ПОДВОДНЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬ

Полезная модель относится к средствам подводного освещения, а именно, к осветителям для подводных телевизионных систем, работающих на разных глубинах, в условиях гидродинамических воздействий, а также в импульсном и непрерывном режимах тепловой нагрузки.
Известен «подводный светильник» (патент на полезную модель RU 59207, опубликованный 21.01.2005 года), содержащий герметичный корпус, расположенный в нем источник света, закрепленный в держателе, соединительную втулку, соединенную с корпусом и с проводом электропитания в месте их соприкосновения. Уплотнительные элементы, выполненные из силикона, паронита или латекса, размещаются в пазе крышки.
Недостатком этого светильника является низкая устойчивость к циклически изменяющемуся давлению внешней среды и тепловой нагрузке при включении-выключении.
Известен «Малогабаритный подводный светильник», предназначенный для работы в водных технологических растворах (патент на полезную модель RU 2115860, опубликованный 20.07.1998 года), содержащий герметичный корпус с рефлектором, образованным телом вращения, галогеновую лампу, закрепленную и установленную так, что продольная ось лампы совпадает с главной оптической осью поверхности рефлектора, термостойкое стекло, герметично закрывающее лицевую поверхность корпуса.
Недостатками этого светильника является высокая тепловая нагрузка, низкая устойчивость к гидродинамическим воздействиям и несоответствие спектра галогеновой лампы спектру пропускания воды.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является полезная модель «Подводный светильник» (патент на полезную модель RU 69968, опубликованный 02.05.2007 года).
Подводный светильник содержит герметичный корпус, преимущественно цилиндрической формы, с элементами электросхемы и крепления, светопропускающий элемент, например, в виде кварцевого или особо прочного стекла, и источник света в виде светодиодного модуля.
В этом устройстве печатные платы с элементами электросхемы и светодиодными модулями установлены на радиаторе. Для герметизации используются резиновые кольца.
Недостатком прототипа является ненадежная герметичность под действием циклических гидродинамических и температурных воздействий. Спектр излучения светильника не учитывает спектр пропускания среды, в которой работает светильник.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение долговременной герметичности подводного осветителя при циклических изменениях давления внешней среды и тепловой нагрузки.
Это достигается тем, что подводный осветитель, содержащий герметичный корпус с элементами электросхемы и крепления, светопропускающий элемент и источник света в виде, по крайней мере, одного светодиодного модуля, отличается тем, что печатные платы светодиодных модулей и элементов питания установлены теплопроводным клеевым соединением непосредственно на корпус подводного осветителя из металла, причем, платы светодиодных модулей выполнены из полиимидной пленки, светопропускающий элемент изготовлен из лейкосапфира и встроен в корпус с помощью герметизирующих прокладок из терморасширенного графита, на стороне корпуса, противоположной светопропускающему элементу, установлены два герморазъема, а светодиоды светодиодных модулей, излучающие на различных длинах волн, подобраны друг относительно друга таким образом, чтобы излучаемый осветителем суммарный спектр излучения соответствовал оптическому спектру пропускания среды, в которой работает осветитель.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан осветитель в разрезе с основными элементами.
На фиг. 2 показан вид сзади с герморазъемами.
На фиг. 3 показаны потоки тепла от его источников во внешнюю среду.
Подводный осветитель (фиг. 1) состоит из корпуса 1, выполненного из металла. В корпусе 1 расположены осветительные модули 2 на его одной стороне и платы 3 питания - на другой стороне. Платы осветительных модулей 2 соединены с платами 3 питания проходными герметичными изоляторами. Таким образом, отсек со светодиодными модулями 2 герметично отделен от отсека плат 3 питания. Светопропускающий элемент 4 изготовлен из лейкосапфира и прижат к корпусу 1 передней крышкой 5. С противоположной стороны расположена крышка 6. Герметичность отсеков прибора осуществляется прокладками 7, 8, 9, 10, выполненными из терморасширенного графита (ТРГ). Прокладка 7 расположена в специальном углублении между корпусом 1 и задней крышкой 6, прокладка 8 - между корпусом 1 и светопропускающим элементом 4, прокладка 9 - между корпусом 1 и передней крышкой 5, а прокладка 10 - между светопропускающим элементом 4 и передней крышкой 5. На задней крышке 6 установлены два герморазъема 11.
В боковых частях корпуса 1 имеются резьбовые отверстия, не показанные на чертеже, для крепления подводного осветителя на кронштейне.
Повышение термомеханической устойчивости конструкции под воздействием циклических тепловых нагрузок, как при включении и выключении, так и при изменении температуры внешней среды достигнуто следующим образом.
На пути потоков тепла от светодиодных модулей 2 и элементов плат 3 питания во внешнюю среду (показаны стрелками на фиг. 3) тепловые сопротивления сведены к минимуму. А именно: платы 2 и 3 установлены на теплопроводный клей непосредственно на корпус 1. Платы светодиодных модулей 2 изготовлены из полиимидной пленки и имеют толщину не более ОД мм, что в 2,5 раза тоньше, чем если бы плата была выполнена из стеклотекстолита. Это означает, что тепловое сопротивление полиимидной платы 2 будет меньше в 2,5 раза при примерно одинаковой теплопроводности. В качестве светопропускающего элемента 4 применен лейкосапфир с теплопроводностью 47 Вт/(м⋅К), это больше, чем у кварцевого стекла с теплопроводностью 0,8 Вт/(м⋅К) и больше, чем у стали почти в 3 раза. Таким образом, поверхность светопропускающего элемента 4 будет вносить существенный вклад в сброс тепла во внешнюю среду наряду с остальной поверхностью корпуса 1. Кроме того, лейкосапфир прозрачен до длины волны 5,5 мкм, что позволяет части тепловой энергии этого диапазона излучаться непосредственно от светодиодных модулей 2 во внешнюю среду.
Прокладки из терморасширенного графита являются отличным теплопроводящим материалом, заполняющим зазоры между деталями. Его теплопроводность составляет 5-6 Вт/(м⋅К). Таким образом, применение прокладок из терморасширенного графита, светопропускающего элемента 4 из кристалла лейкосапфира и корпуса 1 из металла обеспечивает эффективную передачу тепла от его внутренних источников в окружающую среду через всю наружную поверхность подводного осветителя.
Другой важной целью, достигаемой в предлагаемой полезной модели, является обеспечение герметичности под действием тепловых и гидродинамических нагрузок. Для этого в качестве прокладок уплотнения вместо прокладок из резины, имеющих низкую прочность, склонность к старению, низкую теплопроводность и низкие упругие свойства при больших давлениях, применены прокладки из терморасширенного графита, что позволило увеличить усилие обжатия, а, значит, и установленную плотность. Еще одним преимуществом прокладок из терморасширенного графита является способность восстанавливать до 30% начальной толщины при снятии гидростатического давления (лучше, чем у паронита), что повышает гидродинамическую устойчивость осветителя.
На фиг. 2 показаны расположенные на задней крышке два разъема 11, обеспечивающих подключение телевизионной камеры, от которой может управляться подводный осветитель (и расположенной, как правило, с ним рядом), коротким кабелем, в отличие от источника питания, который может располагаться далеко. Кроме того, несколько подводных осветителей можно соединить между собой и питать по одному кабелю.
Подбор светодиодов в светодиодных матрицах по длине волны обеспечивает адаптацию спектра, излучаемого осветителем света, к спектральной характеристике среды, в которой он должен работать.
Конструирование, изготовление и испытания экспериментального образца подтвердили как правильность принятых решений, так и достижение поставленных целей.