СВЕТОВОЙ ПРИБОР

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к светотехнике, а именно к осветительным устройствам с источником света на основе мощных светодиодов или светодиодных матриц, предназначенным для стационарного освещения рабочей зоны в промышленных помещениях и на открытом воздухе, в том числе в местах с потенциально взрывоопасной газовой средой.
Уровень техники
Известен светодиодный светильник (патент на полезную модель RU 85784, МПК: H05B 37/02, опубл. 10.08.2009 г), содержащий корпус из алюминиевого полого профиля, внутри которого размещен модуль питания, снаружи на плоской поверхности корпуса установлена плата из теплопроводного материала с размещенными на ней твердотельными светоизлучающими элементами - светодиодами, и рассеиватель из оптически-прозрачного материала. В процессе работы светильника выделяемое светодиодами тепло предается через плату на корпус, на наружной поверхности которого для улучшения теплоотвода выполнено оребрение.
Недостатком упомянутого светильника является небольшая площадь освещаемой поверхности, что обусловлено размещением светодиодов на плоской монтажной плате и одинаковой направленностью потоков их излучения.
Известны защищенные световые приборы на светодиодах (например, патент RU 38890, МПК: F21S 2/00, опубл. 10.07.2004, или патент RU 2251050, МПК: F21S 13/14, опубл. 27.04.2005), в которых светодиодные источники света закреплены на пространственном держателе, установленном внутри защитной оболочки, состоящей из корпуса и оптически прозрачного колпака. В результате такого закрепления оптические оси светодиодов развернуты в пространстве под различными углами, что обеспечивает значительное расширение светового потока.
Однако в этом случае создается рассеянный световой поток, имеющий ограниченную дальность распространения. К недостаткам упомянутых приборов следует также отнести неэффективный отвод тепла, что позволяет использовать только источники излучения малой мощности.
В качестве наиболее близкого, по наличию сходных конструктивных признаков, аналога для заявляемого технического решения выбран светосигнальный огонь кругового обзора (патент на изобретение RU 2153623, МПК: F21S 2/00, F21S 8/10, опубл. 27.07.2000). Сходными конструктивными признаками с заявляемым техническим решением являются следующие: наличие корпуса с размещенными в нем элементами питания и подключения, наличие держателя в форме правильной пирамиды, на боковых гранях которой установлены мощные светоизлучающие диоды, оптические оси которых перпендикулярны упомянутым граням. Согласно одному из вариантов, пирамида сопряжена своим нижним основанием с кольцевым вогнутым отражателем. Сверху источник света закрыт оптически прозрачным колпаком.
Недостатками наиболее близкого аналога являются:
- плохой отвод тепла, осуществляемый, в основном, за счет воздухообмена внутри полой пирамиды, что снижает светотехнические характеристики и срок службы светодиодов, которые, как известно, сильно зависят от температуры.
- неэффективное использование излучения светодиодов, часть которого теряется на рассеивание внутри светильника, что объясняется формой отражателя, расположенного только у подножия пирамиды.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение светотехнических показателей и надежности работы светового прибора, достигаемый при этом технический результат заключается в повышении интенсивности теплоотвода и более эффективном использовании мощности источников света.
Поставленная задача решена, а технические результаты достигнуты, благодаря усовершенствованиям светового прибора, содержащего источник света на основе твердотельных светоизлучающих элементов, установленных на гранях держателя в форме пирамиды, сопряженного с отражателем, корпус с размещенными в нем элементами питания и подключения и оптически-прозрачный колпак, закрывающий источник света.
Упомянутые усовершенствования, согласно заявляемой полезной модели, заключаются в том, что корпус выполнен в форме перевернутого стакана с оребрением наружной боковой поверхности, держатель выполнен монолитным и установлен основанием пирамиды на плоской поверхности корпуса (основании стакана), в срединной ее части, при этом отражатель выполнен сложной пространственной формы, повторяющей форму поверхностей, на которые этот отражатель наложен: форму пирамиды и свободной плоской поверхности корпуса вокруг нее.
Благодаря тому, что держатель выполнен в виде сплошной монолитной пирамиды, значительно увеличена его теплоемкость. Пирамида-держатель аккумулирует на себя тепло, выделяемое при работе светодиодов, установленных в тепловом контакте с ней, и передает его непосредственно на плоское основание корпуса, выполняя, таким образом, совместно с корпусом функции радиатора охлаждения. И пирамида и корпус выполнены из теплопроводного материала, например алюминия или его сплавов, что обеспечивает быструю теплопередачу.
Однако площадь теплопередачи ограничена площадью контакта корпуса и пирамиды, а значит равна площади основания пирамиды. Обеспечить полное равенство площадей основания стакана-корпуса и основания пирамиды практически невозможно, в силу ряда конструктивных причин.
Расширить площадь теплопередачи позволяет наличие и форма отражателя, который в заявляемом приборе, в отличие от прототипа, не только выполняет свою прямую функцию - направленного отражения рассеянного излучения, но и при этом, обеспечивает передачу тепла с пирамиды держателя на корпус за пределами пирамиды.
Благодаря тому, что форма отражателя выполнена конгруэнтной поверхностям пирамиды и свободной плоской поверхности корпуса вокруг пирамиды, обеспечено точное совмещение накладываемых друг на друга поверхностей и плотность их прилегания, в результате чего обеспечен быстрый и качественный теплообмен между пирамидой и корпусом через отражатель.
Увеличение площади теплопередачи позволило повысить интенсивность теплообмена между пирамидой и корпусом.
