Арматура санитарно-техническая с блоком светоизлучающих элементов
Изобретение предназначено для подсветки воды, выходящей из санитарно-технической арматуры или поступающей в нее. Блок светоизлучающих элементов расположен в пространстве, окруженном кольцевым каналом для воды, с обеспечением подсвечивания воды расходящимся световым пучком изнутри. Блок содержит светоизлучающие элементы, генерирующие свет, окрашенный, по меньшей мере, в три основных цвета, и по меньшей мере один светоизлучающий элемент, генерирующий свет, окрашенный смешанным цветом, отличающимся от основных цветов. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства и создание подсветки высокой интенсивности и насыщенности. 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к санитарно-технической арматуре с блоком светоизлучающих элементов для подсветки воды, выходящей из санитарно-технической арматуры или поступающей в нее.
Подобная санитарно-техническая арматура известна из DE 20317375 U1. Описанная в этом документе санитарно-техническая арматура содержит в зоне выхода или входа воды источники света, окрашенного в разные цвета. При этом цвет устанавливается в зависимости от температуры воды. В более подробно описанном в этом документе примере источники света включают в себя три светодиода, генерирующих красный, синий и белый свет.
В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствования подобной санитарно-технической арматуры таким образом, чтобы эффект подсветки служил не только одной лишь передаче информации, но и вызывал приятные эмоции.
В санитарно-технической арматуре описанного выше рода эта задача решается за счет того, что блок светоизлучающих элементов расположен в пространстве, окруженном кольцевым каналом для воды, с обеспечением подсвечивания воды расходящимся световым пучком изнутри и содержит светоизлучающие элементы, генерирующие свет, окрашенный, по меньшей мере приблизительно, в три основных цвета, и по меньшей мере один светоизлучающий элемент, генерирующий свет, окрашенный смешанным цветом, отличающимся от основных цветов.
Технический результат, заключающийся в создании цветотерапевтического эффекта за счет осуществляемой изнутри подсветки водяной струи и усилении этого эффекта за счет использования светоизлучающего элемента, генерирующего свет, окрашенный смешанным цветом, отличающимся от основных цветов, достигается совокупностью признаков независимого пункта формулы изобретения, а в частных случаях осуществления изобретения - признаками зависимых пунктов формулы.
Термин "основной цвет" обозначает при этом некий набор цветов, которые при аддитивном смешении дают белый свет. В принципе, существует бесконечное множество наборов подобных основных цветов. Однако на практике особенно распространены основные цвета красный, зеленый и синий, поскольку ответственные за цветовосприятие чувствительные клетки сетчатки глаза человека реагируют на эти три основных цвета.
Было обнаружено, что, имея только три светоизлучающих элемента, генерирующих свет, окрашенный в три основных цвета (или очень близкие к ним цвета), можно создавать только цвета, находящиеся в пределах определенного цветового пространства. Если в случае основных цветов речь идет о красном, зеленом и синем, то изображаемые цвета ограничены красно-зелено-синим цветовым пространством. За счет добавления дополнительного цвета, возникающего в результате смешения основных цветов, изобретение позволяет создавать другие цвета с высокими насыщенностью и интенсивностью.
Цвета, создающие особенно приятные цветоощущения, например пастельные цвета, такие как мятно-зеленый или нежно-розовый, создаются тогда, когда этот дополнительный цвет является желтым. Такая санитарно-техническая арматура особенно хорошо подходит для применения в области оздоровительной терапии и цветотерапии.
Светоизлучающие элементы могут представлять собой, в принципе, любой вид источников света, способных создавать цветной (окрашенный) свет. Под термином "цветной свет" понимается свет, спектральный состав которого лежит в видимой области длин волн (примерно от 380 до 780 нм). В принципе, возможно также применение комбинации источника белого света, например низковольтной галогенной лампы, с цветным фильтром.
Однако особенно подходящими в качестве светоизлучающих элементов являются уже упомянутые светодиоды. В пользу применения светодиодов говорит, во-первых, то, что эти полупроводниковые элементы имеют очень высокий световой выход. Во-вторых, светодиоды настолько малы, что умещаются также внутри корпуса арматуры в непосредственной близости от впуска или выпуска воды. Таким образом, отпадает необходимость направлять генерируемый светоизлучающими элементами свет по световодам, например оптическим волокнам, в зону водовпускного или водовыпускного отверстия.
