CN108167792A - 一种封闭式微喷射流细微通道led冷却装置 - Google Patents

一种封闭式微喷射流细微通道led冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，包括带有细微通道的基板，通过焊芯固定在基板上部的LED芯片，设置在基板下面的微喷器件，与微喷器件连通的储液箱，固设在储液箱上的散热体，所述微喷器件内循环冷却介质与基板进行换热；所述储液箱内循环的冷却介质与散热体进行换热，所述微喷器件和储液箱内循环冷却介质的动力来自动力机构。大大提高LED电子设备散热系统的散热能力，热量转移的效果很好，结构较简单，控制较灵巧，便于维护，易于制造，对于微型电泵的功率要求也不是太高；减小冷却装置尺寸，降低冷却装置重量，具有现实意义，适合在工况变化的场合进行冷却，不会降低LED芯片的持续发光能力，LED芯片使用寿命长。

Description

一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置
技术领域
本发明涉及发光二极管散热技术领域，尤其涉及一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置。
背景技术
LED作为大功率发光电子器件，发光效率虽然比较高，但是在发光的过程中会产生大量的热量，这些热量如果不能及时散发出去，会导致LED电子器件寿命降低，甚至会烧毁损害元件。为了散发多余热量降低温度，提高LED电子器件寿命，避免损坏元件，必须十分重视散热的问题。LED芯片作为具有高热流密度的电子器件，由于体积和容积限制，其对冷却的需求也是非常高的。研究数据表明，假设LED芯片结温在25度时发光为100％，当结温上升到60度时，其发光量只有90％；结温升到100度时发光亮度下降到80％；升到140度时亮度只有70％。由此可见：改善散热，加强冷却，控制结温等，对于LED芯片是至关重要的。除此之外，LED发热会使其光谱移动，色温升高，在恒压供电时，其正向和反向电流都会增大，热应力也会加大，其材料也会出现老化加速等各种问题。有研究数据表明，LED芯片温度120度时，使用寿命为三千小时；100度时为五千小时；85度时为一万小时；65度时为三万小时；55度时为十万小时。因此，关于LED散热问题是全世界关注，亟待解决的问题。
目前，LED芯片所产生的热量通过灯具的外壳散到空气中去。使用的是大体积铝型材做散热器的传导散热，或者利用空气直接对流散热。这种技术散热方法具有以下缺点：1、使用大体积铝型材做散热器，成本较高；2、散热效果不是很好，使得LED芯片长期处于较高温度；3、由于LED芯片长期处于高温，LED光衰速度加快，亮度迅速衰减；4、LED达不到预期的寿命，甚至远远低于预期的寿命，增加了用户使用成本和降低安全可靠性；5、LED装置高效安全可靠的运行工作使用此技术会导致电子器件工作温度非常高，导致装置效率下降，无法工作甚至烧毁；6、降低器件的温度较小不能发挥出LED装置工作性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术LED芯片散热效果差导致芯片使用寿命短，散热成本高的技术问题，本发明提供一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，包括基板、焊芯和LED芯片，基板上开设有上下相通的细微通道，细微通道主要是保证基板结构轻量的基础上加强导热换热，同时也给加导热膏提供一定空间。若基板的厚度较薄，那么不加细微通道同样能够实现散热，LED芯片通过焊芯固定连接在基板上，所述基板的下表面固定连接有微喷器件，微喷器件连通有储液箱，固定设在储液箱上的散热体，所述微喷器件内循环冷却介质与基板进行换热；所述储液箱内循环的冷却介质与散热体进行换热，所述微喷器件和储液箱内循环冷却介质的动力来自动力机构。
所述微喷器件内设置有可通过冷却介质的隔板，所述隔板将微喷器件内部分割成上部的射流腔和下部的流体腔，所述流体腔的冷却介质入口连接动力机构，所述射流腔的冷却介质出口连接储液箱的介质入口，所述储液箱的介质出口连接动力机构。
所述可通过冷却介质的隔板为带有若干个微喷嘴或者微喷射流孔的隔板。
所述射流腔内腔上表面设有微通道或微槽道Ⅰ。微通道或微槽道两者区别主要是微槽道换热较稳定一般不会泄露，微通道比微槽道换热效果略强，但是安装较复杂，若不能和基板细微通道有良好的错列性，会发生泄漏。
所述储液箱内腔上、下表面均设有微槽道Ⅱ。微槽道Ⅱ和微槽道Ⅰ结构没什么区别。
进一步地，所述散热体为设置在储液箱上面和下面的散热翅片以及风扇。
进一步地，所述动力机构为微型电泵。
