CN102692002A

CN102692002A - 一种高功率led的散热装置

Info

Publication number: CN102692002A
Application number: CN2012101948727A
Authority: CN
Inventors: 汪双凤; 霍杰鹏; 罗婉霞; 饶中浩; 林梓荣; 陈锦芳; 胡艳鑫; 张维
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Guangzhou Guangri Electricity Facilities Co Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Guangzhou Guangri Electricity Facilities Co Ltd
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种高功率LED的散热装置，包括高功率LED灯基座、金属盖板和金属基板，高功率LED灯基座安装在金属盖板上；金属盖板和金属基板连接一起；金属基板上设置有用于存放工质的补偿室；金属基板与金属盖板接触的一面镶嵌有毛细芯并且刻有多个冷凝部平衡槽道，金属盖板与毛细芯接触的位置上刻有多个蒸汽槽道，金属基板在冷凝部平衡槽道相应的位置上安装有翅片组；金属基板在蒸汽槽道与冷凝部平衡槽道之间以及冷凝部平衡槽道与补偿室之间均刻有槽道。本发明装置的多个冷凝部平衡槽道用于分流蒸汽，能有效增大冷却面积，增强冷凝效果，同时降低了工质流动的阻力，大大提高了散热效果。本发明装置还具有结构简单、成本低等优点。

Description

一种高功率LED的散热装置

技术领域

本发明涉及一种电子和光学元器件的散热装置，特别涉及一种高功率LED（light emitting diode，发光二极管）的散热装置。

背景技术

LED半导体照明是继白炽灯、日光灯和稀有气体灯之后的第四代电光源，因其高效率、长寿命，节能、环保的优点，已成为世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取的目标，是未来照明领域的明星行业。当LED的功率在20W以上时，被认为是高功率，解决高功率LED散热问题是LED照明的一个关键问题。为保证LED的散热效果，目前普遍采用的方法是使用一定数量的片状散热器将热量传递到空气中去，人们为了增强散热效果，通常通过增加散热翅片的面积和数量，这样使得灯具变得比较笨重，而且单一的散热翅片的热传导效率低，使LED芯片的热量不能快速传导到散热翅片上，从而导致LED芯片出现热量积聚，温度升高，影响LED的使用寿命。因此仅使用单一的散热翅片已无法满足高功率LED的散热需求。

在公告号为CN 101275734B的中国发明专利申请公开了一种大功率LED的散热装置，该散热装置包括大功率LED、蒸发器、循环管、冷凝器和储液器，蒸发器、冷凝器和储液器通过循环管依次连接，大功率LED发出的热量通过焊接材料及蒸发器的壁面传到蒸发器时，蒸发器内部的丝网毛细结构及蒸发器内部的工质同时被加热，蒸发器中的工质加热后变成蒸汽，将大功率LED产生的热量带走，工质变成蒸汽后在循环管中流动，循环管通过其外部的冷凝器将蒸汽工质冷却成液态工质，液态工质流回到蒸发器中的丝网毛细结构中。该散热装置通过循环管外面的冷凝器对工质进行冷却降温处理，该冷凝器和循环管壁直接接触，只是对接近循环管壁的工质冷却效果较好，其冷却的面积也较小，需要通过增大循环管横截面积来增大冷却面积，但是基于LED灯具尺寸不易做的过大，所以该散热装置的循环管横截面积也就不能做的过大，故该散热装置的散热效果并没有明显的得到提高；该散热装置为了防止蒸发器中的蒸汽进入储液器，需要在蒸发器和储液器之间设置蒸汽挡板，使得散热装置的结构更加复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种散热效果好，结构简单，能高效地解决高功率LED的散热问题的散热装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高功率LED的散热装置，包括高功率LED灯基座、金属盖板和金属基板，所述高功率LED灯基座安装在金属盖板上；所述金属盖板和金属基板固定连接在一起；所述金属基板上设置有用于存放工质的补偿室；所述金属基板与金属盖板接触的一面上镶嵌有毛细芯，所述毛细芯镶嵌在金属基板上的位置与高功率LED灯基座的位置相对应，所述金属盖板与毛细芯接触的位置上刻有多个蒸汽槽道；所述金属基板与金属盖板接触的一面上还刻有多个冷凝部平衡槽道，所述金属基板在冷凝部平衡槽道相应的位置上安装有翅片组；所述金属基板在蒸汽槽道与冷凝部平衡槽道之间以及冷凝部平衡槽道与补偿室之间均刻有槽道。

