СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИВОТНЫХ, ТЕПЛООТВОДЯЩИЙ ЭЛЕМЕНТ СВЕТИЛЬНИКА, КОЛБА СВЕТИЛЬНИКА И СВЕТОДИОДНАЯ ПЛАТА
LED LAMP FOR ARTIFICIAL LIGHTING OF FACILITIES FOR LIVESTOCK MANAGEMENT, HEAT-REMOVING ELEMENT FOR LAMP, LAMP BULB AND LED BOARD

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, а именно к отраслям промышленного разведения и выращивания различных животных.
При массовом содержании животных в условиях замкнутого пространства помещений и/или клеток особую актуальность приобретает их освещение. Освещение желательно осуществлять умеренно рассеянным светом с использованием предпочтительно длинномерных светильников.
Известен светодиодный светильник, содержащий герметичный за счет торцевых заглушек корпус, выполненный из светопропускающей оболочки из полимерного материала, внутри которого установлен теплоотводящий элемент для обеспечения отвода тепла из светильника в процессе его работы, печатная плата со светодиодами, дополнительный источник питания, при этом в качестве теплоотводящего элемента используют радиаторный профиль из алюминиевого сплава круглой, квадратной или прямоугольной формы или в виде двутавровой балки - т.е. практически любой формы - установленный внутри корпуса, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам внутренней поверхности корпуса для увеличения площади и создания плотного контакта радиаторного профиля с данной поверхностью, при этом печатная плата со светодиодами размещена на радиаторном профиле. Размеры радиаторного профиля выполнены такими, что обеспечивают наибольшую площадь его соприкосновения с внутренней поверхностью корпуса. Крепление профиля осуществляется за счет сил трения путем его плотного прилегания к внутренней поверхности корпуса. В зависимости от геометрии и размеров взаимодействующих поверхностей радиаторного профиля и корпуса создается наибольшая площадь соприкосновения данных поверхностей [Описание полезной модели к патенту РФ №137699 от 16.10.2013, МПК F21S 13/10, опубл. 27.02.2014].
Очевидно, что для реализации всех упомянутых характеристик светильника в качестве материала светопропускающей оболочки (корпуса) может быть использован только термоусадочный полимер, поскольку невозможно запрессовать длинный (например, 1 м и более) теплоотводящий элемент в трубчатую оболочку такой же длины с плотным прилеганием контактных поверхностей. В противном случае можно вести речь о коротких светильниках, применение которых в помещениях для содержания животных ограничено из-за необходимости использования их непропорционально большого количества.
Использование термопластичного полимерного материала в качестве светопропускающей оболочки в известном решении обеспечивает герметичность светодиодов и плотный контакт с радиаторным профилем, но при этом форма корпуса за счет термоусадки оболочки является неустойчивой, включающей множество неровностей, в которых может осаждаться и задерживаться искажающая световой поток пыль помещения, где содержатся различные животные. Чистка таких светильников также будет затруднительной, поскольку неровные поверхности препятствуют полному удалению загрязнений. Кроме этого настоящий светильник из-за отсутствия рассеивателя формирует ряд световых пятен, и существует высокая вероятность, что многие животные не получат причитающуюся им порцию света. Что касается радиаторных профилей, то в каждом конкретном случае их использования будут получаться разные и неравномерные по их длине и по сечению характеристики отвода тепла от светодиодов. Отсутствие базовых поверхностей для установки печатной платы говорит о непригодности их использования для массового производства светильников.
Известен светодиодный светильник, содержащий изготовленный методом экструзии из алюминия или алюминиевого сплава корпус-радиатор в виде полукруглого металлического профиля с источником света, подключенным посредством проводов питания и управления к внешней питающей цепи, и узел крепления светильника к несущей опоре, при этом корпус-радиатор выполнен в виде отрезка фасонного профиля с постоянным по длине поперечным сечением, содержащим основание, имеющее с одной стороны плоскую поверхность для размещения источника света, а на противоположной стороне основания выполнен полукольцевой в поперечном сечении профиля выступ, образующий с основанием по всей длине корпуса-радиатора сквозную полость, причем на внешней поверхности полукольцевого выступа вдоль всей длины корпуса-радиатора расположены продольные теплоотводящие ребра, наружные торцы которых расположены по цилиндрической образующей корпуса-радиатора. Светодиодный источник света выполнен в виде единой линии печатных плат с одним или несколькими светодиодами на каждой, подключенными через провода питания и управления к питающей цепи, а в основании корпуса-радиатора образованы один или два продольных паза для размещения пластикового рассеивателя светового потока, причем рассеиватель светового потока выполнен прозрачным рифленым [Описание полезной модели к патенту РФ №134612 от 22.04.2013, МПК F21S 4/00, опубл. 20.11.2013].
