ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ СВЕТИЛЬНИК НА СВЕТОДИОДАХ
EXPLOSION-PROOF LIGHT-EMITTING DIODE LAMP

Изобретение относится к светотехнике, в частности к защищенным пылевлагонепроницаемым взрывозащищенным светильникам на светодиодах общепромышленного или военного применения, излучающим белый свет, в том числе на светодиодах фиолетового, синего или голубого излучения с преобразованием в белый свет с помощью одного или смеси люминофоров.
Взрывозащищенные светильники на светодиодах имеют высокую степень защиты от воздействия окружающей среды и предназначены для освещения объектов при эксплуатации в открытом пространстве и в производственных или складских помещениях, классифицируемых как взрывоопасные зоны по ГОСТ 51330.9-99, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, пыли или волокон с воздухом, например, на нефтеперерабатывающих заводах, нефте- и газодобывающих платформах, химических заводах и т.п., а также для освещения пороховых складов, нефтеналивных судов, машинных отделений кораблей и подводных лодок, ракетных шахт, бункеров и других участков.
Известен взрывозащищенный световой прибор на светодиодах /1/, содержащий компактный светодиодный излучатель взрывобезопасного исполнения, собранный внутри защитного колпака, установленного на крышке взрывонепроницаемой вводной коробки из теплопроводного материала, внутри которой размещен и подключен к указанному излучателю через изготовленные в крышке каналы преобразователь питающей сети, выполненный в виде съемного моноблока, залитого электроизоляционным теплопроводным компаундом.
Недостатки аналога связаны с трудностями применения мощных светодиодов, из-за отсутствия радиаторов охлаждения, что ограничивает возможности использования его для целей освещения.
Известен защищенный световой прибор на мощных светодиодах /2/, который имеет также взрывозащищенное исполнение, содержащий защищенную оболочку в виде корпуса из теплопроводного материала с оптически прозрачным защитным колпаком, с установленным внутри компактным светодиодным излучателем на мощных светодиодах, собранных в тепловом контакте на плоских лепестках, образующих полый многогранник-радиатор охлаждения, находящийся в тепловом контакте с одним или несколькими дополнительными радиаторами охлаждения, один из которых разделяет защищенную оболочку прибора на два изолированных между собой отсека. Один из них выполнен взрывонепроницаемым с установленными в нем средствами токоподвода и электронным преобразователем питающей сети, собранным на плате, залитой теплопроводным компаундом.
Недостатки аналога обусловлены трудностями повышения мощности за счет увеличения количества светодиодов без увеличения габаритов взрывонепроницаемого отсека, а также ухудшения условий теплообмена светодиодного излучателя.
Известен взрывобезопасный светодиодный светильник /3/, выполненный в металлическом корпусе с выходным отверстием, перекрытым прозрачным поликарбонатом с собранными в нем светодиодами и имеющем изолированный отсек, в котором установлен блок электропитания и управления, залитый электроизоляционным полимерным компаундом, и кабельный ввод для подключения светильника к питающей сети.
Недостатки прототипа вызваны отсутствием средств охлаждения светодиодов, что исключает возможность применения в светильнике увеличенного количества мощных светодиодов, из-за неудовлетворительного теплообмена их с окружающей средой, и, как следствие, низким световым потоком.
Целью предлагаемого изобретения является улучшение теплофизических и светотехнических параметров взрывозащищенного светильника на светодиодах повышенной мощности.
Поставленная цель достигается тем, что во взрывозащищенном светильнике на светодиодах, содержащем корпус из теплопроводного материала с первым отсеком, перекрытым оптически прозрачным защитным стеклом и установленным в нем на держателе плоским светодиодным излучателем, и вторым изолированным отсеком с электронным преобразователем питающей сети, подключенным к указанному излучателю средствами токоподвода, указанный первый отсек корпуса представляет собой щелевой отсек, образованный оптически прозрачным защитным стеклом и плоским держателем, по крайней мере частично оребренным с тыльной стороны, на лицевой стороне которого установлен в тепловом контакте с указанным держателем защищенный взрывобезопасный светодиодный излучатель в виде кластера со светодиодами, собранными в узлах прямоугольной координатной сетки на плате с алюминиевым основанием, а примыкающий к держателю в тыльной части корпуса второй изолированный отсек выполнен взрывонепроницаемым с тупиковым или транзитными кабельными вводами, сопрягаемыми с отсеком по защищенной резьбе, формирующей лабиринтовые взрыв-каналы, соединяющие его внутренний объем с окружающей средой.
