CN105782737A - 波纹型微热管led灯及其散热方法 - Google Patents

波纹型微热管led灯及其散热方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种波纹型微热管LED灯及基于波纹型微热管散热器的LED灯散热方法。传统LED灯散热效率低，体积大。本发明包括LED灯芯，外围设有梯台形灯罩；LED灯芯上方设有导热层，导热层底面与LED灯芯上表面相贴合；导热层上方同一水平面上设有两相同的波纹型微热管，其蒸发区对接于LED灯芯对称中心，形成中间为吸热蒸发区，两端为散热冷凝区的波纹微热管散热器；波纹型微热管散热器底面与导热层上表面相贴合；波纹型微热管散热器的蒸发区上方设有真空空腔；波纹型微热管散热器两端的散热区上表面设有波纹型肋片；真空空腔上方设有驱动电源。本发明的波纹型微热散热器管易于芯片相贴合，体积小，散热效率高。

Description

波纹型微热管LED灯及其散热方法
技术领域
本发明属于微热管散热领域，涉及一种波纹型微热管LED灯及基于波纹型微热管散热器的散热方法，特别适用于大功率LED灯及大功率电子元件散热。
背景技术
目前，解决大功率LED灯散热问题的方法有两种：第一种是提高器件自身的内量子效率。通过改进和优化LED灯芯的封装结构，提高芯片的发光效率，从而从根本上减少热量的产生。但是目前LED灯芯的内量子效率已经达到90%，想进一步提高并不容易。第二种是通过改进LED灯的制作结构，提高外界热沉速度，促使LED灯芯产生的热量迅速散发，从而降低灯芯的温度，延长灯芯的使用寿命。
常见的散热方式有：被动鳍片法、风冷散热法、液冷散热法和热管散热法。被动鳍片法通过鳍片与LED灯芯充分接触，将芯片产生的热量散发到空气中去，结构简单，易加工，但是散热效率低，散热的能力有限，易受积尘等外界因素影响散热效率。风冷散热通过借助风扇等冷却装置，增大LED灯芯与空气的对流换热系数。该方法散热效果较好，但是其体积和噪音都相对较大，而且需要额外功耗。液冷散热利用微泵带动微管中的液体循环流动，带走LED灯芯产生的热量。该方法降温恒定，冷却效果好，但是其体积相对较大，而且需要额外的功耗，维修起来不方便。
微热管散热技术是一种新型的散热技术，其工作原理与常规热管相似，根本区别在于它们提供毛细力的机制不同。常规热管早管道内部制作毛细吸液芯来提供毛细力，而微热管不用额外设置特殊结构，直接由沟道尖角区来提供毛细力。由于微热管的相变冷却过程是一种潜热交换过程，因此其传热量和传热强度都很大，其导热效率可比一般的固体材料高数十倍，而且更适合高热流密度条件。微热管具有重量轻、体积小、传热性能高、启动性能好、与电子器件易贴合、无能耗、无噪音的特点，因此将型微热管应用LED灯芯上，对增强LED灯芯散热量，降低灯芯温度，提高灯芯使用寿命提供一种有效途径。
发明内容
本发明主要目的是提供一种散热效果好，体积小，结构简单，使用寿命长的波纹型微热管LED灯及其散热方法。
本发明的主要构思原理：为增强LED灯芯与散热器之间的传热性能，将导热层设置在LED灯芯与散热器蒸发区之间；为增大微热管散热器蒸发区与冷凝区单位体积内的传热面积，增强流体工质在蒸发冷凝流动循环过程中的扰动性，增强湍流效应，提高流体工质与散热器壁面之间的对流换热系数，增强散热器的散热效果，将微热管散热器的上盖板、下基板设置成波纹型结构（单波纹或双波纹）；为避免散热器上盖板蒸发区的热量散失，降低蒸发区的散热性能，提高蒸发区的吸热效果，让散热器蒸发区的流体工质能更好地从导热层吸收热量，提高流体工质的蒸发速率，加快热量传递，在散热器蒸发区上方设置真空空腔；为增强环境空气在肋片壁面附近区域的湍流效应，增大对流传热系数，增加与周围空气间的散热面积，将肋片设置成波纹型结构。
本发明的技术方案为：
本发明包括LED灯芯，外围设有梯台形灯罩；LED灯芯上方设有导热层，导热层底面与LED灯芯上表面相贴合；导热层上方同一水平面上设有两相同的波纹型微热管（通道），其蒸发区对接于LED灯芯对称中心，形成中间为吸热蒸发区，两端为散热冷凝区的波纹微热管散热器；波纹型微热管散热器的底面与导热层上表面相贴合；波纹型微热管散热器的蒸发区上方设有真空空腔；波纹型微热管散热器两端的冷凝区上表面设有肋片；真空空腔上方设有驱动电源。
