ПРОЖЕКТОР

Полезная модель относится к световым приборам прожекторного типа, эксплуатация которых осуществляется преимущественно в условиях постоянного воздействия агрессивной внешней среды (пыль, повышенная влажность, соляной туман).
Основным направлением совершенствования приборов в области прожекторостроения является повышение световой мощности при одновременной их миниатюризации. Очевидно, что у прожекторов с высоким отношением мощности источника оптического излучения к объему, в котором источник работает, резко возрастает тепловая нагрузка на элементы светооптического блока излучателя прожектора и, следовательно, требуется его принудительное охлаждение. Следует также отметить, что условия эксплуатации мощных прожекторов в ряде случаев требует защиты элементов светооптического блока излучателя прожектора от воздействия агрессивной внешней среды, т.е. размещения излучателя в герметичном корпусе.
Системы принудительного охлаждения герметичных излучателей мощных прожекторов, которые получили наибольшее распространение, содержат блок принудительной циркуляции воздуха в пределах внутреннего пространства герметичного корпуса излучателя, причем теплообмен осуществляется исключительно через оребренные стенки герметичного корпуса излучателя. Так, известна конструкция излучателя прожектора, герметичный корпус которого снабжен внутренним оребрением [1]. В данной конструкции поверхность элементов светооптического блока излучателя и внутреннее оребрение его герметичного корпуса выполняет роль турболизаторов, позволяющих интенсифицировать процесс теплообмена за счет создания в потоке теплоносителя (воздух в объеме герметичного корпуса) вихревых структур при увеличении скорости циркуляции.
Однако такая конструкция излучателя прожектора имеет существенный недостаток, который заключается в опережающем росте гидравлического сопротивления по сравнению с ростом теплоотдачи для прожекторов с высоким отношением мощности источника оптического излучения к внутреннему объему корпуса излучателя, что приводит к необходимости использования блока циркуляции существенно большей мощности, а это в свою очередь ведет к увеличению весогабаритных показателей блока и излучателя в целом.
Известна конструкция прожектора, выбранная в качестве прототипа [2], содержащая герметичный излучатель и систему его принудительного охлаждения в составе воздухоохлаждаемого рекуператора, поверхность теплообмена которого вынесена за пределы герметичного корпуса излучателя, и блока принудительной циркуляции воздуха по всей длине теплообменного тракта в пределах внутреннего пространства герметичного корпуса излучателя прожектора и рекуператора. В данном случае рекуператор выполнен в виде стакана с оребренными снаружи и изнутри стенками и установлен со стороны выходного окна прожектора. Особенность указанной конструкции
состоит в том, что теплосъем с внешней поверхности (поверхности теплообмена) рекуператора осуществляется за счет естественной конвекции в атмосферный воздух и, следовательно, интенсификация охлаждения возможна только за счет увеличения поверхности теплообмена рекуператора, а это неминуемо приводит к ухудшению светооптических характеристик прожектора, т.к. рекуператор оказывается в зоне светового потока и частично его экранирует.
Таким образом, недостаток конструкции прожектора, выбранного в качестве прототипа, заключается в принципиальной невозможности создания работоспособного прожектора с компактным герметичным излучателем и мощным источником оптического излучения.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении эффективности охлаждения излучателя прожектора с высоким отношением мощности источника оптического излучения к объему, в котором он работает.
Как и прожектор, выбранный в качестве прототипа, заявляемый прожектор содержит герметичный излучатель с системой принудительного охлаждения излучателя в составе воздухоохлаждаемого рекуператора, поверхность теплообмена которого вынесена за пределы герметичного корпуса излучателя, и блока принудительной циркуляции воздуха по всей длине теплообменного тракта в пределах внутреннего пространства корпуса излучателя и рекуператора. Но, в отличии от прототипа, у заявляемого прожектора система охлаждения излучателя дополнительно снабжена блоком формирования направленного потока атмосферного воздуха, а поверхность теплообмена рекуператора выполнена в виде пучка металлических труб, установленных с зазором относительно друг друга поперек направленного потока атмосферного воздуха вне зоны выходного окна излучателя прожектора, причем каждая из труб снабжена поворотным коленом и параллельными трубчатыми частями.
