CN104913282A - 全向通风led散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED散热技术领域，公开了一种全向通风LED散热器，其包括散热器壳体，所述散热器壳体的底面下部设有LED灯安装面，位于所述LED灯安装面两侧的所述散热器壳体的底面上部分别设有由多个间隔设置的散热肋筋组成的散热片，所述散热肋筋呈外凸的弧形，所述散热肋筋与其相连的散热器壳体之间为中空结构，形成第一通风道，相邻所述散热肋筋之间设有与所述散热器壳体连通的第二通风道，所述散热器壳体的两个侧面也分别设有所述散热片。本发明结构设计新颖，能够实现全向通风，具有散热效率高，低热阻、低风阻、低眩光和低成本的优点。

Description

全向通风LED散热器

技术领域

本发明涉及LED散热技术领域，特别是涉及一种全向通风LED散热器。

背景技术

当前大功率LED散热器大多采用铝挤压或铝压铸成型，制造过程需要先将铝烧热至软化或融化，然后再成型，经机械加工、表面处理最终成型，能耗高、工艺复杂、有污染物排放，不环保，制造工艺复杂，生产效率低，成本偏高。

受成型工艺限制，当前大功率LED散热器只能制作水平单向或垂直单向通风的散热结构，散热效率低，散热器重量大，成本高。

同样受成型工艺限制，当前大功率LED散热器迎风截面积较大，风阻较大，散热效率较差，结构安全性较差。

挤压型材和压铸用铝合金导热率偏低(一般小于170W/m.K)，散热器底板和鳍片需设计较厚，造成散热器重量偏高，成本偏高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有低热阻、低风阻、高散热效率、低眩光和低成本的全向通风LED散热器。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全向通风LED散热器，其包括散热器壳体，所述散热器壳体的底面下部设有LED灯安装面，位于所述LED灯安装面两侧的所述散热器壳体的底面上部分别设有由多个间隔设置的散热肋筋组成的散热片，所述散热肋筋呈外凸的弧形，所述散热肋筋与其相连的散热器壳体之间为中空结构，形成第一 通风道，相邻所述散热肋筋之间设有与所述散热器壳体连通的第二通风道，所述散热器壳体的两个侧面也分别设有所述散热片。

其中，所述散热器壳体内还可以设有辅助散热器，所述辅助散热器包括散热主体和分别设于所述散热主体两侧的所述散热片。

进一步地，所述散热主体呈板状，所述散热主体与所述散热器壳体的底面之间设有柔性石墨层。

进一步地，位于所述散热主体两侧的所述散热片与位于所述LED灯安装面两侧的所述散热片间隔相对设置。

其中，所述散热器壳体呈方形。

其中，所述散热器壳体的两侧面与所述散热器壳体的底面圆弧过渡连接，且两者之间的夹角呈锐角。

其中，位于所述LED灯安装面两侧的所述散热器壳体底面与所述LED灯安装面所在的竖直面之间的夹角为75度。

优选地，所述散热器壳体由纯铝板制成。

其中，所述散热器壳体的表面经过喷砂处理后再采用喷塑处理。

优选地，所述散热肋筋的宽度为3-5mm。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种全向通风LED散热器，采用在LED灯安装面两侧的散热器壳体的底面上部分别设有由多个间隔设置的散热肋筋组成的散热片，所述散热肋筋呈外凸的弧形，所述散热肋筋与其相连的散热器壳体之间为中空结构，形成第一通风道，便于前后通风，相邻所述散热肋筋之间设有与所述散热器壳体连通的第二通风道，便于上下和左右通风，所述散热器壳体的两个侧面也分别设有所述散热片；充分利用了散热器壳体的全部表面积，实现全方位通风，可有效提高散热效率，降低散热片产生的阻力。

附图说明

图1为本发明一种全向通风LED散热器的立体结构示意图；

图2为本发明实施例1的全向通风LED散热器的结构示意图；

图3为本发明实施例2的全向通风LED散热器的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明实施例3的全向通风LED散热器的结构示意图；

