恶劣和危险场所的高流明照明装置组件和方法与流程

恶劣和危险场所的高流明照明装置组件和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年10月12日提交的美国临时专利申请序列号63/090,393的权益，该申请的公开内容据此全文以引用方式并入。


背景技术：

3.本公开的领域整体涉及高流明照明装置组件，并且更具体地涉及用于位于恶劣和/或危险环境中的高流明发光二极管(led)照明装置组件的组件和方法。
4.为了解决传统照明灯具中的白炽灯泡的缺点，非常期望led形式的更节能且更持久的照明源。这包括但不限于被专门设计用于需要在照明灯具运作中特别专注于热量管理的恶劣和/或危险环境中的照明灯具。此类照明灯具可包括组合运作的许多高输出led，并且可能因在危险场所使用而产生过高的温度。在危险场所中，必须管理照明灯具的峰值运作温度，以便使温度不超过预先确定的温度极限，该预先确定的温度极限可能导致该照明灯具成为周围环境中可燃元件的点燃源。此外，在危险或恶劣的工业环境(诸如，矿厂、炼油厂和石油化工厂)中，周围环境中存在气体、蒸气或粉尘或其他腐蚀性物质。在此类环境中，照明装置组件经受腐蚀，尤其是在各个部件之间的接头和连接件周围会经受腐蚀。
5.另外，热效应可能导致led照明随时间推移而变暗，以及led照明灯具的可靠性问题和可能的过早损坏。用于危险场所用途的常规高输出led照明灯具包括与散热器设备诸如铝散热器的直接热耦合，以便降低使用中的照明灯具的峰值运作温度并延长其预期寿命。然而，此类散热器往往会因不期望的经济成本而使照明灯具组件复杂化。
6.因此，为了使照明装置组件在危险和/或恶劣环境中安全且可靠地运作，常规高流明led照明装置组件庞大、笨重并且制造困难且昂贵。
附图说明
7.参考以下附图描述非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另外指明，否则类似的附图标记在各个附图中指代类似的部分。
8.图1a是已知照明装置组件的透视图。
9.图1b是图1a所示的照明装置组件的一部分的分解图。
10.图2a是示例性照明装置组件的透视图。
11.图2b是沿图2a中的线2b-2b截取的图2a所示的照明装置组件的横剖视图。
12.图3a是图2a所示的照明装置组件的示例性安装模块。
13.图3b是沿图3a中的线3b-3b截取的图3a所示的安装模块的横剖视图。
14.图4a是图2a所示的照明装置组件的示例性安装模块的另一个实施方案的透视图。
15.图4b是图4a所示的安装模块的底部透视图。
16.图4c是当从安装模块的铰接部观察时图4a所示的安装模块的另一个底部透视图。
17.图5a是示例性照明装置组件的示意图。
18.图5b是另一个示例性照明装置组件的示意图。
19.图5c是又一个示例性照明装置组件的示意图。
20.图6a是沿线2b-2b截取的图2a所示的照明装置组件的剖视图的示意图。
21.图6b是图6a所示的照明装置组件的安装模块。
22.图6c是安装模块的一部分的放大视图。
23.图7是制造图2a至图6c所示的照明装置组件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
24.为了最大程度地理解本文所述的发明构思，下面阐述了对现有技术的状态的一些讨论以及关于led照明灯具的某些问题和缺点，随后示出了克服本领域的此类问题和缺点的集成照明装置组件的示例性实施方案。
25.已经开发出用于多种类型的商业和工业环境的利用led的各种类型的照明灯具。更具体地，led照明灯具已被开发用于恶劣和危险环境中的照明事务，诸如被设计成防爆的。此类照明灯具被构造成抗震的和抗振动的，其中没有细丝或玻璃将断裂，在即时完全照明的情况下立即启动，没有由于开关循环引起的寿命缩短，并且处理成本降低。处理热量耗散需求或热管理是led照明灯具的问题所在。热量耗散是困难的，部分原因在于高亮度led照明灯具通常具有同时运作的彼此具有相对较小间距的多个led。在许多情况下，用于led模块安装和热量耗散的复杂结构被认为是必要的，并且所有这些结构都增加了灯具的复杂性和成本。
