CN105114919A - 一种采用石蜡及水冷的散热装置 - Google Patents

Abstract

一种采用石蜡及水冷的散热装置。该发明属于一种与电子器件、特别是与间歇性大功率LED灯配套用冷却散热装置，该散热装置包括：设有泡沫金属和石蜡的散热栅条、冷却水流道及阀杆座孔的主吸热腔，带冷却水进水孔和进水流道及冷却水出孔、冷却水回流孔、温度传感器的盖板，含循环水泵、水腔及锥阀的储水腔体。该发明由于在利用石蜡散热的基础上增加了能够根据LED芯片所需的散热量，自动启动和调节循环水泵的转速、进而控制冷却水的流量及其散热量的冷却水系统。从而具有可自动调节散热的强度及散热量的大小，同时在确保大功率LED灯正常工作、有效延长使用寿命的情况下，降低用于散热的能耗等特点。

Description

一种采用石蜡及水冷的散热装置

技术领域：

本发明属于一种与电子器件配套用冷却散热装置，特别是一种与间歇性大功率LED配套用冷却散热装置。

背景技术：

目前，LED照明产品正在逐渐取代传统的照明灯具成为主流照明产品。与传统光源相比，此类LED从总体上来说虽属节能灯具，但其输入电能的30％‐40％才转换为光能、用于照明，而60％‐70％的电能则以不同方式式全部转换为对自身有害的热能；目前，部分LED产品的功率已高达几百瓦、甚至上千瓦，此类LED产品的散热问题就尤为重要。

一般来说LED的散热是其寿命高低的主要因素，特别是大功率LED灯，目前市面上与LED配套用散热装置主要分为风冷和水冷两种散热装置，风冷散热装置主要靠自然冷却或强制风冷却，但自然冷却散热量有限，而强制的风冷却效率与风扇的转速有明显关系，当增加风扇转速时噪声也会随之增大，而且灯具的功率越大，散热器的重量和体积也会越来越大。而水冷散热装置则是通过冷却水的循环带走芯片的发热量，水冷的冷却效率相比风冷的效率高，但水冷散热量的大小又与冷却水的流量相关。在申请号为201210532398.4，名称为《一种适于大功率LED灯具的散热系统》的专利文件中，公开了一种带有散热器及水冷的驱动装置的散热系统，其所示驱动装置通过水管和散热器的进水口和出水口相连，冷却量的大小与大功率LED的功率相匹配。该装置虽然较传统的风冷散热具有较高的散热效率，但是一旦大功率LED的功率确定，该装置的散热量就被固定下来，不能根据使用环境的气候变化有效的调整散热量大小，造成能量的不必要的浪费。石蜡作为一种相变材料，且其熔点较低，一般在60℃左右，当其由固态变成液态时吸收大量热量，近年来也被应用于芯片散热，如申请号为201120517856.8，名称为《一种间歇性工作的大功率LED灯散热装置》的专利文件中，公开了一种由中空的柱体、散热鳍片、石蜡及泡沫金属骨架等组成的散热装置；泡沫金属骨架置于柱体中的下端盖上，泡沫金属骨架与中空柱体的内壁及上端盖之间充满石蜡，柱体下端盖与LED芯片紧贴以散热。该装置通过石蜡和散热鳍片吸收热量、散热，但是一旦LED的功率较大且工作时间较长及环境温度较高时，由于该装置不能根据使用情况自动调节散热量的大小，因而容易造成热量积聚，烧坏LED芯片；例如一些大型仓库的照明系统，当货物搬运较多、LED灯开启的时间较长时，此类散热装置则难以满足LED芯片的散热需求而造成LED灯损坏。

发明内容

本发明针对上述背景技术存在的缺陷，研究开发一种采用石蜡及水冷的散热装置；该散热装置可根据大功率LED灯使用情况和LED芯片温度高低，在石蜡吸热冷却的基础上、自动控制水冷机构的开启及冷却水的流速，从而达到自动调节散热的强度及散热量的大小，在确保大功率LED灯正常工作、有效延长使用寿命的情况下，降低用于散热的能耗等目的。