Настоящий светильник не пригоден для освещения помещений и/или клеток с животными, поскольку множество открытых полостей между теплоотводящими ребрами предполагает их скорое заполнение пылью, что непременно скажется на качестве отвода тепла от светодиодов. Такие светильники недостаточно герметичны, поскольку установка пластикового рассеивателя в удлиненные продольные пазы фасонного профиля предполагает наличие доступных для проникновения влаги зазоров. В результате срок использования множества одинаковых светильников, размещенных в одном помещении, будет неприемлемо растянут во времени, когда одни из них будут выходить из строя раньше продекларированного в эксплуатационных характеристиках срока, другие - позже, что приведет к лишним затратам в промышленном животноводстве.
Известен светильник для искусственного освещения помещений и/или клеток для содержания птицы, включающий корпус в виде светопропускающей трубчатой колбы с размещенными внутри нее на удлиненных платах по меньшей мере в два ряда светодиодами, причем максимумы диаграммы направленности светодиодов каждого из рядов расположены под углом друг к другу, при этом на внутренней поверхности светопропускающей трубчатой колбы имеются оппозитно расположенные продольные пазы, удлиненные платы светодиодов контактируют с основаниями, фланцы которых расположены в продольных пазах колбы с возможностью смещения и последующей фиксации, а по торцам светопропускающей трубчатой колбы расположены заглушки, по меньшей мере одна из которых выполнена с каналом для выхода электрического кабеля, причем заглушки снабжены кронштейнами для подвешивания в помещении и/или клетке. Дополнительно, часть внутренней поверхности колбы конструктивно оформлена таким образом, чтобы скрыть тыльное оформление светильника с его разноцветными кабелями, расположением множества оснований, креплением плат, что придает светильнику определенные декоративные качества [Описание изобретения к патенту РФ №2453762 от 20.01.2011, МПК F21V 8/00, A01G 9/20, А01К 31/00, опубл. 20.06.2012].
Несмотря на то что настоящий светильник выгодно отличается от известных, он также имеет ряд недостатков, к числу которых можно отнести сложность конструкции, что проявляется в использовании различных промежуточных деталей и достаточно большого количества маломощных светодиодов, принудительно разделенных на два или более рядов, благодаря чему освещенность становится более равномерной по сравнению с условно точечными световыми пятнами светодиодов большей мощности, и недостаточно равномерный отвод тепла от светодиодов, осуществляемый исключительно за счет собственного теплоотвода печатных плат, что способствует более скорой деградации источников света. Кроме этого, колба светильника не позволяет дополнительно рассеивать свет. В то же время потенциально светорассеивающая поверхность части внутренней поверхности колбы предназначена исключительно для сокрытия электротехнической «начинки» светильника, вид которой снижает товарный вид изделия.
Известен радиатор для светодиодного светильника, содержащий корпус с продольно ориентированными ребрами конического сечения, которые выполнены с отрицательным углом наклона к линии горизонта, лежащим в пределах от 5° до 75°, и имеют вертикально прорезанные пазы [Описание полезной модели к патенту РФ №125303 от 06.12.2012, МПК F21V 29/00, опубл. 27.02.2013].
Недостатком настоящего радиатора является сложность конструкции из-за обилия выступающих частей, создающих протяженные карманы, что говорит о необходимости принудительного отвода тепла от изделия. В этом случае светильники с такими радиаторами нельзя заключать в герметичную светопрозрачную оболочку, что может потребоваться при их эксплуатации в изначально пыльных помещениях для содержания различных животных.
Известен корпус светодиодного светильника, выполненный из алюминиевого профиля с ребрами радиатора в качестве боковых стенок, причем на передней стороне корпуса выполнена одна пара или несколько пар пазов для крепления светодиодного модуля, а также пара пазов для крепления защитного стекла, которые формируются в процессе изготовления профиля [Описание полезной модели к патенту РФ №94663 от 22.03.2010, МПК F21S 4/00, опубл. 27.05.2010].
Настоящему корпусу (радиатору) присущи недостатки технического решения по патенту РФ №125303.
Известен модуль полупроводниковый излучающий, представляющий собой печатную светодиодную плату со смонтированными на ней одним и более единичными светодиодами, при этом печатная плата включает контактные площадки для размещения светодиодов, расположенные в линию, параллельную длинной стороне платы [Описание полезной модели к патенту РФ №103670 от 09.11.2010, МПК H01L 33/00, опубл. 20.04.2011].
При необходимости рассеяния излучения светодиодов требуется использовать специальные приспособления типа матовой поверхности светопропускающей оболочки или покровного стекла, что усложняет конструкцию светильника на основе этого модуля и существенно снижает уровень освещения поверхности и, в итоге, требует увеличения мощности сетодиодов в светильнике или увеличения их количества.
Известна печатная плата прямоугольной формы для светодиодных ламп, содержащая контактные площадки, размещенные на поверхности печатной платы вблизи ее торца, проводящие дорожки, соединенные с контактными площадками для размещения светодиодов, расположенными в линию, параллельную длинной стороне платы [Описание изобретения к патенту РФ №2527542 от 21.08.2012, МПК F21V 21/005, Н05К 1/11, Н05К 1/16, опубл. 10.09.2014].
