Светотехнический комплекс с мощными светодиодами
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для эксплуатации в открытом пространстве в качестве светосигнальных или осветительных устройств. Техническим результатом является уменьшение массо-габаритных показателей, повышение мощности и обеспечение зашиты от обледенения при эксплуатации. Светотехнический комплекс имеет два или более защищенных световых прибора, каждый из которых содержит корпус с оптически прозрачным колпаком, преобразователь питающей сети и общую для приборов распределительную коробку со средствами токоподвода и монтажа комплекса на объекте. Каждый корпус прибора выполнен в виде составного радиатора охлаждения, находящегося в тепловом контакте с мощными светодиодами и преобразователями, и снабжены тепловыми экранами в виде диэлектрических плат с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита, отделяющих радиаторы со светодиодами от преобразователей, установленных в отсеках указанных корпусов, которые соединены трубопроводами и/или трубчатыми кабельными вводами с вышеупомянутой распределительной коробкой. Распределительная коробка может быть снабжена защищенным окном, сопряженным с фотодиодом оптического релейного элемента /фотореле/, установленного в ней, коммутирующего отключение или подключение световых приборов при изменении освещенности окна в режиме день - ночь соответственно. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к специальной светотехнике, в частности к светотехническим комплексам с множеством защищенных световых приборов, в которых в качестве источников света использованы мощные светодиоды, генерирующие излучение красного, зеленого, желтого, синего, ближнего инфракрасного спектра излучения или белого света.
Светотехнический комплекс предназначен преимущественно для эксплуатации в открытом пространстве в качестве светосигнальных или осветительных устройств, в том числе в качестве заградительных огней, огней световой маркировки аэродромов и вертодромов, палубных площадок кораблей и плавучих платформ, светомаяков, огней оптической связи, систем светоограждения высотных и протяженных объектов в том числе зданий, промышленных труб атомных электростанций, нефтеперерабатывающих заводов, тепловых станций, вышек нефте- и газодобывающих участков, ретрансляторов мобильной связи и других объектов, которые ухудшают условия безопасности полетов самолетов и вертолетов ночью, в сумерках и в условиях плохой видимости.
Светотехнический комплекс может быть использован также для освещения рабочих участков и площадок.
Известны светосигнальные, в том числе заградительные огни на светодиодах, работающие как с радиаторами, так и без радиаторов охлаждения /1/.
Недостатки последних обусловлены невысокой мощностью излучения, что ограничивает, применение их в качестве огней малой интенсивности. Приборы дорогостоящие и трудоемки в производстве из-за необходимости применения большого количества светодиодов и печатных плат.
Известен светосигнальный прибор /2/, содержащий корпус с защитным колпаком, с установленным на держателе оптическим модулем-лампой на мощных светодиодах, выполненной в виде совокупности полых, образующих многогранник, правильно усеченных пирамид из теплопроводного материала, выполняющих функции радиатора охлаждения светодиодов, находящихся в тепловом контакте с гранями пирамид. Преобразователь питающей сети установлен внутри держателя модуля.
Недостатки аналога связаны с низкой эффективностью теплообмена внутреннего объема держателя с преобразователем и многогранника-радиатора охлаждения оптического модуля-лампы с окружающей средой.
Известен световой прибор /3/ на мощном светодиоде, установленном в тепловом контакте с наружной частью донышка стакана - кондуктивного радиатора охлаждения, посаженного в тепловом контакте с корпусом, образующим общую камеру, в которой располагается преобразователь питающей сети.
Недостатки аналога обусловлены тем, что преобразователь располагается вблизи радиатора, несущего мощный светодиод /3 Вт/, и подвержен нагреву одновременно с нагревом за счет тепловыделения собственных элементов электронной схемы /кпд ~80%/, что ограничивает применение в устройстве более мощных светодиодов в минимизированных габаритах корпуса - радиатора, а также снижает надежность прибора.
