УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОДСВЕЧЕННОЙ СТРУИ ЖИДКОСТИ

Предлагаемая полезная модель относится к светотехнике, в частности, к устройствам для подсвечивания жидкости, вытекающей под давлением, и может быть использовано при сооружении фонтанов и для индикации температуры воды в бытовых смесителях.
Известно устройство для создания подсвечиваемых струй в фонтанах [Патент №2105238, RU, F 21 Р 7/00, 1996], содержащее снабженный соплами резервуар с гладкой внутренней поверхностью для образования струй и источник света, вмонтированный в отражатель, который соединен с резервуаром и образует с ним общее замкнутое пространство. Многоцветное подсвечивание струй фонтана обеспечивается за счет сменных светофильтров между источником света и резервуаром.
Недостатками устройства являются конструктивная сложность изготовления, большой расход электроэнергии и низкая эффективность.
Известно устройство создания и подсветки струй в фонтанах [Патент №2064629, RU, F 21 Р 7/00, 1994], содержащее блок подачи воды через кольцевую насадку, изолированный от воды источник света и пучок волоконных световодов, выходной торец которого размещен в центральной зоне кольцевой насадки. Многоцветное динамическое подсвечивание водяной струи обеспечивается за счет использования цветных светофильтров и винтового вращающегося зеркала для введения света в пучок волоконных световодов.
Недостатками устройства являются конструктивная сложность изготовления, возможность механических поломок, низкая эффективность и большой расход электроэнергии.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для вытекания подсвеченной жидкости [Патент №8401479, NL, F 21 P 7/00,
1984], включающее в себя корпус, соединенный с источником, подающим жидкость под давлением, имеющий отверстие для вытекания не турбулентной и/или мало турбулентной струи жидкости со светопроводящими свойствами и блок источника света, расположенный в устройстве или оптически связанный с устройством так, что свет вводится в струю таким образом, чтобы там распространяться. Цветное подсвечивание струи обеспечивается за счет использования светофильтров или цветного источника света.
Недостатками прототипа являются низкая эффективность подсветки ввиду отсутствия возможности размещения блока источника света в непосредственной близости от выходного отверстия в силу габаритных размеров блока, больших по сравнению с размером выходного отверстия, так как источник света выполнен в виде лампы (ламп) и сам имеет достаточно большие габариты и, кроме того, его необходимо изолировать от жидкости, т.е. поместить в кожух (или корпус), а также необходимость использования светофильтров или окрашенного источника света для цветной подсветки жидкости.
Полезная модель решает задачи повышения эффективности подсветки и расширения возможностей формирования и подсветки струи.
Задачи решаются устройством по п.1 для подсвечивания вытекающей жидкости, включающем по меньшей мере один корпус с по меньшей мере одним отверстием для вытекания жидкости, соединенный с источником подачи светопроводящей жидкости под давлением, и источник света, выполненный в виде по меньшей мере одного светодиода, размещенный в упомянутом корпусе вблизи упомянутого отверстия так, что его излучение направлено в сторону вытекания жидкости.
По п.2 предлагается устройство для подсвечивания вытекающей жидкости по п.1, отличающееся тем, что источник света выполнен в виде по меньшей мере одного полноцветного светодиода и/или нескольких светодиодов различных цветов, электрически включенных в схему управления цветом подсветки вытекающей жидкости.
По п.3 предлагается устройство для подсвечивания вытекающей жидкости по п.1, отличающееся тем, что в корпусе устройства дополнительно размещен датчик параметров жидкости, например, температуры, электрически включенный в схему управления цветом подсветки вытекающей жидкости и обеспечивающий возможность изменения цвета подсветки в зависимости от параметров жидкости.
По п.4 предлагается устройство для подсвечивания вытекающей жидкости по п.3, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен индикатор параметров жидкости в виде не менее одного светодиода, полностью или частично расположенного вне корпуса устройства.
По п.5 предлагается устройство для подсвечивания вытекающей жидкости по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено узлом для создания турбулентной и/или кавитационной струи.
По п.6 предлагается устройство по п.1, отличающееся тем, что весь корпус устройства или его часть выполнены из прозрачного материала.
