СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК ДЛЯ ТЕПЛИЦ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к осветительным устройствам для парников и теплиц, в частности к системам искусственного освещения, направленным на стимулирование роста растений, повышение урожайности садово-огородных культур, цветочных растений, и т.п.
Уровень техники
Из уровня техники известна система для межрядковой досветки тепличных растений (патент на изобретение RU 2565724), представляющая собой фитосветильник в виде протяженного (линейного) светодиодного модуля с удаленным люминофором, преимущественно, с алюминиевым корпусом или корпусом, выполненным из теплопроводной электроизоляционной керамики, в котором люминофорная композиция нанесена на пластину, расположенную на некотором расстоянии от светодиодов, преимущественно, голубого или синего спектра излучения.
В данном изобретении ребра охлаждающего радиатора выполнены вдоль всей длины линейного светильника и расположены параллельно друг другу, что не обеспечивает свободного поступления воздушных потоков к ребрам радиатора, расположенным в его средней части, что снижает эффективность их охлаждения, и, как следствие, эффективность работы всего радиатора. Кроме того, наличие протяженной линейной конструкции фитосветильника не обеспечивает возможности локального изменения направления или интенсивности светового потока на участке размещаемого фитосветильника. Кроме этого, у фитосветильников известной конструкции не предусмотрена возможность объединения их в группы для изменения мощности светового излучения.
Раскрытие полезной модели
Задача, решаемая при создании настоящей полезной модели, заключается в создании надежного малогабаритного компактного светодиодного светильника для парников и теплиц со спектром излучения, близким к спектру фитоактивной радиации, который может быть использован в качестве самостоятельной единицы, так и в модульных конструкциях. Формирование модульных конструкций может быть реализовано посредством объединения необходимого количества отдельных светодиодных светильников. При этом заявляемая конструкция светильника (или собранного из светильников модуля) обеспечивает возможность изменения направления и/или интенсивности светового потока для освещаемого объекта при повышении эффективности теплоотвода от излучающих светодиодов.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в выполнении и расположении конструктивных элементов, обеспечивающих получение компактного, надежного малогабаритного светодиодного светильника с оптимальными тепловыми и оптическими характеристиками, с возможностью формирования наборных модульных конструкций.
Поставленная задача решается тем что светодиодный светильник включает размещенные в кожухе и закрепленные на монтажных планках оптический блок, блок охлаждения конвекционного типа, два источника питания, монтажную коробку для коммутации электрических соединений, при этом кожух выполнен в форме куба и снабжен скобой для крепления и поворота светильника на угол до 100 градусов; оптический блок содержит две платы со светодиодами, расположенные под углом 100-130 градусов друг к другу, пластину с люминофорной композицией, расположенную под платами со светодиодами, которые совместно с боковыми стенками образуют камеру смешения световых потоков, и бленду, расположенную под пластиной с люминофорной композицией, при этом платы со светодиодами, бленда и боковые стенки корпуса (камеры смешения) выполнены со светоотражающим покрытием; блок охлаждения конвекционного типа включает радиатор, расположенный на платах со светодиодами, и вентиляционные отверстия, выполненные в противоположных боковых и верхней стенках кожуха, где вентиляционные отверстия в боковых стенках выполнены в нижней части корпуса и имеют протяженность до уровня размещения нижней границы радиатора; два источника питания расположены с противоположных сторон от монтажной коробки под верхней стенкой кожуха и выполнены с возможностью подключения к питающей электрической сети и к платам со светодиодами посредством монтажной коробки.
Радиатор выполнен с ребрами для охлаждения, согнутый в средней части на угол, аналогичный углу расположения плат со светодиодами с обеспечением их плотного контакта по всей поверхности плат. Вентиляционные отверстия выполнены щелевыми. Вентиляционные отверстия в верхней стенке кожуха размещены над монтажной коробкой. Конструкция и расположение охлаждающих радиаторов и вентиляционных отверстий в кожухе светильника обеспечивают его естественное конвекционное охлаждение, эффективный отвод тепла от плат со светодиодами обеспечивает их работу в оптимальном тепловом режиме без перегрева.
В конструкции светильника использованы две монтажные планки Г-образного профиля, обеспечивающие крепление радиатора, корпуса камеры смешения между планками на его вертикальной части, а источники питания на горизонтальной части.
В конструкции светильника использованы светодиоды, излучающие свет в диапазоне длин волн 440-460 нм, и люминофорная пластина, которая частично пропускает первичное излучение светодиодов, и частично преобразует его во вторичное излучение в диапазоне длин волн 600-680 нм, что позволяет получить на выходе светодиодного светильника спектр светового излучения, необходимый для максимального фотосинтеза растений с двумя пиками (максимумами) поглощения, соответствующими красному цвету с длиной волны в диапазоне 625-720 нм, и синему цвету с длиной волны 440-460 нм.
