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作為電子工程師，想必大家對于暴露在戶外惡劣環(huán)境中的電子系統(tǒng)設計都會有些心得，做好防水防塵設計、將內(nèi)部核心組件與外部環(huán)境隔離開，是其中的關鍵要訣。不過，在有些應用中，情況并沒有那么簡單。

比如，在實際應用中，有些設備會因為外部環(huán)境和天氣的變化，以及內(nèi)部電子元器件工作時發(fā)熱，導致設備內(nèi)部氣體產(chǎn)生熱脹冷縮的變化，造成設備內(nèi)外部的氣壓差。在這種壓力差的作用下，可能會導致設備密封蓋板的變形，或者由于氣體反復進出產(chǎn)生的“呼吸效應”，加速密封件的老化，使得水汽等雜質(zhì)進入設備內(nèi)部，進而造成電子元器件的失效、老化甚至是設備故障。

想要解決此類可靠性問題，就需要我們這篇文章的主角登場了，它就是——防水透氣閥。

初識防水透氣膜

從名稱中就可以看出，這個閥門有兩個作用：

一個是防水，即根據(jù)需要隔絕液體水或者是水霧/氣進入設備內(nèi)部；
二是在防水的同時能夠允許氣體自由通過，以實現(xiàn)設備內(nèi)外部的壓力平衡。

經(jīng)由防水透氣閥的氣體交換過程，好似設備根據(jù)內(nèi)外部氣壓的大小進行“呼吸”，因此也被稱為“呼吸器”。

防水透氣閥之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能，其秘訣就在于閥門中有一層高分子材料制成的防水透氣薄膜，該薄膜上面有很多微孔，其直徑（通常為幾百納米到幾十微米）是水滴直徑的數(shù)千分之一，同時又是空氣中氣體分子的1,000倍左右，因此也就具有了“阻水通氣”的特性。防水透氣閥的通氣量，一般取決于高分子薄膜的開孔率、厚度和孔徑等參數(shù)，通過調(diào)整這些參數(shù)就能制造出不同規(guī)格的產(chǎn)品。

當然，防水透氣閥也不是實現(xiàn)“防水透氣”這個目標唯一的技術路徑，能夠?qū)崿F(xiàn)相似功能的方案還有氣囊和透氣孔。前者是通過在密封設備腔體上外接一個氣囊，來應對可能發(fā)生的氣壓變化，但氣囊容易破損且安放需要預留足夠的空間，所以適用范圍有限；后者則是通過迷宮式的氣道設計，盡可能在通氣的同時阻止水和灰塵等異物的進入，但總是難免有“漏網(wǎng)之魚”，使得防水防塵的性能打折扣。因此相較而言，防水透氣閥是一個更優(yōu)的解決方案。

圖1：防水透氣膜在防水的同時能夠允許氣體自由通過，以實現(xiàn)設備內(nèi)外部的壓力平衡

（圖源：Amphenol LTW）

防水透氣閥的典型應用

正是因為防水透氣閥的特性優(yōu)勢，其應用十分廣泛。

1汽車領域隨著電氣化的發(fā)展，鋰離子動力電池組在新能源汽車中的應用日趨廣泛。大家知道鋰離子電池素來有“不穩(wěn)定”的特點，其在充電、放電過程中會產(chǎn)生大量混合氣體以及熱量，這會導致全封閉電池組內(nèi)部氣壓的增加，而如果這些壓力無法及時平衡或釋放，很可能會造成外殼的變形漏液，甚至有電池爆炸的風險。因此，在設計車載動力電池箱時，就需要采用防水透氣閥來為電池組“減壓”，同時確保車輛在使用中免受雨水、灰塵、油污等惡劣環(huán)境的影響，可靠穩(wěn)定地工作。

2戶外照明LED戶外照明是防水透氣閥的另一個典型應用。戶外的LED燈具通常是防水密封設計的，但這也會帶來不易散熱的問題。一方面，溫度過高會造成LED照明系統(tǒng)中元器件的失效和故障；另一方面，為了避免高溫對照明系統(tǒng)的損害，很多LED燈具都設計有溫控裝置，當LED燈的工作溫度超過設定值時，設備會進入保護狀態(tài)，影響正常使用。為了防止這些情況的發(fā)生，就需要防水透氣閥發(fā)揮作用——當LED燈具內(nèi)溫度升高、壓力變大時，通過透氣防水的閥門排出燈具內(nèi)的熱風，及時平衡設備內(nèi)外壓力并加速熱量的散發(fā)，確保設備正常工作。 3通訊行業(yè)

