CN105221941A - 具强化多层级导散热能力的led工矿灯 - Google Patents

具强化多层级导散热能力的led工矿灯 Download PDF

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叶尚辉
符永成
李彦霖
陈明秦
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Abstract

本发明提供一种具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，包括光源模组和散热模组，所述散热模组包括散热器本体，所述散热器本体包括取热底板、冷凝侧部、冷凝顶板及后焊接板；所述光源模组与其固定槽的底面通过低温锡焊紧密贴合并固定，与其固定槽的侧面通过激光焊接紧密贴合并固定。本发明通过低温焊锡、激光焊接等界面密合手段改善光源模组与散热模组间的界面热传递的同时，从提升光源模组中发光发热芯片的导散热路径以及增强散热模组的取热散热能力入手，形成流体辅助导散热的光源模组以及高效蒸发取热、冷凝释放热的相变热控散热模组，强化了热流疏导路径上各层级对热源的导散热能力。

Description

具强化多层级导散热能力的LED工矿灯
技术领域
本发明涉及一种LED工矿灯。
背景技术
LED照明因其高效节电具备显著的降耗、节能等经济效益，近些年在许多照明领域及行业得到了大力推广与应用。其中LED照明光源模组及其成品灯具的热管理水平是影响LED照明灯具长期使用性能的关键。对于集成化、模组化的高光通量类照明灯具尤为如此。
对于LED工矿灯***的热管理好坏，主要着眼于三个方面：分别是高瓦数集成的光源模组、需兼顾散热面积与效果的散热模组以及光源模组-散热模组间的界面热阻。其中，光源模组多是采用蓝光芯片加荧光材料的荧光转换型制备白光LED的技术路线。不论采用的是荧光材料直贴蓝光芯片的近程封装结构，还是采用荧光材料非直贴蓝光芯片的远程封装结构，起着波长转换介质的荧光材料本身在光致发光的过程中存在伴生的非发光生成热。故对于光源模组的有效热管理，需要同时兼顾芯片热沉方面与荧光材料方面。对于散热模组，则是不但要有足够的导散热能力，且其不可过于庞大与笨重，故需要提升散热模组的高密度热流处理能力。随着光源模组、散热模组导散热能力的提升，二者之间的界面热阻将成为制约整个灯具热管理能力的瓶颈环节。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种具强化多层级导散热能力的LED工矿灯。
本发明是这样实现的：一种具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，包括光源模组和散热模组，所述光源模组包括固晶基板与波长转换结构层；所述散热模组包括散热器本体，所述散热器本体包括取热底板、冷凝侧部、冷凝顶板及后焊接板；所述取热底板、冷凝侧部、冷凝顶板围成一相变腔，所述后焊接板贴设在冷凝顶板的外端面；所述取热底板外端面设有用于安装所述光源模组的固定槽，内端面为蒸发端面，蒸发端面设有毛细微直槽微结构；所述光源模组与其固定槽的底面通过低温锡焊紧密贴合并固定，与其固定槽的侧面通过激光焊接紧密贴合并固定；所述相变腔内灌充填充工质。
其中，所述毛细微直槽微结构包括毛细微直槽和蓄液供液槽环；所述毛细微直槽数量为多个，并平行均匀分布；所述蓄液供液槽环为环形结构，设在毛细微直槽的周围。
其中，所述毛细微直槽的表面为糙化表面。
其中，所述冷凝侧部内端面、冷凝顶板内端面均为滴液区与膜液区交替排列的组合表面。
其中，所述膜液区的宽度不大于2mm，面积占比5-50%。
其中，所述冷凝顶板内端面沿径向倾斜，水平倾斜角为5~20°。
其中，所述组合表面为下述任一种：
第1种：组合表面中滴液区为疏水区，膜液区为亲水区；
第2种：组合表面中滴液区为亲水区，膜液区为超亲水区；
第3种：组合表面中滴液区为超疏水区，膜液区为亲水区；
第4种：组合表面中滴液区为超疏水区，膜液区为超亲水区。
其中，所述冷凝侧部与冷凝顶板外侧带有一体化的反射状散热翅片。
其中，本发明还包括位于光源模组正前方的光学透镜，所述波长转换结构层与光学透镜间形成正流体腔，所述相变腔外侧的散热器本体中开设有侧流体腔。
其中，所述正流体腔、侧流体腔均灌充无色透明介质，所述无色透明介质折射率1.4-1.8，粘度在50-5000mm2/s。
