Способ автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды Российский патент 2022 года по МПК F21S9/03 

Изобретение относится к способам автономного электроосвещения, точнее наружного освещения, в условиях отрицательных температур, предназначенным для освещения трасс, дорог, улиц и объектов при отсутствии централизованного электроснабжения.

Известно много технических решений, относящихся к различным способам автономного уличного освещения и автотрасс.

Использование известных способов позволит отказаться от необходимости в прокладке электрических кабелей, и позволит создавать системы освещения устойчивыми к аварийным ситуациям и технологическим сбоям.

Известен способ, реализованный в автономной системе электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения (RU № 2157947, МПК F21S 9/02, опубликовано: 20.10.2000 Бюл. № 29), в котором заряжают аккумуляторную батарею от автономного источника электрической энергии, включают осветительную лампу с помощью датчика освещенности и блока управления системой освещения.

Известный способ, реализованный в автономной системе электроосвещения, из-за его привязки к внешним условиям (наличие солнечного света, ветра, низкой температуры), не достаточно эффективное и не может отвечать условиям стабильной работы. Для условий работы в северных широтах, где продолжительность светового дня на протяжении полугода не превышает 50%, а часто бывают и пасмурные дни, энергии солнца будет недостаточно. Использование аккумуляторов для накопления энергии, выработанной при выключенном освещении, влияет на стоимость всего устройства. Кроме того, ограниченное количество циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи, снижение емкости и деградация элементов при отрицательных и околонулевых температурах, превращает ее в дорогой расходный элемент, требующий частой замены, что затрудняет обслуживание.

Известен способ, реализованный в установке уличного освещения с питанием от солнечных батарей «Наружный светильник с питанием от солнечной энергии» (патент США №5149188, Опубл. 2013-11-19, публикация US8588830B2, НКИ 362-183, МКИ F21S 15/08) в котором заряжают аккумуляторную батарею от солнечных панелей с фотоэлектрическими элементами, включают осветительную лампу с помощью органа управления в зависимости от уровня наружного освещения.

Недостатком аналога «Наружный светильник с питанием от солнечной энергии» (патент США №5149188) является упрощенное управление, которое не позволяет эффективно экономить электроэнергию в аккумуляторе.

Известен способ, реализованный в автономном устройстве освещения (RU № 2680378 C1, МПК F21S 9/02, опубл. 20.02.2019 Бюл. № 5) в котором источник освещения питают электроэнергией от электрогенератора, лопатки пропеллера которого вращают потоком конвекционного потока воздуха в вертикальной трубе. При этом поток воздуха создают нагревом воздуха от этого же электрогенератора. С помощью блока управления осуществляют управление автономным устройством освещения в автоматическом режиме в зависимости от освещенности окружающего пространства или по расписанию, а также удаленно.

Использование способа, реализованного в устройстве, позволит отказаться от необходимости в прокладке электрических кабелей, подключения к внешним источникам электрической энергии, а также не требует периодической заправки топливом, не зависит от солнечного света или ветра, и делает систему освещения устойчивой к авариям и технологическим сбоям.

К недостаткам можно отнести сложность реализации, необходимость использование механических элементов, что приведет к удорожанию эксплуатации.

За прототип принят способ, реализованный в установке уличного освещения с питанием от солнечных батарей «Автономное устройство освещения дорог, улиц, дворов» (патент RU № 2394183 C2, МПК F21S 9/02, опубл. 10.07.2010 Бюл. № 19), в котором в течение светлого времени суток от солнечных батарей через устройство управления заряжают аккумуляторные батареи. При наступлении темного времени суток датчиком освещенности вырабатывают сигнал разрешающий включение освещения дороги. При наступлении светлого времени суток формируется сигнал на отключение освещения. Освещение включают при поступлении сигнала от датчика движения.

Способ позволяет выполнить автономное освещение дорог, улиц, дворов, реагируя на движение, используя солнечную энергию, запасенную в химическом аккумуляторе.

Недостатком является то, что использование химических аккумуляторов для накопления энергии, выработанной солнечными батареями при выключенном освещении, требует преобразования параметров электроэнергии для зарядки аккумуляторов, что влияет на стоимость всего устройства. Кроме того, ограниченное количество циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи, снижение емкости и деградация элементов при отрицательных температурах, превращает ее в дорогой расходный элемент, требующий частой замены, что затрудняет обслуживание. Основным недостатком способа является высокая стоимость, сложность эксплуатации и не надежная работа аккумуляторов в условиях низких температур.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения следующие:

• при наступлении темного времени суток включают освещение объекта;

• отключают освещение в светлое время суток;

• включают освещение при наличии движения в зоне действия объекта.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение эксплуатации и повышение надежности в способе автономного освещения объектов в условиях отрицательных температур.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в накоплении тепловой энергии от солнечной батареи в светлое время суток в незамерзающей жидкости, расположенной в теплоизолированной емкости, с последующим преобразованием ее в электрическую энергию с помощью термоэлектрического элемента, которую подают на осветительную лампу.

