発表者：新揚科技 発表時間：2014/4/18 10:25:08
新揚科技相変化LED工場灯についての説明
1、伝統工場灯放熱器の問題
伝統工場灯放熱器は銅かアルミに問わず、伝熱方式に属されます。導熱係数が高くないことは共通の問題です。主な原因は放熱フィンの利用率が高くないのです。
まずは点熱源（集中熱源、例えばCOB）：
上記図の熱源と放熱器底板の接触面積（S1）は放熱器底板面積（S）より遥かに小さいとして、熱源を集中熱源/点熱源と見なされます。
この時、フィンはXY方向での温度分布は大体下記の通りです：
上記の図から見れば、測定点が熱源に遠ければ遠く離れると、測定点の温度が非常に低いです。即ち、遠端フィン或いは同じフィンの熱源に離れた部分は温度が低くて、曲線変化も規律なしです。
このような現象に至る根本原因は、熱が平面方向の伝導に対して、銅とアルミの熱抵抗は大き過ぎて、熱が遠端に伝導するのはとても難しいです。
この問題を解決する方法の一つとして、点熱源を面熱源に転換して、熱源の面積を放熱器の底板面積と同じにして、熱は均一に全部のフィンに伝導できます。こうすれば、放熱面積は遥かに増加し、フィンの利用率も大幅に上げさせ、伝導された熱はフィンを通して素早く空気中に放熱できます。
この時、フィンはXY方向での温度分布は下記のようになります。
上記図から見れば、底板のどこでも温度が一致になり、フィンは同じ高さでの温度も一致になります。
2、相変化の原理
原理：①物質は液状から気体になると熱量を吸収し、気体から液状になると熱量を釈放します。
②熱は電気と同じ、障害が小さいところに逃がします。
相変化はここの基本応用は、点熱源を面熱源に転換させるのです。
工場灯放熱器の断面図
上記図から見れば、点熱源は底にあり、放熱器の底板は中空（密封の空間）となります。点熱源が働き始めの時、空間内の冷媒は熱を受けて蒸発し、気体になるとともに熱を吸収して、冷端に逃がします。その後、気体は冷たくなり、液状になるとともに熱を冷端に釈放した後、底に戻して上記の過程を繰り返します。
熱源近くの冷媒は熱を受け気体になる⇒気体は上昇して熱を上部冷端に伝える⇒放熱後液状になる⇒壁を沿って底部に流し戻す⇒ 液→気→液．．．に繰り返す
伝導ルートから見れば、熱源は冷媒に到着するにはわずか数ミリの底板を通じればいいです。熱流密度によって計算すると、通常のLED灯具に対して、熱源底板から密封空間内部まで、底板の温度差は5℃以内です。（アルミの材質、COBの出力にかかわります。）
この点から見れば、LED底板は「冷たい」底板とも言えます。
密封空間の内部に対流が形成させるには、温度差が要ります。放熱器上部の温度は下部の（熱源に近い）より低いです。（温度差は1-5℃ぐらい）
この微小な温度差は相変化の循環システムを維持できます。
3、相変化の特徴
放熱フィンの利用率を大幅に上げ、同等の消費電力で、放熱材をより少なく要ります。例えば伝統の工場灯は中央部がアルミで詰まっていて、材料が多く要り重量も増加しますが、放熱効果はあまりよくないです。しかし、相変化工場灯は伝統の1/3重量で熱の問題を解決します。
最新の特許技術で、新揚科技の工場灯は熱流密度が500W/cm2に至り、伝統銅熱管の30倍以上、詰まるアルミ本体の5000倍以上で、熱伝導率は1000000W/M-Kに達します。
もう一つの問題は、ハイパワー（高出力）工場灯の場合、詰まっているアルミ放熱器は殆ど役に立ちません。理由は純アルミの熱抵抗は大きすぎて、COBにとって、熱は外に伝導できません。いくら放熱器の長さを増えても無駄です。一方、相変化の放熱器はまた大きな余裕があります。
寿命について、相変化の放熱器は冷媒が漏らさなければ、寿命は永久です。（腐食、外力で壊すのを除く）冷媒は材料との相性がよくて変質しません。
新揚科技の放熱器は中国研究院と取り組んで研究開発した新技術製品で、国の軍用規格で厳しくテストして、2012年は国軍用規格に通過し、部分の測定データは以下のようです：－20℃から150℃の冷熱衝撃試験循環1000回、加速度10G遠心力20Gで振動、塩霧などの試験で性能減衰がないため、合格品と認められます。
4、相変化放熱器の注意点
①真空度問題。もし雑気体が混入すると、導熱の平均度は悪くなります。
②密封度問題。冷媒が漏らすと、相変化の役割は失ってしまいます。
③アルミの溶接問題。これは厄介なことだと言われています。
