Светодиодный светильник уличный серии "чэк" для наружного освещения промышленных объектов
Использование: техническое решение относится к осветительным устройствам и может быть использовано для уличного освещения и/или освещения промышленных объектов. Сущность: создание светодиодного светильника, который путем специального конструктивного выполнения и размещения элементов позволил бы обеспечить заданные (нормативные) значения освещенности во всей зоне освещения светильника (и/или зоне освещения группы светильников) без увеличения количества светодиодов (и/или осветительных устройств с СИД) и исключая дополнительное неэффективное энергопотребление. Технический результат: повышение светотехнических характеристик светильника, в том числе - увеличение освещенности на границах зон освещения и обеспечение нормативных значений освещенности при минимизации энергопотребления по всей зоне освещения в различных условиях эксплуатации. 1 с. и 6 з. пп. ф-лы, 5 фиг.
Техническое решение относится к осветительным устройствам и может быть использовано для уличного освещения и/или освещения промышленных объектов.
В настоящее время все большее распространение получают светильники, использующие в качестве источников излучения светоизлучающие диоды (СИД).
В последнее время запатентованы осветительные устройства [5-9] на основе светодиодов различного назначения, обеспечивающие отвод тепла от светодиодов. Общим признаком таких светильников является наличие корпуса, в котором размещены СИД, источник питания (преобразователь тока) и рефлектор, выполненный в виде пластины, при этом корпус снабжен радиатором охлаждения.
Уличные светильники и светильники для промышленных объектов [1-4] имеют определенную специфику при той же структуре и направлены, в основном, на решение проблемы отвода тепла посредством радиатора при увеличении мощности (или количества) СИД [4]. Повышение освещенности в уличных светильниках может достигаться традиционным путем наращивания осветительных секций [2, 3], т.е. путем увеличения энергопотребления, без изменения конструкции самих устройств.
Известные уличные светильники (аналоги) [1, 2] имеют основной целью термостабилизацию режима работы секций СИД посредством охлаждающего радиатора.
Светильник [1], принятый за прототип, включает совмещенный с рефлектором корпус, внутри которого смонтированы подключенные к блоку питания платы с матрицами светодиодов, корпус с одной стороны снабжен радиатором охлаждения, с противоположной стороны корпуса установлена светопроницаемая крышка, при этом корпус имеет узел крепления к опоре и электрический разъем для подключения блока питания к контактам внешней электросети, размещенным в опоре. При этом в светильнике [1], как и в аналогах [2-4] и других устройствах освещения, рефлектор выполнен в виде плоской горизонтальной пластины (секции светодиодов установлены только в горизонтальной плоскости).
Такая конструкция [1], в ряде случаев, ограничивает освещенность объектов на границах зон освещенности, удаленных от оптической оси светильника, что затрудняет выполнение нормативных требований к уличной освещенности (особенно автомагистралей, автодорог, площадей и т.п. объектов). Этот недостаток приходится устранять, как правило, установкой опор уличных светильников через меньшие расстояния друг от друга и/или наращиванием секций световых приборов на одной опоре [3, 4], что нежелательно ввиду повышения трудоемкости, сложности и стоимости работ по освещенности улиц и других объектов.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании светодиодного светильника (специальное название: «Светодиодный светильник серии «ЧЭК»), который путем специального конструктивного выполнения и размещения элементов позволил бы обеспечить заданные (нормативные) значения освещенности)1 ()1 см. примечания в конце описания (приложении).) во всей зоне освещения светильника (и/или зоне освещения группы светильников) без увеличения количества светодиодов (и/или осветительных устройств с СИД) и исключая дополнительное неэффективное энергопотребление.
