СВЕТОДИОДНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
LED BUILDING ELEMENT

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к светодиодным строительным элементам, преимущественно к автономной светодиодной брусчатке на солнечных панелях-батареях для мощения пешеходных дорожек, тротуаров, велосипедных дорожек, проездных путей на автозаправочных станциях (АЗС), нижнего подсвечивания территории загородных домов, развлекательных и торговых центров, а также для установки в бассейнах, фонтанах, ручьях, и водоемах с частичным или полным погружением. Кроме этого, автономный светодиодный строительный элемент может быть использован для внутренней и внешней декоративной отделки интерьеров.
Известна проводимая светодиодная брусчатка, которая имеет корпус, выполненный из полимера с дробленным стеклом, светоизлучательную часть, выполненную с возможностью подсвечивать корпус, изнутри, питающий кабель, соединенный с источником питания, размещенным снаружи брусчатки, при этом она содержит элемент жесткости, размещенный в корпусе, а светоизлучательная часть размещена на элементе жесткости (Патент RU №145358, E01F 9/00 от 20.09.2014).
Недостатком известного аналога является его ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия автономности работы светодиодной брусчатки, так как ее светоизлучательная часть имеет питающий кабель, который необходимо подключить к внешнему источнику питания, не позволяет избежать сложной разводки электрических проводов по участку. Кроме того, недостатком является сложность монтажа питающего кабеля, который необходимо осуществить перед тем, как произвести укладку светодиодной брусчатки. Другим недостатком является отсутствия возможности стабильности работы изделия в условиях постоянно меняющихся значений при излучении светодиодов в зависимости от естественной освещенности.
Известна тротуарная плитка, содержащая внутри светодиоды, связанные с основанием и установленные с возможностью выхода светового потока на поверхность, а также верхний защитный слой из светопроницаемого ударопрочного материала, при этом светодиоды соединены между собой и подключены к схеме управления, при этом светодиоды расположены на плате, закрепленной на основании, снабженном внутренними нагревательными элементами, и закрытый сверху рассеивателем света, а между рассеивателем света и верхним защитным слоем светопроницаемого, ударопрочного и влагостойкого материала помещена пленка с нанесенным изображением или информационными символами (Патент RU №94239, E01F 9/00 от 20.05.2010).
Недостатком аналога является его ограниченные функциональные возможности, как и отмеченные выше по патенту №145358. Кроме того, ненадежное уплотнение полости корпуса при колебаниях температуры окружающего воздуха и давления жидкости, что нарушает прочность стыков крепежного элемента в виде металлического каркаса для соединения светящейся тротуарной плитки в панно, возникают трудности стабильности работы изделия в условиях постоянно меняющихся значениях при излучении светодиодов в зависимости от естественной освещенности.
Известна светодиодная брусчатка, имеющая полый корпус, выполненный из закаленного стекла, и крышку-основание, выполненное из пластмассы, на которой размещен светодиодный модуль, при этом светодиодный модуль содержит солнечную панель со светодиодами, соединенную с интеллектуальной панелью управления, батарейный отсек с аккумуляторной батареей, соединенный с переключателем питания интеллектуальной панели управления, причем интеллектуальная панель управления и батарейный отсек закреплены при помощи резьбовых крепежных элементов на пластмассовой крышке-основании, на которой при помощи силиконового герметика установлен полый корпус (Патент CN 102313236 А, МПК F21S 9/03, F21V 23/04 от 11.01.2012).
