灯具的气密分析

灯具的气密分析第一页，共十七页，2022年，8月28日如何彻底确解这个难题？要从灯具的漏水原因谈起，目前市场上户外大功率投光灯、LED照明灯具绝大多数为IP65，既六级防尘（微尘颗粒）多级防水（防暴雨），也有部分为IP68/IP67防护等级产品，其中防水性能上差异较大。那是否气密性好的灯就不漏水呢？实地考察测试发现：中、高端具有IP等级要求的灯具在安装中有一道工序——壳体总成安装后全部浸水试验，但实际在使用后一般仍有千分之五以上的漏水率，而奇怪的是漏水灯具拆下来后，在不工作状态下浸水6小时居然滴水不漏。灯具进水的原因第二页，共十七页，2022年，8月28日通过分析、研究和查阅相关资料了解到：所有户外大功率灯具在工作过程中有呼吸作用（承受高压密封的防爆灯除外）。灯具的呼吸根据热力学原理，空气温度每升高1℃，其体积膨胀率为1/273，比如：一个普通的210W大功率泛光灯的净容积为6.6升上，在20℃的环境下，开灯前后灯腔内温差约80℃，即6.6×80/273=1.9升，说明工作时的灯具壳体要产生1.28个大气压，

第三页，共十七页，2022年，8月28日显然除防爆灯外任何户外灯的灯壳，灯罩都难以承受。这就是户外灯具在开户后达到最高温前约30分钟的排气过程，此时即使下雨，雨水也难以渗进灯内，30分钟后气密性好的灯内仍持有一定的压力，灯内压力的大小取决于弹性扣件压力的大小，当然气密性差的灯具气压早已内外平衡了，这个过程为相对平衡过程（时间最长），在这个过程中随着雨时大时小，时下时停，灯腔内温度和压力也呈小幅度起伏，此时除气密性比较差的灯具外漏水概率非常小。灯具的呼吸第四页，共十七页，2022年，8月28日但最重要是至今被人们忽略的第三个阶段，即吸气过程，特别是当灯熄灭雨未停时，这个过程中灯具在雨水的冲刷下降温，灯腔内温度急骤下降，产生的负压迫使防水胶条或密封胶水在气压作用下从弱处/薄处变形，强行吸气，而气密性差的灯具会从各个漏气地方直接吸气，这个过程是吸气过程，受吸入口位置、缝隙大小、雨量大小诸多因素影响，尤其对于气密性较好的灯具漏水基本集中在这个吸气过程。气密性好的灯具在灯熄灭雨未停时吸入雨水的概率为5-8%，并随使用年限增加和防水胶老化加快而增大。这种情况最大体现在我们的前雾灯前大灯上。灯具的呼吸第五页，共十七页，2022年，8月28日怎么办？为了散热，加装风扇或开透气孔，导致直接进水。密封做得很好的时候，灯具如果不具备非常坚固的外壳，还是逃脱不了最终进水的命运。但是强行提高灯壳的物理强度，成本又太高。而且存在一个爆裂的安全隐患。那么有没有办法，让水无法进入，而让空气能够随意进出呢？灯具的呼吸第六页，共十七页，2022年，8月28日水蒸气分子直径为0.0004微米，雨水中直径最小的轻雾直径为20微米，毛毛雨的直径则高达400微米，如果能够制造出孔隙直径在水蒸气和雨水之间的薄膜，则能实现既防水又透气。美国戈尔公司利用聚四氟乙烯(PTFE)成为第一家生产出该膜的公司。灯具的呼吸---防水透气膜

现在我们公司使用的一款GE-VT133透气膜，透气孔径为0.45um，在0.15Mpa的压力下保持防水性，在0.007Mpa的压力下：每平方厘米每小时可以透过60-120L的空气。第七页，共十七页，2022年，8月28日透气膜的出现，可以解决灯具对液态水的有效防护和确保灯具内外的空气流通性。但是，防水透气膜也还是有一个缺陷，就是无法防范水蒸气的进入，当然也就无法防范空气中的细微水分，那么在所有的防范都做好了的情况下，如果在一个空气潮湿且比较低温的环境下，关闭一个点热了的灯具就极易诱发起雾的情况。灯具的呼吸---防水透气膜第八页，共十七页，2022年，8月28日

当空气容纳的水汽达到最大限度时，就达到了饱和。而气温愈高，空气中所能容纳的水汽也愈多。

1立方米的空气，气温在4℃时，最多能容纳的水汽量是6.36克；而气温是20℃时，1立方米的空气中最多可以含水汽量是17.30克。如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水汽量，多余的水汽就会凝结出来，当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成小水滴或冰晶。空气中的水汽超过饱和量，凝结成水滴，这主要是气温降低造成的。起雾/雾珠的形成条件富含足够水分的热空气温度急剧降低的条件第九页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠的影响条件温度分布内部气体流动车灯内部的湿度透镜罩的表面性质第十页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠---温度分布此处的温度分布是指车灯透镜罩和反射镜的温度分布，如果透镜罩或反射镜的某部位温度过低，则容易在该部位形成雾珠。通过试验证明了，在出现雾珠的部位，温度明显低于其他部位，而且一般这种部位也同时为空气流动的死角。（同时这也导致了雾珠消散的难度）第十一页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠---内部气体流动气体流场的分布是否合理分以下2点：车灯内部的湿气是否可以通过风去湿或热去湿的作用排出。车灯内存在气流死区，气流不流通必然导致了温度的不均衡，所以此区域一般温度较低，而且此区域一旦产生雾珠，就很难消散。第十二页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠---内部湿度内部湿度因素车灯工作环境的变化。主要指空气中温度/湿度的较明显变化。车灯的密封性差，导致车灯的进水。第十三页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠---透镜罩表面性质

车灯透镜罩在水汽凝结过程中为水汽提供凝结核心，透镜表面越光洁，形成的雾珠越小，形成雾状外观的可能性越小。在车灯雾气问题中，车灯透镜的材料是一种水所不能浸润的材料，因此在其表面发生的凝结是珠状凝结。反之，如果透镜罩表面材料可以被水浸润，则在其表面发生的水汽凝结为膜状凝结，不会形成雾珠，从而不会影响汽车车灯的照明和外观。第十四页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠---形成流程车灯内部的水由光照（太阳光/本身的光），加热引起蒸发，通过扩散和自然对流，富含水汽的空气进入车灯温度较低的区域，并在该区域的壁面（透镜罩或反射镜）形成小雾珠。在车灯内拐角等处常常存在死区或气流迟滞区域，水汽在此区域形成的雾珠，长时间不能消除。车灯内的镜面辐射和空气的对流影响到车灯内的温度分布，而这些问题只能在灯具的设计初期进行反射镜和透镜罩的光能吸收性进行测试分析并进行改善。第十五页，共十七页，2022年，8月28日车灯雾珠---改善方向开口方式（通气孔）去除50%湿度时间下方开口275min上方开口244min上下同时开口90min通气孔的位置选择试验条件是：在一个58ML的矩形单腔前照灯中，注入高湿度的空气，通过不同的开口方式进行试验。第十六页，共十七页，2022年，8月28日