КОМБИНИРОВАННЫЙ СВЕТИЛЬНИК Российский патент 2014 года по МПК F21S8/00 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к светильникам, построенным на основе комбинации газоразрядных ламп и светодиодных излучателей с мощными светодиодами.

Светильники предназначены для освещения открытых пространств, автомагистралей, железнодорожных объектов, дворовых территорий и т.п.

Также успешно светильники могут быть использованы для выращивания растений в промышленных теплицах или в индивидуальных парниках, при облучении производственных площадей для повышения продуктивности животноводства и птицеводства.

Несмотря на высокую эффективность мощных светодиодов белого свечения они не могут успешно заменить мощные газоразрядные натриевое лампы высокого давления /НЛВД/ и металлогалогенные лампы /МГЛ/ для вышеуказанных применений, главным образом, из-за трудностей решения тепловых проблем при компоновке большого количества мощных /1-3 Вт/ светодиодов в светотехнической арматуре светильников приемлемых размеров, сравнимой с габаритами светильников с газоразрядными лампами.

Кроме того, светоотдача светильников с НЛВД и МГЛ фирмы Phillips, Osram согласно /1/ выше светоотдачи светильников с мощными светодиодами на 50% и 20% соответственно.

В свою очередь указанные газоразрядные лампы, обладая сравнимой с современными светодиодами светоотдачей, большой мощностью, относительно компактным светящий телом и более низкой стоимостью 1 лм светового потока, имеют неудовлетворительное качество света /спектральный состав излучения/ для указанных выше применений.

В частности, для наружного освещения светильниками с НЛВД, например, автомагистралей, площадей наряду с нормируемым уровнем яркости требуется спектральный состав излучения, приближенный к кривой видности глаз и одинакового восприятия света в условиях ночного и сумеречного зрения, когда светодиодное освещение является более эффективным /2/.

Для использования указанных НЛВД в растениеводстве лампам с высоким выходом излучения в красно-оранжевом диапазоне спектра явно не хватает светового потока в сине-голубой и зеленой области спектра для оптимизации спектральной эффективности фотосинтеза /3/.

Становится перспективной задача создания комбинированного /гибридного/ светильника, использующего преимущества мощных газоразрядных ламп и светодиодных излучателей, лишенного их индивидуальных недостатков.

Известен комбинированный прожектор /4/, предназначенный для освещения удаленных объектов военной техники в видимом и ИК диапазоне спектра, содержащий короткодуговую газоразрядную лампу, светящее тело которой расположено в фокусе параболоидного отражателя, и светодиодный блок-насадку, установленный в "слепом" отверстии прожектора, с мощными светодиодами, оптические оси которых параллельны фокальной оси отражателя.

Кольцевой светодиодный блок-насадка может быть установлен также по периметру отражателя.

Прожектор формирует узкие пучки излучения /1-8°/, что затрудняет применение его для освещения открытых пространств или в растениеводстве.

Известен светильник /5/ для освещения открытых пространств с газоразрядной натриевой лампой высокого давления, установленной в протяженном вогнутом отражателе с выходным отверстием, перекрытым защитным стеклом, и отсеком с собранной в нем пускорегулирующей и питающей аппаратурой.

Подобный светильник-облучатель, например ЖСП 80-600 01545, ТУ 16-545-435-2007, используется в растениеводстве.

Недостатки описанных светильников связаны с неудовлетворительным спектральном составов излучения применяемых в них газоразрядных ламп, как это обсуждалось выше.

Известен модульный светильник /6/ на мощных светодиодах для освещения открытых пространств и автомагистралей, выполненных в виде трех светодиодных излучателей - протяженных матриц /модулей/ с мощными светодиодами, каждая из которых собрана на радиаторе охлаждения, соединенных между собой в светотехнической арматуре.

Известен также светодиодный облучатель /7/ для растениеводства, содержащий протяженный прямоугольный корпус с боковыми отражателями и установленными в нем линейными платами со светодиодами, подключенными к источнику питания, излучающими в синей и красной областях спектра с оптическими осями, ориентированными на выходное отверстие облучателя.

