CN204534200U - 一种led工矿灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及LED工矿灯，包括电源、LED芯片和散热装置，其中，所述散热装置包括散热体和吸热装置，所述散热体与所述吸热装置之间形成密闭空腔，在所述密闭空腔内设置有具有汽化潜热的液态工质。LED工矿灯工作时，所述吸热装置吸收LED芯片散发的热量，使得密闭空腔内的液态工质汽化，汽化潜热的工质经散热体冷却变成液态工质回到吸热装置上，形成一个散热循环，从此往复循环进行散热。

Description

一种LED工矿灯

技术领域

本实用新型属于电子照明技术领域，具体为一种LED工矿灯。

背景技术

LED(light-emitting diode、发光二级管)被认为是21世纪最有价值的新光源，它具有低工作电压、反应时间短、高效节能、工作稳定、寿命长、无污染、高亮度等优点，在城市景观、家居照明、汽车尾灯、LED背光板等领域正得到广泛的应用，LED照明取代传统照明而成为人类照明的主要方式，将是大势所趋。

目前大功率LED的制造向着高性能、集成化和微型化发展，其芯片的功率密度可达数百W/cm²。大功率LED的电光转换效率约为20％，大约80％的电能转换为热量散发，因此其芯片处的热流密度极高。而LED的结温升高会导致发光效率下降、寿命缩短、发光光谱产生漂移，严重的还会烧毁芯片，所以散热是大功率LED照明中需要重点解决的问题之一。市场现有的各种LED灯常采用自然对流散热、风扇强制散热或其他散热方式，散热效果都不是很好。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种LED工矿灯，其具有良好的散热效果，能快速将LED灯散发的热量散出。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种LED工矿灯，包括电源、LED芯片和散热装置，其中，所述散热装置包括散热体和吸热装置，所述散热体与所述吸热装置之间形成密闭空腔，在所述密闭空腔内设置有具有汽化潜热的液态工质。

可选的，所述吸热装置，用于吸收LED芯片发出的热量，所述LED芯片靠近、紧贴或嵌入在所述吸热装置的一面，所述吸热装置的另一面设置有多个微凸起，形成微凸群，微凸起之间设置有毛细微槽道，并形成毛细微槽群；所述微凸群和毛细微槽群浸没在所述液态工质中，并在所述毛细微槽道内形成相变换热的薄液膜区域。

可选的，所述吸热装置还设置有储液槽，所述储液槽设置在所述吸热装置的有微凸起面的周边、边缘或外缘。

可选的，所述储液槽设置有多个，且对称分布在所述LED工矿灯的边缘或外缘。

可选的，所述储液槽为相通的环状，设置在所述LED工矿灯的周边。

可选的，所述LED工矿灯还包括吸液芯，所述吸液芯设置在所述微凸起上。

可选的，所述吸液芯由多孔材料制成。

可选的，所述吸液芯由金属粉末、金属纤维或陶瓷粉末烧结而成。

可选的，所述吸液芯单独分开设置在所述单个微凸起上。

可选的，所述吸液芯至少部分相互连接地设置在所述多个微凸起上。

可选的，所述相互连接的吸液芯呈网状结构。

可选的，所述吸液芯整体结构，设置在所有所述微凸起上。

可选的，所述吸液芯周边开设有一个或两个以上的通孔。

可选的，所述吸液芯设置在所述微凸起的顶部上。

可选的，所述吸液芯设置在所述微凸起的外壁上。

可选的，所述吸液芯设置在所述微凸起的顶部和外壁上。

可选的，所述微凸起的形状为锯齿形、三角形、梯形、弧形和圆柱形中的一种或两种以上的组合。

可选的，所述微槽道的形状为锯齿形、三角形、梯形、弧形和圆柱形中的一种或两种以上的组合。

可选的，所述液态工质为水、丙酮、甲醇、乙醇、液态氟利昂和液氨中的一种或两种以上的组合物。

可选的，所述微凸群和毛细微槽群本身部分浸没在在液态工质中。

可选的，所述散热装置还包括端盖，所述散热体呈柱状，所述端盖设置在所述散热体顶部，所述吸热装置设置在所述散热体底部，所述端盖、散热体和所述吸热装置之间形成密闭空腔。