Основной технический результат предлагаемого светильника «ЧЭК» - повышение светотехнических характеристик светильника, в том числе - увеличение освещенности на границах зон освещения и обеспечение нормативных значений освещенности при минимизации энергопотребления по всей зоне освещения в различных условиях эксплуатации. Светильники серии «ЧЭК» обеспечивают синергию адекватного теплоотвода от СИД при заданной нормативной освещенности без усложнения осветительных устройств (без увеличения количества СИД и их мощности) и их установки. Светильники серии «ЧЭК» реализуют оптимальный технический результат: минимум энергопотребления при обеспечении нормативного значения освещенности и, как следствие, позволяют достигнуть оптимального критерия «сложность - стоимость - эффективность», т.е. достигнуть максимальной эффективности при минимальных сложности и стоимости.
Технический результат достигается следующим образом.
Светодиодный светильник включает совмещенный с рефлектором корпус, внутри которого смонтированы подключенные к блоку питания платы с матрицами светодиодов, корпус с одной стороны снабжен радиатором охлаждения, с противоположной стороны корпуса установлена светопроницаемая крышка, при этом корпус имеет узел крепления к опоре и электрический разъем для подключения блока питания к контактам внешней электросети, размещенным в опоре.
Отличительной особенностью светильника является то, что рефлектор светильника для уличного освещения и освещения промышленных объектов образован двумя прямоугольными плоскостями, расположенными наклонно к горизонтальной плоскости и размещенными по отношению друг к другу под углом F, определяемым соотношением
где I0 - осевая (максимальная) сила света источника, кд;
Н - высота установки светильника над освещаемой поверхностью, м;
L N - нормируемая освещенность, лк)1.
В конкретных случаях выполнения светильника при нормативной освещенности LN=10÷12 лк на границе зоны уличного освещения, удаленной от оптической оси светильника на 15÷18 м, и высоте светильника Н=10 м угол между плоскостями рефлектора составляет F=155±2°.
Отличием светильника также является то, что корпус и радиатор охлаждения светильника выполнены из алюминиевого сплава - силумина.
Кроме того, светильник отличается тем, что общая площадь S поверхности корпуса и радиатора светильника определяется соотношением
где SN - нормируемая площадь для адекватного охлаждения одного светодиода заданной мощности;
m - количество светодиодов, смонтированных в корпусе светильника.
При этом отличием светильника является то, что блок питания, включающий выпрямитель и стабилизатор тока, выполнен в виде отдельного герметичного блока, который жестко соединен с корпусом светильника.
Светопроницаемая крышка светильника выполнена из ударопрочного поликарбоната.
Светильник также отличается тем, что узел крепления корпуса выполнен с возможностью жесткого крепления корпуса, например, хомутами или болтами, к опоре, в качестве которой используется консоль (оголовок) столба освещения или потолочное крепление.
На фиг.1 представлена общая конструктивная схема светильника (вид сверху, вид снизу), фиг.2 и 3 конкретизируют конструкцию светильника, на фиг.4 представлен чертеж корпуса светильника (вид сверху, вид снизу), на фиг.5 приведены виды сбоку, спереди и сзади и разрезы устройства.
Светильник серии «ЧЭК» (фиг.2, 3) включает корпус 1, рефлектор 2, блок 3 питания, светодиоды 4, радиатор 5, светопроницаемую крышку 6, узел 7 крепления к опоре 8. Рефлектор 2 образован двумя плоскостями 9 и 10, размещенными под углом F (в частном случае F=155°, фиг.5).
Работа светильника осуществляется следующим образом.
При подключении электрического разъема корпуса 1 светильника (на фиг. не показан) к контактам внешней электросети, размещенным в опоре 8, напряжение подается на блок 3 питания и с его выхода на подключенные к нему светодиоды 4, смонтированные на плоскостях 9 и 10, образующих рефлектор 2. Плоскости 9 и 10 рефлектора 2 расположены наклонно к горизонтальной плоскости и размещены по отношению друг к другу под углом F, определяемым соотношением (1). Такая конструкция рефлектора 2 (в отличие от рефлектора - горизонтальной пластины, используемого в прототипе [1] и аналогах [2-4]) позволяет обеспечить заданные (нормативные) значения освещенности во всей зоне освещения светильника, в том числе на границах зон освещения, без увеличения количества светодиодов и без увеличения энергопотребления). Расчеты, подтвержденные промышленными испытаниями, показывают, что световой поток светильника серии «ЧЭК» распространяется равномерно внутри диаграммы направленности излучения, обеспечивая заданную освещенность. Так, при угле между плоскостями 9 и 10 рефлектора 2, равном F=155±2°, в светильнике с количеством СИД)3, равном 22, с общей потребляемой мощностью 65-70 ВТ и при высоте установки светильника Н=10 м, на границе зоны уличного освещения, удаленной от оптической оси светильника на 15÷18 м, обеспечивается освещенность LN=10÷12 лк, что соответствует требуемым нормативным значениям)4.
