CN105715969A - 热超导大功率led照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热超导大功率LED照明装置，属于绿色节能环保照明领域。本发明壳体具有一定长度、外设轴向散热翅片，壳体内设内管，壳体内设紧压贴于外壳内壁及底板形成金属丝网构成内部毛细结构，内管穿过壳体上端盖中心孔，且与上端盖中心孔间密封连接形成密闭的环形壳体，所述壳体底板面与LED电路模板面面紧密贴合，LED电路模板上均布有LED灯珠，LED电路模板的电源引出线从内管的内孔中穿出，连接整流器电源。本发明通过工质等温蒸发，迅速吸收LED灯珠释放出的热量，通过毛细结构增加等温扩展散热面，减低热流密度，散热功率大，提高灯珠的发光功率和光效，降低了灯珠节点温度，显著提高LED电路模块的可靠性，延长使用寿命。

Description

热超导大功率LED照明装置

技术领域：

本发明涉及一种热超导大功率LED照明装置，可广泛用于超大功率LED工矿照明灯具、道路照明灯具、投射灯、体育场馆专用灯、补光灯等领域，具有高光效，超大功率，使用寿命长等优点，属于绿色节能环保照明领域。

技术背景

自十九世纪爱迪生研制成功世界上第一只实用白炽灯电光源以来，随着科学技术的突飞猛进，各种人造电光源技术得到了迅速的发展，电光源技术经历了第一代以白炽灯为代表的热辐射电光源、第二代以荧光灯为代表低压气体放电电光源、第三代以高压钠灯为代表的高压气体放电电光源和第四代以LED灯为代表的固体电光源的变迁。LED照明具光效高、节电显著、绿色环保、安全可靠、体积小、长寿命等优点，已广泛应用于道路照明、景观照明、节日亮化、汽车照明、家电显示、交通信号、显示屏、指示灯、农业不光等领域，LED照明取代传统照明已经成为不可逆转的趋势。

作为下一代照明光源，LED有着种种传统光源无法比拟的优势。然而，由于自身特殊的物理性质，LED必须用恒流源进行驱动，并且需要考虑温升、电磁兼容、光电转换效率等问题，对驱动电路和撒热技术有着极为苛刻的要求，以至某种程度上限制了LED大规模应用于市场。

随着LED功率和光效的增加，LED的散热问题显得越来越突出，大量实际应用表明，LED不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响LED的光电参数。甚至使功率LED失效。因此，对于LED器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要。

LED照明装置是由大量的半导体元件和电子元器件组成的，电子元器件所产生的热量大部分以热传导、对流和辐射的形式散发到周围环境中，只有少部分以电磁波的形式散出。随着LED照明装置光效越来越高，体积越来越小，装置的功率也越来越大，同时为了美观、防尘、防潮、防雨雪等必要的封装措施，有效解决散热问题已经成为规模化制造、降低成本和保证受用寿命面临的一个难题。

本专利针对制约大功率、高光效LED照明装置发展的瓶颈，即要求高效散热技术，提高散热功率和降低节点温度，开发设计一种与LED电路基板一体集成的新型热超导照明装置，利用热超导技术以期显著提高照明装置功率，降低LED灯珠节温，提高光效，增加使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热超导大功率LED照明装置，该装置不仅能够显著提高LED照明装置的功率和光效，各向均匀散热，整体热阻低，而且还能减小装置的体积和重量，延长使用寿命，实现绿色照明，节能减排的目的。

热超导大功率LED照明装置，壳体具有一定长度、外设轴向散热翅片，外壳上设有充液管，壳体中心位置设置内管，壳体底板及内侧壁上分别设有金属丝网，金属丝网层紧紧压贴于外壳内壁及底板形成内部毛细结构，壳体上端盖设有中心孔，所述内管穿过上端盖中心孔，且与上端盖中心孔间密封连接，上端盖外延和外壳焊接密封，形成密闭的环形壳体，所述壳体底板面与LED电路模板面面紧密贴合，LED电路模板上均布有LED灯珠，LED电路模板的电源引出线从内管的内孔中穿出，连接整流器电源或直接连接220V交流电源。

所述内管内表面具有翅片。

所述内管外壁上紧贴有金属丝网。

所述金属丝网点焊或由弹簧固定且紧帖于壳体的底板、内壁及内管外壁上。

所述LED灯珠上设有透镜。

所述透镜采用在反光板上均布有与LED灯珠相对应凹透镜。

所述壳体底板上安装有反光罩。

本发明通过充液管充入工质，工质液相充满金属丝网构成的毛细结构的空隙，气相在壳体及内管空间。

本发明装置以独特的热超导散热器为基础，一体集成LED照明装置，利用热超导装置的超导导热系数这一特性，通过工质等温蒸发，迅速吸收LED灯珠释放出的热量，同时通过毛细结构增加等温扩展散热面，实现热源等温扩散，减低热流密度，热阻极小，散热功率大，从而提高了单颗LED灯珠的发光功率和光效。本发明的热超导LED照明装置，不仅能够显著提高LED灯珠的功率和发光效率，而且降低了灯珠和其他电子元件的节点温度，显著提高LED电路模块的可靠性，延长使用寿命。不仅可以用于室外大功率道路照明、隧道照明、投射照明等，而且更适合于工矿高顶照明、矿井防爆照明、室内投射照明等领域。