进一步地，所述微喷器件外壳采用碳纳米管。
进一步地，所述基板和微喷器件之间具有导热膏。
进一步地，所述散热翅片上刻有微型通道或微型槽道。
本发明的有益效果是，本发明的封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，在细微通道的LED芯片基板的下表面紧密安装强化换热结构微喷器件，以及在储液箱上下两端加装散热翅片和风扇，将微喷射流冷却与热传导和强迫对流换热相结合，大大提高LED电子设备散热系统的散热能力，热量转移的效果很好，特别对于极高的热负荷和大的热流密度的LED电子器件能快速冷却，是首选的冷却方式；采用封闭的内循环冷却结构配合冷却介质冲击换热，实现液冷或气冷冷却的同时，大大提高换热效率；采用的结构较简单，是主动式装置，控制较灵巧，便于维护，易于制造，对于微型电泵的功率要求也不是太高；减小冷却装置尺寸，降低冷却装置重量，具有现实意义，适合在工况变化的场合进行冷却，不会降低LED芯片的持续发光能力，LED芯片使用寿命长。
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为本发明封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置的结构示意图，图中箭头方向为冷却介质循环方向；
图2为本发明封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置LED芯片、基板和微喷器件的连接结构示意图；
图3为本发明封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置微喷器件的结构示意图，图中箭头方向为冷却介质循环方向；
图4为本发明封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置储液箱、散热翅片和风扇的结构示意图。
图中：1、基板，11、细微通道，2、焊芯，3、LED芯片，4、微喷器件，41、隔板，411、微喷射流孔，42、射流腔，43、流体腔，44、冷却介质入口，45、冷却介质出口，5、储液箱，51、介质入口，52、介质出口，53、微槽道Ⅱ，6、散热体，61、散热翅片，62，风扇，7、微型电泵，8、导热膏。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，是本发明最优实施例，一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，包括带有细微通道11的基板1，通过焊芯2固定在基板1上部的LED芯片3，所述焊芯2和基板1之间有导热膏体，以增强导热能力。所述冷却装置还包括设置在基板1下面的微喷器件4，与微喷器件4连通的储液箱5，固设在储液箱5上的散热体6，所述微喷器件4内循环冷却介质与基板1进行换热；所述储液箱5内循环的冷却介质与散热体6进行换热，所述微喷器件4和储液箱5内循环冷却介质的动力来自动力机构。本实施例动力机构为微型电泵7。本实施例喷淋器件4、储液箱5与微型电泵7之间可以通过橡胶软管或硅胶软管连接。
所述冷却介质可以为气体或者液体，冷却装置封装和运行之前，先向储液箱5内注入冷却介质进入冷却装置当中，然后做好密封工作，防止气体或者液体泄露。当微型电泵7通电运行后，储液箱5和微喷器件4内的冷却介质循环起来，微喷器件4内的冷却介质与基板1进行热交换，带走LED芯片3产生的热量，被加热的冷却介质进入储液箱5内通过和散热体6换热将热量散发出去，温度再次降低，继续循环进入微喷器件4，持续给LED芯片3散热。
参照图1、3，本实施例给出微喷器件4最优的结构，采用下述结构的微喷器件4可以达到非常好的散热效果。所述微喷器件4包括由可通过冷却介质的隔板41分割而成的上部射流腔42和下部流体腔43，所述流体腔43的冷却介质入口44连接微型电泵7，所述射流腔42的冷却介质出口45连接储液箱5的介质入口51，所述储液箱5的介质出口52连接微型电泵7。本实施例可通过冷却介质的隔板41为带有若干个微喷射流孔411的隔板41。当然也可以在隔板41上安装微喷嘴以达到让冷却介质流入射流腔42的目的。在微型电泵7的作用下，冷却介质先流入流体腔43，当流体腔43内的冷却介质压力达到一定值，就会通过隔板41上的微喷射流孔411形成强烈的射流，射流将直接冲击与基板1的下表面紧密连接的微喷器件4的外壳顶部，从而产生强烈的换热效果，LED芯片3产生的高热流将被射流的冷却介质吸收，从而使得温度急剧下降，射流的冷却介质由于吸收了LED芯片3产生的热量，其温度必将升高，在微型电泵7的作用下，升温的冷却介质将通过微喷器件4冷却介质出口45流出，经储液箱5的介质入口51进入到储液箱5，与储液箱5连接的散热体6与升温的冷却介质换热，达到为冷却介质降温的目的。