26.此外，一些已知的led灯具使用散热器，这些散热器被包括在灯具中并且被设计成为热量行进提供路径并从灯具移除热量，以确保更长的寿命、更好的流明输出和准确的色温。危险环境中的这些典型led照明灯具中的许多照明灯具是高亮度照明灯具，并且在使用中产生大量的热量。对led照明灯具的热量进行耗散通常利用由铝制成的散热器来实现，并且此类散热器包括在通常与led组件和led驱动器两者同样邻近的灯具中，以耗散所有部件的热量。这些铝散热器对于制造led照明灯具来说是昂贵的。通常，这些散热器堆叠在led组件和驱动器之间的灯具中。
27.在危险环境内运作的照明装置组件存在着因点燃周围气体或蒸汽粉尘、纤维或飞尘而导致爆炸的危险。这种危险环境可能仅在例如炼油厂、石油化工厂、粮仓、废水和/或处理设施以及其他工业设施中出现，其周围环境中产生有不稳定条件，增加了火灾或爆炸的风险。空气中的可燃气体、可燃蒸汽或可燃粉尘或其他可燃物质的偶尔或持续存在给这些设施的整体安全和可靠运作带来了重大隐患，包括但不限于照明灯具在预先确定的温度极限内的安全运作，该预先确定的温度极限如果被超过，则可能产生可能的火灾或爆炸的点火源。因此，根据爆炸或火灾风险的评估概率，已经颁布了许多关于在爆炸环境中的电气产品使用的标准，以提高在危险场所中的安全性。
28.例如，保险业实验室(underwriter’slaboratories，ul)标准ul 1203规定了危险场所用防爆防粉尘燃烧的电气设备的标准。电气设备制造商可获得ul认证，证明其符合适用于危险场所的评级标准，ul认证是制造商成功将产品推向北美市场或接受ul标准1203的任何其他市场的能力的一个重要方面。
29.美国国家电气规范(nec)通常按照级和段对危险场所进行分类。i级场所是其中可存在可燃蒸气和气体的那些场所。ii级场所是其中存在可燃粉尘的那些场所。iii级场所是
由于可点燃纤维或飞絮的存在而变得危险的那些场所。i级，1段涵盖了在正常操作条件下、在频繁维修或维护操作下可能存在可燃气体或蒸气的场所，或工艺设备的故障或错误操作也可能导致电气设备同时发生故障的场所。1段比例如2段存在更大的爆炸风险，在2段中，可燃气体或蒸汽通常在封闭系统中处理，限制在合适的外壳内，或者通常通过积极的机械通风来防止。
30.国际电工委员会(iec)同样将危险场所分类为i级，0区、1区或2区，其代表空气中承载有量足以产生爆炸性或可燃性混合物的可燃气体或蒸汽的场所。如iec的定义，i级，0区场所是指连续存在或长时间存在具有可点燃浓度的可燃气体或蒸气的场所。i级，1区场所是指由于维修或维护操作，或由于具有可点燃浓度的可燃气体或蒸汽的泄漏或可能释放导致的具有可点燃浓度的可燃气体或蒸汽可能存在的场所，或者是一个与i级，0区场所相邻的场所，具有可点燃浓度的蒸汽可从i级，0区场所传递而来。
31.尽管表述有所不同，然而在实际的危险环境评估中，iec的1区和nec的2段通常涵盖共同的场所。鉴于现代环境法规以及1段和0区应用的集中性质，安装在此类危险场所中的任何照明灯具必须相对于周围大气在安全温度下可靠地运作。因此，用于危险场所的常规led照明灯具比其他类型的照明灯具包括用于耗散热量的更大范围的散热器特征，并且散热器可能使照明灯具组件显著地复杂化并且还使危险场所led照明灯具的成本不期望地变高。
32.除了上面讨论的危险场所之外，所谓的恶劣场所还需要具体关注与其一起使用的照明灯具的设计。恶劣场所在大气环境中可能要求腐蚀性元件等，恶劣场所不一定是爆炸性的并且/或者恶劣场所经受通常不存在于非恶劣操作环境中的温度循环、压力循环、震动和/或机械振动力。当然，其中有利地采用led照明灯具的一些场所本质上既恶劣又危险，因此需要被设计成承受其他用途的典型照明特征无法承受的各种运作条件的重型灯具。
33.因此需要用于恶劣和/或危险环境的更简单、更可靠、更高性价比的led照明装置组件，这些led照明装置组件更简单且制造成本更低。