所述的波纹型微热管LED灯芯上表面的导热层，该导热层介质采用传热性能良好的导热硅脂、导热油、导热膜等。该导热层可增强LED灯芯与波纹型微热管散热器之间的传热性能，能够将LED灯芯产生的热量迅速传递到波纹型微热管散热器的蒸发区，具有较高的传热效率。
所述的导热层上方的波纹型微热管散热器，其下基板可为单波纹型或双波纹型，该波纹型结构能够增加散热器与导热层之间的传热面积，增强微热管散热器蒸发区的吸热量，提高散热器的吸热性能。波纹型微热管散热器的上盖板可为单波纹型或双波纹型，该波纹型结构能够增加与空气之间的传热面积，增强微热管散热器冷凝区的散热量，提高散热器的散热性能。
所述的波纹型微热管散热器的单波纹型指沿槽道方向为波纹型结构，垂直于槽道方向上的单槽道横截面结构为矩形或者梯形。
所述的波纹型微热管散热器的双波纹型指沿槽道方向为波纹型结构，垂直于槽道方向上的单槽道横截面结构为波纹型。
所述的波纹型微热管散热器，其下基板和上盖板均为单波纹，或下基板为双波纹（单波纹），上盖板为单波纹（双波纹），或下基板和上盖板均为双波纹。
所述的波纹型微热管散热器，其槽道中采用具有良好传热性能的流体工质，如丙酮，碳纳米管油基纳米流体，导热油纳米流体，Cu-水纳米流体，Al2O3纳米流体等。
所述的波纹型微热管散热器冷凝区上的肋片，其沿垂直于波纹型微热管散热器平面方向上呈波纹型结构，通过增加肋片与空气间的散热面积，增强环境空气在肋片壁面附近区域的湍流效应，增大对流传热系数，提高肋片散热性能。
所述的波纹型微热管散热器蒸发区与驱动电源之间的真空空腔，该空腔由驱动电源的底面、左右两边的肋片及前后挡板组成，有利于降低蒸发区的散热性能，提高蒸发区的吸热效果，让散热器蒸发区的流体工质能更好地从导热层吸收热量，提高流体工质的蒸发速率，加快热量传递，增强散热器散热性能。
基于波纹型微热管散热器的LED灯散热方法：具有良好传热性能的导热层，将LED灯芯产生的热量迅速传递到波纹型微热管散热器的蒸发区，该蒸发区内的液相工质能够快速吸收该热量，蒸发为气相工质后，沿槽道方向的波纹型空腔上部流向两端的冷凝区，冷凝为液相工质，释放出的热量经波纹型微热管散热器的上盖板及与其相连的波纹型肋片向外界传热；冷凝后的液相工质在波纹型槽道内毛细力的作用下回流到蒸发区，形成一个不断循环的散热过程。
本发明的有益效果：LED灯芯与微热管散热器蒸发区之间设有的导热层，采用了较高传热性能的工质，大大提高了传热速率；波纹型散热器下基板、上盖板的单波纹（或双波纹）槽道结构，增大了微热管散热器蒸发区与冷凝区单位体积内的传热面积，增强了流体工质在蒸发冷凝流动循环过程中的扰动性，有利于形成湍流效应，提高了流体工质与散热器壁面之间的对流换热系数，增强了散热器的散热效果；散热器蒸发区上方设有的真空空腔，避免了散热器上盖板蒸发区的热量散失，有利于散热器蒸发区的流体工质更好地从导热层吸收热量，提高散热器蒸发区内流体工质的蒸发速率，加快了热量传递；散热器上盖板肋片的波纹结构，有利于环境空气在其壁面附近区域形成湍流效应，增大了对流传热系数，增加了与周围空气间的散热面积，提高了肋片的综合散热效率。该散热方法易与电子元件相贴合，而且散热效果较好，特别适用于大功率的电子元件散热，如大功率LED灯，电脑CPU等。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中I-I处的放大图；
图3为上盖板与下基板均为单波纹型的单槽道原理示意图；
图4为上盖板为单波纹型，下基板为双波纹型的单槽道原理示意图；
图5为上盖板和下基板都为双波纹型的单槽道原理示意图；
图6为上盖板与下基板均为单波纹型的LED灯剖面图；
图7为上盖板为单波纹型，下基板为双波纹型的LED灯剖面图；
图8为上盖板和下基板都为双波纹型的LED灯剖面图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明装置包括灯罩7，LED灯芯6，LED灯芯6上表面设有导热层5，导热层5与波纹型微热管散热器4蒸发区的下表面相贴合，波纹型微热管散热器4两端设有肋片3，肋片3上方设有驱动电源1，驱动电源1与波纹型微热管散热器4之间设有真空空腔2。
