CN101910715A - 用于冷却半导体光源的布置结构以及带有这种布置结构的前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却半导体光源(5)的布置结构，其中所述半导体光源(5)设置在导热的模块(11)上，所述导热的模块(11)与热管(20)的蒸发器区域(27)进行有效连接，其中所述热管(20)的第一冷凝区域(23)与第一散热片(33)连接，并且所述热管(20)连接于带有至少一个第二散热片(35)的至少一个第二冷凝区域(25)并且热流能够在所述冷凝区域(23、25)之间转换或者所述第二冷凝区域(25)为能够接通的。

Description

用于冷却半导体光源的布置结构以及带有这种布置结构的前照灯
技术领域
本发明涉及一种用于冷却半导体光源的布置结构，其中半导体光源设置在导热的模块上，所述模块与热管的蒸发器区域进行有效连接，并且热管的第一冷凝区域与第一散热片连接。该布置结构例如适合于所有类型的前照灯，然而尤其是适合于在机动车范围内的前照灯。
接下来将管状的装置称为热管，该管状装置能够通过工作液体的蒸发/冷凝而将大量热能在管状装置的两个端部之间传输。
背景技术
由US2004/213016A1已知一种用于汽车的照明布置结构的冷却***，所述冷却***借助于带有远离半导体光源的散热片的热管来冷却半导体光源。
WO2006/52022A1公开了一种具有半导体光源的机动车前照灯，所述半导体光源通过热管来冷却。在此，散热片设置在前照灯的背侧上的半导体光源的上方。
然而具有以下问题，即半导体光源的废热通常在其它位置上用作加热热量。然而因为加热通常应当可以被调节，所以上述的布置结构在这种情况下是不可用的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冷却半导体光源的布置结构，其中半导体光源设置在导热的模块上，所述模块与热管的蒸发器区域进行有效连接，并且热管的第一冷凝区域与第一散热片连接，并且该布置结构同时能够输送其它应用的热能的全部或者一部分。
此外，本发明的目的是提供一种方法，该方法用于冷却半导体光源并且在该方法中同时输送其它应用的热能的全部或者一部分。
在布置结构方面，所述目的通过用于冷却半导体光源的布置结构实现，其中半导体光源设置在导热的模块上，所述模块与热管的蒸发器区域进行有效连接，并且热管的第一冷凝区域与第一散热片连接，其中热管连接于带有第二散热片的第二冷凝区域并且热流能够在冷凝区域之间转换。因此，散热片中的一个用作用于其它目的的可调节的加热器，因为通过转换，热流能够随时接通在第二散热片上，并且因此在半导体光源工作时没有出现限制。在此，第二散热片设计成使得第二散热片能够随时吸收半导体光源的废热。
此外在方法方面，该目的通过具有权利要求16所述的特征的方法实现。
有利地，冷凝区域的转换借助于三路阀进行。在此，三路阀包括永磁性的双锥体，其中锥体尖端分别交替地关闭冷凝区域的蒸发器管。这具有以下优点，即冷却路径总是打开并且因此排除了半导体光源由于过热而发生故障的情况。通过所述结构使得双锥体的磁性的驱动是可能的，所述双锥体在密封方面没有产生问题。
可替代地还能够考虑两路阀，在该两路阀中仅一个冷凝区域接通和切断。这具有以下优点，即在第一冷凝区域中的第一冷却路径总是打开的，与此同时根据需求来接通在第二冷凝区域中的第二冷却路径。
优选地，双锥体仅关闭蒸发器管并且没有关闭热管的毛细区域。因此，回流的工作液体能够在此进入工作循环中，这导致效率和工作可靠性的提高。在此，双锥体的驱动器设置在热管外并且能够以磁性的方式实现。在热管外通常具有足够的空间用于驱动器，并且通过磁性的驱动器使得密封措施为不必要的。
在此，第一冷凝区域(23)的散热片(33)最好与加热装置进行有效连接。由此能够有利地将产生的废热用于其它目的。
在接通半导体光源时，蒸发器管有利地相对于第一冷凝区域打开并且蒸发器管相对于第二冷凝区域关闭。根据第一冷凝区域的温度来实现冷凝区域的转换。由此能够调节前述的加热装置，并且通过所述优先接通的方式使得用于冷却半导体光源的布置结构的限定的工作为可能的。
在一个实施形式中，半导体光源的供电通过热管实现。这具有简单的和可靠的结构的优点。在热管的同轴的结构中能够使用简单的和低成本的管作为供电部，其中该供电部的两个极通过两个同轴的管形成。
附图说明
接下来根据实施例详细阐述本发明。其示出：
图1示出在根据现有技术的实施形式中，连接在热管上的半导体光源模块的立体图，该半导体光源模块具有连接在热管上的玫瑰状的冷却体；
图2示出具有加入的热管的所示端部的半导体光源模块的详细剖视图；
图3示出嵌入灯罩中的上述布置结构的立体图；
图4示出根据本发明的用于冷却半导体光源的布置结构的立体图，该半导体光源具有两个分别连接于冷凝区域的独立的散热片，其中在两个冷凝区域之间能够转换；
图5示出根据本发明的用于冷却半导体光源的布置结构的侧面示意图；
