CN2852388Y - 用于发光二极管led的微喷射流水冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置，主要包括LED芯片、微喷射流器、带有冷却装置的水箱、微泵，所述LED芯片的基座安装在微喷射流器的外壳上，微喷射流器内设有一腔体，腔体内设有带有多个微喷口的隔板，两侧设有入口和出口，分别通过软管与微泵、水箱连接，水箱上部设有热沉和风扇，水箱内设有微槽道，形成封闭的内循环冷却装置。优点是采用冲击换热，换热系数大，封闭的内循环冷却方式，控制比较灵活，可根据需要任意方向设置，适用在LED工况经常变化的场合进行冷却。

Description

用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于发光二极管LED的冷却装置，特别涉及一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置。

技术背景

近年来，新型的发光二极管LED的光源由于其具有寿命长、发光效率高、功率小和体积小、坚固耐用、色彩丰富等优势，目前已被广泛应用于工业设备、仪器仪表、交通信号灯、汽车、背光源等领域。

从理论上说，选择适当匹配材料、制造工艺和运行温度，电能大部分可转变成光能。但特别需要指出的是，PN结处温度的高低对LED的光输出色彩的偏移和光源本身工作的可靠性有巨大的影响。对于高功率LED光源来说，必须采用适当的设计使LED发光体封装保持在额定的正常工作温度下，也就是要对结点温度设定一个极限，防止其温度过高。理论上LED芯片有90％的发光效率和超过5万到10万小时的寿命，然而目前对高功率的LED照明(超过1W)，当驱动电流在0.35A，运行1千小时后，光学性能有30％的下降，除了封装外，芯片运行温度是造成性能下降的很重要的原因，基于上述观点，LED的冷却显得非常需要。

已有的LED冷却技术大多采用高导热材料或者热沉来进行散热，这样的方法简单实用，但是冷却的效果有限，使得LED的芯片温度不可能降低太多。例如American Bright Optoelectronics公司推出的一款LED模块，其采用小型外露的散热片来进行自然对流散热，尺寸大小为10mm×13mm。由于采用自然对流换热，装置的热量不能快速有效地排出。对于这样的设计，LED功率密度不可能太高，否则其运行温度将过高。

近年来，随着LED应用范围的不断扩展，高功率的LED组越来越受到重视，上述传统冷却方式已经不能适应LED的温度要求。另外，对于小功率的LED组，在成本允许的条件下，如何采用更好的冷却装置使LED工作温度更低，从而获得更好的发光效率。

发明内容

本实用新型的目的就是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置。该装置采用水作为冷却介质，通过微泵加压驱动，使微喷射流冷却水直接冲击LED芯片电极的基座，高温水经水箱上的热沉及风扇进行热交换来实现对LED芯片电极的基座的冷却。整个结构采用封闭内循环冷却装置。本实用新型主要包括：LED芯片、微喷射流器、带有冷却装置的水箱、微泵，其特征在于所述LED芯片的基座的下表面安装在微喷射流器的外壳上，微喷射流器内设有一腔体，微喷射流器腔体中间被一由带有多个微喷口的隔板分割成为上下两个单体，或由两片带有多个微喷口的隔板分割成为为上、中、下三个单体，或腔体设置为由两个同轴圆柱桶，或腔体设置为同轴多面体，喷口设置在内圆柱桶或内多面体桶的表面上，LED芯片的基座的下表面安装在外圆柱桶或外多面体桶的外壁上。微喷射流器为碳纳米管，高导热金属，金刚石类高导热材料，其外表面与LED芯片的基座之间采用导热膏连接。腔体的两侧分别设有冷却水流入口和流出口，入口通过由硅橡胶管制成的可伸缩软管与微泵的输出口连接，出口通过由硅橡胶管制成的可伸缩软管与水箱的入口连接，水箱上部设有热沉和风扇，水箱内设有微槽道，槽道的上端延伸到水箱上表面，或将设有微通道的冷板直接安装在水箱的内部。水箱的出口通过采用硅橡胶管制成的可伸缩软管与微泵的输入口连接，形成封闭的内循环冷却装置。

本实用新型的优点是装置采用冲击换热，换热系数大，换热效果好，特别对高密度LED组能有效降温，装置采用主动装置，封闭的内循环冷却方式，控制比较灵活，可根据需要任意方向设置，适用在LED工况经常变化的场合进行冷却。

附图说明

图1本实用新型装置的结构示意图；

图2不同功率下的LED在没有水冷的情况下温度随时间的变化的图表；

图3不同功率下的LED在有水冷的情况下温度随时间的变化的图表；

图4本实用新型的微喷射流器腔体设置为上下两个单体的结构示意图；

图5本实用新型的微喷射流器腔体设置为上、中、下三个单体的结构示意图；

图6本实用新型的水箱、热沉、风扇结构示意图；

图7本实用新型的装有微通道冷板的水箱结构示意图。

1 LED芯片的基座、2 带有多个微喷口的隔板、3 微喷射流器冷却水入口、4 微喷射流器的腔体、5 微喷射流器冷却水出口、6 水箱、7 热沉、8 风扇、9 微泵、10 微喷射流器腔体的上单体、11 微喷射流器腔体的中单体、12 微喷射流器腔体的下单体、14 水箱入口、15 水箱出口、16 水箱上表面、17 微槽道、18 刻蚀有微通道的冷板、21 喷口