发明创新点：

1、本发明首创利用外带轴向翅片的金属管，沿中心设置内管，通过底部焊接水平底板、顶部焊接端盖，形成内部为环形腔体、外部为外缘轴向翅片中心通孔的金属壳体。在焊接顶部端盖之前，在形成的环状腔体内置多层金属丝网芯，并且利用弹簧压紧，形成丝网层紧密贴合于管内壁的毛细结构。在真空状态下充入工质后，形成导热系数超高的各向均匀的一体散热器。

2、本发明首创利用内置弹簧，压紧多层丝网紧密贴合于管内壁，形成接触热阻小，有效导热系数高，工质流体传输能力强的毛细结构。

3、装置中心设置内管，内管管内设计轴线翅片，强化自然对流散热，解决LED电路模板中心局部温度高的问题，而且中心孔便于穿线。

4、设计LED电路模板的基板紧密贴合于热超导散热器的底端，形成一体热传递的热超导LED照明模组，整体阻小，LED灯珠节温低，光效高，使用寿命长。

5、环状腔体内设计的毛细结构层，延展了热源热量蒸发扩散面，数倍降低了LED灯珠的热流密度，而且延展扩散面和热源温度几乎相等（等温扩散），确保LED灯珠的大功率高光效和使用寿命。

6、装置集多热源（LED灯珠）导热-蒸发吸热-等温传输-等温散热为一体，散热效率高，体积小，重量轻，安装使用方便。

本发明主要具有以下特点：

（1）该发明LED照明装置具有超大功率和超高光效的特点；

（2）超导散热，LED灯珠节点温度低，电子元器件可靠高，使用寿命长；

（3）装置以铝合金型材做外壳和丝网毛细结构，重量轻，寿命长，制造成本低；

（4）发明装置体积小，重量轻，安装集成方便；

（5）适用范围广，即可用于室外大功率道路照明、隧道照明、投射照明等，而且也适合于室内工矿高顶照明、矿井防爆照明、投射照明等；

（6）可以变形升级，延展到小型照明装置，显著降低照明装置成本，促进LED产业的进步。

附图说明

图1为本发明的主视图和侧视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1的剖面图

图5为图1的另一种实施方式。

具体实施方式

1.轴向翅片2.壳体3.内管4.底板5.上盖6.丝网毛细结构7.弹簧8.工质9充液管10.LED电路模板11.LED灯珠12.整体透镜13.内管翅片14.电源线15.反光罩16.固定螺丝17.防水帽。

本发明的热超导大功率LED照明装置，是由轴向热超导散热器、LED模块光源和反光罩组成。热超导散热器是由一定长度的外带轴向散热翅片1的圆形或方形外壳体2，在中心位置设置内管3后，首先焊接具有导热性能的底板4密封底部，然后在外壳2的内壁、底板4的内壁面和内管3外壁，铺设或缠绕多层金属丝网6，利用内置弹簧7把金属丝网层紧紧压贴于外壳2内壁和内管外壁上，形成连续的内部毛细结构。上端盖7中心孔穿过内管3（穿线管）置于外壳2上端，并且沿内管3外边和外壳内边焊接密封，形成密闭的环形壳体，置于壳体2的内管3上设有防水帽17。密闭环状壳体2在真空状态下，通过充液管9充入一定量的工质8，工质8在装置内形成两相，液相充满毛细结构层，气相充满内部空间。充液管9被密封后，形成内部为环形、外带轴向散热翅片的热超装置。

LED电路模板10用螺丝16固定于热超导散热器的底板4上，紧密接触，减小接触热阻。在LED电路模板10灯珠11上面，加装整体透镜12，用以调整LED灯珠照射角度和密闭防潮防尘。LED电路模板10的电源引出线14从内管3中穿出，连接整流器电源或直接连接220V交流电源（交流驱动模式）。对于高顶照明装置，可以加装反光罩15导光，提高灯光照射距离、均匀度以及防止尘埃和滴水。对于室外道路照明，装置不需要反光罩，但是需要在出线管加装防水帽防水。

