三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈的制作方法
【專利摘要】三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈，包括玻璃熱管、LED、驅(qū)動(dòng)電源和與外界的電氣連接界面，其特征是玻璃熱管管殼各部分無(wú)縫融封密封連接為一體；玻璃熱管的熱端表面與LED的表面相吻合并且LED與玻璃熱管熱端直接傳熱連接；一個(gè)玻璃熱管的熱端可以傳熱連接多個(gè)LED，所述LED發(fā)出不同顏色光線。通過(guò)在玻璃熱管冷端制作折褶可以大幅度增加散熱面積滿足對(duì)散熱器散熱面積的要求。玻璃性能穩(wěn)定耐候性強(qiáng)氣密性好。
【專利說(shuō)明】三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈。LED是激光發(fā)光兩極管的英語(yǔ)簡(jiǎn) 稱，可以看作是本【技術(shù)領(lǐng)域】公認(rèn)的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。

【背景技術(shù)】
[0002] 采用重力熱管的LED燈具，其大致結(jié)構(gòu)應(yīng)該為熱管下面的熱端傳熱連接若干個(gè) LED。熱管在這里起的主要作用應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)熱流密度變換和散熱。有關(guān)的熱流密度變換為 大致從約〇. 5瓦/平方厘米變換為約0. 06瓦/平方厘米。
[0003] 考察現(xiàn)有的LED燈具，對(duì)于其中的一個(gè)長(zhǎng)*寬為5*7毫米、總功率0. 6瓦、光效 21%的LED并且除發(fā)光以外的能量全部通過(guò)表面?zhèn)鲗?dǎo)進(jìn)入環(huán)境、LED全部表面積取1厘米2 (0.5*0. 7*2+0. L 25* (7+5+7+5)),其散熱負(fù)荷的熱流密度為 0.6* (1-0.21)/1=0. 474 瓦 /厘米2。如果不采用散熱器，LED的表面溫度會(huì)超過(guò)100°C。
[0004] 又，對(duì)于一個(gè)散熱負(fù)荷為10瓦的帶散熱器的LED,以其散熱器表面的散熱面積200 平立方厘米計(jì)，則其散熱功率密度為〇. 05瓦/厘米2。作為對(duì)照參考：太陽(yáng)光曝射的峰值 強(qiáng)度約為1千瓦/ m2合0. 1瓦/厘米2。一個(gè)表面積170厘米2的25瓦白熾燈燈泡，由于 玻璃泡殼對(duì)紅外線的阻擋和吸收作用，使得玻璃泡殼表面的溫度明顯上升。這里，取通過(guò)玻 璃泡殼的散熱功率10瓦，則其通過(guò)玻璃泡殼傳導(dǎo)的散熱功率密度為10/170?0. 0588瓦/ 厘米2。
[0005] 物體散熱功率與散熱表面溫升的計(jì)算公式為：
[0006] Q=K*AT*S............S
[0007] 式1中Q為散熱功率，量綱為瓦；K為從玻璃熱管冷端表面到空氣的傳熱系數(shù)，量 綱為瓦/ (°C * m2) ; ΛT為空氣受熱的升溫，量綱為K或者°C ;S為與空氣接觸的玻璃熱管 冷端的面積，量綱為平方米。
[0008] 將Q=10, K=23瓦/ ( °C * m2)，S=0. 02 m2代入；得所述散熱模型的溫升 Λ T ~ 21. 74°C。當(dāng)S=0. 017 m2時(shí)得到溫升Λ T ~ 25. 58°C。這里所有的散熱負(fù)荷都以幾乎 平均的溫度通過(guò)與空氣換熱進(jìn)入環(huán)境。實(shí)際上，傳熱系數(shù)K的數(shù)值還與表面狀態(tài)包括清潔 狀態(tài)和發(fā)射率有關(guān)。
[0009] 對(duì)于LED燈具，其從LED到空氣的散熱途徑遠(yuǎn)比白熾燈復(fù)雜。將LED燈具散熱器 表面相對(duì)環(huán)境溫度30°C的溫升值取21. 74°C，并取LED與熱管熱端之間導(dǎo)熱材料的溫度降 2°C、熱管熱端管壁的溫度降2°C、從熱管熱端到冷端兩相流換熱的溫度降忽略不計(jì)、熱管冷 端管壁的溫度降1°C，則可知所述LED的表面溫度將達(dá)到30+21. 74+1+2+2=56. 74°C。鑒于 LED的表面溫度隨環(huán)境溫度和其本身熱流密度變化而變化。當(dāng)設(shè)定環(huán)境溫度的最高值為 30°C、傳熱系數(shù)設(shè)定為23以及LED的最高溫度為64°C時(shí)，每瓦散熱功率需要的玻璃熱管冷 端面積至少為15平方厘米；相應(yīng)的熱流密度為0. 0667瓦/厘米2。在此工況下，LED10萬(wàn) 小時(shí)的光衰可望低于20% ;而現(xiàn)有少數(shù)劣質(zhì)LED燈具僅僅一個(gè)夏季光衰就會(huì)達(dá)到50%以上。