Поскольку даже светодиоды имеют определенные - хотя и сравнительно небольшие - тепловые потери, может быть целесообразным предусмотреть радиатор для светоизлучающих элементов, находящийся в непосредственном контакте с водой, проходящей через санитарно-техническую арматуру. Разумеется, применение такого радиатора может оказаться рациональным и в наиболее общем случае, т.е. также в случае использования менее четырех светоизлучающих элементов.
Для многочисленных вариантов применения достаточно предусмотреть для четырех цветов по одному светодиоду. Кроме того, существует возможность объединения четырех светоизлучающих элементов в одном многоцветном светодиоде. При этом речь идет о компактном конструктивном элементе, в котором четыре полупроводниковых источника излучения собраны на одном чипе.
Также на одной общей подложке может быть расположено в виде матрицы несколько многоцветных светодиодов. Такая система матричного типа обеспечивает высокую плотность света и, кроме того, позволяет распределить светоизлучающие элементы уже на подложке таким образом, что свет, исходящий от блока светоизлучающих элементов, смешан изначально.
Поскольку многие источники света, в частности также светодиоды, имеют относительно большие углы выхода света, может быть целесообразным по меньшей мере приблизительно коллимировать исходящий от светоизлучающих элементов свет с помощью дополнительных оптических элементов. Одна возможность этого состоит в расположении перед плоскостью выхода света каждого элемента оптического компонента с положительным преломлением, который фокусирует генерируемый этим элементом свет. Если в случае светоизлучающих элементов речь идет о нескольких светодиодах, эти оптические компоненты могут быть выполнены в виде собирательных линз, при необходимости с преломляющей поверхностью асферической формы. Напротив, при матричном расположении множества светоизлучающих элементов более выгодным решением может быть фокусирование света с помощью оптических компонентов, выполненных в виде микролинзовой матрицы, дифракционных структур, или же комбинацией тех и других.
В дополнение к этому решению или вместо него может быть предусмотрена собирательная линза, которая (дополнительно) фокусирует свет, генерируемый блоком светоизлучающих элементов.
Для настройки на желаемый цветовой эффект санитарно-техническая арматура может содержать управляющее устройство для регулирования цветности света, связанное со светоизлучающими элементами.
Для достижения лучшего смешения генерируемого светоизлучающими элементами света может быть предусмотрено рассеивающее устройство, которое может представлять собой, например, рассеивающее стекло неправильной формы или с целенаправленно структурированной поверхностью, причем в последнем случае не должен превышаться типичный размер структур 1 мм и предпочтительно 0,1 мм. Вместо дополнительного рассеивающего стекла такая поверхность может быть также создана на уже имеющихся оптических компонентах, например на поверхности собирательной линзы.
Другие особенности и преимущества изобретения приведены в нижеследующем описании примера его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - головка санитарно-технической арматуры в схематичном осевом разрезе;
на фиг.2 - увеличенный вид в перспективе источника света и оптического блока, вмонтированных в головку, показанную на фиг.1;
на фиг.3 - другой пример выполнения источника света и оптического блока в соответствии с фиг.2, в котором источник света содержит матричный блок многоцветных светодиодов;
на фиг.4 - отдельный многоцветный светодиод в составе источника света, показанного на фиг.3 в виде сверху.
На фиг.1 в схематичном осевом разрезе изображена головка 10 санитарно-технической арматуры, которая может быть стационарной частью водопроводной арматуры или может быть частью ручки (ручного приспособления). Санитарно-техническая арматура может представлять собой, например, арматуру (водоразборное устройство) для душа, умывальника или ванны. Головка 10 арматуры содержит корпус 11 и находящийся в нем излив 12 для смешанной воды, который известным образом соединен со смесителем (не показан). В свою очередь, смеситель подключен к трубам горячего и холодного водоснабжения. Излив 12 для смешанной воды переходит в кольцевой канал 14, снабженный на торцевой стороне выпускными отверстиями 15.
