LED 防爆燈光源散熱問題的改進

李志涵

!電氣開關 ∀ （ 2010. N o. 3）

（常州市歐輝照明燈具有限公司, 

江蘇常州

213000 ）

摘

要: 為了改進 LED 光源防爆燈散熱問題, 在燈體結構上設計了特殊散熱結構, 使 LED 光源溫度不超過規定

限值, 提高 LED 光源防爆燈的使用壽命。

關鍵詞: LED 光源; 光衰速度; 光源溫度; 壽命

中圖分類號: TM 923

文獻標識碼: B

Im provem ent of the Radiating Problem of LED Explosionproof Lamp

YANG Sheng qiang

（ L iaoyuan Explos ion proof E lectrical Equ ipm ent Co. , L td. , W enzhou 325604, Ch ina）

A bstract: In order to im prove the rad iating pronlem o f LED exp losion proo f lam p, the spec ial rad ia ting structune in the

lamp body is designed, m aking LED source tem perature less than spec ified value and increasing service life of the exp losi

on proo f lam p o f LED source.

K ey word s: LED source; ligh t speed o f light reduction; light source tem peratune; service life

1引言

LED 光源是利用半導體芯片作為發光材料, 封裝

在具有 一定強 度的透 明材料 中, LED （ L ighy Em itting

D iode） 俗稱 發光二極管 , 被稱為第四代照明光源或

綠色光源, 具有節能、環保、壽命長、體積小等特點。當

它處于正向工作狀態時 （即兩端加上正向電壓 ）, 電流

從 LED 陽極流向陰極時, 半導體晶體就發出從紫 - 紅

不同波長的光線 （ 不同顏色的光 ） , 光的強弱與電流有

關, LED 為固體發光體, 能控制光型及發光角度,

光色柔和, 無眩光, 具有耐震、耐沖擊不易破碎特性, 而

且廢棄物可以回收, 沒有污染。光源體積小, 可以隨意

組合, 輕便、超薄、微型、照明產品用作光源組件, 便于

安裝和維護。

以 LED 光源制作成的燈具可用于爆炸性氣體環

境危險區域場所中, 所以 LED 光源應用在防爆燈具上

*可以展示其*一面。

LED 光源防爆燈光源 顯色性好, 啟、閉沒 有延遲

特性, 反應速度快, 可在高頻操作, 在有效照明期間可

以做到免維護, 平均壽命可達 10 萬小時, 照明環境內

無紫外線等輻射, 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, 節電 75% ~ 80% ,

與白熾燈相比, 節電 40% ~ 50% , 白熾燈、鹵鎢燈光效

為 12 ~ 24 lm /W, 熒 光 燈 50 ~ 70lm /W, 鈉 燈 90 ~

140lm /W, LED 光效可達到 50~ 200lm /W, 而且光的顯

色性好、光 譜窄, 無 需過濾 可直接 發出有 色 （ 不同 基

材 ） 可見光, 用于照明, 正因如此, 近幾 年被爆炸性氣

體環境危險區域場所的照明用戶所青睞, LED 光源防

爆燈開始得到了應用。

2 LED光源防爆燈

LED 大功率光源外形由于應用場合的需要, 一般

常見制作成長形 （ 類似熒光燈管 ） 和 密聚 形等, 對于

長形 （類似熒光燈管 ） LED 光源工作時, 由于采用發光

二極管整齊排列, 相互有一定的間隔, 工作中自身散熱

可以使發光體的溫度不超過規定極限值。對于密聚形

的發光體, 由于發光體高度集中, 半導體單晶片被封裝

透明有機物中, 當電子經過該單晶片時, 帶負電的電子

移動到帶正電的空穴區域并與之復合, 電子和空穴消

失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量越大, 產

生的光子的能量就越高。光子能量釋放的本身會產生

大量的熱量, 產生的熱量必須散掉, 否則將會影響次序

!電氣開關 ∀ （ 2010. N o. 3）

光子的發光, 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

源不產生火花和電弧, 可以制成防爆增安型燈具, 光

源芯片 用導電膏貼附并用螺釘緊固在殼體上, 導電

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。

圖 1 LED 大功率光源外形

LED 光源防爆燈的燈體結 構設計已對散 熱問題

給予考慮, 據筆者對目前的幾種 LED 光源防爆燈的燈

體結構觀察和分析研究認為, 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在一起的, 如

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60 # , 經驗表明, 若超過 60# , LED 光源的光衰速度加

快, 因此發熱問題已成為限制 LED 本身發展的瓶頸。

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, 我們改進設計

了 LED 光源防爆燈水循環散熱殼體, 使 LED 大功率

光源散熱問題得到進一步改進, 實際應用效果很好。

3殼體水循環散熱原理

殼體材質采用 ZL102 鑄鋁合金, 熱量散失有三個

途 徑: 傳導、輻射 和 對流。對 于散 熱 的前 兩 種方 式

LED 光源防爆燈已經具備了,  對流 方式在任何

燈具上都沒有采用過。通過對現有防爆燈體結構的分

析, 我認為, 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, 空氣流動也可以帶走一部分熱量使溫度下降。就

這樣, 我把水循環帶走一部分熱量的理論應用在防爆

燈具上, 設計了水循環散熱殼體, 經設計后的防爆燈殼

體具備了傳導、輻射、對流三種散熱方式, 如圖 4 所示。

圖 2 所示。

（ 2） 分體形: 電源腔體與光源腔體不聯在一起的,

而是分開的, 兩個腔體之間只有電氣聯結關系, 如圖 3

所示。

圖 4 水循環殼體原理圖

從圖 4 可以看出, 右圖光源用導電膏及螺釘固定在

圖 2 一體式燈體結構圖

圖 3 分 體式燈體結構圖

光源殼體內, 隔著腔體有大小兩個水室, 大水室和小水

以上兩種殼體形式在 LED 大功率光源散熱問題,

室以螺旋形勢的

6 不銹鋼管相通, 由于兩個水室都有

取得一定的效果, 尤其是鋁合金殼體導熱性好, 但還不

算解決散熱問題的方法。通過對 LED 光源防爆

燈鋁合金殼體表面溫度的測定結果表明:

電源腔體與光源腔體聯在一起的殼體表面溫度是

80 # ~ 90# （環境溫度 28# ） （測定的部位是殼體散熱

部分 ）;

電源腔體與光源腔體不聯在一起的, 而是分開的

殼體表面溫度是 60# ~ 65# （ 環境溫度 28# ） （ 測定

的部位是殼體散熱部分 ）。

從測得的殼體表面溫度結果可以看出, 電源殼體

與光源殼體分開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 LED 光

源對溫度要求, 大 功率 LED 光源的工 作溫度不 超過

一定量的水 （不十分充滿 ）, 小水室靠近光源腔, 當光源

腔中光源工作時, 溫度自然升高, 升高的溫度以上述的

傳導、輻射和對流方式進行散熱, , 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, 因此大小水室產生溫差迫使小水室的水通過鋼管水

路流向大水室, 水流動的同時就把其中的部分熱量散

掉, 這樣就使光源工作時的溫度及時散掉一部分。

通過對 LED 光源防爆燈光源散熱的改進, 可以使

LED 光源在今后的各領域的應用得到拓展, 雖然目前

價格看起來不易接受, 但從其節電環保等一系列優點

看, 還是值得推廣應用, 開發前景美好。

收稿日期: 2010- 03- 08

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