СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С МОЩНЫМИ СВЕТОДИОДАМИ
LIGHTING COMPLEX WITH HIGH-POWER LEDS

Изобретение относится к специальной светотехнике, в частности к светотехническим комплексам с множеством защищенных световых приборов, в которых в качестве источников света использованы мощные светодиоды, генерирующие излучение красного, зеленого, желтого, синего, ближнего инфракрасного спектра излучения или белого света.
Светотехнический комплекс предназначен преимущественно для эксплуатации в открытом пространстве в качестве светосигнальных или осветительных устройств, в том числе в качестве заградительных огней, огней световой маркировки аэродромов и вертодромов, палубных площадок кораблей и плавучих платформ, светомаяков, огней оптической связи, систем светоограждения высотных и протяженных объектов в том числе зданий, промышленных труб атомных электростанций, нефтеперерабатывающих заводов, тепловых станций, вышек нефте- и газодобывающих участков, ретрансляторов мобильной связи и других объектов, которые ухудшают условия безопасности полетов самолетов и вертолетов ночью, в сумерках и в условиях плохой видимости.
Светотехнический комплекс может быть использован также для освещения рабочих участков и площадок.
Известны светосигнальные, в том числе заградительные огни на светодиодах, работающие как с радиаторами, так и без радиаторов охлаждения /1/.
Недостатки последних обусловлены невысокой мощностью излучения, что ограничивает, применение их в качестве огней малой интенсивности. Приборы дорогостоящие и трудоемки в производстве из-за необходимости применения большого количества светодиодов и печатных плат.
Известен светосигнальный прибор /2/, содержащий корпус с защитным колпаком, с установленным на держателе оптическим модулем-лампой на мощных светодиодах, выполненной в виде совокупности полых, образующих многогранник, правильно усеченных пирамид из теплопроводного материала, выполняющих функции радиатора охлаждения светодиодов, находящихся в тепловом контакте с гранями пирамид. Преобразователь питающей сети установлен внутри держателя модуля.
Недостатки аналога связаны с низкой эффективностью теплообмена внутреннего объема держателя с преобразователем и многогранника-радиатора охлаждения оптического модуля-лампы с окружающей средой.
Известен световой прибор /3/ на мощном светодиоде, установленном в тепловом контакте с наружной частью донышка стакана - кондуктивного радиатора охлаждения, посаженного в тепловом контакте с корпусом, образующим общую камеру, в которой располагается преобразователь питающей сети.
Недостатки аналога обусловлены тем, что преобразователь располагается вблизи радиатора, несущего мощный светодиод /3 Вт/, и подвержен нагреву одновременно с нагревом за счет тепловыделения собственных элементов электронной схемы /кпд ~80%/, что ограничивает применение в устройстве более мощных светодиодов в минимизированных габаритах корпуса - радиатора, а также снижает надежность прибора.
Известны многозвенные /1/ и спаренные заградительные огни /4/, в которых использованы лампы на светодиодах с преобразователями питающей сети, работающие без радиаторов охлаждения. Огни соединены между собой трубопроводами и распределительной коробкой с клеммами для подключения к промышленной сети.
Например, двухрожковый заградительный огонь типа СД30-05-1/2/-11 /ТУ 3461-001-72956158-2006/ /4/ выполнен с двумя световыми приборами, каждый из которых имеет защищенный корпус с оптически прозрачным колпаком, в котором установлена лампа с большим количеством светодиодов /64-120 шт./ и печатных плат, с собранным в ней преобразователем питающей сети с кпд 60-80%. Приборы сопряжены с распределительной коробкой, в которой установлена клеммная колодка для подключения их к промышленной сети.
Таким образом, тепловые потери светодиодных ламп с преобразователями приходятся на внутренний объем заградительных огней. Однако даже этого тепла недостаточно для обеспечения защиты приборов с лампами на светодиодах, работающих без радиаторов охлаждения, от обледенения, из-за увеличенных внутренних объемов огней, что наряду с увеличенными габаритами и материалоемкостью является существенным недостатком прототипа.
Целью предлагаемого изобретения является создание светотехнического комплекса с мощными светодиодами, лишенного перечисленных недостатков, имеющего минимизированные массо-габаритные показатели, в десятки раз увеличенную мощность применяемых светодиодов при таком же снижении их количества в одном световом приборе, что обеспечивает защиту от обледенения при одновременном улучшении теплофизических параметров и оптимизации функциональных возможностей комплекса.
