文氏效应与改造合成射流器的一种LED散热装置

摘要

本发明公开了文氏效应与改造合成射流器的一种LED散热装置，包括外壳，合成射流激励器，翅片，LED基板，其特征在于：还包括文丘里管，所述翅片、文丘里管、合成射流激励器被固定在LED基板与外壳形成的腔体内部，使文丘里管与翅片的位置相对固定，所述合成射流激励器底部设有连接盖，连接盖与文丘里管连接，文丘里管出口与翅片连接，外壳通过滑槽与LED基板固定。本发明设计了一种双膜三腔合成射流激励器，在合成射流激励器出口处增设了文丘里管，最终增加出口处的流量，本发明通过改变流体状态、增大进气量从而达到提高散热效率，降低LED的结温温度，延长LED的使用寿命的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及LED灯散热装置技术领域，具体涉及一种文氏效应与改造合成射流器的一种LED散热装置。

背景技术

对于集成功率大于30w的大功率LED，散热问题极其严重。其原因在于，大功率LED的光电转换效率大约只有20％～30％，其余的电能转化为热能，LED巨大的散热量引发了光强降低、元器件加速老化等一系列问题。由全球半导体照明巨头cree公司提供的光衰曲线可得，当结温温度为65度时，LED寿命可达十万个小时，而当结温温度升至105度时，寿命缩短至一万小时。LED器件的寿命随结温升高呈指数级衰减。

现在有的LED散热方式有翅片散热、热管散热、风冷散热、水冷散热、半导体制冷；其中翅片散热能力有限，热管散热、风冷散热、水冷散热、半导体制冷的使用寿命远远小于LED使用寿命。现有散热方式中，型材散热以其廉价可靠的特点占据市场较大份额，但型材散热能力十分有限，满足不了散热需求。而其他散热方式虽然散热效率较高，但其自身寿命远远小于LED十万个小时的理论寿命，难以得到推广使用。水冷散热效果好但是需要的系统较为庞大，所以难以推广使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种散热效率高，可靠性高、寿命长、结构紧凑且易于集成化的文氏效应与改造合成射流器的一种LED散热装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：文氏效应与改造合成射流器的一种LED散热装置，包括外壳，合成射流激励器，翅片，LED基板，其特征在于：还包括文丘里管，所述翅片、文丘里管、合成射流激励器被固定在LED基板与外壳形成的腔体内部，使文丘里管与翅片的位置相对固定，所述合成射流激励器底部下壳体设有连接孔，下壳体通过螺栓与文丘里管连接，文丘里管出口与翅片连接，外壳通过滑槽与LED基板固定。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：所述合成射流激励器包括从上到下的依次连接的上壳体、上振动膜固定支撑、上振动膜、永磁铁固定支撑、下振动膜固定支撑、下振动膜、下壳体，上下振动膜支撑分别连接永磁铁固定支撑后和上下壳体连接，永磁铁固定在所述永磁铁固定支撑中间，上下振动膜与永磁铁之间均设有弹簧线圈，所述下壳体底部分别设有第一湍流出口、第二湍流出口、第三湍流出口，所述第一湍流出口与上下振动膜之间的空间连通，所述第二湍流出口与下振动膜底部空间连通，所述第三湍流出口与上振动膜上部空间连通。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：所述上振动膜固定支撑下方设有限位结构对永磁体固定支撑进行限位，使其外部整体结构相对固定。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：所述文丘里管包括渐缩管、渐扩管以及固定导流管，所述渐缩管和渐扩管之间的连接处形成喉段，所述渐缩管与渐扩管通过螺纹进行连接，固定导流管与下方翅片固定连接，渐缩管外侧设有吸附腔。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：文丘里管的为50°-80°，喉段收缩比为1/3-7/12。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：所述文丘里管为双向出口，所述固定导流管外部设有环形出口。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：所述环形出口的外侧面为双曲线曲面。

进一步，本发明还可以具有这样的技术特征：所述翅片为太阳花型和锯齿型结合的翅片，所述翅片通过翅片中心孔与文丘里管中的固定导流管连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.合成射流器用于改变流体状态，文丘里管用于增大出气量以及改变流体状态，两者共同作用，增大对流换热系数，加速翅片与周围空气热交换，降低结点温度。与传统装置对比，本装置使层流层边界变薄，给热系数增大，结点温度降低，能够达到延长LED使用寿命，提高发光效率。

