熊玉林：0577-62659611 138687630765
摘要：為了改進(jìn)LED光源防爆燈散熱問(wèn)題，在燈體結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了特殊散熱結(jié)構(gòu)，使LED光源溫度不超過(guò)規(guī)定限值，提高LED光源防爆燈的使用壽命。
關(guān)鍵詞：LED光源；光衰速度；光源溫度；壽命
1 引言
LED光源是利用半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，封裝在具有一定強(qiáng)度的透明材料中，LED(Lighy Emitting Diode)俗稱(chēng)“發(fā)光二極管”，被稱(chēng)為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫一紅不同波長(zhǎng)的光線(不同顏色的光)，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)，LED為固體發(fā)光體，能**控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無(wú)眩光，具有耐震、耐沖擊不易破碎特性，而且廢棄物可以回收，沒(méi)有污染。光源體積小，可以隨意組合，輕便、超薄、微型、照明產(chǎn)品用作光源組件，便于安裝和維護(hù)。
以LED光源制作成的燈具可用于爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域場(chǎng)所中，所以LED光源應(yīng)用在防爆燈具上完全可以展示其獨(dú)特一面。
LED光源防爆燈光源顯色性好，啟、閉沒(méi)有延遲特性，反應(yīng)速度快，可在高頻操作，在有效照明期間可以做到免維護(hù)，平均壽命可達(dá)lO萬(wàn)小時(shí)，照明環(huán)境內(nèi)無(wú)紫外線等輻射，同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，與熒光燈相比，節(jié)電75％ 一80％ ，與白熾燈相比，節(jié)電40％ 一50％，白熾燈、鹵鎢燈光效為12—241m／W，熒光燈50—701m／W，鈉燈90—1401m／W，LED光效可達(dá)到5O一2001m／W，而且光的顯色性好、光譜窄，無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色(不同基材)可見(jiàn)光，用于照明，正因如此，近幾年被爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域場(chǎng)所的照明用戶所青睞，LED光源防爆燈開(kāi)始得到了應(yīng)用。
2 LED光源防爆燈
LED大功率光源外形由于應(yīng)用場(chǎng)合的需要，一般常見(jiàn)制作成長(zhǎng)形(類(lèi)似熒光燈管)和“密聚”形等，對(duì)于長(zhǎng)形(類(lèi)似熒光燈管)LED光源工作時(shí)，由于采用發(fā)光二極管整齊排列，相互有一定的間隔，工作中自身散熱可以使發(fā)光體的溫度不超過(guò)規(guī)定極限值。對(duì)于密聚形的發(fā)光體，由于發(fā)光體高度集中，半導(dǎo)體單晶片被封裝透明有機(jī)物中，當(dāng)電子經(jīng)過(guò)該單晶片時(shí)，帶負(fù)電的電子移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合，電子和空穴消失的同時(shí)產(chǎn)生光子。電子和空穴之間的能量越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子能量釋放的本身會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，產(chǎn)生的熱量必須散掉，否則將會(huì)影響次序光子的發(fā)光，增加光衰速度，降低光效。
LED光源防爆燈采用密聚形LED大功率光源，防爆燈殼體采用ZL102鑄鋁合金，由于在工作中LED光源不產(chǎn)生火花和電弧，可以制成防爆增安型燈具，“光源芯片”用導(dǎo)電膏貼附并用螺釘緊固在殼體上，導(dǎo)電膏貼附可使“光源芯片”與殼體接觸更為良好，并可減小表面接觸熱阻，如圖1所示。
