СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО СВЕТОДИОДНОГО ФИТОСВЕТИЛЬНИКА Российский патент 2019 года по МПК F21S4/24 A01G7/04 

Изобретение относится к светотехнике, а именно, к светодиодным светильникам, предназначенным для искусственного освещения растений разноспектральным световым полем с эффектом фотобиологического действия.

Проблема выращивания растений в теплицах, оранжереях, зимних садах, агропромышленных комплексах, а также в домашних условиях в осенне-зимний период сводится к тому, что не хватает количества света для нормального протекания физиологических процессов, поэтому приходится растения, в частности, рассаду, дополнительно облучать.

Известно, что солнечный свет можно разложить на спектр с различной длинной световых волн: ультрафиолетовая часть лежит ниже 380 нм, фиолетовая - в зоне 380-430 нм, синяя - 430-490 нм, зеленая - 490-570 нм, желтая - 570-600 нм, красная и оранжевая - 600-780 нм, инфракрасная - выше 780 нм. Каждая часть спектра по-своему влияет на физиологию растений. Ультрафиолетовая часть с длинами волн менее 280 нм является губительной для растений, диапазон ультрафиолетовых лучей 315-380 нм полезен для обмена веществ и роста растений, ультрафиолетовое излучение в данном диапазоне длин волн сдерживает вытягивание стеблей. Излучение с длинами волн из диапазона 280-315 нм воздействует на растения, повышая их холодостойкость. Синяя (430-490 нм) и фиолетовая (380-430 нм) части спектра излучения сдерживают излишний рост растений. Воздействие данным излучением стимулирует образование растительных белков и клеточное деление. Эта часть спектра практически без остатка поглощается хлорофиллом, что является залогом интенсивного фотосинтеза. Зеленая часть спектра (490-570 нм) практически не поглощается листовыми пластинами растений, при их избытке растения становятся тонкими, вытянутыми. При этом фотосинтез идет, но его уровень самый низкий. На красную и оранжевую часть (600-780 нм) приходится пик фотосинтеза. Эти длины волн влияют на развитие и регуляцию всех процессов: обмена, дыхания, развития корневой системы, цветение. Наиболее важный отрезок 625-720 нм, эти лучи способствуют росту, производству углеводов, плотно поглощаясь хлорофиллом. Инфракрасные лучи так же воздействуют на растения, но воздействие их несколько специфично, они создают тепловые условия для физиологических процессов и фотосинтеза.

С развитием науки и появлением новых технологий, в освещении активно разрабатываются светильники, в которых в качестве источников излучения используются светодиоды различного цвета. Световой поток в светильниках современных конструкций может достигать значительных величин за счет применения мощных светодиодов, что соответственно повышает технические требования в части решений по эффективному отводу выделяющегося тепла. Основной причиной нагрева светодиода является тепло, вырабатываемое в процессе его работы. Для организации правильного режима работы требуется обеспечить эффективный отвод тепла.

Известны различные конструктивные выполнения светодиодных светильников, содержащих корпус, выполненный в виде теплоотводящего профиля с теплоотводящими ребрами, которые формируются в процессе изготовления профиля, светодиодный источник излучения, провода подвода питания и управления к светодиодам от внешней питающей цепи, а также элементы крепления прибора к опорной поверхности (патент RU 116201, патент RU 85784, патент RU 124768, патент US 20070058368, патент US 5278432).

Однако известные светильники сложны в изготовлении из-за необходимости выполнения на наружной поверхности корпуса оребрения, выполняющего функцию радиаторов по отводу тепла от корпуса. Наличие оребрения на корпусе усложняет конструкцию, приводит к увеличению их массы, габаритов и, как следствие, увеличивается стоимость светильников. Срок службы таких светильников ограничен в результате их перегрева. Это связано с тем, что отвод тепла из внутреннего объема корпуса осуществляется посредством оребрения, установленного на наружной поверхности корпуса, т.е. тепло от светодиодов поступает на радиатор и «растягивается» по всей его площади не равномерно, что приводит к повышению температуры работы светильника, а также к неравномерному освещению.

Для улучшения теплоотвода были разработаны фитосветильники, в которых для отвода тепла от светильников вместо радиатора использовали канал для принудительного водяного охлаждения.

