Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов
Приведены результаты экспериментального исследования рабочих характеристик аммиачных алюминиевых тепловых труб (ТТ) с канавчатой капиллярной структурой, предназначенных для использования в качестве теплопередающих элементов в конструкции мощного светодиодного осветительного прибора с принудительным...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100463 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов / М.А. Лозовой, Ю.Е. Николаенко, Б.М. Рассамакин, С.М. Хайрнасов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 5-6. — С. 32-38. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859635792539811840 |
|---|---|
| author | Лозовой, М.А. Николаенко, Ю.Е. Рассамакин, Б.М. Хайрнасов, С.М. |
| author_facet | Лозовой, М.А. Николаенко, Ю.Е. Рассамакин, Б.М. Хайрнасов, С.М. |
| citation_txt | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов / М.А. Лозовой, Ю.Е. Николаенко, Б.М. Рассамакин, С.М. Хайрнасов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 5-6. — С. 32-38. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Приведены результаты экспериментального исследования рабочих характеристик аммиачных алюминиевых тепловых труб (ТТ) с канавчатой капиллярной структурой, предназначенных для использования в качестве теплопередающих элементов в конструкции мощного светодиодного осветительного прибора с принудительным воздушным охлаждением. В диапазоне значений подводимого теплового потока от 50 до 100 Вт и скорости набегающего воздушного потока от 0,8 до 2,1 м/с температура в зоне нагрева ТТ в зависимости от угла их наклона к горизонту находилась в пределах от 31,0 до 52,5°С, при этом перепад температуры по ТТ составлял от 0,9 до 3,1°С. Значения теплового сопротивления ТТ находились в диапазоне от 0,012 до 0,044°С/Вт
Приведено результати експериментального моделювання теплових характеристик двох алюмінієвих аміачних теплових труб (ТТ) з канавчатою капілярною структурою, призначених для використання як теплопередавальні елементи в конструкції потужного світлодіодного освітлювального приладу з вимушеним повітряним охолодженням. В діапазоні значень теплового потоку, що підводиться, від 50 до 100 Вт і швидкості повітряного потоку, що набігає, від 0,8 до 2,1 м/с температура в зоні нагрівання ТТ в залежності від кута її нахилу до горизонту знаходилася в межах від 31,0 до 52,5°С, при цьому перепад температури по ТТ складав від 0,9 до 3,1°С. Значення теплового опору ТТ знаходилося в діапазоні від 0,012 до 0,044°С/Вт.
New energy-saving technologies for lighting is a promising trend in lighting technology. To this end, during the recent decade, have been actively developed and implemented lighting units based on LED modules. Reliability of such devices is largely dependent on the ensuring of cooling of the LEDs. Heat pipes are being used with ever increasing frequency for increasing an efficiency of cooling of powerful LEDs within a lightening device. Results of experimental modeling of thermal characteristics of two aluminum heat pipes with grooved capillary structure and ammonia used as a heat transfer agent, designed for application as a heat transfer elements in designs of powerful LED lightening device with forced air cooling are presented in this paper. It is shown that for the heat flux range of 50 to 100 W and for incident flow speed in the range of 0.8 to 2.1 m/s the temperature in the heating zone of the heat pipe falls into the range of 31.0 to 52.5 °C. In this case the temperature difference along the heat pipe is between 0.9…1.7 °C, when a minimal value of the fed heat flux is 50 W, and 1.7…3.1°C, when a maximum value of the heat flux is 100 W. The value of heat transfer resistance of the heat pipes was in the range of 0.012 to 0.044 °C/W.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:16:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
32
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 536.248.2; 628.941.8
М. А. ЛОЗОВОЙ, д. т. н. Ю. Е. НИКОЛАЕНКО,
к. т. н. Б. М. РАССАМАКИН, к. т. н. С. М. ХАЙРНАСОВ
Óêðàèíà, НТÓÓ «Кèевсêèй полèтехíèчесêèй èíстèтут»
E-mail: yunikola@ukr.net, nirtef@kpi.ua
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ТЕПЛОВЫХ ТРÓБ ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ
ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Пðоблемà эíеðгосбеðежеíèя íà сегодíяш-
íèé дåíь ÿâëÿåòñÿ àêòóàëьíîé âî âñåõ ñòðàíàõ.
По дàííым Междуíàðодíого эíеðгетèчесêо-
ãî àãåíòñòâà, îêîëî 19% âñåé âыðàбàòыâàåмîé â
мèðе эíеðгèè зàтðàчèвàется íà освещеíèе [1], à
в Óêðàèíе íà освещеíèе ðàсходуется еще боль-
шå — îêîëî 30% îò âñåé ïðîèзâîдèмîé â ñòðàíå
ýëåêòðîýíåðãèè [2]. В ñâÿзè ñ ýòèм, ðàзðàбîòêà
è вíедðеíèе íовых эíеðгосбеðегàющèх техíоло-
гèй в сфеðе освещеíèя является пеðспеêтèвíым
íàïðàâëåíèåм ðàзâèòèÿ ñâåòîòåõíèêè. С ýòîé цå-
лью в последíее десятèлетèе àêтèвíо ðàзðàбàты-
вàются è вíедðяются осветèтельíые пðèбоðы с
высоêоэффеêтèвíымè полупðоводíèêовымè èс-
точíèêàмè светà — светодèодàмè (ÑД) è свето-
дèодíымè модулямè (ÑДÌ), êотоðые пðè èзлу-
чеíèè одèíàêового светового потоêà потðебляют
зíàчèтельíо меíьше элеêтðоэíеðгèè, чем лàмпы
íàêàëèâàíèÿ.
Тàê, совðемеííые мощíые светодèодíые мо-
дóëè àмåðèêàíñêîé êîмïàíèè Cree ñåðèè СХА
èмеют световую отдàчу до 125 лм/Вт [3], в то
вðемя êàê для лàмп íàêàлèвàíèя оíà состàвляет
8—13 ëм/Вò [4]. В àïðåëå 2014 ãîдà ïîÿâèëîñь
сообщеíèе о том, что этà êомпàíèя создàлà бе-
лые светодèоды с ðеêоðдíой светоотдàчей, ðàв-
íой 303 лм/Вт, что в 30 ðàз эêоíомèчíей лàмп
íàêàëèâàíèÿ è â 6 ðàз — ëюмèíåñцåíòíыõ ëàмï
[5]. Вмåñòå ñ òåм, ïî мåðå óâåëèчåíèÿ мîщíîñòè
СД ðàстет è êолèчество теплоты, выделяемой в
àêтèвíой облàстè полупðоводíèêового êðèстàл-
лà, è в случàе íедостàточíо эффеêтèвíого ее от-
водà может пðоèзойтè пеðегðев êðèстàллà è, êàê
ñëåдñòâèå, óõóдшåíèå ñâåòîâыõ è цâåòîâыõ õà-
ðàêтеðèстèê, сíèжеíèе сðоêà службы è íàдеж-
íîñòè СÄ è îñâåòèòåëьíîãî ïðèбîðà â цåëîм.
Приведены результаты экспериментального исследования рабочих характеристик аммиачных алю-
миниевых тепловых труб (ТТ) с канавчатой капиллярной структурой, предназначенных для ис-
пользования в качестве теплопередающих элементов в конструкции мощного светодиодного осве-
тительного прибора с принудительным воздушным охлаждением. В диапазоне значений подводимо-
го теплового потока от 50 до 100 Вт и скорости набегающего воздушного потока от 0,8 до 2,1 м/с
температура в зоне нагрева ТТ в зависимости от угла их наклона к горизонту находилась в преде-
лах от 31,0 до 52,5°С, при этом перепад температуры по ТТ составлял от 0,9 до 3,1°С. Значения
теплового сопротивления ТТ находились в диапазоне от 0,012 до 0,044°С/Вт.