2.本发明的合成射流器为双膜三腔结构，在充分利用振动膜双侧空气变化的前提下，双膜结构能在相同体积情况下提高气体的体积利用率，使射流强度增加；三腔结构能在相同时间内，充分利用振动膜双侧空气变化，使湍流喷射频率增加一倍，射流强度和能量利用效率明显提高。

3.本发明翅片采用太阳花型和锯齿型结合的翅片，既保留太阳花型翅片结构简单的特点，同时在不增加翅片加工难度的前提下，通过锯齿状设计增大翅片与气流的接触表面积，达到优化翅片散热效果的目的。

4.同时为了更好地配合翅片的对流传热，将文丘里管的出口设计为双向出口，一部分空气由中间出口喷向翅片内流道，将流道内热空气与外界空气进行强制对流，从而使流道内散热方式由空气的热传导转变为空气的热对流，使热量能较快的被冷空气带走。另一部分空气由环形出口喷出直接作用在翅片壁面，使翅片壁面处的层流层变薄，减小壁面与对流空气之间的热阻，从而大大的提高了传热效率。

5.所述环形出口的外侧面为双曲线曲面，可以使环形出口喷出的气体能最大面积作用在翅片上，与直面型文丘里管相比，出口曲面型文丘里管管内压力场分布相对更加均匀，可以减少文丘里管的阻力损失。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明合成射流器整体结构示意图；

图3为本发明合成射流器剖面图；

图4为本发明双膜三腔合成射流器结构简图；

图5为本发明文丘里管结构示意图；

图6为本发明文丘里管剖面图；

图7为本发明翅片结构示意图；

其中，1-外壳，2-合成射流激励器，201-上壳体，202-上振动膜固定支撑，203-上振动膜，204-永磁铁固定支撑，205-下振动膜固定支撑，206-下振动膜，207-下壳体，208-永磁铁，209-弹簧线圈，210-第一湍流出口，211-第二湍流出口，212-第三湍流出口，213-限位结构，3-文丘里管，301-渐缩管，302-渐扩管，303-固定导流管，304-喉段，305-吸附腔，306-环形出口，4-翅片，401-翅片中心孔，5-LED基板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供文氏效应与改造合成射流器的一种LED散热装置，包括外壳1，合成射流激励器2，翅片4，LED基板5，还包括文丘里管3，所述翅片4、文丘里管3、合成射流激励器2被固定在LED基板5与外壳1形成的腔体内部，使文丘里管3与翅片4的位置相对固定，下壳体207与文丘里管3连接，文丘里管3出口与翅片4连接，外壳1通过滑槽与LED基板5固定。

如图2-3所示，所述合成射流激励器2包括从上到下的依次连接的上壳体201、上振动膜固定支撑202、上振动膜203、永磁铁固定支撑204、下振动膜固定支撑205、下振动膜206、下壳体207，上下振动膜支撑分别连接上下振动膜后和永磁铁固定支撑202连接，永磁铁208固定在所述永磁铁固定支撑202中间，上下振动膜与永磁铁之间均设有弹簧线圈209，所述下壳体底部分别设有第一湍流出口210、第二湍流出口211、第三湍流出口212，所述第一湍流出口210与上下振动膜之间的空间连通，所述第二湍流出口211与下振动膜206底部空间连通，所述第三湍流出口212与上振动膜203上部空间连通。上振动膜固定支撑202下方设有限位结构213对永磁体固定支撑202进行限位，使其外部整体结构相对固定。

进一步，上振动膜固定支撑202上部与上壳体201内部通过卡槽固定连接，上振动膜固定支撑202下方限位结构213对永磁体固定支撑204进行限位，同时上振动膜固定支撑202、永磁体固定支撑204、下振动膜固定支撑205的侧面与上壳体201内部卡槽连接，下振动膜固定支撑205下方与下壳体207上方通过卡槽结构固定支撑，同时下振动膜固定支撑205上方限位结构213对永磁体固定支撑204进行限位，使其外部整体结构相对固定；内部永磁铁208与永磁铁固定支撑204连接，上振动膜203与上振动膜固定支撑202和永磁铁208固定支撑连接，下振动膜206与下壳体207和永磁铁固定支撑204连接。