Способ автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды, включающий подключение осветительной лампы по сигналу датчика движения к источнику электроэнергии в темное и отключают в светлое время суток, согласно изобретению, в светлое время суток нагревают от солнечной батареи незамерзающую жидкость в теплоизолированной емкости, к которой присоединяют одной стороной в проеме теплоизоляции термоэлектрический элемент – источник электроэнергии для осветительной лампы, который другой стороной соприкасают с окружающей средой, а проем в теплоизоляции автоматически закрывают в светлое время суток теплоизолирующим экраном, в котором создают отверстие, и открывают в темное время суток по сигналу датчика освещенности.

Отличительными признаками заявляемого изобретения от прототипа является то, что в светлое время суток нагревают от солнечной батареи незамерзающую жидкость в теплоизолированной емкости, к которой присоединяют одной стороной в проеме теплоизоляции термоэлектрический элемент – источник электроэнергии для осветительной лампы, который другой стороной соприкасают с окружающей средой, а проем в теплоизоляции автоматически закрывают в светлое время суток теплоизолирующим экраном, в котором создают отверстие, и открывают в темное время суток по сигналу датчика освещенности.

Наличие отличительных признаков, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники не было выявлено источников, содержащих совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения, а также не была установлена известность влияния отличительных признаков на достигаемый технический результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого способа автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды поясняется чертежом, где на фиг. изображена схема установки с солнечной батареей, теплоизолированной емкостью, термоэлектрическим элементом и осветительной лампой.

На фиг. показаны: осветительная лампа 1, которую подключают через датчик движения 2 и датчик освещенности 11 к термоэлектрическому элементу 3, который одной стороной соприкасают с емкостью 4, в которую наливают незамерзающую жидкость 5. Емкость 4 покрывают теплоизоляцией 6. В емкости 4 располагают нагревательный элемент 7, который напрямую подключенный к солнечной батарее 8. Термоэлектрический элемент 3 располагают в проеме 9 теплоизоляции 6. Проем 9 закрывают подвижным теплоизолирующим экраном 10.

Способ реализуют следующим образом:

Вырабатывают солнечной батареей 8 электрическую энергию, подают ее на электрический нагревательный элемент 7 в светлое время суток напрямую без преобразования и нагревают жидкость 5 в емкости 4, которую для поддержания эффективной температуры покрывают теплоизоляцией 6. При этом проем 9 закрывают теплоизолирующим экраном 10 в светлое время суток, при этом термоэлектрический элемент 3, соединенный одной стороной с теплой поверхностью емкости 4, не создает электродвижущую силу (ЭДС), так как отсутствует разница температур между сторонами термоэлектрического элемента 3. С наступлением темного время суток автоматически от сигнала датчика освещенности 11 открывают экран 10, и холодная среда начинает воздействовать на другую сторону термоэлектрического элемента 3. При этом возникает разница температур между сторонами термоэлектрического элемента 3, возникает ЭДС и при срабатывании датчика движения 2 подается напряжение на осветительную лампу 1. В теплоизолирующем экране 10 выполняют отверстие, для создания разницы температур, необходимой для создания ЭДС и тока для датчиков и питания механизма автоматического открывания экрана.

Предлагаемый способ позволяет решить задачу автономного освещения объектов в условиях отрицательных температур. Для повышения эффективности способа, дополнительно к солнечной батарее подключают ветрогенератор.

Изобретение относится к способам автономного наружного электроосвещения в условиях отрицательных температур, предназначенным для освещения трасс, дорог и т.д. Способ автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды, где подключают осветительную лампу по сигналу датчика освещенности и датчика движения к источнику электроэнергии в темное и отключают в светлое время суток. Причем в светлое время суток нагревают от солнечной батареи незамерзающую жидкость в теплоизолированной емкости, к которой присоединяют одной стороной в проеме теплоизоляции термоэлектрический элемент, который выдает электроэнергию для осветительной лампы, на другую сторону которого воздействуют холодной окружающей средой; проем в теплоизоляции автоматически закрывают в светлое время суток теплоизолирующим экраном и открывают в темное время суток. Технический результат: упрощение эксплуатации и повышение надежности в способе автономного освещения объектов в условиях отрицательных температур путем накопления тепловой энергии от солнечной батареи в светлое время суток в незамерзающей жидкости, расположенной в теплоизолированной емкости, с последующим преобразованием ее в электрическую энергию с помощью термоэлектрического элемента, которую подают на осветительную лампу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды, в котором подключают осветительную лампу по сигналу датчика освещенности и датчика движения к источнику электроэнергии в темное и отключают в светлое время суток, отличающийся тем, что в светлое время суток нагревают от солнечной батареи незамерзающую жидкость в теплоизолированной емкости, к которой присоединяют одной стороной в проеме теплоизоляции термоэлектрический элемент, который выдает электроэнергию для осветительной лампы, на другую сторону которого воздействуют холодной окружающей средой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проем в теплоизоляции автоматически закрывают в светлое время суток теплоизолирующим экраном и открывают в темное время суток.