CN103307579B - 提高led照明光源散热效率的方法及一体化散热器 - Google Patents
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Abstract
一种提高LED照明光源散热效率的方法及一体化散热器，所述的方法是将LED芯片基板安装于一热管散热器的基板凹槽内，使LED光源产生的热量通过热传导至散热器中的圆柱形直热管蒸发端，使该热管中的工作介质吸热产生液-汽相变，产生的蒸汽在热管内压差的作用下扩散至整个热管管身从而通过热管壁以及管壁上的散热肋片与周围环境进行热交换，蒸汽冷凝成小液滴后附着在管壁吸液芯内，在吸液芯内部压差的作用下回流至热管蒸发端，实现循环散热。所述的散热器由热管散热器基板（1），圆柱形直热管（2），散热肋片（3），热管端盖（4），丝网吸液芯（5），橡胶垫片（6）组成。本发明结构简单，散热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热技术，尤其是一种LED照明光源的散热技术，具体地说是一种利用热管散热原理对LED照明光源进行散热的基于热管技术的提高LED照明光源散热效率的方法及一体化散热器。
背景技术
目前，随着LED照明光源的高速发展与广泛应用，逐渐出现了多颗LED芯片集成的大功率LED照明光源阵列，传统的肋片散热器已经无法满足大功率LED照明光源对散热性能的要求，LED照明光源的散热问题成为制肘LED照明光源实际寿命的关键问题，要想完全发挥LED照明光源的节能、环保、寿命长等优点，急需有效的解决散热问题。
热管是一种高效的传热元件，广泛应用于航空航天、电子产品等领域，可将大量热量通过管内工作介质的相变传热作用进行高效的传导，实际导热系数大大超过了大部分的金属，具有“超导体”的美誉，其最大的优点是无需外加动力便可实现循环散热。典型的热管是一种管状装置，无法直接与LED照明光源直接结合使用，因此本发明设计了一种带有圆形基板与散热肋片的圆柱形LED照明光源散热器，可以方便的与LED照明光源结合使用。为了使上述散热器缩短制造流程及减少制造成本，本发明对上述热管散热器实现一体化设计及制造，具有散热效率高、制造维护方便、结构简单、方便安装的特点。
发明内容
本发明的目的是针对LED照明光源散热性能差、寿命低等缺点，发明一种基于热管技术的提高LED照明光源散热效率的方法，同时提供一种便于制造安装的一体化散热器。
本发明的技术方案之一是：
一种基于热管技术的提高LED照明光源散热效率的方法，其特征是将LED芯片基板安装于一一体化热管散热器的基板凹槽内，使LED光源产生的热量通过热传导至一体化散热器中的圆柱形直热管蒸发端，使该热管中的工作介质吸热产生液-汽相变，产生的蒸汽在热管内压差的作用下扩散至整个热管管身从而通过热管壁以及管壁上的散热肋片与周围环境进行热交换，蒸汽冷凝成小液滴后附着在圆柱形直热管的管壁吸液芯内，并沿吸液芯回流至圆柱形直热管的蒸发端再次吸热后蒸发-冷凝，不断地将LED芯片基板产生的热量向周围空间散发，实现循环散热。
本发明的技术方案之二是：
一种基于热管技术的LED照明光源一体化散热器，其特征它包括：
一热管散热器基板1，该热管散热器基板1底面上开有用于安装LED芯片基板的凹槽；
一圆柱形直热管2，该圆柱形直热管2为空心热管，与前述的热管散热器基板1采用一体化制造，上端与热管端盖4采用螺纹连接，连接处配有橡胶垫片6；
一组散热肋片3，该散热肋片3呈圆环分布在圆柱型直热管2外管壁上，它的一边与圆柱型直热管2整体相连，其相邻的另一边与热管散热器基板1整体相连，各散热肋片间角度保持一致；
一热管端盖4，该热管端盖4安装在圆柱形直热管2的上端并采用螺纹与圆柱形直热管2连接，连接处配有橡胶垫片6，连接时应达到密封状态，内部具有抽真空用通道；
一丝网吸液芯5，该丝网吸液芯5安装在圆柱形直热管2内部，与内管壁接触，通过热管端盖4与圆柱形直热管2的底部定位在圆柱形直热管中。
所述的热管散热器基板1的高度在8mm到16mm之间，直径在55mm到85mm之间，内部凹槽深度在3mm到6mm之间，直径在45mm到75mm之间。
所述的圆柱形直热管2为圆柱形直热管，内壁光滑，壁厚在2mm到3mm之间，内径在8mm到20mm之间，高度在60mm到120mm之间。