Поставленная цель достигается тем, что в светотехническом комплексе с мощными светодиодами, содержащем по меньшей мере два защищенных световых прибора, выполненных в корпусах с оптически прозрачными колпаками или куполообразными линзами Френеля, с установленными в них светодиодами, преобразователи питающей сети и общую для приборов распределительную коробку со средствами токоподвода и монтажа комплекса на объекте, указанные корпуса световых приборов выполнены в виде составных радиаторов охлаждения, находящихся в тепловом контакте с мощными светодиодами и снабжены тепловыми экранами, отделяющими радиаторы со светодиодами от преобразователей питающей сети установленных в отсеках вышеуказанных корпусов, соединенных трубопроводами и/или трубчатыми кабельными вводами с общей для световых приборов распределительной коробкой.
Достижению цели способствует то, что тепловые экраны выполнены в виде диэлектрических плат с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита, несущих также средства подключения преобразователей к светодиодам.
Поставленная задача решается и тем, что преобразователи питающей сети установлены в тепловом контакте со стенками оребренных отсеков корпусов непосредственно или через промежуточный слой теплопроводного материала, например теплопроводного компаунда.
Цель достигается также тем, что распределительная коробка снабжена защищенным оптически прозрачным окном, сопряженным с фотодиодом оптического релейного элемента /фотореле/, установленного в ней, коммутирующего отключение или подключение световых приборов комплекса при изменении освещенности окна в режиме день-ночь соответственно.
Предпочтительные варианты исполнения светотехнического комплекса с мощными светодиодами показаны на чертежах.
Фиг.1. Светотехнический комплекс с двумя световыми приборами с мощными светодиодами. Вид сбоку, частично в разрезе.
Фиг.2. Светотехнический комплекс с множеством световых приборов с мощными светодиодами.
Показанный на фиг.1 светотехнический комплекс с мощными светодиодами содержит два одинаковых световых прибора 1 и 1', каждый из которых выполнен в корпусе 2 с отсеком 3, патрубком 4 и накидной гайкой 5.
На торцевой цилиндрической части корпуса 2 установлен оптически прозрачный защитный колпак 6 или куполообразная линза Френеля /не показана/.
Внутри корпуса 2 с колпаком 6 собраны один или несколько мощных светоизлучающих диода 7 красного, зеленого, желтого, синего, инфракрасного излучения или белого свечения, например, типа У-360к ООО НПЦ "ОПТЭЛ", Москва, или светодиоды серий ХР-Е и ХР-С компании CREE, США, а также электронный преобразователь питающей сети 8, например, типа ПСЛ12-350-0 ЗАО ММП "ИРБИС", Москва, со средствами подключения его к светодиодам и к сети переменного или постоянного тока в виде клеммных колодок 9 и 10 или изоляционных переходников.
Каждый световой прибор 1 и 1' с патрубком 4 сопряжен с общей для них распределительной коробкой 11 через промежуточные трубчатые кабельные вводы 12 и 13.
Корпус 2 с отсеком 3 каждого светового прибора представляет собой составной радиатор охлаждения, включающий несущий мощные светодиоды 7 радиатор 14, например, в форме стакана, боковые стенки которого находятся в тепловом контакте с частью корпуса, и радиатор цилиндрического отсека 3 с оребрением 15.
Примыкающая к радиатору 14 часть корпуса по резьбе сопрягается с накидной гайкой 5, имеющей также ребра охлаждения 16.
Все перечисленные радиаторы выполнены из теплопроводного материала на основе алюминиевых сплавов.
Гайка 5 через уплотнение 17 стягивает защитный колпак 6 и элементы составного радиатора 14 и 15 корпуса прибора, выполняя наряду с его герметизацией, установлением теплового контакта разъемных элементов, функцию дополнительного радиатора охлаждения светодиодов 7.
Корпус 2 каждого светового прибора светотехнического комплекса снабжен тепловым экраном 18, отделяющим радиатор охлаждения 14 со светодиодами 7 от преобразователя питающей сети 8, установленного в отсеке 3, внутренний объем которого соединен через патрубок 4 с трубчатым кабельным вводом 12 с распределительной коробкой 11.
Кабельные вводы 12 и 13 герметизируют уплотнительными кольцами распределительную коробку 11 и узлы сальникового ввода кабеля питающей сети 19 в соответствующем патрубке 4 корпусов приборов 1 и 1'.
