ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ЗОН
LIGHTING DEVICE FOR EXPLOSIVE AND FIRE HAZARDOUS AREAS

Область техники
Изобретение относится к освещению и подсветке, преимущественно (но не исключительно) к осветительным устройствам, предназначенным для применения во взрывопожароопасных пространствах.
Уровень техники
Во взрывопожароопасных зонах могут находиться, в различных концентрациях, воспламеняемые жидкости, газы, пары и пыль. Под воздействием тепла или даже относительно небольшой искры, достаточно легко возникающих при работе обычной осветительной аппаратуры или используемого в ней выключателя, могут произойти значительные разрушения в виде взрыва и других подобных явлений, в частности, на нефтеочистительном предприятии, шахте или фабрике, пространство которых может быть очень плотно заполнено опасными воспламеняемыми материалами, находящимися в ограниченном объеме атмосферы.
Соответственно, были разработаны различные тесты, стандарты и сертификаты соответствия, обеспечивающие подтверждение уровня защиты оборудования, используемого во взрывопожароопасных зонах. В сертификате может быть указан, например, тип и уровень защиты соответствующего оборудования. В частности, взрывозащищенные изделия могут иметь на своем сертификационном ярлыке, кроме других, более конкретных обозначений категории и класса, специальный идентификатор "Ех".
Чтобы удовлетворять различным требованиям, задаваемым этими стандартами, может оказаться необходимым снабдить оборудование, используемое в таких опасных условиях, оболочкой или корпусом для защиты от взрыва, а также использовать для данного оборудования, в числе других средств, связанных с техникой безопасности, компоненты, материалы и конструкции, не вызывающие искрения или вызывающие его только в очень незначительной степени.
Несмотря на очевидные достоинства известных осветительных устройств, предназначенных для применения во взрывопожароопасных ситуациях и часто предусматривающих, например, использование флуоресцентных ламп, остается возможность их улучшений в плане эффективности освещения, контролируемости подсветки и общего повышения безопасности светящейся структуры с учетом потенциально неустойчивого характера конкретного окружения места, выбранного для размещения осветительного устройства.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задача, на решение которой направлено изобретение, состоит, по меньшей мере, в смягчении одной или более из перечисленных проблем, присущих уровню техники.
Эта задача может быть решена посредством признаков, приведенных в независимом пункте формулы.
В одном из своих аспектов изобретение относится к осветительному устройству, выполненному согласно независимому п. 1 прилагаемой формулы. Согласно этому аспекту изобретения предлагаемое осветительное устройство, предназначенное для использования в условиях взрывопожароопасного окружения, содержит:
- по меньшей мере один, по существу, точечный источник света, такой как светодиод (СД), в возможном варианте множество таких источников, и
- корпусную конструкцию для указанного по меньшей мере одного источника света, образующую по меньшей мере трехбарьерную защитную капсулу, обеспечивающую герметизацию и изоляцию данного по меньшей мере одного источника света от окружающей среды, причем такая трехбарьерная защитная капсула по меньшей мере частично оптически прозрачна с обеспечением возможности распространения света на заданных длинах волн от источника в окружающее пространство.
Желаемое минимальное пропускание барьерной конструкции зависит от конкретного варианта изобретения. С учетом заданных длин волн оно может составлять по меньшей мере 50%, 60%, 70%, 80%, 85%, 90% или даже 95%. При этом данная конструкция может быть либо оптически прозрачной, с пропусканием, например, порядка 90% или более, либо просвечивающей, т.е. обеспечивающей существенное рассеивание света.
Трехбарьерная/трехслойная корпусная конструкция, герметизирующая источник (источники) света, может содержать, по существу, цилиндрический наружный (защитный) компонент. В альтернативном варианте предусмотрена возможность придать наружному компоненту какую-то другую форму, например с квадратным или прямоугольным поперечным сечением и/или удлиненную. В число прочих вариантов входят также сферическая или кубическая конфигурация. В общем случае форма данного компонента может быть как симметричной, так и ассиметричной.
Приведенные выше характеристики в равной мере применимы, в целом, также и к внутреннему компоненту, выполненному с возможностью установки внутри наружного компонента, т.е. заключенному в наружный компонент. Предусмотрена возможность оставить между ними зазор, заполненный воздухом, другими газами или вообще какой-то текучей средой, гелем или даже твердым материалом. Данный промежуточный материал выбран с возможностью выполнять заданные функции. Например, он может быть, по существу, оптически прозрачным, являясь в то же время электрическим изолятором. Наружный и внутренний компоненты могут иметь на одном или обоих концах общую опору.