可选的，所述散热体与所述吸热装置为一体成型结构。

可选的，所述散热体呈柱状，所述吸热装置设置在所述散热体底部，所述散热体内的上部设置有纵截面为漏斗状散热片，所述漏斗状散热片的漏斗嘴朝向吸热装置的中部。

可选的，所述散热体为包括骨架和肋片构成的太阳花式结构。

可选的，所述骨架和肋片为中空结构，所述骨架、肋片的中空结构与所述散热体和吸热装置之间形成的密闭空腔相连通。

可选的，所述散热体为中空的柱状结构，所述散热装置还包括散热芯，所述散热芯内置在所述散热体的中空部分。

可选的，所述肋片的横截面为三角形、四边形、多边形、月牙形、镰刀形和拱桥形中的一种或两种以上的组合。

可选的，所述肋片的纵截面为矩形、S形或螺旋形。

本实用新型所述的LED工矿灯，包括电源、LED芯片和散热装置，其中，所述散热装置包括散热体和吸热装置，所述散热体与所述吸热装置之间形成密闭空腔，在所述密闭空腔内设置有具有汽化潜热的液态工质。LED工矿灯工作时，所述吸热装置吸收LED芯片散发的热量，使得密闭空腔内的液态工质汽化，汽化潜热的工质经散热体冷却变成液态工质回到吸热装置上，形成一个散热循环，从此往复循环进行散热。

在进一步的技术方案中，所述吸热装置的另一面设置有多个微凸起，形成微凸群，微凸起之间设置有毛细微槽道，并形成毛细微槽群；所述微凸群和毛细微槽群浸没在液态工质中，毛细微槽群形成毛细力，以将毛细微槽道边的液态工质吸入到微槽道内，并在微槽道内形成相变换热的薄液膜区域。这样在毛细微槽道中的液态工质，在毛细压力梯度的作用下沿微槽流动，同时在微槽中形成扩展弯月面区域薄液膜蒸发和固有弯月面区域厚液膜核态沸腾的高强度微细尺度复合相变强化换热过程，使液态工质变成蒸汽带走散热体的发热量。

在进一步的技术方案中，所述吸热装置还设置有储液槽，所述储液槽设置在所述吸热装置的有微凸起面的周边、边缘或外缘。正常情况下，在毛细微槽道中的液态工质，在毛细压力梯度的作用下沿微槽流动，同时在微槽中形成扩展弯月面区域薄液膜蒸发和固有弯月面区域厚液膜核态沸腾的高强度微细尺度复合相变强化换热过程，使液态工质变成蒸汽带走散热体的发热量。而当因外界环境波动或其他原因，引起吸热装置倾斜时，由于液态工质的流动性，处于较高位置的毛细微槽道中可能会出现工质量减少，或者工质量无法浸润到微槽中，可能导致微液膜蒸发条件的丧失。这时，设置在吸热装置的有微凸起面的周边、边缘或外缘的储液槽中存储有液态工质，可以及时对附近的毛细微槽道进行工质补充，避免其丧失微液膜蒸发条件的条件，引起的该部分温度急剧升高，吸热效果下降的问题。

在进一步的技术方案中，还可以在所述微凸起上设置吸液芯，所述吸液芯可以由多孔材料制成，当微凸起周围的毛细微槽中工质量减少或无工质时，吸液芯中存储的液态工质可以对该毛细微槽道进行工质补充，也可以避免其丧失微液膜蒸发条件的条件，引起的该部分温度急剧升高，吸热效果下降的问题。

在进一步的技术方案中，所述散热体可以为呈柱状，所述吸热装置设置在所述散热体底部，所述散热体内的上部可以设置有纵截面为漏斗状散热片，所述漏斗状散热片的漏斗嘴朝向吸热装置的中部。工作时，LED芯片的热量使散热体底部的吸热装置温度升高，当达到工质的相变温度时，工质的局部会产生相变，即工质由液态转为汽态，汽态工质在受到柱状散热体内壁的限制后向上运动，到达散热体的顶部后转向，经过散热体多散热，汽态工质遇冷凝结成液态工质，液态工质在重力作用下沿纵截面为漏斗状散热片向下运动，通过漏斗嘴流向吸热装置的中部，而吸热装置的中部一般温度都相对其他地方更高，因此该散热装置具有更强的散热效果。

