CN102425736A - 大功率led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率LED灯具，其中包括一LED模块，一内散热器，一外散热器，第一热管组，第二热管组及一支撑板，第一、第二热管组均由复数个U形热管共同组成，其U形中段通过支撑板组合在一起，并安置LED模块，U行端套置在内、外散热器之间，内、外散热器借助鳍片过能够产生烟囱效应的散热通道共同散热；：第一热管组及第二热管组作为LED模块的导热元件，能够快速的将LED模块所产生的热量传递给内、外散热器，实现快速热交换，本发明热量传导快速，且通过内、外散热器实现同时散热，散热效果十分理想，经由实验，可应用于500~1000W之超大功率的LED灯具照明，并能够保证稳定的散热及长期的使用寿命；此外热管的成本，相比均热板更低，因此有利于节省成本。

Description

大功率LED灯具

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，特别是涉及一种大功率LED灯具。

背景技术

在户内外广场、体育场、各种商业广场以及工业工厂、矿场等大型场所或公路，会用到大功率灯具进行照明，以使场所内能获得足够的光线，供人们进行娱乐或工作活动。而随着LED照明的普及，为寻求更为节能环保及长寿命的照明方案，目前在大型场合所应该用的大功率照明灯具，已逐渐由更为符合要求的LED所取代，这类LED照明灯，通常可称为大功率LED照明灯具。

针对如各种大型场所应用的大功率LED灯具，在功率高达500W至1000W的情况下，将实现十分理想的照明效果，然而，现有技术中的散热模组，一般至多仅能够配对于100W至200W的LED灯具使用，除非使用风扇或附加冷却系统，否则不能够满足如此大功率LED的散热要求。

众所周知，LED在散热性能上要求十分严格，过高的温度会导致LED发光效率衰减，而LED运作所产生的废热若无法有效散出，则会直接对LED的寿命造成致命性的影响；尤其是各种超大功率的LED，其散热问题尤为关键，若无法有效的对这类大功率LED进行散热，则会造成热量堆积，严重影响发光效率及使用寿命，并且还存在安全隐患。

可见，寻求一种更加有效的大功率LED灯具的散热方案，是十分有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供大功LED灯具，提供适合的散热性能，可实现更大功率照明的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大功率LED灯具，其中包括：

一LED模块，由复数个LED芯片封装于基板所构成；

一内散热器，由相互同心且套设在一起的内、外圆筒组成，在内、外圆筒之间连接有复数个鳍片，相邻鳍片之间形成能够籍由所接收之热量产生烟囱效应的气流通道；

一外散热器，具有一通孔，在通孔外周沿轴向设有复数个散热鳍片或是复数个散热鳍片组成的能够籍由所接收之热量而产生烟囱效应的气流通道，该外散热器通过通孔套设于所述内散热器外；

第一热管组，由复数个呈U形弯折之热管所组成，其中该复数个热管的U形中段相互拼合成一平整面以固定所述LED模块，该复数个热管的U形端套置于所述内散热器外，并与内散热器外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之壁面贴合；

第二热管组，由复数个呈U形弯折之热管所组成，其中该复数个热管的U形中段位于所述第一热管组之U形中段的后方，并与该所述第一热管组之U形中段相垂直，该复数个热管的U形端套置于所述内散热器，外并与内散热器外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之壁面贴合；以及

一支撑板，位于所述第一热管组之U形中段与所述第二热管组之U形中段之间，该支撑板的正面设有与所述第一热管组之U形中段形状相配的第一卡固纹路，用于卡固该第一热管组之U形中段，该支撑板的背面设有与所述第二热管组之U形中段形状相配的第二卡固纹路，用于卡固该第二热管组之U形中段，其中该第一卡固纹路与第二卡固纹路之间设置有孔，使得被卡固的第一热管组之U形中段与第二热管组之U形中段能够相互接触，如此实现第一热管组及第二热管组的无间隔热传导；其中

所述第一热管组与第二热管组相加的总散热功率大于或等于所述LED模块的功率。

LED模块工作所产生热量，传递给第一、第二热管组，籍由该第一、第二热管组的U形中段快速传递到U形端，并分别传导至内散热器及外散热器，内散热器及外散热器通过各自的鳍片与空气交换热量或是产生烟囱效应散热，以实现内散热器及外散热器同时快速散热。