Ключевые слова: светодиод, осветительный прибор, система охлаждения, тепловая труба, тепло-
вые характеристики.
Очевèдíо, что охлàждеíèе светодèодов в осве-
тèтельíом пðèбоðе является одíой èз осíовíых
зàдàч, от ðешеíèя êотоðой зàвèсèт обеспечеíèе
íàдåжíîé ðàбîòы îñâåòèòåëьíîãî ïðèбîðà [6].
Для обеспечеíèя зàдàííого темпеðàтуðíого
ðежèмà СД в ðяде ðàбот пðедлàгàется èспользо-
вàть воздушíые сèстемы охлàждеíèя с пðèмеíе-
íèем высоêотеплопðоводíых подложеê [7], ðàз-
ëèчíîãî âèдà ðàдèàòîðîâ [8], âåíòèëÿòîðîâ [9],
à тàêже жèдêостíые сèстемы с зàмêíутым во-
дÿíым êîíòóðîм [10]. Нàèбîëåå ðàñïðîñòðàíåí-
íымè являются воздушíые сèстемы охлàжде-
íèя с пðèмеíеíèем ðàдèàтоðов в условèях есте-
ñòâåííîé èëè âыíóждåííîé êîíâåêцèè âîздóõà.
Необходèмость увелèчеíèя площàдè повеðхíо-
стè ðàдèàтоðà в условèях естествеííой êоíвеê-
цèè ïðèâîдèò ê âîзðàñòàíèю åãî ãåîмåòðèчåñêèõ
ðàзмеðов, сíèжеíèю эффеêтèвíостè ðебеð è уве-
ëèчåíèю òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Бîëåå ýффåê-
тèвíымè являются воздушíые сèстемы охлàжде-
íèÿ ñ âыíóждåííîé êîíâåêцèåé âîздóõà, â êîòî-
ðых в êàчестве осíовàíèя ðàдèàтоðà èспользует-
ся пàðовàя êàмеðà, эффеêтèвíо пеðедàющàя те-
плоту от СДМ ê ðебðàм ðàдèàтоðà íезàвèсèмо
от èх удàлеííостè от СДМ, пðè этом ðебðà ðà-
дèàтоðà дополíèтельíо обдувàются веíтèлятоðом
[11]. Одíàêî ñîâмåщåíèå â îдíîм óзëå СÄМ, ïà-
ðовой êàмеðы, ðàдèàтоðà è веíтèлятоðà íе всегдà
может быть опðàвдàííо с êоíстðуêтèвíой точêè
зðеíèя, в чàстíостè, пðè постðоеíèè осветèтель-
íых пðèбоðов с большèм êолèчеством ðàссðедо-
òîчåííыõ â ïðîñòðàíñòâå СÄМ.
В [12, 13] впеðвые пðедложеíо èспользовàть
тепловые тðубы (ÒÒ) в êàчестве элемеíтов êàðêà-
сà осветèтельíого пðèбоðà с большèм êолèчеством
ðàссðедоточеííых в пðостðàíстве СДМ, что по-
DOI: 10.15222/TKEA2014.2.32
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
33
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
зволяет зíàчèтельíо увелèчèть отводèмую от íего
òåïëîâóю мîщíîñòь. В [14] îïèñàíà òåïëîîòâîдÿ-
щàя сèстемà для СДМ мощíостью 35—100 Вт,
êотоðые устàíàвлèвàются в зоíе íàгðевà плосêой
àлюмèíèевой ТТ теðмосèфоííого тèпà длèíой
400 мм íà ее пðодольíом ðебðе шèðèíой 30 мм
[15]. Зîíà îõëàждåíèÿ ÒÒ ñíàбжåíà ðåбðè-
стым ðàдèàтоðом с повеðхíостью охлàждеíèя
1200—2400 см2. Êàê è â [12, 13], ýòà êîíñòðóê-
цèÿ ïîзâîëÿåò âыíåñòè зîíó îòâîдà òåïëîòы ÒÒ
зà пðеделы зоíы íàгðевà с устàíовлеííымè здесь
СДМ, что удобíо с êоíстðуêтèвíой точêè зðеíèя
пðè создàíèè осветèтельíых пðèбоðов с ðàссðе-
дîòîчåííымè â ïðîñòðàíñòâå СÄМ. Вмåñòå ñ òåм,
в [14] íе пðèведеíы осíовíые ðàбочèе хàðàêте-
ðèстèêè ТТ è сèстемы теплоотводà íà ее осíове,
тàêèе êàê, íàпðèмеð, зàвèсèмость темпеðàтуðы
в зоíе íàгðевà ТТ от подводèмого теплового по-
тоêà, зíàчеíèя теðмèчесêого сопðотèвлеíèя ТТ,
âëèÿíèå îðèåíòàцèè ÒÒ â ïîëå ñèëы ãðàâèòàцèè
íà ее ðàбочèе хàðàêтеðèстèêè, пàðàметðы пото-
êà îõëàждàющåãî âîздóõà è ò. ï. Эòî íå ïîзâî-
ляет èспользовàть опублèêовàííые ðезультàты
для пðàêтèчесêого пðèмеíеíèя пðè создàíèè дðу-
ãèõ àíàëîãèчíыõ êîíñòðóêцèé мîщíыõ ñâåòîдè-
одíых осветèтельíых пðèбоðов íà осíове àлю-
мèíèåâыõ ÒÒ.
Зàдàчåé дàííîé ðàбîòы ÿâëÿåòñÿ èññëåдîâàíèå
ðàбîчèõ õàðàêòåðèñòèê êîíñòðóêцèé àëюмèíèå-
вых ТТ, подобíых [14], êотоðые пðедíàзíàчеíы
для èспользовàíèя в êàчестве теплопеðедàющèх
элемеíтов мощíого светодèодíого осветèтельíо-
ãî ïðèбîðà ñ цåëью îбåñïåчåíèÿ зàдàííîãî òåм-
ïåðàòóðíîãî ðåжèмà СÄМ.
Конструкция мощного светодиодного
осветительного прибора с ÒÒ
Оñîбåííîñòью êîíñòðóêцèé îñâåòèòåëьíыõ
пðèбоðов, в êотоðых в êàчестве теплопеðедàю-
щèх элемеíтов пðедусмàтðèвàется èспользовà-
íèе àлюмèíèевых тепловых тðуб с êàпèлляðíой
стðуêтуðой в вèде êàíàвоê, является ðàсположе-
íèе ТТ в пðостðàíстве тàêèм обðàзом, чтобы ее
зîíà êîíдåíñàцèè íàõîдèëàñь âышå зîíы èñïà-
ðåíèÿ èëè íà îдíîм óðîâíå ñ íåé. В ýòîм ñëóчàå
ñèëы ãðàâèòàцèè íå бóдóò ïðåïÿòñòâîâàòь âîзâðà-
ту сêоíдеíсèðовàвшегося теплоíосèтеля по êà-
íàвêàм êàпèлляðíой стðуêтуðы èз зоíы êоíдеí-
ñàцèè â зîíó èñïàðåíèÿ ÒÒ è íå бóдóò íàðóшàòь
ðàбîòó ÒÒ. В êàчåñòâå ïðèмåðà òàêîé êîíñòðóê-
цèè íà рис. 1 поêàзàíà схемà светодèодíого осве-
тèтельíого пðèбоðà с мощíымè осветèтельíымè
модулямè, смоíтèðовàííымè íà пятè àлюмèíèе-
вых тепловых тðубàх с Ω-îбðàзíымè êàíàâêàмè.