图6为本发明计算公式中C与L的取值计算表。

图中：1：散热器壳体；2：散热片；21：肋筋；3：辅助散热器；4：柔性石墨层；5：LED灯安装面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，为本发明提供的一种全向通风LED散热器，其包括中空的散热器壳体1，所述散热器壳体1的底面下部设有LED灯安装面5，位于所述LED灯安装面5两侧的所述散热器壳体1的底面上部分别设有由多个间隔设置的散热肋筋21组成的散热片2，所述散热肋筋21呈外凸的弧形，类似于仿水滴的曲面形状，水滴是已知的风阻最小的几何形状，散热器壳体1迎风面的仿水滴曲面形状，背风面的仿水滴收尾弧度，有利于降低风阻；所述散热肋筋21与其 相连的散热器壳体1之间为中空结构，形成第一通风道，用于散热器壳体1的前后向通风，相邻所述散热肋筋21之间设有与所述散热器壳体1连通的第二通风道，用于散热器壳体1的上下方向和左右方向通风，为了增大通风面积，所述散热器壳体1的两个侧面也分别设有所述散热片2。

所述散热器壳体1的全向通风的设计依据为：散热过程最终是热量传到空气中，由空气流动(对流)将热量带走，散热片2的辐射传热所占的分量非常低，因而可以不予考虑。空气流动带走的热量(即散热量)Q：

Q＝Cp·M·(T2‐T1)   (1)

Cp——空气的比热，为定值；M——空气流量；(T2‐T1)——散热片2出口处空气温度T2与进口处空气温度T1的温差，出口处空气温度T2最高不超过散热片2的壁面温度Tw。

自然对流传热过程中，驱动空气流动的动力是：空气受热温度升高，比重下降而产生的浮力F：

F＝∫V g(ρo‐ρa)dv＝∫V gρo(1‐TaTo)dv   (2) 

g——重力加速度；ρ——空气密度；V——散热器壳体1的体积；To——环境大气温度；Ta——散热器壳体1内的空气温度。

空气流经散热片2，散热片2产生的阻力f：

f＝1/2∫Sα·g·ρ·u²·ds   (3)

S——空气流经的表面积，即散热片2的散热面积；α——流动阻力系数，与散热片2的结构，空气流动形式密切相关；u——空气在散热片2内的流动速度，流速u越高空气流量M也就越大。

从公式(1)可以分析得出，提高散热量的方向是提高空气流量M和提高出口处的空气温度T2。

要提高T2，在忽略空气密度变化和空气流动速度变化时，需要尽量的延长空气加热路径，而T2的最大可能温度为接近出口处 散热器壁面温度Tw，而Tw限制于散热器材料导热率以及出口壁面到热源的散热器截面积及距离。因此在考虑材料导热率和散热器壳体1结构、外观的基础上，加热距离既散热器壳体1高度存在理想优化值，根据计算及实验测试，散热器壳体1材料导热率优选230W/m.K，厚度在3mm，散热器壳体1宽度为310mm时，最佳高度在85mm左右。

从公式(2)、(3)可以分析得出，要提高空气流量M，就要增加空气浮力和减少空气阻力。

散热器壳体1在空气流动方向上(自下而上)存在多层加热，就存在多个浮力驱动，会产生上层拉、下层托的浮力路径，可有效降低空气阻力，提高空气浮力。全向通风的低风阻散热肋筋21设计，可有效降低散热片2产生的阻力。

散热片2的散热量Q还应满足以下公式：

Q＝∫S h(Tw—Ta)ds   (4)

h——对流传热系数；(Tw—Ta)——散热片2壁面温度Tw与空气温度Ta的差值。

空气中自然对流传热系数h计算公式：

h＝2.51C((Tw—Ta)/L)0.25   (5)

C与L的取值计算可以参考C与L的取值计算表，如图6所示。

由所示公式和表格可以得出，空气流动阻力越小，C值越大，h越大；空气流过的物体体积越小，既L越小，h越大。

图1‐图5所示散热肋筋21截面接近圆柱，则C值一定，L等于直径，理论上讲直径越小散热能力越好，但肋筋21直径受散热器材料导热率限制，当小于一定数值时，远离热源的散热器壁面温度会快速降低，则散热器的散热效率也会降低，因此肋筋21直径存在理论最佳值。根据计算及实验测试，散热器壳体1材料导热率为230W/m.K，厚度在3mm时，散热肋筋21宽度不能低于3mm。

