, Randbedingungen und anderen Parametern erheblich variieren. Bei natürlicher Konvektion liegt der Koeffizient h beispielsweise im Bereich von 5 ... 20 W / (m 2 * K). Und bei Systemen mit erzwungener Konvektion kann der Wärmeübergangskoeffizient bei Luftkühlung 100 W/(m 2 * K) und bei Flüssigkeitskühlung bis zu 1000 W/(m 2 * K) erreichen. Bei der LED-Beleuchtung wird üblicherweise eine natürliche Luftkühlung verwendet. Für die Berechnung solcher Systeme kann der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten mit 10 W / (m 2 * K) angenommen werden.

Das LED-Kühlsystem kann als Ersatzschaltbild aus in Reihe und parallel geschalteten Thermowiderständen dargestellt werden. Als Beispiel für den Aufbau einer Ersatzschaltung nehmen wir eine Matrix aus n LEDs, die auf einer Leiterplatte montiert sind und an einem Kühlkörper befestigt sind (Abbildung 3).

Reis. 3.

In diesem Fall besteht die Ersatzschaltung aus n parallel geschalteten „LED-Kontakt“-Wärmewiderständen (im Diagramm mit Qj-sp gekennzeichnet). Dann - aus n Wärmewiderständen "Kontakt - Leiterplatte" (Qsp-Platine). Zu berücksichtigen sind auch die thermischen Widerstände zwischen Leiterplatte und thermischem Interface-Material (Qpcb-tim), zwischen thermischem Interface-Material und Kühlkörper (Qtim-hs) und schließlich zwischen Kühlkörper und Umgebung (Qhs-a). Konto.

An den Knoten dieser Ersatzschaltung können Sie die Temperatur messen, beispielsweise am Theatsink-Punkt die Temperatur des Kühlkörpers.

Wenn in der Beleuchtungseinrichtung nur eine LED verwendet wird, besteht die Ersatzschaltung aus einer Kette in Reihe geschalteter Wärmewiderstände. Der Wärmewiderstand des gesamten Kühlsystems wiederum ist die Summe aller Wärmewiderstände. Für eine einzelne LED-Leuchte, die auf einer Leiterplatte und einem Kühlkörper montiert ist, wird der Wärmewiderstand aller Kühlsysteme nach folgender Formel berechnet:

Je niedriger der thermische Impedanzwert ist, desto besser wird die Wärme von der LED abgeführt. Der Wärmewiderstand zwischen den Elementen a und b wird nach folgender Formel berechnet:

Qa-b – Wärmewiderstand zwischen den Elementen a und b (°C / W);

Ta ist die Temperatur des Elements a (°С);

Tb ist die Temperatur des Elements b (°С);

Pt ist die nach Formel 1 berechnete Leistung.

Cree bietet in seiner LED-Dokumentation eine Darstellung des maximalen Stroms gegenüber der Temperatur an. Ein Beispiel für ein solches Diagramm ist in Abbildung 4 dargestellt. Wenn Sie den maximalen Strom und die geschätzte Umgebungstemperatur kennen, können Sie den Wert der abzuleitenden Leistung berechnen und dementsprechend den Wert des maximalen Wärmewiderstands ermitteln des Kühlsystems, das Ihnen die Auswahl eines Kühlers und wärmeleitender Materialien ermöglicht.

Reis. 4. Maximaler Strom im Verhältnis zur Temperatur für MKR-LEDs

Schauen wir uns genauer an, wie Komponenten wie die Leiterplatte, die Wärmematerialien und der Kühlkörper zum gesamten Wärmewiderstand beitragen.

Leiterplatte. Die meisten CREE-LEDs erfordern eine Platinenmontage (für die LED-Stromversorgung und die mechanische Montage). Der Wärmewiderstand hängt weitgehend von der Wahl des Leiterplattenmaterials und der Topologie ab. Bei Standard-FR4-Platinen kann der Wärmewiderstand beispielsweise 20 bis 80 °C/W betragen, während bei Platinen auf einem Metallsubstrat der Wärmewiderstand in der Einheit °C/W liegt. CREE bietet einen Leitfaden zur Optimierung der thermischen Leistung von Leiterplatten für das PCB-Design für LEDs an, der Empfehlungen für das PCB-Layout zur Reduzierung des Wärmewiderstands enthält. Sie können auch direkt am Strahler montierte LEDs verwenden. In diesem Fall trägt die Leiterplatte nicht zum Gesamtwärmewiderstand bei.

Wärmeleitfähige Materialien erforderlich, um einen guten thermischen Kontakt zwischen Leiterplatte und Kühlkörper oder zwischen LED und Kühlkörper herzustellen. Zusätzlich zur Bereitstellung eines zuverlässigen thermischen Kontakts können einige thermische Materialien je nach Design des Kühlsystems auch andere Funktionen erfüllen, beispielsweise die Isolierung elektrischer Schaltkreiskomponenten oder die Bereitstellung mechanischer Unterstützung. Die folgende Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften der wichtigsten wärmeleitenden Materialien.

Tabelle 2. Eigenschaften wärmeleitender Materialien

Bei der Auswahl eines wärmeleitenden Materials müssen viele Parameter berücksichtigt werden, nicht nur der Wert der Wärmeleitfähigkeit. Die Dicke der Klebeschicht des Materials wird oft übersehen, und wie aus der folgenden Formel (5) hervorgeht, hängt der Wärmewiderstand direkt von diesem Parameter ab. Hersteller von Wärmeschnittstellenmaterialien stellen in der Dokumentation Informationen zu den wichtigsten Parametern bereit. Für die richtige Auswahl des Wärmeschnittstellenmaterials ist es sehr wichtig, die Auswirkungen jedes dieser Parameter auf den Betrieb des Kühlsystems zu verstehen. Manchmal hat eine dünnere Klebeschicht mit einem schlechten Wärmeleitfähigkeitswert einen geringeren Wärmewiderstand im Vergleich zu einer dickeren Schicht, aber mit einem besseren Wärmeleitfähigkeitswert. Beide Bedingungen müssen bei der Materialauswahl berücksichtigt werden. Der Wärmewiderstand eines wärmeleitenden Materials wird durch die Formel beschrieben:

Qtim ist der Wärmewiderstand des wärmeleitenden Materials (°C/W);

L ist die Schichtdicke (m);

K - Wärmeleitfähigkeit (W / m * K);

A - Kontaktfläche (m 2).

Kühler- Dies ist vielleicht das wichtigste Element im LED-Kühlsystem; Es leitet die Wärme von der Leiterplatte oder direkt von der LED ab und gibt die Wärme an die Luft ab. An den Heizkörper werden folgende Anforderungen gestellt: Das Material des Heizkörpers muss einen hohen Wärmeleitwert aufweisen, die Oberfläche des Heizkörpers muss maximal sein. Neben der Kühlung kann der Kühler auch andere Funktionen erfüllen, meist kann er als Gehäuse oder Halter dienen. Tabelle 3 listet die Wärmeleitfähigkeiten einiger Materialien auf. Darüber hinaus können Heizkörper aus demselben Material, aber mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsverfahren, unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise weist ein Kühlkörper aus eloxiertem Aluminium aufgrund der Strahlung eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als ein herkömmlicher Aluminiumkühlkörper.