作为上述方案的进一步改进，所述内散热器外圆筒之外壁沿轴向开设有复数个第一凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于该第一凹槽内，其中第一凹槽呈圆弧状，所述第一热管组及第二热管组的热管与该第一凹槽相贴合的一侧相应为圆弧面。

外散热器通孔之壁面沿轴向开设有复数个第二凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于该第二凹槽内，其中第二凹槽呈圆弧状，所述第一热管组及第二热管组的热管与该第二凹槽相贴合的一侧相应为圆弧面。

作为上述方案的进一步改进，其中所述内散热器上距离复数个第一凹槽最近位置处均设置有鳍片，使得热传导距离最近，效率达到最好。

作为上述方案的进一步改进，其中所述外散热器上距离复数个第二凹槽最近位置处均设置有散热鳍片，使得热传导距离最近，效率达到最好。

作为上述方案的进一步改进，其中所述第一热管组及第二热管组中的U形热管，是由单个热管弯折而成，或是由两个L形热管拼接组成。

作为上述方案的进一步改进，其中所述内散热器的内圆筒上设有可让气流通过的开孔，有助于增加空气流通量，提高散热效率。

作为上述方案的进一步改进，第二热管组的U形中段后侧设置有下支撑板，该下支撑板上设有卡固纹路，该第二热管组的U形中段卡置于该卡固纹路中，可对第二热管组进行辅助固定。

作为上述方案的进一步改进，第一热管组及第二热管组的热管为在管内设有沟槽的烧结式复合管。而管内沟槽数越多，散热效率就越高，最佳条件系由内设有沟槽状的烧结式铜管并且沟槽数越多越好，最好沟槽数大于120，相邻沟槽宽度小于0.1mm，热管的热阻小于0.05℃/watt。

 本发明的有益效果：本发明采用第一热管组及第二热管组作为LED模块的导热元件，热管阻值小于0.05℃/W，能够快速的将LED模块所产生的热量传递给内、外散热器，并由籍由、外散热器的鳍片或产生烟囱效应的空气通道，实现快速热交换，本发明热量传导快速，且通过内、外散热器实现同时散热，散热效果十分理想，经由实验，可应用于500~1000W之超大功率的LED灯具照明，并能够保证稳定的散热及长期的使用寿命；此外热管的成本，相比均热板更低，因此有利于节省成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得的其他设计方案和附图：

图1是本发明的拆分结构示意图；

图2是本发明中第一热管组的结构示意图；

图3是本发明中第二热管组的结构示意图；

图4是本发明中支撑板的结构示意图；

图5是本发明中支撑板的正面结构示意图；

图6是本发明中内散热器的结构示意图；

图7是本发明一种实施例中外散热器的结构示意图；

图8是本发明另一种实施例中外散热器的结构示意图；

图9是本发明中第一、第二热管组与内、外散热器组装在一起的截面结构示意图；

图10是本发明优选实施方式中热管的截面结构示意图；

图11是本发明的等效散热路径图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的大功率LED灯具之典型实施例，结构主要包括LED模块1、内散热器2、外散热器3、第一热管组4、第二热管组5及支撑板6。

LED模块1采用大功率组件，结构上可由复数个排布在一起的LED，集装于一基板而形成，LED工作中产生的热量需要及时传导及发散，基板作为固定安装结构，并可以作为LED模块1的接电结构，并用于将热量传导给第一热管组4及第二热管组5；第一热管组4及第二热管组5作为热传导元器件，目的是为了将由LED模块1所产生的热量经传递过来的热量快速、有效的传导出去。

如图2所示，第一热管组4由复数个呈U形弯折之热管41组成，每一U形弯折的热管41折成为三部分，即中间部分为U形中段和沿U形中段两侧分布的U形端，每一个U形热管41，可以由单个热管弯折而成，也可以是两个L形热管拼合而成；若干热管41的U形端相互拼合或焊接固定在一起形成一平整面40，该平整面40即作为固定LED模块1的部位；若干热管41的U形端共同位于平整面40的一侧，并相对于平整面40沿周向分布，形成栏状结构。

