CN101826578A - 大功率led相变冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种大功率LED相变冷却装置，具有蒸发室、循环泵、冷凝散热器和喷嘴，蒸发室为封闭壳体，具有相对设置的蒸发板和背板，蒸发板为金属板，其外侧面焊接LED灯，内侧连接有多孔金属板或丝网，喷嘴设置在背板内侧并指向蒸发板，循环泵和冷凝散热器设置在蒸发室外部，蒸发室壳体上位于喷嘴下方设有出口，管道依次连接蒸发室的出口、循环泵和冷凝散热器，再穿过蒸发室的背板与喷嘴相连通，使得蒸发室、微泵和冷凝散热器形成一个封闭环路，蒸发室内设有冷却工质。本发明散热可靠性好，散热效率高，结构紧凑，加工方便，制造成本较低，实用性较强，适合工业化批量生产。

Description

大功率LED相变冷却装置

技术领域

本发明涉及一种大功率电子或光学器件的冷却装置，特别涉及一种大功率LED(lightemitting diode，发光二极管)的冷却装置。

背景技术

传统的大功率器件冷却方法通常是通过传导和对流等方法借助冷却介质将发热器件的发热量传递到设备外部的大气环境中，实现设备内部的温度控制。对工作环境恶劣热流密度超过100W/CM²的大功率LED，内部产生的热量很难通过上述传统的方法实现大功率LED的冷却，防止LED温升过高，是大功率LED器件应用必须解决的核心问题。目前，国内外普遍采用改进LED基板材料、封装结构的方法来改善大功率LED的散热问题。但对于用于照明的大功率LED这种方法很难见效，同时其成本不能很高，尺寸不允许过大，也不容许以电风扇等方式来强化散热，通过进一步提高热传导来散热将导致成本的大幅度增加。因此，现有的冷却方法不能解决大功率LED的散热问题。

利用相变导热的热管技术是解决大功率LED冷却的一个重要方向。在照明时使用热管时，若热管被弯曲，由于传统的热管气液在同一管道中，就会导致冷却效率的剧降。但是为了造型的需要，大功率LED的热管是必须被弯曲的，所以传统的热管很难可靠的解决大功率LED的冷却问题。加上现有的回路热管技术直接用在大功率LED的散热上制造成本高、加工不方便、毛细结构过于复杂等缺点，用传统的热管冷却不利于大功率LED的市场化。

发明内容

本发明针对大功率LED冷却缺乏有效解决方案的现状，提出了一种散热可靠性好，散热效率高，结构紧凑，加工方便，制造成本较低的大功率LED相变冷却装置。

本发明目的的技术方案是：一种大功率LED相变冷却装置，具有蒸发室、循环泵、冷凝散热器和喷嘴，蒸发室为封闭壳体，具有相对设置的蒸发板和背板，蒸发板为金属板，其外侧面焊接LED灯，喷嘴设置在背板内侧并指向蒸发板，循环泵和冷凝散热器设置在蒸发室外部，蒸发室壳体上位于喷嘴下方设有出口，管道依次连接蒸发室的出口、循环泵和冷凝散热器，再穿过蒸发室的背板与喷嘴相连通，使得蒸发室、微泵和冷凝散热器形成一个封闭环路，蒸发室内设有冷却工质。

上述大功率LED相变冷却装置的蒸发室的蒸发板内壁连接有多孔金属板或丝网。

上述大功率LED相变冷却装置的金属孔板下端延伸至蒸发室底部。

上述大功率LED相变冷却装置的蒸发室内的冷却工质液位与出口齐平。

上述大功率LED相变冷却装置的喷嘴数量和位置与LED灯相对应。

上述大功率LED相变冷却装置的管道为柔性管道，所述冷凝散热器可以为符合装配需要的异形冷凝散热器。

上述大功率LED相变冷却装置的冷却工质为乙醇和水的混合液，以质量百分比表示，其中乙醇占10～50％，其余为水。

本发明具有以下优点：(1)本发明的蒸发室具有金属蒸发板，其外侧面焊接LED灯，LED灯在工作时所发出的热量传至蒸发板上，而冷却的冷却工质通过喷嘴喷射到蒸发板上，对其进行冷却，散热可靠性好，散热效率高；(2)当本发明的采用蒸发板内壁连接有多孔金属板或丝网时，能更好的使冷却工质停留在蒸发板上，同时，多孔金属板或丝网延伸至蒸发室底部，可以通过多孔金属板或丝网的毛细作用将蒸发室底部的冷却工质吸上来，更进一步提高了散热效率；(3)本发明的管道为柔性管道，冷凝散热器可以为符合装配需要的异形冷凝散热器，可以根据具体安装空间需要批量生产，结构合理，安装方便；(4)本发明的冷却装置将冷却工质封闭在其环路中，冷却工质不会损耗，无需后期维护，而冷却工质可以采用乙醇和水的混合液，成本相对较低，实用性较强，适合工业化批量生产。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的第一个实施例的结构简图。

具体实施方式

相变材料从一种状态变为另一种状态时，要从环境中吸收或放出热量，可实现热量存储和释放，即可达到控制温度的目的。在液态变为气态时，要吸收大量的热量，在气态冷凝变为液态时则放出热量，同时在相变过程中一般是等温或近似等温的过程，运用相变材料这种特性，可以实现小环境的温度控制，并且可以多次重复使用。

