СВЕТИЛЬНИК Российский патент 2012 года по МПК F21S13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое техническое решение относится к светотехнике, предпочтительно к области горно-шахтного осветительного оборудования, используемого для стационарного освещения протяженных подземных выработок: штреков и штолен, и может быть применено для освещения различных тоннелей и коридоров.

Уровень техники

Известен светильник люминесцентный рудничный, содержащий корпус с двумя взрывонепроницаемыми камерами, в одной из которых размещен источник света, а в другой - клеммная колодка и два противолежащих кабельных ввода (см. патент №48390 U₁, МПК F21V 2/00, опубл. 10.10.2005 г.). Сверху источник света закрыт прозрачным колпаком, изготовленным из ударопрочного стекла.

Известен взрывобезопасный светильник, содержащий разъемный корпус с ребрами охлаждения на внешней поверхности, в котором закреплен патрон для источника света - лампы накаливания, ртутной или галогеновой лампы, соединенный с корпусом светопроницаемый колпак и закрепленную на верхней части корпуса вводную камеру (патент RU №2269716, МПК F21V 25/12, опубл. 10.02.2006 г.). Светильник может быть снабжен отражателем и защитной сеткой.

К недостаткам известных светильников, использующих в качестве источника света лампы накаливания, ртутные и люминесцентные лампы, относятся низкая световая отдача, т.к. эти лампы расходуют 80% энергии на собственный нагрев, небольшой срок службы упомянутых источников света и плохая устойчивость против воздействия внешних механических и климатических факторов.

Более совершенными являются осветительные устройства, использующие в качестве источников света светоизлучающие диоды, которые имеют гораздо более долгий срок службы и отличаются значительно меньшим потреблением энергии, что позволяет уменьшить нагрузку на питающие кабели и продлить срок их службы. Светодиодные источники света устойчивы к механическим воздействиям, вибрации и низким температурам, имеют высокую светоотдачу и чистоту света, характеризуются малыми расходами на обслуживание и высоким уровнем экологической и пожарной безопасности.

Известно осветительное устройство с источником света в виде светодиодов, смонтированных на плоской плате, установленной в корпусе, закрытом крышкой из оптически прозрачного материала (см. патент US 6435691, МПК F21V 33/00, опубл. 20.08.2002 г.). Недостатком упомянутого устройства является небольшая площадь освещаемой поверхности, что обусловлено размещением светодиодов на плоской монтажной плате и одинаковой направленностью потоков их излучения.

Известен взрывозащищенный световой прибор на светодиодах, содержащий установленный на оправке внутри оптически прозрачного защитного колпака взрывобезопасный оптический блок, состоящий из одной или нескольких печатных плат со светодиодами, преобразователь питающей сети и взрывонепроницаемую вводную коробку с транзитным кабельным вводом и клеммной колодкой для подключения к промышленной сети (см. патент RU 2251050, МПК F21V 25/12, опубл. 27.04.2005 г.). Печатные платы выполнены круглыми или в форме правильных многоугольников и собраны аксиально на стягивающем их стержне. В результате источник света имеет сферообразную форму и создает излучение в объеме вокруг себя, подобно лампе накаливания. Такие светильники хорошо использовать для освещения комнат, залов или других объемных помещений. Для освещения протяженных коридоров (тоннелей) использование таких светильников экономически нецелесообразно.

Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее радиатор с плоской базовой поверхностью, на которой установлены плата с линейкой светодиодов и отражатель с параболическими продольными и торцевыми стенками, закрытый защитным стеклом (патент US 6641284, МПК F21V 9/00, опубл. 04.11.2003 г.). Такое устройство более предпочтительно для освещения тоннелей, чем вышеупомянутое, т.к. обеспечивает получение светового пятна, вытянутого вдоль освещаемой поверхности. Недостатком известного решения можно считать неэффективное использование излучения светодиодов, что обусловлено размещением последних на плоском основании и узкой направленностью их световых потоков. Для расширения светового потока светильника в упомянутом решении предусмотрена возможность отсутствия одной из торцевых стенок отражателя, однако это лишь незначительно расширяет освещаемый объем вокруг светильника, в основном за счет переотраженного света.

