CN102691952A - 一种led路灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于LED光源技术领域，具体为一种LED路灯装置。本发明主要包括真空热管支架散热器、热交换板、LED光源模块、配光模块、驱动电源模块和主灯杆；真空热管支架散热器的一端通过热交换板与LED光源模块紧密贴合，为热端，真空热管支架散热器远离LED光源模块的另一端即为冷端，冷端高于热端；真空热管支架散热器的管内设置有液态工质。其中，真空热管外壁可焊接翅片以扩大散热表面。本发明有效地解决了大功率LED光源模块的散热问题，节省散热器的成本，还大幅度减轻路灯重量，提高安全性，具有结构简单、成本低、易装卸、易维护、体积小、重量轻、光衰小等特点。

Description

一种LED路灯装置
技术领域
本发明属于LED光源技术领域，具体涉及一种大功率照明装置，尤其是涉及户外和道路照明用的LED路灯装置。 
背景技术
室外照明对灯具光通的要求从4000lm-40000lm不等，采用当前市场上最高效的160lm/W固态光源也需要30W-300W的单灯功率，其中有超过70%的功率需要以热的形式耗散，按照50cm2/W的散热器面积计算，铝散热器的重量少则几公斤，多则数十公斤，不仅增加灯具成本，安装于高空中也存在很大的安全隐患。传统气态光源灯具设计由于不存在散热问题，主要考虑配光和密封问题，以往固态光源灯具设计过多抄袭传统气态光源灯具设计的思路，灯具与照明装置其他部件之间分离，照明装置其他部件的支撑和外观之外的其他功能被忽略。理论研究和实践验证均表明，排列紧凑的散热翅片的散热效果远不及完全开放的散热体，紧凑排列的散热翅片真正有效的散热面积往往只有其总面积的50%-80%。目前LED路灯装置散热设计存在较多问题，比如，采用铝基散热器，体积大、笨重、导热散热均不佳，悬挂在十多米的灯杆上，安全性低；采用虹吸式细管径热管加紧凑结构的散热翅片近年被很多厂家采用，然而，一方面虹吸式细管径热管的毛细管容易堵塞，使热管导热率下降甚至丧失，另一方面，紧凑的翅片结构开放性低，空气对流散热效率低，即便热量能及时导出到翅片处，也不能及时散到环境中去。而室外照明装置的结构大多是非紧凑结构，尤其是支撑灯具的灯杆或支架与大气有良好的空气对流和热辐射条件，完全可以胜任固态光源的散热功能。虽然一般的灯杆或支架材料并非优越的热导体，本发明利用热管长程相变传热原理，即可将固态光源产生的热量迅速输运到灯杆或支架上散出。结合热管相变传热与合理的灯杆和支架设计，在不显著增加成本的基础上，可望根本解决室外大功率固态照明灯具的散热问题。突破大功率LED灯具散热瓶颈的制约，使COM集成封装LED光源模块实用化，固态照明灯具可望大幅“瘦身”、降成本。 
中国发明专利，专利号CN101526204，公开了一种“大功率强制散热型热管LED照明装置”是通过一个带强制风冷的热管给LED散热，虽然有一定效果，但是，也存在较大问题：一方面强制风冷并不可靠，如果用于强制风冷的风扇失效，必然导致LED结温过高而失效；另一方面，采用虹吸式细管径热管加紧凑结构的散热翅片，虹吸式细管径热管的毛细管容易堵塞，使热管导热率下降甚至出现高热阻，并且，紧凑的翅片结构开放性低，空气对流散热效率低，即便热量能通过热管及时导出到翅片处，也不能及时散到环境中去；第三，热管和强制风冷装置会增加***能耗和制造成本，与传统笨重的大面积铝散热器相比，并无显著优势。