34.因此，本文所公开的组件和方法提供了高流明发光二极管(led)照明装置组件，其包括满足特定类型的恶劣和/或危险环境的需求的重型材料。本文所公开的led照明装置组件包括集成安装模块。方法方面将部分地显而易见并且部分地在以下描述中明确地讨论。
35.用于恶劣和危险场所用途的现有高流明led组件在尺寸和重量上非常庞大、制造和组装起来非常困难且昂贵，并且提供向某些封装尺寸的较高照明设备提供屏障的有限热性能。
36.图1a是已知的高流明led照明装置组件100。图1b是照明装置组件100的一部分的分解图。照明装置组件100被构造成具有相对较高的光通量，例如从大约13,000流明(lm)至大约25,000lm的光通量，并且被额定为在如上所述的恶劣和/或危险环境中运作。照明装置组件100是led照明装置组件，并且包括具有多个led(未示出)的led组件104。照明装置组件100包括其上安装有led组件104的底板105。照明装置组件100还包括驱动器覆盖件101、驱动器外壳106和散热器组件102。驱动器覆盖件101和驱动器外壳106用于容纳驱动器(未示出)，该驱动器提供电力以驱动led组件104的led。散热器组件102包括毂状部107和多个翅片组件108。为了组装散热器组件102，将翅片组件108滑入定位在毂状部107外部的狭槽110中。图1所示的照明装置组件100包括57个单独部件。除了需要将所有单独部件组装在一起
之外，照明装置组件100相对较庞大且笨重。例如，照明装置组件100具有38.1厘米(cm)(15英寸(in))的宽度112、32.36cm(12.74in)的高度114和20千克(kg)(44.57磅(lbs.))的重量。
37.在运作期间，led组件104快速变热。例如，led组件104可达到高达120℃的温度，尤其是当照明装置组件100在其中环境温度可高达55℃的危险环境中运作时。led组件104的该温度远高于驱动器的运作温度极限，例如80℃。如果驱动器和led组件104被放置成彼此接近，则该驱动器将过热并且将不能正常工作。因此，散热器组件102被放置在驱动器和led组件104之间，以在驱动器和led组件104之间提供间隔并且还耗散热量。
38.图2a和2b示出了被专门设计成满足恶劣和/或危险场所需要的示例性照明装置组件200。图2a是照明装置组件200的透视图。图2b是沿图2a中的线2b-2b截取的照明装置组件200的横剖视图。照明装置组件200被构造成具有高光通量，例如在大约17,000lm至大约25,000lm的范围内的光通量，并且被额定为在如上所述的恶劣和/或危险环境中运作，其中照明装置组件200被设计成在这种环境中安全且可靠地运作。
39.在示例性实施方案中，照明装置组件200包括驱动器覆盖件202、安装模块204和led组件104。驱动器覆盖件202可与图1a所示的驱动器覆盖件101相同。驱动器覆盖件202覆盖驱动器203，该驱动器用于驱动led组件104并向其提供电力。led组件104包括用于提供期望光通量的多个led。安装模块204被集成并制造为一个单件，其中安装模块204将已知照明装置组件100的单独部件诸如驱动器外壳106、散热器组件102和底板105(图1b)集成为一个单件。
40.在运作中，驱动器覆盖件202安装在安装模块204的第一侧208上，并且led组件104安装在与安装模块204的第一侧208相对的第二侧210上。尽管照明装置组件100和200具有相当的光通量额定值，但与已知照明装置组件100相比，照明装置组件200具有大大减小的高度和重量。例如，图2a和2b所示的照明装置组件200具有17.1cm(7.73in)的高度114和10.6kg(23.4lbs.)的重量，具有38.1cm(16in)的类似宽度112。与已知照明装置组件100相比，照明装置组件200的重量减小50％并且高度减小30％。另外，即使具有比照明装置组件100小得多的高度和重量以及相当或更高的光通量额定值，照明装置组件200也满足典型恶劣和/或危险场所用途的热需求。