В окруженном кольцевым каналом 14 пространстве размещены источник 16 света и оптический блок 18, изображенные на фиг.2 в перспективе и в увеличенном масштабе. Источник 16 света включает в себя расположенную на радиаторе 20 плату 22, на которой установлены четыре светодиода 24а, 24b, 24с, 24d. Светодиоды 24a-24d выполнены таким образом, чтобы светиться соответственно красным, зеленым, синим и желтым цветом. Радиатор 20 снабжен на периферии охлаждающими ребрами 25 и встроен в головку 10 арматуры таким образом, чтобы проходящая через излив 12 смешанная вода непосредственно омывала охлаждающие ребра 25. Поскольку радиатор 20 может нагреваться до температур около 70°С, значения температуры воды, характерные для санузлов, обеспечивают наличие определенного температурного градиента между радиатором 20 и омывающей его водой. Благодаря большой теплоемкости воды уже небольшого температурного градиента достаточно, чтобы достичь хорошего охлаждающего эффекта.
Оптический блок 18 включает в себя четыре собирательные линзы 26а, 26b, 26с, 26d, которые размещены в удерживающей пластине 28 и имеют плоскую входную и асферически выпуклую выходную поверхности. Собирательные линзы 26a-26d расположены настолько близко к выходным окнам светодиодов 24a-24d, что излучаемый отдельным светодиодом 24а, 24b, 24 с или 24d свет практически полностью падает на плоскую входную поверхность соответствующей ему собирательной линзы 26а, 26b, 26с, 26d.
Оптический блок 18 содержит также плосковыпуклую конденсорную линзу 30, на плоской входной поверхности которой расположено рассеивающее стекло 32. Рассеивающее стекло может представлять собой, например, стекло с травленой, отпескоструенной или шлифованной поверхностью. Более сильное рассеяние достигается с помощью объемных рассеивающих стекол, находящих применение, например, в виде молочных стекол. Для достижения рассеивающего эффекта вместо отдельного рассеивающего стекла 32 плоская входная поверхность конденсорной линзы 30 может быть матирована или профилирована также непосредственно за счет съема материала, например травлением, пескоструйной обработкой, шлифованием или фрезерованием.
Со стороны выхода света оптический блок 18 закрывается защитным стеклом 34, закрепленным с возможностью замены на корпусе 11 головки 10 арматуры. Защитное стекло 34 снабжено снаружи покрытием 35, препятствующим образованию известкового налета. Таким образом, защитное стекло 34 очень легко очищается влажной тряпкой.
Плата 22 источника 16 света связана через силовой электронный блок 36 с управляющим устройством 38 головки 10 арматуры. Задачей устройства 38 управления является управление каждым из светодиодов 24a-24d в отдельности. Кроме того, управляющее устройство 38 воздействует на встроенный в излив 12 для смешанной воды электромагнитный клапан 40, с помощью которого можно регулировать расход смешанной воды.
Управляющее устройство 38 связано также с температурным датчиком 42 и проточным, т.е. срабатывающим на поток воды, выключателем 44, который вырабатывает коммутационный сигнал, как только смешанная вода потечет из излива 12 в кольцевой канал 14. Посредством фотодетектора 46 управляющее устройство 38 может определять яркость в помещении, в котором находится головка 10 арматуры. С пульта 48 управления можно управлять функционированием головки 10 арматуры и, при необходимости, также программировать ее. Для электропитания управляющее устройство 38 соединено с источником 50 напряжения, который может представлять собой, например, бытовую сеть переменного тока или аккумулятор. Управляющее устройство 38, в которое может быть встроен силовой электронный блок 36, фотодетектор 46 и пульт 48 управления могут быть пространственно удалены от остальных частей головки 10 арматуры, что показано штриховой линией 52. Такое пространственное разделение целесообразно, например, в случае, когда головка 10 арматуры вместе с ручкой образует душевую сетку.
Описанная выше с помощью фиг.1 и 2 головка 10 арматуры функционирует следующим образом.
Когда пользователь установил на пульте 48 управления требуемые расход и температуру воды, электромагнитный клапан 40 открывается, выпуская подготовленный смесителем (не показан) поток воды с заданными температурой и расходом. Смешанная вода, проходящая в обозначенном стрелками 54 направлении через электромагнитный клапан 40, приводит в действие проточный выключатель 44. Управляющее устройство 38 получает за счет этого информацию о том, что теперь вода будет вытекать из выпускных отверстий 15 головки 10 арматуры.
В первом режиме работы, который может быть установлен на пульте 48 управления, управляющее устройство 38 управляет светодиодами 24a-24d таким образом, чтобы генерируемый ими свет был окрашен соответственно температуре воды. При этом фактическая температура воды передается в управляющее устройство 38 температурным датчиком 42. Цвет подсветки может выбираться, например, таким образом, чтобы при холодной воде излучаемый свет был синим, при горячей - красным, а при тепловатой - белым. При этом требуемая окраска света достигается аддитивным смешением цветов света, генерируемого светодиодами 24a-24d.
