ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ СВЕТОВОЙ ПРИБОР НА СВЕТОДИОДАХ Российский патент 2005 года по МПК F21V25/12 F21S13/14 

Предлагаемое изобретение относится к светотехнике, в частности к защищенным и взрывозащищенным световым приборам на светодиодах, например к защищенным и взрывозащищенным светосигнальным огням кругового обзора на светодиодах, излучающим в красном, красно-оранжевом, синем и др. спектральных диапазонах, или к осветительным взрывозащищенным приборам, излучающим белый свет.

Взрывозащищенные световые приборы на светодиодах имеют высокую степень защиты от воздействия окружающей среды и предназначены для эксплуатации в открытом пространстве и в производственных или складских помещениях, в которых возможно возникновение взрывоопасных смесей газов, паров, пыли или волокон с воздухом, например для светоограждения промышленных труб атомных электростанций, нефтеперерабатывающих заводов, нефте- и газодобывающих платформ и т.п., а также для освещения пороховых складов, нефтеналивных судов, автозаправочных станций, подземных горных работ, цехов и участков производств со взрывоопасной атмосферой.

Защищенные световые приборы на светодиодах могут иметь также традиционное применение в качестве светосигнальных огней или осветительных приборов при эксплуатации в открытом пространстве и в помещениях с тяжелыми климатическими условиями окружающей среды.

Известен взрывозащищенный светильник (1), содержащий взрывонепроницаемую оболочку, включающую корпус, с установленной на нем взрывонепроницаемой вводной коробкой с клеммной колодкой, уплотненный в кольцевой оправке оптически прозрачный защитный колпак с размещенным внутри источником света, а также преобразовательная аппаратура для питания источника света, располагаемая вне оболочки светильника и вводной коробки. Последняя установлена на корпусе светильника через уплотнительную муфту с отверстиям для прохождения токоведущих проводов.

Недостатки аналога связаны с трудностями использования его в качестве светосигнального огня, генерируемого красное, синее и др. излучение, а также низкой долговечностью источника света, громоздкостью и высокой стоимостью корпуса, вводной коробки и преобразовательной аппаратуры для источника света.

Известен светосигнальный прибор на светодиодах (2), содержащий сопряженный с защитным колпаком корпус с опорным элементом и держателем в виде круглого диска, представляющего собой электроизоляционную печатную плату, ориентированную перпендикулярно оптической оси прибора, на которой распаяны светодиоды. Элементы преобразователя питающей сети размещены в корпусе прибора.

Светосигнальный прибор не обеспечивает требуемую взрывобезопасность, имеет низкую степень защиты от воздействия окружающей среды, неудовлетворительную механическую прочность.

Известен взрывозащищенный световой прибор на светодиодах (3), содержащий взрывозащищенную оболочку, включающую корпус и сопряженный с ним уплотненный в оправке оптически прозрачный защитный колпак с установленной внутри лампой на светодиодах с преобразователем питающей сети, а также установленную на корпусе взрывонепроницаемую вводную коробку с клеммной колодкой и уплотненной съемной крышкой, снабженную тупиковым или транзитным кабельными вводами для подключения к промышленной сети.

Недостатки прототипа обусловлены сложностью конструкции, требующей применения громоздкого корпуса с увеличенной толщиной стенок, выдерживающих разрушающее действие взрыва изнутри, защитного колпака с толщиной стенок 10-15 мм, имеющего потери светового потока 15-20%, удлиненного лабиринтового взрыв-канала, из-за больших балластных объемов внутри светильника и т.п.

Кроме того, выполнение лампы на светодиодах в едином конструктивном исполнении с преобразователем питающей сети снижает ее ресурс из-за того, что срок службы электронных элементов преобразователя в три-четыре раза ниже срока службы светодиодов (60-100 тыс.часов).

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, улучшение эксплуатационных, светотехнических параметров светового прибора.

