所在位置: 首页> 技术文章> 其它>
文章详情

LED光源防爆灯散热问题的改进

日期:2024-03-29 21:55
浏览次数:1975
摘要:
LED光源防爆灯散热问题的改进
 
30WLED防爆灯,40WLED防爆灯,50WLED防爆灯,60WLED防爆灯,70WLED防爆灯,80WLED防爆灯,100WLED防爆灯,120WLED防爆灯,150WLED防爆灯
 

熊玉林:0577-62659611  138687630765

摘要:为了改进LED光源防爆灯散热问题,在灯体结构上设计了特殊散热结构,使LED光源温度不超过规定限值,提高LED光源防爆灯的使用寿命。
关键词:LED光源;光衰速度;光源温度;寿命

1 引言
LED光源是利用半导体芯片作为发光材料,封装在具有一定强度的透明材料中,LED(Lighy Emitting Diode)俗称“发光二极管”,被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫一红不同波长的光线(不同颜色的光),光的强弱与电流有关,LED为固体发光体,能**控制光型及发光角度,光色柔和,无眩光,具有耐震、耐冲击不易破碎特性,而且废弃物可以回收,没有污染。光源体积小,可以随意组合,轻便、超薄、微型、照明产品用作光源组件,便于安装和维护。
以LED光源制作成的灯具可用于爆炸性气体环境危险区域场所中,所以LED光源应用在防爆灯具上完全可以展示其独特一面。
LED光源防爆灯光源显色性好,启、闭没有延迟特性,反应速度快,可在高频操作,在有效照明期间可以做到免维护,平均寿命可达lO万小时,照明环境内无紫外线等辐射,同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯泡的八分之一,与荧光灯相比,节电75% 一80% ,与白炽灯相比,节电40% 一50%,白炽灯、卤钨灯光效为12—241m/W,荧光灯50—701m/W,钠灯90—1401m/W,LED光效可达到5O一2001m/W,而且光的显色性好、光谱窄,无需过滤可直接发出有色(不同基材)可见光,用于照明,正因如此,近几年被爆炸性气体环境危险区域场所的照明用户所青睐,LED光源防爆灯开始得到了应用。


2 LED光源防爆灯
LED大功率光源外形由于应用场合的需要,一般常见制作成长形(类似荧光灯管)和“密聚”形等,对于长形(类似荧光灯管)LED光源工作时,由于采用发光二极管整齐排列,相互有一定的间隔,工作中自身散热可以使发光体的温度不超过规定极限值。对于密聚形的发光体,由于发光体高度集中,半导体单晶片被封装透明有机物中,当电子经过该单晶片时,带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合,电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量越大,产生的光子的能量就越高。光子能量释放的本身会产生大量的热量,产生的热量必须散掉,否则将会影响次序光子的发光,增加光衰速度,降低光效。
LED光源防爆灯采用密聚形LED大功率光源,防爆灯壳体采用ZL102铸铝合金,由于在工作中LED光源不产生火花和电弧,可以制成防爆增安型灯具,“光源芯片”用导电膏贴附并用螺钉紧固在壳体上,导电膏贴附可使“光源芯片”与壳体接触更为良好,并可减小表面接触热阻,如图1所示。
LED光源防爆灯的灯体结构设计已对散热问题给予考虑,据笔者对目前的几种LED光源防爆灯的灯体结构观察和分析研究认为,防爆灯具采用LED大功率光源的壳体形式一般分为两种:
(1) 连体形:电源腔体与光源腔体联在一起的,如图2所示。
(2) 分体形:电源腔体与光源腔体不联在一起的,而是分开的,两个腔体之间只有电气联结关系,如图3所示。
以上两种壳体形式在LED大功率光源散热问题,取得一定的效果,尤其是铝合金壳体导热性好,但还不算解决散热问题的*好方法。通过对LED光源防爆灯铝合金壳体表面温度的测定结果表明:
电源腔体与光源腔体联在一起的壳体表面温度是80't2~90℃(环境温度28~C)(测定的部位是壳体散热部分);
电源腔体与光源腔体不联在一起的,而是分开的壳体表面温度是60~C~65℃(环境温度28~C)(测定的部位是壳体散热部分)。
从测得的壳体表面温度结果可以看出,电源壳体与光源壳体分开的灯具壳体表面温度,比电源壳体与光源壳体一体的灯具壳体表面温度低很多,据LED光源对温度要求,大功率LED光源的工作温度不超过60~(2,经验表明,若超过60~C,LED光源的光衰速度加快,因此发热问题已成为限制LED本身发展的瓶颈。
如何采取有效措施降低LED光源温度使光衰速度减慢,保证LED光源本能使用寿命,我们改进设计了LED光源防爆灯水循环散热壳体,使LED大功率光源散热问题得到进一步改进,实际应用效果很好。
 

3 壳体水循环散热原理
壳体材质采用ZL102铸铝合金,热量散失有三个途径:传导、辐射和对流。对于散热的前两种方式LED光源防爆灯已经具备了,唯独“对流”方式在任何灯具上都没有采用过。通过对现有防爆灯体结构的分析,我认为,灯体除了具有散热片散热外,在加上将灯体电源腔体与光源腔体制作成分体形,中间有一段空隙,空气流动也可以带走一部分热量使温度下降。就这样,我把水循环带走一部分热量的理论应用在防爆灯具上,设计了水循环散热壳体,经设计后的防爆灯壳体具备了传导、辐射、对流三种散热方式,如图4所示。
从图4可以看出,右图光源用导电膏及螺钉固定在光源壳体内,隔着腔体有大小两个水室,大水室和小水室以螺旋形势的 不锈钢管相通,由于两个水室都有一定量的水(不十分充满),小水室靠近光源腔,当光源腔中光源工作时,温度自然升高,升高的温度以上述的传导、辐射和对流方式进行散热,,其中光源温度升高,大小蓄水室水温都随之升高,但小水室距离光源腔较近,因此大小水室产生温差迫使小水室的水通过钢管水路流向大水室,水流动的同时就把其中的部分热量散掉,这样就使光源工作时的温度及时散掉一部分。
通过对LED光源防爆灯光源散热的改进,可以使LED光源在今后的各领域的应用得到拓展,虽然目前价格看起来不易接受,但从其节电环保等一系列优点看,还是值得推广应用,开发前景美好。

 


浙公网安备 33038202002862号