Поставленная цель достигается также тем, что во втором изолированном отсеке установлена стационарно или съемная взрывонепроницаемая кассета с уплотненной крышкой и с собранными в кассете электродным преобразователем питающей сети и средствами токоподвода и выполненными в ней тупиковым или транзитными кабельными вводами, сопрягаемыми с крышкой кассеты по защищенной резьбе, формирующей взрыв-каналы.
Цель достигается и тем, что стационарная или съемная взрывонепроницаемая кассета с крышкой и/или изолированный взрывонепроницаемый отсек корпуса электрически соединены с первым отсеком через соосно выполненные в стенках отверстия, установленным по защищенной резьбе ниппелем с уплотненными в его осевом канале средствами подключения электронного преобразователя к кластеру со светодиодами.
Поставленная задача решается также тем, что собранный на плате электронный преобразователь питающей сети залит теплопроводным электроизоляционным компаундом и выполнен со встроенной безвинтовой клеммной колодкой, например, типа WAGO, подключенной к кластеру со светодиодами и к кабелю питающей сети.
В одном из вариантов исполнения взрывозащищенного светильника цель достигается и тем, что изолированный второй отсек корпуса выполнен взрывонепроницаемым в виде протяженного трубчатого канала, герметично перекрытого на противоположных концах крышками, с аксиально установленными на них тупиковым или транзитными кабельными вводами, сопрягаемыми по защищенной резьбе, формирующей лабиринтовые взрыв-каналы.
Цель достигается также тем, что защитное стекло первого отсека выполнено из оптически прозрачного полимерного материала, например, из поликарбоната в форме плоского, повторяющего рельеф кластера, элемента с куполами, индивидуально окружающими светодиоды излучателя, и герметично соединенного с держателем и/или кластером преимущественно на периферии по периметру одного из них.
Еще в одном из вариантов исполнения устройства поставленная задача решается также тем, что кластер светодиодного излучателя выполнен на светодиодах синего или голубого излучения, а защитное стекло покрыто слоем одного или смесью нескольких люминофоров, например, из иттрий-алюминиевого или гадолиний-алюминиевого гранатов или их смесей, активированных церием, диспергированных в связующем на основе, например, оптически прозрачного кремнийорганического компаунда, преобразующих излучение светодиодов в белый свет и рассеивающих его.
Наиболее предпочтительные варианты исполнения устройства по изобретению показаны на чертежах.
Фиг.1. Взрывозащищенный светильник на светодиодах со встроенной взрывонепроницаемой кассетой. Вид сбоку, частично в разрезе.
Фиг.2. То же, что и на фиг.1. Вид спереди /лицевая сторона/, частично в разрезе.
Фиг.3. То же, что и на фиг.1, с защитным стеклом из полимерного материала с куполами, индивидуально окружающими светодиоды. Вид сбоку, частично в разрезе.
Фиг.4. Взрывозащищенный светильник на светодиодах со взрывонепроницаемым трубчатым отсеком с крышками. Вид сбоку, частично в разрезе.
Показанный на фиг.1 и 2 взрывозащищенный светильник на светодиодах содержит корпус 1 из теплопроводного материала, преимущественно на основе алюминиевых сплавов, выполненный с двумя изолированными друг от друга отсеками 2 и 3.
Выходное отверстие корпуса 1 светильника перекрыто оптически прозрачным защитным стеклом 4, преимущественно термостойким отожженным силикатным стеклом или выполненным из полимерного материала, например, из поликарбоната, образующим с лицевой стороной плоского держателя 5 прямоугольной формы первый щелевой отсек 2.
На тыльной стороне плоского держателя 5 выполнены ребра 6 охлаждения, а на его лицевой стороне в щелевом отсеке 2 установлен в тепловом контакте электрически защищенный взрывобезопасный светодиодный излучатель в виде кластера 7 на плате с алюминиевым основанием /возможно применение другого теплопроводного материала/ со светодиодами 8, собранными /см. фиг.2/ в узлах прямоугольной координатной сетки.