根据风向设置，所述散热器壳体1的两侧面与所述散热器壳体1的底面圆弧过渡连接，且两者之间的夹角呈锐角，以便于所述散热器壳体1的两侧面的散热片2设置，实现全向通风。

优选地，所述散热器壳体1由导热率230W/m.K的纯铝板经过剪切、冲压制成，无需加热，能耗低，无污染物排放，节能环保，且散热效率高、散热器壳体1重量轻，成本低。

其中，所述散热器壳体1的表面经过喷砂处理后再采用喷塑处理，相比较于传统散热器的表面氧化处理，相同散热器、相同功率LED//相同环境条件下，LED温度可降低2-5度，且防腐能力更高。

根据公式设计，优选地，所述散热肋筋21的宽度为3-5mm。

实施例1

如图2所示，所述散热器壳体1内还可以设有辅助散热器3，实现多层全向通风散热，所述辅助散热器3包括散热主体和分别设于所述散热主体两侧的所述散热片2，有效增加了散热面积，增强空气对流散热。

进一步地，所述散热主体呈板状，所述散热主体与所述散热器壳体1的底面之间设有高导热柔性石墨层4，利用高导热柔性石墨层4的可压缩性能和纵向高导热率(约25W/m.K)，降低散热器壳体1底面层间接触热阻，利用石墨的横向超高导热特性(约1000W/m.K)快速扩散LED光源热量，提高散热器壳体1的散热能力。

进一步地，位于所述散热主体两侧的所述散热片2与位于所述LED灯安装面5两侧的所述散热片2间隔相对设置，便于加强通风。

实施例2

如图3和图4所示，根据适用场合的不同，实施例2与实施例1的区别在于所述散热器壳体1呈方形，所述散热片2可以设置在所述方形散热器壳体1的顶部和两侧，结构简单，便于制造。

实施例3

如图5所示，由于LED光源表面亮度可达105～107cd/m²，比较传统钠灯光源高2-3个数量级，因此LED路灯必须严格控制眩光才能满足道路照明的安全性和舒适性要求，而带来眩光危害的主要是光源垂直向下方向与道路方向75度夹角以上的光线，通过散热器结构适度遮蔽76-90度范围内的灯具出光，可以简化LED路灯配光设计难度，达到优良的炫光抑制效果，提高LED路灯的安全性和舒适性；由此，将所述散热器壳体1的结构设计为：位于所述LED灯安装面5两侧的所述散热器壳体1底面与所述LED灯安装面5所在的竖直面之间的夹角为75度，在控制炫光的同时保证灯具的可视光源效果，规避见光不见灯，保证路灯应用时的诱导性，保持灯具灯火辉煌的效果。

由以上实施例可以看出，本发明通过散热器壳体的结构设计，实现低热阻、低风阻、高散热效率、低眩光和低成本的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全向通风LED散热器，其特征在于，包括散热器壳体，所述散热器壳体的底面下部设有LED灯安装面，位于所述LED灯安装面两侧的所述散热器壳体的底面上部分别设有由多个间隔设置的散热肋筋组成的散热片，所述散热肋筋呈外凸的弧形，所述散热肋筋与其相连的散热器壳体之间为中空结构，形成第一通风道，相邻所述散热肋筋之间设有与所述散热器壳体连通的第二通风道，所述散热器壳体的两个侧面也分别设有所述散热片。

2.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热器壳体内还设有辅助散热器，所述辅助散热器包括散热主体和分别设于所述散热主体两侧的所述散热片。

3.如权利要求2所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热主体呈板状，所述散热主体与所述散热器壳体的底面之间设有柔性石墨层。

4.如权利要求3所述的全向通风LED散热器，其特征在于，位于所述散热主体两侧的所述散热片与位于所述LED灯安装面两侧的所述散热片间隔相对设置。

5.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热器壳体呈方形。

6.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热器壳体的两侧面与所述散热器壳体的底面圆弧过渡连接，且两者之间的夹角呈锐角。

7.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，位于所述LED灯安装面两侧的所述散热器壳体底面与所述LED灯安装面所在的竖直面之间的夹角为75度。

8.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热器壳体由纯铝板制成。

9.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热器壳体的表面经过喷砂处理后再采用喷塑处理。

10.如权利要求1所述的全向通风LED散热器，其特征在于，所述散热肋筋的宽度为3-5mm。