Недостатком аналога является его ограниченные эксплуатационные возможности из-за низкой ремонтопригодности. При замене аккумуляторной батареи строительного элемента невозможно без нанесения повреждения снять пластмассовую крышку-основание, особенно в условиях эксплуатации светодиодной брусчатки при отрицательных температурах, когда пластмасса, из которой изготовлена крышка-основание, становится хрупкой, а также в условиях постоянно меняющихся значений температуры и давления жидкости в окружающей среде.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является светодиодный строительный элемент, характеризующийся тем, что имеет корпус, в полости которого размещен светодиодный модуль и крышку, при этом светодиодный модуль содержит солнечную панель, в которой выполнены отверстия для размещения светодиодов, батарейный отсек, контроллер, а также основание, установленное на крышке корпуса, в нижней части корпуса выполнена дополнительная полость, в которой установлены основание, а также крышка с возможностью обеспечения герметичности светодиодного модуля, причем солнечная панель и основание соединены между собой посредством стоек, которые имеют концевые крепежные элементы, установленные в соосные отверстия, выполненные в солнечной панели и основании, в крышке выполнены глухие отверстия, в которые установлены нижние концевые элементы стоек, батарейный отсек и контроллер размещены между солнечной панелью и основанием светодиодного модуля, в батарейном отсеке установлен накопитель электроэнергии, соединенный с контроллером, который в свою очередь соединен с солнечной панелью, основание и стойки выполнены из диэлектрического материала, а корпус и крышка выполнены из светопрозрачного ударопрочного материала (Патент RU №169707, E01F 9/00, Е01С 17/00 от 29.03.2017).
Основным недостатком прототипа является его низкая надежность, связанная с недостаточным уплотнением между соприкасающимися стенками корпуса и крышки основания, которая закреплена без прижатия плотного и только с помощью силиконового герметика, который при длительной эксплуатации стареет, и появляются трещины в условиях постоянно меняющейся температуры окружающей среды, т.е. происходит деформация швов, так как температура меняется от плюсовой до минусовой в несколько раз резких периодов, в частности при длительной эксплуатации изделия в агрессивной среде, а также возникающего давления воды снаружи от нагрева до замерзания в лед в периоды смены переходных процессов года. Все это в целом отрицательно сказывается на расположении внутри элемента со светодиодами и самого светодиодного модуля, а также и других элементов в работе, т.е. отсутствует достаточная надежность и долговечность, это значит, создает большие проблемы в обслуживании и требует усовершенствования самого основания с крышкой и с креплением к корпусу. Кроме того, возможность попадания конденсата и влаги внутрь корпуса при нарушении связи стыков крепежа, а значит, не обеспечивает работу в условиях, которые отмечены выше. Другим недостатком является то, как отмечено в прототипе, светодиодный модуль является неотделимой частью от корпуса (свободным элементом), а значит, затруднено его замена, ремонт, демонтажа и монтажа в производственных условиях эксплуатации брусчатки. Кроме того, отсутствует блок управления в целом и варьирования мощности излучения светодиодов в зависимости от естественной освещенности и управляемости при длительной работы в ночное время, т.е. связи от светового дня, начала сумерек и ночи, значит, не учитывает определения точного времени и точного времени восхода-захода солнца с расходом энергии на освещения при использовании накопителя электроэнергии (аккумуляторная батарея).
Задачей изобретения является разработка и усовершенствование конструкции, в частности повышения надежности для устранения возможного разрушения, уплотняющего шва между крышкой основания и корпуса элемента, и относительной простоты соединения его частей между собой в его практической реализации светодиодного строительного элемента, что делает и безопасность в эксплуатации.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных возможностей совершенствования конструкции светодиодного строительного элемента и исключения попадания конденсата и воды внутрь корпуса, обеспечения стабильности работы изделия в условиях постоянно меняющихся значений температуры и давления жидкости, а также повышение экономичности светодиодного элемента при эксплуатации за счет конструктивных особенностей элемента и возможности регулирования накопленной энергии элемента с помощью блока управления и варьирования в зависимости от естественного освещения.
Указанный технический результат достигается тем, что светодиодный строительный элемент, включающий корпус, в полости которого размещен светодиодный модуль и основание, нижняя часть которого выполнена в виде плоской прямоугольной крышки, при этом светодиодный модуль содержит солнечную панель, в которой выполнены отверстия для светодиодов, а также сквозные соосные отверстия с размещенными в них концевыми крепежными элементами стоек, выполненных из диэлектрического материала, батарейный отсек с накопителем энергии, соединенный с солнечной панелью, а корпус и основание выполнены из светопрозрачного ударопрочного материала, согласно изобретения, внутренние стенки корпуса в средней своей части полости по периметру имеют выступающие боковые опорные стенки со свободно уложенной на них нижней опорной крышкой из диэлектрического материала, имеющей по углам четыре сквозных отверстия, в которых установлены концевые крепежные элементы стоек светодиодного модуля, опирающиеся на основание, а по периметру прямоугольных торцов корпуса в сторону крышки с основанием выполнена кольцевая выемка в виде паза-ограничителя, в котором расположена выступающая ограничительная круглая в сечении прокладка из пластичного материала, покрытая слоем герметика для обеспечения скрепления с плоской прямоугольной крышкой, а также посредством быстросъемных крепежных винтов впотай, проходящих через сквозные отверстия в плоской прямоугольной крышке соосно в сторону глухих отверстий корпуса.