Tisch 3 Wärmeleitfähigkeit einiger Materialien

An LED-Lampen werden hinsichtlich der Abmessungen oft recht hohe Anforderungen gestellt, weshalb es erforderlich sein kann, einen Strahler für bestimmte Anforderungen zu konzipieren. Bei der Konstruktion eines Heizkörpers müssen das Gewicht des Endprodukts, die Kosten, die thermischen Parameter und die Möglichkeit einer weiteren Produktion berücksichtigt werden.

Üblicherweise werden Kühlkörper aus gegossenem oder geschmiedetem Aluminium verwendet. Der Kühlkörper aus eloxiertem Aluminium hat einen hohen Emissionsgrad.

Die Entwicklung eines Kühlkörpers kann ein recht komplexes Unterfangen sein, bei dem Größenbeschränkungen, Kosten, Gewicht und Massenproduktionsfähigkeit berücksichtigt werden müssen. Nachfolgend finden Sie einige Richtlinien für die Gestaltung von Heizkörpern:

• die Oberfläche des Heizkörpers sollte möglichst groß sein;
• Als grobe Schätzung können wir von folgender Annahme ausgehen: Für 1 W Verlustwärme wird ein Heizkörper mit einer Fläche von ​​32 ... 65 cm 2 benötigt;
• Um den Kühler richtig zu positionieren und einen guten Luftstrom zwischen seinen Lamellen zu gewährleisten, ist es notwendig, eine gute Vorstellung davon zu haben, wie die LED-Lampe letztendlich befestigt wird.
• ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ist erforderlich;
• Verwenden Sie Kühlkörper mit gutem Emissionsgrad. Durch Eloxieren wird die Wärmeemission des Aluminiumkühlkörpers deutlich erhöht;
• Verwenden Sie Programme zur Modellierung von Kühlsystemen.
• Wählen Sie die Produktionsmethode des Heizkörpers. Bei einigen Verfahren zur Herstellung von Heizkörpern können Einschränkungen hinsichtlich der Dicke und Länge der Kühlrippen sowie der verwendeten Materialien bestehen. Die gebräuchlichsten Produktionsmethoden sind Stanzen, Gießen, Schmieden. Jede Produktionsmethode hat ihre Vor- und Nachteile.

Zwangskühlung

Lassen Sie uns ein paar Worte zur aktiven Kühlung sagen, deren Optionen in Tabelle 4 erläutert werden.

Tabelle 4 Arten der Zwangskühlung

Reicht die natürliche Kühlung zur Wärmeabfuhr nicht aus, muss eine Zwangskühlung eingesetzt werden. Es gibt viele Möglichkeiten der aktiven Kühlung – von Kühlern bis hin zu Wasserkühlungen. Wenn der Einsatz einer aktiven Kühlung unumgänglich ist, sollte berücksichtigt werden, dass LEDs Zehntausende ... Hunderttausende Stunden lang betrieben werden können. Daher sollte ein System bereitgestellt werden, das LEDs vor Überhitzung schützt, falls aktive Kühlgeräte ausfallen Andernfalls führt der Ausfall von Zwangskühlgeräten fast sofort zum Ausfall der LED aufgrund von Überhitzung. Wichtige Parameter sind neben der Lebensdauer Effizienz, Zuverlässigkeit, geringer Geräuschpegel, Preis, Wartungsfreundlichkeit, Stromverbrauch. Zwangskühlgeräte benötigen häufig zusätzliche Leistung, was zu einer Verringerung der Effizienz des Gesamtsystems führt.

Einige Beispiele für die Berechnung von Kühlkörpern

Beispiel einer Kühlkörperberechnung für . Diese LEDs werden direkt am Strahler montiert (Abbildung 5).

Reis. 5. Montage der CXA1304 LED auf einem Kühlkörper

Das Ersatzschaltbild zur Berechnung des thermischen Regimes für diesen Fall besteht aus dem thermischen Widerstand „Verbindung – LED-Kontaktpad“, dem thermischen Widerstand „Kontaktpad – wärmeleitendes Material“, dem Widerstand „wärmeleitendes Material – Strahler“ und schließlich , der Wärmewiderstand „Heizkörper – Luft“ (Abbildung 6).

Reis. 6. Ersatzschaltung für CXA1304 LED

Lassen Sie uns eine Berechnung für Umgebungstemperaturen von 25 °C und 55 °C durchführen. Gehen Sie davon aus, dass die LED mit maximalem Strom betrieben wird und die Sperrschichttemperatur 85 °C beträgt. Verwendung der PCT-Anmeldung auf der CREE-Website ( http://pct.cree.com/), erhalten wir den Wert von Vf für die Sperrschichttemperatur bei maximalem Strom, die Daten sind in Tabelle 5 aufgeführt. Als wärmeleitendes Material verwenden wir die gebräuchlichste Wärmeleitpaste KPT-8, wir nehmen die Wärmeleitfähigkeit gleich an 0,7 W/(m*°C).

Tabelle 5 Daten für die CXA1304-LED-Berechnung

Für LEDs der CXA-Serie gibt die Dokumentation den Wert des Wärmewiderstands „Junction – Pad“ nicht an. Um die Parameter des Systems zu bestimmen, empfiehlt es sich, ein Diagramm zu verwenden, aus dem Sie den Wert des maximalen Wärmewiderstands zwischen LED-Kontakt und Luft entnehmen können (Abbildung 7).

Reis. 7.

Aus dieser Grafik erfahren wir, dass bei einer Lufttemperatur von 25 °C der maximale Widerstand 6 °C/W und bei 55 °C - 2 °C/W beträgt. Berechnen wir den Wärmewiderstand des wärmeleitenden Materials anhand der Formel (5). Die Dicke der Wärmeleitpastenschicht wird mit 0,1 mm angenommen. Dann ist der Wert des Wärmewiderstands wie folgt: Qtim = 0,8°C/W.

Daher muss der Wert des Wärmewiderstands des Heizkörpers bei 25 °C kleiner als 5,2 °C/W sein, bei 55 °C muss er kleiner oder gleich 1,2 °C/W sein. Beispielsweise werden wir MechaTronix-Kühlkörper verwenden ( http://www.led-heatsink.com/). Geeignet für 55°C als Heizkörper LPF11180-ZHE(Abbildung 8). Der Wärmewiderstand dieses Heizkörpers beträgt 1,07°C/W. Bei einer Temperatur von 25 °C ist die Auswahl an Heizkörpern größer.

