RU191976U1

RU191976U1 - LED LIGHTING DEVICE USING THERMOCOUPLES

Info

Publication number: RU191976U1
Application number: RU2019106261U
Authority: RU
Inventors: Мария Алексеевна Чепкасова; Татьяна Александровна Широбокова; Ирина Геннадиевна Поспелова
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-08-29

Abstract

Полезная модель относится к области светотехники и может быть использована в наружном освещении сельскохозяйственных объектов.Задачей предлагаемого технического решения является повышение КПД светодиодного осветительного прибора за счет использования термопары, преобразующей тепловую энергию, выделяемую в плате, в электрическую энергию, которая поставляется в систему питания прибора.Технический результат достигается за счет изменения конструкции ребра радиатора светильника, позволяющего преобразовать тепло, выделяемое в печатной плате, в электрическую энергию за счет возникновения термоэлектрического эффекта. Данный эффект достигается последовательным соединением термопар, образованных ребром радиатора и припаянной к нему константановой проволокой. Это обеспечивает дополнительное питание светильника и увеличивает его КПД. 4 ил.The utility model relates to the field of lighting engineering and can be used in outdoor lighting of agricultural facilities. The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of an LED lighting device by using a thermocouple that converts the thermal energy released in the circuit board into electrical energy that is supplied to the device’s power supply system. The technical result is achieved by changing the design of the fins of the radiator of the lamp, which allows you to convert the heat generated in the print second board into electrical energy due to the appearance of the thermoelectric effect. This effect is achieved by the serial connection of thermocouples formed by a radiator rib and a constantan wire soldered to it. This provides additional power to the lamp and increases its efficiency. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области светотехники и может быть использована в наружном освещении сельскохозяйственных объектов.The utility model relates to the field of lighting engineering and can be used in outdoor lighting of agricultural facilities.

Известен светильник уличный полупроводниковый [1], содержащий корпус, внешняя поверхность которого является охлаждающим радиатором, полупроводниковые источники света, блок управления источниками света, защитный оптически прозрачный элемент, отличающийся тем, что на нижней стороне корпуса параллельно рядам полупроводниковых излучающих элементов расположена система отражающих экранов.Known street semiconductor lamp [1], comprising a housing, the outer surface of which is a cooling radiator, semiconductor light sources, a light source control unit, a protective optically transparent element, characterized in that a system of reflective screens is arranged parallel to the rows of semiconductor emitting elements on the lower side of the housing.

Недостатком данного светодиодного прибора является низкий КПД, обусловленный тем, что около 50% потребляемой электрической энергии рассеивается прибором в виде тепла.The disadvantage of this LED device is its low efficiency, due to the fact that about 50% of the consumed electrical energy is dissipated by the device in the form of heat.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является светодиодный осветительный прибор [2], содержащий солнечную батарею, радиатор со специальным напылением, выполненным в виде сетки из двух металлов с разным коэффициентом термо ЭДС, обеспечивающим возникновение термоэлектрического эффекта и преобразования тепловой энергии в электрическую, систему управления освещением, расположенную на опоре светильника.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a LED lighting device [2], containing a solar battery, a radiator with a special spraying made in the form of a grid of two metals with a different coefficient of thermo-emf, which provides the occurrence of thermoelectric effect and the conversion of thermal energy into electrical energy, lighting control system located on the lamp support.

Недостатком данного устройства является сложность системы напыления, что приводит к увеличению стоимости светильника.The disadvantage of this device is the complexity of the spraying system, which leads to an increase in the cost of the lamp.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение КПД светодиодного осветительного прибора за счет использования термопары, преобразующей тепловую энергию, выделяемую в плате, в электрическую энергию, которая поставляется в систему питания прибора. В новой конструкции предлагается использовать ребро радиатора в качестве пассивной ветви термопары, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the LED lighting device through the use of a thermocouple that converts the thermal energy released in the circuit board into electrical energy that is supplied to the device’s power system. In the new design, it is proposed to use the radiator fin as a passive branch of the thermocouple, which greatly simplifies and cheapens the design.

Техническим результатом предложенного устройства является снижение количества электрической энергии, рассеиваемой светодиодами в виде тепла, а следовательно, снижение уровня потребления электроэнергии светодиодными осветительными приборами, за счет преобразования тепловой энергии, выделяемой в печатной плате в электрическую, используемую для дополнительного питания светильника. Это позволит снизить затраты электроэнергии, расходуемой на наружное освещение сельскохозяйственных объектов.The technical result of the proposed device is to reduce the amount of electric energy dissipated by the LEDs in the form of heat, and therefore, reduce the level of electricity consumption by LED lighting devices, by converting the thermal energy released in the circuit board into electrical energy used for additional power supply of the lamp. This will reduce the cost of electricity spent on outdoor lighting of agricultural facilities.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет изменения конструкции ребра радиатора светильника, позволяющего преобразовать тепло, выделяемое в печатной плате, в электрическую энергию за счет возникновения термоэлектрического эффекта. Данный эффект достигается последовательным соединением термопар, образованных ребром радиатора и припаянной к нему константановой проволокой.The above technical result is achieved by changing the design of the radiator fins of the lamp, which allows you to convert the heat released in the printed circuit board into electrical energy due to the occurrence of thermoelectric effect. This effect is achieved by the serial connection of thermocouples formed by a radiator rib and a constantan wire soldered to it.