Новым в предлагаемом устройстве является выполнение источника света для подсвечивания жидкости в виде светодиода. Впервые предложено размещение светодиода непосредственно в жидкости для ее подсветки. Это приводит к увеличению эффективности подсветки, т.к. светодиод имеет малые габариты, что позволяет поместить его в жидкости без применения громоздких изолирующих кожухов (корпусов), и установить в корпусе даже малого размера (например, в трубе малого диаметра), и, при этом, в непосредственной близости от выходного отверстия для вытекания жидкости, так что свет будет вводиться непосредственно в вытекающую жидкость, например, в струю фонтана. Кроме того, не искажается форма струи и не затрудняется вытекание жидкости, что приводит к уменьшению потерь излучения внутри корпуса и, следовательно, к повышению эффективности подсветки. Также для питания светодиода требуется низкое напряжение, в отличие от других электрических источников света, поэтому возможно использование малогабаритных и энергосберегающих источников питания. Дополнительное повышение эффективности обусловлено существенно большим КПД светодиода по сравнению с другими источниками
света, например, лампами накаливания, а также за счет отсутствия необходимости использования светофильтров, т.к. можно использовать полноцветные светодиоды, которые производят излучение различных длин волн, и/или, при необходимости, набор из нескольких одноцветных светодиодов, излучающих на разных длинах волн. Расположение светодиода в корпусе таким образом, что его излучение как источника света направлено в сторону вытекания жидкости, позволяет более эффективно вводить свет в струю, т.е. увеличить эффективность подсветки. Расширение возможностей формирования струй жидкости заключается в том, что, вследствие малых габаритов предлагаемых источников света и отсутствия необходимости в мощных источниках питания, можно применять различные, разных размеров, в том числе малогабаритные, и разной формы, насадки на корпус с отверстием для создания струй жидкости, и, тем самым, увеличивать декоративный эффект. При этом можно использовать несколько корпусов с насадками, в каждом из которых будет расположен источник света. Подсвечивание жидкости происходит за счет рассеяния распространяющегося по струе света от источника за счет нарушения световодных свойств струи в силу ее естественной турбулентности и кавитации, которые вызывают локальные изменения коэффициента преломления внутри световода, образованного струей жидкости, что ведет к изменению хода лучей света, распространяющегося по световоду, и выходу части излучения наружу (так называемое "рассеяние света"). Срок службы светодиодов составляет порядка 10 лет, а частое включение/выключение не снижает его (в отличие от других источников света). Кроме того, для светодиодов возможно очень быстрое включение/выключение в отличие от других источников света, в которых существует необходимость достаточного времени для их нагрева до рабочей температуры.
Дополнительное расширение декоративных возможностей подсветки струй вытекающей жидкости появляется по п.2 за счет статического или динамического формирования любого цвета подсветки от полноцветного светодиода и/или путем смешения излучения светодиодов различных цветов
(с любой скоростью в пределах восприятия человеческого зрения, т.к. светодиоды обладают высоким быстродействием).
Устройство по п.3 позволяет создать, например, смеситель со световой индикацией температуры воды, предупреждающей об опасности ожога.
По п.4 дополнительный индикатор параметров жидкости позволяет более наглядно показывать изменения температуры или других параметров жидкости.
По п.5 дополнительная, помимо естественной, турбулентность и/или кавитация способствуют рассеянию света и усилению подсветки струи жидкости.
По п.6 выполнение из прозрачного материала всего корпуса или его части препятствует поглощению света в стенках корпуса устройства и способствует усилению подсветки вытекающей жидкости.
Один из возможных вариантов выполнения предлагаемого устройства по п.1 в разрезе показан на Фиг.1.
Возможное выполнение устройства по п.2 и п.3 показано на Фиг.2.
Устройство на Фиг.1 имеет корпус 1 с отверстием для формирования струи вытекающей жидкости 2, соединенный с узлом 3 подачи светопроводящей жидкости под давлением, и выполненный в виде не менее одного светодиода источник света 4 с источником питания, излучение от источника света направлено в сторону истекания жидкости, подсвечивание которой происходит за счет рассеяния распространяющегося по струе света от упомянутого источника за счет нарушения волноводных свойств струи в силу ее естественной турбулентности.
Устройство работает следующим образом.
Свет от источника света 4 при включении электрического источника его питания проходит через отверстие для истекания жидкости 2 и попадает в струю жидкости, сформированную за счет избыточного давления жидкости в корпусе 1, которое создается узлом подачи жидкости 3. Подсвечивание жидкости происходит при рассеянии распространяющегося по струе света от упомянутого источника за счет нарушения световодных свойств струи в силу ее естественной турбулентности и кавитации. Свет, попавший в струю
жидкости, за счет разности коэффициентов преломления жидкости и воздуха распространяется по струе как по световоду (так называемый «волноводный эффект»). Турбулентность и кавитация вызывают локальные изменения коэффициента преломления внутри световода, образованного струей жидкости, что ведет к изменению направления хода лучей света, распространяющегося по волноводу, и выходу части излучения наружу (так называемое «рассеяние» света и «вырождение» волноводного эффекта). Рассеянный и, соответственно, вышедший из световода свет становится видимым для наблюдателя и вызывает эффект подсветки жидкости. Размер и форма струи жидкости, интенсивность турбулентности и кавитации определяются размером и формой отверстия для истекания жидкости, а также величиной избыточного давления жидкости в корпусе.