Поставленная цель достигается тем, что взрывозащищенный световой прибор на светодиодах, содержащий оптический блок на светодиодах с токоведущими выводами, установленный внутри уплотненного в оправке оптически прозрачного защитного колпака, преобразователь питающей сети, подключенный элементами токоподвода к указанному блоку, и взрывонепроницаемую вводную коробку с уплотненной крышкой и тупиковым или транзитным кабельными вводами и клеммной колодкой для подключения прибора к промышленной сети, а также средства крепления прибора на объекте, указанный оптический блок на светодиодах имеет взрывобезопасное исполнение и установлен внутри защитного колпака на оправке в форме фланца со средствами крепления на сопряженной с ним крышкой взрывонепроницаемой вводной коробки, внутри которой размещен и подключен к вышеуказанному оптическому блоку элементами токоподвода через выполненные в крышке один или несколько каналов преобразователя питающей сети.

Цель достигается и тем, что взрывобезопасный оптический блок на светодиодах выполнен в виде одной, двух или большего количества электроизоляционных (печатных) плат с распаянными на них и защищенными электроизоляционным компаундом токоведущими выводами светодиодов, подключенных последовательными или параллельно-последовательными цепочками между собой и защищенными элементами токоподвода, выведенными через герметизированные каналы в установленной на фланце панели и в крышке вводной коробки на клеммную колодку и к преобразователю питающей сети.

Цель достигается также тем, что каждый светодиод или цепочка из нескольких последовательно подключенных светодиодов взрывобезопаоного оптического блока шунтированы стабилитронами, собранными по крайней мере на одной из плат указанного блока или на установленной на фланце электроизоляционной панели и защищены электроизоляционным компаундом.

Поставленная задача достигается и также тем, что оправка в форме фланца с собранными на нем защитным колпаком и взрывобезопасным оптическим блоком на светодиодах сопряжена и стянута средствами крепления через уплотнение с повторяющей форму фланца плоской крышкой взрывонепроницаемой вводной коробки.

Достижению цели способствует и то, что установленный внутри взрывонепроницаемой вводной коробки преобразователь питающей сети выполнен в виде съемного электронного блока с платой, залитой теплопроводящим электроизоляционным компаундом, например, типа "Номакон", и подключен к взрывобезопасному оптическому блоку на светодиодах и к промышленной сети на клеммной колодке.

Поставленная задача решается также тем, что взрывонепроницаемая вводная коробка снабжена взрыв-каналами, выполненными по уплотненному прокладкой резьбовому лабиринту в зоне сопряжения с ней тупикового и/или транзитного кабельного ввода.

Цель достигается и тем, что средства крепления прибора на объекте смонтированы непосредственно на взрывонепроницаемой вводной коробке.

Предпочтительный вариант исполнения устройства согласно предлагаемому изобретению показан на чертежах:

Фиг.1. Взрывозащищенный световой прибор на светодиодах, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг.2. То же, что и на фиг.1, вид сверху, частично в разрезе.

Показанный на фиг.1 и 2 взрывозащищенный световой прибор на светодиодах содержит взрывобезопасный оптический блок 1 на светодиодах 2, установленный внутри оптически прозрачного колпака 3 на оправке, имеющей форму фланца 4 со средствами крепления, например винтами 5, на сопряженной с ним крышке в взрывонепроницаемой вводной коробке 7. Внутри вводной коробки 7 на кронштейне 8 установлен электронный преобразователь 9 питающей сети, подключенный на безвинтовой клеммной колодке WAGO 10 элементами токоподвода 11 к размещенному вне коробки взрывобезопасному оптическому блоку 1. Элементы токоподвода 11 пропущены через герметизированный канал 12, выполненный в крышке 6, и установленную в нем проходную изоляционную втулку 13.

Взрывонепроницаемая вводная коробка 7 и сопряженная с ней через резиновое уплотнение 14 крышка 6 изготовлены из теплопроводного материала на основе алюминиевых сплавов, например из силумина, с толщиной стенок 4-7 мм, выдерживающих давление нагретых продуктов взрыва.