Настоящая печатная плата, как и в предыдущем случае (патент РФ №103670), при ее оснащении светодиодами и последующего использования в светильнике для искусственного освещения помещений с животными потребует самостоятельного устройства для рассеивания светового потока, защиты от внешних загрязнений и их регулярного удаления.
Известен светодиодный светильник, содержащий основание, светопрозрачную панель, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и жестко связанные между собой, а также светодиоды, смонтированные на печатной плате, при этом светодиоды смещены относительно центра основания и рассредоточены вдоль его периметра, например светодиоды расположены на печатной плате по меньшей мере в два контура или контуры светодиодов расположены на печатной плате с переменным шагом от центра [Описание полезной модели к патенту РФ №126089 от 10.10.2012, МПК F21S 13/00, опубл. 20.03.2013].
Настоящий светильник не может быть использован при освещении помещений с животными, т.к. несмотря на значительную экономию энергопотребления, наличие множества светодиодов и их особое распределение на плоской плате, в итоге получается точечный светильник, дающий четкую тень для каждого рядом стоящего животного, независимо от высоты подвеса.
Задача, на решение которой направлена группа изобретений и достигаемый технический результат, заключаются в увеличении надежности работы светодиодных светильников, повышении технологичности их изготовления независимо от общей длины, увеличении равномерности распределения света и снижении потерь на его рассеивание. Дополнительно снижаются затраты на освещение при улучшении освещенности пространства и расширяется арсенал технических средств, предназначенных для освещения помещений с животными.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в светодиодном светильнике для искусственного освещения помещений для содержания животных, включающем удлиненный корпус в виде светопропускающей трубчатой колбы, внутри которой размещен теплоотводящий элемент и по меньшей мере одна удлиненная плата со светодиодами, при этом торцы трубчатой колбы снабжены герметизирующими заглушками, теплоотводящий элемент выполнен удлиненным трубчатым и имеет в поперечном сечении форму с по меньшей мере двумя характерными разнесенными по периметру выступающими упорными точками, лежащими на описанной окружности, контактирующими с внутренней поверхностью трубчатой колбы с возможностью образования линейных контактов, при этом часть трубчатого теплоотводящего элемента выполнена в виде плоской площадки и снабжена расположенными по всей длине теплоотводящего элемента направляющими выступами, между которыми размещена удлиненная плата со светодиодами, причем контакт платы с теплоотводящим элементом выполнен посредством деформированных направляющих выступов.
Кроме этого:
- деформация выступов выполнена локально пошагово или по всей длине;
- внутренняя поверхность светопропускающей трубчатой колбы включает два оппозитно расположенных ограничителя, выполненные по всей длине колбы параллельными друг другу с возможностью образования линейных контактов с удлиненным трубчатым теплоотводящим элементом;
- часть светопропускающей трубчатой колбы со стороны удлиненной платы со светодиодами включает продольные оребрения, выполненные по всей длине колбы параллельными друг другу;
- светодиоды размещены на удлиненной плате в один ряд с боковым смещением по длине в виде по меньшей мере одной секции;
- светопропускающая трубчатая колба и трубчатый теплоотводящий элемент выполнены методами экструзии.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в теплоотводящем элементе светодиодного светильника, включающем выполненный из алюминия или сплава на основе алюминия удлиненный профиль с плоской площадкой для размещения светодиодных плат, удлиненный профиль выполнен трубчатым с возможностью последующего размещения внутри светопропускающей трубчатой колбы и имеет в поперечном сечении форму с по меньшей мере двумя характерными разнесенными по периметру выступающими упорными точками, лежащими на описанной окружности, при этом площадка для размещения светодиодных плат снабжена направляющими выступами, выполненными по всей длине теплоотводящего элемента с возможностью изгиба с деформацией в направлении друг к другу.
Кроме этого:
- площадка для размещения светодиодных плат на границе с направляющими выступами включает поднутрения, выполненные по всей длине трубчатого теплоотводящего элемента;
- удлиненный профиль теплоотводящего элемента выполнен методом экструзии.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в колбе светодиодного светильника, включающей удлиненный корпус, выполненный из прозрачного полимера в виде светопропускающей трубки, внутренняя поверхность которой включает выступающие элементы, выполненные по всей длине колбы параллельными друг другу, внутреннее пространство трубки выполнено с возможностью размещения в ней удлиненного трубчатого теплоотводящего элемента с образованием распределенных по периметру линейных контактов, при этом по меньшей мере часть расположенных подряд выступающих элементов выполнена в виде оребрения с треугольной формой профиля ребер.
