CN110131692A - 有回液柱的led相变散热装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种有回液柱的LED相变散热装置，包括：导热基体，其一侧通过热界面材料层与LED光源芯片相连，另一侧设置有微柱阵列；散热片组，包括：冷凝面，呈拱形曲面，一侧表面设置有微槽；以及散热翅片，设置于所述冷凝面的另一面，阵列为扇形；回液柱组，包括多个回液柱，设置于所述冷凝面和所述微柱阵列之间；以及端盖，包括顶部端盖以及底部端盖，所述端盖与所述导热基体以及所述散热片组形成一密闭的蒸气腔，所述蒸气腔内充有相变介质。

Description

有回液柱的LED相变散热装置
技术领域
本公开涉及散热技术领域，尤其涉及一种有回液柱的LED相变散热装置。
背景技术
与传统灯具相比，LED灯具光效高、能耗低、寿命长，是传统照明产品理想的替代产品。LED芯片的输入功率的70-85％会转化为热量，发热量的累积会造成LED芯片结温升高，使LED发光谱线漂移、光效降低、寿命缩短。因此，优良的散热装置是大功率LED灯具设计中的关键部件。常见的型材散热，难以实现大功率高功率密度LED高效、高可靠热管理，被动式平板热管，利用液体相变散热成为目前解决大功率LED灯具散热的主流技术。
随着社会对环保节能的认知增强，大功率投光灯、诱鱼灯等侧发光LED灯具使用越来越广泛。LED灯侧发光则要求被动式散热装置平板热管竖直方向运行，工质需要克服重力的影响回到加热区，就需要蒸发侧吸液芯具有较强的毛细抽吸浸润能力。由于液体浸润高度较难突破、低于0.1mm微槽的加工难度高，平板热管用于大功率侧发光LED灯具散热的反重力性能提升成为亟待解决的问题。同时，由于传统的平板热管，冷凝面为平面，其扩展翅片面积有限，空气侧对流换热面积不足以支撑大功率LED灯的散热，进一步扩展空气侧对流换热面积是改善侧发光LED灯具散热性能的另一个措施。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种有回液柱的LED相变散热装置，以缓解现有技术中大功率侧发光LED灯具被动式散热装置，反重力性能差、散热效率低等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种有回液柱的LED相变散热装置，包括：导热基体6，其一侧通过热界面材料层3与LED光源芯片2相连，另一侧设置有微柱阵列7；散热片组，所述散热片组包括：冷凝面10，呈拱形曲面，一侧表面设置有微槽；以及散热翅片1，设置于所述冷凝面10的另一面，阵列为扇形；回液柱组，包括多个回液柱9，设置于所述冷凝面10和所述微柱阵列7之间；以及端盖，包括顶部端盖4以及底部端盖8，所述端盖与所述导热基体6以及所述散热片组形成一密闭的蒸气腔11，所述蒸气腔11内充有相变介质。
在本公开实施例中，所述顶部端盖4或底部端盖8上设置有通孔，孔直径为2～6mm，用于抽真空孔或充注相变介质的充液孔。
在本公开实施例中，所述热界面材料层3的制备材料，包括：导热硅脂或导热硅胶中至少一种。
在本公开实施例中，所述微柱阵列7包括均匀排列或交错排列的多个柱体结构；所述柱体结构的高为0.02～1mm；所述柱体结构的宽度或直径为0.2～1mm；所述相邻柱体结构间的间距为0.4～2mm。
在本公开实施例中，所述柱体结构包括：圆柱体、锥柱体和长方形柱体。
在本公开实施例中，所述冷凝面10的表面结构包括：微槽道、金属粉末烧结多孔结构或丝网烧结多孔结构中至少一种。
在本公开实施例中，所述冷凝面10表面涂有疏水层。
在本公开实施例中，所述回液柱9为表面带微槽的金属柱体和/或管体。
在本公开实施例中，所述回液柱9为由金属粉末和/或丝网烧结形成的多孔柱体和/或管体。
在本公开实施例中，所述微槽槽道宽为0.1～0.5mm，槽深为0.1～1mm，槽间距为0.1～1mm。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开有回液柱的LED相变散热装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)回液柱辅助回液，提升平板热管的反重力性能；
(2)微柱阵列抽吸和回液柱回液共同作用，减少芯片区干烧面积，改善侧发光LED芯片的散热均匀性；
(3)拱形带翅片的曲面冷凝面，扩大了翅片面积，减小了空气对流侧热阻，增加了平板热管的最大散热量。
附图说明
图1为本公开实施例有回液柱的LED相变散热装置放入结构示意图。
图2本公开实施例有回液柱的LED相变散热装置的剖面结构示意图。
图3为本公开实施例有回液柱的LED相变散热装置的部分微柱阵列结构示意图；其中图3(a)、图3(b)、图3(c)分别为圆柱体、长方形柱体和锥柱体形的微柱阵列。
图4为本公开实施例有回液柱的LED相变散热装置的回液柱或微柱阵列中柱体的结构示意图；其中，图4(a)为金属管与其表面金属粉末烧结的复合材料；、图4(b)是表面带微槽的金属柱体或管体；图4(c)为全部由金属粉末烧结形成的柱体；图4(d)全部由金属粉末烧结形成的管体。
图5为本公开实施例安装了风扇的有回液柱的LED相变散热装置示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-散热翅片； 2-LED光源芯片
3-热界面材料层； 4-顶部端盖；
5-通孔； 6-导热基体；
7-微柱阵列； 8-底部端盖；
9-回液柱； 10-冷凝面；
11-蒸气腔； 12-风扇
具体实施方式