Вводная коробка 7 снабжена также винтом заземления и тупиковым кабельным вводом 15, а такав заглушкой 16, вместо которой может быть установлен аналогичный вводу 15 транзитный кабельный ввод (на фиг.не показано). Кабельные вводы служат для подключения к вводной коробке трехжильного токоведущего кабеля питающей сети.

Кабельный ввод 15 и заглушка 16 установлены через кольцевые резиновые уплотнения 17 по ответной резьбе в корпусе вводной коробки 7, выполняющей функции лабиринтового взрыв-канала 18. Зона соединения их с корпусом коробки 7 может быть дополнительно упрочнена гайками 19 и 20 (см. фиг.1 и 2 соответственно).

Суммарная длина резьбы взрыв-канала 18 (зона сопряжения тупикового или транзитного кабельного ввода о корпусом вводной коробки) определяется суммарной длиной резьбы в отверстии стенки вводной коробки и дополнительной гайки 19 или 20, выполненной из того же материала, что и коробка 7.

Оптический блок 1 на светодиодах 2 (может быть использована также лампа на светодиодах) имеет взрывобезопасное исполнение и содержит одну, две или большее количество электроизоляционных (печатных) плат 21, 22 и 23 с распаянными на них светодиодами 2.

Платы 21 и 22 выполнены круглыми или в форме правильных многоугольников и собраны аксиально на стягивающем их стержне 24, который располагается на продольной оси z блока 1. Указанные платы установлены параллельно между собой на расстоянии 8-15 мм друг от друга через кольцевую проставку 25.

Платы 23 выполнены в форме многоугольников и установлены на плате 22 в меридиональных плоскостях верхней полусферы, пересекающих стержень 24, с одинаковым угловым расстоянием друг от друга.

По периметру параллельных печатных плат 21 и 22 и на сторонах (ребрах), обращенных в верхнюю полусферу многоугольных печатных плат 23, распаяны светодиоды 2. Токоведущие выводы и места пайки (на фиг.не показано) светодиодов 2 на печатных платах защищены электроизоляционным компаундом, например теплопроводным электроизоляционным компаундом 26 типа "Номакон" или подходящим электроизоляционным лаком, исключающим образование искры при обрыве контакта в зоне пайки.

Светодиоды 2, распаянные токоведущими выводами на платах 21 и 22, а также на платах 23, подключены между собой последовательно или параллельно-последовательными цепочками, а также подключены к элементам токоподвода 11, выведенными от преобразователя 9 через клеммную колодку 10 (показано стрелкой "а" на фиг.2) на нижнюю печатную плату 21. Элементы токоподвода 11 проходят через изоляционную втулку 13, сопряженную с каналом в установленной на фланце 4 панели 27.

При параллельно-последовательном подключении светодиодов 2 взрывобезопасного оптического блока 1 элементы токоподвода к цепочкам светодиодов 2 от преобразователя питающей сети 9 могут быть выведены на нижнюю плату 21 через два или большее количество каналов (на фиг.не показано) в панели 27 оптического блока 1 и в крышке 6 вводной коробки 7.

Для обеспечения работоспособности оптического блока 1 при выходе из строя одного или нескольких светодиодов 2 каждый из них или цепочку последовательно подключенных светодиодов шунтируют стабилитронами 28 (или стабилитроном с последовательно подключенным балластным сопротивлением), которые собирают на по крайней мере одной из плат оптического блока 1 (преимущественно на нижней плате 21) или на установленной на фланце 4 электроизоляционной панели 27. Стабилитроны 28, балластные сопротивления и зоны пайки их к светодиодам защищают электроизоляционным компаундом 26.

Собранный и герметизированный в оправке в форме фланца 4 с защитным колпаком 3 взрывобезопасный оптический блок 1 на светодиодах сопряжен и стянут потайными винтами 5 через резиновое уплотнение 29 с повторяющей форму фланца 4 крышкой 6, установленной на петлях 30 на взрывонепроницаемой вводной коробке 7.

Снять оптический блок 1 с крышкой 6 и вскрыть тем самым взрывонепроницаемую вводную коробку 7 возможно только при отвинчивании винтов 5 с фигурными головками специальным потайным ключом.