41.另外，因为安装模块204被制造为一个单件，所以照明装置组件200的组装也被简化。照明装置组件200中的接头和部件的数量也大大减少，从而提供刚度和可靠性增加的并且适用于恶劣和/或危险环境的照明装置组件200。
42.图3a至图3b示出了照明装置组件200的安装模块204。图3a是安装模块204的顶部透视图。图3b是沿图3a中的线3b-3b截取的安装模块204的横剖视图。在示例性实施方案中，安装模块204包括毂状部302和散热器组件303。
43.在所描绘的实施方案中，毂状部302包括底板306和壁308。壁308从底板306延伸。底板306可以是圆形的，或者可以是允许毂状部302如本文所述起作用的其他形状，诸如椭圆形或矩形。底板306和壁308限定腔309。毂状部302还包括从壁308的内部延伸的一个或多个支柱310。支柱310可在壁308的高度方向上沿壁308延伸。
44.在一个示例性实施方案中，散热器组件303包括多个翅片组件304。每个翅片组件304包括翅片基部312，该翅片基部具有第一端部314和与第一端部314相对的第二端部316。
翅片基部312在翅片基部312的第一端部314处从毂状部302径向延伸。翅片基部312可从壁308的外部延伸。翅片组件304还可包括在翅片基部312的第二端部316处从翅片基部312径向延伸的多个翅片318。在该构型中，翅片318不在翅片基部312处拥挤毂状部302，并且耗散凹坑320由翅片基部312和毂状部302形成。来自毂状部的热量通过耗散凹坑320耗散到空气，并且通过翅片基部312和翅片318进一步引导该热量远离毂状部302。多个翅片318从一个翅片基部312延伸的构型进一步增大了通过多个翅片318进行的热量耗散的面积。散热器组件303还可包括将翅片组件304分开的一个或多个翅片组件隔板322。翅片组件隔板322引导热量远离毂状部302并增大热量耗散的面积。
45.在一些实施方案中，安装模块204还包括定位在毂状部302上的铰接部324，以及用于接收紧固件211(图2b)如螺钉的一个或多个孔326。通过将驱动器覆盖件216联接到铰接部324并将紧固件211紧固到孔326中，将驱动器覆盖件216(图2b)联接到安装模块204。铰接部324、紧固件211和孔326是驱动器覆盖件216和安装模块204之间的示例性联接机构。也可使用允许照明装置组件200如本文所述起作用的其他联接机构。
46.安装模块204可通过铸造来制造。安装模块204可通过其他制造工艺诸如增材制造来制造。安装模块204可由铝诸如al8360构成，或者可由允许安装模块204如本文所述起作用的其他导热材料构成。
47.在运作中，单件式安装模块204用于安装led组件104和驱动器203，并且还通过安装模块204的散热器组件303将热量从led组件104和驱动器203耗散掉。
48.图4a至图4c示出了安装模块404的另一个实施方案。图4a是安装模块404的顶部透视图。图4b是安装模块404的底视图。图4c是从铰接部324观察的安装模块404的另一个底视图。与图3a和图3b所示的安装模块进行比较，安装模块404的散热器组件403不包括翅片组件304之间的翅片组件隔板322。
49.图5a至图5c是照明装置组件200-a、200-b和200-c的示意图。在照明装置组件200-a中，驱动器203安装在底板306上，而led组件104安装在底板306的相对侧上。在照明装置组件200-b、200-c中，驱动器203安装在驱动器板212上。通过将驱动器203安装到驱动器板212上而不是底板306上，相对于照明装置组件200-a而言，照明装置组件200-b、200-c的驱动器203的温度降低了例如5℃。不同于图5b所示的照明装置组件200-b，图5c所示的照明装置组件200-c的底板306包括其上安装有led组件104的突出部分502。与照明装置组件200-b相比，图5c所示的照明装置组件200-c的驱动器203的温度进一步降低，例如，在一些实施方案中降低了2℃。仅作为示例，两个驱动器203被示出为包括在照明装置组件200a、200-b和200-c中。照明装置组件200中可包括其他数量的驱动器203，这取决于驱动器203的尺寸和驱动led组件104所需的电力。