相应的，如图3所示，第二热管组5同样由复数个呈U形弯折之热管51组成，每一U形弯折的热管51折成为三部分，即中间部分为U形中段和沿U形中段两侧分布的U形端，每一个U形热管51，可以由单个热管弯折而成，也可以是两个L形热管拼合而成；在连接结构中，第二热管组5的U形中段位于第一热管组4之U形中段的后方，且位置关系上与第一热管组4之U形中段相垂直交叉；而同样的，第二热管组5的U形端与第一热管组4的U形端延伸方向相同，如此一来由于两个热管组的垂直交叉关系，第二热管组5的U形端所形成的栏状结构，刚好和第一热管组4的U形端所形成的栏状结构互补，共同围成一个圆环状栏

由于第一热管组4及第二热管组5均是由若干热管拼合在一起组成，为了加强热管的固定，特增设了支撑板6用于中间的安置固定，其中该支撑板6位于第一热管组4之U形中段与第二热管组5之U形中段之间，且如图4所示，支撑板6的正面设有与第一热管组之U形中段形状相配的第一卡固纹路61，用于卡装固定第一热管组4之由若干热管组成的U形中段；支撑板6的背面设有与述第二热管组5之U形中段形状相配的第二卡固纹路62，用于卡固该第二热管组5之由若干热管组成的U形中段；支撑板6优选采用导热性能良好的金属制品，此外为了加强第一热管组4与第二热管组5之间的热传递效率，可以如图5所示在支撑板6上，第一卡固纹路61与第二卡固纹路62之间增设孔63，如此在第一热管组4的U形中段卡装固定于第一卡固纹路61内，同时第二热管组5的U形中段装固定于第二卡固纹路61内时，互相之间可以通过孔63连通接触，达到互相之间的零热阻隔。

灯具的组装结构中，第二热管组5是由多个热管组成，为了更方便于固定，可以在第二热管组5的U形中段后侧设置有下支撑板7，该下支撑板7上设有卡固纹路71，使得第二热管组5的U形中段卡置于该卡固纹路71中。

如图6所示，本发明的内散热器2由相互同心且套设在一起的内圆筒21及外圆筒22组成，在内圆筒21、外圆筒22之间连接有复数个鳍片23，相邻鳍片23之间形成能够籍由所接收之热量产生烟囱效应的气流通道24；在实际安装结构中，灯具各种配件，如电源模块，可以设置于内圆筒21的孔内，实现隐藏安装，而导线连接则由孔端引出，接在LED模块1的引脚或是金属导热组件上；在优选方案中，可以在内散热器2的内圆筒21上设有可让气流通过的开孔211，这样从内圆筒21的孔内流过的空气，可以通过开孔211流到气流通道24内及鳍片23附近，有利于LED灯具整体的散热。

本发明的外散热器3，具有一通孔30，在通孔30外周沿轴向设有散热结构，外散热器3通过通孔30套设于上述内散热器2之外。外散热器3的散热结构与空气接触的面积越大，则散热效果越好，如图7所示，本发明优选采用的一种方案中，外散热器3外周沿轴向设置有若干气流通道32，籍由第一热管组4及第二热管组5所传递之热量，能够产生烟囱效应，以增加空气流动速度，如此实现了快速的热传递；在设计及生产制造中，外散热器3同样可以通过两大小不一且相互套设的同心圆筒，并在两同心圆筒之间连接若干辐射状散热鳍片31支持，如此内心处的小圆筒即在其内侧形成套设内散热器2及第一热管组4、第二热管组5所组成之环状栏结构的通孔，而小圆筒结合大圆筒及若干的辐射状散热鳍片31，就形成了若干的气流通道32。

而如图8所示，在本发明的另一种优选方案中，外散热器3外周设置有辐射状散热鳍片32，而这些散热鳍片也可以是”Y”或”T”字型，而散热鳍片也可以相互连接，在具有较大的散热面积的同时，同样具备烟囱效应的优势。

本发明第一热管组4及第二热管组5中的热管通常形状为一圆管形，如图10所示，热管9其优选为业强科技(Yeh-Chiang Technology)所生产的热管，在管内设有沟槽91的烧结式复合管，且其沟槽91的数量大于120，为达到对大功率照明的应用，最优选择其热阻小于0.05℃/watt；热管需要进行折弯工艺大致形成U形，而且需要多个拼装在一起应用，因此最好还要对热管进行压装整形，以更好的和相关元器件贴合装配，藉此来达到更好的热传导效果。