Зîíà îõëàждåíèÿ ÒÒ ðàñïîëîжåíà мåждó
веðхíèм è íèжíèм ðàдèàтоðàмè с èгольчàтымè
ðåбðàмè ñ îбåñïåчåíèåм òåïëîâîãî êîíòàêòà. В
осíовàíèè ðàдèàтоðов между èгольчàтымè ðе-
бðàмè âыïîëíåíы ñêâîзíыå âåíòèëÿцèîííыå îò-
âåðñòèÿ. Äëÿ ñîздàíèÿ âыíóждåííîé êîíâåêцèè
îõëàждàющåãî âîздóõà â êîíñòðóêцèè îñâåòè-
òåëьíîãî ïðèбîðà ïðåдóñмîòðåí âåíòèëÿòîð.
Ìакет теплоотводящей системы
Для эêспеðèмеíтàльíого èсследовàíèя ðàбо-
чèх хàðàêтеðèстèê àлюмèíèевых тепловых тðуб
в состàве теплоотводящей сèстемы осветèтельíо-
го пðèбоðà был èзготовлеí тепловой мàêет, вêлю-
чàющèй две ТТ (рис. 2).
В состàв мàêетà теплоотводящей сèстемы вхо-
дят следующèе êомпоíеíты:
— две àммèàчíые àлюмèíèевые тепловые тðу-
бы (ТТ1 è ТТ2) длèíой 1018 мм êàждàя с одèí-
íàдцàòью Ω-обðàзíымè êàíàвêàмè íà вíутðеí-
íей повеðхíостè êоðпусà ТТ, èзготовлеííые èз
àлюмèíèевого пðофèля АС-КРА 3,5-Р2 (шèðè-
íà полоê 30 мм, вíешíèй дèàметð è ðàсстояíèе
мåждó îïîðíымè ïîâåðõíîñòÿмè ïîëîê 7,5 мм);
— èмèтàтоðы теплового потоêà, выполíеííые
íà осíове омèчесêèх элеêтðоíàгðевàтелей, ðàспо-
ëîжåííыõ â зîíå íàãðåâà òåïëîâыõ òðóб (ïî 3 шò.
íà êàждой), с мàêсèмàльíой элеêтðèчесêой мощ-
íîñòью 100 Вò íà îдíîé ÒÒ;
— двà ðàдèàтоðà ðàзмеðàмè 122×38×330 мм
íà îñíîâå àëюмèíèåâîãî ïðîфèëÿ БПО-1909,
Рèñ. 1. Êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåмà ñâåòîдèîдíîãî îñâåòèòåëьíîãî ïðè-
боðà с тепловымè тðубàмè:
1, 10 — âåðõíèé è íèжíèé ðàдèàòîðы; 2, 12 — èãîëьчàòыå ðåбðà;
3, 11 — âåíòèëÿцèîííыå îòâåðñòèÿ; 4 — òåïëîâàÿ òðóбà; 5 — плà-
фîí; 6 — дðàéâåð; 7 — ñòîéêà; 8 — ñâåòîдèîд; 9 — îòðàжàòåëь;
13 — веíтèлятоð
А—Аà) б) в) Б—Б
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
34
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
устàíовлеííые ðядом дðуг с дðугом íà повеðх-
íостях зоí охлàждеíèя ТТ, с суммàðíой площà-
дью теплоотдàющей повеðхíостè êàíàлов вíу-
тðè ðàдèàтоðов 5828 см2 (âñåãî 26 ðåбåð ðàзмå-
ðàмè 32×330 мм, толщèíой 3 мм у осíовàíèя,
2 мм ó âåðшèíы, ñ ðàññòîÿíèåм мåждó îñÿмè 10 мм);
— двà веíтèлятоðà «Веíтс 125 ВКО пðесс»,
обеспечèвàющèе подàчу íàбегàющего потоêà
îõëàждàющåãî âîздóõà.
К веðшèíàм охлàждàющèх ðебеð ðàдèàтоðов
ïëîòíî ïðèëåãàåò èзîëÿцèîííàÿ ïëàñòèíà, ïðè
этом вíутðè ðàдèàтоðов обðàзуется 24 сêвозíых
âîздóшíыõ êàíàëà òðàïåцåèдàëьíîãî ñåчåíèÿ
ïëîщàдью 240•10–6 м2 êàждыé. Äëÿ òîãî чòîбы
обеспечèть ðàвíомеðíое поле зíàчеíèй сêоðо-
стè охлàждàющего воздухà в этèх êàíàлàх è мè-
íèмàльíые гèдðàвлèчесêèе потеðè в воздушíом
тðàêте, былè устàíовлеíы двà пàтðубêà íà вхо-
дå â êàíàëы è îдèí íà âыõîдå.
С цåëью ñíèжåíèÿ êîíòàêòíîãî òåïëîâîãî ñî-
пðотèвлеíèя между êоíтàêтèðующèмè повеðхíо-
стямè элеêтðоíàгðевàтелей è зоíы íàгðевà ТТ, à
тàêже между зоíой охлàждеíèя ТТ è ðàдèàтоðà-
мè быëà íàíåñåíà òåïëîïðîâîдíàÿ ïàñòà ÊПÒ-8.
Äëèíà зîíы íàãðåâà ÒÒ ñîñòàâëÿëà 676 мм, зîíы
îõëàждåíèÿ — 244 мм. Äëÿ óмåíьшåíèÿ ïîòåðь
в оêðужàющую сðеду с íàгðетых повеðхíостей
íàгðевàтелей, зоíы íàгðевà è тðàíспоðтà ТТ по-
êðывàлèсь слоем теплоèзолèðующего мàтеðèàлà
íà îñíîâå бàзàëьòîâîãî âîëîêíà.
Гàбàðèтíые ðàзмеðы теплового мàêетà —
1018×330×38 мм.
Экспериментальная установка и методика
исследований
В эêспеðèмеíтàльíую устàíовêу для èсследо-
вàíèя тепловых хàðàêтеðèстèê ТТ è теплоотводя-
щей сèстемы íà èх осíове (рис. 3) входят: ðàбо-
чèй учàстоê (опèсàííый выше мàêет теплоотво-
дÿщåé ñèñòåмы); ñèñòåмà ïîдâîдà, èзмåðåíèÿ è
ðåãóëèðîâàíèÿ ýëåêòðèчåñêîé мîщíîñòè; àâòîмà-
тèзèðовàííàя сèстемà èзмеðеíèя темпеðàтуðы è
обðàботêè ðезультàтов èзмеðеíèй íà осíове пеð-
ñîíàëьíîãî êîмïьюòåðà (ПÊ).
Эëåêòðèчåñêàÿ мîщíîñòь íàãðåâàòåëåé íà êàж-
дой ТТ ðегулèðовàлàсь с помощью отдельíого
лàбоðàтоðíого àвтотðàíсфоðмàтоðà (ËАÒÐ) è
êоíтðолèðовàлàсь с помощью èíдèвèдуàльíо-
ãî âàòòмåòðà W òèïà Ä502 êëàññà òîчíîñòè 0,1.