По своей конструкции наружный и/или внутренний компоненты могут быть, по существу, цельными (монолитными). Такой компонент может быть полностью изготовлен, например, посредством формования. Тем не менее, у данного компонента могут быть специальные элементы или разрывы типа отверстий, до герметизации используемые для размещения внутри него других компонентов, таких как источники света, а также относящиеся к этим источникам элементы, в частности электрические проводники, управляющая электроника и другие подобные средства.
Например, для герметичного перекрывания торца (торцов) данного компонента могут быть использованы одно или несколько таких средств, как торцевой колпачок/торцевая крышка, выполненные из жесткого и/или эластичного материала и, в возможном варианте, снабженные электрическими проводными или стержневыми контактами для подведения тока к источнику (источникам) света. Колпачок (колпачки) можно выполнить общими или индивидуальными по отношению к нескольким основным компонентам, таким как упомянутые наружный и внутренний компоненты. Например, наружный компонент может быть снабжен одним или несколькими более жесткими (в частности пластиковыми) колпачками, в то время как у внутреннего компонента колпачок/колпачки может (могут) быть более эластичными.
Предусмотрена возможность выполнить наружный и/или внутренний компоненты так, чтобы по меньшей мере один из их материалов был выбран из группы, в которую входят стекло, керамика, пластик, полимер и материал, по существу, устойчивый к воздействию ультрафиолетового (УФ) излучения. В частности, материал поверхности и материал внутреннего слоя могут быть различными.
Наружный и/или внутренний компоненты могут содержать оптически функциональные средства, например выступающие или заглубленные рельефы и оптически функциональные наночастицы.
Кроме того, в корпусную конструкцию может входить оптически пропускающий центральный компонент, в возможном варианте изготовленный формованием. Он представляет собой "самую внутреннюю" область материала, слой, элемент или блок, расположенную (расположенный) во внутреннем компоненте, обеспечивая дополнительную инкапсуляцию источника (источников) света, т.е. третий барьер изоляции от окружающей среды. В перечень возможных материалов центрального компонента входят эластомер (в том числе на основе олефина), силикон, акрил, полиуретан и/или полимер. Данный материал может быть электрическим изолятором.
Центральный компонент может находиться в физическом контакте с установленным (установленными) источником (источниками) света и со вспомогательными элементами, такими как подложка/электронные средства, или быть прикрепленным к этим источникам и элементам. В возможном варианте центральный компонент может контактировать непосредственно с внутренним компонентом. Данные элементы, такие как подложка (например пленка, слой, монтажная панель) или другие поддерживающие средства, могут выполнять функцию терморегулирования, отводя тепло от источника (источников) света, т.е. действуя во внутреннем компоненте как радиатор, повышая, тем самым, долгосрочную надежность предлагаемого технического решения за счет уменьшения тепловых нагрузок, приводящих к ухудшению свойств источников света. Для указанной цели может быть использован соответствующий теплопроводный материал, например алюминий.
Эффективность изобретения повышается в зависимости от различных факторов, характерных для каждого его конкретного варианта. Предлагаемое осветительное устройство является достаточно прочным и практически не нуждается в сервисном обслуживании. Оно использует конструкцию, обеспечивающую наличие по меньшей мере тройного барьера, эффективно и надежно изолирующего источники света и относящиеся к ним электронные средства, сводя к минимуму вероятность образования искр или нагрева, инициирующих взрывы, возгорание, повреждение из-за воздействия влаги и другие подобные эффекты. Используемые барьерные компоненты и другие конструктивные элементы, например соответствующие крышки, могут быть тщательно герметизированы по отдельности.
Устройство пригодно для универсального применения, хотя оно и разрабатывалось для использования в окружающей среде вышеупомянутого типа "Ех". Такая среда обычно наблюдается в нефтяной и газовой промышленности, в шахтах, а также в других взрывопожароопасных зонах, где существует вероятность образования газовых атмосфер различного типа и радикальных изменений температуры. Наряду с отличными герметизирующими свойствами, устройство способно эффективно регулировать освещение, используя для этого внедренные в его внутренний объем и хорошо продуманные оптические средства, такие как поверхностные рельефы, например в виде решеток.
Остальные преимущества будут очевидны специалисту в этой области из дальнейшего подробного описания.
Выражение "множество" в данном контексте означает любое целое число, начинающееся с двух, например 2, 3, 4 и т.д.
Термины "первый" или "второй" не означают какого-либо порядка, количества или степени важности; а используются для того, чтобы отличить один элемент/компонент от другого.
Различные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
на фиг. 1 представлен вариант осветительного устройства, выполненного согласно изобретению, а
фиг. 2 иллюстрирует внутренний объем варианта по фиг. 1, показанного с удаленным наружным компонентом.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 проиллюстрирован, только в качестве примера, вариант осветительного устройства 102, которое выполнено согласно изобретению и которое может именоваться также "осветительным прибором" или "светильником". В правой части чертежа показано поперечное сечение этого устройства (обозначенное, как 110) плоскостью А-А. Устройство 102 содержит наружный компонент 7, в данном примере представляющий собой корпус в виде симметричной защитной трубки, которая, как вариант, может быть выполнена электропроводной, чтобы удовлетворять, в частности, критериям и требованиям использования в зоне "Ех".
