Жидкостной фитооблучатель для растений

Полезная модель относится к области светотехники, в частности к осветительным устройствам на светодиодах, и может быть использована для облучения овощных и зеленных сельскохозяйственных культур на разных стадий роста в условиях защищенного грунта, фитотронах и промышленных теплицах.
Известно устройство для освещения растений, содержащее светодиодный элемент, размещенный в полости светопрозрачного корпуса, заполненного жидкой охлаждающей средой, в секторе излучения светодиодного элемента. В жидкой охлаждающей среде введены корпускулярные элементы, находящиеся в твердой фазе, имеющие люминофорные и магнитные компоненты, при этом плавучесть корпускулярных элементов в охлаждающей среде равна нулю, а их количество и размеры обеспечивают возможность свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса, который снабжен средством приведения охлаждающей среды в движение через воздействие электромагнитным полем. «Светодиодный светильник с люминофором» (Патент RU 2545101, МПК H05B 33/00, 2006 г.).
Недостатками известного устройства являются следующие факторы:
сложность конструкции, увеличение расхода электрической энергии,
уменьшение светопроводимости за счет наличия магнитных корпускулярных компонентов в плавающем состоянии, в том или ином виде, высокая себестоимость, одностороннее освещение с углом не более 180 градусов в лучшем случае.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа «Излучатель с погружным светодиодным модулем» /Патент RU 201359, МПК F21K 9/00, 2016 г, содержащий связанные с источником питания светодиоды, размещенные на профиле и закрепленные внутри герметичного прозрачного корпуса, заполненного прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкостью. Погружной светодиодный модуль расположен внутри дополнительной внешней емкости с прозрачными стенками с прозрачной жидкостью.
Недостатками известного устройства являются снижение урожайности и качества сельскохозяйственной продукции вследствии наличия теневой области из-за выполнения профиля плоским. Нет возможности регулировать интенсивность освещения, что может привести к ожогам растений.
Техническая задача полезной модели заключается в повышении урожайности и качества продукции, за счет исключения ожогов лиственного покрова растения вблизи фитооблучателя, сокращения сроков вегетации растений.
Технический результат достигается тем, что светодиодный жидкостной фитооблучатель, содержащий связанные с источником питания светодиоды, размещенные на профиле и закрепленные внутри герметичного прозрачного корпуса, заполненного прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкостью, согласно полезной модели, он снабжен установленным в профиле защитным температурным датчиком, связанным с блоком питания, содержащим потенциометр, а профиль выполнен в виде круга со светодиодами, равномерно расположенными по всей его поверхности.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 - представлена схема светодиодного жидкостного фитооблучателя; на фиг. 2 - то же,  разрез А-А с квадратным профилем и светодиодными линейками; на фиг. 3 - то же разрез А1-А1 с плоским профилем с двусторонним размещением светодиодных линеек; на фиг. 4 - то же, разрез А2-А2 с круглым трубчатым профилем со светодиодными линейками.
Жидкостной светодиодный фитооблучатель состоит из корпуса 1, изготовленного из любого светопроницаемого материала, например, прозрачного пластика, стекла, оргстекла, поликарбоната, боросиликатного или кварцевого стекла, проницаемого для ультрафиолетового излучения. На корпусе 1 размещены две герметичные плоские торцевые крышки 2, изготовленные, например, из эластичного пластика, с уплотнительными резиновыми кольцами 3. В центре пространства светопроницаемого корпуса 1 находится профиль 4, на котором закреплены линейки светодиодов 5. Профиль может быть выполнен из алюминия, стекла, пластика и т.д. Корпус 1 заполнен теплопроводящей диэлектрической жидкостью 6. Светодиоды 5 подключены к блоку питания 7 с потенциометром 8, посредству электрического кабеля пристыкованного к пластиковому гермовводу 9 с герметичной затяжной гайкой.
