CN103196116A - 用于大功率led的改进型重力热管散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于大功率LED的改进型重力热管散热器，包括改进型重力热管和散热翅片，其特征在于平板形的蒸发段和圆柱形的冷凝段共同构成改进型重力热管，蒸发段与LED线路基板直接相连，冷凝段与散热翅片相连；蒸发段下端内壁设有导热柱，冷凝段内壁轴向设有回流槽道，热管内抽真空并灌注导热介质，热管内壁均进行喷沙处理以强化传热。本发明利用重力参与循环对流将热量迅速传至散热翅片，具有灵活简便、成本低廉、启动速度快、散热速率可随大功率LED温度的升高而加快等有益效果。

Description

用于大功率LED的改进型重力热管散热器
技术领域
本发明涉及一种大功率散热器件的散热装置，尤其涉及大功率LED照明领域或其它有散热需要的电子元件，具体地说是一种采用改进型重力热管的散热器。
背景技术
白光LED被认为是21世纪最有价值的新光源，它具有节能、环保、低功耗、高亮度等优点，白光LED照明取代传统照明而成为人类照明的主要方式，将是大势所趋。目前大功率LED的制造向着高性能、集成化和微型化发展，其芯片的功率密度可达数百W/cm2。大功率LED的电光转换效率约为20％，大约80％的电能转换为热量散发，因此其芯片处的热流密度极高。而LED的结温升高会导致发光效率下降、寿命缩短、发光光谱产生漂移，严重的还会烧毁芯片，所以散热是大功率LED照明中需要重点解决的问题之一。
针对现有技术的检索发现，专利申请号200810217336.8，发明名称为一种用于LED灯具的真空液体散热装置。该技术基于平板重力热管的原理，采用一个抽真空并充导热液的长方体形空腔进行散热。这种热管在面积比较大时启动性能不佳，而且中心温度散热不良，当LED功率很大时，器件的整体导热散热能力非常差。
专利申请号201010216542.4，发明名称为用于冷却LED的重力型平板热管散热器。该技术采用两个重力型平板热管套嵌组合，中心热管侧重启动特性，外层热管侧重稳定运行特性，使得整个散热装置趋于复杂，提高了加工的成本。
专利申请号201010256523.4，发明名称为一种热管散热器及用其作散热器件的大功率LED灯具。该技术的蒸发端采用一个中空的方形密封盒，盒体侧壁开孔并与多根丝网类热管相连以提高散热效果。由于丝网类热管的最大散热能力都不大，所以并不适用于功率比较大的场合使用。
专利申请号201010543821.1，发明名称为一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管。该技术采用一个柱状重力热管，内壁进行刻槽以增强液体的流动性，冷凝段进行超疏水处理以实现高换热系数，但是不利于需要较大散热面积的场合使用。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述不足之处，提供一种结构简单、实用、高效的基于重力型热管的大功率LED照明领域或其它有散热需要的电子元件的散热装置。
为达到上述目的，本发明提供一种改进的重力热管散热器，其包括改进型重力热管和散热翅片。所述的改进型重力热管由平板空腔的蒸发段和空心圆柱形的冷凝段组合而成；所述蒸发段与大功率LED线路基板直接相连；所述散热翅片固定于热管的冷凝段；所述平板空腔内灌注流体导热介质；所述导热介质被大功率LED传热蒸发为气体，气体上升至冷凝段冷凝为液体，液态的导热介质由重力作用回流至蒸发段，完成热循环，热量通过翅片散发到外部环境中。
其中，所述改进型重力热管为空心结构，材质为紫铜、铝或铝合金，厚度2.0～5.0mm，蒸发段与冷凝段通过内部空腔相连接。
其中，所述改进型重力热管冷凝段外壁有与其垂直或平行的散热翅片，该翅片为冲压制成。
其中，所述改进型重力热管内表面经喷沙处理，所述冷凝段侧面的内表面刻有与其平行的槽道。
其中，所述改进型重力热管蒸发段底部内表面进行强化传热处理，利用电火花线切割技术生成多个1.0～2.0mm高的导热柱。
其中，所述改进型重力热管冷凝段顶端有密封盖和抽气充液孔，可将改进型重力热管内部达到真空状态并灌注导热介质。
其中，所述导热介质为水、醇或其它低沸点液态物质。
本发明具有以下有益效果：
1)改进型重力热管散热器的一体化加工方式，可针对大功率LED基板的尺寸和形状设计底板的大小，加工简单，价格低廉。
2)根据LED的功率数和排布方式，可以方便的调节热管长度和导热介质种类以适应具体的散热要求。
3)真空状态下的导热介质更易蒸发传热，冷凝后的液态导热介质通过重力回流至蒸发段，形成循环流动。并且随着温度的上升，该循环流动的速度会加快，可使得散热速率随大功率LED温度的改变而改变。
4)蒸发段底部的导热柱可提高导热介质的沸腾传热系数，大功率LED产生的热量能够及时传递给导热介质并将其气化。
5)冷凝段内部的槽道和喷沙处理一方面增加了导热介质与管壁的传热面积，使导热介质尽可能的与冷凝段接触提高散热性能，另一方面减小了导热介质与热管内壁的附着力，能够使液化的导热介质尽快地回流至蒸发段，避免蒸发段干涸的产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1的A-A截面示意图。
图3本发明实施例2的结构示意图。
图4是图2的B-B截面示意图。
图5本发明实施例3的结构示意图。
