CN108626705A - 一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器 - Google Patents

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张泽国
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Abstract

本发明公开了一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，包括LED芯片、基于界面效应的平板散热元件、脉动热管、灯罩、灯帽、太阳花洒散热器，LED芯片与基于界面效应的平板散热元件拼合后镶嵌在灯罩外壁凹槽中，灯罩内壁镶嵌有脉动热管，拼合的灯罩外套装灯帽，脉动热管的异面端镶嵌于太阳花散热器的凹槽，太阳花散热器的下端面固定设置有风扇，太阳花散热器、风扇外罩置有冷却器罩。本发明通过基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器对LED芯片快速进行散热，克服了现有技术难于将LED在密闭狭小的灯罩内部空间工作时产生的大量热量快速带走这一技术难题，具有散热效率高、LED照明结点温度低、均温性好等优点。

Description

一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器
技术领域
本发明属于照明电子领域及传热强化技术领域，涉及一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器。
背景技术
随着全球环保的意识抬头，节能省电已成为当今的趋势。半导体照明已成为我国战略性新兴产业，LED智慧照明已在道路、景观中大量、成功应用。LED作为新一代照明光源，由于低碳环保、绿色节能、寿命长的优点备受重视。
发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长，具有环保效益等优点，然而通常高功率LED产品输入功率约为15%能转换成光，剩下85%的电能均转换为热能。高功率LED照明在密闭狭小的灯罩内部空间工作时，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性，而LED结面温度、发光效率及寿命之间的关系。因此，如何高效快速的将热量从芯片内部快速传递至外部成为制约技术发展的重要瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，能够快速将LED芯片产生的热量快速传递至外部，解决现有LED照明产品的散热瓶颈问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，包括LED芯片、基于界面效应的平板散热元件、脉动热管、灯罩、灯帽、太阳花洒散热器；所述灯罩由两相同灯罩结构拼合而成，LED芯片与基于界面效应的平板散热元件拼合后镶嵌在灯罩外壁凹槽中，灯罩内壁镶嵌有脉动热管，拼合的灯罩外套装灯帽，脉动热管的异面端镶嵌于太阳花散热器的上端凹槽中，太阳花散热器的下端面固定设置有风扇，太阳花散热器、风扇外罩置有冷却器罩。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述基于界面效应的平板散热元件为密闭的内有空腔的长方体，空腔内壁的两长边侧分别为超亲水表面和超疏水表面，且平板散热元件内部空腔的长高比范围为1：2-1:5，传热介质为液态水，充液率为20-30%。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述LED芯片与基于界面效应的平板散热元件的内壁为超亲水一侧拼接，组合后放置于灯罩外壁设有的凹槽内，凹槽用于保护LED芯片。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述脉动热管镶嵌于灯罩内壁的凹槽中形成一个平面，平板散热元件与LED芯片组合后放置于该平面上。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述脉动热管由多根长细小内径的铜管组成，铜管的长度与外径比为5:1-20：1，每个铜管空腔中注入导热介质，且铜管两端密封。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述灯罩的底端具有散热翅片，便于其散热。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述太阳花散热器的材质为铝，太阳花散热器由导热棒和翅片构成，翅片以圆柱形的导热棒为中心向两侧展开，导热棒的内腔不填充任何介质。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述冷却器罩的材质为铝质或塑料，用于保护太阳花散热器和风扇。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述两侧的灯罩结构采用焊接、胶连接或者螺丝相拼合连接构成灯罩，脉动热管分别与灯罩、太阳花散热器相结合一体，用于快速散热。
所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述灯罩内壁预留有走线孔。
本发明的工作原理是：
当LED芯片工作时瞬间产生大量热量，并且位置集中，热量首先能够快速通过基于界面效应的平板散热元件，该散热元件会自动追踪热量集中点，通过不断连续地沸腾、冷凝相变过程，完成吸收、释放热量过程，由于在散热元件内部的热量传递方式为相变对流传热，传热系统显著提高，热流密度较单相对流传热至少提高2个数量级，迅速将热量传递到灯罩和脉动热管上。灯罩上的热量传递到散热翅片上热量通过自然对流，热量传递到空气中；脉动热管上的热量，首先导热介质吸热这部分热量并产生气泡迅速膨胀和升压，推动导热介质流向低温散热器端，到了低温的散热端气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于两端之间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得导热介质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而实现热量的传递，然后散热器通过翅片和风扇的作用将热量快速疏散。
本发明的有益效果如下：
本发明通过基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器对LED芯片快速进行散热，克服了现有技术难于将LED在密闭狭小的灯罩内部空间工作时产生的大量热量快速带走这一技术难题。本发明具有散热效率高、LED照明结点温度低，均温性好等优点，尤其适用于大功率的LED照明产品散热。
附图说明
图1是本发明的爆炸示意图。
图2是本发明的组装示意图。
图3是本发明的基于界面效应的平板散热元件的传热原理示意图。
图4是本发明的脉动热管结构示意图。
图5是本发明的太阳花散热器结构示意图。
具体实施方式
参见附图，一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，包括灯罩1、脉动热管2，灯罩1内壁分别镶嵌有脉动热管2，拼合的灯罩1外套装灯帽3，脉动热管2的异面端6镶嵌于太阳花散热器4的上端凹槽10，太阳花散热器4的下端面固定设置有风扇5，太阳花散热器4、风扇5外罩置有冷却器罩7；灯罩1的外壁设有凹槽11，基于界面效应的平板散热元件8与LED芯片9组合后放置于凹槽11内，凹槽11用于保护LED芯片9，灯罩1内壁预留有走线孔。
LED芯片9通过粘性导热硅脂粘合于具有界面效应的平板散热元件8上，具有界面效应的平板散热元件8的内部一侧为超亲水表面8-（1），另一侧为超疏水表面8-（2），传热介质水首先在超亲水表面8-（1）一侧吸热，发生沸腾相变生成水蒸气，在冷却器内部空腔8-（3）中传递到达超疏水表面8-（2）侧，发生冷凝相变，由于超疏水表面8-（2）的表面能量很小，且能够形成珠状冷凝，快速释放热量，传热效率比单相对流传热高2-4个数量级，并且在界面效应的作用下，冷凝液滴发生合并诱导弹跳，返回超亲水表面8-（1），在表面吸附能作用下，铺展成膜继续吸收热量。并且，由于沸腾与冷凝相变传热在狭窄的空腔内发生，主要受到密度差及界面张力驱动，热量只能从超亲水表面传递至超疏水表面，不受位置及重力影响。
脉动热管2由多个长细小内径的铜管组成，每个铜管空腔中注入导热介质，且铜管两端密封。
灯罩1的底端具有散热翅片12，便于其散热，太阳花散热器4的材质为铝，太阳花散热器4由导热棒13和翅片14构成，翅片14以圆柱形的导热棒13为中心向两侧展开，导热棒13的内腔不填充任何介质，冷却器罩7的材质为铝质或塑料，用于保护太阳花散热器4和风扇5。
脉动热管2镶嵌于灯罩1外壁的凹槽11中形成一个平面，平板散热元件8与LED芯片9组合后放置于该平面上。
两侧的灯罩1采用焊接、胶连接或者螺纹连接，脉动热管2分别与灯罩1、太阳花散热器4相结合一体，用于快速散热。
当LED灯工作的时候热量首先首先能够快速通过基于界面效应的平板散热元件，该散热元件会自动追踪热量集中点，通过不断连续地沸腾、冷凝相变过程，完成吸收、释放热量过程，由于在散热元件内部的热量传递方式为相变对流传热，传热系统显著提高，热流密度较单相对流传热至少提高2个数量级，迅速将热量传递到灯罩和脉动热管上。然后传递到灯罩和脉动热管上，热量传递到脉动热管上，脉动热管吸收热量产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端。那里，气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得导热介质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而将热量的传递到太阳花散热器上，最后风扇快速将热量带走，LED的结点温度快速下降。