参照图1、4，本实施例所述的散热体6包括分别安装在储液箱5上面和下面的散热翅片61以及风扇62。在储液箱5的上面和下面分别安装散热翅片61和风扇62可以取得更好的冷却效果，如果单在储液箱5的一面安装散热体6，效果显然是不如本实施例的。
在散热翅片61和风扇62的持续作用下，升温的冷却介质将和散热翅片61发生热传导，把热量传到散热翅片61，散热翅片61在风扇62的作用下形成强迫风冷对流，使得散热翅片61温度降低，从而完成热交换，冷却介质的温度从而下降。
作为本实施例的一个优选实施方式，为了增加微喷器件4和储液箱5的换热面积，所述射流腔42内腔上表面设有微槽道Ⅰ，储液箱5内腔上、下表面设有微槽道Ⅱ53。
作为本实施例的一个优选实施方式，为了增加散热翅片61的换热面积，所述散热翅片61上刻有微型槽道。
作为本实施例的一个优选实施方式，为了提高导热能力，所述微喷器件4外壳采用碳纳米管，碳纳米材料是由高导热金属、金刚石等高导热材料制成的，导热性能优异。
作为本实施例的一个优选实施方式，为了增强导热能力，降低热阻，所述基板1和微喷器件4之间具有导热膏8。
作为本实施例的一个优选实施方式，为了增强导热能力，提高装置结构稳定性和耐用性，微喷器件4上表面和基板1之间除了导热膏8，中间也可以加装焊芯。基板1和LED芯片3之间导热膏2也是必须具有的，中间也可以加装焊芯，其他加装方式也是可以的。
本实施例的冷却介质采用液态金属，由于液态金属具有低的粘性系数和高的导热系数，可以极大的提高换热能力并且减少泵的做功，提升效率。液态金属选用必须根据实际情况，比如采用钠钾合金液态金属，该金属的成分和搭配比例不同，它的凝点就不同，常见的凝点为-11℃，说明其在低于-11℃的情况下，便会成为固体，不能使用。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，包括基板(1)、焊芯(2)和LED芯片(3)，基板(1)上开设有上下相通的细微通道(11)，LED芯片(3)通过焊芯(2)固定连接在基板(1)上，其特征在于：所述基板(1)的下表面固定连接有微喷器件(4)，微喷器件(4)连通有储液箱(5)，固定设在储液箱(5)上的散热体(6)，所述微喷器件(4)内循环冷却介质与基板(1)进行换热；所述储液箱(5)内循环的冷却介质与散热体(6)进行换热，所述微喷器件(4)和储液箱(5)内循环冷却介质的动力来自动力机构。
2.根据权利要求1所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述微喷器件(4)内设置有可通过冷却介质的隔板(41)，所述隔板(41)将微喷器件(4)内部分割成上部的射流腔(42)和下部的流体腔(43)，所述流体腔(43)的冷却介质入口(44)连接动力机构，所述射流腔(43)的冷却介质出口(45)连接储液箱(5)的介质入口，所述储液箱(5)的介质出口连接动力机构。
3.根据权利要求1所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述可通过冷却介质的隔板(41)为带有若干个微喷嘴或者微喷射流孔(411)的隔板(41)。
4.根据权利要求1所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述射流腔(42)内腔上表面设有微通道或微槽道Ⅰ。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述储液箱(5)内腔上、下表面均设有微槽道Ⅱ(53)。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述散热体(6)为设置在储液箱上面和下面的散热翅片(61)以及风扇(62)。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述动力机构为微型电泵(7)。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述微喷器件(4)外壳采用碳纳米管。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述基板(1)和微喷器件(4)之间具有导热膏。
10.根据权利要求6任一项所述的一种封闭式微喷射流细微通道LED冷却装置，其特征在于：所述散热翅片(61)上刻有微型通道或微型槽道。
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