防水透氣閥在通信行業(yè)也是不可或缺的存在。無線基站等通信基礎設施所處的環(huán)境復雜，且位置分散、維護難度大，而其對可靠性又有很高的要求。

有分析表明，戶外通信設備在夏季白天工作時，由于溫度的上升會在設備殼體內(nèi)部產(chǎn)生至少100mbar的正壓，如果密閉殼體內(nèi)的空氣無法排出，這些壓力會聚集在密封件、連接器等殼體上比較薄弱的地方；而當遇到寒冷天氣，設備內(nèi)部的空氣又會因收縮形成負壓，外部較高的氣壓同樣會在殼體薄弱處產(chǎn)生較大應力。這樣的情況反復循環(huán)出現(xiàn)，就會加速密封件的老化，減弱設備抵御惡劣環(huán)境的能力，對可靠性產(chǎn)生不良影響。應對這一挑戰(zhàn)，防水透氣閥顯然是不二之選。

4光伏行業(yè)

防水透氣閥還有一個重要應用場景，就是在光伏行業(yè)中。與其他戶外設備相類似，太陽能設備內(nèi)部也會因元件散熱和天氣條件引起的溫度變化，產(chǎn)生較大的氣壓差，熱量和壓力的積聚會使得設備內(nèi)部一些關鍵組件變形或者失效，也容易將外界環(huán)境中的水汽、灰塵等吸入設備內(nèi)部，引發(fā)短路、腐蝕等風險，影響設備使用壽命。因此，通過防水透氣閥來實現(xiàn)設備內(nèi)外的壓力平衡，也就成了保障光伏設備性能和可靠性，延長使用壽命的關鍵一環(huán)。

如果仔細觀察，我們會發(fā)現(xiàn)防水透氣閥的應用領域還有很多，在設備殼體需要良好密封性和透氣性的場合，防水透氣閥都可以大顯身手。

圖2：防水透氣閥的典型應用場景

（圖源：Amphenol LTW）

選擇合適的防水透氣閥

防水透氣閥應用的拓展也催生出了豐富的產(chǎn)品組合，它們按照材質(zhì)可以分為金屬和塑料類型，按照安裝方式有螺紋和卡入式等不同的產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實際需要進行選型。

雖然防水透氣閥的產(chǎn)品形態(tài)各異，但在選型時還是有幾個主要的技術指標和特性需要重點權衡。

防護性能

也就是我們常說的IP防護等級，它代表產(chǎn)品防水防塵能力的大小，一般防水透氣閥都需要達到IP65至IP68甚至更高的等級。

透氣量

這個關鍵指標反映的是透氣閥快速平衡壓力的能力，即在一定氣壓下，單位面積單位時間的透氣量。業(yè)內(nèi)通行的方法是以70mbar下每平方厘米的透氣效果來衡量。

環(huán)境耐受性

包括結構的穩(wěn)固耐用性，以及耐溫度、耐腐蝕、阻燃性、抗氧化性等，這些特性對于長期暴露在惡劣環(huán)境中的防水透氣閥來講，自然十分重要。

產(chǎn)品易用性

產(chǎn)品的安裝是否方便快捷，是否有效減少維護成本，這也是要重點考量的一個特性。有些防水透氣閥還會根據(jù)特定應用進行優(yōu)化，強化產(chǎn)品的適用性和易用性。

通過對上面幾個指標的綜合考量，參考使用條件，就能夠基本選定合適的防水透氣閥。

Amphenol LTW可以提供綜合性能出色、類型豐富的防水透氣閥產(chǎn)品，這些產(chǎn)品基于高性能的疏水/疏油膜而構建，滿足IP68 / IP69K的防護等級, 可防止液體、油和水分進入, 并減少密封外殼中的冷凝。

這些防水透氣閥包括鋁合金、不銹鋼、塑膠等多種類型，提供螺紋及卡入式不同的鎖合方式，透氣性高達10,000 ml/min @ 70mbar，阻燃等級達到UL 94V-0，工作溫度范圍-40°C至+125°C（或+150°C），可以說能夠覆蓋大多數(shù)密封防水和平衡透氣的應用場景要求。

圖3：Amphenol LTW的防水透氣閥產(chǎn)品

（圖源：Amphenol LTW）

值得一提的是，在提供多樣化產(chǎn)品組合的同時，Amphenol LTW還在提升選型便利性方面為開發(fā)者準備了快速易用的產(chǎn)品選型工具。眾所周知，最終選擇哪款防水透氣閥，氣壓平衡時間是一個關鍵指標，確定它要根據(jù)透氣量、腔體體積、環(huán)境溫度等各種參數(shù)進行計算。

為了簡化這一計算工作，Amphenol LTW提供了一款透氣閥平衡時間的在線計算器，輸入?yún)?shù)后便可快速得出結果，用戶按圖索驥，更容易找到心儀的防水透氣閥。