见图1，大功率LED具有设置在LED灯9前部的透明灯罩7和与透明灯罩7连接的位于LED灯9后部的后罩8，大功率LED的相变冷却装置，具有设置在透明灯罩7和后罩8中的蒸发室1，设置在蒸发室1内的喷嘴4，以及循环泵2和冷凝散热器3，循环泵2和冷凝散热器3，设置在蒸发室1外部，可以是在后罩8内部，也可以是在后罩8外部；蒸发室1为封闭的金属壳体，具有相对设置的蒸发板11和背板12，蒸发板11外侧面通过焊接的方式将LED灯9固定，使得LED灯9工作时发出的热量能传导至蒸发板11上，蒸发板11内壁紧密连接有多孔金属板或丝网13，多孔金属板或丝网13下端延伸至蒸发室1底部，喷嘴4设置在背板12内侧并指向蒸发板11，喷嘴4的数量和设置位置与LED灯9相对应，蒸发室1壳体位于最下位置的喷嘴4下方设有出口13，管道5依次连接蒸发室1的出口14、循环泵2和冷凝散热器3，再穿过蒸发室1的背板12与各喷嘴4相连通，使得蒸发室1、微泵2和冷凝散热器3形成一个封闭环路，上述管道5可以采用柔性管道，并且长度可以根据需要设定，冷凝散热器3可以为符合装配需要的异形冷凝散热器3，这样就可以将循环泵2和冷凝散热器3设置在需要的位置。蒸发室1内设有冷却工质6，冷却工质6初始液位与出口13齐平，冷却工质6为乙醇和水的混合液，以质量百分比表示，其中乙醇占10～50％，其余为水。

初始状态下，蒸发室1内的冷却工质6液位与出口14齐平，工作时循环泵2将冷却工质6泵入冷凝散热器3，再通过各喷嘴4将液态冷却工质6喷至多孔金属板或丝网13上，保证大功率LED开始工作时多孔金属板或丝网13内充满液态冷却工质6。LED灯9工作时产生的热量通过焊接材料及蒸发板11传到多孔金属板或丝网13时，多孔金属板或丝网13内部的液态冷却工质6被加热，部分液态冷却工质6由液态蒸发为气体，在相变的过程中将LED灯9产生的热量带走，并通蒸发室1、管道5、循环泵2、冷凝散热器3及各喷嘴4循环，汽态冷却工质6由自然或强迫的方式通过冷凝散热器3时被冷凝成液态释放出汽化潜热，汽态冷却工质6冷凝后变为液态冷却工质6通过管道5及喷嘴4，喷射到蒸发板11及多孔金属板或丝网13上，从而对LED灯9进行相变制冷，多孔金属板或丝网13具有的毛细作用能使液态冷却工质6吸入多孔金属板或丝网，保证了多孔金属板或丝网13始终充满液态冷却工质6，如此形成了一个冷却工质6的流动循环和热量传递过程。蒸发室1装有一定量的液态冷却工质6，主要作用是保证启动的时候液态冷却工质6容纳在管道5中，启动时能借助循环泵2的泵力喷射到蒸发板11及多孔金属板或丝网13上，防止冷却工质6来不及回流造成蒸发板11干涸。

Claims (7)

1.一种大功率LED相变冷却装置，其特征在于：具有蒸发室(1)、循环泵(2)、冷凝散热器(3)和喷嘴(4)，蒸发室(1)为封闭壳体，具有相对设置的蒸发板(11)和背板(12)，蒸发板(11)为金属板，其外侧面焊接LED灯(9)，喷嘴(4)设置在背板(12)内侧并指向蒸发板(11)，循环泵(2)和冷凝散热器(3)设置在蒸发室(1)外部，蒸发室(1)壳体上位于喷嘴(4)下方设有出口(13)，管道(5)依次连接蒸发室(1)的出口(13)、循环泵(2)和冷凝散热器(3)，再穿过蒸发室(1)的背板(12)与喷嘴(4)相连通，使得蒸发室(1)、循环泵(2)和冷凝散热器(3)形成一个封闭环路，蒸发室(1)内设有冷却工质(6)。

2.根据权利要求1所述的大功率LED相变冷却装置，其特征在于：所述蒸发室(1)的蒸发板(11)内壁连接有多孔金属板或丝网(13)。

3.根据权利要求2所述的大功率LED相变冷却装置，其特征在于：所述多孔金属板或丝网(13)下端延伸至蒸发室(1)底部。

4.根据权利要求1所述的大功率LED相变冷却装置，其特征在于：所述蒸发室(1)内的冷却工质(6)液位与出口(14)齐平。

5.根据权利要求3所述的大功率LED相变冷却装置，其特征在于：喷嘴(4)的数量和位置与LED灯(9)相对应。

6.根据权利要求1至5其中之一所述的大功率LED相变冷却装置，其特征在于：所述管道(5)为柔性管道，所述冷凝散热器(3)可以为符合装配需要的异形冷凝散热器(3)。

7.根据权利要求6所述的大功率LED相变冷却装置，其特征在于：所述冷却工质(6)为乙醇和水的混合液，以质量百分比表示，其中乙醇占10～50％，其余为水。