④方向性問題。相変化は主に垂直に取付られる工場灯への特別設計で、方向を変えると、放熱効果には影響があります。
⑤高さ問題。気体の上昇も限界あります。放熱器の高さは400mmを超えると、放熱効果にも影響あります。
新揚科技の相変化工場灯は以上の注意点を重視し、積極的に製品を改善し続きます。
①放熱器本体は丈夫な一体形であり、特殊航天クラスの溶接技術を採用しており、溶接プロセスや密封性は高いです。そして製品は厳しい漏らすテストを経て合格と認められ、冷媒は最新特許技術であるアルミ本体やカーボンナノチューブからなる新型毛細管構造に浸潤して、外力によって破裂しても漏らさないです。
②新揚科技の導熱、放熱一体式放熱器は200℃以下で正常に働けます。気圧の膨張で爆裂する恐れがありません。300℃を超えると、相変化真空間の圧力釈放弁は自動的に開け圧力を解放しますのでとても安全です。
③新揚科技の相変化工場灯は垂直下向け使用を基準として設計し、角度は45°以内で変化しても放熱性能に影響がありませんが、水平使用及び上向け使用の場合は新揚科技に特別注文が必要です。設計基準に超えて使用すると、灯具の温度は正常に使用場合より高くなり、長時間使用すると、光源の損害に至ります。
5、実際応用の注意点：
主流相変化：純アルミ、銅＆アルミ複合体。
純アルミの加工は非常に工夫かかり、溶接は一番重要な問題点です。アーク溶接の失効率は10-20%ほど高いですので、繰り返すのチェック及び補修が要ります。多くの不良メーカーは半田で補修せず、接着剤で塗って済みます。この対応方法の結果は、数か月を経て、外の雑気体は密封空間に入り、放熱効果を影響だけではなく、冷媒が漏らして、放熱器の役割を失わせ、灯具寿命を縮めます。
銅＆アルミ複合体は、銅製熱管をアルミ本体に挿入するのです。これは国外の技術で、違うところはアメリカの銅＆アルミ複合体は一層のろう付け剤やろう付けがあり、国内の不良メーカーは直接銅管完成品を購入して、二度とろう付け剤の塗布や二次ろう付けができません。ただ挿入だけで済みます。銅とアルミの膨張係数は大きな差があり、そしてアニーリング後、銅はアルミより柔らかいで、若干の温度循環を経て、銅やアルミは段々分離されます（早ければ3-5か月、遅ければ3-5年間）。もし温度衝撃試験を行うと、製品性能が段々下げることが分かります。最終銅管はアルミ本体から抜き出せます。製品の密封性及び役割が壊されます。
6、相変化工場灯の放熱測定
放熱器測定表
測定データから見れば、相変化上下底板の温度差が5℃以下であれば合格と認められます。
もし放熱器全体の温度上昇が正常値に超える場合、より大きな放熱器が要ります。
しかし、相変化は正常に動いていても、灯具放熱は必ず素晴らしいとも言えません。相変化はただ熱を伝導して、放熱はフィンの面積+空気動力学に保証されます。
以下は伝統工場灯や相変化工場灯の赤外線測定図です。
伝統工場灯の内部は上から下まで非常に著しい温度分段があり、相変化工場灯はこのような温度分段が見えません。灯具全体は利用され均一に放熱します。
上図は相変化働き始めの赤外線測定写真です。点灯した後、熱は底板を経て冷媒に伝導され、冷媒は相変化を始めます。写真から、冷媒+熱は迅速に上部に昇ることが分かります。
上図は相変化工場灯安定後（点灯2-3時間後）の赤外線測定写真です。灯具全体の温度はほとんど一致であります。 放熱フィンは全部有効に利用でき、放熱効率を大幅に高めます。
相変化用の冷媒について
多くのメーカーは純水を冷媒として使用していますが、沸点が高くて0℃以下に凍りやすいので理想的な冷媒ではありません。新揚科技相変化LED工場灯は自社が開発した特別冷媒を採用して、40℃になると自動的に蒸発して気体になり、0℃以下も凍りませんので相変化に最適です。適応温度は-50℃~120℃で、悪環境でも安心に使用できます。
沸点27℃と公言するメーカーもありますが、夏の時気温は27℃より遥かに高いので、工場灯は点灯していない時も相変化を行い続けるのは無意味だと思います。そして、環境温度は27℃より高いので、相変化の熱も外に釈放できません。
新揚科技相変化LED工場灯についての説明は以上です。
他に何か御質問がございましたら、下記の連絡先にてお気軽にお問い合わせください。
info@shinyo-tec.com
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