Reis. 8. Kühler LPF11180-ZHE hergestellt von MechaTronix

Betrachten Sie nun die Berechnung des Kühlsystems für LEDs MK-R2 und (auch für zwei Temperaturoptionen). Die Daten für die Berechnungen sind in Tabelle 6 aufgeführt.

Tabelle 6 Berechnung des Kühlsystems für MK-R2- und CXA3070-LEDs für zwei Temperaturoptionen

Bei MK-R2 LED liegt die Sperrschichttemperatur bei einer Umgebungstemperatur von 55 °C über 85 °C. Tabelle 6 zeigt die Daten, wenn die LED-Sperrschichttemperatur 110 °C beträgt. Aufgrund der Tatsache, dass die MK-R2-LED zunächst auf einer Leiterplatte und dann auf einem Kühlkörper montiert wird, entsteht im Ersatzschaltkreis ein weiterer Wärmewiderstand. Tabelle 6 listet den Wärmewiderstand für die Metallgrundplatte auf. Die letzte Zeile gibt an, welchen Wärmewiderstand der Heizkörper haben soll. Zur Kühlung dieser LEDs eignet sich ein Strahler. SpotLight LED-Kühlkörper 34W Firmen Nuventix(nuventix.com).

Für diese CXA3070-LEDs bieten wir verschiedene Kühloptionen an und vergleichen deren Eigenschaften. Um diese LEDs zu kühlen, nehmen wir einen normalen Heizkörper, einen Heizkörper mit Kühler und ein Kühlsystem. SynJet Hergestellt von Nuventix.

Die Option der passiven Kühlung ist die einfachste, da sie keine zusätzlichen Stromquellen erfordert. Allerdings ist möglicherweise ein ziemlich großer Kühlkörper erforderlich, um erhebliche Wärme abzuleiten. Dies führt zu höheren Kosten und macht den Beleuchtungskörper recht massiv und groß. Daher eignet sich die passive Kühlung am besten für Beleuchtungssysteme mit geringem Stromverbrauch. Zur Kühlung der CXA3070 LED eignet sich ein Kühler LSB99. Dieser Kühler hat folgende Abmessungen: Durchmesser 100 mm, Höhe 50 mm, Kühlergewicht 470 g, was im Vergleich zur aktiven Kühlung deutlich schwerer ist.

Für die aktive Kühlung mit einem Kühler verwenden wir die Kombination aus Kühler und Kühler . Um den Kühler mit Strom zu versorgen, benötigen Sie ein zusätzliches 12-V-Netzteil mit einer Leistung von 0,3 W, die Abmessungen des Kühlsystems betragen 86 mm Durchmesser und 52 mm Höhe, Gewicht innerhalb von 300 g. C - etwa 70.000 Stunden .

Für die Kühlung des SynJet-Systems ist ein Modul erforderlich SynJet Par20 Kühler 24. Die maximal mögliche Verlustleistung beträgt 24 W. Die Abmessungen der gesamten Lampenbaugruppe liegen bei 45 mm Höhe und 65,5 mm Durchmesser bei einem Gewicht von 140 g. Die Energieeffizienz des Systems verringert sich geringfügig. Die angegebene Betriebszeit einer solchen Zwangskühlung beträgt etwa 100.000 Stunden.

Die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von LED-Geräten hängt direkt von der Qualität des Designs des Kühlsystems ab, weshalb es so wichtig ist, dem Design eines zuverlässigen Kühlkörpers besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Zur Kühlung von LED-Systemen mit geringer Leistung reicht ein herkömmlicher Strahler aus; in manchen Fällen kann eine aktive Kühlung erforderlich sein, um die Wärme von Hochleistungsleuchten abzuleiten. Auch bei der Entwicklung neuer Beleuchtungsgeräte wird dringend empfohlen, Berechnungen und Simulationen des Kühlsystems durchzuführen. Die CREE-Website bietet eine Vielzahl von Kühlkörperberechnungsmethoden und nützliche Anwendungen für die richtige Auswahl von Kühlelementen.

5. XLamp-Wärmemanagement

6. Optimierung der thermischen Leistung von Leiterplatten.

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Wie immer möchte ich zunächst sagen, dass ich ein Technofetischist bin. Diese. Ich liebe Gadgets und ungewöhnliche Lösungen. Daher gibt es für einige meiner Entscheidungen keine wesentlichen fundamentalen Gründe dafür, dass sie in meinem System auftreten. Und vielleicht ist dies eine dieser Lösungen.

Gleichzeitig möchte ich jedoch darauf hinweisen, dass wesentliche grundsätzliche Gründe für eine solche Entscheidung durchaus auch in anderen Systemen liegen können. Zum Beispiel kalte Meere, große Bauernhöfe, wo der Energieverbrauch für die Beleuchtung erheblich ist, konzeptionelle Designlösungen, bei denen alles Überflüssige versteckt werden muss usw. Aber dazu später mehr. Daher denke ich, dass diese Entscheidung auch nicht nur als Spielzeug betrachtet werden sollte.

Nun, ich glaube, ich habe einen Nebel des Mysteriums hereingelassen und wir können zur Sache kommen. Also werden wir über Licht sprechen. Genauer gesagt, das Licht erfolgt über leistungsstarke LEDs. Gleichzeitig ist es nicht seine „helle“, sondern die „dunkle“ Seite, die am wenigsten der Aufmerksamkeit des Laien und sogar der Profis gewidmet ist, wenn es darum geht, darüber zu sprechen. Nämlich Kühlung. Diese. Wir sprechen nur über die freigesetzte Wärmeenergie, die als Nebenprodukt der Beleuchtung entsteht und entsorgt werden muss.

Eine effiziente Wärmeableitung von LEDs ist unerlässlich. Ihre Überhitzung führt zunächst zu einem Leistungsabfall und dann zur Zerstörung, da in einem warmen Halbleiter zerstörerische Prozesse, schädliche Elektronenwanderungen usw. aktiviert werden. Darüber hinaus kann der Effekt kollabieren. Diese. Je heißer die LED, desto größer ihr Widerstand, desto stärker erwärmt sie sich.

Dies zwingt die Hersteller dazu, LED-Lampen anzubieten fest Heizkörper. Bei mangelhafter Leistung überhitzt die Diode und kann innerhalb von ein oder zwei Jahren ausfallen. Auch eine mangelhafte Leistung der Diode selbst führt zu einem schnellen Ausfall, da interne Heterogenität und das Vorhandensein von Verunreinigungen zur Bildung von Hot Spots mit allen daraus resultierenden Folgen führen. Typischerweise verliert die LED nach und nach ihre Eigenschaften, Jahr für Jahr lässt die Helligkeit nach und die Wärmeableitung nimmt zu.

Aus dem Vorstehenden lässt sich eine einfache Schlussfolgerung ziehen: Wenn Sie stabiles Licht und eine langlebige Lampe wollen, brauchen Sie erstens eine gute Kühlung.