Кроме этого:
- два крайних выступающих элемента выполнены в виде оппозитно расположенных ограничителей;
- имеет круглую в поперечном сечении форму наружной поверхности;
- светопропускающая трубка выполнена методом экструзии.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в светодиодной плате, включающей удлиненный корпус с токопроводящими дорожками и расположенными вдоль него контактными площадками под светодиоды, контактные площадки расположены вдоль оси корпуса со смещением относительно друг друга.
Кроме этого:
- смещение контактных площадок под светодиоды относительно друг друга выполнено по линейному закону;
- смещение контактных площадок под светодиоды относительно друг друга выполнено в виде по меньшей мере двух последовательно расположенных ступенчатых фрагментов.
Изобретения поясняются чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен общий вид светодиодного светильника в рабочем состоянии;
- на фиг. 2 показана типовая электрическая схема светильника, где +U и -U - клеммы подачи питающего напряжения; DA1 - источник тока для питания светодиодов VD1…VD14;
- на фиг. 3 и фиг. 4 изображены характерные варианты конструкции светодиодных светильников в поперечном сечении;
- на фиг. 5 показано поперечное сечение теплоотводящего элемента фиг. 3;
- на фиг. 6 - поперечное сечение теплоотводящего элемента фиг. 4;
- на фиг. 7 - поперечное сечение светопропускающей трубчатой колбы фиг. 3 и фиг. 4;
- на фиг. 8 изображена конструкция удлиненной светодиодной платы, общий вид;
- на фиг. 9 показан вариант конструкции удлиненной светодиодной платы со ступенчатым расположением контактных площадок 12 под светодиоды, общий вид.
1
2
Светодиодный светильник для искусственного освещения помещений для содержания животных включает удлиненный корпус в виде светопропускающей трубчатой колбы 1, внутри которой размещен теплоотводящий элемент 2 и по меньшей мере одна удлиненная плата 3 со светодиодами 4, при этом торцы трубчатой колбы 1 снабжены герметизирующими заглушками 5, а теплоотводящий элемент 2 выполнен удлиненным трубчатым и имеет в поперечном сечении форму с по меньшей мере двумя характерными разнесенными по периметру выступающими упорными точками 6, 6 и т.д., лежащими на описанной окружности, контактирующими с внутренней поверхностью трубчатой колбы 1 с возможностью образования линейных контактов на всей длине колбы 1, при этом часть трубчатого теплоотводящего элемента 2 выполнена в виде плоской площадки 7 и снабжена расположенными по всей длине теплоотводящего элемента 2 направляющими выступами 8, между которыми размещена удлиненная плата 3 со светодиодами 4, причем плотный контакт платы 3 с теплоотводящим элементом 2, а именно с его плоской площадкой 7, выполнен (обеспечивается) посредством деформированных направляющих выступов 8, деформация которых выполнена локально пошагово или по всей длине - навстречу друг другу.
Внутренняя поверхность светопропускающей трубчатой колбы 1 включает два оппозитно расположенных ограничителя (упора) 9, выполненные по всей длине колбы 1 параллельными друг другу с возможностью образования линейных контактов с удлиненным трубчатым теплоотводящим элементом 2. Часть светопропускающей трубчатой колбы 1 со стороны удлиненной платы 3 со светодиодами 4 включает продольные оребрения 10, выполненные по всей длине колбы 1 параллельными друг другу. Светодиоды 4 размещены на удлиненной плате 3 в один ряд с боковым смещением по длине в виде по меньшей мере одной секции.
Светопропускающая трубчатая колба 1 и трубчатый теплоотводящий элемент 2 выполнены методами экструзии.
1
2
Теплоотводящий элемент 2 светодиодного светильника включает выполненный из алюминия или сплава на основе алюминия удлиненный профиль с плоской площадкой 7 для размещения светодиодных плат 3, при этом удлиненный профиль 2 выполнен трубчатым с возможностью последующего размещения внутри светопропускающей трубчатой колбы 1 и имеет в поперечном сечении форму с по меньшей мере двумя характерными разнесенными по периметру выступающими упорными точками 6, 6 и т.д., лежащими на описанной окружности, при этом площадка 7 для размещения светодиодных плат 3 снабжена направляющими выступами 8, выполненными по всей длине теплоотводящего элемента 2 с возможностью изгиба с деформацией в направлении друг к другу.
Площадка 7 для размещения светодиодных плат 3 на границе с направляющими выступами 8 включает поднутрения 11, выполненные по всей длине трубчатого теплоотводящего элемента 2, который выполнен методом экструзии.
Колба 1 светодиодного светильника включает удлиненный корпус, выполненный из прозрачного полимера в виде светопропускающей трубки, внутренняя поверхность которой включает выступающие элементы, выполненные по всей длине колбы 1 параллельными друг другу, при этом внутреннее пространство трубки выполнено с возможностью размещения в ней удлиненного трубчатого теплоотводящего элемента 2 с образованием распределенных по периметру линейных контактов, при этом по меньшей мере часть расположенных подряд выступающих элементов выполнена в виде оребрения 10 с предпочтительно треугольной формой профиля ребер, а два крайних выступающих элемента выполнены в виде оппозитно расположенных ограничителей (упоров) 9.