На фиг. 1 представлена конструкция светодиодного осветительного прибора (уличный фонарь), на фиг. 2 изображен светодиодный осветительный прибор в продольном разрезе. На фиг. 3 изображен радиатор светильника, на фиг. 4 пояснена система питания светильника.In FIG. 1 shows the design of an LED lighting fixture (street lamp), FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an LED lighting device. In FIG. 3 shows a lamp radiator, in FIG. 4 explains the power supply system of the lamp.

Устройство (фиг. 1) содержит светильник 1, состоящий из верхней крышки 2, рассеивателя 3, закрепленный на горизонтальной части опоры 4, соединенной с вертикальной опорой 5. Светильник (фиг. 2) состоит из корпуса 7, теплоотводящего радиатора 6, печатной платы 8 и светодиодов 9, подключенных к источнику питания 10, подключенного к сети переменного тока с помощью питающего проводника 11. Проволока 14 (фиг. 3), выполненная из константана, припаяна к ребру 13 радиатора 6 образует точки горячего 15 и холодного 12 спаев, расположенных на нижней и верхней части радиатора 13 соответственно, создает термопару. Точки горячего 15 и холодного 12 спаев (фиг. 4), соединены медными проводниками 17 с аккумулятором 16, подключенным к системе питания светильника.The device (Fig. 1) contains a lamp 1, consisting of a top cover 2, a diffuser 3, mounted on the horizontal part of the support 4 connected to the vertical support 5. The lamp (Fig. 2) consists of a housing 7, a heat sink 6, a printed circuit board 8 and LEDs 9 connected to a power source 10 connected to an AC network using a supply conductor 11. A wire 14 (Fig. 3) made of constantan is soldered to the edge 13 of the radiator 6 and forms hot spots 15 and cold 12 junctions located on bottom and top for the sake of the torus 13, respectively, creating a thermocouple. Points of hot 15 and cold 12 junctions (Fig. 4) are connected by copper conductors 17 to the battery 16 connected to the power supply system of the lamp.

Устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения с помощью проводника 11 на источник питания 10, от 25 до 40 процентов энергии преобразуется светодиодами 9 в оптическое излучение, которое распределяется рассеивателем 3. Около 50 процентов электрической энергии преобразуется в тепловую энергию, что приводит к постепенному нагреву печатной платы 8 и радиатора 6. Радиатор 6 выполнен из алюминия и имеет ребристую форму. К ребру 13 радиатора 6 припаяна константановая проволока 14 диаметром 1 мм, которая образует точки горячего 15 и холодного 12 спаев, расположенных на нижней и верхней части ребра 13 радиатора 6 соответственно, создает термопару, спаи соединены медными проводниками 17 с аккумулятором 16. Расположение термопар только с одной стороны радиатора образует их последовательное соединение в батарею, что увеличивает количество вырабатываемого ЭДС. Образующаяся разница температур спаев 12 и 15 приводит к возникновению термо ЭДС за счет эффекта Пельтье, возникновению эффекта Томпсона, увеличению теплообмена в радиаторе и зарядке аккумулятора 16. Аккумулятор 16, получая энергию и передавая ее источнику питания 10, позволяет повысить КПД светодиодов, преобразуя выделяющуюся теплоту в электрическую энергию.The device operates as follows. When applying a supply voltage using a conductor 11 to a power source 10, from 25 to 40 percent of the energy is converted by the LEDs 9 into optical radiation, which is distributed by the diffuser 3. About 50 percent of the electrical energy is converted into thermal energy, which leads to the gradual heating of the printed circuit board 8 and radiator 6. Radiator 6 is made of aluminum and has a ribbed shape. A constantan wire 14 with a diameter of 1 mm is soldered to the edge 13 of the radiator 6, which forms the points of hot 15 and cold 12 junctions located on the lower and upper parts of the fin 13 of the radiator 6, respectively, creates a thermocouple, the junctions are connected by copper conductors 17 to the battery 16. The location of the thermocouples only on the one hand, the radiator forms their series connection to the battery, which increases the amount of emf generated. The resulting temperature difference of junctions 12 and 15 leads to the emergence of thermo-EMF due to the Peltier effect, the occurrence of the Thompson effect, increased heat transfer in the radiator and battery charging 16. Battery 16, receiving energy and transmitting it to power source 10, can increase the efficiency of the LEDs, converting the released heat into electrical energy.

Проведенные расчеты показали, что данное устройство позволит увеличить КПД светодиодного светильника на 10…12%.The calculations showed that this device will increase the efficiency of the LED lamp by 10 ... 12%.

Источники информации:Information sources:

1. Патент RU на полезную модель 103895, МПК: F21S 13/10, опубликован 27.04.2011 г.1. RU patent for utility model 103895, IPC: F21S 13/10, published on April 27, 2011.

2. Патент US на полезную модель 2013/0081666 Al, СРС HOIL 35/32 (2013.01), USPC 136/205 опубликован 04.04.2013 г.2. US patent for utility model 2013/0081666 Al, СРС HOIL 35/32 (2013.01), USPC 136/205 published 04.04.2013

Claims

An LED lighting device containing a lamp consisting of a heat sink radiator made of aluminum and having a ribbed shape, a constantan wire 1 mm in diameter is soldered to the radiator edge, forming hot and cold junctions located on the lower and upper parts of the radiator, respectively, creating a thermocouple that connected by copper conductors to the battery and connected to the power supply system of the lamp, thermocouples are located only on one side of the radiator and form a series connection nennuyu battery that increases the amount of generated EMF.