CN109668128A - 一种采用铁磁流体散热的大功率led冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，包括散热器本体、微管装置、磁铁、LED芯片、铁磁流体和风扇；微管装置内部设置有中空的液体盛放区，微管装置上表面依次设置有磁铁放置区、LED安装区和铁磁流体进口；微管装置的铁磁流体进口一端与散热器本体的端面相连；风扇与散热器本体的另一端面间隔相对设置。本发明的微管装置与散热器本体存在两种传热方式，一种是微管装置外部与散热器本体之间；另一种是微管装置内部铁磁流体与散热器本体通过对流传热特性将热量传递到散热器本体然后再将热量散发到空气中。同时利用风扇加速散热器本体表面热量的散发。综上本发明的散热效率明显提升，提高了LED照度、发光效率和寿命。

Description

一种采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及到一种采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统。
背景技术
由于目前发光二极管光电转换效率不是太高，尤其大功率发光二极管，在转换过程中有一半的能量转换为热量。过高的温度严重影响大功率发光二极管的照度、亮度、发光效率等性能。散热器是用于防止大功率发光二极管器件过热，将与其一体或者连接的电气或者电子元件产生的热量传导到空气中。同时，散热器翅片是为了增加与空气接触的表面积，接触的面积越大传导到空气中的热量就越多，因此装置的散热效果就越好。
制造散热器本体时最常用的设计结构是围绕某一轴线设置翅片。这种散热器通常具有一个用于吸收电气或者电子元件所散发的热量中心体，以及自所述中心体延伸并围绕某一轴线呈放射状分布的多个翅片，以将所述中心体吸收的热量散发到空气中，一般使用具有高热导率的材料，例如铝或者铜等等。
然而，传统的散热方式基本是把贴有LED的电路板通过导热硅脂与型材散热器或压铸外壳连接在一起，形成散热系统，该散热系统可以将LED工作时产生的热量导出至外部环境，但是当LED的功率较大时，该散热模式下的散热器的散热效率明显较低，严重影响LED照度、发光效率和寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，以解决散热器的散热效率低，严重影响LED照度、发光效率和寿命的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，包括散热器本体、微管装置、磁铁、LED芯片、铁磁流体和风扇；所述微管装置内部设置有中空的液体盛放区，所述微管装置上表面依次设置有磁铁放置区、LED安装区和铁磁流体进口，所述磁铁放置区用于安装磁铁，所述LED安装区用于安装LED芯片，所述液体盛放区用于盛放铁磁流体；所述微管装置的铁磁流体进口一端与散热器本体的端面相连；所述风扇与散热器本体的另一端面间隔相对设置。
进一步的，所述散热器本体是含翅片的圆柱体；其中翅片呈放射性围绕在圆柱体中心轴。
进一步的，所述翅片的形状为矩形、螺旋形或波纹形。
进一步的，所述铁磁流体进口用M6型号密封螺钉进行封装。
进一步的，所述的微管装置的外形是长方形。
进一步的，微管装置内部为圆柱形中空并与铁磁流体进口垂直相连。
进一步的，采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统长度为70-100毫米，散热器本体直径为20-30毫米，长度为15-25毫米。
本发明具有如下有益效果：
(1)LED芯片产生的大量的热通过固体与固体之间传热传递到微管装置，微管装置内部通过固体与液体之间对流传热将热量传递给铁磁流体，铁磁流体再将热量传递到散热器本体散发到空气中从而达到散热效果。
(2)翅片主要作用是增加与空气接触的面积，以将LED芯片件产生的热量通过翅片散发到空气中。
(3)磁铁的主要作用是利用磁铁的磁性来带动微管装置内部的铁磁流体循环流动，带走更多的热量以达到更好的散热效果。
(4)微管装置与散热器本体存在两种传热方式，一种是固体与固体之间的传热即微管装置外部与散热器本体之间；另一种是固体与液体之间的传热即微管装置内部铁磁流体与散热器本体通过对流传热特性将热量传递到散热器本体，散热器本体再将热量散发到空气中，从而达到散热效果。同时利用风扇产生的气流加速散热器本体表面热量的散发。
该散热模式下的散热器的散热效率明显提高，大大的提高了LED照度、发光效率和寿命。
(5)本发明是基于散热器散热的基本原理，通过设置散热器几何构型来增强液体与固体的对流传热效果。在没有增加多余的散热器件的前提下，通过改变几何结构增强散热，该种方式不仅有效实现了LED芯片内部温度的效果，而且大大降低了散热器制作成本，经济效益良好。
附图说明
图1为采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统主体的立体结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为图1的左视图；
图4为图1的俯视图；
图5为图1中C-C向的剖面图；
图6为风扇的结构示意图；
图7为采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统与风扇的位置示意图。
其中：