Известны многозвенные /1/ и спаренные заградительные огни /4/, в которых использованы лампы на светодиодах с преобразователями питающей сети, работающие без радиаторов охлаждения. Огни соединены между собой трубопроводами и распределительной коробкой с клеммами для подключения к промышленной сети.
Например, двухрожковый заградительный огонь типа СД30-05-1/2/-11 /ТУ 3461-001-72956158-2006/ /4/ выполнен с двумя световыми приборами, каждый из которых имеет защищенный корпус с оптически прозрачным колпаком, в котором установлена лампа с большим количеством светодиодов /64-120 шт./ и печатных плат, с собранным в ней преобразователем питающей сети с кпд 60-80%. Приборы сопряжены с распределительной коробкой, в которой установлена клеммная колодка для подключения их к промышленной сети.
Таким образом, тепловые потери светодиодных ламп с преобразователями приходятся на внутренний объем заградительных огней. Однако даже этого тепла недостаточно для обеспечения защиты приборов с лампами на светодиодах, работающих без радиаторов охлаждения, от обледенения, из-за увеличенных внутренних объемов огней, что наряду с увеличенными габаритами и материалоемкостью является существенным недостатком прототипа.
Целью предлагаемого изобретения является создание светотехнического комплекса с мощными светодиодами, лишенного перечисленных недостатков, имеющего минимизированные массо-габаритные показатели, в десятки раз увеличенную мощность применяемых светодиодов при таком же снижении их количества в одном световом приборе, что обеспечивает защиту от обледенения при одновременном улучшении теплофизических параметров и оптимизации функциональных возможностей комплекса.
Поставленная цель достигается тем, что в светотехническом комплексе с мощными светодиодами, содержащем по меньшей мере два защищенных световых прибора, выполненных в корпусах с оптически прозрачными колпаками или куполообразными линзами Френеля, с установленными в них светодиодами, преобразователи питающей сети и общую для приборов распределительную коробку со средствами токоподвода и монтажа комплекса на объекте, указанные корпуса световых приборов выполнены в виде составных радиаторов охлаждения, находящихся в тепловом контакте с мощными светодиодами и снабжены тепловыми экранами, отделяющими радиаторы со светодиодами от преобразователей питающей сети установленных в отсеках вышеуказанных корпусов, соединенных трубопроводами и/или трубчатыми кабельными вводами с общей для световых приборов распределительной коробкой.
Достижению цели способствует то, что тепловые экраны выполнены в виде диэлектрических плат с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита, несущих также средства подключения преобразователей к светодиодам.
Поставленная задача решается и тем, что преобразователи питающей сети установлены в тепловом контакте со стенками оребренных отсеков корпусов непосредственно или через промежуточный слой теплопроводного материала, например теплопроводного компаунда.
Цель достигается также тем, что распределительная коробка снабжена защищенным оптически прозрачным окном, сопряженным с фотодиодом оптического релейного элемента /фотореле/, установленного в ней, коммутирующего отключение или подключение световых приборов комплекса при изменении освещенности окна в режиме день-ночь соответственно.
Предпочтительные варианты исполнения светотехнического комплекса с мощными светодиодами показаны на чертежах.
Фиг.1. Светотехнический комплекс с двумя световыми приборами с мощными светодиодами. Вид сбоку, частично в разрезе.
Фиг.2. Светотехнический комплекс с множеством световых приборов с мощными светодиодами.
Показанный на фиг.1 светотехнический комплекс с мощными светодиодами содержит два одинаковых световых прибора 1 и 1', каждый из которых выполнен в корпусе 2 с отсеком 3, патрубком 4 и накидной гайкой 5.
На торцевой цилиндрической части корпуса 2 установлен оптически прозрачный защитный колпак 6 или куполообразная линза Френеля /не показана/.