Aber selbst wenn eine effektive Kühlung erreicht ist, bleibt immer noch die Frage: Wärmerückgewinnung. Normalerweise wird die Wärme durch den Luftstrom von Heizkörpern abgeführt und einfach an den Raum abgegeben. Der Nutzen einer solchen Entsorgung liegt offen gesagt nicht auf der Hand. Andererseits geben wir Geld für die Beheizung des Aquariums aus. Beispielsweise geben meine Baugruppen, und davon gibt es vier auf einer Fläche von ​​600x600mm (~200l), etwa 80W Wärme ab. Stimmen Sie zu, wenn ich diese Wärme effektiv auf das Glas übertragen kann, kann ich etwa 30 % der Energie zum Erhitzen einsparen (unter Berücksichtigung der Tatsache, dass ich mich nachts nur auf die Heizung verlassen muss). Und sogar 50 %, wenn ich möchte, dass die Fische den Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht imitieren. Eine gute Ergänzung zum Ruhestand. Und noch deutlicher wird es dort, wo es um Kilowatt geht!

Ich werde auch auf ein weiteres Problem der Wärmeableitung bei klassischen Methoden eingehen: Der Strahler muss in direktem Kontakt mit der LED stehen und dieser befindet sich in unmittelbarer Nähe des Aquariums. Diese. Man kann sagen, dass die Wärmeableitung direkt über dem Aquarium erfolgt. Warum ist es schlecht? Im einfachen Fall müssen wir im Sommer zusätzliche Energie für den Abtransport dieser überschüssigen Wärme aufwenden, die in der einen oder anderen Form an das Aquarium abgegeben wird. Das greifbarere Problem ist bei Kaltsystemen, wo die Temperatur auf 4 Grad Celsius gehalten werden muss. Dort entfaltet sich ein echter Kampf und es kommt zu erheblichen Mehrausgaben an Strom für die Kühlung.

Nun zum Schönen. Ein Aquarium mit leistungsstarker Beleuchtung in die Gestaltung zu integrieren, ist oft eine große Herausforderung. Das Aquarium stellt klare Anforderungen an seine Versorgung, was den Gestaltungsideen große Grenzen setzt. Eine solche Einschränkung ist natürlich das Licht. Schließlich ist eine Kühlung und damit eine effektive Luftkonvektion erforderlich. Vereinfacht ausgedrückt muss der Designer berücksichtigen, dass über dem Gefäß ein Spielraum gelassen werden muss, um die beeindruckenden Abmessungen der Lampe unterzubringen.

Nun, und vielleicht das Wichtigste: Die Lichtleistung in der klassischen Beleuchtung ist sehr begrenzt. Dies führt zu Einschränkungen in der Tiefe und Breite des Aquariums und zwingt zur Einhaltung bestimmter Proportionen. Und obwohl dies für Wohnungssysteme eine Kleinigkeit ist, kann dies für Artenaquarien, die sogar mit Design belastet sind, ein echtes Problem sein.

Wie können alle oben genannten Probleme gelöst werden? Hoffen Sie nicht einmal, wir werden das Rad nicht neu erfinden. Der Mensch hat seit langem wirksame Mittel zur Wärmeabfuhr für Hochenergiesysteme erfunden. Das Flüssigkeitskühlung. Oder Wasserkühlsysteme, wenn Wasser als Kühlmittel verwendet wird. Kurz gesagt - SVO. Solche Systeme trifft man im Alltag recht häufig an. Sie werden beispielsweise in Autos zur Kühlung des Motors eingesetzt. Heizkörper sind im Prinzip das gleiche System, mit dem Sie Wärme vom Heizraum über ein flüssiges Kühlmittel in unser Haus übertragen können.

Daher können wir mit Sicherheit sagen, dass sich solche Systeme bewährt haben. Die Erfahrung ihrer Verwendung reicht Hunderte von Jahren zurück.

Darüber hinaus werden solche Systeme erfolgreich zur Kühlung von Hochleistungscomputern, auch zu Hause, eingesetzt. Hier kommen wir zum Kern der Idee. Tatsache ist, dass die Komponenten solcher Kühlsysteme am besten geeignet sind, ein solches System zur Kühlung von LEDs in einem Aquarium zu implementieren.

Mal sehen, woraus ein solches System besteht?

Das Herzstück des Systems ist die Pumpe. Fast im wahrsten Sinne des Wortes. Es zwingt die Flüssigkeit im System in Bewegung – das Kühlmittel.

Kühler. Hier gibt es nichts Schwieriges. Es leitet die im Kühlmittel gespeicherte Wärme ab. Die Abmessungen des Heizkörpers können wirklich beeindruckend sein! Natürlich wird bei der Umsetzung kleinerer Systeme deren Kompaktheit in Frage gestellt, doch bei der Erstellung großer Systeme macht erst die Tatsache, dass der Strahler außerhalb des Sichtbereichs bewegt werden kann, das System für den Betrachter bereits ultrakompakt.

Der Wasserblock ist genau das Element des Systems, das in der Lage ist, der Quelle Wärmeenergie zu entziehen und sie auf das Kühlmittel zu übertragen. Vielleicht das technologisch fortschrittlichste in solchen Systemen. Es kommt so weit, dass einige Amateure silberne Wasserblöcke herstellen, die Basis auf einen Spiegel polieren und alles, um kein einziges Watt Wärmeenergie an der Quelle zu hinterlassen.

Dadurch wird die vom Wasserblock aufgenommene Wärme auf das Kühlmittel übertragen, die Pumpe pumpt es in den Kühler, wo die Wärme abgeführt wird.

Es versteht sich von selbst, dass Kühler, Pumpe und Wasserblock weit voneinander entfernt sein können. Und das löst alle oben genannten Probleme.

Kommen wir gesondert auf das Problem der Nutzwärmerückgewinnung zurück. Indem wir den Kühler in diesem System durch einen Wärmetauscher ersetzen, den wir in das Wasser des Aquariums eintauchen, können wir Wärmeenergie direkt an das Aquarium übertragen. Für Meerwasseraquarien sind Titanwärmetauscher relevant. Dieses Metall korrodiert in Salzwasser nicht. Die Verwendung anderer Metalle für diesen Zweck ist nicht akzeptabel!

Glücklicherweise gibt es auch für diesen Fall Lösungen. Als Beispiel können wir einen Wärmetauscher für Freon-Kühlsysteme nehmen. Nun, zum Beispiel wie auf dem Bild. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels war es möglich, es auf der Website http://www.fish-street.com/ zu kaufen.

Für den Anfang: Licht. Mein Licht basiert auf DNK-Baugruppen. Hier sind sie abgebildet, in all ihrer Pracht.

Über deren Eigenschaften können Sie sich auf der Website des Herstellers informieren.