本发明具有如下优点：基于光源模组的两大产热点即发光发热芯片、荧光材料，分别设计优化其导散热路径。即通过灌充流体介质的显热热对流，有效摊分荧光材料的发光伴生热；针对发光芯片热沉方向的导散热路径，将光源模组与其固定槽的底面通过低温锡焊紧密贴合并固定，与其固定槽的侧面通过激光焊接紧密贴合并固定，通过低温焊锡、激光焊接等界面密合手段改善光源模组与散热模组间的界面热传递的同时，从提升光源模组中发光发热芯片的导散热路径以及增强散热模组的取热散热能力入手，形成流体辅助导散热的光源模组以及高效蒸发取热、冷凝释放热的相变热控散热模组，强化了热流疏导路径上各层级对热源的导散热能力。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明LED工矿灯的分解结构示意图。
图2为本发明LED工矿灯的一俯视结构示意图。
图3为本发明LED工矿灯的剖视结构示意图。
图3a为图3的局部放大图。
图4为本发明散热器本体的轴向剖视结构示意图。
图5为本发明毛细微直槽微结构示意图。
图6为发明冷凝顶板的组合表面的结构示意图。
图7为本发明冷凝侧部的组合表面的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图7所示，揭示本发明的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯的具体结构。本发明的LED工矿灯包括光源模组1和散热模组2，还包括光源压板3、密封件4、铝压圈5、紧固螺丝6、外置驱动电源8以及油封导电螺丝9。
所述光源模组1包括固晶基板11与波长转换结构层12；所述固晶基板11由固定有阵列LED芯片111的线路基板112构成，所述LED芯片111可以发射200-600nm的单色光谱，所述波长转换结构层为光致发光功能层，可以吸收200-600nm内的发射光谱，同时发射400-800nm内的发射光谱。
所述散热模组2包括散热器本体21，所述散热器本体21包括取热底板211、冷凝侧部212、冷凝顶板213及后焊接板214；所述取热底板211、冷凝侧部212、冷凝顶板214围成一相变腔215，所述后焊接板214贴设在冷凝顶板213的外端面；所述取热底板211外端面设有用于安装所述光源模组1的固定槽，内端面为蒸发端面，蒸发端面设有毛细微直槽微结构216；所述相变腔215内灌充填充工质。所述冷凝侧部212与冷凝顶板213外侧带有一体化的反射状散热翅片217。
所述光源模组1与取热底板211的固定槽的底面通过低温锡焊紧密贴合并固定，与其固定槽的侧面通过激光焊接紧密贴合并固定；通过低温焊锡、激光焊接等界面密合手段改善光源模组1与散热模组2间的界面热传递可以形成高导热的结合界面，从而改善光源模组1与散热模组2间的界面热传递。
所述毛细微直槽微结构216包括毛细微直槽E和蓄液供液槽环D；所述毛细微直槽E数量为多个，并平行均匀分布；所述蓄液供液槽环D为环形结构，设在毛细微直槽E的周围。通过物理尺度上的微细化(一般指小于1mm以下)，微细尺度下的传热具备了“反常”的超强传热特性，可以很好地满足高密度热流下的热管理需求。微槽式结构的微尺度于高密度热流下突出的传热特性源于蒸发端内所形成的工质弯月面中薄液膜区的蒸发与本征厚膜区的核态沸腾共同作用所致，并非单纯是薄液膜区中的纯蒸发模式。在相变热控体系中，强化蒸发端的核态沸腾可以大幅提升蒸发热端的取热换热能力。因此引入毛细微直槽E，可以实现微尺度下的相变传热，微尺度结构通过形成耦合有核态沸腾和蒸发的相变热控体系，同时提升临界热流密度和换热系数，进而强化了热端的换热能力。引入蓄液供液槽环D，可实现冷凝回流液滴的蓄积，并对毛细微直槽E形成持续供液能力，避免液膜干涸。
所述毛细微直槽E的表面为糙化表面,可进一步提升沸腾换热系数，降低热端的过热度。
所述冷凝侧部212内端面、冷凝顶板213内端面均为滴液区A与膜液区B交替排列的组合表面。所述膜液区A的宽度不大于2mm，面积占比5-50%。其中，所述冷凝顶板213内端面沿径向倾斜，水平倾斜角θ为5~20°。
其中，所述组合表面为下述任一种：
第1种：组合表面C中滴液区A为疏水区，膜液区B为亲水区；
第2种：组合表面C中滴液区A为亲水区，膜液区B为超亲水区；
第3种：组合表面C中滴液区A为超疏水区，膜液区B为亲水区；
第4种：组合表面C中滴液区A为超疏水区，膜液区B为超亲水区。
