專(zhuān)利名稱(chēng)：用于發(fā)光二極管led的微噴射流水冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)光二極管LED的冷卻系統(tǒng)，特別涉及一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，新型的發(fā)光二極管LED的光源由于其具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、功率小和體積小、堅(jiān)固耐用、色彩豐富等優(yōu)勢(shì)，目前已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、儀器儀表、交通信號(hào)燈、汽車(chē)、背光源等領(lǐng)域。
從理論上說(shuō)，選擇適當(dāng)匹配材料、制造工藝和運(yùn)行溫度，電能大部分可轉(zhuǎn)變成光能。但特別需要指出的是，PN結(jié)處溫度的高低對(duì)LED的光輸出色彩的偏移和光源本身工作的可靠性有巨大的影響。對(duì)于高功率LED光源來(lái)說(shuō)，必須采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)使LED發(fā)光體封裝保持在額定的正常工作溫度下，也就是要對(duì)結(jié)點(diǎn)溫度設(shè)定一個(gè)極限，防止其溫度過(guò)高。理論上LED芯片有90％的發(fā)光效率和超過(guò)5萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)的壽命，然而目前對(duì)高功率的LED照明(超過(guò)1W)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流在0.35A，運(yùn)行1千小時(shí)后，光學(xué)性能有30％的下降，除了封裝外，芯片運(yùn)行溫度是造成性能下降的很重要的原因，基于上述觀點(diǎn)，LED的冷卻顯得非常需要。
已有的LED冷卻技術(shù)大多采用高導(dǎo)熱材料或者熱沉來(lái)進(jìn)行散熱，這樣的方法簡(jiǎn)單實(shí)用，但是冷卻的效果有限，使得LED的芯片溫度不可能降低太多。例如American Bright Optoelectronics公司推出的一款LED模塊，其采用小型外露的散熱片來(lái)進(jìn)行自然對(duì)流散熱，尺寸大小為10mm×13mm。由于采用自然對(duì)流換熱，系統(tǒng)的熱量不能快速有效地排出。對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)，LED功率密度不可能太高，否則其運(yùn)行溫度將過(guò)高。
近年來(lái)，隨著LED應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，高功率的LED組越來(lái)越受到重視，上述傳統(tǒng)冷卻方式已經(jīng)不能適應(yīng)LED的溫度要求。另外，對(duì)于小功率的LED組，在成本允許的條件下，如何采用更好的冷卻系統(tǒng)使LED工作溫度更低，從而獲得更好的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用水作為冷卻介質(zhì)，通過(guò)微泵加壓驅(qū)動(dòng)，使微噴射流冷卻水直接沖擊LED芯片電極的基座，高溫水經(jīng)水箱上的熱沉及風(fēng)扇進(jìn)行熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED芯片電極的基座的冷卻。整個(gè)結(jié)構(gòu)采用封閉內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明主要包括LED芯片、微噴射流器、帶有冷卻裝置的水箱、微泵，其特征在于所述LED芯片的基座的下表面安裝在微噴射流器的外殼上，微噴射流器內(nèi)設(shè)有一腔體，微噴射流器腔體中間被一由帶有多個(gè)微噴口的隔板分割成為上下兩個(gè)單體，或由兩片帶有多個(gè)微噴口的隔板分割成為為上、中、下三個(gè)單體，或腔體設(shè)置為由兩個(gè)同軸圓柱桶，或腔體設(shè)置為同軸多面體，噴口設(shè)置在內(nèi)圓柱桶或內(nèi)多面體桶的表面上，LED芯片的基座的下表面安裝在外圓柱桶或外多面體桶的外壁上。微噴射流器采用碳納米管，高導(dǎo)熱金屬，金剛石類(lèi)的高導(dǎo)熱材料制成，其外表面與LED芯片的基座之間采用導(dǎo)熱膏連接。