Установленный внутри вводной коробки 7 электронный преобразователь 9 питающей сети выполнен в виде съемного электронного блока 9 с платой 31, залитого теплопроводящим электроизоляционным компаундом 32, например, типа "Номакон". Преобразователь 9 подключен к взрывобезопасному оптическому блоку 1 на светодиодах (показано стрелкой “δ" на фиг.2) и к промышленной сети на 4-х или 6-ти позиционной клеммной колодке 10, обеспечивая тем самым не только высокую надежность подключения его к промышленной сети, но и быструю замену преобразователя 9 при выходе его из строя.

Несмотря на герметичное исполнение вводной коробки 7, она снабжена взрыв-каналами 18, выполненными по резьбовому лабиринту в зоне сопряжения с ней тупикового 15 кабельного ввода и заглушки 16 или транзитного кабельного ввода соответственно. Каждый канал 18 с внешней стороны коробки 7 защищен кольцевым резиновым уплотнением 17 круглого сечения, обеспечивая герметичность коробки 7 в нормальных условиях эксплуатации и вытесняемый из зоны уплотнения канала 18 при возможном взрыве и повышенном давлении нагретых газов внутри вводной коробки 7, обеспечивая тем самым одновременно высокую степень защиты от воздействия окружающей среды и взрывозащиту вводной коробки 7 за счет кондуктивного охлаждения горячих газов при прохождении по резьбовому лабиринту 18.

Упрощение конструкции взрывозащищенного светового прибора позволяет смонтировать средства крепления его на объекте в виде уголка 33 (на фиг.2 показано) непосредственно на взрывонепроницаемой вводной коробке 7, обеспечивая возможность монтажа прибора на любые монтажные профили, на горизонтальную и вертикальную поверхности или на трубные консоли.

Работает взрывозащищенный световой прибор следующим образом.

При включении прибора в промышленную сеть переменного тока 220 В, 50-60 Гц электронный преобразователь 9 обеспечивает получение постоянного или пульсирующего тока (20-70 mA для светодиодов рассмотренного варианта оптического блока 1 при заданном напряжении на нем или на отдельной цепочке светодиодов. Генерируемое светодиодами оптическое излучение в выбранном диапазоне длин волн спектра (например, в красном - на длине волны ~630 нм) формирует требуемую кривую светораспределения с заданной силой света и равномерностью светораспределения в выбранных направлениях.

Низкие температуры на поверхности защитного колпака 3 и конструктивных элементах прибора (на фланце 4, вводной коробке 7), превышающие окружающую температуру не более чем на 15-20°, наличие требуемых взрыв-каналов, а также исключение возможных процессов искрообразования обеспечивают безопасность применения взрывозащищенного светового прибора во взрывоопасных зонах различных категорий и групп взрывоопасных смесей.

Преимущество предложенного устройства вытекает из существенного упрощения конструкции, исключающей применение громоздких корпусных узлов, защитных колпаков увеличенной толщины, удлиненных взрыв-каналов, изготовленных на большом диаметре сопрягаемых узлов. Это снижает монтажные и эксплуатационные затраты (за счет уменьшения массово-габаритных показателей, высокого срока службы светодиодов), повышает светотехнические параметры за счет снижения потерь в защитных колпаках и высокой светоотдачи светодиодов в выбранной области спектра.

Литература:

1. Авт. св. СССР № 1158820, кл. F 21 V 25/02, Опубл. Бюл. № 20, 30.05.85 г.

2. Пат. США 16227679, кл. F 21 S 13/14, Опубл. 03.05.2001 г.