与之相比，本发明提供一种重力回流型真空热管路灯支杆散热器，具有超高热导率、大散热表面和开放性散热面的特性，能与空气有充分接触、对流，将热量释放到环境中，无需风扇强制对流；并且，重力回流型真空热管寿命长、工作稳定，不存在毛细管堵塞问题。与体积大而笨重的铝基散热器路灯相比，本发明采用的真空热管路灯支杆散热器是改造路灯杆而来，无需独立散热器，丢掉了大而笨重的铝基散热器，光源部分的体积和重量均大幅度变小，安全性提升。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种散热效果好，重量轻，体积小的LED路灯装置。 
本发明提供的LED路灯装置，其包括真空热管支架散热器1、热交换板4、LED光源模块5、配光模块6、驱动电源模块8和主灯杆9；其中，所述真空热管支架散热器1的一端通过热交换板4同LED光源模块5紧密贴合，称为热端，真空热管支架散热器1远离LED光源模块5的另一端称为冷端，其中，冷端水平方向上高于热端；所述真空热管支架散热器1设置在主灯杆9上，所述配光模块6采用透镜或反光杯，通过像胶密封圈和紧固件与热交换板4密封连接，配光模块6将LED光源模块5罩住，所述驱动电源模块8设置于主灯杆9内，通过导线连接LED光源模块5，所述真空热管支架散热器1的管内设置有液态工质2。如图1所示。 
本发明所述真空热管支架散热器1是重力回流型真空热管结构，热管外壁可根据LED光源模块总功率，可设置翅片3，在保证有足够散热面积的前提下调整重量和成本。 
所述真空热管支架散热器1的真空热管截面形状为圆形、椭圆形或者方形。 
所述真空热管支架散热器1的真空热管为直管或弧形管。还可以将热管拼接制作成三角形、屋脊形、弓形或者拐角形，可以满足道路单侧或双侧照明等不同应用场合，并可简易调整热管支架表面积和重量分配，还可兼顾成本。 
所述热交换板4与真空热管支架散热器1的接触面，即直接接触热管内液态工质2的一面，为类蜂窝状结构、翅片结构或者突柱状结构，用以增加热端换热面积，如图6所示；而热交换板4的另一面为平面，如抛光平面，与LED光源模块5直接相贴，贴面处填充导热硅脂，以减小LED模块与热交换板之间界面的热阻。 
所述配光模块6采用透镜或反光杯，通过像胶密封圈和紧固件与热交换板4实现密封，使装置防尘防水等级达到IP65以上。 
所述液态工质2沸点为40~100℃。 
所述真空热管支架散热器1的热管和其翅片3是由不锈钢、铜或铝基合金材料的一种或几种加工而成。 
所述驱动电源模块8置于主灯杆内，通过抗电磁干扰电缆与LED光源模块实现电气连接，驱动电源远离热管热端，不受LED光源发热影响。 
所述热交换板4位于真空热管支架散热器1最低的位置，使液态工质通过重力回流到热交换板上。 
本发明的散热原理是，LED工作产生的热量通过热交换板4传导到真空热管支架散热器1的热端，热端温度升高，加热真空热管支架散热器1内的液态工质2，液态工质2液体沸点较低，受热易蒸发，甚至沸腾，由于热管的冷端高于热端，蒸气携带着热量沿热管往冷端上升，上升过程中，蒸气不断被真空热管支架散热器1的管壁冷却凝结，有部分蒸气甚至会到达真空热管的冷端，蒸气冷却凝结成液体，液体在重力的作用下回流到热端，周而复始地循环，LED释放的热量被工质液体源源不断地长距离地输运到热管的冷端，最后，热量通过高度开放性的大面积表面和翅片热辐射或空气对流向环境释放。 
真空热管支架散热器1既是路灯杆的一个必要组成部分，作为路灯支架，也具备高导热率和大散热表面的特性，兼作LED光源模块的散热器，有效地解决了大功率LED光源模块的散热问题，不再需要独立的大体积笨重的金属散热器，不仅节省了独立散热器的材料成本，还能大幅度减轻路灯装置重量，提高路灯的安全性。 