Тепловой контакт кластера 7 с держателем 5 обеспечивается за счет равномерного стягивания их винтами 9.
Корпус 1 и держатель 5 с ребрами охлаждения выполнены в виде единой детали, изготовленной методом экструзии, обеспечивающей эффективную кондуктивно-конвективную теплопередачу от светодиодов 8 кластера в окружающую среду.
Примыкающий к держателю 5 в тыльной части корпуса второй изолированный отсек 3 выполнен протяженным, преимущественно прямоугольного сечения, и является взрывонепроницаемым с тупиковым 10 или транзитными кабельными вводами /при установке вместо заглушки 11 дополнительного кабельного ввода, аналогичного тупиковому вводу, не показано/.
Кабельный ввод 10 и заглушка 11 изготовлены из теплопроводного алюминиевого сплава и сопрягаются с крышкой 12 отсека 3 по защищенной кольцевым уплотнением 13 резьбе 14 и 15 /см. также фиг.4/, формирующей лабиринтовые взрыв-каналы, соединяющие внутренний объем отсека с окружающей средой. Длина каждого лабиринтового канала выбирается из условия обеспечения охлаждения струи газов /продуктов взрыва/, выходящей из отсека в окружающее пространство до заданной температуры, не превышающей температуру воспламенения газов, паров, пыли или волокон, смешанных с воздухом в окружающем светильник пространстве.
Кабельные вводы предназначены для уплотнения кабелей при подключении светильников к кабельным сетям. Транзитные кабельные вводы позволяют отказаться от дополнительной установки в сетях промежуточных взрывозащищенных разветвительных коробок в сетях группового подключения светильников.
Второй вариант исполнения взрывозащищенного светильника /см. фиг.3/ предусматривает выполнение защитного стекла корпуса из оптически прозрачного полимерного материала, например из поликарбоната, в форме плоского, повторяющего рельеф кластера 7 элемента 16 с куполами 17, индивидуально окружающими светодиоды 8 излучателя, и герметично соединенного с держателем 5 и/или кластером 7 преимущественно на периферии одного из них, с применением, например, клеящего материала типа эластосил 137-352 ТУ 6-02-1-037-91 или подходящего компаунда.
Таким образом, упрощается технология и повышается надежность герметизации отсека 2 корпуса светильника.
Еще в одном варианте исполнения взрывозащищенного светильника /см. фиг.1, 2 и 3/ внутри изолированного отсека 3 корпуса установлена скользящей посадкой с обеспечением теплового контакта со стенками отсека стационарно или съемная взрывонепроницаемая кассета 18, уплотненная через прокладку 19 крышкой 12.
Крышка 12 выполнена в виде коробки, сопрягаемой открытой частью с кассетой 18 или непосредственно с торцевой частью отсека 3 /или первого варианта исполнения, показанного на фиг.1/.
На боковых стенках крышки 12 выполнены тупиковый кабельный ввод 10 и заглушка 11, заменяемая при необходимости в условиях эксплуатации транзитным кабельным вводом, устанавливаемые по защищенной кольцевым уплотнением 14 резьбе, формирующей лабиринтовые взрыв-каналы.
Внутри отсека 3 /см. фиг.1/ или кассеты 18 с крышкой 12 /см. фиг.2 и 3/ собран электронный преобразователь 20 питающей сети со средствами токоподвода, включающими безвинтовую клеммную колодку 21, например, типа WAGO, токоведущие кабели 22 и винт заземления 23.
Клеммная колодка 21 может быть установлена на плате электронного преобразователя 20 /см. фиг.1/ в отсеке 3, в кассете 18 или на стенке крышки 12 указанной кассеты /см. фиг.2/.
Собранный на плате электронный преобразователь 20 питающей сети залит теплопроводным электроизоляционным компаундом, например, на основе керамико-полимерного теплопроводящего диэлектрического компаунда типа “Номакон” и выполнен со встроенной безвинтовой клеммной колодкой 21, подключенной к кластеру 7 со светодиодами средствами токоподвода.