3. Св. на пол. модель № 30926, кл. F 21 V 25/02, F 21 S 13/10, Опубл. Бюл. № 19, 10.07.2003 г.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к заградительным (красным, синим) или осветительным (белым) световым приборам, и предназначен для эксплуатации, преимущественно, в открытом пространстве или в помещениях, содержащих взрывоопасные смеси газов, паров, пыли или волокон с воздухом, в том числе для светоограждения промышленных труб, для освещения пороховых складов, нефтеналивных судов, шахт и т.п. Сущность: прибор содержит взрывобезопасный оптический блок (ВОБ) 1 на светодиодах 2, прозрачный колпак 3, преобразователь питающей сети (ППС) и взрывонепроницаемую вводную коробку (ВВК) 7 с откидывающейся крышкой. ВОБ установлен внутри колпака 3 на оправке, имеющей форму фланца 4. Средства крепления (винты) обеспечивают крепление ВОБ на повторяющей форму фланца 4 крышке 6 ВВК 7. Внутри ВВК размещен и подключен и подключен к ВОБ съемный преобразователь питающей сети. ВОБ выполнен в виде печатных плат. Токоведущие выводы светодиодов распаяны на печатных платах и защищены электроизоляционным компаундом. Каждый светодиод или группа светодиодов шунтированы стабилитронами 28. ВВК снабжена взрыв-каналами 18, выполненными по резьбовому соединению, уплотненному прокладкой. Технический результат: упрощение конструкции, улучшение эксплуатационных, светотехнических параметров светового прибора. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Взрывозащищенный световой прибор на светодиодах, содержащий оптический блок на светодиодах с токоведущими выводами, установленный внутри уплотненного в оправке оптически прозрачного защитного колпака, преобразователь питающей сети, подключенный элементами токоподвода к указанному блоку, и взрывонепроницаемую вводную коробку с уплотненной крышкой, тупиковым или транзитным кабельными вводами и установленной в указанной коробке клеммной колодкой для подключения прибора к промышленной сети, а также средства крепления прибора на объекте, отличающийся тем, что оптический блок на светодиодах имеет взрывобезопасное исполнение и установлен внутри защитного колпака на оправке в форме фланца со средствами крепления на сопряженной с ним крышке взрывонепроницаемой вводной коробки, внутри которой размещен и подключен к вышеуказанному оптическому блоку элементами токоподвода через выполненные в крышке один или несколько каналов преобразователь питающей сети.2. Взрывозащищенный световой прибор на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что взрывобезопасный оптический блок на светодиодах выполнен в виде одной, двух или большего количества электроизоляционных (печатных) плат с распаянными на них и защищенными электроизоляционным компаундом токоведущими выводами светодиодов, подключенных последовательно или параллельно-последовательными цепочками между собой и защищенными элементами токоподвода, выведенными через герметизированные каналы в установленной на фланце панели и в крышке вводной коробки на клеммную колодку и к преобразователю питающей сети.3. Взрывозащищенный световой прибор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждый светодиод или цепочка из нескольких последовательно подключенных светодиодов взрывобезопасного оптического блока шунтированы стабилитронами, собранными на, по крайней мере, одной из плат указанного блока или на установленной на фланце электроизоляционной панели и защищены электроизоляционным компаундом.4. Взрывозащищенный световой прибор по п.1, отличающийся тем, что оправка в форме фланца с собранными на ней защитным колпаком и взрывобезопасным оптическим блоком на светодиодах сопряжена и стянута средствами крепления через уплотнение с повторяющей форму фланца плоской крышкой взрывонепроницаемой вводной коробки.5. Взрывозащищенный световой прибор по п.1, отличающийся тем, что установленный внутри взрывонепроницаемой вводной коробки преобразователь питающей сети выполнен в виде съемного электронного блока с платой, залитой теплопроводящим электроизоляционным компаундом, например, типа “Номакон” и подключен к взрывобезопасному оптическому блоку на светодиодах и к промышленной сети на клеммной колодке.6. Взрывозащищенный световой прибор по п.1, отличающийся тем, что взрывонепроницаемая вводная коробка снабжена взрыв-каналами, выполненными по уплотненному прокладкой резьбовому лабиринту в зоне сопряжения с ней тупикового и/или транзитного кабельного ввода.7. Взрывозащищенный световой прибор по п.1, отличающийся тем, что средства крепления прибора на объекте смонтированы непосредственно на взрывонепроницаемой вводной коробке.