Известен способ изготовления линейного светодиодного фитосветильника (патент CN 103032769), который является наиболее близким к заявленному изобретению (прототип), содержащий алюминиевый корпус квадратного профиля, светодиодную ленту, снабженную множеством светодиодов и светопропускающее стекло, которые установлены в нижней части алюминиевого корпуса, в средней части алюминиевого корпуса расположен канал для принудительного водяного охлаждения, причем с одной (нижней) стороны канала для принудительного водяного охлаждения расположены указанные светодиоды, а с другой (верхней) стороны канала для принудительного водяного охлаждения расположена плата схемы управления светодиодами, также фитосветильник содержит уплотнительную ленту, расположенную только перед светодиодной лентой в нижней части алюминиевого корпуса.

Недостатком прототипа является сложная конструкция, низкий (недостаточный) теплоотвод, поскольку канал для принудительного водяного охлаждения расположен посередине алюминиевого корпуса и предназначен для отвода тепла не только от светодиодов, но и от платы схемы управления светодиодами, расположенной с противоположной стороны канала, что в свою очередь приводит к повышению температуры работы фитосветильника, а также к неравномерному освещению. Еще одним недостатком прототипа является неравномерное освещение, поскольку наличие светопропускающего стекла вдоль всей светодиодной ленты (расположенной на некотором расстоянии от них), вместо линз на каждом светодиоде, приводит к недостаточному освещению, необходимому для нормального протекания физиологических процессов. Еще одним недостатком прототипа является низкая герметичность фитосветильника, поскольку уплотнительная лента расположена только на передней стороне светодиодной ленты и предназначена для герметизации светодиодов, при этом герметизация канала для принудительного водяного охлаждения отсутствует.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции, улучшение теплоотвода от светодиодов, повышение герметичности, а также улучшение излучающих характеристик светодиодов.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ изготовления линейного светодиодного фитосветильника содержит следующие этапы: изготовление алюминиевого корпуса с возможностью размещения в нем канала для принудительного водяного охлаждения и крепления к нему светодиодной ленты, причем алюминиевый корпус изготавливают методом экструзии в виде Ω омега профиля, с нижней плоской частью и верхней закругленной частью; светодиодную ленту изготавливают методом припаивания к рейке светодиодов различного спектра свечения и кабеля питания; устанавливают на каждый светодиод, при помощи держателя, линзу, создающую световой луч с углом 60°; в нижней плоской части профиля, после нанесения теплопроводной пасты, устанавливают указанную светодиодную ленту и закрепляют ее при помощи крепежных элементов, а в верхней закругленной части профиля, вдоль светодиодной ленты, размещают канал для принудительного водяного охлаждения; на боковых торцах алюминиевого корпуса закрепляют законцовки, выполненные в виде штуцера для подачи охлаждающей воды с уплотнительными резиновыми сальниками для изоляции корпуса фитосветильника, причем штуцера, с насаженными в канавки уплотнительными резиновыми сальниками, закрепляют в торцах канала для принудительного водяного охлаждения методом их запрессовки.

В предпочтительном варианте светодиодная лента содержит светодиоды красного спектра, синего спектра, желтого спектра и УФ спектра.

В заявленном способе изготовления линейного светодиодного фитосветильника упрощение конструкции обеспечивается за счет изготовления единого корпуса виде Ω омега профиля методом экструзии, а также за счет изготовления светодиодной ленты, в которой к рейке припаиваются светодиоды и кабель питания светодиодов. Улучшение теплоотвода от светодиодов обеспечивается за счет канала принудительного водяного охлаждения, расположенного в верхней закругленной части алюминиевого Ω омега профиля, вдоль светодиодной ленты, который позволяет обеспечивать соответствующий теплосъем с корпуса фитосветильника, удерживая температуру светодиодов на уровне до 60°, что в свою очередь продлевает срок службы и сохраняет излучающие характеристики светодиодов. Повышение герметичности обеспечивается за счет запрессовки на торцах алюминиевого корпуса законцовок, играющих одновременно роль штуцеров для подачи охлаждающей воды и уплотнительных резиновых сальников для изоляции корпуса фитосветильника. Улучшение излучающих характеристик светодиодов обеспечивается за счет установки на каждый светодиод линзы, которая создает световой луч с углом 60°, что в свою очередь приводит к улучшению фотосинтеза и фотостимуляции роста растений.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

фиг. 1 - общий вид линейного светодиодного фитосветильника в сборе,

фиг. 2 - линейный светодиодный фитосветильник в разборном виде,

фиг. 3 - алюминиевый корпус линейного светодиодного фитосветильника в виде Ω омега профиля (в разрезе),

фиг. 4 - торцевой штуцер с уплотнительными резиновыми сальниками в собранном виде.