50.类似于图2b，图6a也是沿图2a中的线2b-2b截取的照明装置组件200的横剖视图。不同于图2b，图6a是示意图。图6b是照明装置组件200本身的安装模块204的横剖视图。图6c是底板306的桥接区段602的放大视图。
51.在示例性实施方案中，照明装置组件200还包括驱动器板212(图2b和图6a)。驱动器板212在安装模块204的第一侧208处安装在安装模块204上。在一个实施方案中，当驱动器板212安装在安装模块204上时，驱动器板212覆盖或至少部分地覆盖腔309。驱动器板212可通过联接到支柱310而安装在安装模块204上，例如，其中紧固件如螺钉被插入到支柱310
中并联接到该支柱。驱动器203可安装在驱动器板212上。驱动器203和led组件104之间的直接热链路被限制在支柱310上。在一些实施方案中，驱动器203定位在腔309中。因此，照明装置组件200的高度减小。此外，驱动器203和底板306之间的间隔214提供驱动器203和led组件104之间的热分离。此外，散热器组件303还将热量从驱动器203和led组件104耗散掉。因此，驱动器203和led组件104在不同温度下运作。在一些实施方案中，为了进一步降低驱动器203的温度，增加壁308的厚度604以有利于增加热量耗散。
52.在所描绘的实施方案中，安装模块204的底板306包括其上安装有led组件104的突出部分502。底板306还可包括在底板306的突出部分502和剩余区段606之间的桥接区段602。与突出部分502的厚度和剩余区段606的厚度相比，桥接区段602具有减小的厚度610，并且形成用于安装led组件的透镜609的凹槽608。透镜609由非导热材料诸如玻璃制成。桥接区段602的减小的厚度610减少了通过散热器组件303从led组件104传递到驱动器203的热量，从而进一步降低了驱动器203的温度。可调节桥接区段602的厚度610和壁308的厚度604之间的比率来使驱动器203达到期望的温度降低。在一些实施方案中，该比率为0.3至0.8，从而使驱动器203达到大约2℃的温度降低。
53.图7是制造照明装置组件的示例性方法700的流程图。方法700包括提供702集成安装模块，该集成安装模块被制造为单件并且包括第一侧和与该第一侧相对的第二侧。方法700还包括在安装模块的第一侧处将驱动器覆盖件安装704到该安装模块。方法700还包括在安装模块的第二侧处将led组件安装706到该安装模块。
54.用于恶劣和危险场所用途的上述高流明led照明装置组件比提供相当的照明的常规组件显著更小、更轻且更可靠，可以显著更低的成本制造和组装，并且提供有利于较小封装尺寸的较高照明设备的改善的热性能。
55.本文所述的系统和方法的至少一个技术效果包括：(a)用于驱动器和led组件的单件式安装模块；(b)驱动器和led组件之间的间隔，其允许驱动器和led组件在不同温度下运作；(c)包括减小厚度的突出区段和/或桥接区段以减少从led组件传递到安装模块的热量的底板；(d)包括散热器组件的单件式安装模块，以及(e)安装模块的改进的散热器组件。
56.现在认为已根据所公开的示例性实施方案充分示出了发明构思的有益效果和优点。
57.本发明公开了用于恶劣和危险环境的高流明led照明装置组件的一个实施方案。该照明装置组件包括集成安装模块，该集成安装模块被制造为单件并且包括第一侧和与该第一侧相对的第二侧。该照明装置组件还包括在该安装模块的该第二侧处联接到该安装模块的led组件，以及被构造成向该led组件提供电力的驱动器。该照明装置组件还包括驱动器覆盖件，该驱动器覆盖件的尺寸被设定成覆盖该驱动器并且该驱动器覆盖件在该安装模块的该第一侧处联接到该安装模块。该驱动器和该led组件能够在该危险环境的目标峰值温度极限内运作。