Внутри корпуса 2 с колпаком 6 собраны один или несколько мощных светоизлучающих диода 7 красного, зеленого, желтого, синего, инфракрасного излучения или белого свечения, например, типа У-360к ООО НПЦ "ОПТЭЛ", Москва, или светодиоды серий ХР-Е и ХР-С компании CREE, США, а также электронный преобразователь питающей сети 8, например, типа ПСЛ12-350-0 ЗАО ММП "ИРБИС", Москва, со средствами подключения его к светодиодам и к сети переменного или постоянного тока в виде клеммных колодок 9 и 10 или изоляционных переходников.
Каждый световой прибор 1 и 1' с патрубком 4 сопряжен с общей для них распределительной коробкой 11 через промежуточные трубчатые кабельные вводы 12 и 13.
Корпус 2 с отсеком 3 каждого светового прибора представляет собой составной радиатор охлаждения, включающий несущий мощные светодиоды 7 радиатор 14, например, в форме стакана, боковые стенки которого находятся в тепловом контакте с частью корпуса, и радиатор цилиндрического отсека 3 с оребрением 15.
Примыкающая к радиатору 14 часть корпуса по резьбе сопрягается с накидной гайкой 5, имеющей также ребра охлаждения 16.
Все перечисленные радиаторы выполнены из теплопроводного материала на основе алюминиевых сплавов.
Гайка 5 через уплотнение 17 стягивает защитный колпак 6 и элементы составного радиатора 14 и 15 корпуса прибора, выполняя наряду с его герметизацией, установлением теплового контакта разъемных элементов, функцию дополнительного радиатора охлаждения светодиодов 7.
Корпус 2 каждого светового прибора светотехнического комплекса снабжен тепловым экраном 18, отделяющим радиатор охлаждения 14 со светодиодами 7 от преобразователя питающей сети 8, установленного в отсеке 3, внутренний объем которого соединен через патрубок 4 с трубчатым кабельным вводом 12 с распределительной коробкой 11.
Кабельные вводы 12 и 13 герметизируют уплотнительными кольцами распределительную коробку 11 и узлы сальникового ввода кабеля питающей сети 19 в соответствующем патрубке 4 корпусов приборов 1 и 1'.
Тепловой экран 18 выполнен в виде диэлектрической платы с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита и может быть изготовлен в виде печатной платы, несущей средства подключения электронного преобразователя 8 к светодиодам 7, например клеммную колодку 9, а также стабилитроны, шунтирующие светодиоды, балластный резистор и т.п. /не показаны/, а также механически удерживающей токовые выводы упомянутого преобразователя.
Кроме того, в отсеке 3 корпуса 2 установлена дополнительная плата 20 с клеммной колодкой 10 для подключения кабеля 19 питающей сети к преобразователю 8, имеющей отверстия для конвективного теплообмена полостей отсека 3 и нижней части корпуса 2.
Тепловой экран 18 и плата 20 снабжены отверстиями для пропускания входных и выходных токовых выводов преобразователя 8, центрирования и удержания его в отсеке 3 корпуса.
Преобразователь 8 питающей сети каждого светового прибора может быть установлен в тепловом контакте со стенками оребренного отсека 3 непосредственно или через промежуточный слой, например, теплопроводного компаунда типа "Номакон", обеспечивая удовлетворительный кондуктивный теплообмен с окружающей средой.
Распределительная коробка 11 так же, как и световые приборы, выполнена с высокой степенью защиты от воздействия окружающей среды, имеет герметично устанавливаемую через уплотнение съемную крышку 21 и узел сальникового ввода 22 кабеля 23 питающей сети, подведенной на клеммную колодку 24 и винт заземления 25, уплотненного гайкой 26 или навинчиваемого на трубу /не показано/.
На тыльной стороне коробки 11 установлена опорная г-образная планка /кронштейн/ 27 для монтажа светотехнического комплекса на объекте.
