СВЕТИЛЬНИК ЖКХ

Предлагаемая полезная модель относится к области долговечных осветительных устройств и/или источников света с использованием полупроводниковых устройств (светодиодов) и выступает в качестве альтернативы традиционным источникам света: лампам накаливания, люминесцентным лампам в т.ч. и энергосберегающим с потребляемой мощностью в диапазоне 80-200 Вт и световым потоком порядка 500-1000 Лм. Представляет собой не только непосредственно источник света как таковой, а также выступает в роли законченного изделия - светового прибора. Полезная модель предназначена как для замены использующихся традиционных источников света, так и для установки на новых объектах и служит для освещения помещений в частных домах, квартирах, всякого рода подсобных и подвальных помещений, а также производственных с соответствующими требованиями. Основная ниша использования полезной модели - дежурное освещение лестничных пролетов, площадок, лифтов, коридоров, подъездов многоквартирных домов, общественных зданий, помещений производственных предприятий и других объектов ЖКХ, не требующих мощного освещения.
Уровень техники
Известен ряд аналогов полезной модели также призванные заменить собой обычные лампы - светодиодные лампы, (патент RU 80285, МПК H01L 33/00; заявка на изобретение US 2009/0059559 A1 F21V 9/16, B60Q 1/06, F21V 9/00; патент RU 82081, МПК Н05В 37/02; патент RU 69612, МПК F21S 4/00), идущие по пути копирования конструктивных особенностей традиционных ламп с целью прямой их замены и использования существующих способов подачи энергии и крепежа. Такой подход, несомненно, оправдан, однако специфика полупроводниковых устройств, требующих с одной стороны правильной подачи энергопитания и охлаждения с другой, влечет за собой неизбежное усложнение конструкции лампы. Следствием этого, при строгом соблюдении всех требований, является высокая цена изделия, в другом случае - менее высокая цена и быстрый выход из строя. Кроме того данное преимущество нивелируется при новой установке изделий.
В конструктивном отношении в качестве аналога данной полезной модели выступает антивандальный светильник (варианты) (патент RU 79322, МПК F21S 8/00), содержащий металлический корпус, в котором на основании закреплена плата со светодиодами и элементами электрической схемы, а в отверстии верхней части металлического корпуса расположен рассеиватель, выполненный в виде ударопрочного термостойкого неорганического стекла, пустое пространство между которыми заполняется ударопрочным светопроницаемым полимером. Данное решение хотя и повышает антивандальные характеристики такого светильника, однако использование такого стекла влечет за собой снижение световых характеристик светильника (т.к. у светодиодов свет направленный, требуются либо специальные линзы, либо дополнительный рассеиватель). Кроме того решение трудоемко в технологическом плане (осуществление крепежа стекла к корпусу светильника, осуществление заливки полимера).
Указанных недостатков лишен следующий аналог настоящей полезной модели - светодиодный осветительный прибор (патент RU 82935, МПК H01L 33/00), содержащий основание и оптически прозрачную крышку, закрепленный на основании профиль с теплоотводящими ребрами со стороны основания и светоотражающим покрытием со стороны оптически прозрачной крышки, при этом на профиле со стороны оптически прозрачной крышки установлена, по крайней мере, одна монтажная плата с размещенным на ней, по крайней мере, одним светодиодом, отличающийся тем, что форма оптически прозрачной крышки обеспечивает вывод излучения в широком угле, поверхность профиля со стороны оптически прозрачной крышки имеет форму, идентичную оптически прозрачной крышке и параллельна ей, а основание между крышкой и профилем и монтажные платы имеют светоотражающее покрытие. Однако, он еще более сложен в конструктивном отношении в виду того факта, что профилируется и оптически прозрачная крышка и снование под источники света (СИД), что также требует несколько монтажных плат (использование одной монтажной платы резко снижает КПД такого решения).
