礦用節能型陶瓷金鹵燈研究與開發

劉尹

摘要：目前煤礦井下照明燈仍以傳統光源為主，兩燈之間的照度不足10Lux，影響煤炭生產的效能和煤礦安全。陶瓷金屬鹵燈作為新型高效固體光源，有清新純凈的白光，優異的顯色性，穿透性強，光色好，整個壽命期間表現可靠，具有超穩定的色彩，溫度低，發光效率高，使用壽命長特點。利用最先進的光源和照明燈具與煤礦的生產環境結合起來，進行集成創新研究，開發新一代礦用井下照明節能燈。

關鍵詞：煤礦井下照明 節能型陶瓷金鹵燈 集成研發

1 研究背景

中國是照明產品的生產和消費大國，節能燈、白熾燈產量均居世界首位，2010年白熾燈產量和國內銷量分別為38.5億只和10.7億只。據測算，中國照明用電約占全社會用電量的12%左右，采用高效照明產品替代白熾燈，節能減排潛力巨大。逐步淘汰白熾燈，對于促進中國照明電器行業結構優化升級、推動實現“十二五”節能減排目標任務、積極應對全球氣候變化具有重要意義。

目前煤礦井下照明燈具仍以傳統光源為主，煤礦井下大小巷道繁多而又漫長，據調查，多年來一直采用白熾燈為主、熒光燈為輔的照明結構。兩燈之間的照度不足10Lux，這種照明結構安全可靠性既得不到保障，又不滿足節能的要求，能源浪費嚴重。煤礦照明良好與否，除與煤礦節能關系密切，而且也影響煤炭生產的效能和煤礦安全。

2 陶瓷金屬鹵燈

陶瓷金屬鹵燈作為新型高效固體光源，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈的又一次飛躍。早期的陶瓷金屬鹵燈主要用于做指示燈。其發光強度，發光效率都不高，隨著陶瓷金屬鹵燈的迅速發展，特別是白光技術的突破，使陶瓷金屬鹵光源系列產品已發展成為新型產業。隨著其發光的強度及效率迅速提高、發光顏色齊全、功率增加、成本降低，給開發各種功能的陶瓷金屬鹵燈光源及燈具創造了極好的條件，也給二次開發陶瓷金屬鹵燈創造了良好的機會。陶瓷金屬鹵燈泡的發光效率高于白熾燈泡，而且壽命比節能熒光燈高8倍，比白熾燈高33倍多。陶瓷金屬鹵燈與傳統的白熾燈相比，單位發光強度對人眼的刺激大為降低，從根本上解決了眩光問題。如何利用最先進的光源和照明器材與煤礦的實際環境結合起來，進行集成創新，本課題研究煤礦井下照明節能技術，以及開發煤礦井下照明燈具，提高井下照明效率、節約能源。以提高煤礦生產安全性和效率為目標的照明節能技術，與產品的研究及開發，對促進煤礦照明系統的現代化，創造高效、節能、安全、環保的煤礦環境具有十分重要的作用，對降低煤礦生產安全事故、及時發現事故隱患也具有十分重要的作用。

陶瓷金屬鹵燈主要技術指標與普通白熾燈、節能燈進行比較如表1：

采用新型的陶瓷金屬鹵燈作為井下巷道的照明，可滿足煤礦井下安全照明的要求，在結構上便于安裝與維護。通過項目檢索，沒有發現煤炭行業有類似的研究與產品。因此項目的研究將填補煤炭行業照明技術及產品的空白。

3 礦用陶瓷金屬鹵燈設計要求

3.1 產品設計要有技術文件，包括標準、圖紙、使用說明書、主要受控零元部件明細表等。

3.2 設計出的礦用金鹵燈要有規范的產品名稱、型號、規格。

3.3 產品設計過程中的技術關鍵點：

①在采掘工作面使用時的隔爆型燈具（DGE或DGG）外殼應為鑄鋁制成的保護罩，確保抗擊外力強度符合相關標準；并注意外殼是否符合GB3836.2附錄C的相關要求，體積外面積不大于2000cm2。

