CN206329930U - 一种led阵列器件的冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种LED阵列器件的冷却装置，包括多个管形蒸发器、冷凝室、散热岐片和中心散热岐片；冷凝室包括上开口的圆筒形的本体和圆形的盖板；所述圆形盖板包括内凹的锥形冷凝顶部，多个散热岐片穿设在锥形冷凝顶部中；所述管形蒸发器间隔阵列安装在冷凝室的本体底板上；所述管形蒸发器穿过基片延伸在LED阵列之间；管形蒸发器内装有可相变工作介质；所述散热部顶部固定连接中心散热岐片，所述中心散热岐片包括一体连接的中心导热部、桥部和传热法兰，所述传热法兰固定在所述照明装置的安装板上，所述中心导热部与所述散热部固定连接。所述LED阵列器件的冷却装置，低成本地，结构简单地解决了迅速散热、均匀散热的技术难题。

Description

一种LED阵列器件的冷却装置

技术领域

本实用新型涉及LED阵列器件的技术领域，具体涉及一种LED阵列器件的冷却装置。

背景技术

LED作为一种主动自发光器件，作为不燃烧灯丝或气体的固态光照，功耗小、工作电压低、发光亮度高、工作寿命长、性能稳定，可在极端环境下工作而性能衰减很小的特点而得到了广泛应用，由于多个LED聚集时降低了多重阴影，LED的紧密聚集，即LED阵列器件应运而生。LED阵列器件是在同一外延基片材料上进行高密度集成排列的微小尺寸的高度发光二级管管芯的二维阵列，每个LED都是功率大于0.5W的大功率LED。而当LED极其接近地聚集时会出现过热，长期照明使用，阵列中心的LED将比排列在边上的LED更热，会对LED的性能和使用期限有不利的影响。

现有技术中一般是通过在基片背面安装散热岐片、强制流式通风风扇及特殊的铝制散热板来从紧密聚集的LED中散出热量。比如在基片的正面LED安装座下面安装散热层，但是热量通过LED座转移到基片的散热层，再由散热层传导至基片的背面而被风扇气流把热量带走，如此试图通过从基片背面的强制气流来散热。由于正面产生的热量只能从背面带走，所以散热效率差，这在一定程度上影响了LED阵列器件的使用寿命。也有采用多个穿设在基片上LED阵列的间隔空间中的铜管来散热的，但是需要基片背面设置强制流式通风风扇才能满足冷却散热要求。这样就导致了强制流式通风风扇的用电量大为增加，也增加了制造成本。

同时，为了冷却紧密聚集的基片上的LED，导致制造LED和使用LED的费用增加。比如，LED阵列器件的用电费用70％以上被冷却用强制流式通风风扇耗费。制造过程中加入的散热层也增加了LED阵列器件的成本。

于是，如何低成本、高效率地转移紧密聚集的LED阵列器件的热量，成为业界推广LED阵列器件亟待解决的共性的难题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种储LED阵列器件的冷却装置，以不耗费电能的极低成本高效为基片散热。

本实用新型的目的是这样实现的，一种LED阵列器件的冷却装置，包括多个管形蒸发器、冷凝室、散热岐片和中心散热岐片；

冷凝室包括上开口的圆筒形的本体和圆形的盖板；所述圆形盖板包括内凹的锥形冷凝顶部，多个散热岐片穿设在锥形冷凝顶部中被盖板分为两功能部分，位于锥形冷凝顶部下部的散热岐片部分为冷凝部，位于锥形冷凝顶部上部的散热岐片部分为散热部；

所述管形蒸发器间隔阵列安装在冷凝室的本体底板上；所述管形蒸发器穿过LED阵列器件的基片延伸在LED阵列之间；管形蒸发器内装有可相变工作介质；

所述散热部顶部固定连接中心散热岐片，所述中心散热岐片包括一体连接的中心导热部、桥部和传热法兰，所述传热法兰固定在所述照明装置的安装板上，所述中心导热部与所述散热部固定连接。