Материал, образующий основу наружной трубки, может представлять собой, например, прозрачные стекло, керамику и/или полимер, на которые, в возможном варианте, нанесено специальное электропроводное покрытие. Желательно, чтобы применялись материалы, устойчивые к УФ излучению.
Оба торца защитной трубки 7 предпочтительно герметизированы. Как вариант, для этого используется торцевое закрывающее средство (такое как крышка или колпачок), в которое могут быть вмонтированы также электрические стержневые или проводные контакты 6, позволяющие подавать питание на установленные внутри корпуса управляющую электронику и источники света (в данном варианте выполненные в виде светодиодной ленты 4). После своего изготовления торцевая крышка может быть перманентно загерметизирована или установлена с возможностью удаления/установки с помощью соответствующих инструментов или без них, тем самым облегчая сервисное обслуживание внутренних компонентов светильника.
На фиг. 2 проиллюстрированы эти компоненты для варианта по фиг. 1, показанного на чертеже с удаленным трубчатым компонентом 7.
Внутри полого пространства, образованного наружным компонентом, расположен внутренний компонент 1, представляющий собой трубку или содержащий такую трубку. Ее можно выполнить, например, из прозрачного стекла, а также из керамики или пластика при условии их прозрачности. Материал 2 трубки может обладать присущими ему или специально приданными оптически функциональными характеристиками, используемыми для управления светом. Так, предусмотрена возможность снабдить его элементами оптического управления, такими как трехмерные рельефы, выполненные на внутренней/наружной поверхности и/или заглубленные во внутренний объем материала с целью решения таких задач по отношению к свету, как его ориентирование, коллимирование, рассеивание, окрашивание (например исходного белого света) и/или обеспечения в целом требуемого распределения света. Данные функциональные элементы можно выполнить полностью заодно с трубкой или разместить в непосредственной близости от нее, причем внутри нее или снаружи. Такие оптические элементы могут быть образованы преломляющими или дифракционными поверхностными рельефами, в частности элементами резонаторной оптики, содержащими, например, субмикронные или микронные профили. В другом варианте это могут быть средства, обеспечивающие объемное рассеивание. В добавление к этому или вместо таких средств внутренней трубки 1, в некоторых вариантах подобные характеристики может обеспечить наружный компонент 7.
Внутри трубки 1 находится по меньшей мере один источник света, выполненный, например, в виде одной или нескольких светодиодных лент 4. Могут использоваться, например, обычные или органические светодиоды. Альтернативно или в добавление к этому, могут быть использованы некоторые другие источники света, приемлемые в данном контексте. Цвет излучения, испускаемого источником или выводимого из устройства, обычно белый, но, в принципе, возможны любой цвет/любая длина волны, в том числе и в ИК диапазоне. Источник света можно снабдить соответствующей подложкой, управляющей электроникой и/или другими вспомогательными элементами, например полоской или слоем, применяемыми с целью охлаждения.
Источник 4 света предпочтительно полностью инкапсулирован и герметизирован в герметичном барьерном компоненте 3, который достаточно прозрачен, т.е. имеет достаточно высокое пропускание, соответствующее критерию, заданному применительно к конкретному варианту устройства. Посредством компонента 3 можно выполнять, в частности, настройку цвета и/или оптимизировать выведение света из источника 4. Для оптимизации выведения света и управления им совместно с выполнением герметизирующей и защитной функций опять-таки могут быть использованы соответствующие материалы и конфигурации (в возможном варианте рельефы). Конкретный перечень экранирующих материалов может содержать силикон, полиуретан, акрил, эластомер на основе олефина или полимер, т.е. материалы, позволяющие избежать коротких замыканий, искр и/или контактов с влагой. Материал может быть твердым или, например, гелеобразным. Во время изготовления осветительного устройства он может обладать способностью к формованию, экструдированию и/или отверждению.
Внутреннюю трубку 1 можно окончательно герметизировать, используя для этого торцевые крышки, например колпачки 5а, 5b, устанавливаемые перманентно или с возможностью удаления/установки с помощью соответствующих инструментов или без них. Предусмотрена возможность снабдить данные крышки, например, стержневыми или проводными контактами для подключения источника 4 света к внешнему источнику электрической энергии.
В зависимости от выбранного варианта, колпачки внутренней трубки 1 и наружной трубки 7, образующей наружный барьер, могут быть пригодными для различных однотипных устройств или индивидуализированными. Данные колпачки могут быть использованы для фиксации внутренней трубки 1 в требуемом положении внутри наружной трубки 7.