CN106524090A - 大功率led散热用圆管式热管群散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率LED散热用圆管式热管群散热器，它的基本特点就是散热器分为导热块部分和热管群散热片两部分，在导热块部分外插细长圆管型热管群，使用时再安装在一起。圆管式热管内部充填颗粒状定型固液相变材料，颗粒材料由球形相变储热材料和外面的薄壳包裹材料复合而成。球形相变储热材料为低粘度的石蜡，熔点温度在50度到80度之间。薄壳包覆材料为高密度聚乙烯，熔点为120度到140度左右。导热块和基板一体化。导热块可用石墨和铝，导热块和散热热管群表面黑化处理，可实现辐射和对流联合散热。该大功率LED散热用圆管式热管群散热器结构紧凑、加工方便、成本低、重量轻、具有蓄热功能，散热效率高、均温性好。

Description

大功率LED散热用圆管式热管群散热器
技术领域
本发明涉及的是电子和光学器件的冷却，特别设及一种大功率LED散热用热管群散热器。
背景技术
目前，LED在图像显示、信号指示和照明领域得到了广泛的应用，成为当今照明技术的发展热点。与传统光源白炽灯及荧光灯相比，LED具有体积小、发热量低、耗电量小、反应速度快、耐震、亮度高、无污染等优点，在照明市场的发展潜力值得期待，10年内有望成为替代传统照明器具的一大潜力商品。与白炽灯、荧光灯等传统照明光源的发光机理不同，LED属于电致发光器件，其热量不能辐射散热，从而导致器件温度过高，严重影响LED的光通量、寿命以及可靠性，并会导致LED发光红移，尤其目前白光实现的方式是荧光粉加蓝光芯片的方案，其中荧光粉对温度特别敏感，最终会引起波长的漂移，造成颜色不纯等一系列问题。由此可见，散热能力差是照明用大功率LED(功率大于lW)面临的主要技术瓶颈，因此解决LED的散热成了大功率LED发展的首要问题。关于大功率LED的散热问题已引起国内外相关学者的关注。对于低于lW的低功率LED大多采用直接固体外部热沉法或是通过LED引线将热量散出去，这种通过自然对流散热方式，换热系数较低，只适合于芯片功率较低的情况，对于目前满足照明用大功率LED热流密度较高，已不能满足要求。同时，对于照明用的大功率LED，其冷却部分的成本不能很高，尺寸不允许过大，也不可能容许以电风扇等方式来强化散热。
通过对现有相关技术专利进行比较，中国专利号：ZL 200820070442.3，专利名称为：热管散热装置及大功率LED路灯、厂房灯和隧道灯。该专利热管散热装置含有传热板、热管和散热片。通过近似“L”形的圆管丝网热管和水平设置的直圆管丝网热管与两组背靠背安装的散热片和安装筒连接。使用商品化的圆形截面丝网热管，蒸发部和LED基板连接，冷凝部安装散热片，属于常规的热管散热方式。但由于丝网热管最大散热能力不大，且相对于大功率LED灯来说，所布置的丝网热管的数量又过少，并且丝网热管表面的翅片和热管不是一体，增大了接触热阻。这种常规热管散热方式并不适用于大功率LED。
中国专利号：ZL 200820009308.2，专利名称为：热管散热装置及大功率LED路灯。该专利通过将商品直管丝网热管一端安装在铝基板背部，另一端安装在散热片底部的槽中实现散热，也是一种常规的热管散热方式。该装置结构简单，加工方便，但同样由于丝网热管最大散热能力不大，且相对于大功率LED灯来说，所布置的丝网热管的数量又过少，并且丝网热管表面的翅片和热管不是一体，增大了接触热阻。这种常规热管散热方式并不适用于大功率LED。
中国专利号：ZL 200820161101.7，专利名称为：高功率LED光源模块封装结构。该专利将LED晶片直接贴装在石墨基板上，石墨基板再通过导热胶与金属鳍状散热器固定连接，电极穿过散热器及石墨片埋在石墨基板中，电极通过金线与LED晶片接通。该专利利用廉价且导热性能好的石墨代替铝板作为基板，降低了成本。
中国专利号：200910037878.1，专利名称为：大功率LED灯具导热散热装置、导热基座及制作工艺。该专利采用石墨导热基座固定在LED灯具的导热基片的顶端，散热装置固定在石墨导热基座的顶端。散热装置为数个铜管烧结热管冷凝段套散热鳍片构成，并置于只有上下端开口的空气对流框中，热管蒸发段为扁平椭圆状。该专利也是使用石墨作为LED基板，同时使用铜管烧结热管加散热鳍片为散热器。但该装置的热管蒸发段与导热基座接触面积较小，散热鳍片与冷凝段存在接触热阻，使用只有上下端开口的空气对流框和间距较小的散热鳍片，使得空气自然对流流阻增大，设计并不合理。
通过比较发现现有的铝块式散热器或热管式有以下几个特征：1.无论使用何种形式，最终都是利用金属肋片为散热片进行自然对流散热，没有考虑辐射。而设计合理时辐射散热量可以远远大于自然对流。2.现在散热器都是将肋片或翅片装在导热块或热管冷凝部上，金属翅片的肋效率低，需要大面积的散热翅片。3.对铝块式散热器，导热块部分和散热翅片一体化，体积庞大而沉重，不可分拆。
发明内容