图6示出根据本发明的转换阀的详细立体图。
具体实施方式
图1示出根据现有技术具有仅一个冷凝区域且用于冷却半导体光源的布置结构的一个实施形式，该冷凝区域由玫瑰状的冷却体31围绕，所述冷却体31排出积累的冷凝热量。具有附连的主光学***51的多芯片发光二极管5(未示出)安装在发光二极管模块11上。发光二极管由良好导热的材料制成，以便能够将多芯片发光二极管5的积累的损失热量快速地且可靠地排出。发光二极管模块11嵌入外壳13中，所述外壳13除了发光二极管模块11还具有用于多芯片发光二极管5的电子控制装置15。在此，外壳13由差导热性的材料制成，以便通过多芯片发光二极管5来减小电子控制装置15的温度负荷。热管20从发光二极管模块11通向冷却体31。
图2示出具有外壳13的发光二极管模块11的详细剖视图。热管20的蒸发侧的端部27***发光二极管模块11中，并且伸到多芯片发光二极管5上，以便能够尽可能有效地将积累的损失热量运走，热量从热管通过蒸发的工作介质传输到冷凝区域中并且在那里由冷却体31(图2中未示出)吸收。
图3示出装入反射器罩53中的整个布置结构。冷却体31安装在发射器罩53的中心。所有产生的热量也被导出到反射器罩53。
然而，在根据现有技术的机动车前照灯中经常存在散光玻璃结冰的问题。所述散光玻璃在冬天必须加热，否则冰晶形成在外侧上，所述冰晶导致对面车辆的强光。因此可以提供，使用发光二极管的废热来加热散光玻璃。然而限制了在机动车前照灯的前侧上的结构空间，因此安装在那里的冷却体的大小经常不足够使得在前照灯1在温暖的环境中工作时总是完全地将由发光二极管产生的热能吸收。
图4示出根据本发明的用于冷却半导体光源的布置结构的立体图，所述布置结构解决了上述问题。在这种情况下所述布置结构为机动车前照灯，在该机动车前照灯中多芯片发光二极管5的废热通过热管20导向冷凝区域23，所述冷凝区域23由散热片33来冷却并且因此加热散光玻璃37。根据本发明的用于冷却半导体光源的布置结构具有两个能够转换的散热片33、35。转换可以借助于在热管20中的温度控制阀来完成。如上所述，第一散热片33用作加热，例如用于前照灯除冰。温度控制设计成使得可以优先解决所述目的，即只有热能在这里需要时才启动所述散热片33。如果达到额定温度，则转换到第二散热片35上。所述第二散热片35设计用于能够始终并且在任何时候吸收积累的热流。
在此，第二散热片35能够为足够大的冷却体。然而还能够考虑，第二散热片35连接于存在的或者为此提供的冷却***。在此，第二散热片35能够例如连接于机动车的水冷***。然而还能够设置例如珀耳帖元件，所述珀耳帖元件连接在第二散热片35上。
热管20具有转换阀21，通过所述转换阀21能够在具有相应地连接的散热片33、35的冷凝区域23、25之间转换。在此，第一散热片33构成为环绕前照灯1的散光玻璃37。这使得能够在糟糕的天气情况下将散光玻璃37加热成使得可靠地抑制冰晶形成。在此，如此提供转换阀21的控制，使得从围绕散光玻璃37的环的确定温度起转换到第二散热区域25上，以便保证多芯片发光二极管5的有效冷却并且阻止散热片33的过热。
在此，通过热管自身实现用于多芯片发光二极管5的供电部，所述热管由如铝或者铜的导电材料组成。如果两个这种传导的管同轴地一个设置在另一个中并且在它们之间具有绝缘，因此产生用于多芯片发光二极管5和设置在模块11上的电子装置的成本低的和耐用的供电部。
图5示出根据本发明的用于冷却半导体光源的布置结构的侧示意图。如上所述，如此控制转换阀21，使得在接通多芯片发光二极管5后带有第一散热片33的冷凝区域23为有效的。如果第一散热片达到确定温度，因此转换阀转换到带有第二散热片35的第二冷凝区域25上。所述第二散热片35设置在灯罩53后面，并且在大小方面如此确定，使得所述第二散热片35随时能够吸收积累的热能。如果由于冷的天气环境而没有达到温度，因此第一散热片33持续地保持为有效的，以便尽可能地阻止在散光玻璃37上的冰晶形成。
图6示出转换阀21的详细示意图。该转换阀21由T形管件组成，在该T形管件中引入永磁性的双锥体。所述双锥体由两个锥形的部分411、412组成，所述两个锥形部分411、412在基部上以形状相同的或者全等的方式彼此对齐，以使得锥体尖端指向相反方向。在两个基面上还能够设置圆柱形的部分413。然而，基面还能够设置为能够彼此相对地位移的(未示出)，以使得在两个基面之间生成圆柱形的斜面。锥体的基面411、412还能够具有椭圆形的或者蛋形的形状(未示出)。多角形也可以作为基面的形状。锥体411、412则相应于基面形成(未示出)。所述双锥体41设置在T形管件的中央。在切出的端部上示出热管20的横截面。外面的壳部由不透气的管47组成，由多孔材料组成的毛细管45引入所述不透气的管47中。蒸发器管43设置在毛细管45内。在双锥体的区域中将毛细管开槽或者至少壁厚构成为更薄的。双锥体41的基本直径大于蒸发器管43的直径。双锥体41的尖端分别指向第一和第二冷凝区域23、25。锥体41如此压入蒸发器管43中，以使得直到所述锥体41完全关闭所述蒸发器管43。毛细管45保持为与所述锥体41和所述蒸发器管43不接触，以使得回流的工作介质在此进入蒸发器区域27中。这有助于热管20的有效的工作方式。适合的被控制的电磁铁(未示出)在外面设置在T形件上。所述电磁铁能够根据控制将永磁性的双锥体41压入第一或者第二冷凝区域的蒸发器管43的端部中并且因此关闭所述蒸发器管43。因此能够在两个冷却路径之间转换，而不会全面妨碍热流。通过作为三路阀21的结构可以始终保证在冷凝区域23、25的一个中的热流。