[0010] 中國(guó)專利2008200495178公開(kāi)了一種大功率熱管LED照明裝置，包括有LED、基座、 熱管，以及設(shè)置有散熱裝置，基座的一側(cè)設(shè)置有一個(gè)或者一個(gè)以上的LED，熱管的一端即熱 端與所述的基座相連接、另一端即冷端與所述的散熱裝置相連接。熱管與基座之間直接焊 接或者填充導(dǎo)熱硅脂而不用其他中間傳熱介質(zhì)，熱阻相對(duì)較小，熱量傳遞效率高。具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，散熱效果好，工作可靠的特點(diǎn)。但其采用基座傳熱連接LED需要設(shè)置電氣絕緣層實(shí)現(xiàn) 電氣隔離；其在金屬熱管冷端配置散熱翅板作為與空氣的換熱界面，由于熱管冷端與散熱 翅板之間也有溫度降，并且散熱翅板的表面溫度不均勻，因而增加了散熱環(huán)節(jié)和與空氣的 換熱熱阻；散熱片產(chǎn)生成本并且不容易清潔；金屬熱管熱端與LED之間需要耐壓較高的絕 緣層，絕緣層本身存在熱阻。LED表面因?yàn)闊崃髅芏却?，同樣的熱阻，溫度降?huì)大許多。由于 LED對(duì)溫度敏感，溫度超過(guò)65°C LED會(huì)較快衰退。因此，削減傳熱環(huán)節(jié)和減小傳熱環(huán)節(jié)的熱 阻就具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本實(shí)用新型的目的是要提供三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈。
[0012] 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)方案：制造一個(gè)三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈，包 括玻璃熱管、LED、驅(qū)動(dòng)電源和與外界的電氣連接界面，玻璃熱管包括玻璃管殼、排氣管、工 質(zhì)和吸液芯網(wǎng)；與外界的電氣連接界面包括兩芯電線。玻璃熱管管殼各部分無(wú)縫融封密封 連接為一體；玻璃熱管的熱端表面與LED的表面相吻合并且LED與玻璃熱管熱端直接傳熱 連接；一個(gè)玻璃熱管的熱端可以傳熱連接多個(gè)LED，所述LED發(fā)出不同顏色光線。
[0013] 還可以采用導(dǎo)軌基礎(chǔ)和玻璃熱管滑槽式安裝界面；玻璃熱管包括平面熱端和一個(gè) 帶水平傾角的桿狀冷端，各平面熱端拼接組成一個(gè)大的堅(jiān)直平面，各平面熱端的前面即正 面粘結(jié)LED組成一個(gè)顯示界面。滑槽式安裝界面為鋁型材構(gòu)件，包括一個(gè)可與玻璃熱管平 面熱端背面粘結(jié)連接的連接面和兩側(cè)兩條可與兩邊兩個(gè)導(dǎo)軌基礎(chǔ)配合滑動(dòng)連接的滑槽。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈其玻璃熱管熱 端絕緣可以直接與LED傳熱連接，在以玻璃熱管冷端直接散熱的情況下，其從LED到環(huán)境的 傳熱途徑最短僅僅包括LED與玻璃熱管之間的傳熱膠或者彈性導(dǎo)熱膜和玻璃熱管。實(shí)際效 果為：在熱管散熱器甚至是散熱器造價(jià)平均降低50至70%前提下，光衰20%的使用年限從 現(xiàn)有熱管散熱器或者鑄鋁散熱器產(chǎn)品的平均2至3年延長(zhǎng)至7年以上。玻璃性能穩(wěn)定耐候 性極強(qiáng)氣密性好，與金屬熱管相比使用壽命成倍提高。
[0015] 玻璃熱管輕、耐腐蝕、與工質(zhì)相容性好、管壁放氣90%以上為與工質(zhì)特性一致或者 無(wú)害的水蒸汽。
[0016] LED電路板為L(zhǎng)ED與玻璃熱管的傳熱連接和LED與外界的電氣連接提供一個(gè)集成 平臺(tái)。
[0017] 在LED電路板上設(shè)置LED孔使得LED能夠直接與玻璃熱管傳熱連接，有助于實(shí)現(xiàn) 傳熱熱阻最小化。采用激光焊接LED焊接牢固，可以在常溫下實(shí)現(xiàn)，焊接過(guò)程對(duì)玻璃熱管管 壁的熱沖擊小。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019] 圖1是一個(gè)采用單支玻璃熱管的玻璃熱管LED燈具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是一個(gè)玻璃熱管LED燈具的LED電路板結(jié)構(gòu)示意圖，是對(duì)圖1LED電路板的正 面描述。