Верхняя стенка кожуха может быть снабжена пазами для свободного хода скобы, обеспечивающими поворот светильника на угол до 100 градусов.
Отдельные светильники с помощью скоб могут крепиться к внешним конструкциям и/или образовывать модули, при этом, корпуса светильников могут вращаться на некоторый угол относительно скоб, и изменять направление светового потока, что позволяет создавать модули светильников и задавать необходимое направление светового излучения (потока). Меняя количество светильников в модуле с одновременным изменением направления светового излучения каждого отдельного светильника, можно менять интенсивность светового излучения, направленного на освещаемый объект. Кроме того, интенсивность светового излучения светильника можно менять скачкообразно, примерно в два раза, в варианте выполнения светильника, при котором используется раздельное подключение к питающей электрической сети двух источников питания и соответственно, двух плат со светодиодами.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где на фигурах 1-4 представлены общие виды светодиодного светильника в сборе с разных ракурсов. На фигуре 5 показан вертикальный разрез светодиодного светильника, на фигуре 6 - разрез части платы со светодиодом, которая расположена на поверхности охлаждающего радиатора в увеличенном масштабе, на фигуре 7 показан пример расположения светодиодов, проходного изолятора 15, отверстий для крепления радиатора и контактных площадок для подключения платы к блоку питания, на фигуре 8 показан пример объединения светильников в модуль.
Позициями на фигурах обозначены отдельные элементы светодиодного светильника: 1 - радиатор, 2 - первая плата со светодиодами, 3 - вторая плата со светодиодами, 4 - корпус камеры смешения, 5 - отражающее покрытие, 6 - бленда, 7 - пластина с люминофорной композицией, 8 - кожух (корпус) светильника, 9 - монтажная планка, 10 - скоба, 11 - источник питания, 12 - верхняя стенка кожуха (крышка), 13 - фиксирующий винт, 14 - монтажная коробка, 15 - изолятор проходной, 16 - отверстие для питающего провода, 17 - крепежные элементы, посредством которых осуществляется крепление пластины с люминофорной композицией к корпусу камеры смешения, 18 - светодиод, 19 - саморезы для крепления плат 2 и 3 к радиатору 1, 20 - отверстия для доступа к фиксирующим винтам 13, 21 - саморезы для крепления кожуха 8, 22 - вентиляционные отверстия в боковых стенках корпуса (кожуха), расположенные на уровне бленды 6, 23 - вентиляционные отверстия в верхней стенке корпуса (крышке) 12, 24 - отверстия для крепления к радиатору 1, 25 - контактные площадки для соединения электрическими проводниками (проводами) с монтажной коробкой 14. Осуществление полезной модели
Ниже представлено подробное описание полезной модели, не ограничивающее сущность, представленную в независимом пункте формулы, а лишь демонстрирующее возможность ее осуществления с достижением заявленного технического результата.
Полезная модель представляет собой малогабаритный светодиодный светильник с корпусом (кожухом) 8 в виде куба, закрывающим внутренние элементы светильника, имеющим в стенках вентиляционные отверстия - в двух противоположных боковых стенках и в верхней стенке, а также скобу 10 для крепления светильника к внешним конструкциям. Внутри светильника на монтажных планках 9 закреплены два источника питания 11, платы 2 и 3 со светодиодами на охлаждающих радиаторах 1, пластина с люминофорной композицией 7 и бленда 6, размещенная с нижней стороны светильника (фиг. 1-6).
В кожухе 8 в его боковых стенках выполнены отверстие 16 (фиг. 3) для ввода в корпус светильника питающих проводов от электрической сети, два отверстия 20 для доступа к винтам 13 (фиг. 2, фиг. 4) фиксирующем положение скобы 10 относительно корпуса светильника, вентиляционные отверстия 22 с противоположных сторон кожуха 8 на уровне бленды 6; на верхней стенке кожуха 8 в его средней части выполнены вентиляционные отверстия 23. Вентиляционные отверстия 22 и 23 выполнены в форме щелей и предназначены для охлаждения элементов светильника, размещенных в кожухе 8. Кожух 8 может быть выполнен из металла, пластмассы, или из композиционного материала.
Основные элементы светодиодного светильника со снятым кожухом 8 представлены на фиг. 1.
Монтажные планки 9 (фиг. 1) представляют собой пластины с изгибами, образующими горизонтальные поверхности с отверстиями для крепления источников питания 11, и две взаимно перпендикулярные вертикальные поверхности с отверстиями для крепления кожуха 8 с помощью саморезов 21, скобы 10 с помощью фиксирующего винта 13, радиатора 1 и корпуса камеры смешения 4, монтажной коробки 14.
