Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением Российский патент 2024 года по МПК F21K99/00 F21V29/56 A01G9/20 

Изобретение относится к области светотехники, в частности к осветительным устройствам на светодиодах, и может быть использовано для облучения овощных и зеленных сельскохозяйственных культур на разных стадиях роста в условиях защищенного грунта, фитотронах и промышленных теплицах.

Известно устройство для освещения растений, содержащее светодиодный элемент, размещенный в полости светопрозрачного корпуса, заполненного жидкой охлаждающей средой, в секторе излучения светодиодного элемента. В жидкой охлаждающей среде введены корпускулярные элементы, находящиеся в твердой фазе, имеющие люминофорные и магнитные компоненты, при этом плавучесть корпускулярных элементов в охлаждающей среде равна нулю, а их количество и размеры обеспечивают возможность свободного взаимоскольжения в пределах полости светопрозрачного корпуса, который снабжен средством приведения охлаждающей среды в движение через воздействие электромагнитным полем. «Светодиодный светильник с люминофором» (Патент RU 2545101, МПК H05B 33/00, 2006 г.).

Недостатками известного устройства являются следующие факторы:

- сложность конструкции, увеличение расхода электрической энергии,

- уменьшение светопроводимости за счет наличия магнитных корпускулярных компонентов в плавающем состоянии, в том или ином виде, высокая себестоимость, одностороннее освещение с углом не более 180 градусов в лучшем случае.

Известен «Излучатель с погружным светодиодным модулем» (Патент RU 201359, МПК F21K 9/00, 2016 г.), содержащий связанные с источником питания светодиоды, размещенные на профиле и закрепленные внутри герметичного прозрачного корпуса, заполненного прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкостью. Погружной светодиодный модуль расположен внутри дополнительной внешней емкости с прозрачными стенками с прозрачной жидкостью.

Недостатками известного устройства являются:

- необходимость применения дополнительного оборудования в виде насоса для циркуляции охлаждаемого жидкого теплоносителя.

- большая занимаемая площадь объема конструкционного модуля излучателя в целом, с дополнительным оборудованием, затруднительная ремонтопригодность модуля, в излучающем модуле присутствуют теневые области, его необходимо настраивать на конкретно освещаемый объект.

- элементы светодиодных драйверов погружены в жидкую диэлектрическую среду, что затрудняет ремонтопригодность представленной конструкции в момент выхода из строя одного из отдельно выполненного драйвера, сложность конструкционных особенностей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа жидкостной фитооблучатель для растений (п. 209726, МПК F21K 9/00, F21V 29/56, A01G 9/20, 2021), содержащий связанные с блоком питания светодиоды, размещенные на профиле и закрепленные внутри герметичного прозрачного корпуса, заполненного прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкостью, установленным в профиле защитным температурным датчиком, связанным с блоком питания, содержащим потенциометр, а профиль выполнен в виде круга со светодиодами, равномерно расположенными по всей его поверхности.

Недостатком известного устройства является его не ремонтопригодность, фитооблучатель можно использовать только для выращивания растений.

Техническая задача изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, увеличение срока службы светодиодов, ремонтопригодности фитооблучателя за счет сборно-разборных заглушек из полиэтилена низкого давления (ПНД-заглушек), а также использования разработанного устройства в офисных помещениях.

Технический результат достигается тем, что в светодиодном облучателе с жидкостным охлаждением, содержащим связанные с блоком питания с помощью кабеля температурный датчик и светодиоды, которые размещены на профиле, установленном внутри герметичного прозрачного корпуса с заглушками на торцах и внутренними уплотнительными резиновыми кольцами, заполненного прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкостью, согласно изобретению, установленный в корпусе с минимальным зазором полый профиль выполнен в виде кругового сегмента с прямым основанием в виде хорды, светодиоды размещены на внешней стороне основания профиля, заглушки выполнены из полиэтилена низкого давления с внутренней резьбой, с одного торца заглушка выполнена глухой, а с другого с гермовводом для кабеля.

Кроме того, профиль в поперечном сечении выполнен в виде полого кругового сегмента с теплоотводящими ребрами, связывающими его основание с круговым сегментом; основание профиля выполнено трапецеидальной формы; профиль, в поперечном сечении, выполнен в виде полого многоугольника.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 - представлен общий вид светодиодного облучателя с жидкостным охлаждением; на фиг. 2 - то же, разрез А-А с алюминиевым профилем с круговым сегментом и прямым основанием; на фиг. 3 - то же разрез А¹-А¹ с теплоотводящими ребрами; на фиг. 4 - то же, разрез А²-А² с трапециевидным основанием; фиг. 5 - то же, разрез А³-А³ с прямоугольным алюминиевым профилем в виде стержня; фиг. 6 и 7 - разрезы А⁴-А⁴ и А⁵-А⁵ с полыми прямоугольными алюминиевыми профилями, соприкасающимися с корпусом.

Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением состоит из корпуса 1, изготовленного из любого светопроницаемого материала, например, прозрачного пластика, стекла, оргстекла, поликарбоната, боросиликатного или кварцевого стекла, проницаемого для ультрафиолетового излучения. На корпусе 1 размещены две герметичные плоские торцевые ПНД-заглушки 2 и 3 с внутренней резьбой, изготовленные, например, из эластичного пластика низкого давления (ПНД), с уплотнительными резиновыми кольцами (на чертеже не показано). С одного торца заглушка 3 глухая, с другого торца заглушка 2 с пластиковым гермовводом 4 для кабеля. Внутри светопроницаемого корпуса 1 размещен алюминиевый профиль 5, на котором закреплены линейки светодиодов 6. Корпус 1 заполнен теплопроводящей диэлектрической жидкостью 7. Светодиоды 6 подключены к блоку питания с потенциометром (на фиг. не показаны) электрическим кабелем.

Удержание жидкости 7 в трубчатом светопроницаемом корпусе 1 осуществляется уплотнительными резиновыми кольцами (на чертеже не показаны), размещенными между корпусом 1, и торцевыми заглушками 2 и 3.

В корпусе 1 размещен алюминиевый профиль 5, который может быть выполнен в виде соприкасающихся с корпусом с минимальным зазором кругового сегмента с прямым основанием, кругового сегмента с прямым основанием и теплоотводящими ребрами, кругового сегмента с трапецеидальным основанием и теплоотводящими ребрами, в виде полого многоугольного профиля (треугольного, прямоугольного, квадрата и т.д.). Алюминиевый профиль 5 может быть выполнен в виде центрального стержня, зафиксированного внутри корпуса 1 с торцов резиновыми уплотнительными кольцами (на фиг. не показаны).

Внутри профиля 5 закреплен защитный температурный датчик от перегрева (на фиг. не показано), связанный с блоком питания. При превышении температуры выше +40°C происходит автоматическое отключение блока питания, а при последующем понижении температурных характеристик ниже заданного уровня - автоматическое пороговое включение блока питания, вследствие чего работа осветительного прибора возобновляется. Таким образом осуществляется защита от перегрева и нежелательного выхода из строя облучателя, сохраняя его работоспособность.

Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением может быть оснащён системой управления при помощи контроллера (на фиг. не показано), совмещенного с блоком питания. Контроллер способен управлять системой спектрального облучения и интенсивностью светового потока, при помощи коммуникационной системы управления, посредством цифровой передачи данных, как беспроводных, так и проводных систем управления. Такими устройствами являются, например, ПК, планшет, телефон и иные цифровые устройства, решая ряд задач.

Таким образом обеспечивается экономия электроэнергии. Блок питания жидкостного светодиодного облучателя может располагаться как за пределами облучателя, так и внутри корпуса 1.

Теплопроводящая кремнийорганическая антикоррозионная диэлектрическая жидкость заполняет внутреннее пространства корпуса 1 облучателя и предназначена для отведения тепловой энергии от светодиодов 6.

Тепловая энергия от светодиодов 6 через теплопроводящую диэлектрическую жидкость 7 и алюминиевый профиль 5 переходит на стенку светопрозрачного корпуса 1 и далее рассеивается в воздушном пространстве вокруг корпуса 1, охлаждая облучатель в целом. Алюминиевый профиль 5 нагревается быстрее и передает тепловую энергию корпусу 1, чем теплопроводящая кремнийорганическая антикоррозионная диэлектрическая жидкость. Теплопроводящей антикоррозионной диэлектрической прозрачной жидкостью может являться, например, иммерсионное, минеральное, силиконовое масло или иные некорродируемые материалы с вышеназванными свойствами.

Известно, что чем меньше температура светодиода 6, тем выше КПД и светоотдача, лм/Вт. При этом в разы уменьшается деградация светодиода 6, увеличивая срок его службы без потери их свойств по светоотдаче.

Теплопроводящая диэлектрическая жидкость в замкнутом пространстве при изменении температурных характеристик изменяет свой объем. Для компенсации температурного расширения предусмотрен воздушный зазор 5-10% от занимаемого объема текучей диэлектрической теплопроводящей жидкости.

Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением можно использовать не только в теплицах для облучения растений, но и применять для освещения помещений. За счет частичного переизлучения невидимого спектра в видимый для восприятия глаза человека, яркость света от облучателя увеличивается.

Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением работает следующим образом.

Пример 1. В лабораторных условиях на базе ФГБНУ ФНАЦ ВИМ успешно прошли испытания жидкостного облучателя с прямоугольным алюминиевым профильным стержнем и четырьмя светодиодными линейками на его сторонах.

От источника питания напряжение 220 В подается на блок питания и через гермоввод 4 на светодиоды 6. Блок питания снабжён потенциометром, (на чертеже не показано) регулирующим интенсивность излучения светового потока.

Светодиоды 6 излучают световую волну с сопутствующем выделением тепловой энергии в жидкую теплопроводную диэлектрическую среду 7. Жидкая среда 7 под действием физических свойств и пассивной конвекционной циркуляции приходит в движение, при этом возникает круговорот в жидких средах, который переносит тепловую энергию к стенкам светопроницаемого корпуса 1 и передает ее в окружающее пространство, тем самым, охлаждая облучатель.

Пример 2. В качестве центрального стержня использовали алюминиевый профиль 5 с круговым сегментом, прямым основанием и минимальным зазором между профилем 5 и корпусом 1. Светодиоды 6 излучают световую волну с тепловым эффектом, передавая почти моментально нагрев алюминиевому профилю 5, который, в свою очередь, передает тепло корпусу 1 и далее в окружающую среду. Процесс теплоотдачи значительно ускоряется, тем самым понижая внутреннюю температуру облучателя, увеличивая его КПД и срок эксплуатации.

Поскольку ПНД-заглушки 2 и 3 выполнены легкосъемными, в случае выхода из строя светоизлучающего элемента, его легко заменить.

За счет эффективного отвода тепловой энергии от полупроводниковых элементов при помощи теплоотводящей кремнийорганической антикоррозионной диэлектрической жидкости и наличия алюминиевого профиля увеличивается срок службы светодиодов 6, встроенных в облучатель.

Облучатель способен функционировать во влажных климатических условиях, например, в теплицах, оранжереях, уличном, подводном и надводном освещении. Он защищен от попадания пыли, грязи, влаги и распыления искусственно созданного аэрозоля, например, при орошении овощных и зеленных культур. Обеспечена полная герметичность облучателя, отсутствуют шумовые эффекты, и кроме, того облучатель можно использовать, например, в офисных помещениях.

Использование облучателя позволяет увеличить срок службы, расширить функциональные возможности, повысить световое излучение на 15%-17%, увеличить энергоэффективность, надежность системы и ремонтопригодность.

Изобретение относится к области светотехники, в частности к осветительным устройствам на светодиодах, и может быть использовано для облучения овощных и зеленных сельскохозяйственных культур на разных стадиях роста в условиях защищенного грунта, фитотронах и промышленных теплицах. Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением содержит связанные с блоком питания светодиоды, размещенные на профиле и закрепленные внутри герметичного прозрачного корпуса с заглушками на торцах, заполненного прозрачной теплопроводящей кремнийорганической антикоррозионной диэлектрической жидкостью, установленным в профиле защитным температурным датчиком, связанным с блоком питания, содержащим потенциометр, а алюминиевый профиль со светодиодами, равномерно расположенными по всей его поверхности. Профиль выполнен в виде соприкасающегося с корпусом с минимальным зазором кругового сегмента с прямым основанием, или кругового сегмента с прямым основанием и теплоотводящими ребрами, или кругового сегмента с трапецеидальным основанием и теплоотводящими ребрами, или в виде полого многоугольного профиля, ПНД заглушки выполнены с внутренней резьбой и с внутренними уплотнительными резиновыми кольцами, с одного торца заглушка глухая, а с другого - с гермовводом для кабеля. Использование облучателя позволит расширить его функциональные возможности, повысить энергоэффективность, увеличить срок службы, яркость ламп и их ремонтопригодность. 7 ил.

Светодиодный облучатель с жидкостным охлаждением, содержащий связанные с блоком питания с помощью кабеля температурный датчик и светодиоды, которые размещены на внешней стороне основания профиля, установленного внутри герметичного прозрачного корпуса с заглушками на торцах и уплотнительными резиновыми кольцами, заполненного прозрачной теплопроводящей диэлектрической жидкостью, отличающийся тем, что установленный в корпусе с минимальным зазором полый профиль выполнен в виде кругового сегмента с прямым основанием в виде хорды, заглушки выполнены с внутренней резьбой, с одного торца заглушка выполнена глухой, а с другого - с гермовводом для кабеля.