В ходе пðоведеíèя эêспеðèмеíтов подводèмàя ê
êàждой ТТ мощíость (зà вычетом утечеê тепло-
òы чåðåз òåïëîèзîëÿцèю) èзмåíÿëàñь â ïðåдåëàõ
îò 50 дî 100 Вò.
Отвод теплоты с повеðхíостè ðàдèàтоðов осу-
ществлялся воздухом, êотоðый подàвàлся íàгíе-
òàющèмè âåíòèëÿòîðàмè â èõ ñêâîзíыå êàíàëы.
Сêоðость íàбегàющего потоêà охлàждàющего воз-
духà ðегулèðовàлàсь с помощью ЛАТР è êоíтðо-
ëèðîâàëàñь àíåмîмåòðîм òèïà MetermanTMA 10.
Темпеðàтуðíое поле теплового мàêетà è оêðу-
жàющего воздухà èзмеðялось девятью медь-
êоíстàíтàíовымè теðмопàðàмè с дèàметðом
ýëåêòðîдîâ 0,16 мм. Сõåмà óñòàíîâêè òåðмîïàð
пðèведеíà íà рис. 4 (теðмопàðà 7, пðедíàзíà-
чеííàя для èзмеðеíèя темпеðàтуðы оêðужàюще-
ãî âîздóõà, íå ïîêàзàíà). Òåðмîïàðы ïîдêëючà-
лèсь ê àвтомàтèзèðовàííой сèстеме èзмеðеíèя
темпеðàтуðы íà осíове пеðсоíàльíого êомпью-
теðà, èмеющей 24 èзмеðèтельíых êàíàлà è обе-
ñïåчèâàющåé âðåмÿ îïðîñà âñåõ òåðмîïàð 5 ñ.
Óпðàвляющèе сèгíàлы для опðосà дàтчè-
êов темпеðàтуðы (теðмопàð) пеðедàвàлèсь от
ПÊ ïî ïîñëåдîâàòåëьíîмó èíòåðфåéñó RS232.
Осíовíымè состàвляющèмè элемеíтàмè сèсте-
мы, êðоме ПК, являются тàêже двà модуля àíà-
ëîãîâîãî ââîдà МВА8 è àдàïòåð ñèãíàëîâ АС4.
Аíàлоговые сèгíàлы с модуля МВА8 пеðедàвàлèсь
íà àдàïòåð ñèãíàëîâ АС4 ïî èíòåðфåéñó RS485.
Рèñ. 2. Общèé âèд мàêåòà òåïëîîòâîдÿщåé ñèñòåмы:
1 — òåïëîâыå òðóбы ñ íàãðåâàòåëÿмè; 2 — ðàдèàòîðы;
3 — íàãíåòàющèé âåíòèëÿòîð; 4 — âõîдíîé ïàòðóбîê;
5 — âыõîдíîé ïàòðóбîê; 6 — бàзàëьòîâàÿ òåïëîèзîëÿцèÿ
123
5
6
4
Рèñ. 3. Сõåмà ýêñïåðèмåíòàëьíîé óñòàíîâêè
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
35
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
Погðешíость èзмеðеíèя темпеðàтуðы состàв-
ëÿëà ±0,5°С, ïîãðåшíîñòь îïðåдåëåíèÿ ïåðåïà-
дà òåмïåðàòóðы ±0,5°С, òåðмèчåñêîãî ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ ±0,01°С/Вò.
Методèêà эêспеðèмеíтàльíых èсследовàíèй
зàêëючàëàñь â ñëåдóющåм. Рàбîчèé óчàñòîê ýêñ-
пеðèмеíтàльíой устàíовêè устàíàвлèвàлся тàê,
чтобы ТТ íàходèлàсь под íàêлоíом отíосèтель-
íо гоðèзоíтà, вêлючàлèсь все сèстемы устàíов-
êè è зàдàвàлàсь опðеделеííàя сêоðость íàбегàю-
щåãî ïîòîêà îõëàждàющåãî âîздóõà. Зàòåм ñ ïî-
мощью ЛАТР устàíàвлèвàлось íàчàльíое зíàче-
íèе мощíостè элеêтðоíàгðевàтелей — по 55 Вт
íà êàждîé ÒÒ.
Поêàзàíèя теðмопàð сíèмàлè с пеðèодèчíо-
стью в 2 мèí, êоíтðолèðуя пðè этом сêоðость
âîздóõà дî дîñòèжåíèÿ ñòàцèîíàðíîãî ñîñòîÿ-
íèÿ íàбåãàющåãî ïîòîêà. Чåðåз 5—7 мèí ïîñëå
âыõîдà óñòàíîâêè íà ñòàцèîíàðíыé òåмïåðàòóð-
íый ðежèм фèêсèðовàлè поêàзàíèя теðмопàð è
ñêîðîñòь âîздóшíîãî ïîòîêà. Äàëåå мîщíîñòь íà-
гðевàтелей повышàлè до следующего зíàчеíèя è
ýêñïåðèмåíò ïîâòîðÿëñÿ.
Эêñïåðèмåíòàëьíыå èññëåдîâàíèÿ быëè ïðîâå-
дåíы дëÿ òðåõ óãëîâ íàêëîíà ÒÒ — 15, 45 è 90°
пðè двух зíàчеíèях сêоðостè íàбегàющего пото-
êà âîздóõà — 0, 8 è 2,1 м/ñ.
По ðезультàтàм èзмеðеíèй былè опðеделеíы
следующèе осíовíые ðàбочèе хàðàêтеðèстèêè ТТ
è теплоотводящей сèстемы íà èх осíове: зàвèсè-
мость темпеðàтуðы Т в зоíе íàгðевà êàждой ТТ
от подводèмого теплового потоêà Q; òåðмèчåñêîå
сопðотèвлеíèе тепловых тðуб R; âëèÿíèå îðèåí-
òàцèè ÒÒ â ïîëå ñèëы ãðàâèòàцèè íà åå ðàбîчèå
õàðàêòåðèñòèêè.
Зà âåëèчèíó ïîдâîдèмîãî òåïëîâîãî ïîòîêà Q
пðèíèмàлàсь элеêтðèчесêàя мощíость íàгðевàте-
лей íà êàждой ТТ, опðеделяемàя по вàттметðу,
зà âычåòîм òåïëîïîòåðь, îцåíèâàåмыõ â 5 Вò íà
осíовàíèè опытà пðедыдущèх теплофèзèчесêèх
èññëåдîâàíèé.
Теðмèчесêое сопðотèвлеíèе êàждой тепловой
тðубы R опðеделялось êàê отíошеíèе пеðепàдà
темпеðàтуðы DТ между зоíàмè íàгðевà è охлàж-
деíèя ТТ ê подводèмому тепловому потоêу Q.