Die Feldgröße der Dioden beträgt etwa 40 mm. Diese. Wir sprechen hier nicht von der Platte selbst, sondern von der Fläche, die von den Dioden selbst eingenommen wird. Die Platte übernimmt eigentlich die Rolle eines Wärmeverteilers und soll laut Herstellervorstellung mit vier Schrauben am Heizkörper befestigt werden. Ja, im Allgemeinen können Sie dies alles auf der Website des Herstellers nachlesen. Es gibt sogar einen Film darüber, wie man eine Lampe zusammenbaut. Ich werde mich nicht aufhängen lassen.

Diese. Tatsächlich brauchte ich einen Wasserblock von 40 x 40 mm oder größer. Nachdem ich die Weiten von Runet durchsucht hatte, wurde mir klar, dass die Kosten für Wasserblöcke in Russland für mich inakzeptabel sind. Und ich ging zu eBay. Es reicht aus, das Wort „Waterblock“ in die Zeile einzugeben und schon stehen Ihnen zahlreiche Optionen zur Verfügung. Persönlich habe ich mich für die billigsten und dementsprechend ineffizientesten Wasserblöcke aus eloxiertem Aluminium entschieden. Gleichzeitig ist ihre Leistung für meine Aufgabe völlig ausreichend. Die Kosten für einen Block betragen etwa 4 US-Dollar.

Ich brauchte vier, habe aber fünf bestellt. Einer in Reserve, weil Schon auf dem Foto sieht man, dass die Qualität der Schweißung zu wünschen übrig lässt. Es wird plötzlich auslaufen...

Der Vorteil dieser Wasserblöcke besteht darin, dass sie eine einfache Form sowie seitliche Anschlüsse haben, wodurch das Design dünner wird.

Ihre Größe entspricht genau den Anforderungen – 40 x 40 x 12 mm. Passend 8mm.

Tatsächlich sind Wasserblöcke der erste und wichtigste Schritt zur Schaffung eines CBO-Systems. Stiftung. Hier erfahren Sie, wie viel Wärme abgeführt werden muss, ob der Wasserblock damit zurechtkommt und welche Anforderungen an den Durchmesser des Schlauchabschnitts gestellt werden. In diesem Fall beträgt der Außendurchmesser des Fittings 8 mm. Und ich musste andere Komponenten basierend auf diesem Durchmesser auswählen.

Der nächste Schritt ist die Auswahl eines Heizkörpers. Sie müssen verstehen, wie viel Wärme von Wasserblöcken gesammelt wird, um die Anforderungen an einen Heizkörper hinsichtlich der Wärmeübertragung zu bestimmen. Nehmen Sie jeweils denjenigen, der es zerstreuen kann, oder mehr. Für mich selbst habe ich mich für dieses entschieden.

Es verfügt über einen großen Spielraum für die Wärmeableitung. Aber mehr ist besser als weniger. Und das Wichtigste: Bei einer solchen Größe des Kühlers können Sie auf Wunsch auf eine aktive Kühlung verzichten. Diese. Verwenden Sie zum Blasen keine Kühler. Natürlich muss berücksichtigt werden, dass bei der passiven Kühlung der Kühler horizontal eingebaut werden muss und die Luft ungehindert durchströmen muss.

Anschlüsse am Kühler mit einem Durchmesser von 8 mm. Die Kosten betragen etwa 25 $.

Wenn Sie nun die Anzahl der Wasserblöcke, die Größe des Kühlers und ganz allgemein die Länge der Kühlmittelleitung kennen, können Sie eine Pumpe auswählen. Es ist schwer zu sagen, worauf man sich bei der Auswahl einer Pumpe erstens verlassen sollte. Darüber hinaus geben die Kenndaten indirekte Informationen wie die Hubhöhe und das Pumpvolumen pro Stunde an. Anforderungen an sie ergeben sich empirisch. Aber je mehr Kühler Sie haben, desto mehr Wasserblöcke, je länger die Schläuche, desto leistungsstärker sollte die Pumpe sein. Für einen solchen Heizkörper empfehle ich die Verwendung einer Pumpe mit einer Steigung von mindestens 3 Metern und einer Förderleistung von mindestens 300 l/h. Ich persönlich habe mich für dieses entschieden.

Seine Eigenschaften:

Verbrauch: 500 l/h

Hubhöhe: 3 m.

Stromversorgung: 12 V.

Leistung: 10 W.

Lärm: 16 dB.

Ausdehnungsgefäß: 250 ml.

Beschläge: 8 mm.

Besonders hervorheben möchte ich das Vorhandensein eines Ausgleichsbehälters in dieser Pumpe. Wie jede Flüssigkeit neigt das Kühlmittel dazu, sich bei Erwärmung auszudehnen. Und er braucht einen Platz dafür. Wenn Sie eine Pumpe ohne Tank nehmen, müssen Sie diese in einer anderen Form umsetzen. Dazu können Sie einen separaten Ausgleichsbehälter kaufen oder Utensilien aus Kunststoff bauen. Der Behälter muss jedoch unbedingt vorhanden sein, sonst kann es passieren, dass beim Erhitzen die Flüssigkeit, deren Volumen zugenommen hat, die Schläuche von den Armaturen reißt und es zu einer Überschwemmung kommt. In jeder Hinsicht schlechtes Zeug.

Sie müssen sich auch die Rauschzahl ansehen. Diese Pumpe ist sehr klein. Weniger als auf dem Kühler. Denken Sie daran, dass Verkäufer diese Zahl oft unterschätzen. Versuchen Sie daher, auf die Qualität der Pumpe zu achten, um die Richtigkeit dieser Indikatoren zu überprüfen. In meinem Fall hat die Pumpe optisch ein gutes technisches Design. Es gibt eine Silikonhalterung und ein Gitter, um unkontrollierte Wasserschwankungen zu verhindern. Diese. Es ist deutlich zu erkennen, dass sie sich mit dem Thema Lärm beschäftigt haben. Auch hier spielen die Kosten eine Rolle. Diese Pumpe hat mich etwa 30 $ gekostet.

Nun galt es, das Problem der Kombination aller Elemente in einem einzigen System zu lösen. Hierfür empfehle ich dringend Silikonschläuche. Sie können sie bei Unternehmen kaufen, die medizinische Produkte liefern (siehe Links am Ende des Artikels). Es hat mich etwa 300 Rubel für fünf Meter gekostet. Oder etwa 5 US-Dollar zum damaligen Wechselkurs.

Ich habe es im November 2014 bestellt. und wartete bis etwa Mitte Dezember desselben Jahres. Während sich das Warten hinzog, begann ich mit der Arbeit am technischen Entwurf.

Für mich selbst habe ich mir zum Ziel gesetzt, eine Lampe im Deckel des Aquariums zu platzieren. Die Höhe der Leuchte sollte 50 mm nicht überschreiten. Außerdem wollte ich einen einfachen Zugang zum gesamten zu versorgenden Bereich des Aquariums haben, ohne das Licht zu schleppen.