腔體的兩側(cè)分別設(shè)有冷卻水流入口和流出口，入口通過(guò)采用硅橡膠管制成的可伸縮軟管與微泵的輸出口連接，出口通過(guò)采用硅橡膠管制成的可伸縮軟管與水箱的入口連接，水箱上部設(shè)有熱沉和風(fēng)扇，水箱內(nèi)設(shè)有微槽道，槽道的上端延伸到水箱上表面，或?qū)⒃O(shè)有微通道的冷板直接安裝在水箱的內(nèi)部。水箱的出口通過(guò)采用硅橡膠管制成的可伸縮軟管與微泵的輸入口連接，形成封閉的內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)采用沖擊換熱，換熱系數(shù)大，換熱效果好，特別對(duì)高密度LED組能有效降溫，系統(tǒng)采用主動(dòng)系統(tǒng)，封閉的內(nèi)循環(huán)冷卻方式，控制比較靈活，可根據(jù)需要任意方向設(shè)置，適用在LED工況經(jīng)常變化的場(chǎng)合進(jìn)行冷卻。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；圖2不同功率下的LED在沒(méi)有水冷的情況下溫度隨時(shí)間的變化的圖表；圖3不同功率下的LED在有水冷的情況下溫度隨時(shí)間的變化的圖表；圖4本發(fā)明的微噴射流器腔體設(shè)置為上下兩個(gè)單體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本發(fā)明的微噴射流器腔體設(shè)置為上、中、下三個(gè)單體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6本發(fā)明的水箱、熱沉、風(fēng)扇結(jié)構(gòu)示意圖；圖7本發(fā)明的裝有微通道冷板的水箱結(jié)構(gòu)示意圖。
1LED芯片的基座、2帶有多個(gè)微噴口的隔板、3微噴射流器冷卻水入口、4微噴射流器的腔體、5微噴射流器冷卻水出口、6水箱、7熱沉、8風(fēng)扇、9微泵、10微噴射流器腔體的上單體、11微噴射流器腔體的中單體、12微噴射流器腔體的下單體、14水箱入口、15水箱出口、16水箱上表面、17微槽道、18刻蝕有微通道的冷板、21噴口
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明
具體實(shí)施例方式LED芯片的基座1的下表面安裝在微噴射流器的外殼上，微噴射流器采用碳納米管，高導(dǎo)熱金屬，金剛石等高導(dǎo)熱材料制成。微噴射流器的外表面與LED芯片的基座1的下表面之間采用導(dǎo)熱膏連接，以增加導(dǎo)熱效果。微噴射流器內(nèi)設(shè)有一腔體4，微噴射流器腔體4中間被一由帶有多個(gè)微噴口的隔板2分割成為上、下兩個(gè)單體10、12，微噴射流器采用碳納米管，高導(dǎo)熱金屬，金剛石等高導(dǎo)熱材料制成。腔體4的兩側(cè)分別設(shè)有冷卻水流入口3和冷卻水流出口5，冷卻水入口3通過(guò)可伸縮軟管與微泵9的輸出口連接，冷卻水出口5通過(guò)可伸縮軟管與水箱6的水箱入口14連接，水箱6上部設(shè)有熱沉7和風(fēng)扇8，水箱6內(nèi)部刻蝕有微槽道17，微槽道17的上端延伸到水箱上表面16，水箱出口15通過(guò)可伸縮軟管與微泵9的輸入口連接，形成封閉的內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)。系統(tǒng)中的可伸縮軟管采用硅橡膠管制成。
參見(jiàn)圖1，系統(tǒng)采用水作為冷卻介質(zhì)，系統(tǒng)封裝和運(yùn)行前，通過(guò)連接口注入一定的水進(jìn)入系統(tǒng)，然后密封好各連接口防止液體泄露。當(dāng)微泵9通電運(yùn)行后，水箱6中的水通過(guò)微噴射流器冷卻水入口3流入到微噴射流器腔體的下單體12，在一定的壓力下，將水通過(guò)噴口21形成強(qiáng)烈的射流，射流將直接沖擊與LED芯片的基座1的下表面緊密相連的微噴射流器的頂部，產(chǎn)生強(qiáng)烈的換熱效果，LED模塊產(chǎn)生的高熱流將被射流水吸收，其溫度急劇下降，射流水由于吸收了LED模塊的熱量，溫度將升高，在泵壓的作用下，升溫了的水將通過(guò)微噴射流器冷卻水出口5流出，進(jìn)入到水箱6。參見(jiàn)圖4。在熱沉7和風(fēng)扇8的作用下，升溫了的水將和環(huán)境發(fā)生熱交換，使水溫下降。參見(jiàn)圖6。低溫水將重新流入到微泵9中開(kāi)始新一輪循環(huán)。
本發(fā)明采用微泵的流量為10ml/s，LED模塊采用2×2陣列，單個(gè)LED器件的尺寸為1mm×1mm的條件進(jìn)行測(cè)試，參見(jiàn)圖2，在沒(méi)有采用本系統(tǒng)冷卻時(shí)候的測(cè)試數(shù)據(jù)。LED組的最高表面溫度在運(yùn)行3分鐘后達(dá)到145°C，但當(dāng)本冷卻系統(tǒng)開(kāi)始工作后，溫度下降到28.25℃。在這樣的溫度下工作，LED組發(fā)光效率顯著提高，完全可以同時(shí)冷卻很多LED，并保證它們?cè)诘蜏叵逻\(yùn)行。參見(jiàn)圖3。