第一湍流出口210与上下振动膜之间的空间连通，其中上壳体201与上振动膜固定支撑202和永磁体固定支撑202以及下振动膜固定支撑205卡槽连接，同时下振动膜固定支撑205与下壳体207卡槽连接使右边形成一个密闭空间与第一湍流出口210连通；

第二湍流出口211与下振动膜206底部空间连通，其中下振动膜固定支撑205与下壳体207卡槽连接同时通过限位结构对永磁体固定支撑202限位，进而固定下振动膜206，使其形成一个封闭空间与第二湍流出口211连通；

第三湍流出口212与上振动膜上部空间连通，其中上壳体201与上振动膜固定支撑202卡槽连接，同时与永磁铁固定支撑204形成相对密闭空间，同时通过上壳体201和下壳体207与下振动膜固定支撑205卡槽连接行成一个密闭空间通道与第三湍流出口212连通；

将弹簧线圈209与振动膜固定连接，永磁铁固定在中心壳体。由电磁效应，改变电流的大小引起线圈磁场变化，与永磁铁产生吸引排斥作用，实现薄膜上下振动，形成湍流。

如图5-6所示，所述文丘里管3包括渐缩管301、渐扩管302以及固定导流管303，所述渐缩管301和渐扩管302之间的连接处形成喉段304，固定导流管303与下方翅片4固定连接，渐缩管302外侧设有吸附腔305。

所述文丘里管的锥度为50°-80°，喉段收缩比为1/3-7/12。

所述文丘里管3为双向出口，所述固定导流管303外部设有环形出口306。

所述环形出口306的外侧面为双曲线曲面。

如图7所示，所述翅片4为太阳花型和锯齿型结合的翅片，翅片4通过翅片中心孔401与文丘里管3中的固定导流管303连接。

进一步，合成射流形成的湍流从文丘里管入口进入，经过截面很小的喉段。随着截面减小，湍流的压强增大，流速也随之变大。在吸附腔内产生一个真空度，致使外界空气被吸入管道内，随着湍流一起进入渐扩管，最终增加出口处的流量。

本实施例中选取双膜三腔与吸附腔喷嘴大小为2mm,入口直径为60mm,收缩管锥度为50°、喉段收缩比为25/60的文丘里管组装成本装置，与现有技术中单膜单腔且没有文丘里管的散热装置进行实验对比，

对比数据如下：

结温温度Tj：原始装置：95℃；本装置79℃；本装置与现有技术中的LED散热装置相比散热效果更好。

始末光强比：原始装置：88％；本装置92％；本装置与现有技术中的LED散热装置相比光照强度更好。

节能效益提高了17.67％；本装置与现有技术中的LED散热装置相比更加节能。

安装本装置LED灯的寿命是未安装本装置灯的寿命1.23倍；本装置与现有技术中的LED散热装置相比使用时间更长久。

更换周期可延长0.69年

使用范围：7W～100W的LED灯都可以使用本装置

本发明的工作流程如下：

气流在合成射流器中的运动包含四个阶段，气流在经过合成射流器中的四个阶段后形成湍流进入文丘里管。

1)第一阶段：线圈电流增强，与永磁体异性相吸，上下振动膜向内腔压缩，内腔排气，外腔吸气；

2)第二阶段：持续第一阶段的运动，振动膜达到最底端，内腔达到压缩极限；

3)第三阶段：线圈电流衰弱，与永磁体同性相斥，上下振动膜向外腔扩张，内腔吸气，外腔排气；

4)第四阶段：持续第三阶段的运动，振动膜达到顶端，内腔达到扩张极限。

形成的合成射流进入下方文丘里管，通过渐缩管进入文丘里管喉道，高速流动的气流在周围产生真空带，将吸附腔里的空气吸进环形出口；合成射流与吸附腔中的空气一起进入固定导流管和环形出口并在固定导流管处形成湍流。

从文丘里管固定导流管出来的湍流通过翅片中心孔打在LED灯基板上；而从文丘里管环形出口出来的气体吹向翅片，给翅片降温。

翅片贴附在LED灯基板上给LED基板进行散热。

周而复始，薄膜往复运动，最终导致底部槽口形成合成射流喷口群。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。