Кроме того, светодиодный строительный элемент со светодиодным цельным модулем имеет блок управления с индивидуальным интерфейсом беспроводной связи для регулирования светового потока, определения места и установки элемента, точного времени восхода-захода солнца, и связан по линии связи с датчиком освещения, установленным в корпусе.
Кроме того, блок управления, может иметь программируемое управление заданием времени включения и отключения излучения светодиодов.
Следует отметить, что блок управления и варьирования мощности излучения светодиодов может быть снабжен индивидуальным интерфейсом беспроводной связи (не показан) для регулирования светового потока, определения место и установки точного времени восхода-захода солнца.
Для того чтобы дополнить описание, которое приведено ниже, и для содействия лучшему пониманию особенностей изобретения, в соответствии с предложенным примером его выполнения, в виде неотъемлемой части упомянутого описания прилагаются чертежи, на которых в пояснительном и не ограничивающем качестве представлено:
Фиг. 1 изображает предлагаемый светодиодный строительный элемент.
Фиг. 2 изображает схематично узел корпуса выемки с нижнего торца для установки на нее круглой прокладки в виде выступающего резинового шнура, покрытого сверху герметиком с применением крепежного винта с корпусом.
Фиг. 3 изображает форму основания с крышкой снизу корпуса с крепежными винтами.
Светодиодный строительный элемент имеет корпус 1, в полости которого размещен свободно (раздельно) собранный и закрепленный светодиодный модуль 2, имеющей в своем составе нижнюю опорную крышку 3, основание 4 с выпуклой верхней частью в сторону светодиодного модуля 2 с опорной крышкой 3, нижняя часть основания 4 выполнена в виде плоской прямоугольной крышки 5, перекрывающей нижнюю часть по периметру корпус 1.
Светодиодный модуль 2 содержит в себе солнечную панель 6, в которой выполнены отверстия для размещения светодиодов 7, батарейный отсек 8, блок управления 9 варьирования мощности излучения светодиодного модуля 2 в зависимости от естественной освещенности. Кроме этого, блок управления 9 связан по линии связи с датчиком освещения 10 естественной освещенности и влияющий на работу в целом на блок управления 9 включение или отключения связи со светодиодами в автоматическом режиме. Датчик освещения 10 установлен внутри в верхней части корпуса 1, кроме того, блок управления 9 в своем составе может содержать индивидуальный интерфейс с беспроводной связи для регулировки светового потока светодиодами при изменении восхода-захода солнца.
Внутренние стенки корпуса 1 в своей средней части полости по всему прямоугольному периметру имеют выступающие боковые опорные стенки 11 (ограничители), служащие для свободной укладки на них опорной крышки 3 светодиодного модуля 2 в собранном виде, крышка 3 выполнена из диэлектрического материала и скреплена выполненными по всем четырем углам стойками 12 с концевыми крепежными элементами свободно закрепленного светодиодного модуля 2, что уже отличает от конструкции прототипа.