С помощью фотодетектора 46 управляющее устройство 38 может определить, насколько ярким является окружающий свет. Чем ярче окружающий свет, тем выше должна быть интенсивность света, генерируемого светодиодами 24a-24d. Только тогда можно гарантировать, что свет, генерируемый источником 16 света, будет восприниматься пользователем.
Кроме того, светодиоды 24a-24d генерируют свет только в том случае, когда проточный выключатель 44 регистрирует движение воды в изливе 12. Это препятствует включению подсветки до того, как вода потечет из выпускных отверстий 15, и возникающих от этого слепящих эффектов, мешающих пользователю.
Генерируемые отдельными светодиодами 24a-24d световые пучки имеют непосредственно за выходным окнами светодиодов 24a-24d сначала угол выхода около 130°. Чтобы можно было использовать как можно большую часть выходящего света, асферические линзы 26a-26d собирают большую часть генерируемого светодиодами 24a-24d света и направляют его на рассеивающее стекло 32. Задача рассеивающего стекла 32 заключается в дополнительном смешивании световых пучков, генерируемых отдельными светодиодами 24a-24d. Рассеянный в рассеивающем стекле 32 свет дополнительно коллимируется последующей конденсорной линзой 30 и покидает головку 10 арматуры через защитное стекло 34 в виде расходящегося, однако в значительной степени однородного по цвету пучка. Этот пучок окружен цилиндрической струей выходящей смешанной воды и таким образом подсвечивает воду изнутри. На фиг.1 для отдельного, обозначенного штриховой стрелкой светового луча 56, идущего от генерирующего красный свет светодиода 24а, показано оптическое действие собирательной линзы 26а, рассеивающего стекла 32 и конденсорной линзы 30.
Выделяемая светодиодами 24a-24d теплота передается через плату 22 на радиатор 20, который находится в непосредственном тепловом контакте с корпусом 11 головки 10 арматуры. Таким образом эта теплота может отдаваться через радиатор 20 проходящей через головку 10 арматуры смешанной воде.
Во втором режиме работы, который может быть установлен на пульте 48 управления, пользователь может установить независимый от температуры воды цвет генерируемого светодиодами 24a-24d света. Выбор этого цвета может осуществляться разными методами. Например, цвет может устанавливаться непосредственно на пульте 48 управления с помощью соответствующих элементов управления. Далее рассматривается такой вариант, что цвет хранится в транспондерной карте, которая может взаимодействовать с приемопередающей головкой в блоке 48 управления. Хранящийся в транспондерной карте цвет может быть произвольно выбран, например, пользователем или задан цветотерапевтом. В дополнение к этому решению или вместо него возможна также настройка цвета в зависимости от времени суток, от времени года или от погоды.
Поскольку источник 16 света содержит не только три светодиода 24а, 24b, 24с для основных цветов: красного, зеленого и синего, но светодиод 24d, генерирующий желтый свет, путем аддитивного смешения также могут быть реализованы интенсивные, но, тем не менее, создающие приятные ощущения пастельные и кремовые цвета, например мятно-зеленый или нежно-розовый. Эти цвета, генерируемые с использованием желтой составляющей, не изменяются в направлении распространения света или изменяются лишь несущественно, поскольку небольшие колебания составляющих цвета, неизбежно возникающие в расходящемся световом пучке за счет расслоения, мало сказываются на смешанном цвете.
На фиг.3 изображен альтернативный вариант источника 16 света и оптического блока 18 в перспективном виде, соответствующем фиг.2. При этом одинаковые или соответствующие друг другу детали обозначены увеличенными на 100 ссылочными позициями.
На плате 122 установлено множество многоцветных светодиодов 124, расположенных матричным узором наподобие сотовой структуры. Как показано на фиг.4 в увеличенном виде сверху на отдельный многоцветный светодиод 124, каждый многоцветный светодиод 124 имеет шестиугольную форму и содержит четыре отдельных светоизлучающих элемента 1241-1244, которые могут светиться красным R, зеленым G, синим В и желтым Y цветами и которые расположены на одном общем чипе. Непосредственно на подложке 122 для каждого многоцветного светодиода 124 размещена плосковыпуклая пластмассовая линза 126, которая уменьшает угол выхода света, генерируемого элементами 1241-1244.