Оптический блок включает корпус камеры смешения 4, пластину с люминофорной композицией 7, бленду 6 (фиг. 1), светодиоды 18 расположенные на платах 2 и 3. Две платы 2 и 3 со светодиодами 18, расположены под углом α=100-130 градусов друг к другу (фиг. 5), выполнены с отражающим покрытием 5 (фиг. 6). Пластина с люминофорной композицией 7 расположена на некотором расстоянии под платами 2 и 3. Излучение от светодиодов 18, переотраженные световые потоки от плат 2 и 3, от поверхности пластины
7 и от боковых поверхностей корпуса камеры смешения 4, находящихся в зоне между платами 2, 3 и пластиной 7, образуют в камере смешения световые потоки, которые пластиной 7 преобразуются в световой поток, направляемый блендой 6 в сторону объекта освещения.
Схемы расположения светодиодов на платах 2 и 3 могут быть различными, обеспечивающими их равномерное распределение по площади поверхности плат (фиг. 7). В платах выполнены отверстия 24 для крепления к радиатору 1. Также платы оснащены контактными площадками 25 для соединения электрическими проводниками (проводами) с монтажной коробкой 14 и далее с источником питания 11. Ток от источника питания поступает на контактные площадки 25 и далее на светодиоды.
Внутренняя поверхность корпуса камеры смешения 4 выполнена с отражающим покрытием или из материала, обладающего свойствами отражения светового излучения. Крепление камеры смешения 4 (фиг. 1) осуществляется винтами к монтажным планкам 9 и к радиаторам 1.
Пластина с люминофорной композицией 7 крепится в корпусе камеры смешения 4 с помощью крепежных элементов 17, например, в виде загнутых «язычков» (фиг. 1), которые могут быть образованы путем изгиба заранее вырезанных в корпусе камеры смешения 4 П-образных прорезей, определяющих необходимые местоположение и размеры язычков 17. Также, загнутые язычки 17 могут быть выполнены в виде отдельных элементов - пластин, изогнутых в виде буквы «Г» и закрепленных на корпусе камеры смешения 4 с помощью пайки, сварки, винтов и т.п.
Пластина с люминофорной композицией 7 выполнена из оптически прозрачного материала с нанесенным на его внутреннюю и/или внешнюю поверхности слоем, содержащим диспергированные частицы с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм. При воздействии первичного светодиодного излучения композитная люминофорная смесь частично пропускает первичное излучение, частично преобразует его во вторичное излучение, и, таким образом, на выходе при смешении первичного излучения светодиодного источника света и вторичного излучения композитной люминофорной смеси может быть получено излучение, необходимое для максимального фотосинтеза растений. В качестве частиц, испускающих флуоресцентный сигнал с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм могут быть использованы полупроводниковые нанокристаллы и/или люминофоры (см. RU 2565724). Спектральный состав света, получаемый после пластины 7 представляет собой излучение, с двумя пиками (максимумами) поглощения: первый пик соответствует красному цвету, формируется пластиной с люминофорной композицией 7 и имеет длину волны в диапазоне 625-720 нм, второй пик поглощения соответствует синему цвету, формируется светодиодами 18 и имеет длину волны 440-460 нм.
Бленда 6 имеет форму четырехгранной призмы и выполнена с отражающим покрытием или из материала, обладающего свойствами отражения светового излучения (фиг. 1). Крепление бленды 6 осуществляется винтами к камере смешения 4. С помощью бленды формируется направленный световой поток после пластины с люминофором.
Блок охлаждения малогабаритного светодиодного светильника включает радиатор 1 и вентиляционные отверстия 22 и 23 в кожухе 8, при этом отверстия 22 выполнены в двух противоположных боковых стенках кожуха на уровне бленды, отверстия 23 выполнены в верхней стенке кожуха в ее средней части. Радиатор 1 представляет собой размещенную на основании систему из вертикальных пластин - ребер радиатора. Основание радиатора выполнено изогнутым под углом 100-130 градусов. Угол сгиба основания радиатора соответствует углу размещения плат со светодиодами для обеспечения плотного контакта основания радиатора с поверхностями плат со светодиодами. Через вентиляционные отверстия 22 в кожух 8 поступает воздушный поток, который попадает на радиатор 1 и его ребра. В зоне ребер радиатора происходит теплообмен между воздушными потоками, выход нагретого воздуха осуществляется через вентиляционные отверстия 23. Выполнение и расположение радиатора 1 с изогнутым профилем в комбинации с вентиляционными отверстиями в кожухе 8 обеспечивают более эффективную циркуляцию воздушных потоков в кожухе 8, реализующую систему охлаждения конвекционного типа, работающую за счет естественного перемещения воздушных потоков внутри кожуха светильника 8 без использования дополнительных внешних устройств (вентиляторов и т.п.).
