CN101178171A - 一种利用气压和风洞的led灯散热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用气压和风洞的LED灯的散热方法，由LED灯壳体和壳体内的电路板、电源和恒流源上的散热板构成一个空气流通道，在灯头端设有空气进口孔和空气流通道连通，空气进口孔的孔径与通风管或支撑杆或电线杆的直径相匹配，通风管或支撑杆或电线杆为空心管，通过空气进口孔与空气流通道连通，在通风管或支撑杆或电线杆的下端开有空气进气口，在壳体上空气流通道的另一端开有出气孔，冷空气流由于通风管或支撑杆或电线杆的高度而形成的气压差，使空气在空心管形成的通道中自然上升，在空气流通道中形成风流，将电路板、电源和恒流源工作时产生的热量随时带出壳体外，达到散热，解决了大功率LED灯散热难的问题。

Description

一种利用气压和风洞的LED灯散热方法
技术领域
本发明涉及一种利用气压和风洞的半导体LED(Lingt emitting diode)灯的散热方法。
背景技术
LED灯耗电量低、有巨大的节能效果。一个100W距地面高度为8米，照度为30LUX，光通亮为4800LM的节能灯，与同一指标的LED灯比，LED灯耗电量仅为节能灯的五分之一、普通钨丝灯的二十分之一至三十分之一。LED还具有寿命长、体积小、可设计强(即实现照明光的随意布置)等优点。近十年来，为更进一步开发LED的潜在优势、在实现大功率、高效率的LED芯片生产技术的产业化技术等等方面，世界上有许多国家不惜投入巨资。如日本于1998年，美国于2000年相继启动了“国家半导体照明计划”。我国2001年863计划立项，2003年6月紧急启动了“国家半导体照明工程”。当今，由于在芯片数、载流子注入产生不同色彩的激发源与光亮度的配比关系等工艺过程、制作难度已被逐渐破解与掌握，使LED灯实现了使用电压低、效能高、体积小、性能稳定性强、响应时间短、颜色可多变的优点。作为LED发光体的动力源，即电压和电流则是LED灯的关键。电源、恒流源是由许多电子器件组成，工作中它们散发的热量造成电子器件损毁，直接影响全系统的工作性能乃至于寿命。原本能正常工作5万小时以上的LED灯，就因工作中高热量无法排出，在实际应用中很难突破一万小时，有的只能工作几百小时就不再发光。为解决LED灯在发光过程中所散发出来的热量和供LED发光电路系统散发出来的热量，目前世界上对10W以上大功率LED灯基本上都是将电源、恒流源、LED分成二部份组装，将热量分散处理。在解决散热问题上几乎都采用在LED发光体的背面以弧形方式通过散热片散热的办法。为了达到一定的散热面积使体积很大且重量很重。不仅成本高，使用不方便，体积大，还没有从根本上解决如何以足够的散热面积或散热方式实现全电路处于正常温度下工作的问题。此缺陷在很大程度上限制了LED灯的广泛应用。这是造成LED灯特别是大功率LED灯不能普遍应用和推广的原因之一。原因之二是LED灯价格昂贵，这是因为LED发光体自身价格高，加之在灯具制造和装配过程中为减少热量堆积则将电源和恒流源独立制作与装配，不仅制作成本高，采用的专用安装设备也使价格居高不下。散热的关键取决于散热材料和散热面积及通风程度。而空气对流散热却是LED灯的禁区，为防止空气进入LED灯具，保护电路和电器元件不被氧化和腐蚀，几乎都采用密封的办法，强调防水性能，这就给散热造成困难。目前，世界上LED灯的应用也仅限于功率在10W以下，如何解决LED灯用作照明技术中出现的上述难题，使LED灯特别是大功率LED灯能普遍应用和推广则是当今LED灯应用技术中人们关注和攻克的焦点。
发明内容
本发明的目的是设计一种具有利用气压和风洞的LED灯散热结构，应用空气的气压使空气在风洞中形成气流的散热方法，使体外的低温气体进入LED灯体内，由于冷气体的流动和交换带走热气，加速散热和加大散热面积及通风程度，解决52W以上LED灯散热难的问题。
本发明的方案是：由筒型LED灯壳体和壳体内的电路板、电源和恒流源组件上的散热板构成一个空气流通道，在灯头端设有空气进口孔和空气流通道连通，空气进口孔的孔径与通风管或支撑杆或电线杆的直径相匹配，通风管或支撑杆或电线杆为空心管，通过空气进口孔与空气流通道连通，在通风管或支撑杆或电线杆的下端开有空气进气口，在壳体上空气流通道的另一端开有出气孔，冷空气流由于通风管或支撑杆或电线杆的高度而形成的气压差，使空气在空心管形成的通道中自然上升，在通风管或支撑杆或电线杆和灯壳形成的空气流通道中形成风流，将电路板、电源和恒流源组件工作时产生的热量随时带出壳体外，达到散热。
LED灯实验：
在环境温度22℃的情况下，普通52W的LED灯在使用3小时后或直至不再升温，紧贴LED的散热板最高温度为76℃，已超出LED正常使用的范围。
使用用本申请的方法经过改造的LED灯，在没有接通空气进气口的情况下，使用LED灯，3小时后测得散热板最高温度为68℃。