Колба 1 светильника имеет технологичную круглую в поперечном сечении форму наружной поверхности и выполнена методом экструзии.
Светодиодная плата 3 включает удлиненный корпус (та же поз. 3) с токопроводящими дорожками (условно не показаны) и расположенными вдоль него контактными площадками 12 под светодиоды 4 (на чертежах светодиоды 4 накрывают контактные площадки 12), при этом контактные площадки 12 расположены вдоль оси корпуса со смещением Δ относительно друг друга.
Смещение контактных площадок 12 под светодиоды 4 относительно друг друга выполнено предпочтительно по линейному закону, а если плата 3 длинная, то смещение контактных площадок 12 под светодиоды 4 относительно друг друга выполнено в виде по меньшей мере двух последовательно расположенных выраженных ступенчатых фрагментов (см. фиг. 9 - три фрагмента).
Проанализируем существенные признаки изобретений.
С момента появления экономичных светодиодных светильников, увеличения срока службы светодиодов и их удешевления выявились преимущества их использования в животноводстве и сложились основные технические, включая геометрические, характеристики, удовлетворяющие соответствующие общественные потребности. К числу важных характеристик следует отнести длинномерность, компактность, прочность, отсутствие значимых выступающих поверхностей, препятствующих чистке светильников, герметичность, простота и обтекаемость форм, возможность рассеивать излучение светодиодов с минимальными потерями и технологичность изготовления. Попытке удовлетворить названным условиям за счет своего параметрического резерва в какой-то степени соответствует светильник по патенту РФ №2453762. На рынке представлена его модификация с наружным диаметром колбы 20 мм.
Предлагаемый светодиодный светильник для искусственного освещения помещений для содержания животных также включает удлиненный корпус в виде светопропускающей трубчатой колбы 1 цилиндрической (или близкой к цилиндрической) формы наружной поверхности, внутри которой размещен теплоотводящий элемент 2 и удлиненные платы 3 со светодиодами 4, при этом торцы трубчатой колбы 1 снабжены герметизирующими заглушками 5.
1
2
1
2
3
1
2
Особенностью заявляемого светильника является то, что теплоотводящий элемент 2 выполнен удлиненным трубчатым и имеет в любом поперечном сечении специфическую «некруглую» условно граненую форму с двумя характерными разнесенными по периметру выступающими упорными точками 6 и 6, или тремя характерными разнесенными по периметру выступающими упорными точками 6, 6 и 6, или с четырьмя, пятью и т.д. выступающими упорными точками, лежащими на описывающей профиль окружности, контактирующими с внутренней поверхностью трубчатой колбы 1 с возможностью образования линейных контактов, состоящих из множества размещенных по длине однотипных точек 6, 6 и т.д. Благодаря тому, что теплоотводящий элемент 2 и трубчатая колба 1 выполнены методами экструзии, появилась возможность простейшим способом адаптировать формы их сопрягаемых поверхностей друг другу. Плотное совпадение форм неприемлемо, поскольку не позволяет простым способом осуществить запрессовку теплоотводящего элемента 2 в трубчатую колбу 1 без механического повреждения этих деталей. Свободная посадка деталей с гарантированными зазорами будет искажать отвод тепла от светодиодов 4. В заявленном решении выбран путь создания плотного контакта, но не по всей поверхности сопрягаемых деталей, а локально - только по нескольким линиям (линиям не в математическом смысле - в виде ряда элементарных точек - а в виде весьма узких полосок, которые по сравнению с полным контактом профилей 2 и 1 можно считать элементарным или локальным контактом). Между остальными поверхностями соединяемых деталей обеспечивается минимальный, визуально практически не воспринимаемый зазор, такой, что при внешнем осмотре сопрягаемые поверхности воспринимаются как правильные цилиндрические. Допустимый зазор выбирается таким, чтобы не образовалась дополнительная теплоизолирующая воздушная прослойка между сопрягаемыми деталями по типу прослойки между светодиодами 4 и внутренней поверхностью светопропускающей трубчатой колбы 1. Следует отметить, что на фиг. 3 и 4 эти зазоры показаны неестественно большими, что сделано сознательно для иллюстрации наиболее ответственной операции сборки светильника - возможности технологичной запрессовки длинномерного теплоотводящего элемента 2 в длинномерную же трубчатую колбу 1. Минимальные зазоры не искажают передачу тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Опытным путем установлено, что при достижении светильником рабочих температур эксплуатации зазоры между сопрягаемыми деталями - поликарбонатной колбой 1 и алюминиевым теплоотводящим элементом 2 - практически исчезают. Безусловно, принятый принцип конструирования светильников приемлем и для более сложных форм поперечного сечения сопрягаемых деталей, но в этом случае конструкция светильника не будет достаточно технологичной, да и получение деталей более сложной формы потребует решения ряда технических противоречий (например, выраженная разнотолщинность стенок при экструзии полимерной колбы 1 приведет к ее изгибу по длине и т.д.).
