CN218626755U - 一种可用于超低温介质环境中的照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可用于超低温介质环境中的照明系统，解决现有的照明系统在超低温介质环境下工作时，由于系统内部电子元器件的热量无法及时导出，从而导致照明系统无法长时间正常工作的技术问题。该照明系统包括保温装置和固定于保温装置内的照明装置；保温装置包括壳体，第一盖板、第二盖板及透窗；照明装置包括安装支架，设置在安装支架内部的照明单元、散热片及电源控制单元；安装支架的一端位于透窗内侧，且与壳体内壁连接，另一端与第二盖板连接；安装支架另一端的外端面上同轴开设有环形槽，环形槽内设有单向导热模块，单向导热模块一端与环形槽的槽底连接，另一端与第二盖板之间留有间隙。

Description

一种可用于超低温介质环境中的照明系统

技术领域

本实用新型涉及一种照明系统，具体涉及一种可用于超低温介质环境中的照明系统。

背景技术

现有照明系统标称的最低温度一般为-40℃，其正常使用的最低极限温度一般在-60℃～-50℃，最高极限温度为70℃，而使用温度受限于此的主要原因是照明系统内电子元器件的正常使用温度要求，若超过此温度范围后电子元器件的故障率将大大提高，从而导致照明系统无法正常工作。

现有技术条件下，电子元器件的使用温度通常无法适应超低温介质(如液氧、液氮等) 环境，而市场上也无相应配套的任何保护装置使其达到在极端环境下工作的目的。液氧的温度为-183℃，液氮为-196℃，由于它们的低温特性，会使与其接触的物质强度下降。现有照明系统除无法满足该环境的温度要求外，当在超低温环境下发生振动时，也会更容易导致照明系统的结构损坏。另外，由于液氧的强氧化性，这也要求所使用的材料与液氧无化学反应，同时也要与液氧有较好的相容性。

目前，通过在照明装置外包覆低导热系数的材料，来降低照明装置与液氧环境的热量传导，可以保证照明装置在短时间内正常工作。但由于照明过程中，需要将电能转换为光能，然而在转换的过程中，只有部分电能转换为光能，其余电能在发光及照明的过程中转换成了热能，另外照明系统中的电子元器件具有较高的发热功率，随着工作时间的增加，照明系统内部的温度随之不断升高，亦会导致照明系统在高温环境下无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型为解决现有的照明系统在超低温介质环境下工作时，由于系统内部电子元器件的热量无法及时导出，从而导致照明系统无法长时间正常工作的技术问题，而提供一种可用于超低温介质环境中的照明系统。

本实用新型提供的一种可用于超低温介质环境中的照明系统，其特殊之处在于：包括保温装置和固定于保温装置内的照明装置；

所述保温装置包括壳体，分别设智在壳体两端且与壳体连接的第一盖板和第二盖板；所述第一盖板上设有透窗，所述透窗嵌置于第一盖板和壳体之间；

所述照明装置包括安装支架，沿轴向依次设置在安装支架内部的照明单元、散热片及电源控制单元；

所述安装支架设置有照明单元的一端位于透窗内侧，且与壳体内壁连接，另一端与第二盖板连接；

所述照明单元包括安装板和安装在安装板上的LED发光二极管，安装板固定于安装支架内靠近透窗一侧；所述散热片固定于安装支架的内壁上，且与安装板内侧连接；所述电源控制单元固定于安装支架另一端的内端面，所述散热片上设有过线孔，LED发光二极管的电源线穿过所述过线孔与电源控制单元电连接；

所述安装支架连接第二盖板的另一端外端面上开设有环形槽，环形槽内设有单向导热模块，所述单向导热模块为导热形变层，所述导热形变层一端与环形槽的槽底连接，另一端与第二盖板之间留有间隙；所述安装支架和第二盖板上分别设有同轴的出线孔，所述出线孔用于电源控制单元连接线的穿出。

