УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ
UV LED IRRADIATOR

Изобретение относится к устройствам для отверждения полимерных материалов лучистой энергии, в частности, ультрафиолетовым (УФ) излучением и может быть использовано, в частности, при изготовлении изделий цилиндрической формы и при ремонте поврежденных участков трубопроводов.
Известно устройство для отверждения полимерных смол (см. АС СССР №580807, МПК B01J 19/08, Устройство для отверждения полимерного материала, автор Цыбин Б.П., опубликовано: 27.04.1997), содержащее корпус камеры для обработки материала, соединенный с системой подачи и отбора газа, установленные в нем источник излучения с оптическими средствами для направления светового потока и платформу для укладки изделия, снабженное смонтированными на нижней поверхности платформы блоком приема светового потока, а также несколькими расположенными равномерно по рабочей поверхности напротив приемников излучения дополнительными источниками излучения.
Известно устройство для отверждения вещества УФ-излучением (см. Патент РФ №2401703, МПК B05D 3/06, Способ отверждения вещества УФ-излучением и устройство для его осуществления, опубл. 20.10.2010 г.) содержащее источник УФ-излучения в виде линеек (рядов), последовательно соединенных УФ-светодиодов, радиатор для охлаждения УФ-светодиодов, расположенный на радиаторе датчик температуры, связанный с блоком управления УФ-светодиодами, систему оптической фокусировки, блок управления УФ-светодиодами, содержащий контроллер, силовые модули управления УФ-светодиодами, каждый из которых выполнен в виде импульсного управляемого стабилизатора тока, обеспечивающего подачу импульсов тока на соответствующую линейку УФ-светодиодов, при этом частота, величина тока и скважность импульсов тока устанавливается в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения.
Общим недостатком указанных выше известных устройств является формирование потока УФ-излучения в одном направлении и невозможность их применения для отверждения полимерного материала, расположенного на цилиндрической поверхности или изделий из полимерного материала, имеющих цилиндрическую форму.
Известно устройство (см. Патент РФ №2411044, МПК A61L 2/10, B05B 7/00 «Лазерная дезактивация поверхности профилированных деталей», авторы Тюрко Б. и Фишер М., опубл. 10.02.2011 г.), содержащая корпус, боковые стенки с отверстием для цилиндрических деталей, источник УФ-излучения, в качестве которого используются УФ-лазеры. Недостатками известного устройства являются большие габариты и повышенная опасность эксплуатации из-за использования УФ-лазеров и высоковольтных источников питания для них, а также невозможность осуществления ремонта участков трубопровода без нарушения целостности трубопроводной системы, поскольку известное устройство не позволяет осуществить охват дефектного участка трубопровода без демонтажа системы.
Известно устройство (см. Патент РФ №2070057, МПК A61L 2/10 «Устройство - для импульсной стерилизации медицинских инструментов», авторы Холмогоров В.Е., Новиков Д.И., Шалларь А.В. и др., опубл. 10.12.1996), содержащее цилиндрический корпус, боковые стенки с отверстием для установки цилиндрической трубы, источник УФ-излучения, источник питания с кабелем для питания УФ излучателя. Недостатком известного устройства также является повышенная опасность эксплуатации из-за использования специализированных источников питания для УФ-излучателей и невозможность облучения участков трубопровода без нарушения целостности трубопроводной системы.
Технический результат заключается в возможности облучения и отверждения изделий из полимерного материала, имеющих цилиндрическую форму, и полимерных материалов, расположенных на участках цилиндрических поверхностей, в том числе представляющих собой целостную неразмыкаемую (например, трубопроводную) систему, без демонтажа этой системы, а также в повышении безопасности эксплуатации в промышленных условиях.
Технический результат достигается тем, что известный ультрафиолетовый облучатель, содержащий цилиндрический корпус, боковые стенки с соосными отверстиями для размещения обрабатываемого цилиндрического изделия, источник ультрафиолетового излучения, разъемы для подключения кабеля от источника питания, разделен по плоскости, проходящей через ось вращения цилиндрического корпуса, на две зеркально симметричные части, соединенные между собой шарнирным (или петлевым) соединением по одной из линий разделения корпуса, при этом каждая часть содержит теплоотводящие пластины; отражатель; постоянные магниты и ручки-скобы, расположенные на обеих частях корпуса вдоль другой линии разделения; причем в качестве источника ультрафиолетового излучения используются последовательно соединенные ультрафиолетовые светодиоды, равномерно расположенные в виде рядов (линеек) на теплоотводящих пластинах, закрепленных по внутренней поверхности обеих частей корпуса, так, что светодиоды расположены равномерно по внутренней поверхности обеих частей корпуса; а отражатель в виде тонкого слоя материала с направленной на обрабатываемую деталь отражающей поверхностью и отверстиями для светодиодов прикреплен к теплоотводящим пластинам.