接通空气进气口后，经几昼夜，环境温度最高气温中午22℃，最低气温8℃，紧贴LED散热板的最高温度为46℃。能降温30℃，灯距地面6M，达到LED最佳的工作温度55℃以下的温度。如果用散热器来解决，要增加该灯原有的散热面积1倍以上，增加1倍体积和重量以上，不仅增加了生产成本，而且笨重，给安装带来极大的不便，用本发明，只需将LED灯往原有或新安装的灯杆上一拧即可。
根据长时间的测试，LED灯具除LED紧贴散热板外的部位，尤其表面随着环境温度的变化，它的温度同时会跟着变化。LED紧贴的散热板，因LED放热量大的原因，环境温度变化，几乎不影响该散热板的温度。从8℃到22℃，散热板始终保持46℃。
同一功率的LED灯，灯的支撑杆或电线杆高度越高，它的散热效果越好。灯支撑杆或电线杆高度每增加1米，LED灯最高温区能降温1℃以上。随LED灯的功率增大，管直径适当增大。LED灯的支撑杆或电线杆管可用铁管，最好为铝管，能帮助LED灯导热。当LED灯接上适当的通风管后，不使用灯杆，将LED灯的高度增加，LED灯的散热能力同样增加，具有灯杆一样的效果。在高的建筑物上，只要能装1.5-2M长的通风管(直管或弯管，软管或硬管)均可，在电杆外加通风管有同样的功能。在能装2米以上的杆子的屋内同样可装此LED灯，此管可用作支撑杆。
利用气压和风洞的LED灯，真正解决了大功率LED灯散热难的大问题，从而不仅能在广告灯、路灯、高杆灯上使用大功率LED灯，而且可在机场、体育馆、医院手术室、剧院、会场隧道、军舰上都可使用该LED大功率灯。
利用气压和风洞的LED灯，解决LED灯散热难的实际效益：一、能使大功率LED灯普及；二、可制造上千瓦的LED灯；三、减轻重量降低成本，(台湾有家制造一台200W的LED灯，重量达20多公斤)。就以上测试的52W LED灯为例，散热器部份重1.87公斤，计人民币52.32元，如果不用利用气压和风洞的LED灯，达到最高温区低于55℃，散热面积需增加1倍以上，即需增1.87公斤的铝散热器，不仅要增52.32元成本，最主要是增加了重量。LED灯的功率越大，LED灯重量就成倍的增加，体积和重量，大得你无法使用。而利用气压和风洞的100WLED灯，也只有3公斤不到。单是散热器可节约成本100多元。
利用气压和风洞的LED灯，使LED灯的最高温度(即LED紧贴的铝基板和LED自身在工作时的温度)，一般不会超出50℃，比LED安全范围55℃还要低，从而保障了LED的使用寿命在6-10万小时以上。
附图说明
图1LED灯利用气压和风洞散热原理图
图251W LED灯结构示意图。
图351W LED灯A-A面结构示意图。
其中1.进气口，2.支撑杆或电线杆，3.通道，4.空气进口孔，5.灯头盖，6.空气流通道，7.空气出口孔，8.内散热片，9.LED灯发光体，10.铝散热板，11.电路板，12.电源和恒流源一体化组件，13.筒型散热板，14.壳体15.盖板，16.灯罩
具体实施方式
本实施例以52W横式LED灯为例，见图1、2、3，本发明所述的具有空气流通道的横式LED灯是由具有散热功能的筒型壳体14、电源和恒流源一体化组件12、LED发光体9、电路板11、铝散热板10、内散热片8、灯头盖5、空气进口孔4、空气出口孔7、盖板15、灯罩16组成；
由筒型LED灯壳体14和壳体内的电路板11、电源和恒流源一体化组件12上的铝散热板10构成一个空气流通道6，内散热片8垂直固定在空气流通道6中，灯头盖5固定在壳体14的一端，空气进口孔4连接在灯头盖5中心，和空气流通道6连通，空气进口孔4的孔径与支撑杆或电线杆2的直径相匹配，支撑杆或电线杆2中心为空心管通道3，通过空气进口孔4与空气流通道6连通，在支撑杆或电线杆的下端开有空气进气口1，在壳体上空气流通道6的另一端开有空气出口孔7，电路板11固定在铝散热板10上，LED灯发光体9固定在电路板11上，位于由盖板15和灯罩16构成的空间中，电源和恒流源一体化组件12放置在由筒型散热板13构成的空仓中。电源和恒流源一体化组件见申请号200720173336.3。

Claims (2)

1.一种利用气压和风洞的LED灯散热方法，其特征在于：由筒型LED灯壳体和壳体内的电路板、电源和恒流源组件上的散热板构成一个空气流通道，在灯头端设有空气进口孔和空气流通道连通，空气进口孔的孔径与通风管或支撑杆或电线杆的直径相匹配，通风管或支撑杆或电线杆为空心管，通过空气进口孔与空气流通道连通，在通风管或支撑杆或电线杆的下端开有空气进气口，在壳体上空气流通道的另一端开有出气孔，冷空气流由于通风管或支撑杆或电线杆的高度而形成的上下气压差，使空气在空心管形成的通道中自然上升，在空气流通道中形成风流即风洞，将电路板、电源和恒流源工作时产生的热量随时带出壳体外，达到散热。
2.根据权利要求1所述的利用气压和风洞的LED灯散热方法，其特征在于：通风管是软管或硬管。
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