本发明的解决方案是在与LED芯片上设置包括与LED芯片紧贴的主吸热腔及其盖板，在盖板上设置一与盖板、主吸热腔连通并可进行水循环的储水腔体；其中：主吸热腔内设置散热栅条，在各散热栅条上均开设一组深达主吸热腔底板的圆孔，并在各圆孔底部设置一泡沫金属条，在泡沫金属条与孔壁之间和泡沫金属条上部孔腔内填充石蜡，同时在各散热栅条之间及散热栅条与主吸热腔内壁之间开设冷却水流道；而在盖板上除冷却水进水流道外对应于主吸热腔内各并散热栅条上圆孔的轴线位置处均开设一通孔、以容纳主吸热腔散热栅条圆孔内的石蜡因受热膨胀后进入其内散热，同时在盖板冷却水进水流道上设一贯通主吸热腔的冷却水进孔、并在其另一侧设置一贯通主吸热腔及储水腔体的冷却水回流口；储水腔体上设一循环水泵，该水泵通过隔板与储水腔体中的水腔部分密封隔离，并分别通过进出、水管与盖板上的冷却水回流口及水腔内密封接通，同时在水腔部底部与盖板上开设一对冷却水进孔、在主吸热腔散热栅条上同一轴线位置开设一对阀杆座孔，该冷却水进孔并通过阀杆座孔下部石蜡的热膨胀以开启锥阀并控制其开度，在水冷系统工作时实现冷却水在水腔‐盖板‐主吸热腔冷却水流道之间循环；本发明即以此实现其发明目的。因此，本发明采用石蜡及水冷的散热装置包括主吸热腔及设于其内的泡沫金属和石蜡，盖板，关键在于在盖板上还设有一带进、出水管的循环水泵和水腔的储水腔体，以及调节冷却水流量的锥阀；而在主吸热腔内设置有散热栅条并在各散热栅条之间及散热栅条与主吸热腔内壁之间均开设有冷却水流道，在所述各散热栅条上均开设了一组深达主吸热腔底板的圆孔且在两边的散热栅条中部还分别设有一阀杆座孔，并在各圆孔和阀杆座孔底部分别设置一泡沫金属条，在泡沫金属条与孔壁之间和泡沫金属条上部圆孔和阀杆座孔内均填充石蜡；而在所述盖板上设有一对冷却水进水孔及进水流道和一贯通主吸热腔的冷却水出孔，而在冷却水进水流道的另一侧则设置了一贯通主吸热腔及储水腔的冷却水回流孔，在除去冷却水进水孔及进水流道区域外，对应于主吸热腔内各散热栅条上的圆孔的轴线位置处均对应开设有一通孔，冷却水进水孔则对应于主吸热腔阀杆座孔的轴线位置开设；储水腔体内所设循环水泵通过隔板与储水腔体中的水腔密封隔离，并分别通过进出、水管与盖板上的冷却水回流口及水腔内密封接通，同时在水腔部底部与盖板、主吸热腔阀杆座孔的同一轴线上对应开设一对冷却水进孔，所述调节冷却水流量的锥阀设于水腔底部和盖板上的冷却水进孔及主吸热腔阀杆座孔内，锥阀的锥头位于水腔内，而阀杆穿过盖板冷却水进孔其底端则可轴向移动式插入主吸热腔的阀杆座孔内，该锥阀工作时通过石蜡的热膨胀开启并控制其开度的大小、通过回位弹簧关闭，以在水冷工作时实现冷却水在水腔‐盖板‐主吸热腔冷却水流道之间循环。

以上所述泡沫金属条为泡沫铜或泡沫铝。所述主吸热腔内的散热栅条，各散热栅条平行排列，中间部位各栅条上均设一排圆孔，而在两边的栅条中部的阀杆座孔两侧各开设三排圆孔。为了有效调节冷却水的流量，在盖板上还设有温度传感器，该温度传感器的输出端与循环水泵连接并根据进入盖板通孔内石蜡的温度自动启动和调节循环水泵的转速、进而控制冷却水的流量。

本发明由于在利用石蜡散热的基础上增加了能够根据LED芯片所需的散热量，自动启动和调节循环水泵的转速、进而控制冷却水的流量及其散热量。从而具有可自动调节散热的强度及散热量的大小，在确保大功率LED灯正常工作、有效延长使用寿命的情况下，降低用于散热的能耗等特点。

附图说明

图1为本发明结构的爆炸视图；

图2为本发明及具体实施方式结构示意图(装配体局部剖视图)；

图3为图2中A局部放大图(局部视图A)。

图中：1.主吸热腔，1-1.回位弹簧固定槽，2.盖板，2-1.冷却水流道，2-2.冷却水回流出孔，3.储水腔体，4.锥阀，4-1.回位弹簧固定槽，5.回位弹簧，6.涡轮泵，7.LED芯片，8.温度传感器，9.泡沫金属条，10.水管，11.石蜡；图中箭头方向为冷却水的流向。

具体实施方式

本实施方式以与大功率LED照明灯配套用散热装置为例：主吸热腔1(长×宽×高)为80mm×80×20mm，四周壁厚2mm、底部厚3mm,腔体中部设5条(长×宽)60×4mm的散热栅条，每条栅条上等距离开设12个直径为Φ3.2mm、深17mm的圆孔，两边的散热栅条(长×宽)60×14mm，两栅条的中部各开设一个直径Φ10mm的阀杆座孔，各冷却水进孔的两侧分别设三排、每排5个Φ3.2mm的圆孔、圆孔深均为17mm，各散热栅条之间的流道宽为4mm、深均为17mm，在本实施方式中泡沫金属条9采用泡沫铝、各圆孔底部的泡沫金属条的直径为均为Φ2.4mm、高8mm，而两阀座孔内的泡沫金属条的直径为Φ7mm、高8mm；盖板2(长×宽×高)为80mm×80×10mm，盖板上与主吸热腔1散热栅条上圆孔相对应的通孔直径均为3.2mm、与阀杆座孔对应的通孔直径均为Φ13mm，流道2-1(深×宽)为6.5×10mm、其上与主吸热腔1连通的冷却水进孔直径为Φ8mm、冷却水回流出孔2-2直径亦为Φ8mm，温度传感器8采用两个针状电压式温度传感器，温度检测范围为0～150℃，分设于靠近盖板冷却液出口的两端凹槽处，其输出端连接外部控制单元(单片机)；储水腔体3(长×宽×高)为80mm×80×35mm，腔体壁厚均为2mm，其底部与锥阀4配合处为锥孔、锥孔的小径为Φ13mm、锥度为15度，循环水泵本实施方式采用型号为WX‐20A微型涡轮泵6，其控制端与外接控制单元(单片机)相连；锥阀4总高16mm，其中阀杆部分高13mm、直径Φ10mm，上端锥体部分高3mm、小径为Φ13mm、锥度为15度，阀杆的下端与设于主吸热腔1内的阀杆座孔活动配合；回位弹簧5套于锥阀4上，其上端与锥阀回位弹簧固定槽4-1连接、下端与设于主吸热腔1(或盖板2)上的回位弹簧固定槽1-1连接固定。