Удержание жидкости 6 в трубчатом светопроницаемом корпусе 1 осуществляется уплотнительными резиновыми кольцами 3, размещенными внутри него, и герметичными плоскими торцевыми крышками 2. Резиновые кольца 3 выполнены с отверстием для фиксации алюминиевого профиля 4.
Внутри профиля 4 закреплен защитный температурный датчик от перегрева (на фиг. не показано), связанный с блоком питания 7. При превышении температуры выше +40° C происходит автоматическое отключение блока питания 7, а при последующем понижении температурных характеристик ниже заданного уровня, происходит автоматическое пороговое включение блока питания 7, вследствие чего, работа осветительного прибора возобновляется. Таким образом, осуществляется защита от перегрева и нежелательного выхода из строя фитооблучателя, сохраняя его свойства.
Жидкостной фитооблучатель может быть оснащён системой управления при помощи контроллера (на фиг. не показано), совмещенного с блоком питания 7. Контроллер способен управлять системой спектрального облучения и интенсивностью светового потока, при помощи коммуникационной системы управления, посредством цифровой передачи данных, как беспроводных, так и проводных систем управления. Такими устройствами являются, например, ПК, планшет, телефон и иные цифровые устройства, решая ряд задач.
Таким образом, обеспечивается экономия электроэнергии. Блок питания 7 жидкостного фитооблучателя может располагаться как за пределами фитооблучателя, так и внутри корпуса 1 с упрощенной схемой блока питания 7.
Жидкостной фитооблучатель с теплопроводящей диэлектрической жидкостью может содержать и люминесцирующие вещества, переизлучающие световую волну от кристалла светодиода в необходимый световой спектр, необходимый для растений. Светодиоды 5, например, могут быть выполнены на основе ультрафиолетовых или синих кристаллов, вызывающих люминесценцию.
Люминофорный материал, может быть в составе теплопроводящей жидкости, материале корпуса или нанесен на внешнюю или внутреннюю его поверхность. Подбирая химический состав люминофора, имеется возможность получать желаемый спектральный состав световой волны под конкретную выращиваемую овощную культуру.
Теплопроводящая диэлектрическая жидкость, заполняющая внутреннее пространство корпуса фитосветильника, предназначена для отведения тепловой энергии от светодиодов.
Тепловая энергия от светодиодов 5 через теплопроводящую диэлектрическую жидкость 6 переходит на стенку светопрозрачного корпуса 1 и далее рассеивается в воздушном пространстве вокруг корпуса 1, охлаждая фитооблучатель в целом. Теплопроводящей антикоррозионной диэлектрической прозрачной жидкостью может являться, например, иммерсионное, минеральное, силиконовое масло или иные некорродируемые материалы со свойствами. Текучая жидкость так же выступает механизмом пассивного конвекционного потока при отсутствии каких-либо вспомогательных механизмов циркуляции жидкой среды, нет необходимости установки громоздких алюминиевых, или иных охладительных корпусов, на которых закреплены светодиоды 5. Достаточно использовать держатели светодиодов 5 с минимальной площадью.
Известно, что чем меньше температура светодиода, тем выше КПД и светоотдача, лм/Вт. При этом в разы уменьшается деградация светодиода, увеличивается срок его службы без потери их свойства по светоотдаче.
Теплопроводящая диэлектрическая жидкость в замкнутом пространстве при изменении температурных характеристик изменяет свой объем. Для компенсации температурного расширения предусмотрен воздушный зазор 5-10% от занимаемого объема текучей диэлектрической теплопроводящей жидкости.
Профиль со светодиодами может быть выполнен двухсторонним плоским со светодиодами на обеих сторонах, в виде квадрата со светодиодами на всех четырех гранях или круга со светодиодами 5 равномерно расположенными по всей его поверхности. Такое расположение  светодиодов на профиле 4 обеспечивает распределение потока излучения на 360°.
Светодиодный жидкостной фитооблучатель работает следующим образом.
В лабораторных условиях на базе ФГБНУ ФНАЦ ВИМ успешно прошли испытания жидкостного фитооблучателя с квадратным алюминиевым профилем и четырьмя светодиодными линейками на его сторонах.
