CN108266708A - Led散热装置 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Abstract
本公开提供了一种LED散热装置，包括散热装置内腔、压电陶瓷、冷却液体腔室、单向阀及微喷喷嘴，其中，散热装置内腔的一个面为光源面，光源面内部为微槽群热沉；压电陶瓷一端固定在散热器装置内壁；冷却液体腔室内部为冷却液体，一面为柔性膜，柔性膜与压电陶瓷连接；微喷喷嘴末端连接至冷却液体腔室的出液口，前端朝向微槽群热沉；LED散热装置工作时，压电陶瓷在电脉冲作用下产生伸缩位移，推动柔性膜运动，从而改变冷却液体腔室的容积，配合单向阀的单向导通特性，使冷却液经微喷喷嘴喷射到微槽群热沉上实现换热。本公开的LED散热装置通过压电微喷技术将冷却液喷射到微槽群热沉上，解决了微槽群复合相变散热器全相角使用的问题。
Description
技术领域
本公开属于换热和电子冷却技术领域，具体涉及一种LED散热装置。
背景技术
LED作为一种能够将电能转化为可见光的固体半导体器件，具备光效高、节能效果好、使用寿命长等优点，但LED对温度特别敏感，过高的结温(通常不超过150℃)将不可逆地降低LED的寿命、光通量、发光效率等，甚至死灯。随着LED灯具的应用范围越来越广泛，各种特殊的使用条件、使用环境对LED灯具的散热器装置设计提出了更高的要求。
微槽群复合相变换热技术是指在微槽群热沉结构的微槽群内液体依靠毛细力爬升、扩散、流动，从而在微槽群固-液-气三相接触线附近的扩展弯月面区域形成具有高强度蒸发能力的薄液膜，配合一定的负压条件实现高强度的取热/换热能力。由于微槽群热沉结构主要依靠毛细力驱动液体流动，最佳使用方向是热源在下，冷源在上，顺重力使用。实际上有很多使用场合要求灯具朝上半球照射(即热源在上，冷源在下)的抗重力使用条件，比如LED投射灯、轨道灯、诱鱼灯等。因此在某些特殊的情况，比如抗重力长距离的输送液体、微槽中断转向等，单纯依靠毛细力不能够将液体输送到取热面位置，需要采取其他方式进行补液，否则容易出现干涸、干烧现象，导致微槽群失效。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种LED散热装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种LED散热装置，包括：散热装置内腔，其一个面为光源面，光源面内部为微槽群热沉，外侧连接LED光源；压电陶瓷，设置于散热装置内腔内，其一端固定在散热器装置内壁，在电脉冲的作用下产生周期性的形变位移；冷却液体腔室，设置于散热装置内腔内，其内部为冷却液体，冷却液体腔的一面为柔性膜，柔性膜通过推拉机构与压电陶瓷连接；以及微喷喷嘴，设置于散热装置内腔内，其末端通过单向阀连接至冷却液体腔室的出液口，其前端朝向微槽群热沉；LED散热装置工作时，压电陶瓷在电脉冲作用下产生伸缩位移，推动柔性膜运动，从而改变冷却液体腔室的容积，使冷却液经微喷喷嘴喷射到微槽群热沉上实现换热。
在本公开的一些实施例中，LED散热装置还包括：若干个柔性进液管，其末端连接至冷却液体腔室的进液口，其前端连接有配重，浸入冷却液体中；出液管，其末端连接至冷却液体腔室的出液口，其前端连接微喷喷嘴。
在本公开的一些实施例中，若干柔性进液管的管截面总面积和出液管的管截面总面积相等；柔性进液管与出液管都带有单向阀，进液时，柔性进液管上的单向阀开启，同时出液管上的单向阀关闭，出液时单向阀动作相反。
在本公开的一些实施例中，推拉机构包括：连接杆，与压电陶瓷连接；以及推盘，位于连接杆与柔性膜之间，在压电陶瓷的形变作用下运动。
在本公开的一些实施例中，推拉机构还包括：位移放大机构，其位于压电陶瓷与连接杆之间，将压电陶瓷产生的形变位移放大并输出。
在本公开的一些实施例中，压电陶瓷为堆叠式压电陶瓷。