进一步地，所述中心导热部为多个导热岐片，所述导热岐片一体焊接在所述散热岐片的顶部，多个导热岐片构成的导热圆直径为基片直径的1/3到基片直径的1/2。

进一步地，所述管形蒸发器包括管体，所述管体包括封闭端和开口端，开口端通过安装座压装在所述冷凝室的本体的底板上。

进一步地，所述管形蒸发器包括管体，所述管体两端封闭，冷凝室内装导热油，所述导热油液面至少接触所述散热岐片的冷凝部。

进一步地，管形蒸发器、冷凝室、散热岐片和中心散热岐片均由同一种快速热传导材料制成。

进一步地，所述冷凝部大***于所述管形蒸发器的上方设有向下方导流的至少一个第一导流槽。

进一步地，锥形冷凝顶部的内表面以锥顶中心对称间隔设有多个第二导流槽。

进一步地，所述LED阵列器件的基片和多个LED发光元件阵列之间设有导热层，导热层上固定安装多个LED发光元件阵列，所述导热层正对LED发光元件位置固定连接有导热体，所述导热体包括一体连接的导热柱和导热帽，导热柱穿过基片与导热层连接，导热帽与冷凝室本体的底部接触。

进一步地，管体的外圆柱面间隔设有多个凸棱，管体的内圆柱面对应凸棱设有多个凹槽。

进一步地，管体壁上设有长方形的观察窗，观察窗下沿位于管形蒸发器高度的1/4处。

所述LED阵列器件的冷却装置，通过以下技术实质解决了“如何低成本、高效率地转移紧密聚集的LED阵列器件的热量”的技术问题：

1)接触热传导途径：LED发光元件底座传热给导热层，导热层通过导热体传给冷凝室本体的底板；底板传热至顶盖，顶盖通过散热岐片散热；

2)相变传热途径：基片正面的LED聚集群中的热量辐射传热给管形散热器1，管形散热器内可相变工作介质由液态转变为气态吸收热量，气态工作介质上升至冷凝室内，在冷凝部3.1由气态变为液态，放热，将热量传递给冷凝部3.1，冷凝部3.1热传导至散热部3.2，散热部3.2散发热量；

上述两种散热途径的协同作用，使得LED发光元件底座的热量和LED聚集群中的热量迅速散发，免去使用强制散热风扇的必要，结构简单，维护方便，大大提高了传热效率。

针对LED聚集群“中心温度高于周边温度”的温度梯度分布，采用了如下技术手段做到均匀散热：

1)多个管形蒸发器的开口端正对的是内凹的锥形冷凝顶部，气态的工作介质上升被冷凝室顶盖阻挡而停留，气体分别在锥形冷凝顶部内表面和冷凝部上凝结，锥形冷凝顶部内表面凝结的液态工作介质由第二导流槽聚集到锥顶而滴下，冷凝部上凝结液态工作介质由第一导流槽滴下。第二导流槽长度远比第一导流槽长，所以锥顶滴下的液体比冷凝部滴下的液体温度低，更有利于中心LED的散热。当可相变工作介质缺少时，位于聚集中心的管形蒸发器更不会先缺少，而总是位于聚集周边的管形蒸发器先缺少工作介质，这有利保护聚集中心的LED。

2)中心散热岐片的设计，将中心部分热量通过热传导方式传导至安装板上；这样，冷凝室顶盖的中心部位的温度比顶盖的周边部位温度低，更多地在中心部位凝结气态蒸汽，对中心部位的相变换热有促进作用，更容易将聚集中心的LED热量散发掉。

中心散热岐片和锥形冷凝顶部的协同作用，使得两种散热途径都发挥到极致，并因此达到均匀散热的技术目的。

本实用新型与现有技术相比，正是因为热传导途径和可相变传热途径的协同结合，使得免去了强制送风风扇的使用，低成本地，结构简单地解决了迅速散热、均匀散热的技术难题，用电不增加，节约了散热成本，做到了低成本、高效率的散发热量。

附图说明

图1为本实用新型一种LED阵列器件的冷却装置的主剖视图。

图2为本实用新型一种LED阵列器件的冷却装置的俯视图。

图3为本实用新型一种LED阵列器件的冷却装置的管形蒸发器的横截面图。

上述图中的附图标记：

100LED阵列器件，101基片，101.1通孔，102LED发光元件，103透镜

1管形蒸发器，2冷凝室，3散热岐片，4中心散热岐片

1.1管体，1.2安装座，1.3观察窗

2.1本体，2.2盖板，2.3安装孔

2.21紧固密封部，2.22锥形冷凝顶部，2.23第二导流槽

3.1冷凝部，3.2散热部，3.3第一导流槽

4.1中心导热部,4.2桥部,4.3传热法兰

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图所示，LED阵列器件100包括基片101、多个LED发光元件102阵列安装在基片100上；在每个LED发光元件102上安装一个透镜103，以定向来自LED发光元件的光线。