Крышка 21 распределительной коробки 11 имеет защищенное плоским стеклом или линзой оптически прозрачное окно 28, сопряженное с фотодиодом, например, типа ФД-24к оптического релейного элемента 29 /фотореле/, установленного внутри коробки. Фотореле 29 коммутирует отключение или подключение световых приборов 1 и 1' комплекса при изменении освещенности окна 28 в режиме день-ночь соответственно.
Показанный на фиг.2 второй вариант исполнения светотехнического комплекса с мощными светодиодами предусматривает использование большего количества, например 4 или 6, световых приборов, подключаемых к питающей сети через одну общую распределительную коробку 30.
В этом случае заградительные световые приборы 31 и 32, устанавливаемые по 4-6 шт. на каждом ярусе светового ограждения, например, промышленных труб выполняют с модификацией, предусматривающей исполнение корпусов с двумя патрубками 33, соединяемыми трубопроводами 34 и 35 с распределительной коробкой 30 и смежными световыми приборами.
В коробке 30 не предусмотрено применение оптического релейного элемента, либо возможна наземная эксплуатация с коммутацией всей системы светосигнализации или освещения.
Предложенные варианты конструкции светотехнического комплекса с мощными светодиодами позволяет минимизировать ее массо-габаритные показатели примерно в 5-8 раз по сравнению с известными образцами комплексов и прототипа аналогичного назначения, одновременно в 2-3 раза повысить мощность применяемых световых приборов, обеспечив при этом защиту их от обледенения за счет увеличенной в десятки раз мощности применяемых светодиодов при таком же уменьшении их количества в одном световом приборе. Одновременно улучшены теплофизические параметры световых приборов комплекса и оптимизированы его функциональные возможности в результате задания режима преимущественной эксплуатации в условиях низкой освещенности.
Литература
1. Басов Ю.Г., Раквиашвили А.Г., Сысун В.В. "Специальная светотехника". Минск. "Изд. центр БГУ", 2008, стр.359-369.
2. Коротеев Ю.Я., Сысун В.В. Светосигнальный огонь на светодиодах, Пол. модель РФ №14393, опубл. 20.07.2000, Бюл.20, кл. F21V 5/02.
3. Коган и др. Защищенный световой прибор на мощном светодиоде. Пол. модель РФ №71729, опубл. 20.03.2008, Бюл.8, кл. F21S 4/00.
4. Каталог ООО "Световод". М., 2007. Светодиодный заградительный огонь СД30-05-1/2/-11 двухрожковый. Сайт в Интернете: http://www.svetovod.ru/product 33.html.
1. Светотехнический комплекс с мощными светодиодами, содержащий, по меньшей мере, два защищенных световых прибора, выполненных в корпусах с оптически прозрачными защитными колпаками или куполообразными линзами Френеля, с установленными в них светодиодами, преобразователи питающей сети и общую для приборов распределительную коробку со средствами токоподвода и монтажа комплекса на объекте, отличающийся тем, что указанные корпуса световых приборов выполнены в виде составных радиаторов охлаждения, находящихся в тепловом контакте с мощными светодиодами, и снабжены тепловыми экранами, отделяющими радиаторы со светодиодами от преобразователей питающей сети, установленных в отсеках вышеуказанных корпусов, соединенных трубопроводами и/или трубчатыми кабельными вводами с общей для световых приборов распределительной коробкой.
2. Светотехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что тепловые экраны выполнены в виде диэлектрических плат с низкой теплопроводностью, например из стеклотекстолита, несущих также средства подключения преобразователей к светодиодам.
3. Светотехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что преобразователи питающей сети установлены в тепловом контакте со стенками оребренных отсеков корпусов непосредственно или через промежуточный слой теплопроводного материала, например теплопроводного компаунда.
4. Светотехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что распределительная коробка снабжена защищенным оптически прозрачным окном, сопряженным с фотодиодом оптического релейного элемента /фотореле/, установленного в ней, коммутирующего отключение или подключение световых приборов комплекса при изменении освещенности окна в режиме день-ночь соответственно.
