防水透气阀在LED路灯设计中的应用

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The Application of W aterproof Ventilated Valve in the Design of LED StreetLightszHU nn(Shoanxi曰 re Group B re Pc&-hung CompanXi，棚，Shaanxi 710075，China)Abstract：Firstly the working environment of LED street lights are analyzed in the pape and the principle of therespiratory efects is analyzed.；in particular for the reason of generating the seeper phenomenon of LED street lightssealed cavity.So，there are two solutions to the problem of”artifcial lung ”and waterproof ventilated valve，which areproposed.Finally，the selection of waterproof ventilated valve is completed，according to the actual situation of the LEDstreet lights，efectively to solve the problem of generating the seeper phenomenon of LED street lights sealed cavity。

Key words：LED street lights；sealed cavity；respiratory efects；waterproof ventilated valve目前，LED路灯光源腔均采用密封腔体结构，这种结构对内部的 LED灯芯起到了防水防尘的保护作用。这种密封腔体结构尽管解决了 LED灯光源安装在室外出现短路 、锈蚀等难题，但同时又带来了新的问题。LED路灯在长时间使用下，密封腔体经常会出现微孔和裂缝，从而引起呼吸效应”。造成腔体内线路故障、零件锈蚀，在温差变化大、湿度大的地区尤为严重，怎样有效地解决呼吸效应”已经成为 LED路灯设计中必须要考虑的问题。

1 LED路灯密封腔体工作环境近年来 ，LED路灯发展迅速，具有节能 、寿命长 、亮度高、均匀性好等优点。LED路灯工作时昼夜温差 、四季温差都比较大，再加上LED灯芯的发光效率仅为 15%左右，其余 85%均转化为热能，而且-些沿海地区的空气湿度较高。所以，LED路灯更容易出现呼吸效应”。以某地区的路灯为例 ，其工作环境及要求如下 ：①工作温度 ：-40%～50℃；②存储温度：-50%～70℃；③相对湿度：室外最大为 95%(25℃)；④工作海拔：<4000m；⑤连续工作时间：14h；⑥具有防潮、防盐雾、防霉菌功能；2 呼吸效应原理分析由热膨胀冷缩原理可知密封腔体内的气体压强随温度变化而变化。从理想气体状态方程可知：收稿日期：2012-11-20作者简介：朱琳(1987-)，女，江苏沛县人，大学本科，主要从事机械电子的研究工作。

PVnRT (1)式中，P为气体压强；V为气体的体积；T为气体的热力学温度；R为气体常数；n为气体物质的量。当密封腔体内气体的温度变换时，气体的压强也会随之变化。

P-nRTl-VP-nRT22- VAPP2-P1-nR(Tv2-T1)-TnRAT (2)当空气中相对湿度比较大时，温度降低较严重时，易发生冷凝现象。相对湿度是表示空气中的水汽离饱和状态远近的- 个物理量。在-定的温度下空气中实际水汽压强(e)与该温度下的饱和水汽压强值(E)的比值百分数称为相对湿度：p e x 100% (3)空气中的含水量：fqFv (4)式中：p为相对湿度(%)；F为饱和水汽密度(g/m )；为密封腔体内空气体积 m )。

不同温度下的饱和水汽密度不同，可以通过查表得到。则有凝水量：AfAp·AF·v实验表明密封腔体内出现积水现象，主要原因并不是冷凝现象”。密封腔体内压强的周期性变化将导致腔体外壳周期性出现凹陷和突起的现象，长时间使用将导致密封失效，出现微孔和裂缝。当密封腔体出现微孔和裂缝时，温度变化引起的内外压差将促使气体在裂缝处流动，最终达到腔体内外气压平衡。环境温度每天都在变化，温度升高时，气体就会被排除；60 湖 南 农 机 2013年1月温度减低时，气体就会被吸人，这就是所说的呼吸效应”。呼吸效应”不仅可以呼吸大气，也可以将裂缝或凶附近的液体吸人腔体内，特别是夏天突发大雨时，温度较高的腔体壁被突发的雨水浇湿 ，温度急剧下降，形成吸水效应，造成腔体内出现积水现象，进而造成线路故障、零件锈蚀等问题。

3 消除呼吸效应”的措施(1)人工肺。人工肺”是保持密封腔内外压强接近的-种空气冗余器，-般采用薄膜胶管制作，人工肺”采用密封结构与密封腔体连接。

-PIV-I ：旦 T .r2 (5)当密封腔体温度急剧下降时 ，为保持密封腔体内外压强平衡，需要使腔体内的气体体积发生变化，外界大气会将空气压人人工肺 ”补充密封腔体内的体积 ，从而消除了呼吸效应”，保护了腔体内元器件和线路。

(2)呼吸器。呼吸器是-种注塑螺纹式防水防尘透气阀，主要起到保护敏感电子产品，防水防尘透气散热的作用 ，直接旋入使用，安装简单方便。

o塑密封盘图 1透气阀原理示意图防水透气膜是呼吸器的关键件，该透气膜是使用-种有数十亿个微孔的涨体聚四氟乙烯新型防水透气材料(ePTFE)和织布组成，能使空气很容易穿透薄膜，同时也能捕捉到0.1微米的颗粒，它具有很强的拒水性和输油性。能够平衡发热密封部件与外界的气压，同时又能防水，防油以及各种粉尘和杂物。O型密封圈通过预压力变形，有效的起到使呼吸器和密封腔连接处密封的作用。

图 2防水透气模原理示意图4 呼吸器的选用安装了呼吸器的密封腔与外界大气相通，温度变化所弓起的压强差，为使腔体的气压与外界平衡，需要-定量的气体流通，这部份气体体积用 △v表示。

- PVr。 IlPV -i/Xnnl-n2 ( ) ㈦AV：尘 V (7)以-个 200W 的 LED路灯为例 ，计算夏天突发大雨时密封腔体内外大气压平衡所需空气体积，环境温度 25C，路灯的工作温度为-40C～50℃，密封光源腔内体积为3500ml，大气压 1个标准大气压。根据式计算得，△v为270ml。

防水防尘透气阀首先应根据 LED路灯的IP防护等级要求；其次，考虑 LED路灯需要在多长时间内可以达到内外气压平衡 ，根据 LED路灯所需的通气量和时间的比值 ，选择相应规格的防水防尘透气阀；最后 ，根据所阳吸器尺寸对产品进行开孔，以保证呼吸器与应用产品的紧密结合，加强气密性。本文根据LED路灯的要求选取POVM12PM1防水防尘透气阀，其详细参数见表 1。

表 1防水防尘透气阀的详细参数5 结语本文对 LED室外路灯密封腔体的设计问题进行了探讨 ，介绍了呼吸效应的原理 ，介绍了两种消除呼吸效应的措施；最后通过对 LED室外路灯密封腔体设计的研究 ，在密封腔体上安装防水防尘透气阀，有效的解决了呼吸效应”产生裂缝和产生冷凝水的问题。