С электротехнической точки зрения аналогом заявленной полезной модели является изобретение согласно патенту RU 2329619 МПК Н05В 37/02, которое по первому варианту своего конструктивного исполнения содержит понижающий преобразователь напряжения, который через выпрямительный диодный мост и элемент для управления подачи энергии соединен с по меньшей мере одним светодиодом, а между выпрямительным диодным мостом и светодиодом параллельно с ними включен емкостный фильтр, при этом понижающий преобразователь напряжения выполнен из параллельно соединенных по меньшей мере одного шунтирующего резистора и по меньшей мере одного конденсатора, а также по меньшей мере одного токоограничивающего резистора.
Недостатком этого аналога является высокая цена реализации изделия за счет его нагруженности дополнительными функциями (следовательно увеличение числа компонентов, усложнение устройства) даже по первому варианту конструктивного исполнения.
За прототип заявляемой полезной модели взят наиболее близкий аналог (патент на полезную модель RU 80298 МПК Н05В 33/02, Н05В 33/08).
Недостатками прототипа являются:
1. На входе стоит конденсатор. Должен иметь высокие эксплуатационные характеристики, чтобы обеспечить безопасную работоспособность схемы, следственно должен иметь большие габариты и стоимость. Кроме того:
- при использовании данного конденсатора отсутствует защита от проникания высокочастотных помех из первичной сети, что может вызвать поломку изделия при эксплуатации вблизи промышленного оборудования (сварочный аппарат, лифт и т.д.);
- ток ограниченный данным конденсатором является реактивным, что значительно ухудшает cos(φ);
- реактивный ток этого устройства увеличивает потери в сетевых проводах (активное сопротивление в проводах);
2. Схема стабилизации напряжения на выходе диодного моста содержит стабилитрон, который в номинальном режиме работы должен иметь некий рабочий ток, таким образом, рассеивается дополнительная мощность, что снижает КПД устройства.
3. В данном решении использован линейный стабилизатор тока, что не позволяет сделать высокий КПД.
4. Схема должна быть рассчитана относительно минимально возможного входного напряжения. В этой точке параметры схемы оптимальны с максимально возможным КПД - 80%. Дальнейшее увеличение напряжения до оптимального и тем более максимально возможного существенно снижает КДП - вплоть до 60%.
5. Использование мощных светодиодов требует применение на каждый светодиод стабилитрон для обеспечения высокой отказоустойчивости.
Раскрытие полезной модели
Технической задачей, решение которой реализует заявляемая полезная модель - долговечное, надежное изделие в своем классе (с позиций применения) с минимальными затратными характеристиками как с точки зрения себестоимости изготовления самого продукта, так и с точки зрения затрат на его эксплуатацию.
В целях уточнения можно также указать, что данная полезная модель служит решением следующей технической задачи: создание надежного, долговечного устройства с минимальным потреблением электроэнергии преимущественно для освещения объектов инфраструктуры жилищно-коммунального хозяйства и объектов вообще, не требующих мощного освещения (в настоящее время для этих целей используются лампы накаливания и люминесцентные лампы) стоимость которого, включая стоимость эксплуатации и утилизации (причем стоимость в смете затрат на освещение комплекса (хозяйства) за фиксированный период времени), позволяла бы осуществить масштабную замену традиционных источников света, а также способствовала их широкому внедрению.
Технический результат возможен благодаря использованию полупроводниковых устройств и достигается выбором типа, количества, соответствующей организацией схемы питания светодиодов и их монтажом в изделии, компоненты которого обеспечивают требуемые световые характеристики (как прибора освещения) и режимы работы источников света.
Сущность полезной модели заключается в том, что для целей освещения указанной выше области применения используется несколько мощных светодиодов, монтаж которых, как и монтаж элементов преобразующих энергию питания для них от стационарной сети осуществляется на одной плате, которая, в свою очередь, монтируется на корпус светильника, служащий радиатором, рассеивающая тепло площадь которого достаточна для выдерживания терморежимов работы светодиодов и выступающий как основообразующая часть светильника, к которому также крепится экран светильника, несущий защитные и оптические функции.