В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого светильника принят фонарь освещения на светоизлучающих диодах, содержащий корпус, в котором размещен радиатор с выпуклой базовой поверхностью, образованной совокупностью последовательно сопряженных между собой граней, по меньшей мере трех, на которых размещены светодиоды, и отражатель, функции которого выполняет внутренняя поверхность корпуса (см. патент RU 62445 U₁, МПК H21S 13/00, опубл. 10.04.2007 г.).

Радиатор обеспечивает отвод тепла, выделяющегося при излучении, что особенно важно при использовании мощных светодиодов. Выпуклая дугообразно изогнутая форма базовой поверхности радиатора позволяет расположить светодиоды под разными углами и направить лучи их световых потоков в разные стороны, за счет чего расширить световой поток светильника и увеличить площадь освещаемой поверхности. Недостатком упомянутого устройства является плохое использование упомянутой возможности расширения светового потока, т.к. последний ограничен вертикальными стенками корпуса-отражателя. Кроме того, упомянутое устройство не может быть использовано для работы во взрывоопасной атмосфере подземных горных выработок.

На основе проведенного анализа уровня техники можно сделать вывод, что на сегодняшний момент существует потребность в осветительных устройствах, которые бы позволили создавать на их основе экономичное освещение протяженных тоннелей, участков горных выработок и т.п.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является разработка светодиодного осветительного устройства, которое бы обеспечило возможность создания экономичной сети освещения протяженных тоннелей горных выработок.

Техническим результатом заявляемого изобретения стало создание конструкции светильника, позволяющей получить высокую яркость освещения по ширине тоннеля (штрека, коридора) и обеспечивающей формирование увеличенного светового пятна, вытянутого по длине тоннеля.

Поставленная задача решена за счет того, что в светильнике с источником света на основе светодиодов, содержащем радиатор с выпуклой базовой поверхностью, образованной совокупностью последовательно сопряженных между собой плоских участков - граней, на которых размещены светодиоды, и отражатель, согласно заявляемому изобретению отражатель установлен на базовой поверхности радиатора и выполнен в виде детали корытообразной формы, образованной плоскими боковыми продольными и поперечными стенками и выпуклым граненым дном, повторяющим форму совмещаемой с ним базовой поверхности радиатора, при этом продольные стенки отражателя образуют между собой угол раскрытия 50-90°, а его поперечные стенки, сопряженные с крайними гранями дна отражателя, размещены вне телесного угла излучения светодиодов, размещенных в этих гранях.

Основным отличием заявляемого светильника от прототипа и других известных решений является наличие отражателя, выполненного в виде детали корытообразной формы с дном, конгруэнтным базовой поверхности радиатора, и боковыми стенками в виде наклонных плоскостей, которые образуют различные углы раскрытия светового луча в продольном и поперечном направлении. Отражатель установлен на базовой поверхности радиатора таким образом, что его продольные стенки ориентированы вдоль изгиба этой поверхности.

Размещение светодиодов на выпуклой передней поверхности радиатора, функции которого в общем случае может исполнять корпус светильника, как и в прототипе, позволяет разнести светодиоды в вертикальной плоскости друг относительно друга и развернуть их оптические оси под разными углами, за счет чего расширить световой поток светильника, не увеличивая при этом количество светодиодов и габариты светильника, что было бы неизбежно при установке светодиодов на плоском основании.

