CN102588791A

CN102588791A - 利用相变传热的腔体式结构散热led灯具

Info

Publication number: CN102588791A
Application number: CN2012100465014A
Authority: CN
Inventors: 岑继文; 王亦伟; 蒋方明; 刘培
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了利用相变传热的腔体式结构散热LED灯具，包括有散热腔体，连接在散热腔体底端的灯头，灯头内设有LED发光模块，LED发光模块朝外的一侧上固定有透镜，在散热腔体内设有电源盒，电源盒上连接有固定接头，所述散热腔体内部与LED发光模块背面基板和灯头之间形成密闭的空间，密闭空间内抽真空后，在所述散热腔体内灌注有少许流体工质，不能充满整个腔体，散热腔体内还具有一端与电源盒连接，另一端与灯头连接的引线管。散热腔体可制成任意大小，能够为灯具布置足够的散热面积；散热腔体的散热面可在竖直方向布置，不会出现积尘现象，雨水可以保证其清洁性；而且竖直布置的散热面到强化自然对流的散热效果；还具有使灯头及LED发光模块迅速均温的作用。

Description

利用相变传热的腔体式结构散热LED灯具

技术领域

本发明涉及一种照明设备散热系统领域，特别是利用相变传热的腔体式结构LED灯具散热系统。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，称发光二极管)，属于固态光源，具有非常好的节能环保优势，相同光效下耗能仅为白炽灯的10～20％，被誉为″21世纪的照明新光源″。与传统光源相比，半导体光源有节能、高效、体积小、寿命长、响应速度快、驱动电压低、抗震动等优点。LED发光机理是靠电子在能带间跃迁产生光，其光谱中不包含红外部分，所以其热量不能靠辐射散出，所以说LED是‘冷’光源。但是，目前LED的发光效率仅能达到10％～20％，还有80％～90％的能量转变成了热量。若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温上升超过最大允许温度时(一般是150℃)，大功率LED会因过热而损坏。即使没有立即被烧毁，长期在高温下工作LED的寿命会大打折扣。因此在LED照明灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。

目前，市场上的LED灯具的散热器多采用散热翅片直接粘贴在散热基板背后，依靠热传导的方式将热量传递至翅片表面，但实际上散热基板的面积通常并不足以保证灯具具有充分的散热效果。而且水平放置的散热翅片不利于自然对流的形成，同时在长期的使用过程中还有积尘失效的风险。而且无限制的增大散热翅片的大小是不可行的，因为热传导速度较弱，很难将热量传输至较远的翅片处，大的散热器成本会相应增加。需要新的散热模式和结构来解决这个矛盾。

目前市场上有使用传统管状热管穿插散热翅片的方法增强散热效果，但由于结构复杂，受到成本上的制约一时难以推广。本发明突破传统热管为管状的思维束缚，保留两相沸腾高效换热的原理优点，将热管改进为适合LED灯具的结构形式，即三维立体腔体形式，能够获得较好的散热效果的同时成本也比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热效果好，成本较低的LED灯具散热系统。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：利用相变传热的腔体式结构散热LED灯具，包括有散热腔体，连接在散热腔体底端的灯头，灯头内设有LED发光模块，LED发光模块朝外的一侧上固定有透镜，在散热腔体内设有电源盒，电源盒上连接有固定接头，所述散热腔体内部与LED发光模块背面基板和灯头之间形成密闭的空间，密闭空间内抽真空后，在所述散热腔体内灌注有少许流体工质，不能充满整个腔体，散热腔体内还具有一端与电源盒连接，另一端与灯头连接的引线管。

所述流体工质在散热腔体内的液面高度为：浸没LED发光模块基板背面和灯头背面。这样，流体在密闭空间内始终处于气液两相状态。

当LED发光模块通电工作时，其发出的热量加热液态流体使其沸腾，产生的热蒸汽上升扩散至腔体内表面各处后冷凝，冷凝后的液体流体在重力作用下回流至位于腔体底部的LED发光模块基板背面。热量最终通过腔体外表面与周围空气进行热交换而散失掉。这样，整个LED灯具实际上可以看作是一个热管，虽然采用的是热管的高效相变传热原理，但完全没有了“管”的形状。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点：(a)散热腔体可制成任意大小，能够为灯具布置足够的散热面积；(b)散热腔体的散热面可在竖直方向布置，不会出现积尘现象，雨水可以保证其清洁性；(c)而且竖直布置的散热面到强化自然对流的散热效果；(d)还具有使灯头及LED发光模块迅速均温的作用；(e)该方法的原理属于重力热管无需过于复杂的吸液芯结构，成本相对较低。