一种LED阵列器件的冷却装置，包括多个管形蒸发器1、冷凝室2和散热岐片3；冷凝室2包括上开口的圆筒形的本体2.1和圆形的盖板2.2，盖板2.2螺旋固定在本体2.1上。本体的底板上设有多个安装孔2.3；所述管形蒸发器1由快速热传导材料制成，如铜、铝合金或石墨烯或其它高导热系数的材料。所述管形蒸发器1安装在冷凝室2的底板的安装孔2.3上；所述管形蒸发器1包括管体1.1，所述管体1.1包括封闭端和开口端，开口端固定连接安装座1.2；封闭端优选半圆球形或平面形或其他三维装饰造型；所述基片101上多个阵列的LED发光元件102之间的空间阵列有多个通孔101.1。所述管形蒸发器1穿过所述通孔101.1设置在LED阵列之间。

所述管形蒸发器1中装有可相变的工作介质；管形蒸发器1内可相变的工作介质的灌注量为管形蒸发器1总体积的12-25％；工作介质的灌注量最佳为管形蒸发器1总体积的15％。

管形蒸发器1位于基片下部的部分为蒸发段，位于基片101的通孔101.1的部分为隔热段，管形蒸发器1的管体1.1壁上设有长方形的观察窗1.3，观察窗1.3下沿位于管形蒸发器1高度的1/5处；通过观察窗1.3可观察到可相变液体的液面，如果内部液面低于观察窗下沿，则表面工作介质偏少，需要补充工作介质。

所述冷凝室2的圆形盖板2.2具有紧固密封部2.21和内凹的锥形冷凝顶部2.22，所述锥形冷凝顶部的圆锥顶角为135°-155°，锥形冷凝顶部的内表面以锥顶中心对称间隔设有多个第二导流槽2.23。

在冷凝室2的圆形盖板2.2上并排穿设有多个散热岐片3，所述散热岐片3包括冷凝部3.1和散热部3.2，所述冷凝部3.1大***于所述管形蒸发器1的上方设有向下方导流的第一导流槽3.3。

还包括中心散热岐片4，所述中心散热岐片4具有中心传热部4.1、桥部4.2和传热法兰4.3，所述传热法兰4.3固定在所述照明装置的安装板上。所述中心固定部4.1焊接在散热部3.2上,传热法兰4.3固定在安装板上。

由于中心散热岐片4的空气散热和从中心导热部4.1到桥部4.2再到传热法兰4.3到安装板，将热量传导至安装板散发，所以散热部3.2中心部位的温度低于***的温度3°～5°。所述中心导热部4.1固定连接散热部；所述中心导热部为多个导热岐片，所述导热岐片一体焊接在所述散热岐片的顶部，多个导热岐片构成的导热圆直径为基片直径的1/3到基片直径的1/2。

所述LED阵列器件工作时，随着聚集的LED发光元件不断释放热量，管形蒸发器1的蒸发段开始工作，可相变的工作介质在蒸发段由液体转变为气体，该气体向上蒸发，进入冷凝室2，并在散热岐片3的冷凝部3.1上进行凝结，由气体转变为液体，随着液体的逐步聚集，部分液体由第一导流槽3.3向下滴入管形蒸发器1中。在冷凝部3.1上释放的热量迅速传导至散热部3.2，并由散热部3.2散发在空气中。所述散热部3.2的部分热量从传热法兰4.3传导到安装板中。

为了提高管形蒸发器1的吸热效率，管形蒸发器1的管体1.1的外圆柱面间隔设有多个凸棱1.11，为了使得管形蒸发器1的热容量均衡，管体1.1的内圆柱面对应凸棱1.11设有多个凹槽1.12。这样设置，能大大增加管体1.1的吸热表面积。来自LED发光元件和透镜的光线的辐射热量能由管体1.1的外圆柱面更多地高效吸收。