在进一步的技术方案中，所述散热体可以为包括骨架和肋片构成的太阳花式结构，其中所述骨架和肋片为中空结构，所述骨架、肋片的中空结构与所述散热体和吸热装置之间形成的密闭空腔相连通。工作时，汽态工质不仅可以流向散热体内地空腔，而可以流向骨架、肋片的中空结构中。这样在制作同样大小的散热装置时，该散热体可以获得更大的散热面积，从而具有更好的散热效果。

附图说明

图1为表示本实施方式所涉及的LED工矿灯的结构图；

图2为图1所示吸热装置的立体图；

图3为图2所示吸热装置的截面图；

图4为图3所示吸热装置的A处局部放大图；

图5为图1所示吸液芯的立体图；

图6为表示本实施方式所涉及LED工矿灯的另一种吸液芯的结构示图；

图7-图10为图1所示散热装置的几种不同结构的截面图；

图11为图1所示散热体的结构示图；

图12为图11所示散热体的俯视图。

图中：

1 吸热装置      2 微凸起  3 毛细微槽道     31  薄液膜区域

31a 弯月形液面  31b  扩展弯月面薄液膜区域   31c固有弯月面区域

4 储液槽        5 散热体    51 骨架         52肋片

6 吸液芯        7 通孔      8 端盖          9 漏斗状散热片

91  散热片翅片  10 LED芯片  11 密闭空腔

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

请参见图1，为表示本实施方式所涉及的LED工矿灯的结构图，该LED工矿灯，包括电源、LED芯片10和散热装置，电源可以是内置电源或者外接220V或380V市电，电源与LED芯片10电连接，所述LED芯片靠近、紧贴所述散热装置或嵌入在所述散热装置内。其中，所述散热装置包括散热体5和吸热装置1，所述散热体5与所述吸热装置1之间形成密闭空腔11，在所述密闭空腔11内设置有具有汽化潜热的液态工质。LED工矿灯工作时，所述吸热装置1吸收LED芯片10散发的热量，使得密闭空腔11内的液态工质汽化，汽化潜热的工质通过散热体冷却变成液态工质重新回到密闭空腔11的底部，再受吸热装置1加热气化，如此往复、循环进行散热。

再请参见图2和图3，其中图2为表示本实施方式所涉及的LED工矿灯的吸热装置的立体图、图3为吸热装置的截面图。所述吸热装置用于吸收LED芯片10发出的热量，所述LED芯片10靠近、紧贴或嵌入在所述吸热装置的一面，吸热装置1的另一面可以设置有多个微凸起2，多个微凸起2形成微凸群，微凸起2之间形成毛细微槽道3，多个毛细微槽道3形成毛细微槽群；微凸群和毛细微槽群浸没在液态工质中，毛细微槽群形成毛细力，以将毛细微槽道3边的液态工质吸入到微槽道内，并在微槽道内形成相变换热的薄液膜区域31。工作时，吸热装置利用薄液膜区域31的微液膜蒸发强化传热机制，利用工质相变潜能带着LED芯片产生的热量，携带着潜能的汽态工质在散热体5上散热冷凝成液态工质，依靠重力回流重新回到微槽道内。本实施例中，吸热装置1可以采用较高导热系数的材料制成，如铜、铝等金属材料，多个微凸起2可以均匀间隔分布在吸热装置1的一个面，吸热装置1的另一面紧贴LED芯片。当然根据需要，也可以将LED芯片靠近吸热装置1的一面，或者将LED芯片10嵌入 在吸热装置1的一面中(如图10所示)，只要便于LED芯片与吸热装置之间进行热传递即可。请参见图4，为图3所示吸热装置的A处局部放大图。所述薄液膜区域31的微液膜蒸发强化传热机制具体原理为：在微槽道内由毛细力将槽道边的液态工质吸入到微槽道，同时由于液体表面张力的作用，液态工质并未淹没微槽道，而是在微槽道中形成弯月形液面31a，使得槽道内液膜的厚度很薄，传热热阻很小，同时在弯月形液面31a与槽道侧壁接触点的附近形成液膜厚度小到微米量级的扩展弯月面薄液膜区域31b，当LED芯片热量传入微槽道中时，液态工质在毛细压力梯度的作用下沿微槽流动，同时在微槽中形成扩展弯月面区域薄液膜蒸发和固有弯月面区域31c厚液膜核态沸腾的高强度微细尺度复合相变强化换热过程，使液态工质变成蒸汽并带走LED芯片的热量。实验表明，这种微细尺度复合相变强化换热过程属于微空间尺度下的传热传质的超常现象，它充分利用了微细尺度的界面效应和尺寸效应对流动和换热的超常强化机理，其理论最大取热热流密度可高达100W/m²，比目前电子器件的最高发热热流密度还要高出两个数量级，是一种高性能的冷却散热方式。

