СВЕТИЛЬНИК МОНОЛИТНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ

Полезная модель относится к области светотехники, в частности, к осветительным системам и устройствам и может быть использована при создании монолитных светодиодных светильников.
Известно устройство [RU 108122, F21S 13/00, 10.09.2011], содержащее блок питания и основание, на верхней стороне которого имеются элементы охлаждения, а на нижней плоской стороне размещены светодиоды, причем, элементы охлаждения, размещенные на верхней стороне основания, представляют собой игольчатый радиатор, выполненный заодно с основанием и занимающий не менее 85-90% площади основания, с отношением высоты иглы к толщине основания в интервале 4:1-6:1, выполнением среднего диаметра сечения конуса в интервале 4-7 мм и конусностью в интервале 1-2°, при этом основание и игольчатый радиатор отлиты из алюминия или алюминиевого сплава.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность, обусловленная недостаточно эффективной системой охлаждения, что вызвано, в частности, тем, что, что система охлаждения (выполненная в виде элементов охлаждения, представляющих собой игольчатый радиатор, размещенный на верхней стороне основания и выполненный заодно с основанием) не предусматривает размещения элементов охлаждения и в других местах основания, например, и с нижней стороны основания. Это снижает площадь охлаждающей поверхности и делает систему охлаждения недостаточно эффективной.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является светильник светодиодный [RU 118397 U1, F21S8/00, 20.07.2012], содержащий корпус с закрепленной в нем печатной платой, на которой размещены светоизлучающие диоды с интегрированной первичной оптической системой, каждый из которых имеет вторичную оптическую систему, а также защитный экран, по крайней мере, один блок питания и узел крепления светильника в различных условиях эксплуатации, при этом, корпус выполнен из теплопроводного материала и состоит из двух отсеков, один отсек - для размещения блока питания светоизлучающих диодов, второй отсек - для размещения светоизлучающих диодов с возможностью эффективного теплопереноса, причем, на наружной поверхности корпуса выполнены продольные ребра, один отсек корпуса выполнен в виде отрезка пустотелого -образного металлического профиля с элементами узла крепления светильника, выполненными совместно с корпусом, второй отсек корпуса - в виде отрезка П-образного металлического профиля, пространство между вторичной оптической системой и защитным экраном, выполненным из металла, заполнено герметизирующим материалом, а узел крепления светильника снабжен дополнительными элементами и выполнен с возможностью крепления к консоли уличного столба, к стене или к потолку помещения или здания.
Кроме того, в этом техническом решении, преимущественно, корпус и подложка печатной платы светоизлучающих диодов выполнены из алюминиевого сплава, подложка печатной платы светоизлучающих диодов закреплена на корпусе светильника с помощью саморезов, блок питания содержит электронный самовосстанавливающийся токовый предохранитель, двухполупериодный выпрямитель, импульсный преобразователь напряжения в стабилизированный ток для питания светоизлучающих диодов, в состав которого входит датчик температуры, на алюминиевую подложку печатной платы нанесен слой теплопроводящей пасты, в качестве герметизирующего материала используют теплопроводящий компаунд, в качестве теплопроводящего материала применяют кремнийорганический компаунд, а узел крепления светильника в различных условиях эксплуатации выполнен в виде, по крайней мере, двух зацепов, изготовленных совместно с корпусом, и рым-гайки с крепежными деталями.
Недостатком устройства является относительно низкая надежность, обусловленная недостаточно эффективной системой охлаждения, а также относительно низкая защита от климатических факторов и механических воздействий (в частности, низкая вандалостойкость), что затрудняет использование устройства в строительных конструкциях (стенах зданий и сооружений), железнодорожных платформах, на платформах станций метро и т.п.