Часть трубчатого теплоотводящего элемента 2 выполнена в виде плоской площадки 7 и снабжена расположенными по всей длине теплоотводящего элемента направляющими выступами 8, между которыми размещена удлиненная плата 3 со светодиодами 4, причем контакт платы 3 с плоской площадкой 7 теплоотводящего элемента 3 выполнен посредством деформированных направляющих выступов 8. Наличие плоской площадки 7 с выступами 8 на части трубчатого теплоотводящего элемента 2 позволяет беспрепятственно и надежно расположить, а после и закрепить удлиненную плату 3 со светодиодами 4. Для этого выступы 8 можно деформировать навстречу друг другу, например, локально пошагово или по всей длине - завальцовкой. При этом обеспечивается наиболее надежный, стабильный и равномерный по длине контакт удлиненной платы 3 с теплоотводящим элементом 2. В результате работающие светодиоды 4 будут находиться в одинаковых условиях, что предполагает «равномерный» износ светильника (деградацию светодиодов 4).
Внутренняя поверхность светопропускающей трубчатой колбы 1 включает два оппозитно расположенных ограничителя (или упора) 9, выполненные по всей длине колбы 1 параллельными друг другу с возможностью образования дополнительных линейных контактов с удлиненным трубчатым теплоотводящим элементом 2. Дело в том, что часть светопропускающей трубчатой колбы 1 со стороны удлиненной платы 3 со светодиодами 4 включает или может включать продольные оребрения 10, выполненные по всей длине колбы 1 параллельными друг другу. Наличие ограничителей 9 позволяет однозначно сориентировать взаимное расположение запрессовываемого теплоотводящего элемента 2 относительно внутренней поверхности трубчатой колбы 1 (в этом случае они выполняют функцию линейных упоров, минимизирующих усилия сил трения при запрессовке) и не допустить при запрессовке нежелательного контакта с продольными оребрениями 10, что может исказить общую картину светового потока (в этом случае они выполняют функцию ограничителя для размещения теплоотводящего элемента 3). Продольные оребрения 10 (простейшие светопрозрачные призмы) позволяют с минимальными световыми потерями обеспечить рассеивание светового потока каждого светодиода 4 - преломить каждый элементарный поток в длинные неослепляющие полосы света и распределить их более равномерно по освещаемой поверхности. Этому способствует тот факт, что светодиоды 4 размещаются на удлиненной плате 3 в один ряд с боковым смещением по длине. Т.е. полоски света каждого светодиода 4 не будут совпадать с такими же полосками соседних светодиодов. Безусловно, в длинном светильнике смещение светодиодов 4 по длине платы 3 может оказаться незначительным для эффективного разделения элементарных полосок света, по этой причине следует исходить из разумного, предпочтительно линейного смещения светодиодов 4 на удлиненной плате 3, например, на величину, лежащую в пределах 0,1-1,5 ширины продольных ребер 10 светопропускающей трубчатой колбы 1 для одной секции светодиодов 4, и такое чередование можно ступенчато повторять необходимое количество раз по всей длине платы 3. Опыт показал, что нелинейное, например синусоидальное, смещение светодиодов 4 по длине платы 3 формирует достаточно выраженные полосы света, для рассеивания которых требуется создавать более сложный и неодинаковый профиль продольного оребрения 10 светопрозрачной трубчатой колбы 1, что нетехнологично. Следует отметить, что выраженная ступенчатость контактных площадок 12 под светодиоды 4 в светильнике может быть обеспечена за счет использования нескольких последовательно установленных «одноступенчатых» плат 3.
Полученное в итоге освещение поверхности является наиболее оптимальным и экономичным при массовом разведении и выращивании различных животных. Любые другие методы рассеивания световых потоков единичных светодиодов будут усложнять конструкцию светильника (например, конструкцию светопропускающей трубчатой колбы 1) и увеличивать потери света, например, при его прохождении через матовую поверхность. Следует отметить, что для человека такой тип светодиодного освещения может использоваться только в качестве вспомогательного, поскольку для человека существуют более эргономичные виды искусственного освещения, в том числе и светодиодного.
Дополнительно остановимся на некоторых особенностях конструкции входящих в светодиодный светильник деталей.
Теплоотводящий элемент 2 светодиодного светильника выполнен в виде удлиненного трубчатого профиля из алюминия или сплава на основе алюминия. Эти материалы сочетают в себе низкую стоимость и высокую теплопроводность и теплоотдачу (теплопередачу), что и требуется от большинства радиаторных изделий. Получение такого профиля практически неограниченной длины с множеством прямолинейных и параллельных друг другу конструктивных элементов методом экструзии является наиболее технологичным. Сознательное отклонение формы части поперечного сечения профиля теплоотводящего элемента 2 от «идеального» (в нашем случае - идеального цилиндрического) позволяет получить прогнозируемое в будущем усилие его запрессовки в светопропускающую трубчатую колбу 1, которая за счет собственного материала - светопрозрачного пластика - является более прихотливой для получения стабильных конструктивных характеристик.