Недостатки описанных в /6 и 7/ светильников обусловлены необходимостью существенного увеличения их габаритов /в 4-4,5 раза/ из-за необходимости применения большого количества светодиодов для обеспечения требуемой, достижимой светильниками с газоразрядными лампами высокой интенсивности излучения. При этом для охлаждения вышеуказанных светодиодных матриц и линеек светильников необходимо применение громоздких радиаторов охлаждения на основе алюминиевых сплавов, что совместно определяет высокую стоимость изделий.

Целью предлагаемого изобретения является создание комбинированного светильника с оптимизированным спектральным составом излучения, имеющего улучшенные массогабаритные показатели и тепловые параметры, а также расширенные функциональные возможности.

Поставленная цель достигается тем, что в комбинированном светильнике, содержащем светотехническую арматуру с газоразрядной лампой, преимущественно с натриевой лампой высокого давления, установленной в главной фокальной плоскости вогнутого отражателя, мощные светодиоды и пускорегулирующую и питающую аппаратуру для них, к боковым стенкам указанного вогнутого отражателя примыкают собранные в тепловом контакте на радиаторах охлаждения светодиодные излучатели, выполненные в виде светодиодных матриц, линеек или модулей с мощными светодиодами с оптическими осями, ориентированными параллельно или под острым углом к главной фокальной плоскости вогнутого отражателя, излучающими в выбранных спектральных диапазонах, дополняющих излучение газоразрядной лампы и изменяющих суммарный спектральный состав излучения светильника.

Цель достигается и тем, что светодиодные излучатели с матрицами, линейками или модулями с мощными светодиодами и радиаторами охлаждения теплоизолированы от боковых стенок вогнутого отражателя с газоразрядной лампой, например, воздушным зазором.

Задача решается и тем, что светодиодные излучатели на мощных светодиодах шарнирно соединены в светотехнической арматуре с вогнутым отражателем с возможностью изменения угла наклона оптических осей указанных светодиодов к главной фокальной плоскости вогнутого отражателя с газоразрядной лампой.

Достижению цели способствует и то, что каждый светодиодный излучатель выполнен в виде каскада продольно ориентированных относительно вогнутого отражателя ступенек из теплопроводного материала, образующих радиатор кондуктивного теплоотвода для собранных на них в тепловом контакте линеек или модулей с мощными светодиодами, параллельных главной фокальной плоскости вогнутого отражателя.

Поставленная задача решается и тем, что светодиодные излучатели выполнены с мощными светодиодами синего, голубого и/или белого излучения с цветовой температурой в диапазоне 5000-6500 К, дополняющими излучение натриевой лампы высокого давления в полосе спектральной чувствительности глаз человека для ночного и сумеречного зрения, преимущественно в диапазоне длин волн спектра 400-600 нм.

Цель достигается также тем, что светодиодные излучатели выполнены с мощными светодиодами синего, голубого, зеленого, красного и оранжевого излучения в выбранных комбинациях в зависимости от типа применяемой газоразрядной лампы, дополняющими излучение указанной лампы в полосе спектральной эффективности фотосинтеза /400-700 нм/.

Достижению цели способствует также то, что излучение натриевой лампы высокого давления в красно-оранжевой области спектра интегрировано с излучением сине-голубого и зеленого диапазонов спектра мощных светодиодов с соотношением 6:3:1 соответственно.

Решению задачи способствует также выполнение светотехнической арматуры с защищенной камерой, сопряженной с торцевой или тыльной частью вогнутого отражателя с собранной в ней электронной пускорегулирующей аппаратурой для газоразрядной лампы, совмещенной с двухканальным источником питания, подключенным к светодиодным излучателям.

Предпочтительные варианты исполнения комбинированного светильника согласно предлагаемому изобретению показаны на чертежах.

Фиг.1 - комбинированный светильник с натриевой лампой высокого давления и двумя светодиодными излучателями с матрицами на светодиодах. Вид спереди, частично в разрезе.

Фиг.2 - то же, что и на фиг.1. Вид с торца, частично в разрезе.

Фиг.3 - комбинированный светильник с газоразрядной лампой и двумя светодиодными излучателями с линейками на светодиодах, установленными на ступеньках каскада - радиатора охлаждения. Вид с торца, частично в разрезе - поперечное сечение.