所述的热管端盖4采用铝质材料制造，由端盖部分和管状端部组成，端盖部分高度在2mm到4mm之间，直径在10mm到23mm之间，与圆柱形直热管2相连的螺纹设置在端盖部分上，螺纹高度在5mm到8mm之间，外径在8mm到20mm之间，壁厚在3mm到4mm之间；管状端部设有与圆柱形直热管2内腔相通的抽真空用通孔，其壁厚在1mm到2mm之间，通孔直径为2mm。
所述的散热肋片3整体结构为长方形肋片，均匀分布在圆柱形直热管2外壁，总体呈圆周状，肋片间角度一致，垂直于热管散热器基板1，高度在60mm到120mm之间，厚度在1mm到2mm之间。
所述的丝网吸液芯5材质为铝丝网或者铜丝网，目数在80目到200目之间，由丝网卷成圆柱状，高度在52mm到115mm之间，层数在2层到4层之间。
所述的圆柱形直热管2内部真空度在0.12×105Pa到标准大气压之间，其内部填充的工作介质为丙酮、水、乙醇或三者的混合物，工作介质体积占圆柱形直热管2内部体积的1/5到1/3。
本发明的有益效果：
1.能有效的提高大功率LED照明光源的散热性能，增加其实际工作寿命，对大功率LED照明光源的推广应用具有重要意义。
2.散热器一体化设计，减少了不同部件之间的接触热阻，进一步提高散热性能。
3.散热器一体化制造，结构简单，减少了制造成本，提高了工作可靠性。
4.热管端盖采用螺纹与橡胶圈结合的方式连接，前期工作介质填充方便，后期安装维护方便。
5.散热器基板的凹槽可以根据具体使用的LED照明光源尺寸进行加工，适应匹配能力强，大大降低了研发成本，增加生产效益。
6.热管管内采用金属丝网吸液芯，取材方便，经济适用，使散热器工作条件不受重力影响，环境适应性强。
7.利用本发明的一体化热管散热器，可以进一步与压电风扇、水冷系统等散热技术结合，为进一步提高散热性打下坚实基础。
8、本发明通过大量试验，获得了一体化散热器的相关尺寸的最佳配合，取得了理想的散热效果。
附图说明
图1是本发明的LED照明光源一体化散热器的立体结构示意图。
图2是图1的半剖视图。
图3是本发明的热管端盖的结构示意图
图4是本发明的工作原理图。
图中：1.热管散热器基板，2.圆柱形直热管，3.散热肋片，4.热管端盖，5.丝网吸液芯，6.橡胶垫片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种基于热管技术的提高LED照明光源散热效率的方法，其关键将LED芯片基板安装于一水平放置的一体化热管散热器的基板凹槽内，使LED光源产生的热量通过热传导至与热管散热器基板垂直的圆柱形直热管2蒸发端，使该圆柱形直热管2中的工作介质吸热产生液-汽相变，产生的蒸汽在热管内压差的作用下扩散至整个圆柱形直热管的管身，从而通过管壁以及管壁上的散热肋片3与周围环境进行热交换，蒸汽冷凝成小液滴后附着在管壁吸液芯5内，在吸液芯5内部压差的作用下回流至热管蒸发端（下端），实现循环散热。如图4所示，所述的一体化热管散热器包括热管散热器基板1，圆柱形直热管2，，热管端盖4，丝网吸液芯5，橡胶垫片6。热管散热器基板1，圆柱形直热管2和散热肋片3采用一体化设计制造；圆柱形直热管2和采用螺纹与橡胶垫片结合的方式连接，保证密封性；散热肋片3每个肋片间的角度一致，高度与圆柱形直热管2一致，整体与热管散热器基板1垂直；热管端盖4上端针状通道为抽真空用；丝网吸液芯5采用金属丝网卷制而成，贴合在圆柱形直热管2内壁，通过热管端盖4底端面和圆柱形直热管2底面固定；热管散热器整体外形结构为圆柱状。
实施例二。
如图1-4所示。
一种基于热管技术的LED照明光源一体化散热器，它主要由以下部件组成：
一热管散热器基板1，该热管散热器基板以圆柱体为最佳，底部有一凹槽，凹槽形状以圆形为最佳，也可根据LED照明光源具体尺寸进行设计，整体采用导热性能好的压铸铝材料制造，图1中的热管散热器基板的总体形状为圆柱体，最佳高度为12mm，最佳直径为85mm，底部凹槽深度最好为6mm，直径为75mm，具体尺寸配合所使用的LED照明光源；热管散热器基板1与LED照明光源相接触的凹槽底面最好配有相应尺寸的导热胶片或导热胶，从而减少接触热阻以提高热传导效率。
一圆柱形直热管2，该圆柱形直热管2与热管散热器基板1采用一体化制造，外壁与散热肋片3一体化连接，具有很小的接触热阻，上端与热管端盖4采用螺纹与橡胶垫片结合的方式连接，具有良好的密封性，便于安装与填充工作介质；该圆柱形直热管2高度为108mm，内径为16mm，壁厚为2mm，内壁附有丝网吸液芯5。
一组散热肋片3，该散热片3与热管散热器基板1、圆柱形直热管2采用一体化制造，接触热阻十分小，肋片间角度一直，散热性能高。如图1所示，该散热肋片3数量为18个，肋片间角度为20°，高度为108mm，厚度为2mm宽度为32.5mm。