根据上述结构，本发明由第一热管组4及第二热管组5之热管U形端共同组成的圆环状栏，一方面刚好套置在内散热器2之外，并与内散热器2之外圆筒22的外壁贴合；另一方面，则刚好贴合在外散热器3的通孔30之壁面。第一热管组4及第二热管组5的热管U形端所组成的圆环状栏，会罩住内散热器2，并且位于内散热器2前端，为了达到最优的热传导效率，第一热管组4及第二热管组5的每一热管均贴近在内散热器2的一鳍片23之端部，且该部分贴近热管的鳍片23端部形状均作为适配于热管弯折处的弧形。

在优选实施方案中，内散热器2的外圆筒22之外壁沿轴向开设有复数个第一凹槽221，该第一凹槽221用于配合第一热管组4及第二热管组5之U形端的每一热管，使得U形端的热管能够分别相匹配紧密贴装于该第一凹槽221内，其中可以使得该第一凹槽221呈圆弧状，而第一热管组4及第二热管组5的热管与该第一凹槽221相贴合的一侧相应为圆弧面。

同样的，外散热器3的通孔30之壁面优选沿轴向开设有复数个第二凹槽301，该第二凹槽301用于配合第一热管组4及第二热管组5之U形端的每一热管，使得U形端的热管能够分别相匹配紧密贴装于该第二凹槽301内，其中可以使得该第一凹槽301呈圆弧状，而第一热管组4及第二热管组5的热管与该第二凹槽301相贴合的一侧相应为圆弧面。第一热管组4、第二热管组5与内散热器2、外散热器3组装配合后的结构示意图如图9所示，其中标号9代表内散热器2或外散热器3的热管，可见，在不必更改热管的外形，简化工艺的前提下，不但使得热管9牢固的和内散热器2及外散热器3定位，在不必要改变热管圆形形状的同时，可以达到理想的固定效果，结构也更为紧凑合理；另一方面，弧形面的紧密贴装配合，能够增加接触面积，进而增加了从热管到内散热器2或外散热器3的有效传热面积，使得三者贴合紧密而令热传导达到最优。

此外作为增强内散热器2及外散热器3的散热效率，在一种较佳实施方案中，内散热器2上距离第一凹槽221最近位置处均设置有鳍片23，使得从热管传递过来的热量，能够以最短距离传递到鳍片23上，由鳍片23与空气热交换而散出。同样的，外散热器3上距离复数个第二凹槽301最近位置处均设置有散热鳍片31，使得从热管传递过来的热量，能够以最短距离传递到散热鳍片31上，由散热鳍片31与空气热交换而散出。

本发明可应用在各种超大功率的LED灯具，作为热源的LED模块1工作时产生的热量为灯具的最主要热源，LED模块1工作时，热量首先传递到第一热管组4上由U形中段所构成的平整面40，使得第一热管组4接收热量，而由于第二热管组5与第一热管组4接触在一起，可以迅速分担第一热管组4的热量，以共同将热量传递到各自的U形端，由于U形端分别接触到内散热器2之外圆筒22的外壁，以及外散热器3的通孔30之壁面，因此热量分为了两条路径，分别传递到了内散热器2及外散热器3上，由内散热器2及外散热器3共同作用进行散热；为了达到完全的散热效果，第一热管组4与第二热管组5相加的总散热功率，必须大于或等于LED模块1的功率，如此第一热管组4与第二热管组5的散热速度，才能赶得上LED模块1工作时产生热量的速度。

本发明根据上述结构，可应用于超高功率的LED灯具，如图11所示，表示了本发明的等效热阻散热路径，可知LED模块1工作时产生的热量，其传导路线为：首先依次经由导热组件传递给第一热管组4及第二热管组5，第一热管组4及第二热管组5在导热过程中，可等效为一热超导，起到热量快速传导的作用，而经由第一热管组4及第二热管组5所导出的热量，则分为两路，其中一路为传递给内散热器2，最终由内散热器2与空气热交换实现散热，另一路则传递给外散热器3，最终由外散热器3空气热交换实现散热。可见，本发明的方案，相当于两个具备两个并联的散热部，由于其针对唯一的LED模块1进行散热，因此散热效果十分理想。

