水中 LED 照明器具の熱設計: 熱の行き先

水中照明器具は、最高の熱環境と最悪の熱環境が同時に存在する環境でも動作します。水は空気よりもはるかに効果的に熱を運び、密閉されたハウジングには熱がほとんど伝わりません。水中ライトをどのように構築するかに関するすべての決定は、その矛盾に関する決定です。

密閉ハウジングは密閉の問題である前に熱の問題です

シーリングと熱設計は反対方向に引っ張られます。壁が厚いほど確実に密閉され、熱流に対する抵抗が増加します。ポッティングコンパウンドは電子機器を水から保護し、またカプセル化するので、熱は電子部品を通って伝わる必要があります。ドライバーに届く取り外し可能なカバーは圧縮シールを意味し、圧縮シールは時間の経過とともに最も漏れる可能性が高い接合部です。

その結果、水中照明器具は、熱の問題が完全に固定された密閉型照明ではないということになります。これは密閉要件を伴う熱設計であり、ハウジングの形状、壁の厚さ、材質、内部の固定方法はすべてそこから生まれます。

購入者にとって、これが、同じ LED 数と同じワット数を備えた 2 つの器具が 5 年間で異なる動作をする可能性がある理由です。ダイも同様に動作します。違うのは、熱が逃げる速さです。

熱経路、ステップバイステップ

LED からの熱はチェーンに沿って伝わり、チェーンの各ステップには熱抵抗があります。合計がジャンクション温度を決定します。

パッケージへの接合部（LED メーカーが修正）

はんだ接合部とパッド設計によって設定された基板へのパッケージ

基板とハウジングは界面の材質と接触圧力によって設定されます

ハウジング壁を貫通、材質と厚さにより設定

ハウジング表面から水中まで、表面積と水の動きによって設定

ステップ 3 と 4 はメーカーの影響力が最も大きい部分であり、ステップ 3 は安価な設計が最も多くの影響を与える部分です。機械加工された面にクランプされたメタルコアボードは熱をよく伝えます。-界面材料のない塗装面上に同じ基板を置くと、転写が不十分となり、その差は同じ電力での接合温度の上昇として現れます。

ステップ 5 は、製品ではなく設置に属します。そのため、同じサイズの 2 つの洗面器で器具の動作が異なる場合があります。詳細については以下をご覧ください。

なぜ水は単なる優れたヒートシンクではないのか

水の熱伝導率は空気の何倍もあり、その比較は問題を解決したかのように引用されます。水中への伝導は水の動きに依存するため、そうではありません。

暖かい表面に接触した水は、表面を断熱する境界層を形成します。静止水中では層が厚くなり、熱伝達が低下します。動いている水の中では、水は絶えず脇に流され、熱伝達は高い状態に保たれます。循環のない池の設備と、ポンプが稼働している噴水池の同じ設備は、2 つの異なる熱設備です。

サービスではさらに 3 つの効果が重要です。

閉じ込められた空気。棚の下に取り付けられた器具、またはその面が下向きに傾いた器具は、その上面に対して空気のポケットを保持することができます。空気は絶縁体であり、ポケットは水の上からは見えません。

預金。バイオフィルム、藻類、カルシウムスケールはすべて低い熱伝導率を持っています。目に見えるコーティングが施されたハウジングは、冷却の一部が失われているハウジングです。

沈殿物。めったに掃除されない洗面器の沈泥に半分埋まった器具は、使用するように設計されていた表面積のほとんどを失っています。-

これらはいずれも製造上の欠陥ではありません。これらは動作条件であり、きれいな水が移動することを前提とした仕様にはそのように記載すべきです。なぜなら、その前提が熱設計の基礎となっているからです。

Tj、Tc、およびケース温度が測定できる理由

LED メーカーは最大ジャンクション温度を公表していますが、通常はパッケージに応じて約 125 度または 150 度です。接合部はダイの内側にあるため、完成した照明器具で直接測定することはできません。

測定できるのはケース温度であり、メーカーが行うのは、特定の設計について 2 つの温度の関係を確立することです。これが、LM-80 レポートが周囲温度ではなく指定されたケース温度で実行される理由です。ケース温度は、実験室の結果を実際の製品に結び付ける境界条件です。

購入者にとっての 2 つの影響:

サプライヤーがルーメン維持率を主張する場合は、どのケース温度で測定されたのか、またそれが使用中の完成した照明器具のケース温度とどのように比較されるのかを尋ねてください。

器具を指定するときは、電気要件だけではなく、動作条件も説明してください。水温範囲、流量、および器具が空気にさらされるかどうかは、熱設計が依存する入力です。

通常、最初に失敗するのはドライバーです

LED パッケージは堅牢で予測可能です。電源には電解コンデンサが含まれており、温度が約 10 度上昇するごとに寿命が半減するためです。

水中照明器具では、ドライバーは最悪の場所に座ります。つまり、密閉され、空気の流れがなく、多くの場合、駆動している LED の隣にあります。その位置にあるドライバーは耐用年数のある摩耗品であり、恒久的なコンポーネントではありません。

これは、この 2 つを区別する唯一の最も強力な議論です。ドライバを水の外、換気されたエンクロージャまたは工場室内の乾燥側に配置する設計では、最も温度に敏感なコンポーネントを最悪の熱環境から移動させ、システム全体の故障モードを変更します。-