58.任选地，该照明装置组件还包括安装在该安装模块上的板，其中驱动器安装在该板上。该安装模块形成腔，并且该板至少部分地覆盖该腔。该安装模块还包括毂状部和散热器组件，该散热器组件包括从该毂状部径向向外延伸的多个翅片组件。该散热器组件还包括多个翅片组件隔板，该多个翅片组件隔板从毂状部延伸并且定位在该多个翅片组件之间。该翅片组件中的每个翅片组件包括多个翅片和翅片基部，该翅片基部具有第一端部和
与该第一端部相对的第二端部，该翅片基部在该翅片基部的第一端部处从毂状部径向延伸，并且该多个翅片在该翅片基部的第二端部处分支并在该翅片基部的第二端部处从该翅片基部径向延伸。该安装模块还包括具有底板的毂状部，该底板包括突出区段，该突出区段的厚度大于该底板的剩余区段，并且led组件安装到该突出区段上。该底板还包括桥接区段，该桥接区段的厚度小于突出区段的厚度和剩余区段的厚度，该桥接区段将该突出区段与该剩余区段连接并且形成凹槽，该凹槽的尺寸被设定成接收用于led组件的透镜。该毂状部还包括联接到底板的壁，并且桥接区段的厚度与该壁的厚度的比率在0.3至0.8的范围内。
59.本发明公开了用于制造用于恶劣和危险环境的高流明led照明装置组件的集成安装模块的一个实施方案。该安装模块包括形成腔的毂状部和散热器组件，该散热器组件包括从该毂状部径向延伸的多个翅片组件，其中该安装模块被制造为一个单件。
60.任选地，该安装模块包括第一侧和与该第一侧相对的第二侧，其中该安装模块被构造成在第一侧处联接到驱动器覆盖件并且被构造成在第二侧处联接到led组件。该安装模块还包括多个支柱，该多个支柱被构造成联接到板以至少部分地覆盖腔。该散热器组件还包括多个翅片组件隔板，该多个翅片组件隔板从毂状部延伸并且定位在该多个翅片组件之间。该翅片组件中的每个翅片组件包括多个翅片和翅片基部，该翅片基部具有第一端部和与该第一端部相对的第二端部，该翅片基部在该翅片基部的第一端部处从毂状部径向延伸，并且该多个翅片在该翅片基部的第二端部处分支并在该翅片基部的第二端部处从该翅片基部径向延伸。该毂状部还包括底板，该底板包括突出区段，该突出区段的厚度大于该底板的剩余区段的厚度。该底板还包括桥接区段，该桥接区段的厚度小于突出区段的厚度和剩余区段的厚度，该桥接区段将该突出区段与该剩余区段连接并且形成凹槽，该凹槽的尺寸被设定成接收用于led组件的透镜。该毂状部还包括联接到底板的壁，并且桥接区段的厚度与该壁的厚度的比率在0.3至0.8的范围内。
61.本发明公开了制造用于恶劣和危险环境的高流明led照明装置组件的方法的一个实施方案。该方法包括：提供集成安装模块，该集成安装模块被制造为单件并且包括第一侧和与该第一侧相对的第二侧；在第一侧处将驱动器覆盖件安装到该安装模块；以及在第二侧处将led组件安装到该安装模块。该驱动器和该led组件能够在该危险环境的目标峰值温度极限内运作。
62.任选地，该方法还包括将驱动器安装在板上，其中该驱动器被构造成向led组件提供电力；以及将该板安装在该安装模块上。该安装模块包括底板，该底板包括突出区段、剩余区段和连接该突出区段和该剩余区段的桥接区段。该突出区段的厚度大于桥接区段的厚度和剩余区段的厚度，该桥接区段的厚度小于该突出区段的厚度和该剩余区段的厚度，该桥接区段形成凹槽，该凹槽的尺寸被设定成接收用于led组件的透镜。该方法还包括在该凹槽处将透镜安装到该安装模块上。
63.虽然描述了部件、组件和系统的示例性实施方案，但部件、组件和系统的变型可以实现类似的优点和效果。具体地讲，在不脱离所描述的发明构思的情况下，部件和组件的形状和几何形状以及部件在组件中的相对位置可不同于所述和所描绘的那些。另外，在某些实施方案中，可省略所述组件中的某些部件，以适应特定类型的熔断器或特定安装的需要，同时仍提供熔断器所需的性能和功能。
64.该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例意图在权利要求书的范围内。