附图说明

图1为本发明的腔体式散热LED照明灯具外观结构示意图；

图2为图1灯具的剖视图；

附图标记说明：1-透镜，2-LED发光模块，3-灯头，4-流体工质，5-引线管，6-散热腔体，7-电源盒，8-固定接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1和图2所示，利用相变传热的腔体式结构散热LED灯具，包括有散热腔体6，连接在散热腔体6底端的灯头3，灯头3内设有LED发光模块2，LED发光模块2朝外的一侧上固定有透镜1，在散热腔体6内设有电源盒7，电源盒7上连接有固定接头8，散热腔体6内部与LED发光模块2背面基板和灯头3之间形成密闭的空间，在散热腔体6内灌注有流体工质4，散热腔体6内还具有一端与电源盒7连接，另一端与灯头3连接的引线管5。

本实施例除开透镜1和固定接头8，其他部分通过焊接或者密封胶组成一个密闭空间，该密闭空间内抽真空后，充入少量流体工质4，充注量以其液态流体浸没发光模块2背面和灯头为宜，使流体处以气液两相状态。

密闭空间大部分是气态流体，液态仅占小部分体积，这样可减轻灯具的总重。当LED发光模块2通电亮灯后发出的热量使得液态流体沸腾，产生的热蒸汽通过对流传至散热腔体6内表面进行散热冷凝，冷凝后的液体又流回底部的灯头3和LED发光模块2。而受热后的散热腔6通过外表面与空气进行自然对流换热，最终将热量散发至周围空气中。这样，通过流体工质的沸腾和冷凝两个过程，源源不断的将LED发出的热量迅速传导至散热腔体6表面进行散热。气液相变传热的优点是速度非常快，是不同导热的几百倍，传热距离可以很长，可以做大的散热表面，为LED灯具提供充足的散热面。

另外要说明的是，散热腔体6的壁厚可以做的尽量薄，但要能够维持密闭空间的密封性和灯具的一定结构强度，因为薄壁使灯具的重量和成本降低，也更利于热量从内表面传导至外表面。散热腔体6在附图中为球形，但实际上是不受限制的，可以是任何美观的形状，只要能够形成密闭空间即可。流体工质4可以水、甲醇、乙醇和各类制冷剂等等，可根据成本和环境需要选定。LED发光模块2可以集成封装LED，也可以是多颗LED点阵式的发光模组。充注流体工质4的口可以在散热腔体6的任何方便的位置焊接一根细铜管即可。充注操作完成后又对细管进行截短封堵，所以没有在附图中表示出来。固定接头8在附图中以连接路灯灯杆的接头形式绘制，但本发明不受此限制，例如放在室内使用的LED灯，接头8可以做成一个悬挂吊钩即可。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.利用相变传热的腔体式结构散热LED灯具，其特征在于：包括有散热腔体(6)，连接在散热腔体(6)底端的灯头(3)，灯头(3)内设有LED发光模块(2)，LED发光模块(2)朝外的一侧上固定有透镜(1)，在散热腔体(6)内设有电源盒(7)，电源盒(7)上连接有固定接头(8)，所述散热腔体(6)内部与LED发光模块(2)背面基板和灯头(3)之间形成密闭的空间，在所述散热腔体(6)内灌注有流体工质(4)，散热腔体(6)内还具有一端与电源盒(7)连接、另一端与灯头(3)连接的引线管(5)。

2.如权利要求1所述的利用相变传热的腔体式结构散热LED灯具，其特征在于：所述流体工质(4)在散热腔体(6)内的液面高度为：浸没LED发光模块(2)基板背面和灯头(3)背面。