图中，1.蒸发段；2.冷凝段；3.散热翅片；4.导热介质；5.导热柱；6.槽道；7.密封盖；8.抽气充液孔；9.密闭真空腔；10.LED线路基板；11.LED光源；12.导热胶；13.固定螺钉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行说明。
图1为本发明用于大功率LED的改进型重力热管散热器的实施例1的结构示意图，本实施例包括：蒸发段1、冷凝段2、散热翅片3，其中：蒸发段1和冷凝段2组成改进型重力热管，即密闭真空腔9，在密闭真空腔9中充入导热介质4，蒸发段1下表面与LED线路基板10固定连接，若干散热翅片3与冷凝段2外部相连接。
所述的冷凝段和蒸发段为空心结构，材质为紫铜、铝或铝合金，厚度2.0～5.0mm，二者通过内部空腔相连接。
所述的改进型重力热管内表面经喷沙处理。
所述的冷凝段2为空心圆筒结构，外围有散热翅片3，冷凝段2侧面内表面设有宽0.5～3.0mm，深0.5～2.0mm的槽道，冷凝段2其上端的密封盖7留有抽气充液孔8，可将改进型重力热管内部达到真空状态并灌注导热介质4，下端与蒸发段相连。
所述导热柱5在蒸发段1底部内表面，利用电火花线切割技术生成，通过改变极间电压、峰值电流、电脉冲间隔、电脉冲宽度等参数可生成不同高度和截面积的导热柱。
所述导热介质4由抽气充液孔8充入密闭真空腔9中，其未工作时的液态体积占蒸发段体积的1/3～1/2，导热介质4为水、醇或其它低沸点液态物质。
所述LED线路基板10为金属芯印刷电路板、金属基绝缘板或陶瓷基板等材料构成，一面装有LED光源11，另一面用4个固定螺钉13与热管底面固定安装，在热管与LED线路基板10之间，填充导热胶12。
结合图1，介绍具体的工作原理：当大功率LED光源11工作时，产生的热量大部分经线路基板传至蒸发段1直接被导热介质4吸收，部分导热介质4气化并向上流动到达冷凝段2，气态导热介质4冷凝变成液态，放出大量热量，这些热量经由冷凝段2外表面和散热翅片3散发到外部环境中。同时冷凝后的导热介质4在重力作用下，迅速沿冷凝段内壁槽道6流回蒸发段1，完成热循环。为提高传热效果，在蒸发段1下端内壁设有导热柱5，并且热管内壁进行喷沙处理，可有效加大传热面积，减小热阻。其中可以将LED光源11换成其它有散热需求的电子元件，例如CPU。
图2给出了图1的A-A截面视图，从图中可以看到导热柱5分布在蒸发段1底部内表面，LED线路基板10和热管连接的4颗固定螺钉13分布在基板四边的中央位置。
进一步的，如图3所示，在另一个实施例中，散热翅片3亦可竖直放置，这样可有效提高散热时的热对流系数，增大散热效果。
图4给出了图3的B-B截面视图，从图中可见实施例2中在冷凝段外表面均匀分布18个三角形散热翅片3，需要说明的是，散热翅片3的截面形状和数量均可根据实际情况加以改变，本实施例的工作原理与前实施例类似，不再赘述。
图5给出了本发明实施例3的结构示意图，该实施例适合更多的LED光源11和面积更大的LED线路基板10，其中冷凝段2分成两根，能够更有效的进行热量的对流传递，如果需要冷凝段2的数量亦可进一步增加，本实施例的工作原理与前实施例类似，不再赘述。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于大功率LED的改进型重力热管散热器，包括改进型重力热管和散热翅片，其特征在于：
所述的改进型重力热管由平板空腔的蒸发段(1)和空心圆柱形的冷凝段(2)组合而成；所述蒸发段(1)与大功率LED线路基板(10)直接相连；所述散热翅片(3)固定于热管的冷凝段(2)；所述平板空腔内灌注流体导热介质(4)；所述导热介质(4)被大功率LED光源(11)传热蒸发为气体，气体上升至冷凝段(2)冷凝为液体，液态的导热介质(4)由重力作用回流至蒸发段(1)，完成热循环，热量通过散热翅片(3)散发到外部环境中。
2.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的改进型重力热管为空心结构，材质为紫铜、铝或铝合金，厚度2.0～5.0mm，蒸发段(1)和冷凝段(2)通过内部空腔连接。
3.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的冷凝段(2)外壁有与其垂直或平行的散热翅片(3)，该翅片为冲压制成。
4.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的导热柱(5)位于蒸发段(1)底部内表面，利用电火花线切割技术生成，其目的是进行强化传热，高度为1.0～2.0mm。
5.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的改进型重力热管内壁经喷沙处理强化传热，冷凝段(2)侧面的内表面刻有与其平行的槽道。
6.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的冷凝段(2)顶端设有密封盖(7)和抽气充液孔(8)，所述抽气充液孔(8)是抽取改进型重力热管内部的空气使其达到真空状态，并灌注导热介质(4)。
7.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的导热介质(4)为水、醇或其它低沸点液态物质。
8.如权利要求1所述的用于大功率LED的改进型重力热管散热器，其特征在于：所述的冷凝段(2)可以为1根，亦可为多根。
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