矿用节能型陶瓷金卤灯研究与开发

刘尹

摘要：目前煤矿井下照明灯仍以传统光源为主，两灯之间的照度不足10Lux，影响煤炭生产的效能和煤矿安全。陶瓷金属卤灯作为新型高效固体光源，有清新纯净的白光，优异的显色性，穿透性强，光色好，整个寿命期间表现可靠，具有超稳定的色彩，温度低，发光效率高，使用寿命长特点。利用最先进的光源和照明灯具与煤矿的生产环境结合起来，进行集成创新研究，开发新一代礦用井下照明节能灯。

关键词：煤矿井下照明 节能型陶瓷金卤灯 集成研发

1 研究背景

中国是照明产品的生产和消费大国，节能灯、白炽灯产量均居世界首位，2010年白炽灯产量和国内销量分别为38.5亿只和10.7亿只。据测算，中国照明用电约占全社会用电量的12%左右，采用高效照明产品替代白炽灯，节能减排潜力巨大。逐步淘汰白炽灯，对于促进中国照明电器行业结构优化升级、推动实现“十二五”节能减排目标任务、积极应对全球气候变化具有重要意义。

目前煤矿井下照明灯具仍以传统光源为主，煤矿井下大小巷道繁多而又漫长，据调查，多年来一直采用白炽灯为主、荧光灯为辅的照明结构。两灯之间的照度不足10Lux，这种照明结构安全可靠性既得不到保障，又不满足节能的要求，能源浪费严重。煤矿照明良好与否，除与煤矿节能关系密切，而且也影响煤炭生产的效能和煤矿安全。

2 陶瓷金属卤灯

陶瓷金属卤灯作为新型高效固体光源，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。早期的陶瓷金属卤灯主要用于做指示灯。其发光强度，发光效率都不高，随着陶瓷金属卤灯的迅速发展，特别是白光技术的突破，使陶瓷金属卤光源系列产品已发展成为新型产业。随着其发光的强度及效率迅速提高、发光颜色齐全、功率增加、成本降低，给开发各种功能的陶瓷金属卤灯光源及灯具创造了极好的条件，也给二次开发陶瓷金属卤灯创造了良好的机会。陶瓷金属卤灯泡的发光效率高于白炽灯泡，而且寿命比节能荧光灯高8倍，比白炽灯高33倍多。陶瓷金属卤灯与传统的白炽灯相比，单位发光强度对人眼的刺激大为降低，从根本上解决了眩光问题。如何利用最先进的光源和照明器材与煤矿的实际环境结合起来，进行集成创新，本课题研究煤矿井下照明节能技术，以及开发煤矿井下照明灯具，提高井下照明效率、节约能源。以提高煤矿生产安全性和效率为目标的照明节能技术，与产品的研究及开发，对促进煤矿照明系统的现代化，创造高效、节能、安全、环保的煤矿环境具有十分重要的作用，对降低煤矿生产安全事故、及时发现事故隐患也具有十分重要的作用。

陶瓷金属卤灯主要技术指标与普通白炽灯、节能灯进行比较如表1：

采用新型的陶瓷金属卤灯作为井下巷道的照明，可满足煤矿井下安全照明的要求，在结构上便于安装与维护。通过项目检索，没有发现煤炭行业有类似的研究与产品。因此项目的研究将填补煤炭行业照明技术及产品的空白。

3 矿用陶瓷金属卤灯设计要求

3.1 产品设计要有技术文件，包括标准、图纸、使用说明书、主要受控零元部件明细表等。

3.2 设计出的矿用金卤灯要有规范的产品名称、型号、规格。

3.3 产品设计过程中的技术关键点：

①在采掘工作面使用时的隔爆型灯具（DGE或DGG）外壳应为铸铝制成的保护罩，确保抗击外力强度符合相关标准；并注意外壳是否符合GB3836.2附录C的相关要求，体积外面积不大于2000cm2。

②透明件灯罩的抗冲击力，散热，以及灯具表面温度必须符合规定要求。

③防爆灯的额定电压应不超过127V，为保证使用安全，额定电压在36V以上时，应采用综合保护装置。

3.4 产品结构要求

该型矿用金卤灯为矿用隔爆型，由陶瓷金属卤化物光源、散热一体化灯具外壳体、反光杯、接线端子、驱动电路板、上盖、电缆固定装置、玻璃罩构成（表2）。

3.5 其他要求

①外观设计要人性化，重量轻、体积小、美观大方，安装、维护、操作简单方便。

②外壳采用铝合金材料，强度高，抗冲击性能好，表面采用静电喷涂工艺，附着力强、美观、耐腐蚀性强。

③一体化设计，光源控制电器全部安装在灯具腔体内、结构紧凑、抗冲击、抗振动，耐热变、密封性好、防水。

④选用高品质陶瓷金属卤化物为光源，使用3～5年不用更换，彻底解决老式灯具需要频繁更换灯泡的问题，做到免维护，使用安全。

⑤电源供电方式上，使其工作电压范围宽，在交流85V～250V之间均能够正常工作，且亮度无任何变化。适用性强，具有软启动功能。运用先进光学技术设计反光镜，使照度更均匀，亮度大，适合于煤矿井下巷道照明。

⑥光源无频闪和电磁干扰，无红（紫）外辐射，无荧光灯中的汞蒸气等污染物，符合未来灯具生产标准。

4 主体设计

4.1 壳体设计

防爆壳体（含压铸铝壳、玻璃罩、侧孔防水密封圈）等。

通过多次对隔爆型灯具外壳进行设计、修改，以下图设计为最优方案。作为陶瓷金卤灯的配套外壳。修改后防爆灯具外壳内径加大至φ122mm，整体加高至124mm，盖子与之相对应加大，经过反复的修改后定型（图1）。主要技术参数见表3。

4.2 光源组件（含二代陶瓷金卤灯泡，开关电源等）、电子镇流器、光源采用飞利浦功率为35W、70W两种规格的CDM-

TC紧凑型陶瓷金卤灯（图2）。

4.4 技术特点

选用陶瓷金卤灯泡作为光源是一种绿色环保型光源。具有体积小、重量轻、寿命长、无污染、免维护、节能和安全性高等优点。

二代陶瓷金卤灯具有清新纯净的白光，优异的显色性，穿透性强，光色好，整个寿命期间表现可靠，具有超稳定的色彩，温度低，发光效率高，使用寿命长，使用寿命期内无需更换光源。

灯具外壳采用高压压铸铝成型，表面粉末静电喷涂，耐高温硅橡胶密封和钢化玻璃一体化设计。

灯具内置高品质开关电源，安全性和稳定性高

5 标准与实验

5.1 引用标准

5.2 实验

6 结论

6.1 矿用高效节能灯通过现场工业性试验效果良好，具有发光效率高、显色性好、光色稳定、寿命长、安全可靠、高效节能等特点。

6.2 符合国家技术指标要求的矿用防爆节能灯具，通过了实验室性能检测和型式试验，获得了有关部门批准

的“防爆电气设备防爆合格证”和“矿用产品安全标志证书”。

6.3 研制的矿用金卤灯，轻便、耐用，适合于煤矿井下巷道照明。

参考文献：

[1]煤矿安全规程.2005年.

[2]GB 50215-2005.煤炭工业矿井设计规范.

[3]节能技术.中国环境出版社，2008年.

[4]国务院五部委《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》2011年28号.

[5]MT 221-2005.煤矿用防爆灯具.