В предложенной полезной модели решается задача, направленная на обеспечение эффективного теплоотвода при одновременной электроизоляции токопроводящих элементов, защите от климатических факторов и механических воздействий, причем, используемые материалы должны иметь высокий ресурс и приемлемую стоимость.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности и защищенности от климатических факторов и механических воздействий.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве, содержащем выполненный из теплопроводящего материала корпус с размещенным внутри его металлическим элементом, на котором закреплены блок питания, подключенный к сетевому кабелю питания, и излучатель, выполненный в виде герметичной конструкции из платы со светодиодами, соединенными по цепи питания с блоком питания, и оптической системы, которая содержит светопропускающий элемент и отражатель, выполненный с возможностью направления излучения светодиодов в сторону светопропускающего элемента, установленного у наружной поверхности корпуса, согласно предложенной полезной модели, корпус выполнен монолитным, для изготовления которого используется смесь, в следующем соотношении компонентов, мас.%:
- портландцемент ПЦ 500
- 17,86
- песок кварцевый фракция 0,1
- 0,5-65,77
- микрокремнезем активный аморфный МК-85
- 4,06
- пластификатор MF 5581
- 0,32
- фибра углеродная
- 2,23
- фибра базальтовая
- 0,81
модификатор углеродосодержащий нанодисперсный, содержащий тороподобные углеродные наночастицы и растворимые продукты сульфирования пека
- 0,02
- вода дистиллированная
- 8,93.
На чертеже представлены:
на фиг.1 - конструкция светильника монолитного светодиодного с элементами крепления светильника;
на фиг.2 - монолитная линейка светильников.
На фиг.1 представлены: корпус 1, плата 2 со светодиодами, оптическая система 3, металлический элемент 4, блок 5 питания, элементы 6 крепления светильника, кабель 7 питания.
Светильник монолитный светодиодный содержит корпус 1 с размещенным внутри его металлическим элементом 4, на котором закреплены блок 5 питания, подключенный к сетевому кабелю 7 питания, и излучатель, выполненный в виде герметичной конструкции из платы 2 со светодиодами, соединенными по цепи питания с блоком 5 питания, и оптической системы 3, которая содержит светопропускающий элемент и отражатель, выполненный с возможностью направления излучения светодиодов в сторону светопропускающего элемента, установленного у наружной поверхности корпуса 1.
В светильнике монолитном светодиодном корпус 1 выполнен монолитным, для изготовления которого используется смесь, в следующем соотношении компонентов, мас.%:
- портландцемент ПЦ 500
- 17,86
- песок кварцевый фракция 0,1
- 0,5-65,77
- микрокремнезем активный аморфный МК-85
- 4,06
- пластификатор MF 5581
- 0,32
- фибра углеродная
- 2,23
- фибра базальтовая
- 0,81
модификатор углеродосодержащий нанодисперсный, содержащий тороподобные углеродные наночастицы и растворимые продукты сульфирования пека
- 0,02
- вода дистиллированная
- 8,93.
Используется светильник монолитный светодиодный следующим образом. Предварительно проведем обоснование. предложенного технического усовершенствования известного устройства.
Одной из основных проблем развития осветительных устройств на основе светоизлучающих диодов является решение задачи эффективного теплоотвода при одновременной электроизоляции токопроводящих элементов, защите от климатических факторов и механических воздействий. При этом используемые материалы должны иметь высокий ресурс и приемлемую стоимость. Как правило, при существующем уровне развития техники, задачи эти решаются раздельно, применением различных элементов, выполненных из различных материалов и собранных в общую конструкцию.
Наибольшее распространение в таких конструкциях нашли металлы, но они электропроводны и подвержены коррозии, поэтому требуют дополнительной защиты. А это часто противоречит требованиям теплоотвода.
Как правило, материалы на полимерном связующем не могут достичь приемлемой теплопроводности при сохранении электроизоляционных свойств и прочности.
3
Композиционные материалы на минеральных вяжущих (бетоны) с плотностью 2,3-2,45 г/см обладают теплопроводностью на уровне 1,1-1,3 Вт × м × град K°, что неприемлемо для данной задачи. Для повышения теплопроводности в их состав вводят наполнитель в виде чугунной дроби, металлической окалины, металлических опилок и др. металлических частиц, обладающих высокой теплопроводностью. Однако при этом непредсказуемо ухудшаются электроизоляционные свойства и теряется подвижность, но теплопроводность растет слабо, поскольку межфазные границы металл-цементный камень остаются рыхлыми и являются теплоизоляционными элементами.