具体实施方式

实施例1

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例：

LED芯片的基座1的下表面安装在微喷射流器的外壳上，微喷射流器采用碳纳米管，高导热金属，金刚石等高导热材料制成。微喷射流器的外表面与LED芯片的基座1的下表面之间采用导热膏连接，以增加导热效果。微喷射流器内设有一腔体4，微喷射流器腔体4中间被一由带有多个微喷口的隔板2分割成为上、下两个单体10、12，微喷射流器采用碳纳米管，高导热金属，金刚石等高导热材料制成。腔体4的两侧分别设有冷却水流入口3和冷却水流出口5，冷却水入口3通过可伸缩软管与微泵9的输出口连接，冷却水出口5通过可伸缩软管与水箱6的水箱入口14连接，水箱6上部设有热沉7和风扇8，水箱6内部刻蚀有微槽道17，微槽道17的上端延伸到水箱上表面16，水箱出口15通过可伸缩软管与微泵9的输入口连接，形成封闭的内循环冷却装置。装置中的可伸缩软管采用硅橡胶管制成。

参见图1，装置采用水作为冷却介质，装置封装和运行前，通过连接口注入一定的水进入装置，然后密封好各连接口防止液体泄露。当微泵9通电运行后，水箱6中的水通过微喷射流器冷却水入口3流入到微喷射流器腔体的下单体12，在一定的压力下，将水通过喷口21形成强烈的射流，射流将直接冲击与LED芯片的基座1的下表面紧密相连的微喷射流器的顶部，产生强烈的换热效果，LED模块产生的高热流将被射流水吸收，其温度急剧下降，射流水由于吸收了LED模块的热量，温度将升高，在泵压的作用下，升温了的水将通过微喷射流器冷却水出口5流出，进入到水箱6。参见图4。在热沉7和风扇8的作用下，升温了的水将和环境发生热交换，使水温下降。参见图6。低温水将重新流入到微泵9中开始新一轮循环。

本实用新型采用微泵的流量为10ml/s，LED模块采用2×2阵列，单个LED器件的尺寸为1mm×1mm的条件进行测试，参见图2，在没有采用本装置冷却时候的测试数据。LED组的最高表面温度在运行3分钟后达到145℃，但当本冷却装置开始工作后，温度下降到28.25℃。在这样的温度下工作，LED组发光效率显著提高，完全可以同时冷却很多LED，并保证它们在低温下运行。参见图3。

实施例2

实施例2与实施例1相同，所不同的是实施例1采用微喷射流器腔体中间被一由带有多个微喷口的隔板2分割成为上、下两个单体10、12。而实施例2通过两片带有多个微喷口的隔板2分割成为为上、中、下三个单体10、11、12。这种设计主要是为了冷却双面LED芯片组。参见图5。图中冷却水从入口3流入，进入微喷射流器腔体的中单体11，在压力的作用下，冷却水分别在两侧的喷口2处形成射流，冲击与LED芯片的基座1的下表面紧密相连的微喷射流器的接触面的内侧，换热后的的冷却水分别从下单体12和上单体10流出并汇合在出口5处，重新进入装置主管路。双面喷射的微喷结构将得到更好的换热效果，可以冷却更多的LED芯片和设计不同的照明装置，但同时也带来了微泵功的增加。

实施例3

实施例3与实施例2相同，所不同的是实施例3采用将刻蚀有微通道的冷板18直接安装在水箱6的内部。当升温了的水从水箱入口14流入的时候，在流到刻蚀有微通道的冷板18后，会分成很多股小流体，再从水箱出口15汇合流出。由于采用了微通道，换热系数将大幅度增强，水中的热量将快速传递到水箱上面，经过热沉和风扇的降温作用，将热量尽快地扩散到环境中去。参见图7。

Claims (5)

1.一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置，主要包括：发光二极管LED芯片、微喷射流器、带有冷却装置的水箱、微泵，其特征在于所述LED芯片的基座的下表面安装在微喷射流器的外壳上，微喷射流器内设有一腔体，腔体内设有带有多个微喷口的隔板，腔体的两侧分别设有冷却水流入口和流出口，入口通过可伸缩软管与微泵的输出口连接，出口通过可伸缩软管与水箱的入口连接，水箱上部设有热沉和风扇，水箱内部设有微槽道，水箱的出口通过可伸缩软管与微泵的输入口连接，形成封闭的内循环冷却装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置，其特征在于所述微喷射流器为碳纳米管，或高导热金属，或金刚石类高导热材料，其外表面与LED芯片的基座之间经导热膏连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置，其特征在于所述微喷射流器腔体中间被一由带有多个微喷口的隔板分割成为上下两个单体，或由两片带有多个微喷口的隔板分割成为为上、中、下三个单体，或腔体设置为由两个同轴圆柱桶，或腔体设置为同轴多面体，喷口设置在内圆柱桶或内多面体桶的表面上，LED芯片的基座的下表面安装在外圆柱桶或外多面体桶的外壁上。

4.根据权利要求1所述的一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置，其特征在于所述水箱内部设有微槽道，微槽道的上端延伸到水箱上表面，或将设有微通道的冷板直接安装在水箱的内部。

5.根据权利要求1所述的一种用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置，其特征在于所述可伸缩软管为硅橡胶管。

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