Повышению интенсивности отвода тепла от источников излучения способствует также выполнение корпуса с оребрением наружной боковой поверхности, размеры которого определяются мощностью источников излучения.
Таким образом, совокупность таких отличительных признаков, как монолитность держателя, форма корпуса, форма отражателя и взаимное расположение упомянутых конструктивных элементов друг относительно друга, позволила повысить интенсивность и эффективность теплоотвода, за счет чего были улучшены условия работы светодиодных источников света, обеспечена надежность их работы, высокие светотехнические характеристики и длительный срок эксплуатации.
Вместе с тем форма отражателя, закрывающего не только свободную поверхность основания корпуса, но и грани пирамиды, способствует более полному использованию мощности светоизлучающих диодов, за счет возможности сбора всего рассеянного излучения и его направления с основным световым потоком прибора.
Анализ уровня техники, проведенный заявителем, не выявил технического решения, которому бы были присущи все существенные признаки заявляемого решения, что позволяет предположить его соответствие требованиям «новизны».
Предлагаемый световой прибор имеет простую и технологичную конструкцию, отличается хорошей защищенностью по тепловым показателям, что имеет особое значение при использовании в качестве источников света твердотельных светоизлучающих элементов в виде мощных светодиодов, или светодиодных матриц.
Благодаря изолированному размещению источника света и источника питания, конструкция прибора характеризуется высокой взрывозащищенностью.
Отражатель может быть выполнен в виде единой, цельной детали сложной формы.
Однако более технологичным представляется выполнение отражателя в виде совокупности однотипных состыкованных между собой элементов, каждый из которых имеет треугольную верхнюю часть, соответствующую форме и размерам грани пирамиды, и отогнутую от нее под углом нижнюю часть в форме части сектора. После стыковки таких элементов отражателя их нижние части образуют плоское кольцо вокруг пирамиды, сопрягаемое с корпусом.
Держатель может быть выполнен как в форме полной пирамиды, так и в форме усеченной пирамиды.
Количество граней пирамиды, предпочтительно, составляет от 3 до 12. Количество граней менее трех не обеспечит получение кругового освещения. Количество граней пирамиды более 12 нецелесообразно, т.к. приведет либо к неэффективному использованию мощности светодиодных источников света, либо к неоправданному увеличению габаритов светильника.
Целесообразно выполнение угла α наклона граней пирамиды к ее основанию от 30 до 60°. Упомянутый угол наклона обеспечивает наиболее рациональное использование светового потока от установленных на пирамиде светодиодов, телесный угол излучения которых обычно составляет 100-120°.
Краткое описание чертежей
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображено заявляемое устройство, общий вид с частичным разрезом;
на фиг.2 - вид А с фиг.1;
на фиг.3 - сечение В-В с фиг.2, увеличено;
на фиг.4 - вид С с фиг.3, показан элемент отражателя.
Осуществление полезной модели
Предлагаемый световой прибор содержит (см. фиг.1-2) корпус 1 с размещенными в нем элементами питания и подключения, выполненный в форме перевернутого стакана с ребрами 2 на наружной боковой поверхности, источник света на основе твердотельных светоизлучающих элементов, в качестве которых используют мощные светодиоды 3 или матрицы светодиодов, держатель 4 в виде монолитной пирамиды, установленной на плоской поверхности 5 корпуса 1, в срединной ее части, отражатель 6 и оптически-прозрачный колпак 7. Со стороны открытого торца корпус 1 закрыт крышкой 8, обеспечивающей возможность доступа внутрь корпуса к элементам питания и подключения.
Мощные светодиоды 3 установлены на гранях пирамиды 4 таким образом, что оптические оси светодиодов направлены перпендикулярно граням, на которых они установлены.
Отражатель 6 имеет сложную пространственную форму, повторяющую форму поверхностей, на которые этот отражатель наложен: форму пирамиды 4 и свободной части плоской поверхности 5 корпуса 1 вокруг этой пирамиды.
Отражатель 6 может быть выполнен в виде цельной пространственной детали.
В приведенном примере (см. фиг.3-4) отражатель выполнен в виде совокупности состыкованных между собой однотипных элементов 9, каждый из которых имеет треугольную верхнюю часть 10, соответствующую в форме грани пирамиды 4, и отогнутую от нее под углом нижнюю часть 11 в форме части сектора. В верхней части 10 выполнено отверстие 12 для светодиода.
Элементы 9 могут быть изготовлены, например, из алюминиевой фольги путем вырубки заготовки, в форме, аналогичной показанной на фиг.4, с последующей ее гибкой по линии сопряжения пирамиды с основанием корпуса.
Приведенный на фиг.1-2 пример конструкции светового прибора характеризуется выполнением пирамиды 4 с шестью гранями. Однако приведенный пример является частным случаем реализации заявляемого устройства и не ограничивает возможности выполнения пирамиды 4 с другим количеством граней от 3-х до 12.
Угол α наклона граней пирамиды к основанию составляет 30-60°.
Пирамида 4 может быть выполнена усеченной, что показано пунктиром на фиг.1, 2, 4. В этом случае верхняя часть 10 элемента 9 отражателя будет иметь форму трапеции. Верхнее основание усеченной пирамиды 4, в этом случае может быть покрыто светоотражающим слоем.
Прибор имеет взрывозащищенное исполнение, включающее наряду с раздельным размещением источника питания и источника света, ударопрочное исполнение корпуса 1 и оптически прозрачного колпака 7, наличие уплотнительных элементов и изоляции, которая отличается высоким сопротивлением и устойчивостью по отношению к повышенному напряжению и ударным нагрузкам. Ввод кабеля 13 оборудован устройством, предохраняющим его от выдергивания.