В заявляемом светильнике, в отличие от известных решений, осуществляют перераспределение расширенного светового потока и его формирование определенным образом. За счет выполнения продольных стенок отражателя с углом раскрытия 50-90° концентрируют световой поток в пределах ширины коридора (штрека, тоннеля), обеспечивая при этом достаточно высокую яркость освещения. При этом поперечные стенки отражателя, обеспечивающие формирование светового луча вдоль тоннеля, размещены таким образом, что они не пересекают телесный угол излучения соответствующего крайнего светодиода, благодаря чему направленный световой поток крайних светодиодов распространяется свободно по длине тоннеля, причем обеспечивается максимально возможная дальность распространения. Световой поток словно скользит вдоль поперечных стенок отражателя, растягиваясь по длине коридора. Вместе с тем, поперечные стенки отражателя ограничивают рассеянное и переотраженное от других поверхностей отражателя излучение, направляя его в основной поток светильника, благодаря чему исключаются потери световой энергии, повышается эффективность ее целенаправленного использования.

Таким образом, наличие отражателя и его конструктивное исполнение, взаимосвязанное с параметрами используемых светодиодов, а также ориентация относительно выпуклой поверхности радиатора позволили наиболее рационально распределить расширенный световой поток, создаваемый светодиодами, а именно обеспечить освещение по всей ширине штрека (тоннеля) и при этом значительно увеличить площадь освещаемой поверхности по его длине. Упомянутый положительный результат позволил увеличить расстояние между соседними светильниками и сократить их общее количество, необходимое для освещения. Заявляемый светильник имеет небольшие габариты и обеспечивает эффективное использование световой энергии, создаваемой светодиодами.

Отражатель может быть сформирован, например методом литья под давлением, из полимерных материалов, при этом его внутреннюю поверхность покрывают слоем светоотражающего материала, например алюминия.

Все поверхности отражателя работают в совокупности.

Выполнение дна отражателя конгруэнтно базовой поверхности радиатора, на которой он устанавливается, обеспечивает не только возможность установки светодиодов, но и плотность прилегания совмещаемых поверхностей отражателя и радиатора, что в процессе работы устройства способствует качественному отводу тепла от отражателя, а значит, обеспечивает надежную и бесперебойную работу светильника.

Заявителю неизвестны светильники, характеризующиеся вышеупомянутой совокупностью отличительных признаков, что позволяет ему предположить о соответствии заявляемого решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Светодиоды размещают линейно, рассредоточивая их по базовой поверхности, вдоль продольной оси симметрии светильника.

Периферийные части продольных стенок отражателя могут быть отогнуты наружу и снабжены элементами закрепления.

Предпочтительным исполнением светильника является взрывозащищенное исполнение, позволяющее применять заявляемый светильник для освещения штреков и штолен, т.е. мест, характеризующихся повышенным уровнем пожаро- и взрывоопасности. В этом случае светильник имеет взрывозащищенную оболочку, состоящую из корпуса и оптически прозрачного элемента. Корпус светильника, внутри которого размещают радиатор, предпочтительно изготовлен из теплостойкого негорючего полимерного материала с пониженным поверхностным сопротивлением. Оптически прозрачный элемент, герметично соединенный с корпусом и закрывающий его выходное отверстие, предпочтительно выполнен из оптического ударопрочного пластика - поликарбоната. Для задания необходимого рассеяния светового потока внутренняя поверхность оптически прозрачного элемента может быть дополнительно снабжена светорассеивающими элементами.

Для обеспечения нормального теплового режима работы светильника организован вывод аккумулируемого радиатором тепла за пределы корпуса, для чего последний установлен на основании из теплопроводного материала, а радиатор соединен с теплоотводящим основанием посредством металлических втулок. Втулки впрессованы в днище корпуса и сопряжены с одной стороны с радиатором, а с другой - с теплопроводящим основанием. Хорошо организованный теплоотвод предотвращает перегрев, продляет срок службы светильника, обеспечивает пожаробезопасность.