Источники питания 11 (2 единицы) имеют форму прямоугольного параллелепипеда и имеют отверстия для крепления к монтажным планкам 9. Соединение источников питания 11 с питающей электрической сетью и с платами 2 и 3, выполнено в монтажной коробке 14 путем коммутации соответствующих электрических проводников. При этом возможны варианты коммутации источников питания 11, при которых с питающей электрической сетью они могут связываться как вместе, обеспечивая при этом одновременное включение светодиодов на платах 2 и 3, так и раздельно, обеспечивая независимое включение светодиодов на платах 2 и 3. Второй вариант позволяет легко изменять интенсивность светового потока светодиодного светильника, что расширяет возможности экономного расходования электроэнергии в теплицах с комбинированным способом освещения - естественным (дневной солнечный свет) и искусственным - с использованием светодиодных светильников. Монтажная коробка 14 установлена в кожухе 8 между источниками питания 11, провода от которых подключены к платам 2 и 3 сквозь установленный в радиаторе 1 проходной изолятор 15 (фиг. 5).
Скоба 10 имеет отверстия для крепления светодиодного светильника к внешним конструкциям и отверстия для фиксирующих винтов 13, осуществляющих ее соединение с корпусом светильника с обеспечением взаимного поворота скобы и корпуса на угол до 100 градусов для изменения направления светового потока. Скоба позволяет формировать модули из светодиодных светильников, которые могут быть закреплены на различных несущих конструкциях - вертикальная опора, горизонтальная направляющая, криволинейная направляющая, многогранная вертикальная опора и т.д., и позволяет реализовать любую необходимую для использования схему освещения - как по горизонтальной, так и по вертикальной плоскостям внутри теплицы (фиг. 8). При работе светодиодного светильника ток от электрической сети подается по электрическим проводам внутрь светильника на монтажную коробку 14, в которой осуществляется их коммутация с электрическими проводниками от блоков питания 11. В блоках питания 11 осуществляется преобразование величины тока и напряжения до величин, необходимых для работы светодиодов. Ток, от источников питания поступает на выводы светодиодов 18 через электрические проводники, расположенные внутри проходного изолятора 15 на радиаторе 1 и соединенные с электрическими контактными площадками на платах 2 и 3. Светодиоды 18 излучают свет в диапазоне длин волн 440-460 нм, освещают пластину с люминофорной композицией 7, которая частично пропускает первичное излучение светодиодов, и частично преобразует его во вторичное излучение в диапазоне длин волн 600-680 нм. Направление светового потока малогабаритного светодиодного светильника можно корректировать путем поворота кожуха 8 относительно скобы 10 и фиксации этого положения винтами 13. В варианте выполнения светильника, при котором используется раздельное подключение к питающей электрической сети двух источников питания, и соответственно, двух плат со светодиодами, возможно формирование световых потоков с меньшей интенсивностью и с увеличенной вдвое интенсивностью. Также, можно менять интенсивность светового потока путем изменения количества светильников в модуле. Возможно одновременное использование комбинации этих вариантов, т.е. использование раздельного подключения к сети источников питания отдельных светильников с одновременным объединением светильников в модули.
Пример 1. Заявляемое решение было реализовано в светильнике, который имел габаритные размеры 120×120×120 мм (без учета габаритов скобы). В светильнике были использованы два источника питания с габаритами 100×25×25 мм, которые обеспечивали преобразование энергии электрической сети 220В в ток для питания 72 светодиодов, которые были расположенных на двух платах с габаритами 100×50 мм с расстоянием между соседними узлами по 10 мм. Охлаждающий радиатор имел 10 ребер и наружные габариты 120×100×20 мм. Люминесцентная пластина имела габариты 90×90 мм.
Пример 2 - был изготовлен модуль, состоящий из 10 светильников, каждый из которых имел характеристики из примера 1. В качестве крепления для 10 светильников был использован уголок 50×50 мм. Крепление светильников выполнялось в отверстиях уголка расположенных на расстоянии 200 мм от друг от друга с помощью комплекта болт-гайка М6, которыми соединяли уголок и скобу каждого отдельного светильника в ее середине с силой, позволяющей осуществлять поворот скобы для изменения направления освещения каждого отдельного светильника. В этом варианте изготовления модуля была подтверждена возможность удобного и простого выбора направления освещения путем вращения скобы светильника на креплении (уголке) на угол до 180 градусов и путем регулировки наклона кожуха светильника относительно скобы на угол до 100 градусов.