На фиг. 1 представлен общий вид линейного светодиодного фитосветильника в сборе, который предназначен для искусственного освещения разноспектральным световым полем растений в теплицах, оранжереях, зимних садах, агропромышленных комплексах, а также в домашних условиях.

На фиг. 2, с левой стороны, представлен алюминиевый корпус 1 линейного светодиодного фитосветильника, изготовленный методом экструзии в виде Ω омега профиля, с правой стороны представлена светодиодная лента 2, с припаянными к рейке светодиодами и кабелем питания светодиодов, а в середине представлена светодиодная лента 2 уже в собранном виде, где на каждом светодиоде установлен держатель с линзой, которая создает световой луч с углом 60°. Причем указанная светодиодная лента, предпочтительно, содержит 28 светодиодов различного спектра свечения (фиг. 1).

На фиг. 3 представлен алюминиевый корпус, изготовленный методом экструзии в виде Ω омега профиля (в разрезе). В нижней части алюминиевого корпуса 1, которая выполнена плоской, устанавливается светодиодная лента 2, а в верхней части алюминиевого корпуса, которая выполнена закругленной, расположен канал для принудительного водяного охлаждения 3. При этом канал для принудительного водяного охлаждения 3 расположен вдоль всей светодиодной ленты 2, что позволяет путем управляемого расхода воды обеспечивать соответствующий теплосъем с алюминиевого корпуса фитосветильника, удерживая при этом температуру светодиодов на уровне до 60°. Указанное выше изготовление алюминиевого корпуса с каналом для принудительного водяного охлаждения, а также отсутствие в корпусе дополнительных элементов конструкции (например, таких как плата управления светодиодами), выделяющих тепло, позволяет обеспечивать соответствующий микроклимат в теплицах, оранжереях, зимних садах, агропромышленных комплексах, а также в домашних условиях, из-за высокой температуры работы светильника.

Для герметизации (изоляции) корпуса фитосветильника на боковых торцах алюминиевого корпуса 1 устанавливают законцовки 4 (сальник-штуцеры). Как видно на фиг. 4, законцовки 4 выполнены в виде штуцера с уплотнительными резиновыми сальниками, которые играют одновременно роль для подачи охлаждающей воды и для изоляции корпуса 1 фитосветильника, соответственно.

Технологический процесс изготовления заявленного линейного светодиодного фитосветильника содержит следующие этапы.

На первом этапе изготавливают алюминиевый корпус 1 Ω омега профиля. Процесс изготовления Ω омега профиля осуществляется при помощи экструзии - непрерывного процесса, во время которого происходит выдавливание расплавленного алюминия через экструзионную головку под высоким давлением. Полученный алюминиевый корпус 1 линейного светодиодного фитосветильника, предпочтительно, имеет следующие размеры: длина от 1090 до 1110 мм., ширина 30 мм., высота 30 мм.

На втором этапе изготавливают светодиодную ленту 2. К рейке светодиодной ленты 2 припаивают светодиоды различного спектра свечения и кабель питания светодиодов. Затем на каждый из светодиодов надевают (крепят) держатель, в который вставляется линза, формирующая световой луч (конус) с углом 60°. Светодиодная лента 2, предпочтительно, содержит 28 светодиодов, в том числе: светодиодов красного спектра - 15 шт., синего спектра - 5 шт., желтого спектра - 5 шт., УФ спектра - 3 шт. В изготавливаемом фитосветильнике, предпочтительно, применяются светодиоды типа «emitter», суммарная мощность которых 50 Ватт. Питание фитосветильника осуществляется, предпочтительно, преобразователем напряжения 220V/54-84V.

На третьем этапе изготавливают законцовки 4, которые играют одновременно роль штуцеров, предназначенных для подачи охлаждающей воды, и уплотнительных резиновых сальников, предназначенных для изоляции корпуса фитосветильника. Уплотнительные резиновые сальники насаживают в специально предусмотренные для этого канавки в штуцерах. В предпочтительном варианте монтажный комплект законцовок 4 состоит из двух штуцеров и шести уплотнительных резиновых сальников.

После осуществления трех описанных выше этапов приступают к сборке линейного светодиодного фитосветильника.

