一種相變蓄熱式大功率led路燈的制作方法
【專利摘要】一種相變蓄熱式大功率LED路燈，包括驅(qū)動電路封裝體以及設(shè)在驅(qū)動電路封裝體底部的熱沉空腔，熱沉空腔底部設(shè)有內(nèi)部封裝大功率LED芯片的LED封裝件，熱沉空腔內(nèi)設(shè)有若干間隔布置的實(shí)心金屬圓柱體，且熱沉空腔與實(shí)心金屬圓柱體所形成的間隙中填充有熔點(diǎn)低于大功率LED芯片工作溫度的相變材料；LED封裝件的正負(fù)極穿過熱沉空腔與驅(qū)動電路封裝體的正負(fù)極對應(yīng)相連；熱沉空腔的外壁還設(shè)有若干與熱沉空腔鑄成一體的散熱翅片，且若干散熱翅片呈喇叭狀分布在熱沉空腔的周向。本發(fā)明能夠提高相變潛熱存儲的響應(yīng)速率，可以消除換熱翅片與熱沉本體之間的接觸熱阻，有效地降低LED芯片結(jié)點(diǎn)溫度，延長LED燈的使用壽命。
【專利說明】一種相變蓄熱式大功率LED路燈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，特別涉及一種相變蓄熱式大功率LED路燈。
技術(shù)背景
[0002]近年來，LED路燈由于具有發(fā)光效率高、壽命長和安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此其在市政道路照明領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛力和前景。然而，LED是通過激發(fā)電子，使電子發(fā)生能量級的跳躍而實(shí)現(xiàn)發(fā)光，光譜中不含紅外部分，產(chǎn)生的熱量不能像傳統(tǒng)的路燈通過輻射散出，又大部分LED燈的實(shí)際效率只能達(dá)到20%，即80%的電能轉(zhuǎn)換為熱能只能通殼體的自然對流散出，惡劣的散熱條件降低了發(fā)光效率，而且導(dǎo)致半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度的升高產(chǎn)生光衰現(xiàn)象并縮短了 LED燈的壽命。因此，大功率LED照明的散熱和有效溫控成為大功率LED應(yīng)用的瓶頸問題之一。
[0003]大功率LED路燈現(xiàn)有的冷卻技術(shù)主要是通過外置散熱器區(qū)的對流換熱來帶走LED封裝件產(chǎn)生的熱量。專利CN2735548和文獻(xiàn)[I][文獻(xiàn)1:S.L.Lee, Z.H.Yang, Y.Hsyuaj Cooling of a heated surface by mist flow,Journal of HeatTransfer, 1994，116(1): 167.]分別利用矽油和空氣的強(qiáng)制對流冷卻來降低LED封裝件的溫度，不足之處是所采用的主動冷卻系統(tǒng)需要額外的能耗及可靠性差。專利CN1828956A公開了一種大功率的LED散熱封裝，其原理是采用低沸點(diǎn)液滴沖擊散熱裝置降低LED封裝體的溫度，不足之處是溫控面溫度不均勻，壓差較大且在冷卻面上容易產(chǎn)生腐蝕。專利US20090322229A1和專利W02009110987A1利用相變材料熔化時吸熱進(jìn)行儲能來降低LED封裝件的溫度，不足之處是相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，換熱能力有限，不利于推廣。專利CN101457919A公開了一種相變散熱半導(dǎo)體燈，其原理是利用密閉在LED燈體內(nèi)的液體在半導(dǎo)體燈工作時發(fā)生液氣相變把LED產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到燈的玻璃外殼上和空氣做熱交換實(shí)現(xiàn)LED芯片的散熱，不足之處是換熱能力有限，不適用于大功率LED照明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種相變蓄熱式大功率LED路燈，該路燈能夠延長了散熱時間，增強(qiáng)相變材料的自然對流換熱，延長LED路燈的使用壽命，散熱效果好、無外在能耗和無環(huán)境污染。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括驅(qū)動電路封裝體以及設(shè)在驅(qū)動電路封裝體底部的熱沉空腔，熱沉空腔底部設(shè)有內(nèi)部封裝大功率LED芯片的LED封裝件，熱沉空腔內(nèi)設(shè)有若干間隔布置的實(shí)心金屬圓柱體，且熱沉空腔與實(shí)心金屬圓柱體所形成的間隙中填充有熔點(diǎn)低于大功率LED芯片工作溫度的相變材料；LED封裝件的正負(fù)極穿過熱沉空腔與驅(qū)動電路封裝體的正負(fù)極對應(yīng)相連；熱沉空腔的外壁上還設(shè)有若干與熱沉空腔外壁鑄成一體的散熱翅片，且若干散熱翅片呈喇叭狀分布在熱沉空腔的周向。