Нижняя часть прямоугольной в плане по периметру полость корпуса 1 закрывается выпуклой стороной верхней части основания 4 с плоской прямоугольной крышкой 5 с возможностью прижатия, затем нижней опорной крышки 3 светодиодного модуля 2 к выступающим боковым опорным стенкам 11 корпуса 1 через выступающие концы стоек 12 с концевыми крепежными элементами в нижней части светодиодного модуля 2. При этом прижатие к нижним стойкам 12 связанной с нижней опорной фиксирующей крышки 3, выпуклая верхняя часть основания 4 с крышкой 5, обеспечивает, равномерно обжимая посредством применения крепежных винтов 13 впотай, которые проходят в отверстия крышки 5 основания 4 и вкручиваются в глухие отверстия 14 корпуса 1, что позволяет уплотнить по наружному периметру открытые торцы корпуса 1 одновременно при этом прижатия не только стоек 12 в крышке 3 светодиодного модуля 2 (закрепить в полости корпуса 1), но и горизонтальной внутренней плоскостью крышки 5 обжимая по периметру прямоугольных открытых торцов корпуса 1 с указанным пазом 15 в котором закреплена выступающая по профилю периметра торцов нижних стенок корпуса 1 кольцевую пластичную уплотнительную резину 16, выполненную в виде круглого жгута, резина, которая сверху покрыта герметикам и равномерно обжимается и вдавливается в паз 15. Герметик применен, например, «AquaFax Nane» - сантехническая уплотнительная паста для герметизации. Сам герметик представляет собой новую форму пасты с наночастицами, она обеспечивает быстрое обволакивание резины 16, быстрое заполнение паза 15 с резиной 16, которая затем затвердевает по времени после нанесения, и способствует долговечности и надежности снизу со стороны крышки 5 основания 4, прижатие которой осуществляют посредством крепежных винтов 13 по всем четырем углам. Возможен вариант применения герметика и типа ABRO RED «RTV Silicone Gasket Макег». Герметик прокладки силиконовый высокотемпературный красный. Предназначен для ремонта, как с прокладкой, так и без нее. Легко принимает любую форму, быстро застывает, не подвержен растрескиванию. После застывания сохраняет прочность и эластичность, устойчив к любым жидкостям. Таким образом, в целом возможно в любое время при монтаже разъединить или соединить при сборке готового взаимозаменяемого свободно прижатого (закрепленного) в полости светодиодного строительного элемента (корпуса 1) самого и светодиодного модуля 2 - без нарушения стенок корпуса 1, без поломок светодиодного модуля, что отличает от прототипа.
Корпус 1 и основание 4 с крышкой 5 выполнены ударопрочными и влагостойкими светопрозрачного материала, например закаленного стекла с последующим расположением выпуклой части 4 основания внутри полости корпуса 1 до упора в нижние концы всех четырех стоек 12 с концевыми крепежными элементами в контакт с ними посредством крепления винтами 13 впотай, проходящих через отверстия в крышке 5 основания 4 в сторону глухих отверстий 14 корпуса 1.
Таким образом, увеличение контакта жесткости верхней части основания с крышкой в сторону выемки в виде паза 15, в который помещен выступающий кольцевой уплотнитель из резины 16 и покрытый сверху герметикам, приводит к полному исключению попадания конденсата и воды во внутрь полости корпуса 1 в котором размещен светодиодный модуль 2, даже под давлением снаружи, тем самым образует герметичность соединения между двумя разъемными частями корпуса 2 и основания 4 с крышкой 5 надежно и удобно делают доступ при размещенной внутри корпуса светодиодного модуля 2, батарейный отсек 8, блок управления 9 и другие элементы, а значит, обеспечивается надежная конструкция монтажа и демонтажа в целом.
Опорная крышка 3 светодиодного модуля 5 со стойками с концевыми крепежными элементами выполнены из диэлектрического материала.
Как и по прототипу, накопитель электроэнергии представляет собой аккумуляторную батарею - "никель-металлогидридный" (Ni-МН) аккумулятор. Накопителем электроэнергии может быть суперконденсатор, например 120F (2,3V), обеспечивающий эксплуатацию без обслуживания предлагаемой светодиодной брусчатки в течение заданного расчетного времени. Как уже известно, светодиодный строительный элемент выполнен в виде светодиодной тротуарной плитки (брусчатки).