Расширение возможностей декоративного формирования и подсветки струй жидкости достигается за счет использования при создании устройства вариантов сочетания одного корпуса с несколькими отверстиями или нескольких корпусов с одним отверстием в каждом, или нескольких корпусов с несколькими отверстиями в каждом. При формировании одновременно нескольких струй соответствующим подбором их направлений можно добиться частичного или полного смешения подсвеченных струй жидкости и подсветки суммарной струи суперпозицией цветов подсветки каждой исходной струи.
Изменение цвета подсветки жидкости может производиться по п.2 за счет использования полноцветного светодиода и/или светодиодов различных цветов, электрически включенных в дополнительно введенную схему 5 управления цветом подсветки вытекающей жидкости (Фиг.2). Свет от источника 4, выполненного в виде не менее одного полноцветного светодиода и/или в виде светодиодов различных цветов (на Фиг.2 показано три светодиода), проходит через отверстие 2 для истекания жидкости и попадает в струю жидкости, сформированную за счет избыточного давления жидкости в корпусе 1, которое создается узлом подачи жидкости 3. Цвет подсветки может изменяться за счет управления цветом излучения полноцветного светодиода и/или путем регулировки мощности нескольких
одноцветных светодиодов, излучение которых, смешиваясь при выходе из отверстия для вытекания жидкости, имеет необходимый спектр, т.е. цвет. Управление цветом и мощностью излучения светодиодов осуществляется при помощи электрической схемы управления 5 цветом подсветки вытекающей жидкости, которая может быть выполнена из известных стандартных элементов, и создание которой не представляет трудности для специалистов в области электроники.
Для управления светом подсветки с целью световой индикации температуры жидкости по п.3 может использоваться схема управления цветом подсветки 5 с включенным в нее терморезистором 6 (Фиг.2).
Пример 1 реализации устройства для подсвечивания вытекающей жидкости.
Опытный образец устройства по п.1 был изготовлен из комплектующих, имеющихся в розничной продаже, и представлял собой фонтанную насадку с подсвечиванием вытекающей воды. Источник излучения 4 в виде светодиода марки LXHL-LM3C производства фирмы Luxeon (США) с максимумом излучения на длине волны 530 нм (зеленый свет) и со световым потоком 64 лм при постоянном токе накачки 0.7 А и напряжении 3.4 В был вмонтирован в корпус 1 с входным отверстием для подачи воды от источника подачи жидкости под давлением 3 диаметром 22 мм и выходным отверстием 2 для воды диаметром 15 мм. Расстояние от светодиода 4 до выходного отверстия 2 составляло 80 мм. При высоте фонтанной струи 0.5 м подсвечивание воды ясно видно с расстояния до 15 м и более даже при дневном свете (при отсутствии прямого солнечного освещения). Ночью подсвечивание воды хорошо заметно с расстояния до 150 м и более. Использование модели прототипа не дает возможности реализации параметров, достигнутых при изготовлении опытного образца устройства ввиду недостижимости без использования светодиода в качестве источника излучения столь малых габаритных размеров устройства и невозможности достижения столь эффективной подсветки, дающей заметный эффект даже при дневном освещении при потреблении мощности менее 3 Вт.
Пример 2.
Опытный образец устройства по п.3 был изготовлен из комплектующих, имеющихся в розничной продаже, и представлял собой бытовой смеситель с подсвечиванием вытекающей воды. Источник излучения 4 в виде красного и синего светодиодов производства фирмы Kingbright (США) был вмонтирован в корпус 1 смесителя вблизи выходного отверстия 2 для воды диаметром 20 мм. Управление цветом подсветки осуществлялось при помощи электронной схемы 5 управления на основе микропроцессора и датчика параметров жидкости 6 в виде терморезистора марки TMP36GT9 производства фирмы Analog Devices (США) таким образом, чтобы цвет подсветки плавно изменялся от чисто синего (синий светодиод включен, красный выключен) при температуре воды 10°С и ниже до чисто красного (красный светодиод включен, синий выключен) - при 50°С.
Пример 3.
То же, что в примере 1, но на выходное отверстие дополнительно была установлена фонтанная насадка - формирователь струи, выполненная в виде полого цилиндра с диаметром несколько большим диаметра выходного отверстия. В результате было заметно, что увеличилась турбулентность струи и интенсивность рассеяния света.
Конструкция предлагаемого устройства проста, долговечна, дешева, не требует трудоемкого технического обслуживания.