Ðезультаты экспериментальных исследований
и их обсуждение
Из рис. 5, где пðèведеíà зàвèсèмость теðмè-
чесêого сопðотèвлеíèя R двух тепловых тðуб от
подводèмого теплового потоêà Q пðè ðàзлèчíых
Рèñ. 5. Зàâèñèмîñòь òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òåïëîâыõ òðóб îò ïîдâîдèмîãî òåïëîâîãî ïîòîêà ïðè ðàзëèч-
íых углàх íàêлоíà j è зíàчеíèях сêоðостè воздухà v
Рèñ. 4. Сõåмà óñòàíîâêè òåðмîïàð 1—9
à) б)
в) г)
д) е)
0,03
0,02
0,01
50 60 70 80 90 Q, Вт
ТТ1
ТТ2
0,03
0,02
0,01
50 60 70 80 90 Q, Вт
ТТ1
ТТ2
0,05
0,04
0,03
0,02
50 60 70 80 90 Q, Вт
v = 0,8 м/с
j = 45°
0,03
0,02
50 60 70 80 90 Q, Вт
v = 0,8 м/с
j = 90° 0,04
0,03
0,02
50 60 70 80 90 Q, Вт
0,05
0,04
0,03
0,02
50 60 70 80 90 Q, Вт
v = 2,1 м/с
j = 45°ТТ1
ТТ2
ТТ1
ТТ2
ТТ1
ТТ2
ТТ1
ТТ2
v = 2,1 м/с
j = 90°
R
,
°С
/
В
т
R
,
°С
/
В
т
R
,
°С
/
В
т
R
,
°С
/
В
т
R
,
°С
/
В
т
R
,
°С
/
В
т
v = 0,8 м/с
j = 15°
v = 2,1 м/с
j = 15°
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
36
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
углàх èх íàêлоíà j è зíàчеíèях сêоðостè охлàж-
дàющего воздухà v, вèдíо, что во всех èсследо-
вàííых ðежèмàх мèíèмум теðмèчесêого сопðо-
тèвлеíèя достèгàлся в облàстè зíàчеíèй теплово-
ãî ïîòîêà 75 Вò. Оòëèчèå зíàчåíèé òåðмèчåñêîãî
сопðотèвлеíèя ТТ1 è ТТ2 обусловлеíо ðàзлèчíым
объемом зàпðàвлеííого теплоíосèтеля: в ТТ1 оí
был большèм, вследствèе чего ее зоíà èспàðеíèя
былà больше зàтоплеíà теплоíосèтелем, что пðè-
âîдèëî ê ñíèжåíèю êîýффèцèåíòà òåïëîîòдàчè
в зоíе èспàðеíèя è, соответствеííо, ê ðосту теð-
мèчåñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ÒÒ. Вмåñòå ñ òåм, ïî-
лучеííые àбсолютíые зíàчеíèя теðмèчесêого со-
ïðîòèâëåíèÿ îбåèõ ÒÒ (îò 0,012 дî 0,044 °С/В)
íàходятся в пðеделàх, хàðàêтеðíых для мелêо-
сеðèйíых àммèàчíых àлюмèíèевых тепловых
тðуб, èзготàвлèвàемых в лàбоðàтоðèè тепловых
òðóб НÒÓÓ «ÊПИ».
Êàê ñëåдóåò èз ðèñ. 5, òåðмèчåñêîå ñîïðîòèâ-
леíèе ТТ пðàêтèчесêè íе зàвèсèт от сêоðостè
îõëàждàющåãî âîздóõà, ò. å. èзмåíåíèå óñëîâèé
вíешíего теплообмеíà пðè пðочèх íеèзмеííых
пàðàметðàх íе влèяет íà теðмèчесêое сопðотèв-
ëåíèå òåïëîâыõ òðóб, íî зàâèñèò îò îðèåíòàцèè
ÒÒ â ïðîñòðàíñòâå. Òàê, ïðè мàêñèмàëьíîм ïå-
ðедàвàемом тепловом потоêе (Q = 100 Вт) íàè-
меíьшее зíàчеíèе теðмèчесêого сопðотèвлеíèя
обеèх ТТ íàблюдàлось пðè j = 15°, à íàèбîëь-
шее — пðè j = 45°. Эòî мîжíî îбъÿñíèòь òåм,
чòî îðèåíòàцèÿ ÒÒ âëèÿåò íà óñëîâèÿ ñòåêàíèÿ
êоíдеíсàтà по стеíêе è его взàèмодействèя со
встðечíым потоêом пàðà, соответствеííо, оíà
âëèÿåò è íà âåëèчèíó êîýффèцèåíòà òåïëîîòдà-
чè â зîíå êîíдåíñàцèè.
Нàèмеíьшее зíàчеíèе теðмèчесêого сопðотèв-
ëåíèÿ (0,012°С/Вò) èмåëà ÒÒ2 ïðè j = 15°, íàè-
бîëьшåå (0,044°С/Вò) — ÒÒ1 ïðè j = 45°.
Влèяíèе опðеделяющèх фàêтоðов (подводè-
мого теплового потоêà, сêоðостè охлàждàющего
воздухà è углà íàêлоíà ТТ ê гоðèзоíту) íà тем-
пеðàтуðу в зоíе íàгðевà для одíой èз ТТ (ТТ1)
пðèведеíо íà рис. 6 è 7. Êàê âèдíî èз ðèñ. 6,
темпеðàтуðà в зоíе íàгðевà ТТ ðàстет лèíейíо с
увелèчеíèем подводèмого теплового потоêà è èз-
мåíÿåòñÿ â ïðåдåëàõ îò 31,0 дî 52,5°С ïðè èзмå-
íеíèè Q â дèàïàзîíå îò 50 дî 100 Вò. С óâåëè-
чеíèем сêоðостè охлàждàющего воздухà с 0,8 до
2,1 м/с темпеðàтуðà ТТ в зоíе íàгðевà сíèжàет-
ñÿ íà 2—4°С (ò. å. íà 6—8%), чòî îбóñëîâëåíî
улучшеíèем теплообмеíà между ðàдèàтоðом è
охлàждàющèм воздухом è сíèжеíèем теплового
ñîïðîòèâëåíèÿ â зîíå òåïëîîòâîдà. Из ðèñ. 6 è 7
вèдíо хàðàêтеðíое влèяíèе углà íàêлоíà íà тем-
пеðàтуðу в зоíе íàгðевà ТТ: оíà сíèжàется íà
2—5°С (6—9%) ïðè âåðòèêàëьíîé îðèåíòàцèè ÒÒ
ïî ñðàâíåíèю ñ óãëàмè íàêëîíà 15° è 45°.
Вàжíой ðàбочей хàðàêтеðèстèêой ТТ являет-
ся пеðепàд темпеðàтуðы по ее длèíе DТ, опðе-
деляемый êàê ðàзíость темпеðàтуð в зоíàх íà-
ãðåâà è îõëàждåíèÿ. В ðåзóëьòàòå èññëåдîâà-
íèй двух ТТ устàíовлеíо, что пðè мèíèмàльíом
зíàчеíèè подводèмого теплового потоêà (50 Вт)
Рèñ. 8. Зàâèñèмîñòь ïåðåïàдà òåмïåðàòóðы DТ меж-
ду зоíàмè íàгðевà è охлàждеíèя от подводèмого те-
плового потоêà для ТТ1 è ТТ2
à)
б)
в)
Рèñ. 6. Зàâèñèмîñòь òåмïåðàòóðы â зîíå íàãðåâà ÒÒ1
от подводèмого теплового потоêà пðè ðàзлèчíых
углàх ее íàêлоíà è сêоðостè охлàждàющего воздухà:
1 — 0,8 м/ñ; 2 — 2,1 м/с
T, °С
50
40
30
50 60 70 80 90 Q, Вт
1
T, °С
50
40
30
50 60 70 80 90 Q, Вт
T, °С
50
40
30
50 60 70 80 90 Q, Вт
2
1
2
1
2
DT, °С
2
1
50 60 70 80 90 Q, Вт
v = 0,8 м/с
j = 15°
Рèñ. 7. Зàâèñèмîñòь òåмïåðàòóðы â зîíå íàãðåâà ÒÒ1
от подводèмого теплового потоêà пðè ðàзлèчíых
углàх ее íàêлоíà:
1 — 45°; 2 — 15°; 3 — 90°
T, °С
50
40
30
50 60 70 80 90 Q, Вт
1
2
3
ТТ1
ТТ2
j = 15°
j = 45°
j = 90°
v = 2 м/с
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
37
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
DТ = 0,9—1,7°С, à ïðè åãî мàêñèмàëьíîм зíàчå-
íèè (100 Вт) DТ = 1,7—3,1°С. Нà рис. 8 мож-
íо увèдеть, что пеðепàд темпеðàтуðы по ТТ ðàс-
тет лèíейíо с увелèчеíèем подводèмого тепло-
âîãî ïîòîêà.