再请参见图2和图3，在本实施例中，吸热装置1还可以设置有储液槽4，该储液槽4设置在吸热装置的有微凸起面的周边。储液槽4可以为环形，围绕在吸热装置1的有微凸起面的周边。当然，根据需要也可以将储液槽4设置在吸热装置1的有微凸起面的边缘或外缘，比如在吸热装置1的有微凸起面的边缘或外缘均匀对称设置4～100个储液槽4。该储液槽4的具体结构可以为方形凹槽、弧形凹槽或三角形凹槽。由于汽态工质在散热体5上散热冷凝成液态工质，然后依靠重力回流重新回到微槽道内，而且微槽道是靠毛细力将槽道边的液态工质吸入到微槽道，液态工质并未不能淹没微槽道，这就要求加入的液态工质的量在合理范围内。若充装的液态工质量过大，这种微液膜蒸发效应就不存在了，吸热装置的工作原理会变成池沸腾。而当液态工质的量在合理范围内时，若由于吸热装置1倾斜或受外界风吹动摇摆，就会出现吸热装置与LED芯片直接接触部分出现工质量减少，或者工质量无法浸润到微槽道，就会导致该部分温度急剧升高，使得吸热效果下降，甚至出现过烧现象。此时，储存在储液槽4中的工质会及时补充到附近的微槽道中，防止微槽道工质量干涸，而导致部分薄液膜区域31的微液膜蒸发条件丧失。因此，对加入的液态工质的充装量需要满足一个相对合理的范围。当然，为了实现对所述LED工矿灯的散热系统进行液态工质的充装，实际上还可以包含抽真空和液态工质定量充装的充装口，并在对系统进行液态工质充装完成后，再对系统进行密封，确保系统密封且不泄漏。由于对系统进行液态工质充装及抽真空的技术方案，在现有技术中有记载，如专利申请号为：CN201110253364.7、 CN201310231790.X等公开的专利文献，在此也不再赘述。

请参见图4和图6，在本实施例中，吸热装置1还可以设置有吸液芯6，所述吸液芯6设置在所述微凸起2上。这样，当吸热装置1倾斜或受外界风吹动摇摆，出现吸热装置与LED芯片直接接触部分出现工质量减少，或者工质量无法浸润到微槽道时，储存在吸液芯6中的工质也可以及时补充到其下的微凸起2周围的微槽道中，防止微槽道工质量干涸，而导致部分薄液膜区域31的微液膜蒸发条件丧失。优选的是，所述吸液芯6由多孔材料制成，如可以由金属粉末、金属纤维或陶瓷粉末烧结而成。当然，也可以有其他多孔材料制成。这样可以充分吸收、存储一定量的液态工质在其中。具体的，所述吸液芯6可以采用单独分开的方式，设置在单个所述微凸起2上。比如，可以在所有微凸起2上设置所述吸液芯6，也可以只在部分微凸起2上设置。当然，所述吸液芯6也可以采用部分相互连接地方式设置在所述多个微凸起2上，如吸液芯6设置成相互连接的呈网状结构。优选的，所述吸液芯6根据微凸起2的布局形状，设置成一个整块，放置在所述微凸起2(如图5所示)。这样便于制造和安装，可靠性也较高。更进一步的，所述整块的吸液芯6周边开设有一个或两个以上的通孔7。如在吸液芯6的周边对称开设有2～20个通孔7(如图6所示)。这样，当薄液膜区域31的汽态工质向上运动受到吸液芯6的阻力时，可以通过吸液芯6周边的通孔7向上运动，当然，液态工质向下运动时，也可以通过通孔7向下流到薄液膜区域31。优选的，所述吸液芯6可以设置在所述微凸起2的顶部上或/和所述吸液芯6设置在所述微凸起2的外壁上。只要便于安装和放置即可。

