CN103761885B - 三色一体玻璃热管交通信号灯 - Google Patents

Abstract

三色一体玻璃热管交通信号灯，包括玻璃热管、LED、驱动电源、与外界的电气连接界面和控制系统，其特征是玻璃热管管壳各部分无缝融封密封连接为一体；玻璃热管的热端表面与LED的表面相吻合并且LED与玻璃热管热端直接传热连接；一个玻璃热管的热端可以传热连接多个LED包括发出不同颜色光线的LED。本发明三色一体玻璃热管交通信号灯其玻璃热管热端绝缘可以直接与LED传热连接，在以玻璃热管冷端直接散热的情况下，其从LED到环境的传热途径最短仅仅包括LED与玻璃热管之间的传热胶或者弹性导热膜和玻璃热管。通过在玻璃热管冷端制作折褶可以大幅度增加散热面积满足对散热器散热面积的要求。玻璃性能稳定耐候性强气密性好。

Description

三色一体玻璃热管交通信号灯

技术领域

本发明涉及三色一体玻璃热管交通信号灯。LED是激光发光两极管的英语简称，可以看作是本技术领域公认的专业术语。

背景技术采用重力热管的LED灯具，其大致结构应该为热管下面的热端传热连接若干个LED。热管在这里起的主要作用应该是实现热流密度变换和散热。有关的热流密度变换为大致从约0.5瓦/平方厘米变换为约0.06瓦/平方厘米。

考察现有的LED灯具，对于其中的一个长*宽为5*7毫米、总功率0.6瓦、光效21%的LED并且除发光以外的能量全部通过表面传导进入环境、LED全部表面积取1厘米2（0.5*0.7*2+0.1.25*（7+5+7+5）），其散热负荷的热流密度为0.6*（1-0.21）/1=0.474瓦/厘米2。如果不采用散热器，LED的表面温度会超过100℃。

又，对于一个散热负荷为10瓦的带散热器的LED，以其散热器表面的散热面积200平立方厘米计，则其散热功率密度为0.05瓦/厘米2。作为对照参考：太阳光曝射的峰值强度约为1千瓦/㎡合0.1瓦/厘米2。一个表面积170厘米2的25瓦白炽灯灯泡，由于玻璃泡壳对红外线的阻挡和吸收作用，使得玻璃泡壳表面的温度明显上升。这里，取通过玻璃泡壳的散热功率10瓦，则其通过玻璃泡壳传导的散热功率密度为10/170≈0.0588瓦/厘米2。

物体散热功率与散热表面温升的计算公式为：

Q=K*ΔT*S…………

式1中Q为散热功率，量纲为瓦；K为从玻璃热管冷端表面到空气的传热系数，量纲为瓦/（℃*㎡）；ΔT为空气受热的升温，量纲为K或者℃；S为与空气接触的玻璃热管冷端的面积，量纲为平方米。

将Q=10，K=23瓦/（℃*㎡），S=0.02㎡代入；得所述散热模型的温升ΔT≈21.74℃。当S=0.017㎡时得到温升ΔT≈25.58℃。这里所有的散热负荷都以几乎平均的温度通过与空气换热进入环境。实际上，传热系数K的数值还与表面状态包括清洁状态和发射率有关。

对于LED灯具，其从LED到空气的散热途径远比白炽灯复杂。将LED灯具散热器表面相对环境温度30℃的温升值取21.74℃，并取LED与热管热端之间导热材料的温度降2℃、热管热端管壁的温度降2℃、从热管热端到冷端两相流换热的温度降忽略不计、热管冷端管壁的温度降1℃，则可知所述LED的表面温度将达到30+21.74+1+2+2=56.74℃。鉴于LED的表面温度随环境温度和其本身热流密度变化而变化。当设定环境温度的最高值为30℃、传热系数设定为23以及LED的最高温度为64℃时，每瓦散热功率需要的玻璃热管冷端面积至少为15平方厘米；相应的热流密度为0.0667瓦/厘米2。在此工况下，LED10万小时的光衰可望低于20%；而现有少数劣质LED灯具仅仅一个夏季光衰就会达到50%以上。

中国专利2008200495178公开了一种大功率热管LED照明装置，包括有LED、基座、热管，以及设置有散热装置，基座的一侧设置有一个或者一个以上的LED，热管的一端即热端与所述的基座相连接、另一端即冷端与所述的散热装置相连接。热管与基座之间直接焊接或者填充导热硅脂而不用其他中间传热介质，热阻相对较小，热量传递效率高。具有结构简单，散热效果好，工作可靠的特点。但其采用基座传热连接LED需要设置电气绝缘层实现电气隔离；其在金属热管冷端配置散热翅板作为与空气的换热界面，由于热管冷端与散热翅板之间也有温度降，并且散热翅板的表面温度不均匀，因而增加了散热环节和与空气的换热热阻；散热片产生成本并且不容易清洁；金属热管热端与LED之间需要耐压较高的绝缘层，绝缘层本身存在热阻。LED表面因为热流密度大，同样的热阻，温度降会大许多。由于LED对温度敏感，温度超过65℃LED会较快衰退。因此，削减传热环节和减小传热环节的热阻就具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是要提供三色一体玻璃热管交通信号灯。