На чертеже показана фронтальная проекция ультрафиолетового светодиодного облучателя с источником питания и кабелем и его поперечный разрез.
Ультрафиолетовый светодиодный облучатель состоит из двух одинаковых (зеркально симметричных) частей - часть I и часть II. Каждая часть состоит из корпуса 1, боковых стенок 2, теплоотводящих пластин 3, светодиодов 4, отражателя 5. Обе части соединены шарнирным (или петлевым) соединением 6 и имеют постоянные магниты 7 и ручки 8. На боковых стенках ультрафиолетового светодиодного облучателя расположены разъемы 9, к которым от источника питания 10 подводится напряжение по кабелю 11.
Заметим, что разъемы для подключения кабеля источника питания рекомендуется располагать на боковых поверхностях ближе к шарнирному (или петлевому) соединению. В этом случае кабель питания будет меньше подвержен изгибу и разъемы не будут мешать раскрытию обоих частей ультрафиолетового светодиодного облучателя.
Для улучшения теплоотвода в корпусе ультрафиолетового светодиодного облучателя рекомендуется выполнить перфорацию в виде равномерно расположенных отверстий, не ухудшающих прочности корпуса.
Сущность изобретения поясним на примере ремонта участка трубопровода. Поврежденный участок трубопровода обматывают препрегом, то есть материалом, пропитанным полимерной смолой, быстрое отверждение которого происходит под действием ультрафиолетового облучения. Ультрафиолетовый светодиодный облучатель работает следующим образом. Раскрывают соединенные шарниром (петлей) 6 обе части ультрафиолетового светодиодного облучателя ручками 8, преодолевая силы магнитного сцепления постоянных магнитов 7, заводят в раскрытом состоянии на участок трубопровода таким образом, чтобы трубопровод разместился в отверстиях боковых стенок 2 ультрафиолетового светодиодного облучателя. Предварительно трубопровод в месте дефекта обматывают препрегом - материалом, пропитанным полимерной смолой. Затем обе части ультрафиолетового светодиодного облучателя смыкают, при этом они удерживаются постоянными магнитами 7. Включают источник питания 10, который подает напряжение через кабель 11 и разъемы 9 на светодиоды 4. Для уменьшения перегрева светодиоды закреплены на теплоотводящих пластинах 3, расположенных на внутренней поверхности корпуса 1. Отражатель 5 обеспечивает более равномерное распределение ультрафиолетового излучения по облучаемой поверхности. По окончании процесса первичного отверждения полимерной смолы, источник питания 10 выключают, ультрафиолетовый светодиодный облучатель раскрывают ручками 8 и снимают с трубопровода.
Соосные отверстия в боковых стенках обеспечивают расположение обрабатываемого цилиндрического изделия или участка трубопровода по оси ультрафиолетового светодиодного облучателя, так, что расстояние от каждого светодиода до ближайшей точки обрабатываемой поверхности изделия или трубопровода одинаково. Для обеспечения равномерного облучения препрега светодиоды выбирают с достаточно большим углом расхождения светового потока, а плотность размещения светодиодов (число светодиодов на единицу площади) на внутренней поверхности ультрафиолетового светодиодного облучателя выбирают, исходя из мощности оптического излучения светодиодов и необходимой плотности излучения на рабочей поверхности, которые в свою очередь определяются диаметром цилиндрического изделия (трубопровода), расстоянием от светодиодов до рабочей поверхности и свойствами полимерной смолы. Отражатель дополнительно выравнивает распределение плотности потока излучения по облучаемой поверхности.
Потребляемая мощность светодиодов намного меньше мощности потребления газоразрядных (кварцевых) ламп или лазеров, для питания которых необходимы габаритные источники питания с повышенным напряжением. Использование низковольтных источников питания для ультрафиолетовых светодиодных облучателей не только снижает массогабаритные параметры всей установки, но существенно повышает безопасность эксплуатации таких облучателей в производственных условиях.