一热管端盖4，该热管端盖4采用导热性好的压铸铝材料制造，下端与圆柱形直热管采用螺纹连接，顶住丝网吸液芯5，上端有一针状通道，用于抽取真空，完成抽真空过程后，压断针管达到密封状态。如图3所示，端盖上针管长度10mm，通道直径为2mm，壁厚为1mm，端盖中间部分高度为3mm，直径为20mm（与圆柱形直热管2外径一致），螺纹出高度为8mm，外径为16mm（与圆柱形直热管2内径一致），壁厚为3mm。
一丝网吸液芯5，该丝网吸液芯5通过铜丝网或者铝丝网卷成圆柱状制作，贴合在热管散热器2内壁，通过热管端盖4底端与圆柱形直热管2底端固定，目数与层数通过相关计算得出；如图2所示，丝网吸液芯5层数为3层，目数为80目，高度为100mm。
本发明的工作过程如下：
图4所示，热管散热器基板1的底端凹槽装有LED照明光源，通过导热胶片或导热胶紧密接触，当LED照明光源工作时，通过热管散热器基板1将产生的热量传导至圆柱形直热管2的蒸发端，从而传递给管内的工作介质（水、丙酮、乙醇或三者混合物）导致液-汽相变，产生的蒸汽在管内压差的作用下扩散至热管管身，通过管壁也散热肋片3之间的热交换，蒸汽重新冷凝成小液珠，在管内丝网吸液芯5的毛细力作用下回流至蒸发端，实现与周围环境的热交换与循环散热。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (2)
1.一种基于热管技术的LED照明光源一体化散热器，其特征它包括：
一热管散热器基板（1），该热管散热器基板（1）底面上开有用于安装LED芯片基板的凹槽；
一圆柱形直热管（2），该圆柱形直热管（2）为空心热管，与前述的热管散热器基板（1）采用一体化制造，上端与热管端盖（4）采用螺纹连接，连接处配有橡胶垫片（6）；
一组散热肋片（3），该散热肋片（3）呈圆环分布在圆柱形直热管（2）外管壁上，它的一边与圆柱形直热管（2）整体相连，其相邻的另一边与热管散热器基板（1）整体相连，各散热肋片间角度保持一致；
一热管端盖（4），该热管端盖（4）安装在圆柱形直热管（2）的上端并采用螺纹与圆柱形直热管（2）连接，连接处配有橡胶垫片（6），连接时应达到密封状态，内部具有抽真空用通道；
一丝网吸液芯（5），该丝网吸液芯（5）安装在圆柱形直热管（2）内部，与内管壁接触，通过热管端盖（4）于圆柱形直热管（2）的底部定位在圆柱形直热管（2）中；
LED芯片基板安装于一一体化热管散热器的基板凹槽内，使LED光源产生的热量通过热传导至一体化散热器中的圆柱形直热管蒸发端，使该热管中的工作介质吸热产生液-汽相变，产生的蒸汽在热管内压差的作用下扩散至整个热管管身从而通过热管壁以及管壁上的散热肋片与周围环境进行热交换，蒸汽冷凝成小液滴后附着在圆柱形直热管的管壁吸液芯内，并沿吸液芯回流至圆柱形直热管的蒸发端再次吸热后蒸发-冷凝，不断地将LED芯片基板产生的热量向周围空间散发，实现循环散热；
所述的热管散热器基板（1）的高度在8mm到16mm之间，直径在55mm到85mm之间，内部凹槽深度在3mm到6mm之间，直径在45mm到75mm之间；
所述的圆柱形直热管（2）的内壁光滑，壁厚在2mm到3mm之间，内径在8mm到20mm之间，高度在60mm到120mm之间；
所述的热管端盖（4）采用铝质材料制造，由端盖部分和管状端部组成，端盖部分高度在2mm到4mm之间，直径在10mm到23mm之间，与圆柱形直热管（2）相连的螺纹设置在端盖部分上，螺纹高度在5mm到8mm之间，外径在8mm到20mm之间，壁厚在3mm到4mm之间；管状端部设有与圆柱形直热管（2）内腔相通的抽真空用通孔，其壁厚在1mm到2mm之间，通孔直径为2mm；
所述的散热肋片（3）整体结构为长方形肋片，均匀分布在圆柱形直热管（2）外壁，总体呈圆周状，肋片间角度一致，垂直于热管散热器基板（1），高度在60mm到120mm之间，厚度在1mm到2mm之间；
所述的丝网吸液芯（5）材质为铝丝网或者铜丝网，目数在80目到200目之间，由丝网卷成圆柱状，高度在52mm到115mm之间，层数在2层到4层之间。
2.根据权利要求1所述的基于热管技术的LED照明光源一体化散热器，其特征是所述的圆柱形直热管（2）内部真空度在0.12×105Pa到标准大气压之间，其内部填充的工作介质为丙酮、水、乙醇或三者的混合物，工作介质体积占圆柱形直热管（2）内部体积的1/5到1/3。
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