Стационарная или съемная взрывонепроницаемая кассета 18 с крышкой 12 и/или изолированный отсек 3 корпуса взрывонепроницаемого исполнения /см. также фиг.3/ электрически соединены с первым отсеком 2 через соосно выполненные в стенках отверстия, установленным по защищенной резьбе ниппелем 24 с уплотненным в его осевом канале, например, с помощью ранее упомянутого клея эластосила, средствами подключения электронного преобразователя к кластеру 7 со светодиодами.
Ниппель 24 может быть выполнен в виде болта с осевым отверстием из алюминиевого сплава или из полиамида.
Еще в одном из вариантов исполнения взрывозащищенного светильника /см. фиг.4/ изолированный отсек корпуса выполнен взрывонепроницаемым в виде протяженного трубчатого канала 25 преимущественно прямоугольного сечения, герметично перекрытого на противоположных концах крышками 26 и 27 с аксиально установленными на них тупиковым 28 или транзитными кабельными вводами, сопрягаемыми по защищенной кольцевыми уплотнениями резьбе 29, формирующей лабиринтовые взрыв-каналы по ответной резьбе отсека корпуса.
Один из транзитных кабельных вводов может быть заменен заглушкой 30. Крышки 26 и 27 установлены непосредственно на торцах отсека, образующего трубчатый канал 25, через уплотнения 31 и стянуты болтами с указанным отсеком корпуса светильника.
Внутри взрывонепроницаемого трубчатого канала 25 установлен залитый компаундом моноблок электронного преобразователя 32 питающей сети со встроенной безвинтовой клеммной колодкой 33. Возможна установка также дополнительной клеммной колодки 34 для транзитного подключения светильника.
Преобразователь 32 подключен к кластеру 35 со светодиодами средствами токоподвода 36, уплотненными в осевом канале ниппеля 37, а также защищенными в зоне пайки на кластере компаундом и изоляционной накладкой 38.
3
5
12
3
5
12
Предложенные варианты конструкции взрывозащищенных светильников выполнены на мощных светодиодах /1-3 Вт/ белого свечения. Однако для снижения блесткости и обеспечения более комфортного освещения объектов, например в производственных цехах, возможно использование кластера 7 или 35 светодиодного излучателя на светодиодах синего или голубого излучения на длинах волн 450-470 нм с последующим изменением части спектра излучения с применением люминофоров, например, на основе иттрий-алюминиевого граната /YAlO:Ce/ или гадолиний-алюминиевого граната /GdAlO:Ce/, активированных церием, а преимущественно их смесей, позволяющих получать белое или тепло-белое излучение светодиодов в спектральном диапазоне 530-580 нм с высоким квантовым выходом люминесценции.
В этом случае /см. фиг.4/ внутреннюю поверхность защитного стекла 39 покрывают слоем 40 одного или смесью вышеупомянутых люминофоров в виде порошка, диспергированного в связующем на основе, например, оптически прозрачного кремнийорганического компаунда, преобразующего и смешивающего часть синего или голубого излучения светодиодов с излучением люминофоров и рассеивающего это излучение.
Для монтажа на объектах при эксплуатации все рассмотренные варианты светильников выполнены с поворотными или уголковыми подвесами.
Взрывозащищенные светильники согласно изобретению, например, на основе кластера с 36-ю светодиодами серии МХ-6 мощностью ~1 Вт фирмы CREE тепло-белого излучения обеспечивают световой поток не менее 3000 лм с углом рассеивания ~120° с цветовой температурой 3700-4300 К при потребляемой мощности ~50 Вт и массе не более 4 кг.
Светильники имеют существенно улучшенные светотехнические и теплофизические параметры при уменьшенных массогабаритных показателях, обеспечивают 4-5-кратную экономию потребляемой электрической энергии, значительно более высокий ресурс непрерывной работы по сравнению со взрывозащищенными светильниками на лампах накаливания и газоразрядных лампах.
Литература
1. Патент на ИЗ РФ №2251050, кл. F21V 25/12, приор. 17.12.2003 г.
2. Патент на ИЗ РФ №2392538, кл. F21V 13/14, приор. 21.11.2008 г.
3. Пол. модель РФ №101149, кл. F21V 15/00, приор. 30.08.2010 г.