本发明实现其目的的技术方案：制造一个三色一体玻璃热管交通信号灯，包括玻璃热管、LED、驱动电源、与外界的电气连接界面和控制系统，玻璃热管包括玻璃管壳、排气管、工质和吸液芯网；与外界的电气连接界面包括两芯电线。玻璃热管管壳各部分无缝融封密封连接为一体；玻璃热管的热端表面与LED的表面相吻合并且LED与玻璃热管热端直接传热连接；一个玻璃热管的热端可以传热连接多个LED包括发出不同颜色光线的LED。

还可以采用导轨基础和玻璃热管滑槽式安装界面；玻璃热管包括平面热端和一个带水平倾角的杆状冷端，各平面热端拼接组成一个大的竖直平面，各平面热端的前面即正面粘结LED组成一个显示界面。滑槽式安装界面为铝型材构件，包括一个可与玻璃热管平面热端背面粘结连接的连接面和两侧两条可与两边两个导轨基础配合滑动连接的滑槽。

本发明的有益效果：本发明三色一体玻璃热管交通信号灯其玻璃热管热端绝缘可以直接与LED传热连接，在以玻璃热管冷端直接散热的情况下，其从LED到环境的传热途径最短仅仅包括LED与玻璃热管之间的传热胶或者弹性导热膜和玻璃热管。实际效果为：在热管散热器甚至是散热器造价平均降低50至70%前提下，光衰20%的使用年限从现有热管散热器或者铸铝散热器产品的平均2至3年延长至7年以上。玻璃性能稳定耐候性极强气密性好，与金属热管相比使用寿命成倍提高。

玻璃热管轻、耐腐蚀、与工质相容性好、管壁放气90%以上为与工质特性一致或者无害的水蒸汽。

LED电路板为LED与玻璃热管的传热连接和LED与外界的电气连接提供一个集成平台。

在LED电路板上设置LED孔使得LED能够直接与玻璃热管传热连接，有助于实现传热热阻最小化。采用激光焊接LED焊接牢固，可以在常温下实现，焊接过程对玻璃热管管壁的热冲击小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一个采用单支玻璃热管的玻璃热管LED灯具结构示意图。

图2是一个玻璃热管LED灯具的LED电路板结构示意图，是对图1LED电路板的正面描述。

图3是一个具有圆台状冷端的玻璃热管结构示意图，是对图1玻璃热管的专门描述。

图4是一个玻璃热管LED灯具采用激光叠焊LED叠焊平片的正视结构示意图。

图5是一个玻璃热管LED灯具采用激光叠焊LED叠焊平片的上视结构示意图。

图6是一个热管LED交通信号灯的侧视结构示意图。

图7是一个热管LED交通信号灯的后视结构示意图。

图8是一个玻璃热管LED灯具控制系统的总线框图。

图中1.玻璃热管；2.LED；3.驱动电源；5.与外界的电气连接界面；7.排气管；11.LED电路板；12.导电线路；13.控制系统；15.LED连接界面；16.线缆卡接端；17.弹性件；18.快接线缆；19.LED孔；22.导电粘结材料；23.波纹状过渡段；24.叠焊平片；25.人机界面；26、27.定位台阶；28、29.配合连接界面；30.贴合散热片；31.钢丝细弹簧；38.热端；40.冷端；42.驱动电源；45.壳体；46.导轨基础；47.连接面；49.滑槽；61.主控电路；62.存储器；63.人机界面接口电路；64.三色LED的三个驱动电源控制器接口电路；67.总线。

具体实施方式

图1至3共同给出本发明第一个实施例。

图1至3中，玻璃热管LED灯具包括玻璃热管1、LED2、驱动电源3、与外界的电气连接界面5和控制系统13。玻璃热管1包括玻璃管壳、排气管7和工质；控制系统13包括人机界面25；人机界面25与控制系统主控电路之间可以作有线或者无线信号连接。

根据需要还可以在玻璃热管1内部设置吸液芯网。工质包括水和乙醇。如果产品使用场合以及储运过程中可能结冰的话，可选择乙醇作为工质。与外界的电气连接界面5采用可以使用螺口灯座的灯泡螺口和电线。玻璃热管1管壳各部分无缝融封密封连接为一体。玻璃热管1的热端表面与LED2的表面相吻合。玻璃热管1冷端无折褶并且不采用散热片。LED2与玻璃热管1热端传热连接。图1至3中，并排向里的箭头表示热管热端，热管热端吸收热能；并排向外的箭头表示热管冷端，热管冷端释放热能。