[0021] 圖3是一個(gè)具有圓臺(tái)狀冷端的玻璃熱管結(jié)構(gòu)示意圖，是對(duì)圖1玻璃熱管的專門(mén)描 述。
[0022] 圖4是一個(gè)玻璃熱管LED燈具采用激光疊焊LED疊焊平片的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖5是一個(gè)玻璃熱管LED燈具采用激光疊焊LED疊焊平片的上視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖6是一個(gè)熱管LED交通信號(hào)燈的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖7是一個(gè)熱管LED交通信號(hào)燈的后視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖8是一個(gè)玻璃熱管LED燈具控制系統(tǒng)的總線框圖。
[0027] 圖中1.玻璃熱管；2. LED ;3.驅(qū)動(dòng)電源；5.與外界的電氣連接界面；7.排氣管； 11. LED電路板；12.導(dǎo)電線路；13.控制系統(tǒng)；15. LED連接界面；16.線纜卡接端；17.彈性 件；18.快接線纜；19. LED孔；22.導(dǎo)電粘結(jié)材料；23.波紋狀過(guò)渡段；24.疊焊平片；25.人 機(jī)界面；26、27.定位臺(tái)階；28、29.配合連接界面；30.貼合散熱片；31.鋼絲細(xì)彈簧；38.熱 端；40.冷端；42.驅(qū)動(dòng)電源；45.殼體；46.導(dǎo)軌基礎(chǔ)；47.連接面；49.滑槽；61.主控電路； 62.存儲(chǔ)器；63.人機(jī)界面接口電路；64.三色LED的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電源控制器接口電路；67.總 線。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 圖1至3共同給出本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例。
[0029] 圖1至3中，玻璃熱管LED燈具包括玻璃熱管1、LED2、驅(qū)動(dòng)電源3、與外界的電氣 連接界面5和控制系統(tǒng)13。玻璃熱管1包括玻璃管殼、排氣管7和工質(zhì)；控制系統(tǒng)13包括 人機(jī)界面25 ;人機(jī)界面25與控制系統(tǒng)主控電路之間可以作有線或者無(wú)線信號(hào)連接。
[0030] 根據(jù)需要還可以在玻璃熱管1內(nèi)部設(shè)置吸液芯網(wǎng)。工質(zhì)包括水和乙醇。如果產(chǎn)品 使用場(chǎng)合以及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中可能結(jié)冰的話，可選擇乙醇作為工質(zhì)。與外界的電氣連接界面5 采用可以使用螺口燈座的燈泡螺口和電線。玻璃熱管1管殼各部分無(wú)縫融封密封連接為一 體。玻璃熱管1的熱端表面與LED2的表面相吻合。玻璃熱管1冷端無(wú)折褶并且不采用散 熱片。LED2與玻璃熱管1熱端傳熱連接。圖1至3中，并排向里的箭頭表示熱管熱端，熱管 熱端吸收熱能；并排向外的箭頭表示熱管冷端，熱管冷端釋放熱能。
[0031] 玻璃熱管1熱端外側(cè)含有LED電路板11。LED電路板11包括絕緣基板以及制作 于絕緣基板上的導(dǎo)電線路12、LED連接界面15和加強(qiáng)層。加強(qiáng)層采用多孔鋼板埋置于絕 緣基板內(nèi)部。多孔鋼板加強(qiáng)層重量輕、強(qiáng)度有保證、其空洞部分不影響導(dǎo)體穿越LED電路板 11。至少兩處以上導(dǎo)電線路12相互之間不直接電氣連接。
[0032] LED電路板11含有若干LED孔19, LED孔19內(nèi)放置LED2。各LED孔19的邊緣含 有兩處LED連接界面15。LED連接界面15與玻璃熱管1之間采用隔熱設(shè)計(jì)。LED2布置于 LED孔19內(nèi)并通過(guò)彈性導(dǎo)熱膜或者導(dǎo)熱粘結(jié)材料與玻璃熱管1熱端傳熱連接。
[0033] 實(shí)施例1中的LED連接界面15還可以參考圖4和圖5的實(shí)施例2。
[0034] 圖4和圖5共同給出本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例。
[0035] 圖4和圖5中，在玻璃熱管1熱端貼置一塊LED電路板11。LED電路板11上設(shè)置 有導(dǎo)電線路12。LED電路板11上還設(shè)置有LED孔19用于安置LED2。
