[發(fā)明專利]蒸汽壓縮式制冷/熱電轉(zhuǎn)換組合型LED照明裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310174060.0
• 申請(qǐng)日: 2013-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN104154482A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興娟;張聰;楊春信
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F21S9/02
• 分類號(hào): F21S9/02;F21V29/00;H02N11/00;F21Y101/02
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種蒸汽壓縮式制冷/熱電轉(zhuǎn)換組合型LED照明裝置。

背景技術(shù)

LED光源是一種冷光源，目前芯片的發(fā)光效率僅能達(dá)到10%—20%，其80%—90%的能量轉(zhuǎn)化為熱能。隨著LED高度集成化，造成芯片內(nèi)部熱量聚集、芯片結(jié)溫升高，導(dǎo)致發(fā)光波長(zhǎng)漂移、出光效率下降、熒光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問題，發(fā)展高效節(jié)能LED照明裝置是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

在自然對(duì)流下，為保證LED能夠安全工作，其功率不能超過(guò)1W；對(duì)于高密度高功率LED，應(yīng)考慮采用空氣強(qiáng)迫對(duì)流、液冷、熱電制冷、回路熱管等主動(dòng)散熱方案。臺(tái)灣國(guó)立大學(xué)的B.J.Huang等針對(duì)大功率LED設(shè)備在高溫環(huán)境下的適用瓶頸，于2009年設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于高功率LED散熱的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。西安交通大學(xué)的胡紅利等于2008年提出了一種可實(shí)現(xiàn)熱量回收的LED照明裝置，該裝置通過(guò)熱管技術(shù)對(duì)LED散熱，并使用熱電轉(zhuǎn)換器件實(shí)現(xiàn)LED余熱的回收。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種高效節(jié)能LED照明裝置，將蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)和熱電轉(zhuǎn)換裝置有機(jī)結(jié)合，解決高功率LED設(shè)備散熱需求的同時(shí)，又回收了LED芯片以及制冷系統(tǒng)排出的熱量，使其變?yōu)殡娔茉倮谩?/p>

本發(fā)明提出了一種蒸汽壓縮式制冷/熱電轉(zhuǎn)換組合型LED照明裝置，包括LED平面光源、蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)、熱量回收裝置；LED平面光源包括LED芯片及其電路層、密封層和絕緣層，通過(guò)焊接(或硅脂)封裝在盒形內(nèi)基板下表面；蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、節(jié)流閥，蒸發(fā)器與內(nèi)基板上表面緊貼，吸收內(nèi)基板的熱量，從而為L(zhǎng)ED芯片冷卻；熱量回收裝置包括熱電轉(zhuǎn)換器、散熱翅片以及電能儲(chǔ)存單元，片式熱電轉(zhuǎn)換器的熱端與內(nèi)基板外側(cè)面及管帶式冷凝器緊貼，冷端分別與裝有翅片的外基板和管帶式冷凝器的翅片緊貼，各熱電轉(zhuǎn)換器的冷、熱端通過(guò)并聯(lián)后由輸出導(dǎo)線連接電能儲(chǔ)存單元，該電能儲(chǔ)存單元將電能分配給LED光源。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

第一，蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)COP較高，較之傳統(tǒng)的空氣強(qiáng)迫對(duì)流、液冷、熱電制冷、回路熱管等主動(dòng)散熱方案具有更高效的散熱效果，突破大功率LED光源的散熱瓶頸，更好地解決由于高溫造成的LED光源發(fā)光波長(zhǎng)漂移、出光效率下降、熒光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問題。第二，本發(fā)明不僅利用半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換器回收了LED光源產(chǎn)生的余熱，而且回收了冷凝器釋放的熱量，提高了制冷系統(tǒng)的功效，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的技術(shù)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的蒸汽壓縮式制冷/熱電轉(zhuǎn)換組合型LED照明裝置的整體結(jié)構(gòu)正視圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖1到圖2中：1、LED平面光源；2、電能儲(chǔ)存單元；3、輸出導(dǎo)線；4、盒形內(nèi)基板；5、11、片式熱電轉(zhuǎn)換器；6、外基板；7、12、散熱翅片；8、蒸發(fā)器；9、壓縮機(jī)；10、管帶式冷凝器；13、節(jié)流閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式具體說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的蒸汽壓縮式制冷/熱電轉(zhuǎn)換組合型LED照明裝置包括LED平面光源、蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)、熱量回收裝置三部分。LED平面光源1可以包括LED芯片及其電路層、密封層和絕緣層，封裝在內(nèi)基板4下表面。蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)包括蒸發(fā)器8、壓縮機(jī)9、管帶式冷凝器10、節(jié)流閥13，蒸發(fā)器8與內(nèi)基板4上表面緊貼。熱量回收裝置可以包括片式熱電轉(zhuǎn)換器5、11，散熱翅片7、12，以及電能儲(chǔ)存單元2，熱電轉(zhuǎn)換器5的熱端與內(nèi)基板4外側(cè)面緊貼，冷端緊貼于裝有散熱翅片7的外基板6，熱電轉(zhuǎn)換器11的熱端與管帶式冷凝器10緊貼，冷端緊貼于管帶式冷凝器10的散熱翅片12，各熱電轉(zhuǎn)換器的冷、熱端通過(guò)并聯(lián)后由輸出導(dǎo)線3連接電能儲(chǔ)存單元2，該電能儲(chǔ)存單元2將電能分配給LED光源1。

蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)是利用低沸點(diǎn)的制冷劑在蒸發(fā)器8內(nèi)汽化，實(shí)現(xiàn)定壓吸熱過(guò)程，即吸收通過(guò)內(nèi)基板4導(dǎo)出的LED芯片熱量，達(dá)到冷卻的效果。然后從蒸發(fā)器8出來(lái)的制冷劑的干飽和蒸汽被吸入壓縮機(jī)9，絕熱壓縮后成為過(guò)熱蒸汽，進(jìn)入冷凝器10，在定壓定溫下凝結(jié)成飽和液體，對(duì)外放出熱量，接著通過(guò)節(jié)流閥13，經(jīng)絕熱節(jié)流降壓降溫而變成低干度的濕蒸汽，濕蒸汽再被引進(jìn)蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)。

片式熱電轉(zhuǎn)換器,5、11是根據(jù)塞貝克效應(yīng)制成的，即把兩種半導(dǎo)體的接合端置于高溫環(huán)境，處于低溫環(huán)境的另一端就可得到電動(dòng)勢(shì)E。且這個(gè)電動(dòng)勢(shì)E的大小與結(jié)點(diǎn)間的溫差成正比。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，包括下述三個(gè)步驟：