进一步地，所述散热片上设有多个导热块，导热块与照明单元安装板的内侧连接。

进一步地，所述导热形变层为蜂窝状孔洞结构的导热材料层，导热材料层的一端与环形槽的槽底连接，另一端与第二盖板之间留有间隙。

进一步地，所述导热形变层为热双金属片，所述热双金属片为弯曲的双金属片，其一端与环形槽的槽底连接，另一端与第二盖板之间留有间隙。

进一步地，所述安装支架与热双金属片接触的面上涂有导热硅脂，降低了安装支架与热双金属片之间的热阻，有利于热量的快速散出。

进一步地，所述壳体与安装支架连接处设有第一密封圈，第二盖板与安装支架连接处设有第二密封圈，以此提升系统整体的密封性。

进一步地，所述第一密封圈和第二密封圈为聚四氟乙烯隔热材质，此材质具有良好的液氧相容性、耐低温性能和导热性能。

进一步地，所述保温装置与照明装置之间形成的空腔填充聚氨酯或抽真空。

进一步地，第二盖板与安装支架之间的环形槽内抽真空。

进一步地，所述壳体与第一盖板、透窗及第二盖板之间均用金属材料密封，此方式克服了传统的橡胶密封在低温下的老化失效问题，提高了摄像系统的密封性能，确保电子元器件的工作环境不受影响。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型的照明系统，包括保温装置和照明装置，保温装置包括壳体，第一盖板、透窗和第二盖板；照明装置包括安装支架，设置在安装支架内部的照明单元、散热片及电源控制单元，安装支架设有照明单元的的一端位于透窗内侧，且与壳体内壁连接，另一端与第二盖板连接；安装支架另一端的外端面上同轴开设有环形槽，环形槽内设有单向导热模块，单向导热模块为导热形变层，导热形变层一端与环形槽的槽底连接，另一端与第二盖板之间留有间隙，当照明装置的温度在设定值以内时，可有效降低液氧环境与照明系统之间的热传导；当温度高于设定值时，导热形变层受热发现形变与第二盖板紧密接触，可快速将照明装置中的热量导出有效解决了照明系统在液氧、液氮等超低温、高压密闭环境下照明系统长时间工作的问题，同时也有效解决了照明系统在常温和瞬时高温环境下工作时，系统内部的热量无法及时导出，从而导致照明系统在常温和瞬时高温环境下无法长时间工作的技术问题，具有较高的使用价值。

2、本实用新型的照明系统，散热片上设有多个导热块，导热块与照明单元安装板的内侧连接，照明单元上的热量通过导热块传至散热片，再传至安装支架，可通过单向导热模块及第二盖板快速散出，散热效率大幅提升。

3、本实用新型的照明系统，导热形变层可为蜂窝状孔洞结构的导热材料层，也可为热双金属片，二者均可实现当照明装置内部温度低于设定值时，与保温装置断开连接，避免外部液氧环境与照明装置之间的热传导；当温度高于设定值时，可将照明装置内部的热量以及照明单元上的热量进一步传导至第二盖板，从而实现单向导热，同时，在安装座与热双金属片接触的面上涂有导热硅脂，可进一步提升热量的传递效率，保证照明系统正常工作。

4、本实用新型的照明系统中，保温装置与照明装置之间形成的空腔采用聚氨酯发泡材料填充，第二盖板与安装支架之间的环形槽内抽真空，以此形成绝热保温的内部结构，有效地解决了照明装置的耐低温问题和隔热问题，拓展了照明装置的使用环境温度。