在本实施例中，所述微凸起2的形状可以设置为锯齿形、三角形、梯形、弧形和圆柱形中的一种或两种以上的组合。当然，也可以将所述微槽道的形状设置为锯齿形、三角形、梯形、弧形和圆柱形中的一种或两种以上的组合。比如，所述微凸起2的形状设置成圆柱形，这样相对当量直径较大、加工难度较小。

在本实施例中，所述液态工质可以为常温常压下为液态的工质，如水、丙酮、甲醇和乙醇；也可以为常温常压下为气态的工质，如氟利昂R11，R22，R-134a，液氨等，当然可以是前述两种以上的液态工质的组合物。可以理解的是只要采用与环境和吸热装置材料相容：具有控温能力，即可以在相对低的工作温度下(如50℃左右蒸发)能实现较大热流密度吸热的液态工质都可以作为本系统的充装工质。另外，所述微凸群和毛细微槽群本身可以部分浸没在在液态工质中。以便于形成薄液膜区域31，构造微液膜蒸发条件。

在本实施例中，所述散热装置还可以包括端盖8，所述散热体5可以设置为柱状，所述端盖8设置在所述散热体5顶部，所述吸热装置1设置在所述散热体5底部，所述端盖8、散热体5和所述吸热装置1之间形成密闭空腔11，这样更便于制造和安装。优选的是，所述散热体5与所述吸热装置1可以采用一体成型结构，直接整体一起制造。这样，其密封性更好。更进一步的，所述散热体5内的上部设置有纵截面为漏斗状散热片9，所述漏斗状散热片9的漏斗嘴朝向吸热装置1的中部。这样，汽态工质在散热体5上散热冷凝成液态工质后，经漏斗状散热片9的漏斗嘴直接流向吸热装置1的中部，而吸热装置1的中部一般都更靠近LED芯片，温度相对更高，液态工质的蒸发也更快，这样就更利于工质的流动和循环。当然为了进一步提高散热效果，还可以在所述漏斗状散热片9上设置若干散热片翅片91。

请参见图11和图12，在本实施例中，所述散热体5可以采用包括骨架51和肋片52构成的太阳花式结构。优选的是所述骨架51和肋片52可以采用中空结构，所述骨架51、肋片52的中空结构与所述散热体5和吸热装置1之间形成的密闭空腔11相连通。这样汽态工质不仅可以流向吸热装置1的中空部分，也可以流入到的骨架51、肋片52的中空结构中，以提高散热面，因此更有利于汽态工质热量的散发，提高散热效率。优选的是，所述肋片52的横截面可以设置为三角形、四边形、多边形、月牙形、镰刀形和拱桥形中的一种或两种以上的组合。同时，所述肋片52的纵截面为矩形、S形或螺旋形。以增加散热面积，提高散热效率。

在本实施例中，所述散热体5可以为中空的柱状结构，在所述散热体5的中空部分还可以设置有散热芯，进一步提高散热效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (28)

1.一种LED工矿灯，包括电源、LED芯片和散热装置，其特征在于：所述散热装置包括散热体和吸热装置，所述散热体与所述吸热装置之间形成密闭空腔，在所述密闭空腔内设置有具有汽化潜热的液态工质。