玻璃热管1热端外侧含有LED电路板11。LED电路板11包括绝缘基板以及制作于绝缘基板上的导电线路12、LED连接界面15和加强层。加强层采用多孔钢板埋置于绝缘基板内部。多孔钢板加强层重量轻、强度有保证、其空洞部分不影响导体穿越LED电路板11。至少两处以上导电线路12相互之间不直接电气连接。

LED电路板11含有若干LED孔19，LED孔19内放置LED2。各LED孔19的边缘含有两处LED连接界面15。LED连接界面15与玻璃热管1之间采用隔热设计。LED2布置于LED孔19内并通过弹性导热膜或者导热粘结材料与玻璃热管1热端传热连接。

实施例1中的LED连接界面15还可以参考图4和图5的实施例2。

图4和图5共同给出本发明第二个实施例。

图4和图5中，在玻璃热管1热端贴置一块LED电路板11。LED电路板11上设置有导电线路12。LED电路板11上还设置有LED孔19用于安置LED2。

制作于LED电路板11上的LED连接界面15采用厚度0.4毫米的线路板上不锈钢薄板。LED连接界面15与玻璃热管1之间采用隔热设计以减轻对玻璃热管1的热冲击和传热。LED2与玻璃热管1的接触面上凃制有导热粘结材料22。LED2两端分别通过带波纹状过渡段23的叠焊平片24与LED连接界面15线路板上不锈钢薄板上下相叠。两块厚度0.4毫米的相叠不锈钢板采用激光进行叠焊。叠焊平片24和连接界面15线路板上不锈钢薄板的厚度尺寸可以调节。LED连接界面15线路板上不锈钢薄板要经历激光焊接，因此其下方的LED电路板11所埋置的加强层应该保留钢板。

采用多点叠焊譬如图5中描述的叠焊平片24上的3点叠焊可以增加焊接连接的可靠性。采用带波纹状过渡段23的叠焊平片24可以减缓LED2与LED电路板11之间可能存在的有害应力产生的负面影响、可以减缓对玻璃热管1的不利机械作用力、热冲击和传热。

图6和图7共同给出本发明第三个实施例。

图6和7中，热管LED交通信号灯包括玻璃热管1、LED2、驱动电源42、壳体45、导轨基础46和玻璃热管滑槽式安装界面。玻璃热管1包括平面热端38和一个带水平倾角的杆状冷端40，各平面热端38拼接组成一个大的竖直平面，各平面热端38的前面即正面粘结LED2组成一个显示界面。滑槽式安装界面为铝型材构件，包括一个可与玻璃热管1平面热端38背面粘结连接的连接面47和两侧两条可与两边两个导轨基础46配合滑动连接的滑槽49。检修时，可以直接沿导轨基础46向外拉出玻璃热管滑槽式安装界面。玻璃热管1粘结于连接面47上。LED2用导热胶粘贴于玻璃热管1热端前方。一个玻璃热管1的热端可以粘结多个LED2包括发出不同颜色光线的LED2。在一个玻璃热管1的热端粘结三种不同颜色光线的LED2时，可以制造三色一体的交通信号灯。三色一体的交通信号灯节省材料。

图6和7实施例中玻璃热管1采用向后伸出的杆状冷端40，既可以充分均匀地散热，又适合交通信号灯LED2较大面积密集安装的要求。

图8给出本发明第四个实施例。

图8中，玻璃热管LED灯具控制系统包括主控电路61、存储器62、人机界面及其接口电路63、三色LED的三个驱动电源控制器及其接口电路64和软件包括应用程序。所述主控电路61、存储器62、人机界面接口电路63和三色LED的三个驱动电源控制器接口电路64通过总线67信号连接。

Claims (3)

1.三色一体玻璃热管交通信号灯，包括玻璃热管、LED、驱动电源、与外界的电气连接界面和控制系统，玻璃热管包括玻璃管壳、排气管、工质和吸液芯网；与外界的电气连接界面包括两芯电线，其特征是玻璃热管管壳各部分无缝融封密封连接为一体；玻璃热管的热端表面与LED的表面相吻合并且LED与玻璃热管热端直接传热连接；所述信号灯还包括导轨基础和玻璃热管滑槽式安装界面；玻璃热管包括平面热端和一个带水平倾角的杆状冷端，各平面热端拼接组成一个大的竖直平面，各平面热端的前面即正面粘结LED组成一个显示界面；滑槽式安装界面为铝型材构件，包括一个与玻璃热管平面热端背面粘结连接的连接面和两侧两条与两边两个导轨基础配合滑动连接的滑槽。

2.按照权利要求1所述的三色一体玻璃热管交通信号灯，其特征是一个玻璃热管的热端可以传热连接多个LED。

3.按照权利要求2所述的三色一体玻璃热管交通信号灯，其特征是所述多个LED包括发出不同颜色光线的LED。