Âыводы
1. Рåзóëьòàòы ïðîâåдåííыõ ýêñïåðèмåíòàëь-
íых èсследовàíèй свèдетельствуют о возможíо-
стè пðàêтèчесêого пðèмеíеíèя àммèàчíых àлю-
мèíèевых тепловых тðуб в êàчестве теплопеðедà-
ющèх элемеíтов êàðêàсà мощíых эíеðгоэффеê-
тèвíых осветèтельíых пðèбоðов íà осíове све-
òîдèîдíыõ мîдóëåé.
2. Пðè мàêñèмàëьíîм зíàчåíèè ïîдâîдèмîãî òå-
плового потоêà от светодèодíых модулей, устàíов-
леííых íà одíой тепловой тðубе, ðàвíом 100 Вт,
в èсследовàííом дèàпàзоíе опðеделяющèх пàðà-
метðов (геометðèчесêèх ðàзмеðов зоí ТТ, тепло-
отдàющей повеðхíостè ðàдèàтоðов, сêоðостей íà-
бегàющего потоêà охлàждàющего воздухà, углов
íàêлоíà ТТ ê гоðèзоíту) темпеðàтуðà íà повеðх-
íостè тепловой тðубы в зоíе устàíовêè светодè-
îдíыõ мîдóëåé íå ïðåâышàëà 52,5°С, чòî âïîë-
íе пðèемлемо для условèй охлàждеíèя светодè-
îдíыõ èñòîчíèêîâ ñâåòà.
3. Иñïîëьзîâàíèå â êàðêàñå îñâåòèòåëьíîãî
ïðèбîðà ïÿòè èññëåдîâàííыõ òåïëîâыõ òðóб (ñм.
ðèñ. 1) ïîзâîëèò îòâåñòè îò ñâåòîдèîдíыõ мîдó-
ëåé ñóммàðíыé òåïëîâîé ïîòîê дî 500 Вò. Пðè
êîýффèцèåíòå ïîëåзíîãî дåéñòâèÿ мîщíыõ ñâå-
òîдèîдîâ â ñðåдíåм 75% ýòî ýêâèâàëåíòíî ïîòðå-
бляемой элеêтðèчесêой мощíостè осветèтельíо-
ãî ïðèбîðà 665 Вò. С óчåòîм òîãî, чòî ñâåòîâàÿ
отдàчà совðемеííых светодèодов пðèблèзèтель-
íо в десять ðàз выше, чем у лàмп íàêàлèвàíèя,
световой потоê от пðедложеííого осветèтельíо-
ãî ïðèбîðà бóдåò ýêâèâàëåíòåí ïîòîêó â 6650 Вò
от светèльíèêà с лàмпàмè íàêàлèвàíèя, что под-
твеðждàет пеðспеêтèвíость èспользовàíèя пðед-
ëîжåííîé êîíñòðóêцèè ñ цåëью ýêîíîмèè ýíåð-
ãîðåñóðñîâ.
4. Пðè óñëîâèè îбåñïåчåíèÿ íîðмàëьíîãî òå-
плового ðежèмà мощíость (500 Вт) светодèод-
íого осветèтельíого пðèбоðà пðедложеííой êоí-
ñòðóêцèè зíàчèòåëьíî ïðåâышàåò мîщíîñòь èз-
вестíых светодèодíых светèльíèêов пðомыш-
леííого íàзíàчеíèя с ðàдèàтоðíой сèстемой те-
плоотводà без ТТ è веíтèлятоðà, íàпðèмеð све-
òèëьíèêà ÄСП27Ó-150 (Êîðïîðàцèÿ «Вàòðà»,
ã. Òåðíîïîëь), мîщíîñòь êîòîðîãî ñîñòàâëÿåò
150 Вò.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Сâåòîдèîды: ïåðñïåêòèâы è бàðьåðы // Сîâðåмåííàÿ
ñâåòîòåõíèêà.— 2012.— ¹5.— С. 3—6.
2. Мîðîзîâ А. А., Êëèмåíêî В. П., Êîðбóò В. Б., Иåâëåâ
Н. Г., Бóòêî В. Г. Оïыò ðàзðàбîòêè è âíåдðåíèÿ ñèñòåм
ñâåòîдèîдíîãî îñâåщåíèÿ // Пðîмåëåêòðî.— 2014.—
¹ 2(86).— С. 30—36.
3. Äîðîжêèí Ю., Мàòåшåâ И., Òóðêèí А. Сâåòîдèîдíыå
мîдóëè ñåðèè СХА êîмïàíèè Cree: õàðàêòåðèñòèêè è ïðè-
мåíåíèå // Пîëóïðîâîдíèêîâàÿ ñâåòîòåõíèêà.— 2012.—
¹ 5.— С. 50—53.
4. Пîëèщóê А., Òóðêèí А. Äåãðàдàцèÿ ïîëóïðîâîдíè-
êовых светодèодов íà осíове íèтðèдà гàллèя è его твеð-
дыõ ðàñòâîðîâ // Êîмïîíåíòы è òåõíîëîãèè.— 2008.—
¹ 2.— С. 25—28.
5. Нîâîñòè. Сîздàíы ñâåòîдèîды, îбëàдàющèå ñâåòîîò-
дàчåé âышå 300 ëм/Вò. 02.04.2014 / Рåжèм дîñòóïà: www.
engelihg.com/page/8281
6. Сîðîêèí В. М. Оðãàíèзàцèîííî-зêîíîмèчåñêèå мå-
хàíèзмы вíедðеíèя светодèодíых осветèтельíых сèстем в
мàñшòàбàõ íàцèîíàëьíîé ýêîíîмèêè // Сâіòëî ëюêñ.—
2012.— ¹ 1.— С. 8—16.
7. Fan A., Bonner R., Sharratt S., Ju Y. S. An
innovative passive cooling method for high performance light-
emitting diodes // Semiconductor Thermal Measurement
and Management Symposium (SEMI-THERM), 28th
Annual IEEE.— 2012.— P. 319—324.— DOI : 10.1109/
STHERM.2012.6188867
8. Сòàðîâåðîâ Ê. Сèñòåмы îõëàждåíèÿ дëÿ ñâåòîдèîдîâ
// Нîâîñòè ýëåêòðîíèêè.— 2008.— ¹ 17.— С. 21—23.
9. Пàò. 72606 Óêðàїíè. Сâіòëîдіîдíå джåðåëî ñâіòëà дëÿ
âóëèчíèõ ñâіòèëьíèêіâ / М. І. Нîñàíîâ, В. І. Òèмчåíêî,
Ò. І. Рîмàíîâà, Ю. О. Нåêðàшåíêî, В. І. Шàòàëîâ.—
2012.— Бюë. ¹ 16.
10. Sorensen H. Water cooling of high power light
Emitting Diode // Thermal and Thermomechanical
Phenomena in Electronic Systems (Itherm), 13th IEEE
Intersociety Conferenc.— 2012.— P. 968—974.— DOI :
10.1109/ITHERM. 2012.6231531.