В процессе работы светильника светодиоды 4 выделяют тепло, которое отводится посредством корпуса 1 и радиатора 5, выполненных из теплопроводящего алюминиевого сплава-силумина. Эффективный отвод тепла от светодиодов 4 обеспечивается при выполнении условия (2) с учетом количества СИД 4 и их паспортной тепловой мощности)5.
Выполнение блока 3 питания в виде отдельного герметичного блока, жестко соединяемого (например, болтами) с корпусом, позволяет осуществлять его замену (или ремонт) без демонтажа корпуса 1 светильника. Светопроницаемая крышка 6 светильника, выполненная из ударопрочного поликарбоната, является надежной защитой светодиодов 4 от механических повреждений. Узел 7 крепления корпуса 1 выполнен с возможностью жесткого крепления корпуса 1, например, хомутами или болтами, к опоре 8, в качестве которой используется консоль (оголовок столба освещения или потолочное крепление).
Таким образом, из описания светильника и его работы следует, что за счет новой рациональной конструкции и совокупности характеристик)6 светильника достигается его назначение с указанным техническим результатом)7 , находящимся в причинно-следственной связи с признаками заявленного технического решения.
Производственные испытания светильников серии «ЧЭК», выпускаемых Новороссийским заводом светодиодных светильников ООО «Черноморская Энергетическая компания», проведенные в 2009-2010 гг. подтвердили приведенные выше характеристики и достоинства предлагаемого технического решения.
ПРИЛОЖЕНИЕ
(примечания к описанию)
1. Требования к светильникам для наружного освещения регламентируются СНиП 23-05-95 и ГОСТ 17677-82. Зависимость I0/H2(LN) соотношения (1) табулирована СНиП 23-05-95 (п.7.20) и может быть аппроксимирована линейной функцией, как и другие рабочие характеристики светодиодных приборов (см., например: Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высш. шк., 1991, с.160-163). Значение угла F(1) при конкретных значениях I0, H и заданного нормативного значения освещенности LN определяется диаграммой направленности излучения светильника и конструкцией рефлектора.
2. Согласно требованиям СНиП 23-05-95 для уличного освещения должны применяться светильники с полуширокой или широкой диаграммой направленности. Светильники серии «ЧЭК» соответствуют всем требованиям нормативных документов (см. примечание 1): оптимизированный световой поток светильника позволяет получить равномерное (бестеневое) освещение не только в зоне оптической оси светильника, но и на границах зоны освещения
3. В светильниках серии «ЧЭК» могут быть использованы, например, светодиоды CREE серии Lux (Корея) или другие. Базовый вариант «ЧЭК-С/01» светильников серии «ЧЭК» содержит 22 СИД, создавая световой поток 9500 лм и среднюю освещенность при высоте установки 10 м и шаге опор 35 м не менее 20 лк.
4. Основное назначение светильников серии «ЧЭК» - освещение автомагистралей, дорог, улиц и площадей. Светильники предложенной конструкции могут применяться для освещения автостоянок и автозаправок, мостов, тоннелей, железнодорожных платформ, аэропортов, а также производственных помещений большого объема, требующих оптимизации энергозатрат и сокращения эксплуатационных расходов при различных температурах окружающей среды.