Beim Experimentieren mit AutoCAD bin ich auf den folgenden Konzeptentwurf gekommen.

Das Design erwies sich als einfach herzustellen. Mindestbestellmenge:

1. Führungen, für die ich mich für die Verwendung von Schrumpfschläuchen aus Aluminium entschieden habe. Wärmeschrumpfung ist erforderlich, um Korrosion des Metalls bei eindringender Feuchtigkeit zu verhindern. Jumper haben wie geplant zwei Funktionen gleichzeitig: Sie dienen als Organizer für Drähte und Schläuche; Sichern Sie die Struktur. Hergestellt aus Acryl.

2. Fälle von Fahrern. Sie befinden sich im Zentrum der Struktur. Hier wollte ich den Controller und die Treiber platzieren. Sie mussten auch aus Acryl sein. Nur ein Kabel sollte zur Lampe passen. Leider hat das Leben etwas anderes beschlossen, aber dazu später mehr.

3. Vier Lichtmodule – das gleiche Acryl. Ihr Design ist komplex und besteht aus mehreren Schichten. In der Zeichnung (obere Reihe) sehen Sie deren Schichtaufbau, sowie die Abmessungen weiterer Teile der Lampe und die benötigte Anzahl der Rohlinge.

Die gesamte Struktur ist „schwebend“. Diese. Die Module können sich entlang der Schienen bewegen und die gesamte Leuchte kann wie eine Raupe „aufgerollt“ werden. Dies löst sowohl das Problem des einfachen Zugangs zum Aquarium als auch die Anpassung der Position der Lichtquellen für eine optimale Korallenbelichtung.

Ich habe die Herstellung von Rohlingen im Laser Center in Auftrag gegeben. Ich habe sie eine Woche später rausgeholt. Das Ganze hat mich etwa 50 $ gekostet. Folgendes ist passiert:

Ein paar Wochen später kamen die Komponenten beim CBO an und ich begann mit dem Zusammenbau der Lampe.

Zu meinem großen Bedauern habe ich die herausragenden Fähigkeiten des Klebemeisters nicht unter Beweis gestellt und die Klebeung selbst erwies sich als „schmutzig“. Geklebt mit Acrylkleber (in Dichlorethan gelöste Acrylspäne).

Zusammenklappbare Struktur. Das Oberteil wird mit Schrauben befestigt. Den Faden habe ich direkt in das Acryl geschnitten. Der Einfachheit halber können Sie im Prinzip Durchgangslöcher bohren und mit einer Haarnadel befestigen.

Nachdem das Lampenmodul für die Montage vorbereitet wurde, konnte mit der Montage selbst begonnen werden. Zunächst musste Wärmeleitpaste auf die Wasserblöcke und LED-Baugruppen aufgetragen werden.

Dies ist ein sehr wichtiger und notwendiger Schritt. Für eine effiziente Wärmeableitung ist es notwendig, dass die Bereiche von Baugruppen und Wasserblöcken möglichst gut miteinander in Kontakt kommen. Bei schlechter Kontaktqualität kommt es an solchen Stellen zu lokalen Überhitzungen, die sich negativ auf die Zielerreichung auswirken.

Verteilen Sie die Wärmeleitpaste möglichst gleichmäßig auf beiden Oberflächen. Ich habe übrig gebliebene Nudeln aus meinem Vorrat verwendet. Es stellte sich heraus, dass es ausgetrocknet war und es daher schwierig war, es perfekt aufzutragen. Aber zum Glück stammt die Baugruppe, die Sie auf dem Foto sehen, von einer alten Lampe. Es war bereits eine Schicht Wärmeleitpaste aufgetragen. Das hat mir die Arbeit etwas erleichtert. Ich empfehle Ihnen, die Wärmeleitpaste mit einer Plastikkarte zu glätten und diese als Spachtel zu verwenden.

Anschließend müssen die beiden Flächen mit Kraft und leichtem Drehen des Wasserblocks nach links und rechts gegeneinander gedrückt werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitpaste zwischen den Teilen zu erreichen. Ein Beweis dafür sind hervorstehende Wärmeleitpaste an den Rändern des Wasserblocks sowie eine deutlich sichtbare Verklebung der Teile.

Nun galt es, das entstandene „Sandwich“ in den Körper zu legen. Obwohl das Gehäuse sehr angepasste Abmessungen hatte, war das Spiel immer noch vorhanden. Beim Zusammenbau des Moduls war es außerdem erforderlich, eine Kompression des „Sandwichs“ von oben und unten zu erreichen.

Ich habe beschlossen, Silikonpads herzustellen, die die Struktur im Inneren drücken. Dazu habe ich an fünf Stellen von der Montageseite des Wasserblocks und an vier Stellen von der Seite der Baugruppe Silikon aufgetragen.

Beim Zusammenbau habe ich einen Spalt von ein paar Millimetern gelassen.

Nachdem ich darauf gewartet hatte, dass das Silikon aushärtete, zog ich die Schrauben vollständig an. Hier ist, was ich nach vier Stunden Wartezeit bekommen habe.

Alles war großartig und wunderbar und ich begann mit den ersten Tests. Wie Sie sich wahrscheinlich erinnern, wollte ich in der ersten Version die Treiber in Acrylgehäusen unterbringen. Leider hat die Praxis gezeigt, dass dies nicht die beste Idee war. Dort ist es zu einer Überhitzung gekommen. Im Allgemeinen war es vorhersehbar, weil. Eine Wärmeübertragung habe ich nicht erwartet. Ich habe von dieser Schande kein Foto gemacht, weil Ehrlich gesagt war ich verärgert. Ich war ihnen nicht gewachsen. Später sehen Sie das Ergebnis auf einem der Treiber.

Mir lief die Zeit davon, denn Ich habe die Lampe für die Eröffnung eines neuen Aquariums zusammengebaut. Ich beschloss, das Konzept der Treiberanordnung radikal zu ändern und sie in ein separates Aluminiumgehäuse zu verlegen. So kam es.

Die Aufgaben werden dadurch gelöst, dass in einer flüssigkeitsgekühlten LED-Lampe ein Körper aus wärmeleitendem Material enthalten ist, der in Form eines mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllten Hohlbehälters hergestellt ist und außen entlang des Umfangs Rippen angebracht und hermetisch abgedichtet ist Ein Deckel und ein Loch zum Einfüllen von Flüssigkeit, eine Lichtquelle, ein Diffusor aus glasartigem Material, wärmeerzeugende Lichtquellen sind in der Mitte des äußeren Teils des Gehäusebodens angebracht, das Innenvolumen des Gehäuses ist durch Fächer unterteilt zwei in Längsrichtung ausgerichtete Streifen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, die mit Lücken zu den Stirnwänden des Gehäuses installiert sind, der Deckel ist mit Rippen ausgestattet, die in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Produkte liegen. Die Verwendung von Flüssigkeit als Wärmeträger ermöglicht Es ist möglich, einen zuverlässigen thermischen Kontakt mit allen wärmeerzeugenden Komponenten der Leuchte sicherzustellen, unabhängig von ihrer geometrischen Form und Lage relativ zum Gehäuse, was zur Langlebigkeit ihres Betriebs beiträgt.