[0006]若干實(shí)心金屬圓柱體呈陣列式分布或以熱沉空腔的軸心為中心呈輻射狀分布。
[0007]所述的散熱翅片數(shù)目為15?45個；每個散熱翅片的高度與熱沉空腔的高度相同，且每個散熱翅片與熱沉空腔的底面夾角在20?30°之間。
[0008]所述的相變材料為檸檬酸鈉，磷酸鈉，硝酸鹽或石蠟。
[0009]所述的熱沉空腔內(nèi)設(shè)有正極金屬圓柱體和負(fù)極金屬圓柱體，且正極金屬圓柱體內(nèi)開設(shè)有用于連接LED封裝件正極和驅(qū)動電路封裝體正極的正極通道，負(fù)極金屬圓柱體內(nèi)開設(shè)有用于連接LED封裝件負(fù)極和驅(qū)動電路封裝體負(fù)極的負(fù)極通道。
[0010]所述的熱沉空腔的底部設(shè)有金屬基板，且金屬基板的一面與熱沉空腔的底部相接觸，另一面與LED封裝件相連，熱沉空腔的底部還設(shè)有用于聚光以及保護(hù)LED封裝件的光學(xué)透鏡。
[0011]所述的熱沉空腔的底部加工有凹槽，金屬基板的一面通過螺釘與熱沉空腔底部的凹槽表面連接，且金屬基板的一面與熱沉空腔底部的接觸面涂有減小接觸熱阻并提高換熱能力的錫膏或硅脂；金屬基板的另一面通過硅脂或者共晶焊與LED封裝件相連。
[0012]所述的凹槽邊緣加工有高和寬相等的凹臺，凹臺內(nèi)側(cè)固定有光學(xué)透鏡，凹槽外側(cè)設(shè)有用于固定光學(xué)透鏡的光學(xué)透鏡固定件。
[0013]所述的驅(qū)動電路封裝體的橫截面積大于光學(xué)透鏡固定件的面積，凹槽內(nèi)表面涂有反光材料或鍍銀。
[0014]所述的熱沉空腔的外壁設(shè)有兩個與燈架相連的螺栓連接柱。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]本發(fā)明利用相變潛熱儲存LED芯片產(chǎn)生的熱量并在停止工作時將蓄熱釋放，減小了溫度對散熱方式的依賴性，延長了散熱時間；同時本發(fā)明還利用相變材料熔化時吸熱，相變過程中溫度保持不變的特性進(jìn)行被動冷卻以對LED封裝體溫度進(jìn)行有效地控制；通過在熱沉空腔內(nèi)鑄有金屬圓柱體，顯著提高了相變材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，提高相變儲能響應(yīng)速率，防止相變材料局部過熱，且可以增強(qiáng)相變材料的自然對流換熱；采用一體式熱沉結(jié)構(gòu)有效地降低LED芯片結(jié)點(diǎn)溫度，延長LED路燈的使用壽命。此外，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、散熱效果好、壽命長、無外在能耗和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，易于工業(yè)應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)半剖示意圖；
[0018]圖2為圖1中的俯視圖；
[0019]圖3為LED封裝件及金屬基板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)半剖俯視圖；
[0021 ] 其中，1、驅(qū)動電路封裝體上蓋，2、連接螺栓，3、驅(qū)動電路封裝體下蓋，4、熱沉空腔，
5、光學(xué)透鏡固定件，6、金屬基板，7、LED封裝件，8、光學(xué)透鏡，9、實(shí)心金屬圓柱體，10、相變材料，11、正極金屬圓柱體，12、大功率LED芯片，13、螺栓孔，14、負(fù)極金屬圓柱體。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]如圖1-3所示，本發(fā)明相變蓄熱式大功率LED路燈包括驅(qū)動電路封裝體上蓋1、驅(qū)動電路封裝體下蓋3以及由驅(qū)動電路封裝體上蓋I和驅(qū)動電路封裝體下蓋3封裝的驅(qū)動電路；驅(qū)動電路封裝體下蓋3的底部設(shè)有圓柱狀的熱沉空腔4，驅(qū)動電路封裝體上蓋1、驅(qū)動電路封裝體下蓋3以及熱沉空腔4通過連接螺栓2緊密連接成一體；熱沉空腔4的底部設(shè)有金屬基板6，且金屬基板6的一面與熱沉空腔4的底部相接觸，另一面與LED封裝件7相連，LED封裝件7正中間為單顆集成的大功率LED芯片12，功率50W?100W。