本发明提供的轻质LED照明装置，其灯头结构紧凑、简单，易于防尘防水密封，质量轻，模块化，易于安装维护；热源与散热体距离远，热管的散热原理得到充分发挥，使热量能迅速从热源传导出去；热管作为灯杆必不可少的部分，不显著增加成本和重量，热管表面开放性好，散热面积大，完全能满足大功率LED散热对散热器面积的要求，不需要使用独立的铝散热器，质量轻，节省材料和成本。 
针对目前LED路灯装置散热设计中的不足，比如，采用铝基散热器，体积大、笨重、导热散热均不佳；而采用虹吸式细管径热管加紧凑结构的散热翅片，一方面虹吸式细管径热管的毛细管容易堵塞，使热管导热率下降甚至丧失，另一方面，紧凑的翅片结构开放性低，空气对流散热效率低，即便热量能及时导出到翅片处，也不能及时散到环境中去。利用需要使用灯杆的特征，结合热管长距离传热的原理，把路灯杆设计成翅片真空热管结构，既可丢掉沉重而庞大的铝散热器，还大大提高了散热器的有效散热面积和散热面的开放性，增进空气对流散热效率，使COB集成光源模块在此装置上可以实用化，降低了成本，使安装更简易。 
附图说明
图1为两种直管形热管式灯杆的LED路灯装置示意图。其中，（a）为真空热管支架散热器与主灯杆成倒L字形连接，（b）为真空热管支架散热器与主灯杆成丁字形连接。 
图2为两种弧形热管式灯杆的LED路灯装置示意图。其中，（a）为真空热管支架散热器与主灯杆成倒L字形连接，（b）为真空热管支架散热器与主灯杆成丁字形连接。 
图3为三种直管拐角形热管式灯杆的LED路灯装置示意。其中，（a）为真空热管支架散热器与主灯杆成倒L字形连接，（b）为真空热管支架散热器与主灯杆成丁字形连接，（c）为真空热管支架散热器与主灯杆成卜字形连接。 
图4为圆管无翅片热管支架的LED路灯装置示意图，其中（a）为三角形结构、（b）和（c）为两种屋脊形结构、（d）为弓形结构。 
图5为方管无翅片热管支架的LED路灯装置示意图，其中（a）为三角形结构、（b）和（c）为两种屋脊形结构。 
图6为热交换板示意图，其中（a）和（b）为两种类蜂窝形换热器，（c）为翅片状换热器、（d）为突柱状换热器。 
图中标号：1为真空热管灯杆散热器，2为液态工质，3为翅片，4为热交换板，5为LED光源模块，6为配光透镜，7为密封紧固件，8为驱动电源模块，9为主灯杆。 
具体实施方式
下面通过进一步描述本发明。 
实施例1 
本发明的轻质LED路灯装置包括以下部分：长1米的真空热管路灯支杆、100W的COB集成封装LED模块、热交换板、配光透镜、密封紧固件、100W驱动电源和主灯杆，其中，热管内装丙酮工质，热管外壁有螺旋形翅片。整个路灯装置，如图1（a），组装过程如下
1 .加工翅片真空热管：在一米长、直径58mm的轻质不锈钢管中段700mm长度的外管壁，通过高频焊或纤焊均匀焊接厚度为0.5mm，高度为20mm的螺旋形翅片140环，热管有效散热面积的散热能力达到200W以上；然后，将管内抽真空至10-3Pa左右，灌注丙酮500ml左右；最后，焊封热管，确保热管达到高真空度密封。
2. 将两组100W的COB集成封装的LED光源模块分别通过螺钉紧固在热管的热交换板上，LED光源模块紧贴热交换板的界面填充有导热硅脂。 
3. 用紧固件和密封圈将两个透镜分别固定在热交换板上，两个透镜中心分别对应两组LED光源中心，两组LED光源的动力电缆分别通过密封圈引线口引出，防尘防水等级达到IP65以上。 
4. 将1-3步制作好的装置的热管冷端固定到主灯杆顶端，并且，冷端略高于热端。 