Тепловой экран 18 выполнен в виде диэлектрической платы с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита и может быть изготовлен в виде печатной платы, несущей средства подключения электронного преобразователя 8 к светодиодам 7, например клеммную колодку 9, а также стабилитроны, шунтирующие светодиоды, балластный резистор и т.п. /не показаны/, а также механически удерживающей токовые выводы упомянутого преобразователя.
Кроме того, в отсеке 3 корпуса 2 установлена дополнительная плата 20 с клеммной колодкой 10 для подключения кабеля 19 питающей сети к преобразователю 8, имеющей отверстия для конвективного теплообмена полостей отсека 3 и нижней части корпуса 2.
Тепловой экран 18 и плата 20 снабжены отверстиями для пропускания входных и выходных токовых выводов преобразователя 8, центрирования и удержания его в отсеке 3 корпуса.
Преобразователь 8 питающей сети каждого светового прибора может быть установлен в тепловом контакте со стенками оребренного отсека 3 непосредственно или через промежуточный слой, например, теплопроводного компаунда типа "Номакон", обеспечивая удовлетворительный кондуктивный теплообмен с окружающей средой.
Распределительная коробка 11 так же, как и световые приборы, выполнена с высокой степенью защиты от воздействия окружающей среды, имеет герметично устанавливаемую через уплотнение съемную крышку 21 и узел сальникового ввода 22 кабеля 23 питающей сети, подведенной на клеммную колодку 24 и винт заземления 25, уплотненного гайкой 26 или навинчиваемого на трубу /не показано/.
На тыльной стороне коробки 11 установлена опорная г-образная планка /кронштейн/ 27 для монтажа светотехнического комплекса на объекте.
Крышка 21 распределительной коробки 11 имеет защищенное плоским стеклом или линзой оптически прозрачное окно 28, сопряженное с фотодиодом, например, типа ФД-24к оптического релейного элемента 29 /фотореле/, установленного внутри коробки. Фотореле 29 коммутирует отключение или подключение световых приборов 1 и 1' комплекса при изменении освещенности окна 28 в режиме день-ночь соответственно.
Показанный на фиг.2 второй вариант исполнения светотехнического комплекса с мощными светодиодами предусматривает использование большего количества, например 4 или 6, световых приборов, подключаемых к питающей сети через одну общую распределительную коробку 30.
В этом случае заградительные световые приборы 31 и 32, устанавливаемые по 4-6 шт. на каждом ярусе светового ограждения, например, промышленных труб выполняют с модификацией, предусматривающей исполнение корпусов с двумя патрубками 33, соединяемыми трубопроводами 34 и 35 с распределительной коробкой 30 и смежными световыми приборами.
В коробке 30 не предусмотрено применение оптического релейного элемента, либо возможна наземная эксплуатация с коммутацией всей системы светосигнализации или освещения.
Предложенные варианты конструкции светотехнического комплекса с мощными светодиодами позволяет минимизировать ее массо-габаритные показатели примерно в 5-8 раз по сравнению с известными образцами комплексов и прототипа аналогичного назначения, одновременно в 2-3 раза повысить мощность применяемых световых приборов, обеспечив при этом защиту их от обледенения за счет увеличенной в десятки раз мощности применяемых светодиодов при таком же уменьшении их количества в одном световом приборе. Одновременно улучшены теплофизические параметры световых приборов комплекса и оптимизированы его функциональные возможности в результате задания режима преимущественной эксплуатации в условиях низкой освещенности.
Литература
1. Басов Ю.Г., Раквиашвили А.Г., Сысун В.В. "Специальная светотехника". Минск. "Изд. центр БГУ", 2008, стр.359-369.
2. Коротеев Ю.Я., Сысун В.В. Светосигнальный огонь на светодиодах, Пол. модель РФ №14393, опубл. 20.07.2000, Бюл.20, кл. F21V 5/02.
3. Коган и др. Защищенный световой прибор на мощном светодиоде. Пол. модель РФ №71729, опубл. 20.03.2008, Бюл.8, кл. F21S 4/00.
4. Каталог ООО "Световод". М., 2007. Светодиодный заградительный огонь СД30-05-1/2/-11 двухрожковый. Сайт в Интернете: http://www.svetovod.ru/product 33.html.