另外，熱沉空腔4的底部加工有四個凹槽，每個凹槽內(nèi)表面涂有反光材料或者鍍銀，每個凹槽邊緣加工有高和寬相等的凹臺；金屬基板6為高導(dǎo)熱系數(shù)的銅或鋁材料制成，呈足球場形狀，其四個角上加工有螺栓孔13，金屬基板6通過設(shè)在螺栓孔13中的螺釘與熱沉空腔4底部的凹槽表面連接，且金屬基板6的一面與熱沉空腔4底部的接觸面涂有減小接觸熱阻并提高換熱能力的錫膏或高導(dǎo)熱系數(shù)的硅脂；金屬基板6的另一面通過硅脂或者共晶焊與LED封裝件7緊密相連。熱沉空腔4的底部還設(shè)有用于保護(hù)LED封裝件7和聚光的光學(xué)透鏡8 ;光學(xué)透鏡8，光學(xué)透鏡8通過固定在凹臺外側(cè)的光學(xué)透鏡固定件5固定在熱沉空腔4的底部。驅(qū)動電路封裝體的橫截面積大于熱沉空腔的橫截面積，熱沉空腔的橫截面積大于光學(xué)透鏡固定件的最大面積(即驅(qū)動電路封裝體的橫截面積大于光學(xué)透鏡固定件的最大面積)，這可以防止灰塵、雨水等雜物污染光學(xué)透鏡8。
[0025]熱沉空腔4內(nèi)鑄造有與熱沉空腔等高的若干間隔布置的實(shí)心金屬圓柱體9，若干實(shí)心金屬圓柱體9呈陣列式分布，且熱沉空腔4與實(shí)心金屬圓柱體9所形成的間隙中填充有熔點(diǎn)低于大功率LED芯片12工作溫度的相變材料10 ;該相變材料為檸檬酸鈉，磷酸鈉，硝酸鹽或石蠟。
[0026]LED封裝件7的正負(fù)極穿過熱沉空腔4與驅(qū)動電路封裝體的正負(fù)極對應(yīng)相連；熱沉空腔4內(nèi)設(shè)有正極金屬圓柱體11和負(fù)極金屬圓柱體14，且正極金屬圓柱體11內(nèi)開設(shè)有用于連接LED封裝件7正極和驅(qū)動電路封裝體正極的正極通道，負(fù)極金屬圓柱體14內(nèi)開設(shè)有用于連接LED封裝件7負(fù)極和驅(qū)動電路封裝體負(fù)極的負(fù)極通道，解決了電氣安全性問題。其中，正極金屬圓柱體11、負(fù)極金屬圓柱體14以及每個實(shí)心金屬圓柱體9的軸線均與熱沉空腔4的軸線平行；每個實(shí)心金屬圓柱體9的直徑為2?6_，所有實(shí)心金屬圓柱體9的總體積不超過空腔容積的10% ;正極通道沿正極金屬圓柱體11的軸線開設(shè)，負(fù)極通道沿負(fù)極金屬圓柱體14的軸線開設(shè)；且正極通道和負(fù)極通道橫截面是直徑為2?3mm的圓形。
[0027]熱沉空腔4的外壁上還設(shè)有若干與熱沉空腔4外壁鑄成一體的散熱翅片，若干散熱翅片呈喇叭狀分布在熱沉空腔4的周向，優(yōu)選散熱翅片的數(shù)目為15?45個散熱翅片，每個散熱翅片的高度與熱沉空腔4的高度相同，且每個散熱翅片與熱沉空腔4的底面夾角在20?30°之間，每個散熱翅片的厚度均取I?3mm。熱沉4的散熱翅片區(qū)鑄有用來連接驅(qū)動電路封裝體和光學(xué)透鏡固定件5的螺栓連接件。在熱沉4的外圍設(shè)計(jì)有兩個螺栓連接柱，用來與燈架連接，這樣的設(shè)計(jì)可以方便地調(diào)整路燈與地面的傾角，具有通用性。不同零件之間的連接均采用橡膠墊圈以達(dá)到密封和緩沖的效果。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)半剖俯視圖。如圖4所示，熱沉空腔內(nèi)所鑄的實(shí)心金屬圓柱體9以熱沉空腔4的軸心為中心呈輻射狀分布，采用這種結(jié)構(gòu)可以方便地調(diào)整沿著徑向方向單位面積上的金屬圓柱體9的數(shù)目，使得中心位置溫度高的地方，金屬圓柱體9的面密度大，沿著徑向方向金屬圓柱體9的面密度逐漸減小，從而保證降低溫度的同時最大限度地減小金屬材料的耗材。所有的實(shí)心金屬圓柱體9的體積不超過熱沉空腔容積的10%。其它同實(shí)施例1。