热蒸汽接触到过冷的金属表面时，将发生汽液相变冷凝,就冷凝换热效率或系数而言，滴状冷凝要显著高于膜状冷凝，一般高出1-2个数量级。因此通过调整设计冷凝表面汽液的冷凝模式，构建冷凝表面的滴状冷凝，可以强化冷凝换热系数，提升冷凝效率、改善冷凝效果。膜液区（由膜状冷凝形成的液滴区）更利于液核的大量生成与液滴间的合并兼并；滴液区（由滴状冷凝形成的液滴区）更利于小液滴的形成与液滴的脱落更新。且同时具备膜液区和滴液区的混杂表面或组合表面可以实现对冷凝液滴的液核量化生成与液滴的及时有效脱落更新，从而强化并提升冷凝换热效果。本发明的冷凝散热模块基于表界面张力梯度效应，通过设计冷凝表面的界面特性，构建膜液区A、滴液区B并存的组合表面。滴液区形成小液滴、并控制液滴脱落更新临界尺寸大小，膜液区形成梯度界面基础、并吸取滴液区临界液滴形成排液通道。组合表面实现了冷凝液滴的液核量化生成与液滴的及时有效脱落更新，强化了冷凝换热。
本发明还包括位于光源模组正前方的光学透镜7，所述波长转换结构层12与光学透镜间7形成正流体腔22，所述相变腔215外侧的散热器本体21中开设有侧流体腔23。利用填充具备一定热容的流体介质进一步辅助光源模组的导散热。所述正流体腔22、侧流体腔23均灌充无色透明介质，所述无色透明介质折射率1.4-1.8，粘度在50-5000mm2/s。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，包括光源模组和散热模组，所述光源模组包括固晶基板与波长转换结构层；其特征在于：所述散热模组包括散热器本体，所述散热器本体包括取热底板、冷凝侧部、冷凝顶板及后焊接板；所述取热底板、冷凝侧部、冷凝顶板围成一相变腔，所述后焊接板贴设在冷凝顶板的外端面；所述取热底板外端面设有用于安装所述光源模组的固定槽，内端面为蒸发端面，蒸发端面设有毛细微直槽微结构；所述光源模组与其固定槽的底面通过低温锡焊紧密贴合并固定，与其固定槽的侧面通过激光焊接紧密贴合并固定；所述相变腔内灌充填充工质。
2.根据权利要求1所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述毛细微直槽微结构包括毛细微直槽和蓄液供液槽环；所述毛细微直槽数量为多个，并平行均匀分布；所述蓄液供液槽环为环形结构，设在毛细微直槽的周围。
3.根据权利要求1所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述毛细微直槽的表面为糙化表面。
4.根据权利要求1所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述冷凝侧部内端面、冷凝顶板内端面均为滴液区与膜液区交替排列的组合表面。
5.根据权利要求4所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述膜液区的宽度不大于2mm，面积占比5-50%。
6.根据权利要求4所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述冷凝顶板内端面沿径向倾斜，水平倾斜角为5~20°。
7.根据权利要求4或5所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述组合表面为下述任一种：
第1种：组合表面中滴液区为疏水区，膜液区为亲水区；
第2种：组合表面中滴液区为亲水区，膜液区为超亲水区；
第3种：组合表面中滴液区为超疏水区，膜液区为亲水区；
第4种：组合表面中滴液区为超疏水区，膜液区为超亲水区。
8.根据权利要求1所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述冷凝侧部与冷凝顶板外侧带有一体化的反射状散热翅片。
9.根据权利要求1所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：还包括位于光源模组正前方的光学透镜，所述波长转换结构层与光学透镜间形成正流体腔，所述相变腔外侧的散热器本体中开设有侧流体腔。
10.根据权利要求1所述的具强化多层级导散热能力的LED工矿灯，其特征在于：所述正流体腔、侧流体腔均灌充无色透明介质，所述无色透明介质折射率1.4-1.8，粘度在50-5000mm2/s。
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