附图标记列表
1   前照灯
11  由良好导热性的材料组成的发光二极管模块
13  外壳
15  电子控制装置
20  热管
21  热管的转换阀
31  冷却体
23  第一冷凝区域
33  用于第一冷凝区域的散热片
25  第二冷凝区域
27  蒸发器区域
35  用于第二冷凝区域的散热片
37  散光玻璃
41  永磁性的双锥体
411 第一锥体
412 第二锥体
413 锥体中间件
43  蒸发器管
45  毛细管
47  外部的不透气的管
5   多芯片发光二极管
51  主要光学***
53  灯罩

Claims (16)

1.一种用于冷却半导体光源(5)的布置结构，其中所述半导体光源(5)设置在导热的模块(11)上，所述导热的模块(11)与热管(20)的蒸发器区域(27)进行有效连接，其中所述热管(20)的第一冷凝区域(23)与第一散热片(33)连接，其特征在于，所述热管(20)连接在带有至少一个第二散热片(35)的至少一个第二冷凝区域(25)上，并且热流能够在所述冷凝区域(23、25)之间转换或者所述第二冷凝区域(25)为能够接通的。
2.根据权利要求1所述的布置结构，其特征在于，所述布置结构具有用于转换进入所述冷凝区域(23、25)中的热流的三路阀(21)。
3.根据权利要求2所述的布置结构，其特征在于，所述三路阀包含永磁性的双锥体(41)，并且所述锥体尖端分别交替地将冷凝区域的所述蒸发器管(43)的端部关闭。
4.根据权利要求1至3所述的布置结构，其特征在于，绕所述蒸发器管(43)同轴地设置的毛细管(45)始终为开口的。
5.根据权利要求3或者4所述的布置结构，其特征在于，所述双锥体(41)的驱动器设置在所述热管(20)外。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的布置结构，其特征在于，所述双锥体(41)的驱动器能够以磁性的方式实现。
7.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构，其特征在于，在所述半导体光源(5)开始运转时，所述蒸发器管相对于第一冷凝区域(23)打开并且所述蒸发器管相对于第二冷凝区域(25)关闭。
8.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构，其特征在于，所述布置机构具有用于根据所述第一冷凝区域(23)的温度来转换进入到所述冷凝区域(23、25)中的热流的装置。
9.根据权利要求1所述的布置结构，其特征在于，所述布置结构具有用于打开和切断进入到所述第二冷凝区域中的热流的两路阀，其中热流始终可以进入到所述第一冷凝区域中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构，其特征在于，所述热管(20)同时为至少一个用于所述半导体光源(5)的供电部。
11.根据权利要求9所述的布置结构，其特征在于，所述供电部通过至少两个同轴的管来实现。
12.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构，其特征在于，所述第一冷凝区域(23)的散热片(33)与加热装置进行有效连接。
13.一种带有根据权利要求11所述的布置结构的前照灯(1)，其特征在于，所述布置结构具有用于加热所述前照灯(1)的散光玻璃(37)的加热装置。
14.根据权利要求12所述的前照灯(1)，其特征在于，所述第二冷凝区域(25)设置在所述前照灯(1)之下并且通过气流冷却。
15.根据权利要求14所述的前照灯(1)，其特征在于，所述第二冷凝区域(25)设置在所述前照灯(1)后。
16.一种用于利用根据权利要求1至15中任一项所述的布置结构来冷却半导体光源(5)的方法，其特征在于以下步骤：
-在开始运转时，接通第一冷凝区域(23)；
-在超过所述第一冷凝区域(23)的预定温度时，切断所述第一冷凝区域并且接入第二冷凝区域(25)或者接通第二冷凝区域(25)；
-在低于所述第一冷凝区域(23)的预定温度时，转换到所述第一冷凝区域(23)上或者切断所述第二冷凝区域(25)。
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