Плоская площадка 7 с направляющими выступами 8, выполненными по всей длине удлиненного трубчатого профиля теплоотводящего элемента 2 для размещения светодиодных плат 3, позволяют обеспечить совместный плотный контакт после соответствующей - навстречу друг другу - деформации направляющих выступов 8, а, значит, и максимальную степень и качество теплоотвода. Этому способствует наличие поднутрений 11 на границе плоской площадки 7 с направляющими выступами 8. Поднутрения 11 позволяют компенсировать обычные при массовом производстве светодиодных плат 3 дефекты боковых поверхностей, поскольку в состоянии поставки печатные платы 3 выполнены в виде общей пластины с продольными концентраторами напряжений между ними, по которым происходит последующее разделение плат 3 путем отламывания одной из них или разламывания двух оставшихся, а значит, позволяют обеспечить более плотный контакт деталей. А если единичные светодиодные платы 3 последовательно отрезались от общей пластины, то поднутрения 11 позволяют «спрятать» неизбежные в таких случаях боковые заусенцы. Внутри трубчатого профиля теплоотводящего элемента 2 могут быть расположены токопроводящие кабели.
Колба 1 светодиодного светильника включает удлиненный корпус, выполненный из светопрозрачного полимера (поликарбоната, акрила и др.) в виде светопропускающей трубки, внутренняя поверхность которой включает разнообразные прямолинейные и параллельные друг другу выступающие конструктивные элементы 9 и 10, выполненные по всей длине колбы 1, что обеспечивается использованием метода экструзии при ее получении. Круглая или практически круглая в поперечном сечении форма наружной поверхности колбы 1 является наиболее технологичной в изготовлении и наиболее предпочтительной при дальнейшей герметизации светильника, подвешивании в помещениях и клетках и последующей очистки наружной поверхности от загрязнений. Отсутствие значительных перепадов в толщине стенки трубки обеспечивает ее прямолинейность на весьма значительной длине и при достаточно малом наружном диаметре, например 20 мм. Часть расположенных подряд выступающих элементов внутри светопропускающей трубки выполнена в виде оребрения 10, например, по типу прямого рифления с треугольной формой профиля ребер, как наиболее технологичных, - своеобразных оптических призм для формирования более рассеянного светового потока светодиодов - при этом два крайних выступающих элемента выполнены в виде оппозитно расположенных ограничителей (или упоров) 9, назначение которых было описано выше.
Внутреннее пространство светопропускающей трубки - колбы 1 - выполнено с возможностью размещения в ней удлиненного трубчатого теплоотводящего элемента 2, а не готовых плат, как в техническом решении по патенту РФ №2453762, с образованием распределенных по периметру линейных контактов, благодаря чему осуществляется возможность его беспрепятственной запрессовки, что невозможно при взаимном плотном контакте по более значительной поверхности без использования специальных технологий типа нагрева одной детали и охлаждения другой на время запрессовки и др. Взаимный линейный контакт соединяемых деталей обеспечивает не только их качественную и надежную сборку, но также при необходимости позволяет с малыми усилиями произвести полную разборку светильника.
Светодиодная плата 3 включает типовой удлиненный корпус с токопроводящими дорожками и расположенными вдоль него контактными площадками 12 под светодиоды 4, при этом контактные площадки 12 под светодиоды 4 расположены вдоль оси корпуса со смещением относительно друг друга. Трудно объяснить необходимость смещения контактных площадок 12 под светодиоды 4 по длине платы 3, если не принимать во внимание наличие на части внутренней поверхности светопрозрачной колбы 1 специального оребрения 10 - единого и параллельного друг другу на всей длине. В этом случае оказалось проще и технологичней сделать специальную печатную плату 3, тиражируемую специальной матрицей и устанавливаемую на заранее приготовленную фиксированную площадку 7 между специальными направляющими выступами 8, чем отказаться от дешевого и производительного способа экструзии светопропускающей трубки колбы 1 светильника. В этом случае смещение контактных площадок 12 под светодиоды относительно друг друга оказалось возможным выполнить по обычному линейному закону. В итоге световые полоски, формируемые общим оребрением 10 колбы 1 от каждого светодиода 4, складываются в обобщенную картину множества рядом, весьма близко расположенных единичных полосок других светодиодов, что создает эффект равномерно распределенного неослепляющего освещения с минимальными светопотерями.