优选的，所述毛细芯通过高温烧结的方式镶嵌在金属基板上，所述毛细芯为铜粉末烧结而成的长方体粉体，所述毛细芯为疏松多孔状。

优选的，所述补偿室上设置有一个用于注入工质的注液口，所述工质为水、乙醇或丙酮。

优选的，所述翅片组的材质为铝，通过导热粘合剂与金属基板表面粘合。

优选的，所述高功率LED灯基座通过导热胶安装在金属盖板上。

优选的，所述金属基板和金属盖板的材质均为铜；所述金属盖板和金属基板均为平板状，它们的厚度为5～10mm；所述金属盖板和金属基板通过焊接的方式连接在一起。

优选的，所述蒸汽槽道的宽度为1～2mm，蒸汽槽道之间的间距为1～3mm；所述冷凝部平衡槽道的道数为4～5道，所述冷凝部平衡槽道的宽度为4～5mm。

优选的，所述金属盖板上设置有与所述蒸汽槽道相通的蒸汽出口，所述金属基板上设置有与所述冷凝部平衡槽道相通的冷凝部工质进口和冷凝部工质出口。

本发明散热装置的工作原理如下：

工质通过注液口注入到补偿室，补偿室中的工质在毛细芯的毛细力作用下进入毛细芯，当LED灯工作时，LED灯散发的热量进入金属盖板，毛细芯中的工质受热，工质在受热后沸腾产生蒸汽并且进入蒸汽槽道，蒸汽槽道中的蒸汽进入到冷凝部平衡槽道，冷凝部平衡槽道中的多个平衡槽道对蒸汽进行分流，降低蒸汽流动阻力，增强冷凝效果，同时通过金属基板上的翅片组将工质的热量散发到空气中去，蒸汽在冷凝部平衡槽道中冷却降温变成液态，变成液态的工质流回到补偿室，工质就在该装置中不断循环流动，高效地将热量运输到冷凝部平衡槽道。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明装置的金属基板上刻有多个冷凝部平衡槽道用于分流蒸汽，能有效增大冷却面积，增强冷凝效果，同时降低了蒸汽流动阻力，大大提高了散热效果。当LED的功率增大时，可以通过适当的增加冷凝部平衡槽道的道数来增大装置的冷却面积，加快散热速度，可见该装置具有散热效果好，适用性强的优点。

（2）本发明利用环路热管技术与均热板技术的结合，利用内部工质状态的变化实现热量的快速输送，并且该装置的工质可以重复循环使用，使得本发明的装置具有成本低、环保和节能的优点。

（3）本发明装置的金属基板、金属盖板和毛细芯均采用高导热材料铜，能够让整个装置具有很强的导热性能。

（4）本发明使用的金属盖板和金属基板为表面扁平的平板状，因此受热部位与冷却部位都能与LED灯基座及翅片组紧密接触，使得接触热阻大大降低。

（5）本发明的蒸汽槽道和补偿室是分开设置的，不需要在蒸汽槽道和补偿室之间设置蒸汽挡板，使该装置的结构变得更为简单。

附图说明

图1是本发明装置的主视图。

图2是本发明装置金属基板的俯视图。

图3是本发明蒸汽槽道示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-3所示，本发明一种高功率LED的散热装置包括高功率LED灯基座5、金属盖板1和金属基板2。高功率LED灯基5座通过高性能导热胶安装在金属盖板1上；金属盖板1和金属基板2紧密的焊接在一起；金属基板2与金属盖板1接触的一面上镶嵌有毛细芯3，毛细芯3镶嵌在金属基板2上的位置与高功率LED灯基座的位置相对应，通过高温烧结的方式使毛细芯3与金属基板2内壁紧密连接；金属盖板1与毛细芯3接触的位置上刻有多个蒸汽槽道12，在金属盖板1上设置有与所有的蒸汽槽道12均相通蒸汽出口7；金属基板2上设置有补偿11室，用于存放工质，补偿室11上还设有一个供工质进入的注液口6；金属基板2与金属盖板1接触的一面上刻有多个冷凝部平衡槽道10，在金属基板2上设置有与冷凝部平衡槽道10相通的冷凝部工质进口8和冷凝部工质出口9；金属基板2在冷凝部平衡槽道10相应的位置上通过导热粘合剂粘合有铝制的翅片组4，金属基板2在蒸汽槽道12与冷凝部平衡槽道10之间以及冷凝部平衡槽道10与补偿室11之间均刻有槽道。

蒸汽槽道12通过蒸汽出口7、蒸汽槽道12与冷凝部平衡槽道10之间的槽道以及冷凝部工质进口8与冷凝部平衡槽道10相通，蒸汽槽道中的蒸汽通过蒸汽出口、蒸汽槽道12与冷凝部平衡槽道10之间的槽道以及冷凝部工质进口8进入到冷凝部平衡槽道10中。