[0036] 制作于LED電路板11上的LED連接界面15采用厚度0. 4毫米的線路板上不銹鋼 薄板。LED連接界面15與玻璃熱管1之間米用隔熱設(shè)計(jì)以減輕對(duì)玻璃熱管1的熱沖擊和 傳熱。LED2與玻璃熱管1的接觸面上凃制有導(dǎo)熱粘結(jié)材料22。LED2兩端分別通過(guò)帶波紋 狀過(guò)渡段23的疊焊平片24與LED連接界面15線路板上不銹鋼薄板上下相疊。兩塊厚度 0. 4毫米的相疊不銹鋼板采用激光進(jìn)行疊焊。疊焊平片24和連接界面15線路板上不銹鋼 薄板的厚度尺寸可以調(diào)節(jié)。LED連接界面15線路板上不銹鋼薄板要經(jīng)歷激光焊接，因此其 下方的LED電路板11所埋置的加強(qiáng)層應(yīng)該保留鋼板。
[0037] 采用多點(diǎn)疊焊譬如圖5中描述的疊焊平片24上的3點(diǎn)疊焊可以增加焊接連接的 可靠性。采用帶波紋狀過(guò)渡段23的疊焊平片24可以減緩LED2與LED電路板11之間可能 存在的有害應(yīng)力產(chǎn)生的負(fù)面影響、可以減緩對(duì)玻璃熱管1的不利機(jī)械作用力、熱沖擊和傳 熱。
[0038] 圖6和圖7共同給出本實(shí)用新型第三個(gè)實(shí)施例。
[0039] 圖6和7中，熱管LED交通信號(hào)燈包括玻璃熱管1、LED2、驅(qū)動(dòng)電源42、殼體45、導(dǎo) 軌基礎(chǔ)46和玻璃熱管滑槽式安裝界面。玻璃熱管1包括平面熱端38和一個(gè)帶水平傾角的 桿狀冷端40,各平面熱端38拼接組成一個(gè)大的堅(jiān)直平面，各平面熱端38的前面即正面粘結(jié) LED2組成一個(gè)顯示界面?；凼桨惭b界面為鋁型材構(gòu)件，包括一個(gè)可與玻璃熱管1平面熱 端38背面粘結(jié)連接的連接面47和兩側(cè)兩條可與兩邊兩個(gè)導(dǎo)軌基礎(chǔ)46配合滑動(dòng)連接的滑 槽49。檢修時(shí)，可以直接沿導(dǎo)軌基礎(chǔ)46向外拉出玻璃熱管滑槽式安裝界面。玻璃熱管1粘 結(jié)于連接面47上。LED2用導(dǎo)熱膠粘貼于玻璃熱管1熱端前方。一個(gè)玻璃熱管1的熱端可 以粘結(jié)多個(gè)LED2包括發(fā)出不同顏色光線的LED2。在一個(gè)玻璃熱管1的熱端粘結(jié)三種不同 顏色光線的LED2時(shí)，可以制造三色一體的交通信號(hào)燈。三色一體的交通信號(hào)燈節(jié)省材料。
[0040] 圖6和7實(shí)施例中玻璃熱管1采用向后伸出的桿狀冷端40,既可以充分均勻地散 熱，又適合交通信號(hào)燈LED2較大面積密集安裝的要求。
[0041] 圖8給出本實(shí)用新型第四個(gè)實(shí)施例。
[0042] 圖8中，玻璃熱管LED燈具控制系統(tǒng)包括主控電路61、存儲(chǔ)器62、人機(jī)界面及其接 口電路63、三色LED的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電源控制器及其接口電路64和軟件包括應(yīng)用程序。所述 主控電路61、存儲(chǔ)器62、人機(jī)界面接口電路63和三色LED的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電源控制器接口電路 64通過(guò)總線67信號(hào)連接。
【權(quán)利要求】
1. 三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈，包括玻璃熱管、LED、驅(qū)動(dòng)電源和與外界的電氣連接 界面，玻璃熱管包括玻璃管殼、排氣管、工質(zhì)和吸液芯網(wǎng)，其特征是玻璃熱管管殼各部分無(wú) 縫融封密封連接為一體；一個(gè)玻璃熱管的熱端可以傳熱連接多個(gè)LED，所述LED發(fā)出不同顏 色光線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三色一體玻璃熱管交通信號(hào)燈，其特征是還包括導(dǎo)軌基礎(chǔ)和 玻璃熱管滑槽式安裝界面；玻璃熱管包括平面熱端和一個(gè)帶水平傾角的桿狀冷端，各平面 熱端拼接組成一個(gè)大的堅(jiān)直平面，各平面熱端的前面即正面粘結(jié)LED組成一個(gè)顯示界面； 滑槽式安裝界面為鋁型材構(gòu)件，包括一個(gè)可與玻璃熱管平面熱端背面粘結(jié)連接的連接面和 兩側(cè)兩條可與兩邊兩個(gè)導(dǎo)軌基礎(chǔ)配合滑動(dòng)連接的滑槽。
【文檔編號(hào)】G08G1/095GK203894947SQ201420055820
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】林建平 申請(qǐng)人:林建平