ドライバを統合する必要がある場合、実際的な問題は、照明器具を開けて交換できるかどうか、および交換用の部品が在庫部品であるかどうかです。ドライバーに障害が発生した密閉型ユニットは完全な治具の交換となり、そのコストの大部分はアクセスによって決まります。

ドライラン: ポンプが停止し、ライトが点灯したままになった場合に何が起こるか

水中照明器具は、ハウジングの反対側に水が入るように設計されています。水を除去すると、熱経路の最終段階は空気に置き換わりますが、これは伝導体としてはおよそ 20 倍悪く、密閉容器内で対流がなければ無限に悪くなります。

結果は定義された順序で到着します。

ケース温度が上昇し、ジャンクション温度も上昇します

ダイが加熱されると LED 効率が低下するため、光出力が低下します。

チャネルが異なる速度でドリフトするため、カラーシフトが発生します。

ドライバーのコンデンサの劣化が早くなる

熱応力がシールを循環させ、シールが次の故障の原因となる

ポンプがオフのときにライトを点灯する機能は、毎回これを実行します。最初のシーズンは生き残れるかもしれない。データシートには異なる条件が記載されているため、データシートに記載されている耐用年数に達することはありません。

解決策は、製品の決定ではなく、制御の決定です。照明をポンプと連動させて、流れがなければ照明が動作できないようにするか、熱設計が空気暴露を許容する器具を使用し、この 2 つのどちらが仕様に当てはまるかを述べます。 3 番目のオプションは、流れを無視して実行し、寿命の短縮を受け入れるというものですが、会話に参加している全員がそれが選択であることを認識している限り、商業的な選択としては正当です。

動作条件を推測に任せるのではなく仕様書に記載し、洗面器が流量を保証できない場合は、インターロックを動作指示ではなく電気スコープの一部として扱います。

鉢植えか実用可能か: 分かりやすく言えばトレードオフです。{0}

2 つの建設ファミリーが優勢です。

完全に鉢植えです。電子部品はハウジング内の化合物にカプセル化されています。熱拡散は良好で、シールは入手可能な中で最も堅牢であり、漏れの原因となる内部接合部はありません。また、修復もできません。ドライバーに障害が発生すると、フィクスチャが交換されます。

密閉されていますが、開閉可能です。ドライバーとガスケットに手が届きます。予備品と長い耐用年数が可能ですが、圧縮ジョイントが正しく作成され、介入のたびに正しく再作成される必要があるため、シール作業はより困難になります。-

通常、水を排水できるかどうかによって選択されます。交換は中断するのではなく計画的に行われるため、毎年空になるプールでは鉢植えの器具を受け入れることができます。排水されない洗面器や継続的に使用されるプールには、1立方メートルの水を動かさずに消耗部品に手が届く設備が必要です。

熱試験が実際に示すもの

水中照明器具の熱試験は、単一の測定ではありません。これは、結果が何らかの意味を持つためには、その条件下で温度の上昇が止まるまで取得された一連の測定値です。

テスト レポートから得られるものは次のとおりです。

試験中の水温、および水温を一定に保ったか漂わせたか

水が静止しているか循環しているか、それがわかっている場合はその速度はどれくらいか

定義された測定点のケース温度とその点の温度

公称値ではなく、テスト中に実際に消費される電力

定常状態に到達した期間と証拠

最後の項目は、迅速なテストが示される箇所です。鋳造金属ハウジングを備えた照明器具にはかなりの熱質量があり、ハウジングはゆっくりと温まります。 30 分後に停止するテストは、器具が 6 時間放置される状態ではなく、ハウジングの加熱を測定したものです。レポートに浸漬時間が記載されていない場合、レポートに記載されているケース温度は暫定的なものです。

バイヤーにとって、サーマルレポートの実際の使用は、絶対的な判断ではなく比較です。記載されている同じ条件でテストを行った 2 つのサプライヤーを相互に比較できます。テスト条件なしで単一のケース温度を引用している 2 つのサプライヤーをまったく比較することはできません。

指定する内容

これらを仕様に書き込むと、熱設計にチェックすべき項目が含まれます。

予想される最も冷たい温度と最も暖かい温度を含む、使用中の水温範囲

水が器具位置で動いているか静止しているか、および想定される流量

水なしで器具に通電できるかどうか、また通電できる場合、どのくらいの時間通電できるか

洗面器が空で器具が直射日光にさらされているときの最高気温

ドライバーが統合されているかリモートであるか、リモートの場合はどこにインストールされているか

器具が排水されない場合でも、器具を使用可能な状態にしておく必要があるかどうか

私たちが座っている場所

当社では、ドライバーが統合またはリモートで組み込まれた水中照明器具を構築し、熱設計が推測に任せるのではなく、熱設計が想定する動作条件を記載します。洗面器がポンプとは独立して照明を動作させる場合は、インターロックをお勧めし、配線の詳細を提供します。

あなたの計画で水の流れが保証されていない照明を点灯する場合は、問い合わせの段階でその旨を伝えてください。 IP68の水中ライトと12V噴水ライトは熱のケースが異なり、答えは取り付けによって変わります。私たちの会社概要アプリケーションに関する質問の処理方法について説明します。

空運転または静水アプリケーションをチェックする-{1}

ポンプのスケジュール、洗面器のタイプ、取り付け位置を教えていただければ、用途に適したモデルとそうでないモデルをお知らせします。