②透明件燈罩的抗沖擊力，散熱，以及燈具表面溫度必須符合規定要求。

③防爆燈的額定電壓應不超過127V，為保證使用安全，額定電壓在36V以上時，應采用綜合保護裝置。

3.4 產品結構要求

該型礦用金鹵燈為礦用隔爆型，由陶瓷金屬鹵化物光源、散熱一體化燈具外殼體、反光杯、接線端子、驅動電路板、上蓋、電纜固定裝置、玻璃罩構成（表2）。

3.5 其他要求

①外觀設計要人性化，重量輕、體積小、美觀大方，安裝、維護、操作簡單方便。

②外殼采用鋁合金材料，強度高，抗沖擊性能好，表面采用靜電噴涂工藝，附著力強、美觀、耐腐蝕性強。

③一體化設計，光源控制電器全部安裝在燈具腔體內、結構緊湊、抗沖擊、抗振動，耐熱變、密封性好、防水。

④選用高品質陶瓷金屬鹵化物為光源，使用3～5年不用更換，徹底解決老式燈具需要頻繁更換燈泡的問題，做到免維護，使用安全。

⑤電源供電方式上，使其工作電壓范圍寬，在交流85V～250V之間均能夠正常工作，且亮度無任何變化。適用性強，具有軟啟動功能。運用先進光學技術設計反光鏡，使照度更均勻，亮度大，適合于煤礦井下巷道照明。

⑥光源無頻閃和電磁干擾，無紅（紫）外輻射，無熒光燈中的汞蒸氣等污染物，符合未來燈具生產標準。

4 主體設計

4.1 殼體設計

防爆殼體（含壓鑄鋁殼、玻璃罩、側孔防水密封圈）等。

通過多次對隔爆型燈具外殼進行設計、修改，以下圖設計為最優方案。作為陶瓷金鹵燈的配套外殼。修改后防爆燈具外殼內徑加大至φ122mm，整體加高至124mm，蓋子與之相對應加大，經過反復的修改后定型（圖1）。主要技術參數見表3。

4.2 光源組件（含二代陶瓷金鹵燈泡，開關電源等）、電子鎮流器、光源采用飛利浦功率為35W、70W兩種規格的CDM-

TC緊湊型陶瓷金鹵燈（圖2）。

4.4 技術特點

選用陶瓷金鹵燈泡作為光源是一種綠色環保型光源。具有體積小、重量輕、壽命長、無污染、免維護、節能和安全性高等優點。

二代陶瓷金鹵燈具有清新純凈的白光，優異的顯色性，穿透性強，光色好，整個壽命期間表現可靠，具有超穩定的色彩，溫度低，發光效率高，使用壽命長，使用壽命期內無需更換光源。

燈具外殼采用高壓壓鑄鋁成型，表面粉末靜電噴涂，耐高溫硅橡膠密封和鋼化玻璃一體化設計。

燈具內置高品質開關電源，安全性和穩定性高

5 標準與實驗

5.1 引用標準

5.2 實驗

6 結論

6.1 礦用高效節能燈通過現場工業性試驗效果良好，具有發光效率高、顯色性好、光色穩定、壽命長、安全可靠、高效節能等特點。

6.2 符合國家技術指標要求的礦用防爆節能燈具，通過了實驗室性能檢測和型式試驗，獲得了有關部門批準

的“防爆電氣設備防爆合格證”和“礦用產品安全標志證書”。

6.3 研制的礦用金鹵燈，輕便、耐用，適合于煤礦井下巷道照明。

參考文獻：

[1]煤礦安全規程.2005年.

[2]GB 50215-2005.煤炭工業礦井設計規范.

[3]節能技術.中國環境出版社，2008年.

[4]國務院五部委《關于逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈的公告》2011年28號.

[5]MT 221-2005.煤礦用防爆燈具.