本发明装置的工作原理是，LED电路模板10通电时，LED灯珠11发光，输入电路模板功率中LED灯珠未转换为光的部分，绝大部分以热的形式释放，导致灯珠节点温度迅速升高；所有灯珠释放热量通过铝或陶瓷基板传导给热超导散热器的底板。底板内部上面的金属丝网毛细结构内充吸的液相工质8，吸收热量后迅速等温蒸发为气相，气相工质扩散到装置内部的侧面和顶面，当装置外部环境温度低于工质蒸发温度时，气相工质在毛细结构表面等温冷凝（液相）放热，通过热传导传递给外部翅片1，外部轴向翅片1在自然对流或强制对流把热量散失到周围环境中。气相工质8在毛细结构表面冷凝成为液相，液体工质在毛细力的作用下，迅速回流到热超导散热器的底面，继续吸收热源热量蒸发，如此往复循环，在等温状态下，快速移走LED灯珠散发的热量。

所述工质8可以采用超纯水、甲醇、乙醇、丙酮或R134a。

．热超导大功率LED工矿灯

本发明热超导大功率LED工矿灯，针对工矿企业、大型会议厅、体育场馆、室外大型施工作业面等需要较高距离高强度照明需求，开发设计照明装置，以期达到照度均匀，显色指数高，省电，使用寿命长等优势。

装置设计：

外形尺寸：光源主体：Φ100x60mm（外径x高）

反光罩：Φ350x300mm（直径x高）

基板规格：Φ60×1.5mm，铝合金C1100

灯珠数量：60颗；

整体透镜：PC或亚克力，角度60^o

热超导散热器：

外形尺寸：Φ100x60mm（外径x高）

材质：铝合金AL6063，铜C1100

毛细结构：200-600目丝网，材质：AL1100或AL3003

内管直径：Φ15mm

工质：丙酮、甲醇、乙醇、R134a。

技术性能参数：

单颗功率：2.5-5.0W

光效：150lm/W

总功率：300W

基板节温：<65℃

环境使用温度：-40-+50℃。

2．热超导大功率LED路灯模块（如图5）

本发明应用案例针对大功率、高光效、高使用寿命LED道路照明需求开发设计，以期达到照度均匀，显色指数高，节能省电，使用寿命长等优势。

装置设计：

外形尺寸：光源主体：Φ100x60mm（外径x高）

基板规格：Φ60×1.5mm，铝合金C1100

灯珠数量：15颗；

整体透镜：PC或亚克力，角度60^o

热超导散热器：

外形尺寸：Φ100x60mm（外径x高）

材质：铝合金AL6063，铜合金，不锈钢

毛细结构：200-600目丝网，材质：AL1100、AL3003、CU1100

内管直径：Φ15mm

工质：丙酮、甲醇、乙醇、R134a。

技术性能参数：

单颗功率：2.5-5.0W可调，高压交流驱动；

光效：150-175lm/W；

总功率：60W

基板节温：<65℃

环境使用温度：-40-+50℃。

Claims (8)

1.热超导大功率LED照明装置，包括：包括：壳体（2），其特征在于，壳体（2）具有一定长度、外设轴向散热翅片（1），外壳（2）上设有充液管（10），壳体（2）中心位置设置内管（3），壳体（2）内设紧紧压贴内壁及底板的金属丝网（6）形成内部毛细结构，壳体（2）上端盖（5）设有中心孔，所述内管（3）穿过上端盖（5）中心孔，且与上端盖（5）中心孔间密封连接，上端盖外延和外壳焊接密封，形成密闭的环形壳体，所述壳体（2）底板面与LED电路模板（10）面面紧密贴合，LED电路模板（10）上均布有LED灯珠（11），LED电路模板（10）的电源引出线（14）从内管（3）的内孔中穿出，连接整流器电源或直接连接220V交流电源。

2.根据权利要求1所述的立体热超导散热器，其特征在于，内管（3）内表面具有翅片（9）。

3.根据权利要求1或2所述的热超导大功率LED照明装置，其特征在于，内管（3）外壁上紧贴有金属丝网（6）。

4.根据权利要求3所述的热超导大功率LED照明装置，其特征在于，金属丝网（6）烧结、点焊或由弹簧（7）固定且紧帖于壳体（2）的底板、内壁及内管（3）外壁上，内部毛细结构。

5.根据权利要求1所述的热超导大功率LED照明装置，其特征在于，LED灯珠（11）上设有透镜（13）。

6.根据权利要求5所述的热超导大功率LED照明装置，其特征在于，透镜（13）采用在反光板上均布有与LED灯珠（11）相对应凹透镜。

7.根据权利要求1所述的热超导大功率LED照明装置，其特征在于，壳体（2）底板上安装有反光罩（15）。

8.根据权利要求1所述的热超导大功率LED照明装置，其特征在于，密闭环形壳体（2）在真空状态下，通过充液管（10）充入工质（8），工质（8）液相充满金属丝网（6）构成的毛细结构的空隙，气相在壳体（2）及内管（3）形成的空间内。