Das Gebrauchsmuster bezieht sich auf die Beleuchtungstechnik, insbesondere auf Hochleistungs-Leuchtdioden-Beleuchtungsgeräte mit Kühlvorrichtung für Straßen-, Industrie-, Wohn- und Architekturbeleuchtung.

LED-Beleuchtungsgeräte zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer, ein hohes Maß an Sicherheit, Kompaktheit und eine Reihe weiterer positiver Eigenschaften aus; Sie haben jedoch ernsthafte Probleme bei der Organisation der Wärmeableitung von LEDs. Beim Einsatz von Hochleistungs-LEDs besteht die Gefahr einer Überhitzung der LEDs im Betrieb, was zu einer Verringerung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Leuchten führt.

Bei LED-Beleuchtungsgeräten gibt es verschiedene Methoden zur Wärmeableitung.

Bekannt sind LED-Lampen (PM 80156, 85982, 110816), bei denen die LEDs in einem Metallgehäuse mit thermischem Kontakt zu diesem untergebracht sind, wobei das Gehäuse gleichzeitig als Kühlkörper dient. Um die Wärmeabgabeleistung der LEDs zu erhöhen, kann der Kühlkörper zusätzlich über eine Zwangskühlung der Oberfläche verfügen, beispielsweise durch einen Lüfter (I 2313199, H05V 33/02) /

Es ist eine Vorrichtung zur Kühlung (RU, 104412 U1, H05K 7/20) bekannt, die eine Überhitzung wärmeerzeugender Bauteile (Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Drosseln, Transformatoren usw.) während ihres Betriebs verhindern soll. Das Kühlgerät besteht aus einem Gehäuse mit einem Deckel, der mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist, bei der es sich um Transformatoröl mit regulierten elektrischen Isoliereigenschaften oder Silikonflüssigkeit mit elektrischen Isoliereigenschaften handelt.

Wärmeerzeugende Elemente sind Bestandteile elektronischer Vorschaltgeräte für Gasentladungs- oder LED-Lampen.

Es ist ein Lichtgerät mit passiver Kühlvorrichtung (RU, 113555 U1, F21S 8/00) bekannt, bei dem das Gehäuse in Form eines hohlen, hermetischen Behälters hergestellt ist, der mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt ist und von unten mit Glas zum Austritt hin verschlossen ist Um den Lichtfluss zu gewährleisten, ist im Inneren des Behälters ein volumetrischer Wärmeisolator mit Lücken zu seinen Wänden mit einem zentralen Kanal installiert, der durch ein Rohr aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet wird, und die LEDs und die Stromversorgung sind im Inneren des Behälters mit Lücken platziert relativ zur Glasebene und der unteren Oberfläche des Wärmeisolators.

Dem vorgeschlagenen Gebrauchsmuster am nächsten kommt ein LED-Beleuchtungsgerät (RU, 103596 U1, F21S 10/00), das als Prototyp angenommen wurde. Das Beleuchtungsgerät enthält ein Wärmeübertragungssystem in Form einer versiegelten Kammer, die teilweise mit einem Kühlmittel (z. B. Wasser, Alkohol, Aceton usw.) gefüllt ist. Auf der unteren Außenfläche ist ein wärmeableitendes Metallsubstrat mit LEDs montiert der Kammer. Die Seitenfläche der Kammer ist mit Rippen versehen und fungiert als Kühler. Für die Zirkulation des Kühlmittels werden je nach Lage des Metallsubstrats mit LEDs entweder Gravitationskräfte oder die Kapillarstruktur der Innenoberfläche der Kammer genutzt.

Der Nachteil der beschriebenen Konstruktionen besteht in der Möglichkeit einer Überhitzung unter bestimmten Witterungsbedingungen und damit zum Ausfall der Lampe. Und in der letzteren Version zusätzlich die komplexe Gestaltung des inneren Teils des Körpers, nämlich der Kapillarstruktur.

Die Ziele des vorgeschlagenen Gebrauchsmusters sind:

Vereinfachung des Designs des LED-Beleuchtungsgeräts,

Steigerung der Effizienz der Wärmeableitung von LEDs,

Erhöhen Sie die Lebensdauer des Beleuchtungsgeräts,

Verbesserung der Leistungseigenschaften der Leuchte beim Einsatz zur Straßenbeleuchtung durch die Möglichkeit des Einsatzes von Hochleistungs-LEDs.

Die Aufgaben werden dadurch gelöst, dass in einer flüssigkeitsgekühlten LED-Lampe ein Körper aus wärmeleitendem Material enthalten ist, der in Form eines Hohlbehälters hergestellt ist, der mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt ist, mit Rippen, die außen entlang des Umfangs angebracht sind, mit einer hermetischen Abdichtung versiegelter Deckel und Einfüllöffnung,

Wärmeerzeugende Lichtquellen sind in der Mitte des äußeren Teils des Gehäusebodens angebracht und mit einer Schutzkappe aus glasartigem Material abgedeckt. Das Innenvolumen des Gehäuses ist durch zwei in Längsrichtung ausgerichtete Streifen aus einem Material mit in Kompartimente unterteilt geringe Wärmeleitfähigkeit, mit Lücken zu den Stirnwänden des Gehäuses eingebaut, der Deckel ist mit Rippen ausgestattet, die in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Produkts liegen

Eine Besonderheit des vorgeschlagenen Gebrauchsmusters ist die strukturelle Integration des Sockels der Brennelemente, des Kühlergehäuses und der wärmeabführenden Flüssigkeit in ein einziges Kühlsystem, sodass die Wärme der LEDs durch den Aluminiumsockel abgeführt wird (oder zusätzlich durch die Leiterplatte) und dann durch die wärmeabführende Flüssigkeit zum Kühlkörpergehäuse.

Das Gehäuse besteht aus einem Monolith aus wärmeableitendem Material, an dessen Umfang an drei Seiten Rippenplatten angebracht sind, um die Fläche der gekühlten Oberfläche zu vergrößern.

Es besteht die Möglichkeit, die Leistung der Leuchte zu steigern, indem die Anzahl der Gehäuse durch den Anschluss über seitliche Andockelemente erhöht wird.

Der Deckel ist mit der Möglichkeit einer hermetischen Montage am Gehäuse ausgestattet und ist ebenso wie die Seitenwände des Gehäuses mit Rippenplatten ausgestattet, die vertikal in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Produkts angeordnet sind.

