LED 防爆灯光源散热问题的改进 ——LED防爆投光灯、LED防爆路灯、LED防爆泛光灯

LED 防爆灯光源散热问题的改进

李志涵

!电气开关 ∀ （ 2010. N o. 3）

（常州市欧辉照明灯具有限公司, 

江苏常州

213000 ）

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

中图分类号: TM 923

文献标识码: 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 （ L ighy Em itting

D iode） 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 - 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

*可以展示其*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 10 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% ~ 80% ,

与白炽灯相比, 节电 40% ~ 50% , 白炽灯、卤钨灯光效

为 12 ~ 24 lm /W, 荧 光 灯 50 ~ 70lm /W, 钠 灯 90 ~

140lm /W, LED 光效可达到 50~ 200lm /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

!电气开关 ∀ （ 2010. N o. 3）

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。

图 1 LED 大功率光源外形

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

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60 # , 经验表明, 若超过 60# , 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,  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。

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。

图 4 水循环壳体原理图

从图 4 可以看出, 右图光源用导电膏及螺钉固定在

图 2 一体式灯体结构图

图 3 分 体式灯体结构图

光源壳体内, 隔着腔体有大小两个水室, 大水室和小水

以上两种壳体形式在 LED 大功率光源散热问题,

室以螺旋形势的

6 不锈钢管相通, 由于两个水室都有

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 # ~ 90# （环境温度 28# ） （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# ~ 65# （ 环境温度 28# ） （ 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

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。

收稿日期: 2010- 03- 08

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