11. Wang J.-C., Wang R.-T., Chang T.-Li, Hwang
D.-S. Development of 30 Watt high-power LEDs vapor
chamber-based plate // International Journal of Heat and
Mass Transfer.— 2010.—Vol. 53, iss.19—20.— P. 3990—
4001.— Рåжèм дîñòóïà: http://dx.doi.org/10.1016/j.
ijheatmasstransfer.2010.05.018
12. Нèêîëàåíêî Ю. Е. Рåшåíèå òåïëîâîé ïðîбëåмы
мощíых светодèодíых светèльíèêов с помощью тепловых
òðóб // Òðóды XІІІ МНПÊ «Сîâðåмåííыå èíфîðмàцè-
îííыå è ýëåêòðîííыå òåõíîëîãèè».— Óêðàèíà, ã. Одåññà.
— 2012. — С. 203.
13. Пàò. 68831 Óêðàїíè. Люñòðà / Ю. Є. Ніêîëàєíêî,
Ò. Ю. Ніêîëàєíêî.— 2012.— Бюë. ¹ 7.
14. Гâîздåâ С. М., Мèòðîфàíîâ А. В., Сàфîíîâ С. А.,
Хîëîдèëîâ В. И. Об èñïîëьзîâàíèè òåïëîâыõ òðóб â ïðî-
еêтèðовàíèè мощíых светèльíèêов со светодèодàмè //
Сâåòîòåõíèêà.— 2012.— ¹ 2.— С. 19—21.
15. Хàéðíàñîâ С. М., Рàññàмàêèí Б. М., Рàññàмàêèí
А. Б. Пðèмåíåíèå àëюмèíèåâыõ òåïëîâèõ òðóб â ñèñòåмàõ
îõëàждåíèÿ ðàдèîýëåêòðîííîé àïïàðàòóðы // Òðóды XV
МНПÊ «Сîâðåмåííыå èíфîðмàцèîííыå è ýëåêòðîííыå òåõ-
íîëîãèè». Òîм II.— Óêðàèíà, ã. Одåññà.— 2014.— С. 8—11.
Äата поступления рукописи
в редакцию 14.06 2014 г.
М. О. ЛОЗОВИЙ, Ю. Є. НІКОЛАЄНКО, Б. М. РАССАМАКІН, С. М. ХАЙРНАСОВ
Óêðàїíà, Êèїâ, НÒÓÓ «ÊПІ»
E-mail: yunikola@ukr.net, nirtef@kpi.ua
ÄОСЛІÄЖЕННЯ РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВИХ ТРÓБ
ÄЛЯ СВІÒЛОÄІОÄНИХ ОСВІÒЛЮВАЛЬНИХ ПРИЛАÄІВ
Приведено результати експериментального моделювання теплових характеристик двох алюмінієвих
аміачних теплових труб (ТТ) з канавчатою капілярною структурою, призначених для використання як
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 5–6
38
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
теплопередавальні елементи в конструкції потужного світлодіодного освітлювального приладу з вимуше-
ним повітряним охолодженням. В діапазоні значень теплового потоку, що підводиться, від 50 до 100 Вт
і швидкості повітряного потоку, що набігає, від 0,8 до 2,1 м/с температура в зоні нагрівання ТТ в
залежності від кута її нахилу до горизонту знаходилася в межах від 31,0 до 52,5°С, при цьому перепад
температури по ТТ складав від 0,9 до 3,1°С. Значення теплового опору ТТ знаходилося в діапазоні від
0,012 до 0,044°С/Вт.
Ключові слова: світлодіод, освітлювальний прилад, система охолодження, теплова труба, теплові ха-
рактеристики.
M. A. LOZOVOI, Yu. E. NIKOLAENKO,
B. M. RASSAMAKIN, C. M. KHAIRNASOV
Ukraine, Kiev, NTUU “KPI”
E-mail: yunikola@ukr.net, nirtef@kpi.ua
RESEARCH ON THERMAL CHARACTERISTICS OF HEAT PIPES FOR LED LIGHTNING DEVICES
New energy-saving technologies for lighting is a promising trend in lighting technology. To this end, during
the recent decade, have been actively developed and implemented lighting units based on LED modules.
Reliability of such devices is largely dependent on the ensuring of cooling of the LEDs. Heat pipes are
being used with ever increasing frequency for increasing an efficiency of cooling of powerful LEDs within a
lightening device. Results of experimental modeling of thermal characteristics of two aluminum heat pipes
with grooved capillary structure and ammonia used as a heat transfer agent, designed for application as a
heat transfer elements in designs of powerful LED lightening device with forced air cooling are presented in
this paper. It is shown that for the heat flux range of 50 to 100 W and for incident flow speed in the range of
0.8 to 2.1 m/s the temperature in the heating zone of the heat pipe falls into the range of 31.0 to 52.5 °C. In
this case the temperature difference along the heat pipe is between 0.9…1.7 °C, when a minimal value of the
fed heat flux is 50 W, and 1.7…3.1°C, when a maximum value of the heat flux is 100 W. The value of heat
transfer resistance of the heat pipes was in the range of 0.012 to 0.044 °C/W. The key factors influencing the
thermal characteristics of the heat pipes are: the value of the fed heat flux, the speed of cooling air flux, heat
pipe inclination angle with respect to the horizon. By using five such heat pipes within the powerful LED
lightning device it is possible to achieve an elimination of the total heat flux from LED modules up to 500 W.
At an efficiency factor of LEDs of about 75% this is equivalent to intake power 665 W. Taking into account
that luminous efficiency of modern LEDs is about 10 times as high as those of incandescent lamps, proposed
lightning device will produce a luminous flux which is equivalent to the luminous flux of a lightening device
with incandescent lamps with a power of 6650 W, so that this will allow reducing an input power of the
lightening device by 5985 W.
Key words: LED, lightning device, cooling system, heat pipe, thermal characteristics.
REFERENCES
1. [LEDs: prospects and barriers]. Sovremennaja
svetotekhnika, 2012, no 5, pp. 3—6. (in Russian)
2. Morozov A. A., Klimenko V. P., Korbut V. B., Iyevlev
N. G., Butko V. G. [An experience of development and
inoculation of LED lightning systems]. Promelektro, 2014,
no 2(86), pp. 30—36. (in Russian)
3. Dorozhkin Yu., Mateshev I., Turkin A. [LED modules
of the CXA series from CREE: characteristics and application].
Poluprovodnikovaja svetotekhnika, 2012, no 5, pp. 50—53.
(in Russian)
4. Polishchuk A., Turkin A. [The degradation of the
semiconductor LEDs based on gallium nitride and its solid
solutions]. Коmponenty i tekhnologii, 2008, no 2, pp. 25—28.
(in Russian)
5. [News. LEDs with luminous efficiency over 300 lm/W
have been created]. 02.04.2014: www.engelihg.com/
page/8281. (in Russian)
6. Sorokin V. M. [Organizational and economical
mechanisms of inoculation of LED lightning systems on
the scale of a national economics]. Switlo luks, 2012, no 1,
pp. 8—16. (in Russian)
7. Fan A., Bonner R., Sharratt S., Ju Y. S. An
innovative passive cooling method for high performance
light-emitting diodes. Semiconductor Thermal Measurement
and Management Symposium (SEMI-THERM), 2012, 28th
Annual IEEE, Date 18—22 March 2012, pp. 319-324. DOI :
10.1109/STHERM.2012.6188867
8. Staroverov K. [Cooling systems for LEDs]. Novosti
elektroniki, 2008, no 17, pp. 21—23. (in Russian)
9. Pat. 72606 Ukraine. [LED light source for street lamps].
Nosanov M. I., Tymchenko V. I., Romanova T. I., Nekrashenko
Y. O., Shatalov V. I. 2012, byul. no 16.
10. Sorensen H. Water cooling of high power light
emitting diode. Thermal and Thermomechanical Phenomena
in Electronic Systems (Itherm), 2012 13th IEEE Intersociety
Conference on May 30 2012—June 1 2012, pp. 968—974.