Чаще всего светильники подвешивают вдоль штрека (тоннеля) с использованием транзитного кабеля токоподвода. С этой целью в боковых поперечных стенках корпуса выполнены два противолежащих отверстия таким образом, что их оси лежат в вертикальной плоскости продольной оси светильника, что обеспечивает продольную ориентацию светильников вдоль штрека (тоннеля).

Краткое описание чертежей

Конструкция заявляемого светильника поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен шахтный светильник, вид спереди;

На фиг.2 - сечение А-А с фиг.1;

на фиг.3 - сечение Б-Б с фиг.2;

На фиг.4 - изображен отражатель, вид спереди;

на фиг.5 - сечение В-В с фиг.4;

На фиг.6 - приведены схемы формирования светового пятна при установке светодиодов на плоском (а) и выпуклом (б) основаниях;

На фиг.7 - изображен светильник с двумя линейками светодиодов.

Осуществление изобретения

Светильник (см. фиг.1-3) содержит защитную оболочку, состоящую из корпуса 1 и соединенного с ним оптически прозрачного элемента (крышки) 2, установленный в корпусе радиатор 3 с выпуклой передней поверхностью 4, на которой размещены светодиоды 5 и отражатель 6. Тыльная сторона радиатора может быть выполнена любой, в т.ч. с развитой поверхностью или с ребрами охлаждения, что не существенно для заявляемого решения.

В случае взрывозащищенного исполнения корпус 1 выполнен из теплостойкого негорючего полимерного материала с пониженным поверхностным сопротивлением и установлен на теплоотводящем основании 7. При этом радиатор 3 соединен с основанием 7 посредством металлических втулок 8, запрессованных в днище 9 корпуса 1. Радиатор 3, основание 7 и втулки 8 выполнены предпочтительно из алюминия или его сплавов.

Поверхность 4 радиатора 3, обращенная выпуклостью к выходному отверстию корпуса 1, закрытому оптически прозрачным элементом 2, состоит из нескольких последовательно сопряженных плоских участков - граней 10 и 10'. В приведенном примере три грани, однако их может быть другое количество. Светодиоды 5 размещены линейно вдоль изгиба базовой поверхности, ориентированного вдоль продольной оси L светильника.

Отражатель 6 (см. фиг.4-5) представляет собой цельноштампованную деталь корытообразной формы, образованной дном 11 с отверстиями 12 для размещения светодиодов 5, а также боковыми продольными 13 и поперечными 14 стенками. Периферийные части 15 продольных стенок 13 отогнуты наружу и выполнены с отверстиями 16 для крепежных элементов. Отражатель 6 может быть изготовлен, например методом литья под давлением, из полимерного материала и покрыт слоем светоотражающего материала, например алюминия.

Светильники закрепляют на объекте с продольной ориентацией корпуса вдоль штрека (тоннеля), для чего в стенках корпуса 1 выполнены отверстия 17 для транзитного кабеля токоподвода.

Светодиоды 5 разнесены в вертикальной плоскости друг относительно друга, а их оптические оси 18 перпендикулярны базовой поверхности 4 в местах их размещения. Т.к. поверхность 4 на разных ее участках имеет разный угол наклона по отношению к основанию светильника, то в результате оптические оси 18 светодиодов 5 развернуты друг относительно друга, что расширяет общий световой поток светильника, по сравнению с установкой на плоском основании (см. схемы сравнения, фиг.6).

Продольные стенки 13 отражателя 6, образующие угол раскрытия α, составляющий 50-90°, обеспечивают формирование светового пятна светильника в пределах ширины освещаемого тоннеля. Поперечные стенки 14 отражателя 6 расположены за пределами телесного угла излучения β крайних светодиодов 5, размещенных в гранях 10', что обеспечивает беспрепятственное распространение их светового луча на максимально возможное расстояние.

Изготовленные, согласно заявляемому изобретению и представленным чертежам, светильники позволили получить световое пятно шириной 4-5 м и длиной 12-15 м. Для получения достаточной освещенности тоннеля установку таких светильников можно производить через 7-10 м, для сравнения известные светильники, используемые в настоящее время, устанавливают на расстоянии 4-5 м.