灯罩、LED灯芯、导热层、波纹型微热管散热器、肋片、驱动电源的具体尺寸，可以根据实际所需的LED灯功率大小进行相应的散热计算，给予确定。
波纹型微热管LED灯芯上表面的导热层，可采用传热性能良好的导热硅脂、导热油、导热膜等。该导热层可增强LED灯芯与波纹型微热管散热器之间的传热性能，能够将LED灯芯产生的热量迅速传递到波纹型微热管散热器的蒸发区，具有较高的传热效率。如图2所示。
波纹型微热管散热器的下基板可为单波纹型或双波纹型，该波纹型结构能够增加散热器与导热层之间的传热面积，增强微热管散热器蒸发区的吸热量，提高散热器的吸热性能。波纹型微热管散热器的上盖板可为单波纹型或双波纹型，该波纹型结构能够增加与空气之间的传热面积，增强微热管散热器冷凝区的散热量，提高散热器的散热性能。
波纹型微热管散热器的单波纹型指沿槽道方向为波纹型结构，垂直于槽道方向上的单槽道横截面结构为矩形或者梯形。单波纹型微热管散热器单槽道的结构原理图如图3所示。
波纹型微热管散热器的双波纹型指沿槽道方向上为波纹型结构，垂直于槽道方向上的单槽道横截面结构为波纹型。双波纹型微热管散热器单槽道的结构原理如图4所示。
波纹型微热管散热器的下基板和上盖板可均为单波纹，该波纹型微热管散热器的单槽道结构原理如图3所示，该波纹型微热管LED灯剖面结构如图6所示。
波纹型微热管散热器的下基板可为双波纹（单波纹），上盖板可为单波纹（双波纹），该波纹型微热管散热器单槽道的结构原理如图4所示。该波纹型微热管LED灯剖面结构如图7所示。
波纹型微热管散热器的下基板和上盖板均可为双波纹。该波纹型微热管散热器的单槽道结构原理如图5所示，该波纹型微热管LED灯剖面结构如图8所示。
波纹型微热管散热器的槽道中可采用具有良好传热性能的流体工质，如丙酮，碳纳米管油基纳米流体，导热油纳米流体，Cu-水纳米流体，Al2O3纳米流体等。
波纹型微热管散热器冷凝区上的肋片，其沿垂直于散热器平面方向上呈波纹型结构，通过增加肋片与空气间的散热面积，增强环境空气在肋片壁面附近区域的湍流效应，增大对流传热系数，提高肋片散热性能。
波纹型微热管散热器蒸发区与驱动电源之间为真空空腔，有利于降低蒸发区的散热性能，提高蒸发区的吸热效果，让散热器蒸发区的流体工质能更好地从导热层吸收热量，提高流体工质的蒸发速率，加快热量传递，增强散热器散热性能。
利用本发明中的基于波纹型微热管散热器的LED灯散热方法为：具有良好传热性能的导热层，将LED灯芯产生的热量迅速传递到波纹型微热管散热器的蒸发区，该蒸发区内的液相工质能够快速吸收该热量，蒸发为气相工质后，沿槽道方向的波纹型空腔上部流向两端的冷凝区，冷凝为液相工质，释放出的热量经波纹型微热管散热器的上盖板及与其相连的波纹型肋片向外界传热；冷凝后的液相工质在波纹型槽道内毛细力的作用下回流到蒸发区，形成一个不断循环的散热过程。
该散热方法过程中，LED灯芯与微热管散热器蒸发区之间设有的导热层，采用了较高传热性能的工质，大大提高了传热速率；波纹型散热器下基板、上盖板的单波纹（或双波纹）槽道结构，增大了微热管散热器蒸发区与冷凝区单位体积内的传热面积，增强了流体工质在蒸发冷凝流动循环过程中的扰动性，有利于形成湍流效应，提高了流体工质与散热器壁面之间的对流换热系数，增强了散热器的散热效果；散热器蒸发区上方设有的真空空腔，避免了散热器上盖板蒸发区的热量散失，有利于散热器蒸发区的流体工质更好地从导热层吸收热量，提高散热器蒸发区内流体工质的蒸发速率，加快了热量传递；散热器上盖板肋片的波纹结构，有利于环境空气在其壁面附近区域形成湍流效应，增大了对流传热系数，增加了与周围空气间的散热面积，提高了肋片的综合散热效率。该散热方法易与电子元件相贴合，而且散热效果较好，特别适用于大功率的电子元件散热，如大功率LED灯，电脑CPU等。该散热方法易于电子元件相贴合，而且散热效果较好，特别适用于大功率的电子元件散热，如大功率LED灯，电脑CPU等。