5. Как правило, технические условия производителя СИД рекомендуют условия технической эксплуатации СИД, в том числе - диапазон температуры окружающего воздуха с приведением значений паспортной рассеиваемой тепловой мощности СИД (или секций СИД), а для поддержания рабочей температуры СИД необходимо соответствие паспортной рассеиваемой тепловой мощности характеристикам рассеивания тепла корпусом и радиатором светильника. Выражение (2) определяет условие соответствия общей площади поверхности корпуса и радиатора светильника суммарной паспортной тепловой мощности секций СИД.
6. Основные технические характеристики уличных светодиодных светильников (базовый вариант «ЧЭК С/01):
| - потребляемая мощность, Вт | до 70 |
| - напряжение, В | 220±10 |
| - потребляемый ток, А | 0,4-0,6 |
| - световой поток на выходе, лм | 9500 |
| - использование светового потока, % | 100 |
| - угол раскрытия луча, град. | 155 |
- освещенность в центральной точке при
| высоте подвеса 10 м, лк не менее | 36 |
- средняя освещенность при высоте подвеса
| 10 м и шаге опор 35 м, лк не менее | 22 |
| - вес, кг не более | 5,0 |
| - габаритные упаковки, мм | 365×200×75 |
| - гарантийный срок, лет | 5 |
7. Дополнительный технический результат светильников серии «ЧЭК» обусловлен конструктивным совмещением корпуса и рефлектора и массо-габаритными характеристиками по сравнению с известными изделиями (см. [4]).
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 77022 U1, 10.10.2008 (прототип).
2. RU 2313199 С1, 20.12.2007 (аналог).
3. RU 88769 U1, 20.11.2009 (аналог).
4. Светодиодные уличные светильники. © 2009, ООО «Ледел»: http://www.ledel.ru (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. RU 77023 U1, 10.10.2008.
6. US 6045240, 04.04.2000.
7. RU 77024 U1, 10.10.2008.
8. RU 64321 U1, 27.06.2007.
9. RU 37180 U1, 10.04.2004.
1. Светодиодный светильник, включающий совмещенный с рефлектором корпус, внутри которого смонтированы подключенные к блоку питания платы с матрицами светодиодов, корпус с одной стороны снабжен радиатором охлаждения, с противоположной стороны корпуса установлена светопроницаемая крышка, при этом корпус имеет узел крепления к опоре и электрический разъем для подключения блока питания к контактам внешней электросети, размещенным в опоре, отличающийся тем, что рефлектор светильника для уличного освещения и освещения промышленных объектов образован двумя прямоугольными плоскостями, расположенными наклонно к горизонтальной плоскости и размещенными по отношению друг к другу под углом F, определяемым соотношением
F=F(I0, H, ln),
где I0 - осевая (максимальная) сила света источника, кд;
Н - высота установки светильника над освещаемой поверхностью, м;
ln - нормируемая освещенность, лк.
2. Светильник по п.1, отличающийся тем, что при нормативной освещенности l n=10÷12 лк на границе зоны уличного освещения, удаленной от оптической оси светильника на 15÷18 м, и высоте светильника Н=10 м угол между плоскостями рефлектора составляет F=(155±2)°.
3. Светильник по п.1, отличающийся тем, что корпус и радиатор охлаждения светильника выполнены из алюминиевого сплава - силумина.
4. Светильник по п.1, отличающийся тем, что общая площадь S поверхности корпуса и радиатора светильника определяется соотношением
,
где SN - нормируемая площадь для адекватного охлаждения одного светодиода заданной мощности;
m - количество светодиодов, смонтированных в корпусе светильника.
5. Светильник по п.1, отличающийся тем, что блок питания, включающий выпрямитель и стабилизатор тока, выполнен в виде отдельного герметичного блока, который жестко соединен с корпусом светильника.
6. Светильник по п.1, отличающийся тем, что светопроницаемая крышка выполнена из ударопрочного поликарбоната.
7. Светильник по п.1, отличающийся тем, что узел крепления корпуса выполнен с возможностью жесткого крепления корпуса, например, хомутами или болтами к опоре, в качестве которой используется консоль (оголовок) столба освещения или потолочное крепление.