冷凝部平衡槽道10通过冷凝部工质出口9以及冷凝部平衡槽道10与补偿室11之间的槽道与补偿室11相通，液态工质可以通过冷凝部工质出口9以及蒸汽槽道12与冷凝部平衡槽道10之间的槽道进入到补偿室。

本实施例的金属基板1、金属盖板2和毛细芯3的材质均为高导热材料铜。本实施例选用水作为工质，也可用乙醇或丙酮等与铜能长期相容的液体替代水，工质通过补偿室上的注液口6进入到补偿室11。

其中毛细芯3为金属铜粉末烧结而成的长方体粉体，它的结构为疏松多孔状，金属盖板1上的蒸汽槽道12的宽度为1～2mm，本实施例中选定为1.5mm；蒸汽槽道12之间的间距为1～3mm，本实施例中选定为2mm；金属基板2上的冷凝部平衡槽道10的道数为4～5道，本实施例中选定为4道；冷凝部平衡槽道10的宽度为4～5mm，本实施例中选定为4.5mm。金属盖板1和金属基板2为平板状，其厚度为5～10mm，本实施例中选定为8mm。

当工质通过注液口6进入到补偿室11后，使用真空设备将金属盖板1和金属基板2之间的内腔抽成真空状态，然后封闭注液口6。补偿室11中的工质在毛细芯3的毛细力作用下进入毛细芯3，当LED灯工作时，热量进入金属盖板1，毛细芯3受热，由于整个内腔处于真空度极低的状态，工质很容易发生变化，工质在受热后沸腾产生蒸汽，蒸汽进入蒸汽槽道12，通过蒸汽出口7沿着蒸汽槽道12和冷凝部平衡槽道11之间的槽道到达冷凝部工质进口8，金属基板2上的多个冷凝部平衡槽道10对蒸汽进行分流，通过金属基板2上的翅片组4将蒸汽的热量散发到空气中去，使得蒸汽在冷凝部平衡槽道10中冷却降温变成液态，变成液态的工质通过冷凝部工质出口9沿着冷凝部平衡槽道10与补偿室11之间的槽道流回到补偿室11，工质就这样不断循环流动，高效地将热量运输到冷凝部平衡槽道10。补偿室11的作用是储存液态工质，防止毛细芯3出现烧干现象。金属基板2上的多个冷凝部平衡槽道10降低了蒸汽流动阻力，增大了冷却面积，同时增强了冷凝效果。当LED的功率增大时，可以通过适当的增加冷凝部平衡槽道的道数来增大装置的冷却面积。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，如本发明的散热装置还可以用于其他电子元器件的散热，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高功率LED的散热装置，包括高功率LED灯基座，其特征在于：还包括金属盖板和金属基板，所述高功率LED灯基座安装在金属盖板上；所述金属盖板和金属基板固定连接在一起；所述金属基板上设置有用于存放工质的补偿室；所述金属基板与金属盖板接触的一面上镶嵌有毛细芯，所述毛细芯镶嵌在金属基板上的位置与高功率LED灯基座的位置相对应，所述金属盖板与毛细芯接触的位置上刻有多个蒸汽槽道；所述金属基板与金属盖板接触的一面上刻有多个冷凝部平衡槽道，所述金属基板在冷凝部平衡槽道相应的位置上安装有翅片组；所述金属基板在蒸汽槽道与冷凝部平衡槽道之间以及冷凝部平衡槽道与补偿室之间均刻有槽道。

2.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述毛细芯通过高温烧结的方式镶嵌在金属基板上，所述毛细芯为铜粉末烧结而成的长方体粉体，所述毛细芯为疏松多孔状。

3.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述补偿室上设置有一个用于注入工质的注液口，所述工质为水、乙醇或丙酮。

4.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述翅片组的材质为铝，通过导热粘合剂与金属基板表面粘合。

5.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述高功率LED灯基座通过导热胶安装在金属盖板上。

6.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述金属基板和金属盖板的材质均为铜；所述金属盖板和金属基板均为平板状，它们的厚度为5～10mm；所述金属盖板和金属基板通过焊接的方式连接在一起。

7.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述蒸汽槽道的宽度为1～2mm，蒸汽槽道之间的间距为1～3mm；所述冷凝部平衡槽道的道数为4～5道，所述冷凝部平衡槽道的宽度为4～5mm。

8.根据权利要求1所述的高功率LED的散热装置，其特征在于：所述金属盖板上设置有与所述蒸汽槽道相通的蒸汽出口，所述金属基板上设置有与所述冷凝部平衡槽道相通的冷凝部工质进口和冷凝部工质出口。