[0030]本發(fā)明的工作原理如下:當(dāng)大功率LED芯片12正常工作時，大功率LED芯片12散出的熱量傳入到熱沉空腔4中，由于相變材料10的熔點(diǎn)低于大功率LED芯片12工作溫度，因此,傳入到熱沉空腔4中的熱量被相變材料吸收同時相變材料逐漸融化熔化，由于相變材料在相變過程中溫度保持不變的因此使LED芯片被動冷卻；同時由于熱沉空腔內(nèi)還鑄有金屬圓柱體，鑄有金屬圓柱體能夠提高相變材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，提高相變儲能響應(yīng)速率，防止相變材料局部過熱，且可以增強(qiáng)相變材料的自然對流換熱；在熱沉空腔外側(cè)的散熱翅片帶走內(nèi)部的熱量，增強(qiáng)散熱效果。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的一種實(shí)施方案而已，并非對本發(fā)明做任何形式的限制，故依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施方案所作的任何簡單修改，等同變化或修改，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:包括驅(qū)動電路封裝體以及設(shè)在驅(qū)動電路封裝體底部的熱沉空腔(4)，熱沉空腔(4)底部設(shè)有內(nèi)部封裝大功率LED芯片(12)的LED封裝件(7)，熱沉空腔(4)內(nèi)設(shè)有若干間隔布置的實(shí)心金屬圓柱體(9)，且熱沉空腔(4)與實(shí)心金屬圓柱體(9)所形成的間隙中填充有熔點(diǎn)低于大功率LED芯片(12)工作溫度的相變材料(10) ;LED封裝件(7)的正負(fù)極穿過熱沉空腔(4)與驅(qū)動電路封裝體的正負(fù)極對應(yīng)相連；熱沉空腔(4)的外壁上還設(shè)有若干與熱沉空腔(4)外壁鑄成一體的散熱翅片，且若干散熱翅片呈喇叭狀分布在熱沉空腔(4)的周向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:若干實(shí)心金屬圓柱體(9)呈陣列式分布或以熱沉空腔(4)的軸心為中心呈輻射狀分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的散熱翅片數(shù)目為15?45個；每個散熱翅片的高度與熱沉空腔(4)的高度相同，且每個散熱翅片與熱沉空腔⑷的底面夾角在20?30°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的相變材料(7)為檸檬酸鈉，磷酸鈉，硝酸鹽或石蠟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的熱沉空腔(4)內(nèi)設(shè)有正極金屬圓柱體(11)和負(fù)極金屬圓柱體(14)，且正極金屬圓柱體(11)內(nèi)開設(shè)有用于連接LED封裝件(7)正極和驅(qū)動電路封裝體正極的正極通道，負(fù)極金屬圓柱體(14)內(nèi)開設(shè)有用于連接LED封裝件(7)負(fù)極和驅(qū)動電路封裝體負(fù)極的負(fù)極通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的熱沉空腔(4)的底部設(shè)有金屬基板￠)，且金屬基板￠)的一面與熱沉空腔(4)的底部相接觸，另一面與LED封裝件(7)相連，熱沉空腔(4)的底部還設(shè)有用于聚光以及保護(hù)LED封裝件(7)的光學(xué)透鏡⑶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的熱沉空腔(4)的底部加工有凹槽，金屬基板￠)的一面通過螺釘與熱沉空腔(4)底部的凹槽表面連接，且金屬基板￠)的一面與熱沉空腔(4)底部的接觸面涂有減小接觸熱阻并提高換熱能力的錫膏或硅脂；金屬基板出)的另一面通過硅脂或者共晶焊與LED封裝件(7)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的凹槽邊緣加工有高和寬相等的凹臺，凹臺內(nèi)側(cè)固定有光學(xué)透鏡(8)，凹槽外側(cè)設(shè)有用于固定光學(xué)透鏡(8)的光學(xué)透鏡固定件(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的驅(qū)動電路封裝體的橫截面積大于光學(xué)透鏡固定件(5)的面積，凹槽內(nèi)表面涂有反光材料或鍍銀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變蓄熱式大功率LED路燈，其特征在于:所述的熱沉空腔(4)的外壁設(shè)有兩個與燈架相連的螺栓連接柱。
【文檔編號】F21W131/103GK104235692SQ201410469918
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】屈治國, 伍志輝, 南建忠, 陶文銓 申請人:廣東順德西安交通大學(xué)研究院