本实施方所得散热装置使用时将主吸热腔1的底部直接置于LED芯片7上，散热最大强度可达300W，分为5个散热等级，即：当温度传感器的温度≤60℃(散热栅条中的石蜡未完全液化)时，通过散热栅条及盖板中的石蜡吸收LED芯片的热量，此时水冷系统不工作；当温度传感器的温度为60～70℃时，控制单元(单片机)启动涡轮泵6并提供8V电压，为冷却水的循环提供动力；当温度传感器的温度为70～80℃时，控制单元向涡轮泵6提供12V电压；当温度传感器的温度为80～90℃时，控制单元向涡轮泵6提供16V电压，当温度传感器的温度为90～100℃时，控制单元向涡轮泵提供20V电压，当温度传感器的温度为100～110℃时，控制单元向涡轮泵提供24V电压；而当LED芯片的温度降低时，可根据温度传感器的温度范围自行控制涡轮泵的电压，以此控制冷却水的循环速度，直至涡轮泵关闭。当涡轮泵6关闭后，此时(参见图3)：石蜡11液化状态降低，一部分石蜡开始固化，紧贴于锥阀4阀杆下端面的石蜡体积收缩、高度降低，锥阀4在回位弹簧5的作用下逐渐下降、直至关闭，冷却水系统停止工作。

Claims (4)

1.一种采用石蜡及水冷的散热装置包括主吸热腔及设于其内的泡沫金属和石蜡，盖板，其特征在于在盖板上还设有一带进、出水管的循环水泵和水腔的储水腔体，以及调节冷却水流量的锥阀；而在主吸热腔内设置有散热栅条并在各散热栅条之间及散热栅条与主吸热腔内壁之间均开设有冷却水流道，在所述各散热栅条上均开设了一组深达主吸热腔底板的圆孔且在两边的散热栅条中部还分别设有一阀杆座孔，并在各圆孔和阀杆座孔底部分别设置一泡沫金属条，在泡沫金属条与孔壁之间和泡沫金属条上部圆孔和阀杆座孔内均填充石蜡；而在所述盖板上设有一对冷却水进水孔及进水流道和一贯通主吸热腔的冷却水出孔，而在冷却水进水流道的另一侧则设置了一贯通主吸热腔及储水腔的冷却水回流孔，在除去冷却水进水孔及进水流道区域外，对应于主吸热腔内各散热栅条上的圆孔的轴线位置处均对应开设有一通孔，冷却水进水孔则对应于主吸热腔阀杆座孔的轴线位置开设；储水腔体内所设循环水泵通过隔板与储水腔体中的水腔密封隔离，并分别通过进出、水管与盖板上的冷却水回流口及水腔内密封接通，同时在水腔部底部与盖板、主吸热腔阀杆座孔的同一轴线上对应开设一对冷却水进孔，所述调节冷却水流量的锥阀设于水腔底部和盖板上的冷却水进孔及主吸热腔阀杆座孔内，锥阀的锥头位于水腔内，而阀杆穿过盖板冷却水进孔其底端则可轴向移动式插入主吸热腔的阀杆座孔内，该锥阀工作时通过石蜡的热膨胀开启并控制其开度的大小、通过回位弹簧关闭，以在水冷工作时实现冷却水在水腔‐盖板‐主吸热腔冷却水流道之间循环。

2.按权利要求1所述采用石蜡及水冷的散热装置，其特征在于所述泡沫金属条为泡沫铜或泡沫铝。

3.按权利要求1所述采用石蜡及水冷的散热装置，其特征在于所述主吸热腔内设置有散热栅条，各散热栅条平行排列，中间部位各栅条上均设一排圆孔，而在两边的栅条中部的阀杆座孔两侧各开设三排圆孔。

4.按权利要求1所述采用石蜡及水冷的散热装置，其特征在于为了有效调节冷却水的流量，在盖板上还设有温度传感器，该温度传感器的输出端与循环水泵连接并根据进入盖板通孔内石蜡的温度自动启动和调节循环水泵的转速、进而控制冷却水的流量。