Показанный на фиг.1 и 2 комбинированный светильник содержит светотехническую арматуру 1 с газоразрядной лампой 2, в частности с натриевой лампой высокого давления, установленной аксиально в главной фокальной плоскости ZZ протяженного вогнутого отражателя 3 со светоотражающими торцевыми и боковыми стенками преимущественно параболоцилиндрического профиля, формирующего заданный пучок излучения светильника, с выходным отверстием, перекрытым защитным стеклом или рассеивателем 4.

К наружной части боковых стенок вогнутого отражателя 3 примыкают светодиодные излучатели 5 и 6, выполненные в виде светодиодных матриц 7 и 8 - печатных плат преимущественно на алюминиевой основе с установленными в тепловом контакте на поверхности и равномерно распределенными мощными светодиодами 9 и 10 с оптическими осями 00, параллельными главной фокальной плоскости ZZ вогнутого отражателя 3.

Светодиодные матрицы 7 и 8 с мощными светодиодами установлены в тепловом контакте на радиаторах 11 и 12 с ребрами охлаждения, каждый из которых выполнен в едином корпусе, например, методом экструзии из алюминиевого сплава, перекрытом защитным стеклом или рассеивателем.

Корпусы светодиодных излучателей 5 и 6 с радиаторами охлаждения 11 и 12 теплоизолированы от боковых стенок отражателя 3 с газоразрядной лампой преимущественно воздушными зазорами 13 и 14, но могут быть отделены от них теплоизолирующими прокладками /не показано/.

При этом механическое крепление корпусов светодиодных излучателей 5 и 6 с вогнутым отражателем 3 в светотехнической арматуре 1 светильника выполнено с применением шарниров 15 и 16 и кронштейнов 17, обеспечивающих также возможность изменения от 0 до 30° угла наклона оптических осей 00 светодиодов 9 и 10 излучателей к главной фокальной плоскости ZZ отражателя с газоразрядной лампой, управляя тем самым светораспределением светильника и его спектральным составом излучения при смешении световых потоков.

Светотехническая арматура 1 светильника выполнена с защищенной камерой 18, сопряженной с торцевой частью отражателя 3 через отверстие в нем для размещения лампового патрона 19.

В камере 18 собрана электронная пускорегулирующая аппаратура 20 для газоразрядной лампы 2, совмещенная с двухканальным источником питания - преобразователем питающей сети для светодиодных излучателей 5 и 6, подключенных защищенными средствами токоподвода 21 и 22 через уплотненные кабельные вводы.

Камера 18 сопряжена также с консольным переходником 23 для механического крепления светильника на опоре.

Вместе с тем, защищенная камера 24 для питающей аппаратуры лампы и светодиодных излучателей может быть установлена в светотехнической арматуре на тыльной части вогнутого отражателя /см. фиг.3/ с выполнением на ней поворотной несущей лиры 25 комбинированного светильника.

Второй вариант исполнения комбинированного светильника, поперечное сечение которого показано на фиг.3, содержит два одинаковых светодиодных излучателя 26 и 27 с выходными отверстиями, перекрытыми защитным стеклом или оптическим элементом, каждый из которых выполнен в виде каскада продольно ориентированных относительно протяженного вогнутого отражателя 3 ступенек 28 из теплопроводного материала, образующих радиаторы кондуктивного теплоотвода для установленных на них в тепловом контакте светодиодных линеек 29 или модулей с мощными светодиодами 30. Указанные линейки или модули механически прижаты на ступеньках 28 каскада винтами или при помощи теплопроводного клея.

Каскады ступенек светодиодных излучателей имеют на тыльной стороне ребра охлаждения 31 и изготовлены преимущественно методом экструзии или литьем под давлением из алюминиевого сплава.

Указанные каскады ступенек 28, являясь радиаторами охлаждения светодиодных излучателей 26 и 27, теплоизолированы воздушным зазором 32 от боковых стенок вогнутого отражателя 3 с газоразрядной, например металлогалогенной, лампой 33, имеющих более высокую температуру при эксплуатации.

При этом механическое крепление светодиодных излучателей 26 и 27 с арматурой отражателя 3 с применением шарниров 34 и кронштейнов, т.е. аналогично показанному на фиг.1 для первого варианта исполнения светильника, обеспечивает изменение угла наклона каскада ступенек с линейками или модулями с мощными светодиодами относительно главной фокальной плоскости ZZ отражателя и фиксацию их с выбранной ориентацией оптических осей светодиодов излучателей в пространстве для управления светораспределением и оптимизации спектрального состава излучения комбинированного светильника.