在本公开的一些实施例中，施加在压电陶瓷上的电脉冲频率可调，电脉冲频率与LED光源功率成正线性关系。
在本公开的一些实施例中，柔性膜的材质为橡胶或柔性高分子聚合物，优选橡胶。
在本公开的一些实施例中，微槽群热沉的微槽道宽度为0.05～2mm，深度为0.05～2mm，相邻微槽道的槽间距为0.05～5mm；微槽的剖面形状为矩形、三角形或梯形。
在本公开的一些实施例中，冷却液体腔室的形状包括长方体、正方体和圆柱；散热装置内腔整体封闭构成真空环境。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开的LED散热装置至少具有以下有益效果其中之一：
(1)通过压电微喷技术将冷却液喷射到微槽群热沉上，解决了使用微槽群复合相变换热技术的散热器装置对使用方向敏感的缺点，可以满足投射灯、诱鱼灯等多相角照射的使用要求，解决了微槽群复合相变换热技术在抗重力条件下的使用问题；
(2)消耗少量电能，利用压电陶瓷的逆压电效应产生的微小位移将流体从微喷喷嘴喷出，喷射到光源面上，该过程高频持续，没有转动部件，整体可靠性提高了；
(3)冷却液以雾滴或者液柱的形式喷射到光源面上，再结合微槽群热沉上的微细槽道的薄液膜高强度蒸发，能显著提高光源面的换热能力，能够对微槽群热沉及时补液，避免出现干涸、干烧现象；
(4)柔性进液管进液口设置配重，受重力作用，配重跟随冷却液运动以保证良好进液，散热器装置适应多相角的使用要求；
(5)采用压电微喷元件，无电磁干扰，具备使用寿命长，结构紧凑，体积较小，能够长时间处在湿热的环境中稳定工作。
附图说明
图1为本公开第一实施例中LED散热装置结构示意图。
图2为本公开第二实施例中LED散热装置结构示意图。
图3为本公开第三实施例中LED散热装置结构示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
00-LED光源；
10-散热装置内腔；
11-光源面； 12-冷却液；
20-压电陶瓷；
21-固定臂；
30-位移放大机构；
31-杠杆；
40-推盘；
50-冷却液体腔室；
51-柔性膜；
60-出液管；
61-单向阀；
70-柔性进液管；
71-配重； 72-单向阀；
80-微喷喷嘴。
具体实施方式
本公开提供了一种LED散热装置，包括散热装置内腔、压电陶瓷、冷却液体腔室、单向阀及微喷喷嘴，其中，散热装置内腔的一个面为光源面，光源面内部为微槽群热沉；压电陶瓷一端固定在散热器装置内壁；冷却液体腔室内部为冷却液体，一面为柔性膜，柔性膜与压电陶瓷连接；微喷喷嘴末端连接至冷却液体腔室的出液口，前端朝向微槽群热沉；LED散热装置工作时，压电陶瓷在电脉冲作用下产生伸缩位移，推动柔性膜运动，从而改变冷却液体腔室的容积，配合单向阀的单向导通特性，使冷却液经微喷喷嘴喷射到微槽群热沉上实现换热。本公开的LED散热装置通过压电微喷技术将冷却液喷射到微槽群热沉上，解决了微槽群复合相变散热器全相角使用的问题。
本公开将压电微喷技术和微槽群复合相变换热技术相结合，通过一定的结构设计，将压力体逆压电效应产生的周期性形变位移转化为腔室体积的周期性变化，泵送冷却液喷射到取热面，相对于传统的电磁轴流风机，压电微喷元件无电磁干扰，具备使用寿命长，结构紧凑，体积较小，能够长时间处在湿热的环境中稳定工作的特点，从而实现LED灯的全相角照射的使用要求。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种LED散热装置。