2.根据权利要求1所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸热装置，用于吸收LED芯片发出的热量，所述LED芯片靠近、紧贴或嵌入在所述吸热装置的一面，所述吸热装置的另一面设置有多个微凸起，形成微凸群，微凸起之间设置有毛细微槽道，并形成毛细微槽群；所述微凸群和毛细微槽群浸没在所述液态工质中。

3.根据权利要求2所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸热装置还设置有储液槽，所述储液槽设置在所述吸热装置的有微凸起面的周边、边缘或外缘。

4.根据权利要求3所述的LED工矿灯，其特征在于，所述储液槽设置有多个，且对称分布在所述LED工矿灯的边缘或外缘。

5.根据权利要求3所述的LED工矿灯，其特征在于，所述储液槽为相通的环状，设置在所述LED工矿灯的周边。

6.根据权利要求2所述的LED工矿灯，其特征在于，所述LED工矿灯还包括吸液芯，所述吸液芯设置在所述微凸起上。

7.根据权利要求6所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯由多孔材料制成。

8.根据权利要求7所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯由金属粉末、金属纤维或陶瓷粉末烧结而成。

9.根据权利要求6所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯单独分开设置 在所述单个微凸起上。

10.根据权利要求6所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯至少部分相互连接地设置在所述多个微凸起上。

11.根据权利要求10所述的LED工矿灯，其特征在于，所述相互连接的吸液芯呈网状结构。

12.根据权利要求11所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯整体结构，设置在所有所述微凸起上。

13.根据权利要求12所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯周边开设有一个或两个以上的通孔。

14.根据权利要求6所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯设置在所述微凸起的顶部上。

15.根据权利要求6所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯设置在所述微凸起的外壁上。

16.根据权利要求6所述的LED工矿灯，其特征在于，所述吸液芯设置在所述微凸起的顶部和外壁上。

17.根据权利要求2所述的LED工矿灯，其特征在于，所述微凸起的形状为锯齿形、三角形、梯形、弧形和圆柱形中的一种或两种以上的组合。

18.根据权利要求2所述的LED工矿灯，其特征在于，所述微槽道的形状为锯齿形、三角形、梯形、弧形和圆柱形中的一种或两种以上的组合。

19.根据权利要求1所述的LED工矿灯，其特征在于，所述液态工质为水、丙酮、 甲醇、乙醇、液态氟利昂和液氨中的一种。

20.根据权利要求2所述的LED工矿灯，其特征在于，所述微凸群和毛细微槽群本身部分浸没在在液态工质中。

21.根据权利要求1所述的LED工矿灯，其特征在于，所述散热装置还包括端盖，所述散热体呈柱状，所述端盖设置在所述散热体顶部，所述吸热装置设置在所述散热体底部，所述端盖、散热体和所述吸热装置之间形成密闭空腔。

22.根据权利要求1所述的LED工矿灯，其特征在于，所述散热体与所述吸热装置为一体成型结构。

23.根据权利要求1所述的LED工矿灯，其特征在于，所述散热体呈柱状，所述吸热装置设置在所述散热体底部，所述散热体内的上部设置有纵截面为漏斗状散热片，所述漏斗状散热片的漏斗嘴朝向吸热装置的中部。

24.根据权利要求1所述的LED工矿灯，其特征在于，所述散热体为包括骨架和肋片构成的太阳花式结构。

25.根据权利要求24所述的LED工矿灯，其特征在于，所述骨架和肋片为中空结构，所述骨架、肋片的中空结构与所述散热体和吸热装置之间形成的密闭空腔相连通。

26.根据权利要求25所述的LED工矿灯，其特征在于，所述散热体为中空的柱状结构，所述散热装置还包括散热芯，所述散热芯内置在所述散热体的中空部分。

27.根据权利要求25所述的LED工矿灯，其特征在于，所述肋片的横截面为三角形、四边形、多边形、月牙形、镰刀形和拱桥形中的一种或两种以上的组合。

28.根据权利要求25所述的LED工矿灯，其特征在于，所述肋片的纵截面为矩形、S形或螺旋形。