От источника питания  напряжение 220 В подается на блок питания 7 и через гермоввод 9 на светодиоды 5. Блок питания 7 снабжён потенциометром 8, регулирующим интенсивность излучения светового потока.
Светодиоды 5 излучают световую волну с тепловым эффектом в жидкую теплопроводную диэлектрическую антикоррозионную среду 6. Жидкая среда 6 под действием физических свойств пассивной конвекционной циркуляции приходит в движение, при этом возникает круговорот в жидких средах, который переносит тепловую энергию к стенкам светопроницаемого корпуса 1 и передает ее в окружающее пространство, тем самым, охлаждая фитооблучатель.
В разный вегетационный период роста растений необходимо оптимально подбирать спектральный состав и интенсивность освещения. В рассадный период необходимо увеличивать долю синего излучения 440-460 нм для предотвращения вытягивания рассады. В период цветения необходимо увеличивать долю красного излучения 632-660 нм. На стадии плодоношения и созревания необходимо увеличивать долю зеленого излучения 535-570 нм. Излучение групп светодиодов может регулироваться в широких пределах со следующими спектрами волн:
один элемент синего диапазона с максимумом излучения 440-460 нм;
два элемента дальнего красного диапазона с максимумом излучения 730-740 нм;
два элемента красного диапазона с максимумом излучения 632-660 нм;
три элемента белого диапазона цветовой температуры излучения 4000 К.
Применение  прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкости снижает эффект переотражения светового потока от светопроницаемого трубчатого корпуса, что позволяет повысить светоотдачу на 15%. Положительной особенностью является распределение светового потока на 360° и отсутствие теневых областей, тем самым увеличивая энергоэффективность фитооблучателя. Температура жидкости фитооблучателя повышается на 8-15°C в зависимости от температуры окружающей среды.
При близком контакте люминофорной структуры с кристаллом светодиода 5 происходит частичное или полное выгорание люминофорной поверхности, что приводит к частичной или полной потере заданного изначально спектрального диапазона световой волны. При нахождении люминофора между светодиодами 5 и светопроницаемым корпусом 1, отсутствует нагрев, так как жидкость находится в естественной конвекции и люминофор постоянно циркулирует под действием теплового нагрева светодиодов, тем самым частицы люминофора подменяют друг друга из дальних уголков замкнутой колбы, двигаясь под действием конвекционного физико-теплового воздействия в жидких средах.
Повышение равномерности светового потока от светодиодного фитооблучателя возможно достичь за счет использования теплопроводящей диэлектрической жидкости в тандеме с люминесцирующими веществами, при которых снижается тепловая деградация люминофоров в жидком агрегатном состоянии за счет более эффективного теплоотвода. Таким образом, нахождение люминофорного материала вдали от светодиодов 5 и других горячих элементов в светодиодном излучателе увеличивает срок службы спектрального люминофорного материала переизлучающего световую волну.
За счет эффективного отведения тепловой энергии от полупроводниковых элементов при помощи теплоотводящей диэлектрической антикоррозийной жидкости увеличивается срок службы светодиодов, встроенных в фитооблучатель.
Фитооблучатель способен функционировать во влажных климатических условиях, например, в теплицах, оранжереях, уличном, подводном и надводном освещении. Он защищен от попадания пыли, грязи, влаги и распыления искусственно созданного аэрозоля, например, при орошении овощных и зеленных культур.
Отсутствуют шумовые эффекты, обеспечена полная герметичность фитооблучателя, так как все соединительные швы герметизированы на силиконовый клеевой материал. Имеется автоматическая защита от перегрева фитосветильника датчиком температуры.
Использование фитооблучателя позволит повысить урожайность и качество продукции, увеличить срок службы светодиодных кристаллов, повысить световое излучение на 15%, энергоэффективность и надежность системы, сформировать оптимальную световую среду для тепличных растений, обеспечить отсутствие ожогов лиственного покрова растения вблизи фитооблучателя, сократить сроки вегетации растений.