Для исключения эффекта ослепления особо длинными светильниками, когда смещение контактных площадок 12 под светодиоды является ничтожным по сравнению с шириной элементов оребрения 10 внутренней поверхности колбы 1, смещение контактных площадок 12 под светодиоды 4 относительно друг друга следует выполнить в виде двух или более последовательно расположенных ступенчатых фрагментов - стилизованных зигзагов с общей укороченной наклонной полкой. Или светодиодные платы 3 следует выполнять в виде унифицированных единичных модулей, которые последовательно устанавливают друг за другом на теплоотводящий элемент 2 с независимым токоподводом.
Следует отметить, что заявляемый теплоотводящий элемент 2, колба 1 или светодиодная плата 3 могут быть использованы в конструкции других светильников независимо друг от друга с частичным получением заявленного технического результата или без него, но наибольший и ярко выраженный эффект будет получен в результате их совместного использования в составе светодиодного светильника, выполненного согласно первому изобретению группы.
Реализацию изобретений рассмотрим на следующих типичных примерах.
Пример 1.
Для изготовления длинномерного (длиной 1 м и более) светодиодного светильника необходимо изготовить специальный теплоотводящий элемент 2, светопрозрачную колбу 1 и светодиодную плату 3. Для получения минимальных издержек на изготовление перечисленные детали выполняют в производственных условиях согласно вышеописанной группе изобретений.
Отрезают мерные куски теплоотводящего элемента 2 и светопрозрачной колбы 1. На светодиодные платы 3 напаивают светодиоды 4 со смещением, аналогичным расположению контактных площадок 12. При необходимости на плоской площадке 7 теплоотводящего элемента 2 делают отверстия для выхода токопроводящих кабелей (проводов) под фрагменты (секции) светодиодных плат 3 и протягивают кабели. На плоской площадке 7 теплоотводящего элемента 2 между направляющими выступами 8 размещают светодиодную плату 3 или фрагменты (секции) светодиодных плат 3. Путем деформации направляющих выступов 8 навстречу друг другу, например, вальцовкой по всей длине обеспечивают плотный контакт соединяемых деталей. Обеспечивают токоподвод к дорожкам печатных плат 3 путем пайки соответствующих контактов. Выступающие части кабелей прячут в сквозном отверстии трубчатого профиля теплоотводящего элемента 2 и вытягивают излишки кабелей наружу.
Далее берут светопрозрачную колбу 1 и внутрь нее аккуратно вставляют теплоотводящий элемент 2 в сборе со светодиодной платой 3 (светодиодными платами) и токоподводящими кабелями таким образом, чтобы обеспечить их необходимое позиционирование (сопряжение) относительно друг друга и минимальный контакт, достаточный для дальнейшей запрессовки теплоотводящего элемента 2.
Вручную или с использованием средств механизации производят запрессовку теплоотводящего элемента 2 в колбу 1.
На колбу 1 надевают специальные кронштейны для подвешивания в помещении и/или клетке или универсальные упругие хомуты 13, выполненные, например, согласно полезной модели РФ №121241. Далее на колбу 1 надевают герметизирующие заглушки 5, одна из которых выполнена с каналом для выхода электрического кабеля 14. Концы электрического кабеля 14 оформляют в виде, удобном для подключения к источнику питания, если источник питания располагается отдельно от светильника, или для подключения к универсальной токоподводящей шине.
Собранные таким образом светильники поступает к потребителю, где их необходимое количество с помощью типовых карабинов 15 вешают в помещении на требуемую высоту на специальном тросе 16 или размещают в клетке и надежно закрепляют, например, на ее потолочных прутьях. Производят подключение к питающей сети - светильник готов к использованию по прямому назначению.
По мере эксплуатации светильника в потенциально запыленных помещениях с животными или клетках с птицами требуется произвести его чистку. Чистку, как правило, совмещают со сменой поголовья животных или птиц вместе с дезактивацией помещений или клеток. Для этого светильники оставляют на своих местах и их наряду с другими предметами обрабатывают специальными растворами. При необходимости колбы светильников протирают, что не вызывает никаких затруднений.
По достижении нормативного срока эксплуатации светильников производитель оставляет за потребителем право на их дальнейшую эксплуатацию. Потенциально они могут служить еще долгое время, правда, уровень освещенности будет несколько ниже, чем у новых светильников.
При замене светильников производят их полную выбраковку с последующей передачей на утилизацию и взамен них устанавливают новые светильники.
Пример 2.
Аналогичным образом изготавливают и эксплуатируют традиционные «укороченные» (длиной до 0,1 м) светильники, при этом следует иметь в виду, что издержки на их производство будут выше, чем для длинномерных светильников.
Освещение птичников и ферм с помощью долговечных и надежных светодиодных светильников, выполненных согласно изобретениям, позволило существенно снизить издержки производства.
Таким образом, в результате использования изобретений увеличилась надежность работы светодиодных светильников, повысилась технологичность их изготовления независимо от общей длины, увеличилась равномерность распределения света и снизились потери на его рассеивание. Дополнительно снизились затраты на освещение при улучшении освещенности пространства и расширился арсенал технических средств, предназначенных для освещения помещений и клеток с животными.