在灯具安装后，具有LED模块1的一侧大致朝向下方以进行照射，一般还可在LED模组1外增设一面盖8进行保护。LED模块1工作时产生热量，除由内散热器2及外散热器3传递外，在靠近LED模块1的一侧，较冷的空气上升，经由内散热器2和/或外散热器3的通道所产生的烟囱效应，逐渐将内散热器2、外散热器3上的热量吸收，形成热空气，最终从通道的上方口流出，如此循环，即可实现良好的散热效果。

应注意的是，上述只是阐述了本发明较优的实施方式，因此并不视为本发明唯一的保护范围，惟应了解的是在不脱离本发明的保护范围内，对于本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，仍得有许多变化及修改。因此，本发明并不限制于所揭露的实施例，而是以后附申请专利范围之文字记载为准，即不偏离本发明申请专利范围所为之均等变化与修饰，应仍属本发明之涵盖范围。

Claims (11)

1.一种大功率LED灯具，其中包括：

一LED模块，由复数个LED芯片封装于基板所构成；

一内散热器，由相互同心且套设在一起的内、外圆筒组成，在内、外圆筒之间连接有复数个鳍片，相邻鳍片之间形成能够籍由所接收之热量产生烟囱效应的气流通道；

一外散热器，具有一通孔，在通孔外周沿轴向设有复数个散热鳍片或是复数个散热鳍片组成的能够籍由所接收之热量而产生烟囱效应的气流通道，该外散热器通过通孔套设于所述内散热器外；

第一热管组，由复数个呈U形弯折之热管所组成，其中该复数个热管的U形中段相互拼合成一平整面以固定所述LED模块，该复数个热管的U形端套置于所述内散热器外，并与内散热器外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之壁面贴合；

第二热管组，由复数个呈U形弯折之热管所组成，其中该复数个热管的U形中段位于所述第一热管组之U形中段的后方，并与该所述第一热管组之U形中段相垂直，该复数个热管的U形端套置于所述内散热器，外并与内散热器外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之壁面贴合；以及

一支撑板，位于所述第一热管组之U形中段与所述第二热管组之U形中段之间，该支撑板的正面设有与所述第一热管组之U形中段形状相配的第一卡固纹路，用于卡固该第一热管组之U形中段，该支撑板的背面设有与所述第二热管组之U形中段形状相配的第二卡固纹路，用于卡固该第二热管组之U形中段，其中该第一卡固纹路与第二卡固纹路之间设置有孔，使得被卡固的第一热管组之U形中段与第二热管组之U形中段能够相互接触；其中

所述第一热管组与第二热管组相加的总散热功率大于或等于所述LED模块的功率。

2.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯具，其中所述内散热器外圆筒之外壁沿轴向开设有复数个第一凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于该第一凹槽内，其中第一凹槽呈圆弧状，所述第一热管组及第二热管组的热管与该第一凹槽相贴合的一侧相应为圆弧面。

3.根据权利要求1或2所述的一种大功率LED灯具，其中所述外散热器通孔之壁面沿轴向开设有复数个第二凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于该第二凹槽内，其中第二凹槽呈圆弧状，所述第一热管组及第二热管组的热管与该第二凹槽相贴合的一侧相应为圆弧面。

4.根据权利要求2所述的一种大功率LED灯具，其中所述内散热器上距离复数个第一凹槽最近位置处均设置有鳍片。

5.根据权利要求3所述的一种大功率LED灯具，其中所述外散热器上距离复数个第二凹槽最近位置处均设置有散热鳍片。

6.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯具，其中所述第一热管组及第二热管组中的U形热管，是由单个热管弯折而成，或是由两个L形热管拼接组成。

7.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯具，其中所述内散热器的内圆筒上设有可让气流通过的开孔。

8.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯具，其中第二热管组的U形中段后侧设置有下支撑板，该下支撑板上设有卡固纹路，该第二热管组的U形中段卡置于该卡固纹路中。

9.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯具，其中所述第一热管组及第二热管组的热管为在管内设有沟槽的烧结式复合管。

10.根据权利要求9所述的大功LED灯具，其中所述的热管内的沟槽数大于120，相邻沟槽宽度小于0.1mm。

11.根据权利要求10所述的大功LED灯具，其中所述的热管的热阻小于0.05℃/watt。

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