5.将两块100W的LED驱动电源置于主灯杆内，把驱动电源输出端分别与两组LED光源模块动力电缆线对接。 
环境问题为20℃时，实测支架冷热端温差小于5℃，热端温升20℃，COB集成封装LED光源模块的支架温升25℃，根据LED光源模块热阻计算出LED结温温升为45℃。 
实施例2 
1 .如实施例1所述加工翅片真空热管。
2. 一组由单颗最高功率为5W的LED，按5×8阵列排布，与一组同样按5×8规格排列的小透镜组成LED光源模块，LED光源模块通过密封圈和螺钉紧固在热管热端平面即热交换板上，LED光源模块紧贴热交换板的界面填充有导热硅脂，LED光源动力电缆通过密封圈引线口引出，防尘防水等级达到IP65以上。 
3.将1-2步制作好的装置的热管冷端固定到主灯杆顶端，并且，冷端略高于热端。 
4.将一个最高功率为200W的LED驱动电源置于主灯杆内，把驱动电源输出端与LED光源模块动力电缆线对接。 
环境问题为20℃时，实测支架冷热端温差小于5℃，热端温升20℃左右，COB集成封装LED光源模块的支架热沉温升为25℃，根据LED光源模块热阻计算出LED结温温升为35℃。 
实施例1或2中采用的翅片真空热管如图1（a）所示的直管形，交换板采用了图6（a）的蜂窝状结构。其他实施例中还采用了如图1（b）所示的直管形结构、或者图2（a）或（b）所示的弧形结构、或者图3（a）、或（b）、或（c）所示的直管拐角形结构，或者图4（a）、（b）、（c）和图5（a）、（b）、（c）的无翅片热管支架结构, 热交换板还采用了图6（b）、（c）或（d）所示的蜂窝状、翅片状或者突柱状结构。热管带翅片与否，翅片表面积、热管的长度、直径都会根据LED光源总功率作适当调整。 

Claims (7)

1. 一种LED路灯装置，其特征在于包括真空热管支架散热器（1）、热交换板（4）、LED光源模块（5）、配光模块（6）、驱动电源模块（8）和主灯杆（9）；其中，所述真空热管支架散热器（1）的一端通过热交换板（4）同LED光源模块（5）紧密贴合，称为热端，真空热管支架散热器（1）远离LED光源模块（5）的另一端称为冷端，其中，冷端水平方向上高于热端；所述真空热管支架散热器（1）设置在主灯杆（9）上，所述配光模块（6）采用透镜或反光杯，通过像胶密封圈和紧固件与热交换板（4）密封连接，配光模块（6）将LED光源模块（5）罩住，所述驱动电源模块（8）设置于主灯杆（9）内，通过导线连接LED光源模块（5），所述真空热管支架散热器（1）的管内设置有液态工质（2）。
2. 如权利要求1所述的LED路灯装置，其特征在于所述真空热管支架散热器（1）是重力回流型真空热管结构，热管外壁设置有翅片（3）。
3. 如权利要求1所述的LED路灯装置，其特征在于空热管支架散热器（1）的真空热管截面形状为圆形、椭圆形或者方形。
4. 如权利要求1所述的LED路灯装置，其特征在于真空热管支架散热器（1）的真空热管为直管或弧形管；或者是将热管拼接制作成三角形、屋脊形、弓形或者拐角形。
5. 如权利要求1所述的LED路灯装置，其特征在于所述热交换板（4）与真空热管支架散热器（1）的接触面，即直接接触热管内液态工质（2）的一面，为类蜂窝状结构、翅片结构或者突柱状结构。
6. 如权利要求1所述的LED路灯装置，其特征在于所述液态工质（2）沸点为40~100℃。
7.如权利要求1所述的LED路灯装置，其特征在于所述真空热管支架散热器（1）的热管和翅片（3）是由不锈钢、铜或铝基合金材料的一种或几种加工而成。
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