Claims (10)

1.一种基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，包括LED芯片、基于界面效应的平板散热元件、脉动热管、灯罩、灯帽、太阳花洒散热器；所述灯罩由两相同灯罩结构拼合而成，LED芯片与基于界面效应的平板散热元件拼合后镶嵌在灯罩外壁凹槽中，灯罩内壁镶嵌有脉动热管，拼合的灯罩外套装灯帽，脉动热管的异面端镶嵌于太阳花散热器的上端凹槽中，太阳花散热器的下端面固定设置有风扇，太阳花散热器、风扇外罩置有冷却器罩。
2.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述基于界面效应的平板散热元件为密闭的内有空腔的长方体，空腔内壁的两长边侧分别为超亲水表面和超疏水表面，且平板散热元件内部空腔的长高比范围为1：2-1:5，传热介质为液态水，充液率为20-30%。
3.根据权利要求2所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述LED芯片与基于界面效应的平板散热元件的内壁为超亲水一侧拼接，组合后放置于灯罩外壁设有的凹槽内，凹槽用于保护LED芯片。
4.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述脉动热管镶嵌于灯罩内壁的凹槽中形成一个平面，平板散热元件与LED芯片组合后放置于该平面上。
5.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述脉动热管由多根长细小内径的铜管组成，铜管的长度与外径比为5:1-20：1，每个铜管空腔中注入导热介质，且铜管两端密封。
6.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述灯罩的底端具有散热翅片。
7.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述太阳花散热器的材质为铝，太阳花散热器由导热棒和翅片构成，翅片以圆柱形的导热棒为中心向两侧展开，导热棒的内腔不填充任何介质。
8.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述冷却器罩的材质为铝质或塑料，用于保护太阳花散热器和风扇。
9.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述两侧的灯罩结构采用焊接、胶连接或者螺丝相拼合连接构成灯罩，脉动热管分别与灯罩、太阳花散热器相结合一体。
10.根据权利要求1所述基于界面效应的脉动热管照明电子冷却器，其特征在于，所述灯罩内壁预留有走线孔。
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