В изображенном на фиг.3 втором варианте дополнительно к собирательным линзам 126 предусмотрен матричный блок дифракционных структур 126', каждая из которых обладает действием асферической собирательной линзы. Вместо дифракционных структур 126' могут использоваться также комбинации структур с преломляющим и дифракционным эффектами. Также в этом примере проходящий через дифракционные структуры 126' свет попадает на рассеивающее стекло 132 и фокусируется конденсорной линзой 130, прежде чем он покинет головку 10 арматуры.
По сравнению с изображенным на фиг.1 и 2 примером применение расположенных в виде матрицы многоцветных светодиодов 124 и расположенных в виде матрицы дифракционных структур 126' имеет то преимущество, что для встраивания в головку 10 арматуры источника 16 света и оптического блока 18 в целом требуется монтажное пространство очень малой высоты. Этот аспект имеет особое значение в случае, когда головка 10 является частью арматуры (смесителя) для умывальника. В таких случаях монтажное пространство в головке большей частью ограничено настолько, что позволяет использовать лишь очень маленькие источники света высокой яркости.
1. Арматура санитарно-техническая с блоком светоизлучающих элементов (24a-24d; 1241-1244), подсвечивающих воду, выходящую из санитарно-технической арматуры или поступающую в нее, отличающаяся тем, что блок светоизлучающих элементов (24a-24d; 1241-1244) расположен в пространстве, окруженном кольцевым каналом (14) для воды, с обеспечением подсвечивания воды расходящимся световым пучком изнутри и содержит светоизлучающие элементы (24а-24с; 1241-1243), генерирующие свет, окрашенный по меньшей мере приблизительно в три основных цвета, и по меньшей мере один светоизлучающий элемент (24d; 1244), генерирующий свет, окрашенный смешанным цветом, отличающимся от основных цветов.
2. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что основными цветами являются красный, зеленый и синий.
3. Арматура по п.2, отличающаяся тем, что красный цвет определен длинами световых волн в интервале от 625 до 650 нм, зеленый цвет - длинами световых волн в интервале от 500 до 550 нм, а синий цвет - длинами световых волн в интервале от 455 до 485 нм.
4. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что смешанным цветом является желтый.
5. Арматура по п.4, отличающаяся тем, что смешанный цвет определен длинами световых волн в интервале от 570 до 590 нм.
6. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что светоизлучающие элементы представляют собой отдельные светодиоды (24a-24d; 124).
7. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что четыре светоизлучающих элемента (1241-1244), генерирующих разные цвета, собраны в одном многоцветном светодиоде (124).
8. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что блок светоизлучающих элементов содержит несколько комплектов из четырех светоизлучающих элементов (24a-24d) каждый, причем светоизлучающие элементы каждого комплекта генерируют свет, окрашенный в четыре разных цвета.
9. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что перед плоскостью выхода света от отдельного светоизлучающего элемента (24a-24d) или от подгруппы (124) светоизлучающих элементов (1241-1244) расположен оптический компонент (26a-26d; 126, 126') с положительным преломлением, фокусирующий свет, генерируемый этим светоизлучающим элементом или подгруппой светоизлучающих элементов.
10. Арматура по п.9, отличающаяся тем, что оптический компонент (126, 126') содержит структуры, обладающие как дифракционным, так и преломляющим эффектами.
11. Арматура по п.9 или 10, отличающаяся тем, что оптический компонент (26a-26d; 126') обладает действием асферической собирательной линзы.
12. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что она содержит рассеивающее устройство (32), которое рассеивает свет, генерируемый светоизлучающими элементами (24a-24d; 1241-1244).
13. Арматура по п.12, отличающаяся тем, что рассеивающее устройство (32) включает в себя поверхность со структурами, размеры которых составляют менее 1 мм.
14. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что она содержит собирательную линзу (30), фокусирующую свет, генерируемый всеми светоизлучающими элементами.
15. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что свет, генерируемый светоизлучающими элементами (24a-24d; 1241-1244), распространяется в арматуре без использования световодов.
16. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что она содержит управляющее устройство (38) для регулирования цветности света, связанное со светоизлучающими элементами (24a-24d; 1241-1244).
17. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что она содержит радиатор для светоизлучающих элементов (24a-24d; 1241-1244), находящийся в непосредственном контакте с проходящей через арматуру водой.