DOI: 10.1109/ITHERM. 2012.6231531.
11. Wang J.-C., Wang R.-T., Chang T.-Li, Hwang D.-S.
Development of 30 Watt high-power LEDs vapor chamber-
based plate. International Journal of Heat and Mass Transfer,
2010, vol. 53, is. 19-20, pp. 3990—4001. http://dx.doi.
org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.05.018
12. Nikolaenko Yu. E. [Solution of the heat problem of high
power LED lamps with heat pipes]. Proc. of 13th International
scientific-practical conf. “Modern information and electronic
technologies”, Ukraine, Odessa, 2012, pp. 203. (in Russian)
13. Pat. 68831 Ukraine. [Luster]. Yu. E. Nikolaenko,
T. Yu. Nikolaenko. 2012, byul. no 7.
14. Gvozdev S. M., Mitrofanov A. V., Safonov S. A.,
Kholodilov V. I. [On the application of heat pipes in designing
powerful lightning devices with LEDs]. Svetotekhnika, 2012,
no 2, pp. 19—21. (in Russian)
15. Khairnasov S. M., Rassamakin B. M., Rassamakin A.
B. [Aluminium heat pipes application to electronic cooling
systems]. Proc. of 15th International scientific-practical conf.
“Modern information and electronic technologies”, Vol. II.
Ukraine, Odessa, 2014, pp. 8—11. (in Russian)
DOI: 10.15222/TKEA2014.2.32
UDC 536.248.2; 628.941.8
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100463 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:16:18Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лозовой, М.А. Николаенко, Ю.Е. Рассамакин, Б.М. Хайрнасов, С.М. 2016-05-22T11:40:53Z 2016-05-22T11:40:53Z 2014 Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов / М.А. Лозовой, Ю.Е. Николаенко, Б.М. Рассамакин, С.М. Хайрнасов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 5-6. — С. 32-38. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2225-5818 10.15222/TKEA2014.2.32 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100463 536.248.2; 628.941.8 Приведены результаты экспериментального исследования рабочих характеристик аммиачных алюминиевых тепловых труб (ТТ) с канавчатой капиллярной структурой, предназначенных для использования в качестве теплопередающих элементов в конструкции мощного светодиодного осветительного прибора с принудительным воздушным охлаждением. В диапазоне значений подводимого теплового потока от 50 до 100 Вт и скорости набегающего воздушного потока от 0,8 до 2,1 м/с температура в зоне нагрева ТТ в зависимости от угла их наклона к горизонту находилась в пределах от 31,0 до 52,5°С, при этом перепад температуры по ТТ составлял от 0,9 до 3,1°С. Значения теплового сопротивления ТТ находились в диапазоне от 0,012 до 0,044°С/Вт Приведено результати експериментального моделювання теплових характеристик двох алюмінієвих аміачних теплових труб (ТТ) з канавчатою капілярною структурою, призначених для використання як теплопередавальні елементи в конструкції потужного світлодіодного освітлювального приладу з вимушеним повітряним охолодженням. В діапазоні значень теплового потоку, що підводиться, від 50 до 100 Вт і швидкості повітряного потоку, що набігає, від 0,8 до 2,1 м/с температура в зоні нагрівання ТТ в залежності від кута її нахилу до горизонту знаходилася в межах від 31,0 до 52,5°С, при цьому перепад температури по ТТ складав від 0,9 до 3,1°С. Значення теплового опору ТТ знаходилося в діапазоні від 0,012 до 0,044°С/Вт. New energy-saving technologies for lighting is a promising trend in lighting technology. To this end, during the recent decade, have been actively developed and implemented lighting units based on LED modules. Reliability of such devices is largely dependent on the ensuring of cooling of the LEDs. Heat pipes are being used with ever increasing frequency for increasing an efficiency of cooling of powerful LEDs within a lightening device. Results of experimental modeling of thermal characteristics of two aluminum heat pipes with grooved capillary structure and ammonia used as a heat transfer agent, designed for application as a heat transfer elements in designs of powerful LED lightening device with forced air cooling are presented in this paper. It is shown that for the heat flux range of 50 to 100 W and for incident flow speed in the range of 0.8 to 2.1 m/s the temperature in the heating zone of the heat pipe falls into the range of 31.0 to 52.5 °C. In this case the temperature difference along the heat pipe is between 0.9…1.7 °C, when a minimal value of the fed heat flux is 50 W, and 1.7…3.1°C, when a maximum value of the heat flux is 100 W. The value of heat transfer resistance of the heat pipes was in the range of 0.012 to 0.044 °C/W. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Обеспечение тепловых режимов Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов Дослідження робочих характеристик теплових труб для світлодіодних освітлювальних приладів Research on thermal characteristics of heat pipes for led lightning devices Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов Лозовой, М.А. Николаенко, Ю.Е. Рассамакин, Б.М. Хайрнасов, С.М. Обеспечение тепловых режимов |
| title | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов |
| title_alt | Дослідження робочих характеристик теплових труб для світлодіодних освітлювальних приладів Research on thermal characteristics of heat pipes for led lightning devices |
| title_full | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов |
| title_fullStr | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов |
| title_full_unstemmed | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов |
| title_short | Исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов |
| title_sort | исследование рабочих характеристик тепловых труб для светодиодных осветительных приборов |
| topic | Обеспечение тепловых режимов |
| topic_facet | Обеспечение тепловых режимов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100463 |
| work_keys_str_mv | AT lozovoima issledovanierabočihharakteristikteplovyhtrubdlâsvetodiodnyhosvetitelʹnyhpriborov AT nikolaenkoûe issledovanierabočihharakteristikteplovyhtrubdlâsvetodiodnyhosvetitelʹnyhpriborov AT rassamakinbm issledovanierabočihharakteristikteplovyhtrubdlâsvetodiodnyhosvetitelʹnyhpriborov AT hairnasovsm issledovanierabočihharakteristikteplovyhtrubdlâsvetodiodnyhosvetitelʹnyhpriborov AT lozovoima doslídžennârobočihharakteristikteplovihtrubdlâsvítlodíodnihosvítlûvalʹnihpriladív AT nikolaenkoûe doslídžennârobočihharakteristikteplovihtrubdlâsvítlodíodnihosvítlûvalʹnihpriladív AT rassamakinbm doslídžennârobočihharakteristikteplovihtrubdlâsvítlodíodnihosvítlûvalʹnihpriladív AT hairnasovsm doslídžennârobočihharakteristikteplovihtrubdlâsvítlodíodnihosvítlûvalʹnihpriladív AT lozovoima researchonthermalcharacteristicsofheatpipesforledlightningdevices AT nikolaenkoûe researchonthermalcharacteristicsofheatpipesforledlightningdevices AT rassamakinbm researchonthermalcharacteristicsofheatpipesforledlightningdevices AT hairnasovsm researchonthermalcharacteristicsofheatpipesforledlightningdevices |