Результатом внедрения полезной модели является создание прочного, герметичного осветительного устройства с повышенным эксплуатационным ресурсом.
Данный результат достигается тем, что корпус светильника изготавливается монолитным из самоуплотняющегося композиционного материала на минеральных вяжущих. Этот материал имеет повышенную прочность и теплопроводность, достаточные электроизоляционные свойства, одновременно является радиатором для отвода тепла и им залиты все элементы его конструкции. В качестве минерального вяжущего может использоваться портландцемент, глиноземистый цемент, магнезиальные и фосфатные вяжущие, известь, гипс, или их смеси. В качестве наполнителя для получения композиции может использоваться песок и (или) щебень, например кварцевый или гранитный или диабазовый или другие минеральные наполнители. Герметичность конструкции обеспечивается тем, что материал корпуса на стадии изготовления представляет собой высокоподвижную смесь, надежно изолирующую залитые ей элементы, а после твердения обладает высокой водонепроницаемостью на уровне 1,2 МПа и выше. Прочность конструкции обеспечивается тем, что материал корпуса дисперсно армирован высокомодульными волокнами (фиброй), представляющими смесь углеродного волокна с базальтовым и (или) полиарамидным. Диаметр волокон от 5 мкм до 40 мкм. Соотношение диаметра и длины волокна от 1:10 до 1:1000. Общее количество волокон составляет от 0,1% до 5% от массы композиции. Прочность такой композиции на сжатие может быть на уровне 40 МПа и выше. Повышенная теплопроводность композиции достигается введением в общем составе фибры от 10% до 70% углеродного дисперсно распределенного волокна, имеющего высокую собственную теплопроводность. Теплопроводность такой композиции может быть на уровне 2,5 Вт × м × град K° и выше. Помимо того, что бетон сам по себе является долговечным материалом, повышенный эксплуатационный ресурс достигается дополнительным улучшением характеристик всех видов прочности, водонепроницаемости и теплопроводности. Это обеспечивается нанесением на поверхность волокон, на поверхность наполнителей и на поверхность герметизируемых светодиодов и других элементов светильника многослойных углеродных наночастиц фуллероидного типа тороидальной формы с соотношением радиуса тора к радиусу образующего его элемента от 3:1 до 10:1, в количестве от 0, 1% масс. до 0,00001% масс. по отношению к массе композиции на основе минеральных вяжущих. Многослойные наночастицы именно тороподобной формы (МНТФ) обладают способностью повышать среднюю плотность материала, что достигается за счет аномально сильного дисперсионного взаимодействия с поверхностью наполнителя (в частности песка или фибры) и ближайших фрагментов цементного камня. Введение нанотрубок само по себе обеспечивает некоторое повышение прочности цементного камня, формируемого при гидратации минерального вяжущего, а одновременная дополнительная модификация нанокомпозитного материала многослойными углеродными наночастицами тороподобной формы обеспечивает структурирование нанотрубок с неожиданным повышением прочности гидратированного минерального вяжущего, которое ранее не удавалось достичь. Таким образом, за счет модификации межфазных границ происходит самоуплотнение композиции с одновременным улучшением характеристик всех видов прочности, водонепроницаемости и теплопроводности. Для этих целей также возможно использовать добавки, содержащие многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа, описанные в патентах RU 2196731, RU 2354526, RU 2223988 и обычно называемые «астраленами» (RU 2291700).
Кроме того, сочетание введения в состав композиционного материала тороподобных наночастиц фуллероидного типа и водорастворимых продуктов сульфирования (сульфоаддуктов) каменноугольного пека позволяет достичь сверхвысокой подвижности рабочей смеси композиционного материала до его отверждения. В результате обеспечивается лучший физический контакт (смачивание) как поверхности наполнителя, включая армирующие волокна, так и поверхности всех внутренних элементов конструкции. После отверждения композиции с одновременной структуризацией увеличенных описанным способом межфазных границ, прочность и теплопроводность синергетически возрастают.