Корпус 1 светодиодной брусчатки выполнен под размеры стандартной брусчатки, из закаленного стекла, имеет внешнюю верхнюю шероховатую поверхность типа «колотый камень», что предотвращает скольжение, и внутреннюю пирамидальную огранку, что обеспечивает высокий коэффициент преломления света. Основание 4 с крышкой 5 также выполнены из закаленного стекла. В дневное время светодиодная брусчатка выглядит как кварцевый камень или хрусталь, вмонтированный в площадку. В полости корпуса 1 установлен свободно закрепленный снизу светодиодный модуль 2 мощностью 0,9 Вт, имеющий солнечную панель 6 (монокристаллический кремний 2,5V/130m АН) и несколько светодиодов по расчету, ресурс, который соответствует заложенной программой при изготовлении элемента. В конструкции предложена также дополнительно система индивидуального регулирования светодиодного макета с использованием, например GPS приемника (не показано для упрощения) и определения и синхронизации времени. Принцип системы заключается в том, что светодиодный строительный элемент содержит его управление с приемником в полости корпуса с учетом имеющегося блока управления 9 и датчиком 10 освещения. Это позволяет регулировать в зависимости восхода-захода солнца. Зная время заката и рассвет для конкретного места установки, автоматика светодиодного строительного элемента подберет экономное расходование накопившейся энергии батареи и наиболее оптимальный режим его работы.
Например, работа светодиодного строительного элемента может состоять из фаз: закат, вечер, ночь, рассвет, день и таким образом, менять мощность светодиодов экономно при использовании солнечной панели, так как брусчатка работает на полную мощность только когда это необходимо. Все это в несколько раз будет эффективнее для накопления энергии в носителе в период светового дня под конкретные условия эксплуатации, возможно и через индивидуальный беспроводной связи интерфейс.
Фаза «День» позволяет ограничить мощность работы светодиодного модуля и позволять при необходимости проводить от лишнего перерасхода накопившейся энергии. Этот режим необходим и с экономической точки зрения, так как ночью она начинает работать продолжительное время с блоком управления. В настоящее время наиболее слабым звеном в таких элементах являются блоки питания и необходимо учитывать источник питания (емкость его) самой конструкции. Все это положительно может сказываться на надежности и возможности влияния в целом, когда обе части корпус и основание с крышкой имеют возможность между собой повышенную плотность соединения за счет наличия обжатия кольцевой выступающей резиновой прокладки 16 покрытой сверху соответствующим герметиком, указанным выше, т.е. герметизирующим слоем герметика в сторону выемки 15 (паза) в нижней торцевой части выступа корпуса, перекрываемого плоскостью крышки 5 основания 4 в контакте с ограничительной резиновой прокладки 16 с последующим присоединением и поджатием посредством крепежных винтов 13 и связи с корпусом 1, которые поджимают крышку 5 основания 4, увеличивая тем самым надежность работы автоматики, размещенной в полости корпуса 1, а значит, гарантируют отсутствие конденсата и воды под давлением снаружи.
Это наиболее ответственный участок для надежной эксплуатации брусчатки, чтобы исключить случаи выхода из работы автоматики со светодиодами, которые зависят от связи с автоматикой элементов в полости корпуса 1.
В отношении вышесказанного, принцип индивидуального регулирования каждого осветительного модуля заключатся в возможности воздействовать на конкретный элемент (брусчатки) в автоматическом режиме работы. Датчик освещенности 10 позволяет определить, какая эффективность светодиодного модуля необходима для данного типа и количества светоизлучающих диодов помимо этого в каждый элемент, возможно, внести беспроводной сервисный интерфейс, например, основанный на радиоканале в 2,4 ГГц. Радиус действия данного интерфейса может составить 25-30 метров. Он позволяет удалено настраивать каждый элемент (брусчатку) в отдельности после его установки на площадку и поддерживать равномерную эффективную освещенность светодиодной брусчатки на протяжении долгого времени эксплуатации. Кроме того, абсолютно герметично и легко заменяемой в эксплуатации, а это значит, позволяет использовать ее для мощения пешеходных дорожек, тротуаров, велосипедных дорожек, подъездных путей на АЗС, а также для установки в бассейнах, фонтанах, ручьях и водоемах с любым погружением. Светодиодная брусчатка используется надежно при температуре от -40° до +60°С.