Каждый компонент данной полезной модели и его технология изготовления, а также технология всей сборки в целом выбраны из условия надежной и долговечной работы изделия с соблюдением светотехнических требований, и главный критерий при этом - минимальная стоимость с обеспечением качества.
Для максимального снижения стоимости изготовления изделия реализована модульная конструкция с минимумом компонентов: электротехнический модуль как законченная сборочная единица и две детали: корпус (основной, защитный «модуль») и экран (оптический, защитный «модуль»). Таким образом, сборка изделия содержит всего две операции; монтаж электротехнического модуля на корпусе светильника (например, клепка или склеивание) и монтаж экрана на корпус светильника (например, склеивание). Для исключения барьеров при передачи тепла электротехнический модуль скрепляется с корпусом через термопасту.
Экран светильника и его корпус несут и эстетическую функцию и композиционно выполнены в виде единой, обращенной выпуклостью вверх видимой поверхности. Полезная модель может комплектоваться добавочным отдельным модулем с целью дополнительного энергосбережения содержащего датчики реагирования на величины освещенности и шума. Однако по стоимости это сравнимо с самим изделием и не всегда оправдано. Целесообразность опции в виде дополнительного энергосберегающего модуля определяется путем расчетов при заданных условиях.
Металлический корпус изготавливается штамповкой листовой заготовки (из существующего проката), что также положительно сказывается на итоговой цене изделия. Металлический корпус может быть изготовлен литьем. Для крепления светильника на корпусе предусмотрены вогнутые ниши с отверстиями под стандартный крепеж со специальными формами под ключ и инструмент. Для вывода питающего кабеля в корпусе также предусмотрено отверстие. В данной полезной модели отличительной чертой является то, что характеристики и группа светодиодов подобраны таким образом, что металлический корпус справляется с функциями как радиатор и не требует дополнительных ребер, влекущих за собой увеличение трудоемкости изготовления. Однако, решениями для данной полезной модели допускается, при использовании светильника в более мощном световом исполнении, рассеивающая поверхность корпуса, выполняющего роль основного модуля светильника может быть развита дополнительными поверхностями либо в виде отдельного добавочного модуля, либо вкупе с основным и, в зависимости от масштабов такого развития модуль может изготавливаться либо также штамповкой с дополнительным формообразованием, либо литьем.
Экран светильника изготавливается из светопрозрачного ударопрочного материала литьем, что позволяет получить практически любые внешние обводы (с точки зрения эстетических функций), а также позволяет спрофилировать отражающую и рассеивающую поверхности для формирования требуемых оптических характеристик изделия, что связано в том числе и с тем, что в изделии используются мощные светодиоды (световой поток от каждого из которых - направленный). Кроме того, данная технология позволяет исключить переходные детали крепления, монтажные элементы неизбежные в случае использования стандартных стекол. И т.к. изделие предназначено для массового использования, а для технологии литья используются неметаллические материалы, данный способ изготовления является оптимальным в ценовом отношении.
Сущность полезной модели (светильника для нужд жилищно-коммунального хозяйства) в плане электротехнической части состоит в том, что источник питания светодиодов постоянным током от первичной сети с напряжением 220 В и частотой 50-60 Гц включает в себя:
- выпрямитель переменного напряжения сети;
- узел зарядки накопительного конденсатора с отсечкой по уровню входного напряжения. Состоит из входного компаратора, переключающегося при заданном уровне входного напряжения сети;
- силовой ключ, через который происходит зарядка накопительного конденсатора, управляемого компаратором;
- накопительный конденсатор рассчитанной емкости, от которого запитывается цепь из n-го количества светодиодов постоянным током;
- источник постоянного тока для светодиодов, питаемого от накопительного конденсатора;
- цепь из последовательно соединенных светодиодов.
Технически устройство питания светодиодов отличается от подобных устройств тем, что:
- работа ключа зарядки конденсатора происходит четыре раза за один период входного сетевого напряжения;
- из-за малой потребляемой мощности устройства вносимые в сеть помехи минимальны;
- устройство не содержит дорогостоящих деталей, очень экономично в несколько раз дешевле аналогичных устройств;
- легко подстраивается под требуемое количество светодиодов и входное напряжение первичной сети;
- обладает высокой надежностью.