图1为本公开第一实施例LED散热装置的结构示意图。如图1所示，本公开LED散热装置包括：散热装置内腔10，其包括光源面11，光源面11内部为微槽群热沉，外侧连接LED光源；压电陶瓷20，一端固定在散热器装置内壁，在电脉冲的作用下产生周期性的形变位移；位移放大机构30，与压电陶瓷20的另一端相连，将压电陶瓷20产生的形变位移放大，并输出到推盘40上，带动推盘40运动；冷却液体腔室50，其内部为冷却液体，冷却液体腔室50的一面为柔性膜51，柔性膜51与推盘40连接，推盘40的运动通过柔性膜51转变为冷却液体腔室50的容积变化；两个柔性进液管70，其管头一端连接在冷却液体腔室50上，中间连接有单向阀72，另一端连接有配重71，配重71保证进液口始终浸入冷却液体中；出液管60，其一端连接在冷却液体腔室50上，另一端连接微喷喷嘴80，中间连接有单向阀61，微喷喷嘴80的方向可以调整，朝向微槽群热沉。出液管60和柔性进液管70分别连接有单向阀61和单向阀72。
以下分别对本实施例LED散热装置的各个组成部分进行详细描述。
本实施例中散热装置内腔10呈筒状，整体封闭构成真空环境，目的是尽量减少内腔的不凝结气体(如空气中的氮气、氧气、CO2等)，降低冷却液的蒸发温度，并提高冷凝壁面的凝结效率。
散热装置内腔10，光源面11在散热器装置外的一侧安装LED光源00及透镜等，散热器装置内的一侧通过机械加工等手段开设微槽群，微槽群的微槽道宽度为0.05～2mm，深度为0.05～2mm，相邻微槽道的槽间距为0.05～5mm。微槽的剖面形状有矩形、三角形、梯形等。
如图1所示，压电陶瓷20为堆叠式压电陶瓷，采用堆叠式排布可以形成更大的形变位移，从而可以提高压电微喷的扬程。压电陶瓷20一端固定，另一端可自由移动。施加在堆叠式压电陶瓷20上的电脉冲频率可调，脉冲频率与LED光源00功率成正线性关系。
本实施例中冷却液体腔室50是一个五面刚性封闭，一面柔性膜51的密闭腔室，通过推盘40推动柔性膜51运动实现冷却液体腔室50体积不断改变，再结合单向阀的动作，实现冷却液的泵出。其中，柔性膜51的材质可选用橡胶、柔性高分子聚合物等，优选橡胶制品。
其中，出液管60和柔性进液管70中出液和进液的管截面面积要基本相等以保证流动阻力最小，微喷喷嘴80选用扇形喷嘴，喷嘴方向可以调。
本实施例中散热装置工作时，给压电陶瓷20施加一定频率的电脉冲，利用压电陶瓷20的逆压电效应使压电陶瓷产生一定频率的伸缩位移，利用位移放大机构30放大压电陶瓷的伸缩位移，带动推盘推动柔性膜51以一定的频率运动，从而周期性的改变冷却液体腔室50容积，实现泵送冷却液的目的。进液时，柔性进液管70上的单向阀开启，同时出液管60上的单向阀关闭，出液时单向阀动作相反，冷却液经微喷喷嘴以一定的频率喷射到光源面。
至此，本公开第一实施例LED散热装置介绍完毕。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种LED散热装置。图2为本公开第二实施例LED散热装置的结构示意图。如图2所示，与第一实施例的LED散热装置相比，本实施例LED散热装置的区别在于：
堆叠式压电陶瓷20侧向布置，并增加了放大机构杠杆31。相对于第一个实施例，本实施例的装置整体高度降低，采用堆叠式压电陶瓷20侧向布置，可以很大程度节约下部空间，柔性进液管70缩短，液位也可相应的减少。同时，在原位移放大机构30的基础上增加了杠杆31放大位移，能够获得更大的冷却液泵送能力。
为了达到简要说明的目的，上述实施例1中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
至此，本公开第二实施例LED散热装置介绍完毕。
在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种LED散热装置。图3为本公开第三实施例LED散热装置的结构示意图。如图3所示，与第二实施例的LED散热装置相比，本实施例LED散热装置的区别在于：
微喷喷嘴80朝向侧面，解决侧发光的散热问题。微喷喷嘴80原则上可以朝向任意位置，同时可以实现一个出液管60配多个喷嘴的设计方案。
至此，本公开第三实施例LED散热装置介绍完毕。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明LED散热装置有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