На фиг.1 приведено схематичное изобретение варианта конкретного исполнения заявляемого прожектора.
Прожектор содержит излучатель, в герметичном корпусе 1 которого установлен светооптический блок 2 в составе источника не когерентного оптического излучения (короткодуговая ксеноновая лампа высокого давления) и светоформирующей оптической системы (на фиг. не показаны). Выходное окно 3 излучателя прожектора герметично перекрыто светопрозрачным элементом или инфракрасным светофильтром, или их комбинацией. Излучатель снабжен системой охлаждения в составе рекуператора, выполненного в данном конкретном случае в виде установленных с зазором относительно друг друга на тыльной стороне корпуса 1 излучателя тонкостенных металлических "U" - образных труб 4 (на фиг. показаны только две из них) и двух вентиляторов 5 и 6, подключенных к блоку питания и управления 7, причем вентилятор 5 установлен внутри корпуса 1 излучателя прожектора, а вентилятор 6 - снаружи в зоне размещения труб 4.
Прожектор работает следующим образом. При подаче на светооптический блок 2 управляющего сигнала с блока питания и управления 7 блок 2 формирует направленный поток некогерентного оптического излучения, который
через выходное окно 3 распространяется в окружающее пространство. При этом значительная часть потребляемой источником оптического излучения энергии рассеивается в виде тепла во внутреннем пространстве герметичного корпуса 1. По команде с блока 7 включаются вентиляторы 5 и 6. Вентилятор 5 осуществляет принудительную циркуляцию хладагента (воздуха) в замкнутой полости - полости корпуса 1 и сопряженной с ней полости рекуператора (внутри труб 4), причем поток циркулирующего воздуха 8 на части длины теплообменного тракта в пределах корпуса 1 имеет преимущественно нестационарный (турбулентный) характер, а в пределах труб 4 преимущественно стационарный (ламинарный) характер. Поток охлаждающего атмосферного воздуха 9 от вентилятора 6 омывает развитую поверхность рекуператора - наружную поверхность труб 4, обеспечивая принудительную конвекцию в атмосферный воздух. Циркуляция воздуха в пределах корпуса 1 приводит к уменьшению температуры основного тепловыделяющего элемента блока 2 за счет выравнивания температуры в объеме корпуса 1, а поперечное перемещение в пространстве хладагентов 8 и 9 в зоне размещения труб 4 приводит к существенной интенсификации конвекционного теплообмена. Следует отметить, что предлагаемая конструкция не вносит ограничений на величину теплообменной поверхности (по сравнению с прототипом) поскольку вынесена из зоны распространения светового потока.
В данном конкретном случае используются трубы из нержавеющей стали с наружным диаметром 2 мм, а зазор между ними составляет не менее 1,25 наружного диаметра трубы.
В качестве вентилятора 6 использован вентилятор нагнетательного типа, поскольку эффективность охлаждения в этом случае выше.
Апробирование предложенной конструкции прожектора показывает, что при использовании в составе светооптического блока лампы со средней электрической мощностью порядка 1000 Вт, тепловыделение с которой составляет порядка 700 Вт, температура в полости корпуса излучателя не превышает +80... +85°С даже при обдуве наружным воздухом с температурой +60°С.
Промышленная применимость заявляемого решения подтверждается возможностью его многократного воспроизведения в процессе производственного изготовления в условиях серийного производства с использованием стандартного оборудования, современных технологий и комплектации.
Литература:
1. а.с. СССР №844912; МПК: F 21 V 13/10.
2. а.с. СССР №1348606; МПК: F 21 V 29/00.