Новый подход решения эксплуатационной надежности предложенным элементом крепления между собой из двух частей корпуса 1 и выпуклого основания 4 с прямоугольной крышкой 5, образуют цельный в сборе элемент, в полости корпуса которого размещены автоматические средства надежно накопления энергии, и ее управления освещенности брусчатки со схемой управления (не показано для упрощения).
Работа светодиодного строительного элемента (брусчатки) состоит в следующем.
Предлагаемый светодиодный строительный элемент (брусчатка) представляет собой автономный светоблок с питанием от встроенных фотоэлементов солнечной панели 6. Герметичность между двумя частями корпус 1 и основания 4 с крышкой 5 обеспечивает плотное прилегание нижней части, закрывая полностью нижнюю часть полости корпуса с фиксацией самого светодиодного модуля, а также одновременно за счет наличия кольцевой выступающей в сторону выемки 15 (паза) вблизи нижних концов (торцов) корпуса 1 и верхней плоскости крышки 5 основания 4, равномерно обжимая посредством крепления винтами 13 с глухими отверстиями 14 корпуса 1. Система полностью автономна. В течение светового дня встроенная солнечная панель 6 заряжает "никель-металлгидридный" (Ni-ΜΗ) аккумулятор, благодаря которому в темное время суток светодиодная брусчатка будет работать экономно в течение заданного времени.
При этом фиксирует обе части от смещения четырьмя винтами 13 по углам, и выполнены из материала, не подвергающегося воздействию изменяемой среды, когда кольцевая сама уже резина дополнительно покрыта новым герметизирующим слоем герметика отмеченным выше.
Промежуток (щель возможная) с внешней стороны стенок корпуса 1 возможно выполнить дополнительно заливочным предложенным новым герметиком (пастой). Следует отметить, что эксплуатация предложенного светодиодного строительного элемента позволяет выполнить в его полости монтаж и демонтаж светодиодного модуля, так как он независимо изготовлен от самого корпуса, в то же время в целом герметичность соединения с корпусом плоской крышки с основанием обеспечивает кольцевая выступающая ограничительная круглая прокладка из пластичного материала в виде резинового шнура по ходу углубления выемки паза-ограничителя, которая равномерно обжимается (придавливается) горизонтальной плоскостью прямоугольной крышки с основанием посредством винтов, соединяющихся с корпусом, в котором выполнены глухие отверстия, и не подвергающегося воздействию внешней среды.
Заявленное данное изобретение позволяет улучшить эксплуатацию и создать возможность автономно управлять спектром внутриобъемного освещения через контуры светодиодов с минимальным потреблением накопленной электроэнергии по отношению к прототипу и более высокий уровень надежности в течение всего срока эксплуатации, а также легко производить монтаж и демонтаж светодиодного блока в целом без нарушения стенок корпуса. Данный заливочный герметик (паста) при нанесении на поверхность уплотняющей резины (прокладки в виде круглого шнура) имеет хорошую адгезию к внутренним поверхностям паза и к поверхности крышки (перекрытия), связанной с основанием вместе, как целое одно изделие, это позволяет сохранить герметичность в полости корпуса светодиодного модуля при длительном нахождении в агрессивной среде, и обеспечивает по отношению к прототипу более высокий уровень надежности не только в освещении, но и в течение всего срока эксплуатации.
Опытное изготовление предлагаемого светодиодного строительного элемента в размерах модели опытного образца показало его эффективность, полностью подтвердило его функциональное расширение при возможности широкого внедрения в производство и изготовлении из известных материалов. Наибольший эффект будет достигнут в условиях вечернего или ночного времени с помощью управления датчика освещенности, изменяя схему работы блока управления подключения светодиодов, зависящих от накопления энергии в батарейном отсеке и его емкости (не показано), т.е. в целом самого элемента. Использование данного изобретения позволяет улучшить эксплуатацию и создать возможность управлять как интенсивностью, так и спектром внутриобъемного излучения через освещенный контур светодиодами с данным напряжением.
Предшествующее описание представлено только в качестве примера и не несет никаких ограничений. Таким образом, объем настоящего технического решения ограничен только объемом предлагаемой формулы изобретения.