综上所述，本公开提供了一种LED散热装置，包括散热装置内腔、压电陶瓷、冷却液体腔室、单向阀及微喷喷嘴，LED散热装置工作时，压电陶瓷在电脉冲作用下产生伸缩位移，推动柔性膜运动，从而改变冷却液体腔室的容积，配合单向阀的单向导通特性，使冷却液经微喷喷嘴喷射到微槽群热沉上实现换热。本公开的LED散热装置通过压电微喷技术将冷却液喷射到微槽群热沉上，解决了微槽群复合相变散热器全相角使用的问题。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED散热装置，包括：
散热装置内腔(10)，其一个面为光源面(11)，所述光源面(11)内部为微槽群热沉，外侧连接LED光源(00)；
压电陶瓷(20)，设置于所述散热装置内腔(10)内，其一端固定在散热器装置内壁，在电脉冲的作用下产生周期性的形变位移；
冷却液体腔室(50)，设置于所述散热装置内腔(10)内，其内部为冷却液体，所述冷却液体腔(50)的一面为柔性膜(51)，所述柔性膜(51)通过推拉机构与所述压电陶瓷(20)连接；以及
微喷喷嘴(80)，设置于所述散热装置内腔(10)内，其末端通过单向阀(61)连接至所述冷却液体腔室(50)的出液口，其前端朝向所述微槽群热沉；
所述LED散热装置工作时，所述压电陶瓷(20)在电脉冲作用下产生伸缩位移，推动所述柔性膜(51)运动，从而改变所述冷却液体腔室(50)的容积，使冷却液经所述微喷喷嘴(80)喷射到微槽群热沉上实现换热。
2.根据权利要求1所述的LED散热装置，其中，
所述LED散热装置还包括：
若干个柔性进液管(70)，其末端连接至所述冷却液体腔室(50)的进液口，其前端连接有配重(71)，浸入冷却液体中；
出液管(60)，其末端连接至所述冷却液体腔室(50)的出液口，其前端连接所述微喷喷嘴(80)。
3.根据权利要求1或2所述的LED散热装置，其中，
所述若干柔性进液管(70)的管截面总面积和所述出液管(60)的管截面总面积相等；
所述柔性进液管(70)与所述出液管(60)都带有单向阀，进液时，所述柔性进液管(70)上的单向阀开启，同时所述出液管(60)上的单向阀关闭，出液时单向阀动作相反。
4.根据权利要求1所述的LED散热装置，其中，
所述推拉机构包括：
连接杆，与所述压电陶瓷(20)连接；以及
推盘，位于所述连接杆与所述柔性膜(51)之间，在所述压电陶瓷(20)的形变作用下运动。
5.根据权利要求1或4所述的LED散热装置，其中，
所述推拉机构还包括：
位移放大机构(30)，其位于所述压电陶瓷(20)与所述连接杆之间，将压电陶瓷(20)产生的形变位移放大并输出。
6.根据权利要求1所述的LED散热装置，其中，
所述压电陶瓷(20)为堆叠式压电陶瓷。
7.根据权利要求1所述的LED散热装置，其中，
施加在所述压电陶瓷(20)上的电脉冲频率可调，所述电脉冲频率与LED光源(00)功率成正线性关系。
8.根据权利要求1或4所述的LED散热装置，其中，
所述柔性膜(51)的材质为橡胶或柔性高分子聚合物，优选橡胶。
9.根据权利要求1～8任一项所述的LED散热装置，其中，
所述微槽群热沉的微槽道宽度为0.05～2mm，深度为0.05～2mm，相邻微槽道的槽间距为0.05～5mm；
所述微槽的剖面形状为矩形、三角形或梯形。
10.根据权利要求1～9任一项所述的LED散热装置，其中，
所述冷却液体腔室(50)的形状包括长方体、正方体和圆柱；
所述散热装置内腔(10)整体封闭构成真空环境。
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2018
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