作为本发明针对上述现有技术的不足，提供一种适用于大功率LED(大于100W)散热的大功率LED散热用圆管式热管群散热器，它的基本特点就是在导热块部分外插一种内部充填颗粒状定型固液相变材料(PCM)的圆柱形热管群作为散热片，导热块部分和散热热管群分离。导热块可用石墨和铝，散热热管群可用各种类型圆管式热管。导热块和散热热管群表面黑化处理，实现辐射和对流联合散热。同时热管具有蓄热功能，在温度过高时一部分热量可以暂时被PCM吸收，在LED灯关闭时在释放出来。导热块尺寸形状可任意设计，可直接设计作为基板，省去了基板和散热器胶结这一工序。该散热器适合安装在有天花板的公共建筑中，现在的公共场所天花板都是镂空式结构，散热器底面和一块安装平板装配固定，安装平板安装在天花板镂空式结构上，散热器位于天花板上面的隔层中。该散热器具有结构紧凑、小巧玲珑，加工方便、成本低、重量轻、散热效率高、均温性好的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：大功率LED散热用圆管式热管群散热器，它包括有大功率LED、和LED基板一体的导热块、内部充填颗粒状定型固液相变材料(PCM)的热管群。
所述大功率LED为功率大于100W的LED。
所述带LED基板的导热块可用石墨和铝制成，外表面黑化处理，导热块底部就是LED基板，可将导线直接封装在导热块底部。
所述热管群可用各种类型圆管式热管，其外表面也进行黑化处理。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1.设计合理的散热器空间热管形翅片结构和进行表面处理，辐射散热量可以远远大于自然对流。
2.热管充填颗粒状PCM后具有蓄热功能，在温度过高时一部分热量可以暂时被PCM吸收，在LED灯关闭时在释放出来。同时，充填颗粒状PCM后，热管也增加了一种毛细力，热管性能强化，水平放置也可工作。
3.导热块部分和散热热管分离。安装时利用导热块和散热热管热膨胀系数不同特点紧密装配。整体小巧玲珑，轻便。
4.导热块尺寸形状可任意设计，可直接设计作为基板，现有LED装配线只需略作更改。
5.适应性强，针对不同功率和安装场合，可根据需要设计散热热管群的尺寸和数量，根据需要制作安装板形状，导热块和基板不必变化。
附图说明
图1是大功率LED散热用圆管式热管群散热器的主视图；
图2是充填颗粒状PCM的特殊圆管热管；
图3是大功率LED散热用圆管式热管群散热器的仰视图；
图4是大功率LED散热用圆管式热管群散热器的中心截面剖视图。
其中：1、大功率LED，2、带LED基板的导热块，3、热管群，4、热管金属壁，5、热管工质，6、颗粒状PCM。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
图1为本发明的大功率LED散热用圆管式热管群散热器的主视图，结合俯视图图2，仰视图图3及中心截面剖视图图4对该实施例进行阐述。
它包括有大功率LED1、带LED基板的导热块2、热管群3。
所述大功率LED1为功率为200W的LED。
所述带LED基板的导热块2为石墨或铝制成的半球形导热块，直径200mm，外表面黑化处理，导热块底部就是LED基板，将导线直接封装在导热块底部。
所述热管群可用各种类型圆管式热管，其外表面也进行黑化处理，蒸发部50mm，冷凝部350mm，外径8mm,数量61根。
图2为本发明的内部充填定型颗粒状定型固液相变材料(PCM)的圆柱形热管示意图。它包括金属热管管壁4，颗粒状定型蓄热材料5，热管工质6。
所述内部充填颗粒状定型固液相变材料由球形相变储热材料和外面的薄壳包裹材料复合而成。球形相变储热材料为低粘度的石蜡，熔点温度在50度到80度之间，一般成分单一的石蜡都能满足这一要求。薄壳包覆材料为高密度聚乙烯，熔点为120度到140度左右。颗粒尺寸保持在2-3毫米左右。所述颗粒状定型固液相变材料的制备方法已有很多专利，也有一些商品出售。
该大功率LED散热用圆管式热管群散热器有以下两种组装方案：
1.若采用铜热管和半球形的石墨块进行安装时，由于石墨的热膨胀系数远小于金属。先将它们一起放到冰箱冷却到0度，在这个温度将铜热管安装在石墨导热块上后自然恢复到室内温度，两者就会紧密连接。温度越高，连接越紧密。
2.若采用铜热管和铝导热块安装时，因为铝的热膨胀系数大于铜，必须先对铝加热并对铜热管冷却，将铜热管安装在铝导热块上。安装后自然恢复到室内温度(铝收缩，铜膨胀)，则两者就会紧密连接。
对以上设计方案，当热管表面温度60度时，辐射和自然对流换热量比近似2：1。即散热面积可减小到单纯自然对流散热器的三分之一。如用目前的铝块散热器，铝片散热片的肋效率大约是0.5上下。热管散热片的肋效率提高到接近1，即散热总面积可以再减少一半。
最后应当说明的是，以上所述具体实施例可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。该具体实施例仅说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。一切不脱离本发明实质和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的专利保护范围当中。

Claims (3)

1.大功率LED散热用圆管式热管群散热器，其特征在于：散热器分为导热块部分和热管群散热片两部分，使用时再安装在一起，热管群散热片为圆管式热管。
2.根据权利要求1所述大功率LED散热用圆管式热管群散热器，其特征在于：圆管式热管具有蓄热功能，圆管式热管内部充填颗粒状定型固液相变材料，颗粒状定型固液相变材料由球形相变储热材料和外面的薄壳包裹材料复合而成，球形相变储热材料为低粘度的石蜡，熔点温度在50度到80度之间，薄壳包覆材料为高密度聚乙烯，熔点为120度到140度，颗粒尺寸为2毫米。
3.根据权利要求1所述的大功率LED散热用圆管式热管群散热器，其特征在于：导热块尺寸形状可任意设计，外插的热管尺寸和数量也可任意设计。
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