LED光源防爆燈的燈體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已對(duì)散熱問(wèn)題給予考慮，據(jù)筆者對(duì)目前的幾種LED光源防爆燈的燈體結(jié)構(gòu)觀察和分析研究認(rèn)為，防爆燈具采用LED大功率光源的殼體形式一般分為兩種：
(1) 連體形：電源腔體與光源腔體聯(lián)在一起的，如圖2所示。
(2) 分體形：電源腔體與光源腔體不聯(lián)在一起的，而是分開(kāi)的，兩個(gè)腔體之間只有電氣聯(lián)結(jié)關(guān)系，如圖3所示。
以上兩種殼體形式在LED大功率光源散熱問(wèn)題，取得一定的效果，尤其是鋁合金殼體導(dǎo)熱性好，但還不算解決散熱問(wèn)題的*好方法。通過(guò)對(duì)LED光源防爆燈鋁合金殼體表面溫度的測(cè)定結(jié)果表明：
電源腔體與光源腔體聯(lián)在一起的殼體表面溫度是80't2～90℃(環(huán)境溫度28~C)(測(cè)定的部位是殼體散熱部分)；
電源腔體與光源腔體不聯(lián)在一起的，而是分開(kāi)的殼體表面溫度是60~C～65℃(環(huán)境溫度28~C)(測(cè)定的部位是殼體散熱部分)。
從測(cè)得的殼體表面溫度結(jié)果可以看出，電源殼體與光源殼體分開(kāi)的燈具殼體表面溫度，比電源殼體與光源殼體一體的燈具殼體表面溫度低很多，據(jù)LED光源對(duì)溫度要求，大功率LED光源的工作溫度不超過(guò)60~(2，經(jīng)驗(yàn)表明，若超過(guò)60~C，LED光源的光衰速度加快，因此發(fā)熱問(wèn)題已成為限制LED本身發(fā)展的瓶頸。
如何采取有效措施降低LED光源溫度使光衰速度減慢，保證LED光源本能使用壽命，我們改進(jìn)設(shè)計(jì)了LED光源防爆燈水循環(huán)散熱殼體，使LED大功率光源散熱問(wèn)題得到進(jìn)一步改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用效果很好。
3 殼體水循環(huán)散熱原理
殼體材質(zhì)采用ZL102鑄鋁合金，熱量散失有三個(gè)途徑：傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流。對(duì)于散熱的前兩種方式LED光源防爆燈已經(jīng)具備了，唯獨(dú)“對(duì)流”方式在任何燈具上都沒(méi)有采用過(guò)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有防爆燈體結(jié)構(gòu)的分析，我認(rèn)為，燈體除了具有散熱片散熱外，在加上將燈體電源腔體與光源腔體制作成分體形，中間有一段空隙，空氣流動(dòng)也可以帶走一部分熱量使溫度下降。就這樣，我把水循環(huán)帶走一部分熱量的理論應(yīng)用在防爆燈具上，設(shè)計(jì)了水循環(huán)散熱殼體，經(jīng)設(shè)計(jì)后的防爆燈殼體具備了傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流三種散熱方式，如圖4所示。
從圖4可以看出，右圖光源用導(dǎo)電膏及螺釘固定在光源殼體內(nèi)，隔著腔體有大小兩個(gè)水室，大水室和小水室以螺旋形勢(shì)的 不銹鋼管相通，由于兩個(gè)水室都有一定量的水(不十分充滿)，小水室靠近光源腔，當(dāng)光源腔中光源工作時(shí)，溫度自然升高，升高的溫度以上述的傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流方式進(jìn)行散熱，，其中光源溫度升高，大小蓄水室水溫都隨之升高，但小水室距離光源腔較近，因此大小水室產(chǎn)生溫差迫使小水室的水通過(guò)鋼管水路流向大水室，水流動(dòng)的同時(shí)就把其中的部分熱量散掉，這樣就使光源工作時(shí)的溫度及時(shí)散掉一部分。
通過(guò)對(duì)LED光源防爆燈光源散熱的改進(jìn)，可以使LED光源在今后的各領(lǐng)域的應(yīng)用得到拓展，雖然目前價(jià)格看起來(lái)不易接受，但從其節(jié)電環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)看，還是值得推廣應(yīng)用，開(kāi)發(fā)前景美好。
