Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО СВЕТОДИОДНОГО ФИТОСВЕТИЛЬНИКА

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.