Таким образом, в целом сущность полезной модели состоит в объединении указанных преимуществ, достигнутых в конструкции настоящей полезной модели, в ее схемотехнике, а также ее ориентированности на простоту в плане технологии изготовления, исходя из области указанного применения (не для мощного освещения).
Из уровня техники неизвестно техническое решение с заявляемой совокупностью существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, что подтверждает ее соответствие условию патентоспособности - новизна.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, схемами и графиками, где:
на фиг.1 - светильник ЖКХ (вид сверху);
на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1;
на фиг.3 - светильник ЖКХ (вид в изометрии);
на фиг.4 -эпюры напряжений, поясняющие принцип работы электротехнического модуля светильника ЖКХ;
на фиг.5 - схема структурная электротехнического модуля светильника ЖКХ,
на фиг.6 - схема электрическая принципиальная светильника ЖКХ.
Светильник ЖКХ может быть осуществлен следующим образом. На корпусе 1 монтируется плата 3 электротехнического модуля, включающего, по меньшей мере, один светодиод 4 и элементы преобразования энергии (на чертежах не показаны). Сверху монтируется экран светильника 2 из ударопрочного оптически прозрачного материала с рассеивающей световой поток поверхностью 6.
Монтаж изделия производится крепежными элементами (саморезами, болтами, винтами и т.п.) в отверстия, предусмотренные в нишах 7 корпуса светильника. В антивандальных целях и для исключения кражи изделий (при установке в общественных местах) используются указанные крепежные элементы со специальными формами под ключ и инструмент, являющиеся штатными, серийно выпускающимися и представленные на рынке. Установка производится на свободные поверхности стен, потолков и другие конструкции, имеющими в плане размер плоской ниши не менее 125 мм × 150 мм. При дополнительных требованиях может производиться крепеж и с помощью переходных элементов, обеспечивающих требуемый угол наклона установки изделий.
IN
Светильник ЖКХ работает следующим образом (см. фиг 4-6). При подключении светильника к стационарной электросети переменного тока входное сетевое напряжение (220 В, 50-60 Гц; U - на эпюрах) поступает на выпрямитель, состоящий из решения в виде диодного моста (диоды VD1-VD4).
VD
U - выпрямленное напряжение поступает на компаратор. Функция компаратора реализована делителем напряжения из резисторов R1-R3, пороговым устройством на стабилитроне VD5 и усилителем сигнала VT2 для силового ключа VT1 и заключается в функции отсечки подачи входного напряжения на накопительный конденсатор СЕ1 по уровню напряжения заданного входным делителем.
C
Накопительный конденсатор СЕ1 обеспечивает питание цепи светодиодов и стабилизатора тока в моменты отключения силового ключа VT1 от внешней питающей цепи (эпюры напряжения - U).
I
Схема стабилизации тока питания цепи светодиодов обеспечивается транзисторами VT3-VT6, работающая по принципу стабилизации эмиттерного тока транзистора VT4 с помощью подачи сигнала обратной связи (ООС) в базу через усилитель сигнала ООС на транзисторе VT3. Эпюра напряжения на VT4-U.
Результатом работы данной схемы является постоянный стабилизированный ток питания светодиодов VL1-VL54.
Описанные средства и методы, с помощью которых возможно осуществление светильника ЖКХ, с реализацией указанного назначения, подтверждает соответствие заявленной полезной модели условию патентоспособности - промышленная применимость.
Светильник ЖКХ
Перечень позиций элементов на чертежах Светильника ЖКХ.
1 - корпус светильника ЖКХ;
2 - экран светильника ЖКХ;
3 - плата электротехнического модуля (остальные электронные компоненты, за исключением СИД условно не показаны);
4 - светодиод (СИД);
5 - крепежный элемент (например, заклепка);
6 - рассеивающая поверхность экрана светильника ЖКХ;
7 - ниша под монтажные элементы;