附图说明

图1为本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统实施例中单向导热模块的局部放大图；

图3为本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统实施例中保温装置的结构示意图；

图4为本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统实施例中照明装置的结构示意图；

图5为本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统实施例中导热形变层为热双金属片的结构示意图；

附图标记如下：

1-保温装置，11-壳体，12-第一盖板，13-第二盖板，131-出线孔，14-透窗，15-第一密封圈，16-第二密封圈；2-照明装置，21-安装支架，211-环形槽，22-照明单元，221- 安装板，222-LED发光二极管，23-散热片，231-过线孔，232-导热块，24-电源控制单元； 3-单向导热模块，31-热双金属片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详述，附图采用简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实施例的目的，需要说明的是，本实用新型中所用的术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1和图5所示，本实施例提供了一种可用于超低温介质环境中的照明系统，包括保温装置1和固定于保温装置1内的照明装置2。

如图1、图3和图5所示，保温装置1包括壳体11，分别设在壳体11两端且与壳体 11连接的第一盖板12和第二盖板13；第一盖板12上设有透窗14，透窗14嵌置于第一盖板12和壳体11之间。第一盖板12可为圆环结构，也可为中空的薄块状结构，透窗14的形状不做限定，透窗14采用光学石英玻璃，其理化性能最为稳定，可进一步提高照明系统的工作稳定性。第一盖板12和第二盖板13分别与壳体11螺纹连接，也可直接选用密封插头分别与壳体11连接。壳体11与第一盖板12、透窗14及第二盖板13之间均用金属材料密封，本实施例对金属材料的具体材质不做限定，此方式克服了传统的橡胶密封在低温下容易老化失效问题，用金属材料密封将连接处密封，提高了系统的密封性和保温性能，本系统中所有接缝处均可用金属材料密封，以确保系统的保温性能。

如图1、图4和图5所示，照明装置2包括安装支架21，沿轴向依次设置在安装支架21内部的照明单元22、散热片23及电源控制单元24。安装支架21设置有照明单元22的一端位于透窗14内侧，且与壳体11内壁连接，另一端与第二盖板13连接。照明单元22 包括安装板221和安装在安装板221上的LED发光二极管222，安装板221固定于安装支架21内靠近透窗14一侧；散热片23固定于安装支架21的内壁上，且与安装板221内侧连接。本实施例中，散热片23上设有多个导热块232，导热块232与照明单元22的安装板221的内侧连接。

电源控制单元24固定于安装支架21另一端的内端面，散热片23上设有过线孔231，LED发光二极管222的电源线穿过过线孔231与电源控制单元24电连接。安装支架21连接第二盖板13的另一端外端面上开设有环形槽211，环形槽211内设有单向导热模块3，单向导热模块3为导热形变层，导热形变层一端与环形槽211的槽底连接，另一端与第二盖板13之间留有间隙；安装支架21和第二盖板13上分别设有同轴的出线孔131，出线孔 131用于电源控制单元24连接线的穿出。确保电源控制单元24的输出引线可以通过出线孔131与外接设备连通，从而确保系统的正常工作。

如图1和图2所示，导热形变层为蜂窝状孔洞结构的导热材料层，导热材料层的一端与环形槽211的槽底连接，另一端与第二盖板13之间留有间隙，用于在温度达到设定值时与第二盖板13的内壁接触，照明装置2内的热量通过热传导至安装支架21上，并在温度达到设定值时通过导热材料层传导至第二盖板13散热。本实施对导热材料层的具体材质不做限定，可依据本实用新型的工作原理实现单向导热即可。

如图5所示，导热形变层还可为热双金属片31，热双金属片31为弯曲的双金属片，其一端与环形槽211的槽底连接，二者可通过螺钉固定连接；另一端与第二盖板13之间留有间隙，用于在温度达到设定值时与第二盖板13的内壁接触，照明装置2内的热量通过热传导至安装支架21上，并在温度达到设定值时通过热双金属片31传导至第二盖板13 散热。安装支架21与热双金属片31接触的面上涂有导热硅脂。以此降低安装支架21与热双金属片31之间的热阻，使得安装支架21上的热量快速地传递至热双金属片31上，进而通过第二盖板13顺利散出。