Привычный способ повышения подвижности смеси за счет увеличения количества воды дает отрицательный результат, так как увеличивает пористость застывшего композита, что ведет к ухудшению прочности, водонепроницаемости и теплопроводности.
Многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы получают из корки катодного депозита, полученного термическим или плазменным распылением графитового анода в условиях протекания постоянного тока в промежутке между анодом и катодом в атмосфере инертного газа и выделяют из общей массы получаемых таким образом углеродных наночастиц, например, методом последовательного окисления и последующего разделения при силовом взаимодействии электродов, например, в процессе автоэмиссии из углеродосодержащих катодов (RU 9327950).
2
2
Катодный депозит может быть получен электродуговой эрозией анодного графитового стержня сечением 30-160 мм при плотности тока 80-200 А/см и падении напряжения на дуге 20-28 B в гелиевой атмосфере при давлении 40-100 торр (например так, как это описано в патенте RU 2196731, 2000).
Фуллерены и нанотрубки можно получить так, как это описано, например, в патенте [RU 2234457, 2001]. Функционализация фуллеренов, необходимая для достижения их водорастворимости, может быть произведена, например, обработкой исходных фуллеренов в гидроокиси калия, либо кипячением в растворах серной кислоты.
Сульфоаддукты получают как описано в RU 2010105074 (опубликована 08.08.2011).
Указанные предпосылки позволяют использовать предложенное устройство следующим образом.
При изготовлении корпус 1 светильника монолитного светодиодного изготавливается монолитным из самоуплотняющегося композиционного материала на минеральных вяжущих. Этот материал имеет повышенную прочность и теплопроводность, достаточные электроизоляционные свойства, одновременно является радиатором для отвода тепла и им залиты все элементы его конструкции. Для его изготовления используется смесь, в следующем соотношении компонентов, мас.%:
- портландцемент ПЦ 500 - 17,86
- песок кварцевый фракция 0,1 - 0,5-65,77
- микрокремнезем активный аморфный МК-85 - 4,06
- пластификатор MF 5581
- 0,32
- фибра углеродная
- 2,23
- фибра базальтовая
- 0,81
модификатор углеродосодержащий нанодисперсный, содержащий тороподобные углеродные наночастицы и растворимые продукты сульфирования пека
- 0,02
- вода дистиллированная
- 8,93.
Реализация полезной модели сводится к приготовлению рабочей смеси композиционного состава на минеральных вяжущих с заданными характеристиками по прочности, водонепроницаемости и теплопроводности, обеспечивающей надежный теплосъем с сопрягаемых поверхностей. Этой смесью в форме нужной конфигурации заливаются все элементы конструкции - источник света на основе, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода, электронный блок питания и управления и система герметичного ввода проводов. Не залитыми остаются только светопропускающие элементы.
Изготовленный таким образом светильник может быть использован, в частности, в строительных конструкциях (стенах зданий и сооружений), железнодорожных платформах, на платформах станций метро и т.п.В качестве светопропускающего элемента может быть использована линза или прозрачный антивандальный плафон, напри мер, из высокопрочного прозрачного пластика, преимущественно поликарбоната.
Реальный эксперимент на реальном образце - светодиодная линейка мощностью 25 Вт, залитая в виде моноблока (фиг.2) указанной смесью. Теплопроводность материала составила 2,8 Вт М градус К и максимальный уровень нагрева не выше 39 градусов Цельсия при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия при длительной эксплуатации.
Таким образом, благодаря особой конструкции светильника и выполнению корпуса монолитным из предложенного материла, достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении надежности и защищенности от климатических факторов и механических воздействий при сохранении достаточной для многих практических применений теплоотдачи избыточного тепла в окружающую среду.