實(shí)施例2實(shí)施例2與實(shí)施例1相同，所不同的是實(shí)施例1采用微噴射流器腔體中間被一由帶有多個(gè)微噴口的隔板2分割成為上、下兩個(gè)單體10、12。
而實(shí)施例2通過(guò)兩片帶有多個(gè)微噴口的隔板2分割成為為上、中、下三個(gè)單體10、11、12。這種設(shè)計(jì)主要是為了冷卻雙面LED芯片組。參見(jiàn)圖5。圖中冷卻水從入口3流入，進(jìn)入微噴射流器腔體的中單體11，在壓力的作用下，冷卻水分別在兩側(cè)的噴口2處形成射流，沖擊與LED芯片的基座1的下表面緊密相連的微噴射流器的接觸面的內(nèi)側(cè)，換熱后的的冷卻水分別從下單體12和上單體10流出并匯合在出口5處，重新進(jìn)入系統(tǒng)主管路。雙面噴射的微噴結(jié)構(gòu)將得到更好的換熱效果，可以冷卻更多的LED芯片和設(shè)計(jì)不同的照明系統(tǒng)，但同時(shí)也帶來(lái)了微泵功的增加。
實(shí)施例3實(shí)施例3與實(shí)施例2相同，所不同的是實(shí)施例3采用將刻蝕有微通道的冷板18直接安裝在水箱6的內(nèi)部。當(dāng)升溫了的水從水箱入口14流入的時(shí)候，在流到刻蝕有微通道的冷板18后，會(huì)分成很多股小流體，再?gòu)乃涑隹?5匯合流出。由于采用了微通道，換熱系數(shù)將大幅度增強(qiáng)，水中的熱量將快速傳遞到水箱上面，經(jīng)過(guò)熱沉和風(fēng)扇的降溫作用，將熱量盡快地?cái)U(kuò)散到環(huán)境中去。參見(jiàn)圖7。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)，主要包括發(fā)光二極管LED芯片、微噴射流器、帶有冷卻裝置的水箱、微泵，其特征在于所述LED芯片的基座的下表面安裝在微噴射流器的外殼上，微噴射流器內(nèi)設(shè)有一腔體，腔體內(nèi)設(shè)有帶有多個(gè)微噴口的隔板，腔體的兩側(cè)分別設(shè)有冷卻水流入口和流出口，入口通過(guò)可伸縮軟管與微泵的輸出口連接，出口通過(guò)可伸縮軟管與水箱的入口連接，水箱上部設(shè)有熱沉和風(fēng)扇，水箱內(nèi)部設(shè)有微槽道，水箱的出口通過(guò)可伸縮軟管與微泵的輸入口連接，形成封閉的內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述微噴射流器采用碳納米管，或高導(dǎo)熱金屬，或金剛石類(lèi)的高導(dǎo)熱材料制成，其外表面與LED芯片的基座之間采用導(dǎo)熱膏連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述微噴射流器腔體中間被一由帶有多個(gè)微噴口的隔板分割成為上下兩個(gè)單體，或由兩片帶有多個(gè)微噴口的隔板分割成為為上、中、下三個(gè)單體，或腔體設(shè)置為由兩個(gè)同軸圓柱桶，或腔體設(shè)置為同軸多面體，噴口設(shè)置在內(nèi)圓柱桶或內(nèi)多面體桶的表面上，LED芯片的基座的下表面安裝在外圓柱桶或外多面體桶的外壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述水箱內(nèi)部設(shè)有微槽道，微槽道的上端延伸到水箱上表面，或?qū)⒃O(shè)有微通道的冷板直接安裝在水箱的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述可伸縮軟管采用硅橡膠管制成。
全文摘要
一種用于發(fā)光二極管LED的微噴射流水冷卻系統(tǒng)，主要包括LED芯片、微噴射流器、帶有冷卻裝置的水箱、微泵，所述LED芯片的基座安裝在微噴射流器的外殼上，微噴射流器內(nèi)設(shè)有一腔體，腔體內(nèi)設(shè)有帶有多個(gè)微噴口的隔板，兩側(cè)設(shè)有入口和出口，分別通過(guò)軟管與微泵、水箱連接，水箱上部設(shè)有熱沉和風(fēng)扇，水箱內(nèi)設(shè)有微槽道，形成封閉的內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)采用沖擊換熱，換熱系數(shù)大，封閉的內(nèi)循環(huán)冷卻方式，控制比較靈活，可根據(jù)需要任意方向設(shè)置，適用在LED工況經(jīng)常變化的場(chǎng)合進(jìn)行冷卻。
文檔編號(hào)F21V29/00GK1979825SQ20051011110
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者劉勝, 羅小兵 申請(qǐng)人:劉勝