如图1和图5所示，为了提高照明系统整体的密封性，壳体11与安装支架21连接处设有第一密封圈15，第二盖板13与安装支架21连接处设有第二密封圈16，第一密封圈 15和第二密封圈16为聚四氟乙烯隔热材质，此材质比热容大、热导率小，可显著降低液氧环境与照明系统的热传导。

为了适应低温环境，保温装置1与照明装置2之间形成的空腔填充聚氨酯或抽真空。第二盖板13与安装支架21之间的环形槽211内抽真空，真空状态下没有热传导，而填充的聚氨酯的导热系数极低，类似于抽真空，以此保证照明系统可在-190～-170℃的极端低温高压环境下正常工作。

本实施例中，壳体11、第一盖板12及第二盖板14选择隔热保温材料，一般选用低温环境下性能比较好的奥氏体不锈钢作为结构的主体材料，其具有比热容大、热导率小的特点。照明单元22结构材料一般选用铝合金，其具有比热容小、导热性能好的特点，同时也具有良好的液氧相容性、耐低温性能和导热性能。

结合图1至图5，本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统的工作原理是：当照明系统内部的温度升高时，照明装置2中照明单元22散发的热量传至散热片23，散热片23又将热量散至安装支架21上，电源控制单元24上发热电子元器件散发的热量也传至安装支架21上，当温度达到设定值时，导热形变层受热发生形变，并与第二盖板13 接触，进而将热量导出照明装置2外部。当温度降低到设定值以下时一般是60℃以下，导热形变层则恢复原始形态，与第二盖板13断开接触，以此实现了热量的单向传导，保证照明系统在正常的温度范围内工作。

本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统，可应用于液氧、液氮等环境中，其装配步骤如下：

(1)连接照明装置2与单向导热模块3，在此之前需先将照明单元22、散热片23及电源控制单元24沿轴向依次固定在安装支架21内，照明单元22的连接线穿过散热片23 上的过线孔231与电源控制单元24连接，接着将安装支架21与单向导热模块3固定连接，电源控制单元24的连接线通过出线孔131穿出。

(2)将照明装置2固定安装于保温装置1的壳体11内部，其连接方式为通过螺钉将壳体11与安装支架21的一端连接，二者连接处垫有第一密封圈15，第一密封圈15选用聚四氟乙烯隔热材质。

(3)对壳体11与照明装置2之间形成的空腔填充聚氨酯进行发泡处理。

(4)安装透窗14，将透窗14与壳体11固连，安装配合面采用金属材料密封。

(5)安装第一盖板12，第一盖板12与壳体11通过螺钉固接，第一盖板12和透窗 14的配合面采用金属材料密封。

(6)安装第二盖板13，第二盖板13与壳体11之间通过螺钉固连，安装配合面用金属材料密封；第二盖板13与安装支架21的另一端外侧面之间用第二密封圈16隔热，安装配合面用金属材料密封。

(7)安装完成后，第二盖板13与安装支架21之间的环形槽211内抽真空处理，即可完成照明系统的整体装配。

本实用新型一种可用于超低温介质环境中的照明系统所采用的材料均与液氧有较好的相容性，且结构强度可靠、工作稳定性较高。当照明系统内部温度低于60℃时，单向导热模块3与第二盖板13之间留有间隙，单向导热模块3为导热形变层，其有效降低了液氧环境与照明系统之间的热传导；当温度高于60℃时，导热形变层受热发现形变与第二盖板13紧密接触，可快速将照明装置2中散发的热量导出，从而实现单向导热。该结构的改进有效解决了照明系统在液氧、液氮等超低温、高压密闭环境下照明系统长时间工作的问题，同时也有效解决了照明系统在常温和瞬时高温环境下工作时，由于内部采用了隔热材料而导致的系统内部电子元器件的热量无法及时导出，从而导致照明系统在常温和瞬时高温环境下无法长时间工作的技术问题，具有较高的使用价值。