Тепло, выделяемое светодиодами при работе, передается на радиатор 3, а с него через втулки 8 на основание 7, т.е. выводится наружу, при этом корпус герметично закрыт.

Наличие в светильнике теплоотвода, с одной стороны, предотвращает перегрев элементов устройства и обеспечивает его хорошую и надежную работу, а с другой стороны, в случае повреждения схемы и возникновении искрения обеспечивает взрывобезопасность светильника при работе в условиях агрессивной среды. Светодиоды 5 при необходимости могут быть размещены в две линии (см. фиг.7).

Изобретение относится к светотехнике, предпочтительно к области горно-шахтного осветительного оборудования. Техническим результатом является увеличение яркости освещения по ширине тоннеля и обеспечение формирования увеличенного светового пятна, вытянутого по длине тоннеля. Светильник с источником света на основе светодиодов содержит радиатор с выпуклой базовой поверхностью, образованной совокупностью последовательно сопряженных между собой граней, на которых размещены светодиоды, и отражатель. Технический результат достигается за счет того, что отражатель установлен на базовой поверхности радиатора и выполнен в виде детали корытообразной формы, образованной плоскими боковыми продольными и поперечными стенками и выпуклым граненым дном, повторяющим форму совмещаемой с ним базовой поверхности радиатора. Продольные стенки отражателя образуют между собой угол раскрытия 50-90°, а поперечные стенки отражателя, сопряженные с крайними гранями дна отражателя, размещены вне телесного угла излучения светодиодов, размещенных в этих гранях. Во взрывозащищенном исполнении светильник содержит корпус, выполненный из теплостойкого негорючего полимерного материала с пониженным поверхностным сопротивлением и установленный на основании из теплопроводного материала. Радиатор, размещенный внутри корпуса, соединен с этим основанием посредством металлических втулок, впрессованных в дно корпуса. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Светильник с источником света на основе светодиодов, содержащий радиатор с выпуклой базовой поверхностью, образованной совокупностью последовательно сопряженных между собой граней, на которых размещены светодиоды, и отражатель, отличающийся тем, что отражатель установлен на базовой поверхности радиатора и выполнен в виде детали корытообразной формы, образованной плоскими боковыми продольными и поперечными стенками и выпуклым граненым дном, повторяющим форму совмещаемой с ним базовой поверхности радиатора, при этом продольные стенки отражателя образуют между собой угол раскрытия 50-90°, а его поперечные стенки, сопряженные с крайними гранями дна отражателя, размещены вне телесного угла излучения светодиодов, размещенных в этих гранях.

2. Светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиоды размещены линейно, вдоль продольной оси симметрии светильника, расположенной между продольными стенками отражателя.

3. Светильник по п.1, отличающийся тем, что он содержит взрывозащищенную оболочку, состоящую из корпуса и оптически прозрачного элемента, корпус выполнен из теплостойкого негорючего полимерного материала с пониженным поверхностным сопротивлением и установлен на основании из теплопроводного материала, при этом радиатор, размещенный внутри корпуса, соединен с этим основанием посредством металлических втулок, впрессованных в дно корпуса.

4. Светильник по п.1, отличающийся тем, что периферийные части продольных стенок отражателя отогнуты наружу и снабжены элементами закрепления.

5. Светильник по п.3, отличающийся тем, что в стенках корпуса выполнены два противолежащих отверстия для транзитного кабеля токоподвода, оси которых лежат в вертикальной плоскости продольной оси светильника.

6. Светильник по п.1, отличающийся тем, что оптически прозрачный элемент выполнен из оптического ударопрочного пластика.

7. Светильник по п.6, отличающийся тем, что внутренняя поверхность оптически прозрачного элемента дополнительно снабжена светорассеивающими элементами.