Durch die Anordnung der Lamellenplatten in einer vertikalen Ebene kann jeder Luftstrom an der Kühlung teilnehmen, und die Anordnung in einem Winkel zur Oberfläche bietet die Möglichkeit, die Platten selbst von verschiedenen Arten von Niederschlägen zu reinigen. Es ist bekannt, dass Luft Wärme besser von einer sauberen Oberfläche abführt.

Wenn die Lichtquelle nicht nur auf dem Aluminiumsockel des Gehäuses, sondern über eine Leiterplatte montiert ist, besteht die Leiterplatte ebenfalls aus einer Aluminiumplatte, die starr in der Mitte des äußeren Teils des Sockels befestigt ist Gehäuse und in Längsrichtung ausgerichtet (d. h. gegenüber dem mittleren Fach des inneren Hohlraums des Körpers angeordnet).

Die Lichtquelle stellt ein LED-Modul dar, bei dem die lichtemittierenden Elemente zu einer Reihe in Reihe geschalteter LEDs zusammengefasst sind. Abhängig von den erforderlichen Eigenschaften können auf jeder LED optische Linsen angebracht werden.

Die Lichtquelle wird durch einen optisch transparenten Diffusor aus glasartigem Material geschützt. Der Lichtdiffusor – ein sehr wichtiges Element der Lampe – bestimmt den quantitativen und qualitativen Lichtstrom und damit die Qualität der Beleuchtung.

Durch die Verwendung einer Flüssigkeit als Wärmeträger kann ein zuverlässiger thermischer Kontakt zu allen wärmeerzeugenden Bauteilen der Leuchte, unabhängig von deren geometrischer Form und Lage relativ zum Gehäuse, gewährleistet werden, ohne dass die Leiterplatte mechanisch belastet wird , was zur Langlebigkeit seines Betriebs beiträgt. Die Wärmekapazität einer Flüssigkeit ist höher als die Wärmekapazität von Luft. Das wärmeleitende Fluid sorgt für eine Konvektionswärmeübertragung, die bei der Wärmeabfuhr durch feste Dichtungen oder Verbindungen fehlt.

Als wärmeabführende Flüssigkeit können Wasser, Alkohol, Aceton usw. verwendet werden.

Darüber hinaus kann in der Wintersaison Frostschutzmittel als Wärmeträgerflüssigkeit verwendet werden.

Das Gebrauchsmuster wird durch die folgenden Zeichnungen veranschaulicht:

1 ist ein allgemeines Diagramm einer flüssigkeitsgekühlten LED-Lampe;

Abb.2 – die Außenfläche des Sockels der LED-Lampe;

Abbildung 3 – Abdeckung der LED-Lampe (Draufsicht)

Flüssigkeitsgekühltes LED-Downlight enthält ein Gehäuse (1) aus wärmeleitendem Material, das an drei Seiten entlang seines Umfangs mit wärmeableitenden Wärmetauscherlamellen (2) ausgestattet ist, sowie eine in der Mitte montierte Leiterplatte (3) mit LEDs (4). der äußere Teil des Gehäusebodens (5) mit einer Ausrichtung in Längsrichtung. Das Innenvolumen des Gehäuses ist durch zwei längsorientierte Streifen (7) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit in 3 Kammern (6) unterteilt, die mit Lücken zu den Stirnwänden des Gehäuses eingebaut und mit einem wärmeleitenden Material gefüllt sind Flüssigkeit (8). Das Gehäuse ist mit einem Deckel (9) hermetisch verschlossen und verfügt über ein hermetisch verschlossenes Loch (10) zum Ausgießen von Flüssigkeit. Die Abdeckung ist mit Rippen ausgestattet, die in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Produkts angeordnet sind (11). Außen wird die Lichtquelle durch einen optisch transparenten Diffusor aus glasartigem Material geschützt (in den Zeichnungen nicht dargestellt).

Die flüssigkeitsgekühlte LED-Lampe funktioniert wie folgt.

Beim Anlegen einer Spannung geben LEDs Lichtenergie ab, begleitet von Wärme.

Die Wärmeübertragung von den funktionierenden LEDs erfolgt auf die Platine und weiter durch den Gehäuseboden (oder direkt durch den Gehäuseboden) und die wärmeabführende Flüssigkeit, die frei im Gehäuse zirkuliert. Im mittleren Fach erwärmt sich die Flüssigkeit schneller, da sich dort die Brennelemente befinden. Gemäß den Gesetzen des Prozesses der konvektiven Flüssigkeitsbewegung und aufgrund der geneigten Position der Lampe in der Arbeitsposition bewegen sich ihre stärker erhitzten Schichten entlang des zentralen Fachs vom Sockel zum gegenüberliegenden Ende, wo sie gleichmäßig verteilt werden die Seitenfächer. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit reduziert, was zu einer starken Wärmeübertragung vom Gehäuse auf den Luftstrom führt.

Die wärmeabführende Flüssigkeit leitet die Wärme effektiv und gleichmäßig von der Leiterplatte und anderen wärmeerzeugenden Komponenten der Leuchte ab und gibt sie an die Wände und den Gehäusedeckel ab. Die vertikale Anordnung der wärmeabführenden Lamellen am Leuchtenkörper und an der Abdeckung der Leuchte verbessert die Wärmeableitung, da sie dazu beiträgt, alle Luftströme am Kühlprozess zu beteiligen. Die Anordnung der wärmeabführenden Lamellen der Abdeckung in einem Winkel zur Längsachse des Produkts trägt zur Selbstreinigung von Niederschlägen und Schmutz bei und erleichtert die Pflege des Produkts während des Betriebs.

Somit löst die Umsetzung des Gebrauchsmusters alle von den Autoren gestellten Aufgaben.

1. Eine flüssigkeitsgekühlte LED-Leuchte, die ein Gehäuse aus einem wärmeleitenden Material enthält, das an drei Seiten entlang seines Umfangs mit Rippen versehen ist und mit einer wärmeabführenden Flüssigkeit gefüllt ist, eine Lichtquelle, dargestellt durch eine LED-Leiste, geschützt durch einen optisch transparenten Diffusor aus glasartigem Material, hermetisch dichter Abdeckung und einem Loch zum Ausgießen von Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen des Gehäuses durch zwei in Längsrichtung ausgerichtete, mit Lücken eingebaute Streifen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit in drei Kammern unterteilt ist relativ zu den Stirnwänden des Gehäuses ist die Lichtquelle in der Mitte des äußeren Teils des Gehäusebodens direkt oder über eine Leiterplatte mit Ausrichtung in Längsrichtung angebracht, die Abdeckung ist mit in einem spitzen Winkel angeordneten Rippen versehen zu seiner Längsachse.

2. Flüssigkeitsgekühlte LED-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als wärmeabführende Flüssigkeit Frostschutzmittel verwendet wird.