Оба варианта исполнения комбинированного светильника, показанные на фиг.1, 2 и 3, предусматривают выполнение светодиодных излучателей 5 и 6 или 26 и 27 с мощными светодиодами 9 и 10 или 30 синего, голубого и/пли белого излучения с цветовой температурой 5000-6500 К, дополняющими излучение натриевой лампы высокого давления 2 в полосе спектральной чувствительности глаз человека для ночного и сумеречного зрения, преимущественно в диапазоне длин волн спектра 400-600 нм.

Оба варианта светодиодных излучателей могут быть исполнены на мощных светодиодах синего, голубого, зеленого, красного и оранжевого излучения в выбранных комбинациях, дополняющих излучение применяемой газоразрядной лампы /ИЛВД или МГЛ/ 2 или 33 в полосе спектральной эффективности фотосинтеза /400-700 нм/ для использования комбинированного светильника в растениеводстве.

В последнем случае в комбинированном светильнике излучение натриевой лампы высокого давления в красно-оранжевой области спектра интегрировано с излучением сине-голубого и зеленого диапазонов спектра мощных светодиодов с соотношением 6:3:1 соответственно, установленных на линейках или модулях светодиодных излучателей 5 и 3 или 26 и 27

В качестве мощных светодиодов, устанавливаемых в матрицах, линейках или модулях светодиодных излучателей, могут быть использованы светодиоды серий ХР или XR color фирмы CREE или светодиодные линейки типа СЛН цветные фирмы НПЦ "ОПТЭЛ", Москва, в компоновке, например, с газоразрядной натриевой лампой высокого давления типа ДНаТ-25 или ДНаТ-400 для применения в растениеводстве.

Для освещения открытых пространств, автомагистралей, площадей и т.п. в комбинированном светильнике могут быть использованы, наряду с названными сериями, также светодиоды серии ХРЕ фирмы CREE в комбинации с более мощными газоразрядными НЛВД или с газоразрядными МГЛ типа ДРИ-250, ДРИ-400 или большей мощности.

Светодиодные излучатели с выбранной комбинацией цветных светодиодов могут также успешно эксплуатироваться в комбинированном светильнике совместно с газоразрядными ртутными лампами высокого давления, например, типа ДРЛ.

Разработанные комбинированные светильники, используя преимущества светильников с газоразрядными лампами и светодиодных излучателей с мощными цветными и белыми светодиодами, позволяют, наряду с уменьшением массогабаритных показателей и снижением стоимости, улучшением тепловых параметров по сравнению со светодиодными светильниками, существенно улучшить спектральный состав излучения светильника с газоразрядной лампой, снизить энергопотребление комбинированного светильника за счет более эффективного применения газоразрядных ламп меньшей мощности, расширить его функциональные возможности, обеспечивая возможности управления спектральным составом излучения и светораспределением в пространстве.

Улучшение спектрального состава излучения комбинированного светильника способствует удовлетворению требований по спектральной эффективности фотосинтеза или требованиям по оптимизации освещения объектов с учетом спектральной чувствительности глаз человека в условиях ночного и сумеречного зрения при использовании для освещения автомагистралей, площадей и других открытых пространств.

Литература

1. Р. Тукшаитов, Р. Нуриллин. "Сравнительная оценка эффективности светодиодных и газоразрядных светильников". Ж. "Современная светотехика", 2010, №1/02, с.31-33.

2. Е. Ильина. "Наружное светодиодное освещение автомагистралей и улиц городов". Ж. "Полупроводниковая светотехника", 2010, №4, с.50-55.

3. А. Прокофьев и др. "Перспективы применения светодиодов в растениеводстве". Ж. "Полупроводниковая светотехника", 2010, №5, с.60-63.

4. В.В. Сысун. "Комбинированный прожектор". Пат. РФ №2245488, кл. F21S 8/00 // F21Y 113:00, приоритет 22.04.2003.

5. "Справочная книга по светотехнике", под ред. Айзенберга Ю.Б. М.: "Энергоатомиздат", 1983, с.426.