所述LED阵列器件的冷却装置，通过两个途径散热，其一，传导散热，通过管形蒸发器1热传导至冷凝室2，冷凝室2热传导至散热岐片，散热岐片将热量散发到空气中；其二，工作介质相变散热，由管形蒸发器1内的工作介质由液体转变为气体，吸收管形蒸发器1的热量；在冷凝部3.1由气体转变为液体，将热量传导至散热岐片。具体过程如下：最初，通过管形蒸发器1相变后的蒸汽可能在隔热段就凝结回流，随着蒸汽量的增加，大部分蒸汽向上飘至冷凝部，由于冷凝部的温度低于工作介质的相变温度，蒸汽在此凝结为液体；由于凝结的液体量大，部分液体从导流槽滴下，多余液体则沿锥面流到锥顶，并由所述圆形盖板的锥形内凹2.23的锥顶内表面滴下。由于沿锥面流到锥顶的液体流动距离较长，该液体温度也相对较低，该液体正好补偿了基片中心的管形蒸发器1，正好解决了中心热量的聚集比周边热量的聚集多的问题，使得基片中心和周边的散热速度达到均衡。

实施例2

所述管形蒸发器1包括管体1.1，所述管体1.1两端封闭，内装可相变工作介质；冷凝室2内装导热油，所述导热油液面至少接触到散热岐片3的冷凝部3.1；

其他特征与实施例1相同。实施例2的相变散热发生在管形蒸发器1的上端，热量由管形蒸发器1的上部管壁传递给导热油，导热油传导给散热岐片，中间增加了导热油的传热介质，相变传热增加了环节，相比实施例1降低了相变散热的效率。

所述LED阵列器件的冷却装置，兼用传导散热和相变散热，结构简单，成本低廉，做到了低成本、高效率的散发热量。

Claims (10)

1.一种LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，

包括多个管形蒸发器(1)、冷凝室(2)、散热岐片(3)和中心散热岐片(4)；

冷凝室(2)包括上开口的圆筒形的本体(2.1)和圆形的盖板(2.2)；所述圆形盖板(2.2)包括内凹的锥形冷凝顶部(2.22)，多个散热岐片(3)穿设在锥形冷凝顶部(2.22)中被盖板分为两功能部分，位于锥形冷凝顶部(2.22)下部的散热岐片(3)部分为冷凝部(3.1)，位于锥形冷凝顶部(2.22)上部的散热岐片(3)部分为散热部(3.2)；

所述管形蒸发器(1)间隔阵列安装在冷凝室(2)的本体底板上；所述管形蒸发器(1)穿过基片延伸在LED阵列之间；管形蒸发器(1)内装有可相变工作介质；

所述散热部(3.2)顶部固定连接中心散热岐片(4)，所述中心散热岐片(4)包括一体连接的中心导热部(4.1)、桥部(4.2)和传热法兰(4.3)，所述传热法兰(4.3)固定在照明装置的安装板上，所述中心导热部(4.1)与所述散热部固定连接。

2.如权利要求1所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，所述管形蒸发器(1)包括管体(1.1)，所述管体(1.1)包括封闭端和开口端，开口端通过安装座(1.2)压装在所述冷凝室(2)的本体(2.1)的底板上。

3.如权利要求1所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，所述管形蒸发器(1)包括管体(1.1)，所述管体(1.1)两端封闭，冷凝室(2)内装导热油，所述导热油液面至少接触所述散热岐片(3)的冷凝部(3.1)。

4.如权利要求2或3所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，所述中心导热部(4.1)为多个导热岐片，所述导热岐片一体焊接在所述散热岐片(3)的顶部，多个导热岐片构成的导热圆直径为基片直径的1/3到基片直径的1/2。

5.如权利要求2或3所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，管形蒸发器(1)、冷凝室(2)、散热岐片(3)和中心散热岐片(4)均由同一种快速热传导材料制成。

6.如权利要求5所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，所述冷凝部(3.1)位于所述管形蒸发器(1)的上方设有向下方导流的至少一个第一导流槽(3.3)。

7.如权利要求2或3所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，锥形冷凝顶部(2.22)的内表面以锥顶中心对称间隔设有多个第二导流槽(2.23)。

8.如权利要求2或3所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，所述LED阵列器件的基片和多个LED发光元件阵列之间设有导热层，导热层上固定安装多个LED发光元件阵列，所述导热层正对LED发光元件位置固定连接有导热体，所述导热体包括一体连接的导热柱和导热帽，导热柱穿过基片与导热层连接，导热帽与冷凝室本体(2.1)的底部接触。

9.如具有权利要求2或3所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，管体(1.1)的外圆柱面间隔设有多个凸棱(1.11)，管体(1.1)的内圆柱面对应凸棱(1.11)设有多个凹槽(1.12)。

10.如权利要求2或3所述LED阵列器件的冷却装置，其特征在于，管体(1.1)壁上设有长方形的观察窗(1.3)，观察窗下沿位于管形蒸发器(1)高度的1/5处。