Claims (8)

1.波纹型微热管LED灯，其特征在于：包括LED灯芯，外围设有梯台形灯罩；LED灯芯上方设有导热层，导热层底面与LED灯芯上表面相贴合；导热层上方同一水平面上设有两相同的波纹型微热管，其蒸发区对接于LED灯芯对称中心，形成中间为吸热蒸发区、两端为散热冷凝区的波纹型微热管散热器；波纹型微热管散热器的底面与导热层上表面相贴合；波纹型微热管散热器的蒸发区上方为真空空腔；波纹型微热管散热器两端的散热区上表面设有肋片；真空空腔上方设有驱动电源。
2.根据权利要求1所述的波纹型微热管LED灯，其特征在于：所述导热层介质采用导热硅脂、导热油或导热膜。
3.根据权利要求1所述的波纹型微热管LED灯，其特征在于：导热层上方的波纹型微热管散热器，其下基板为单波纹型或双波纹型；波纹型微热管散热器的上盖板为单波纹型或双波纹型。
4.根据权利要求3所述的波纹型微热管LED灯，其特征在于：波纹型微热管散热器的单波纹型指沿槽道方向为波纹型结构，垂直于槽道方向上的单槽道横截面结构为矩形或者梯形。
5.根据权利要求3所述的波纹型微热管LED灯，其特征在于：波纹型微热管散热器的双波纹型指沿槽道方向为波纹型结构，垂直于槽道方向上的单槽道横截面结构为波纹型。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的波纹型微热管LED灯，其特征在于：波纹型微热管散热器槽道中采用的流体工质为丙酮，碳纳米管油基纳米流体，导热油纳米流体，Cu-水纳米流体或Al2O3纳米流体。
7.根据权利要求1所述的波纹型微热管LED灯，其特征在于：肋片沿垂直于波纹型热管散热器平面方向上呈波纹型结构。
8.权利要求1所述的基于波纹型微热管散热器LED灯的散热方法，其特征在于：具有良好传热性能的导热层，将LED灯芯产生的热量迅速传递到波纹型微热管散热器的蒸发区，该蒸发区内的液相工质能够快速吸收该热量，蒸发为气相工质后，沿槽道方向的波纹型空腔上部流向两端的冷凝区，冷凝为液相工质，释放出的热量经波纹型微热管散热器的上盖板及与其相连的波纹型肋片向外界传热；冷凝后的液相工质在波纹型槽道内毛细力的作用下回流到蒸发区，形成一个不断循环的散热过程。
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Inventor after: Chen Zuan

Inventor after: Wang Guanqing

Inventor after: Xu Xingmei

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Inventor before: Wang Guanqing

Inventor before: Chen Zuan

Inventor before: Xu Xingmei

Inventor before: Xu Jiangrong