经测试，该照明系统使用效果可从其经历的高温和低温环境试验数据来说明。

环境试验条件为：

1、将照明系统置于温度箱内，温度箱内温度保持常温，照明系统开始加电工作，工作约30min后照明系统内部温度传感器示数为60℃，此后4h温度传感器示数一直在60℃附件波动；

2、将温度箱以20℃/min的温变速率升至100℃，保持5min后再以20℃/min的温变速率回至常温，照明系统内部温度传感器示数略有升高，但没有超过70℃，且温度上升有明显延迟；

3、将照明系统放入杜瓦中进行试验，开始加注液氮直至被浸没，2.5h后温度平衡于 -40℃。

该照明系统可工作于温度为-190～-170℃的低温液氧压力罐内部，满足压力罐内部 0.6Mpa的高压要求，也可工作于常温和瞬时高温环境。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：包括保温装置(1)和固定于保温装置(1)内的照明装置(2)；

所述保温装置(1)包括壳体(11)，分别设在壳体(11)两端且与壳体(11)连接的第一盖板(12)和第二盖板(13)；所述第一盖板(12)上设有透窗(14)，所述透窗(14)嵌置于第一盖板(12)和壳体(11)之间；

所述照明装置(2)包括安装支架(21)，沿轴向依次设置在安装支架(21)内部的照明单元(22)、散热片(23)及电源控制单元(24)；

所述安装支架(21)设置有照明单元(22)的一端位于透窗(14)内侧，且与壳体(11)内壁连接，另一端与第二盖板(13)连接；

所述照明单元(22)包括安装板(221)和安装在安装板(221)上的LED发光二极管(222)，安装板(221)固定于安装支架(21)内靠近透窗(14)一侧；所述散热片(23)固定于安装支架(21)的内壁上，且与安装板(221)内侧连接；所述电源控制单元(24)固定于安装支架(21)另一端的内端面，所述散热片(23)上设有过线孔(231)，LED发光二极管(222)的电源线穿过所述过线孔(231)与电源控制单元(24)电连接；

所述安装支架(21)连接第二盖板(13)的另一端外端面上开设有环形槽(211)，环形槽(211)内设有单向导热模块(3)，所述单向导热模块(3)为导热形变层，所述导热形变层一端与环形槽(211)的槽底连接，另一端与第二盖板(13)之间留有间隙；所述安装支架(21)和第二盖板(13)上分别设有同轴的出线孔(131)，所述出线孔(131)用于电源控制单元(24)连接线的穿出。

2.根据权利要求1所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述散热片(23)上设有多个导热块(232)，导热块(232)与照明单元(22)安装板(221)的内侧连接。

3.根据权利要求2所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述导热形变层为蜂窝状孔洞结构的导热材料层，导热材料层的一端与环形槽(211)的槽底连接，另一端与第二盖板(13)之间留有间隙。

4.根据权利要求2所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述导热形变层为热双金属片(31)，所述热双金属片(31)为弯曲的双金属片，其一端与环形槽(211)的槽底连接，另一端与第二盖板(13)之间留有间隙。

5.根据权利要求4所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述安装支架(21)与热双金属片(31)接触的面上涂有导热硅脂。

6.根据权利要求1-5任一所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述壳体(11)与安装支架(21)连接处设有第一密封圈(15)，第二盖板(13)与安装支架(21)连接处设有第二密封圈(16)。

7.根据权利要求6所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述第一密封圈(15)和第二密封圈(16)为聚四氟乙烯隔热材质。

8.根据权利要求7所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述保温装置(1)与照明装置(2)之间形成的空腔填充聚氨酯或抽真空。

9.根据权利要求8所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

第二盖板(13)与安装支架(21)之间的环形槽(211)内抽真空。

10.根据权利要求9所述的可用于超低温介质环境中的照明系统，其特征在于：

所述壳体(11)与第一盖板(12)、透窗(14)及第二盖板(13)之间均用金属材料密封。

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