6. К.Б. Соколов. "Модульный светильник". Полезная модель РФ №112040, кл. F21S 4/00, приоритет 11.08.2011.

7. Б.И. Седов и др. "Светодиодный облучатель для растениеводства". Полезная модель РФ №103704, кл. A01G 9/26, приоритет 29.12.2010.

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано при освещении автомагистралей и в растениеводстве. Техническим результатом является оптимизация спектрального состава излучения светильника и улучшение теплоотвода. Комбинированный светильник содержит светотехническую арматуру с газоразрядной натриевой лампой высокого давления или металлогалогенной лампой, установленной в вогнутом отражателе, к боковым стенкам которого примыкают установленные с возможностью теплового контакта на радиаторах охлаждения светодиодные излучатели, выполненные в виде матриц, линеек или модулей с мощными светодиодами с оптическими осями, ориентированными параллельно или под острым углом к главной фокальной плоскости отражателя. Излучение светодиодов осуществляется в выбранных спектральных диапазонах, дополняющих излучение газоразрядной лампы и изменяющих суммарный спектральный состав излучения светильника. Светодиодные излучатели шарнирно соединены в арматуре с возможностью изменения угла наклона их оптических осей к главной фокальной плоскости отражателя и теплоизолированы от его боковых стенок воздушным зазором. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированный светильник, содержащий светотехническую арматуру с газоразрядной лампой, преимущественно с натриевой лампой высокого давления, установленной в главной фокальной плоскости вогнутого отражателя, мощные светодиоды и пускорегулирующую и питающую аппаратуру для них, отличающийся тем, что к боковым стенкам вогнутого отражателя примыкают собранные в тепловом контакте на радиаторах охлаждения светодиодные излучатели, выполненные в виде светодиодных матриц, линеек или модулей с мощными светодиодами с оптическими осями, ориентированными параллельно или под острым углом к главной фокальной плоскости вогнутого отражателя, излучающими в выбранных спектральных диапазонах, дополняющих излучение газоразрядной лампы и изменяющих спектральный суммарный состав излучения светильника.

2. Комбинированный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодные излучатели с матрицами, линейками или модулями с мощными светодиодами и радиаторами охлаждения теплоизолированы от боковых стенок вогнутого отражателя с газоразрядной лампой, например, воздушным зазором.

3. Комбинированный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодные излучатели на мощных светодиодах шарнирно соединены в светотехнической арматуре с вогнутым отражателем с возможностью изменения угла наклона оптических осей указанных светодиодов к главной фокальной плоскости вогнутого отражателя с газоразрядной лампой.

4. Комбинированный светильник по п.1, отличающийся тем, что каждый светодиодный излучатель выполнен в виде каскада предельно ориентированных относительно вогнутого отражателя ступенек из теплопроводного материала, образующих радиатор кондуктивного теплоотвода для собранных на них в тепловом контакте линеек или модулей с мощными светодиодами, параллельных главной фокальной плоскости этого отражателя.

5. Комбинированный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодные излучатели выполнены с мощными светодиодами синего, голубого и/или белого излучения с цветовой температурой в диапазоне 5000-6500 К, дополняющими излучение натриевой лампы высокого давления в полосе спектральной чувствительности глаз человека для ночного и сумеречного зрения, преимущественно в диапазоне длин волн спектра 400-600 нм.

6. Комбинированный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиодные излучатели выполнены с мощными светодиодами синего, голубого, зеленого, красного и оранжевого излучения в выбранных комбинациях в зависимости от типа применяемой газоразрядной лампы, дополняющими излучение этой лампы в полосе спектральной эффективности фотосинтеза /400-700 нм/.

7. Комбинированной светильник по п.1, отличающийся тем, что излучение натриевой лампы высокого давления в красно-оранжевой области спектра интегрировано с излучением сине-голубого и зеленого диапазонов спектра мощных светодиодов с соотношением 6:3:1 соответственно.

8. Комбинированный светильник по п.1, отличающийся тем, что светотехническая арматура выполнена с защищенной камерой, сопряженной с торцевой или тыльной частью вогнутого отражателя с собранными в ней электронной пускорегулирующей аппаратурой для газоразрядной лампы, совмещенной с двухканальным источником питания светодиодных излучателей.