На нижнюю плоскую часть алюминиевого Ω омега профиля наносится теплопроводная паста, к которой крепится светодиодная лента 2, изготовленная на втором этапе. В предпочтительном варианте, указанную светодиодную ленту 2 прикрепляют к алюминиевому корпусу 1 при помощи крепежных элементов, например, саморезами в количестве 11 штук. В верхней закругленной части алюминиевого Ω омега профиля 1, вдоль светодиодной ленты 2, размещают канал для принудительного водяного охлаждения 3. Затем изготовленные на третьем этапе законцовки 4, выполненные в виде штуцера с уплотнительными резиновыми сальниками, запрессовываются в торцы канала для принудительного водяного охлаждения 3 с двух сторон собранного алюминиевого Ω омега профиля. В предпочтительном варианте, после запрессовки штуцеры с уплотнительными резиновыми сальниками дополнительно фиксируются крепежными элементами, например, саморезами в количестве 6 штук (по 3 штуки на штуцер). Припаянный к светодиодной ленте кабель питания закрепляют в специально проделанной в одном из штуцеров прорези. Готовый линейный светодиодный фитосветильник испытывается на герметичность путем подачи воды в канале для принудительного водяного охлаждения 3 под заданным давлением.

Готовый линейный светодиодный фитосветильник работает следующим образом.

Линейный светодиодный фитосветильник размещают над поверхностью площадки с выращиваемыми растениями, устанавливая его на выбранной высоте. При подаче электропитания на светодиодную ленту светодиоды начинают излучать свет, соответственно, красного, синего, желтого и УФ спектра свечения, при смешении которых вырабатывается комбинированный световой поток, обладающий фитобиологической активностью. В зависимости от выбираемой поверхности площадки для выращиваемых растений (теплицы, оранжереи, зимние сады, агропромышленные комплексы, или домашние условия) выбирают необходимое количество фитосветильников. Отвод тепла от светодиодов в линейном светодиодном фитосветильнике осуществляется с помощью канала для принудительного водяного охлаждения 3 регулируемого либо вручную, либо с применением автоматики, в зависимости от суммарного выделения тепла и выбранного размера помещения, в котором они работают.

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным светильникам, предназначенным для искусственного освещения растений разноспектральным световым полем с эффектом фотобиологического действия. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции, улучшение теплоотвода от светодиодов, повышение герметичности, а также улучшение излучающих характеристик светодиодов. Способ изготовления линейного светодиодного фитосветильника содержит следующие этапы: изготовление алюминиевого корпуса с возможностью размещения в нем канала для принудительного водяного охлаждения и крепления к нему светодиодной ленты. Алюминиевый корпус изготавливают методом экструзии в виде Ω омега профиля, с нижней плоской частью и верхней закругленной частью, а светодиодную ленту изготавливают методом припаивания к рейке светодиодов различного спектра свечения и кабеля питания, с последующей установкой на каждый светодиод при помощи держателя линзы, создающей световой луч с углом 60°. В нижней плоской части профиля, после нанесения теплопроводной пасты, устанавливают светодиодную ленту и закрепляют ее при помощи крепежных элементов, а в верхней закругленной части профиля, вдоль светодиодной ленты, размещают канал для принудительного водяного охлаждения. На боковых торцах алюминиевого корпуса закрепляют законцовки, выполненные в виде штуцера для подачи охлаждающей воды с уплотнительными резиновыми сальниками для изоляции корпуса фитосветильника, причем штуцера с насаженными в канавки уплотнительными резиновыми сальниками закрепляют в торцах канала для принудительного водяного охлаждения методом их запрессовки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изготовления линейного светодиодного фитосветильника, содержащий следующие этапы: изготовление алюминиевого корпуса с возможностью размещения в нем канала для принудительного водяного охлаждения и крепления к нему светодиодной ленты, отличающийся тем, что алюминиевый корпус изготавливается методом экструзии в виде Ω омега профиля, с нижней плоской частью и верхней закругленной частью; изготовление светодиодной ленты методом припаивания к рейке светодиодов различного спектра свечения и кабеля питания; установка на каждый светодиод при помощи держателя линзы, создающей световой луч с углом 60°; установка в нижней плоской части профиля, после нанесения теплопроводной пасты, указанной светодиодной ленты и закрепление ее при помощи крепежных элементов, а в верхней закругленной части профиля, вдоль светодиодной ленты, размещение канала для принудительного водяного охлаждения; закрепление на боковых торцах алюминиевого корпуса законцовок, выполненных в виде штуцера для подачи охлаждающей воды с уплотнительными резиновыми сальниками для изоляции корпуса фитосветильника, причем штуцера с насаженными в канавки уплотнительными резиновыми сальниками закрепляют в торцах канала для принудительного водяного охлаждения методом их запрессовки.

2. Способ изготовления линейного светодиодного фитосветильника по п. 1, отличающийся тем, что светодиодная лента содержит светодиоды красного спектра, синего спектра, желтого спектра и УФ-спектра.