1、散热器本体，2、铁磁流体进口，3、LED安装区，4、磁铁，5、微管装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1-7所示，一种采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，包括散热器本体1、微管装置5、磁铁4、LED芯片、铁磁流体和风扇。
所述微管装置5的外形是长方形，微管装置5内部为圆柱形中空，该中空区域为液体盛放区，用于盛放铁磁流体。所述微管装置5上表面依次设置有磁铁放置区、LED安装区3和铁磁流体进口2，所述磁铁放置区用于安装磁铁4，所述LED安装区3用于安装LED芯片；所述铁磁流体进口2用M6型号密封螺钉进行封装，液体盛放区与铁磁流体进口2垂直相连，所述微管装置5的铁磁流体进口2一端与散热器本体1的端面相连；所述风扇与散热器本体1的另一端面间隔相对设置。
其中，磁铁4的主要作用是利用磁铁4的磁性来带动微管装置5内部的铁磁流体循环流动，带走更多的热量以达到更好的散热效果，所述铁磁流体的材质是碳氢化合物。
所述散热器本体1是含翅片的圆柱体；其中翅片呈放射性围绕在圆柱体中心轴，所述翅片的形状为矩形。翅片主要作用是增加与空气接触的面积，以将LED芯片件产生的热量通过翅片散发到空气中。
在本实施例中我们选取的冷却系统尺寸总长度为80毫米，其中微管装置5的液体盛放区长度72毫米、直径7毫米；散热器本体1最大直径为25毫米、长度为19毫米；所选LED芯片尺寸大小为15.85*15.85*1.7(毫米)，可用于汽车前照灯，最大功率为24w、最大驱动电流为1200mA；风扇的尺寸为25*25*10(毫米)，额定电压是12V、最大转速是10000rpm；所述铁磁流体进口2，其尺寸外圆直径为10.5毫米、内圆直径为4.9毫米、高度为4毫米。
将磁铁4的位置放置在靠近芯片的位置，这是因为铁磁流体的传热特性随着磁铁4到发热区域距离越近和到散热区域距离越远而增强；在实验过程中我们准备了两种不同磁场强度的磁铁4(H＝0mT、H＝330mT)，用热电偶分别测量LED芯片表面的温度、LED芯片与微管装置接触点的温度和散热器本体1的温度，通过实验我们发现磁铁4磁性越强整个装置设备散热效果越好。
同时本实施例还对铁磁流体、水和空气三种散热物质进行过散热性能的对比，在相同的实验条件情况下即输入电压为18.5V，将三种物质分别放入微管装置5内部，用热电偶测量LED芯片表面的温度、LED芯片与微管装置5接触点的温度和散热器本体1的温度，根据实验得出结论：当空心管内充满的是铁磁流体时，此时整套设置装备散热效果最好。
除此之外，本实施例还对散热器本体1翅片的个数进行了研究，在磁铁4强度为H＝330MT，微管装置5的液体盛放区盛放铁磁流体，通过分别使用不同数量的翅片个数：20、25和30个，翅片高度为5毫米，厚度为1毫米，形状是矩形。结论是翅片数量越多与空气接触的面积就越大，同时在其右侧的有风扇，通过风扇的旋转形成的气流加速翅片表面积热量的散发。通过实验我们可以发现：当翅片与空气接触的表面积越多其散热效果越好。
LED芯片产生的大量的热通过固体与固体之间传热传递到微管装置5，微管装置5内部通过固体与液体之间对流传热将热量传递给铁磁流体，铁磁流体再将热量传递到散热器本体1散发到空气中从而达到散热效果。
微管装置5与散热器本体1存在两种传热方式，一种是固体与固体之间的传热即微管装置5外部与散热器本体1之间；另一种是固体与液体之间的传热即微管装置5内部铁磁流体与散热器本体1通过对流传热特性将热量传递到散热器本体1，散热器本体1再将热量散发到空气中，从而达到散热效果。同时利用风扇产生的气流加速散热器本体1表面热量的散发。
该散热模式下的散热器的散热效率明显提高，大大的提高了LED照度、发光效率和寿命。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：包括散热器本体、微管装置、磁铁、LED芯片、铁磁流体和风扇；
所述微管装置内部设置有中空的液体盛放区，所述微管装置上表面依次设置有磁铁放置区、LED安装区和铁磁流体进口，所述磁铁放置区用于安装磁铁，所述LED安装区用于安装LED芯片，所述液体盛放区用于盛放铁磁流体；
所述微管装置的铁磁流体进口一端与散热器本体的端面相连；
所述风扇与散热器本体的另一端面间隔相对设置。
2.根据权利要求1所述的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：所述散热器本体是含翅片的圆柱体；其中翅片呈放射性围绕在圆柱体中心轴。
3.根据权利要求2所述的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：所述翅片的形状为矩形、螺旋形或波纹形。
4.根据权利要求1所述的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：所述铁磁流体进口用M6型号密封螺钉进行封装。
5.根据权利要求1所述的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：所述的微管装置的外形是长方形。
6.根据权利要求1所述的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：微管装置内部为圆柱形中空并与铁磁流体进口垂直相连。
7.根据权利要求1所述的采用铁磁流体散热的大功率LED冷却系统，其特征在于：长度为70-100毫米，散热器本体直径为20-30毫米，长度为15-25毫米。
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