本公开提供了一种有回液柱的LED相变散热装置，作为发热源的LED发光芯片通过热界面材料层与导热基体相连，导热(铝)基体表面加工有微柱阵列，所述微柱阵列利用毛细力作用抽吸位于竖直放置的相变散热装置底部的液态相变介质，相变介质受热后发生相变，相变后的蒸气，在带翅片的拱形冷凝面内侧冷凝，冷凝后的工质一部分通过设置在冷凝面与导热基体之间的回液柱返回微柱阵列内，另一部分通过拱形冷凝面内侧的微槽回至热管底部，再次被微柱阵列通过毛细力抽吸。以此循环，实现侧发光LED灯的散热。
微柱阵列作为蒸发侧吸液芯，一方面可以从底部液池利用毛细力抽吸工质，另一方面回液柱可以起到从冷凝面输运工质到加热面的作用，起到辅助回液的作用，避免蒸发侧吸液芯干烧。拱形冷凝面可以进一步扩大翅片面积，降低空气自然对流侧的热阻。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，提供一种有回液柱的LED相变散热装置，结合图1至图4所示，所述有回液柱的LED相变散热装置，包括：
导热基体6，其一侧通过热界面材料层3与LED光源芯片2相连，另一侧设置有微柱阵列7；
散热片组，包括：
冷凝面10，呈拱形曲面，一侧表面设置有微槽；
散热翅片1，设置于所述冷凝面的另一面，阵列为扇形；
回液柱组，设置于所述冷凝面和所述微柱阵列7之间；
端盖，包括顶部端盖4以及底部端盖8，所述端盖与所述导热基体6以及所述散热片组形成一密闭的蒸气腔11，所述蒸气腔内充有相变介质。
其中图1的左侧和右侧为不同视角的有回液柱的LED相变散热装置的示意图。
在本公开实施例中，所述顶部端盖4或底部端盖8上设置有通孔，孔直径为2～6mm，作为抽真空孔或充注相变介质的充液孔；
在本公开实施例中，所述导热基体的制备材料包括：铝合金、铜等高导热材料；
在本公开实施例中，所述热界面材料层的制备材料为为高导热、高延展性材料，优选导热硅脂和导热硅胶。
在本公开实施例中，如图3所示，所述微柱阵列为均匀排列或交错排列的多个微小柱体结构，形状优选圆柱体、锥柱体和长方形柱体。微柱阵列作为吸液芯，所述柱体结构的高(h)为0.02～1mm；所述柱体结构的宽(d)度或直径(d)为0.2～1mm；所述相邻柱体结构间的间距(w)为0.4～2mm。
在本公开实施例中，所述微柱阵列柱体结构表面有微槽，所述微槽槽深为0.02～1mm，槽间距为0.02～1mm。
在本公开实施例中，所述微柱阵列还可以为中空的粉末烧结管体结构。
在本公开实施例中，所述冷凝面制备材料优选铝合金，其内壁面(蒸气腔接触一侧的壁面)表面结构包括：微槽道、金属粉末烧结多孔结构或丝网烧结多孔结构，优选微槽道；槽道宽为0.1～0.5mm，槽深为0.1～1mm，槽间距为0.1～1mm。表面可涂有具有疏水功能的材料，利于液态相变介质的下滑。
在本公开实施例中，所述微柱阵列中柱体结构或回液柱为：金属管与其表面金属粉末烧结的复合材料；也可以是表面带微槽的金属柱体或管体；或全部由金属粉末烧结形成的柱体、管体；所述回液柱用于辅助冷凝后的工质尽快回到微柱阵列一侧，回液柱可以设置成与水平方向有一夹角，倾向于微柱阵列侧，实现毛细力和重力的共同作用回液。
在本公开实施例中，所述相变介质包括：水、酒精、丙酮等。
在本公开中，侧发光指除水平底发光的LED之外的的LED灯，应用时有一定倾斜角度的LED灯。
在本公开发明专利的一些实施例中，散热翅片1外侧可采用空气自然对流散热，也可以采用空气强制对流散热，如图5所示，在散热装置顶部安装一风扇，对散热装置形成自下而上的空气流动。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有回液柱的LED相变散热装置有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种有回液柱的LED相变散热装置，作为发热源的LED发光芯片通过热界面材料层与导热基体相连，导热(铝)基体表面加工有微柱阵列，所述微柱阵列利用毛细力作用抽吸位于竖直放置的相变散热装置底部的液态相变介质，相变介质受热后发生相变，相变后的蒸气，在带翅片的拱形冷凝面内侧冷凝，冷凝后的工质一部分通过设置在冷凝面与导热基体之间的回液柱返回微柱阵列内，另一部分通过拱形冷凝面内侧的微槽回至热管底部，再次被微柱阵列通过毛细力抽吸。以此循环，实现侧发光LED灯的散热。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有回液柱的LED相变散热装置，包括：
导热基体(6)，其一侧通过热界面材料层(3)与LED光源芯片(2)相连，另一侧设置有微柱阵列(7)；
散热片组，包括：
冷凝面(10)，呈拱形曲面，一侧表面设置有微槽；以及
散热翅片(1)，设置于所述冷凝面(10)的另一面，阵列为扇形；
回液柱组，包括多个回液柱(9)，设置于所述冷凝面(10)和所述微柱阵列(7)之间；以及
端盖，包括顶部端盖(4)以及底部端盖(8)，所述端盖与所述导热基体(6)以及所述散热片组形成一密闭的蒸气腔(11)，所述蒸气腔(11)内充有相变介质。
2.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述顶部端盖(4)或底部端盖(8)上设置有通孔，孔直径为2～6mm，用于抽真空孔或充注相变介质的充液孔。
3.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述热界面材料层(3)的制备材料，包括：导热硅脂或导热硅胶中至少一种。
4.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述微柱阵列(7)包括均匀排列或交错排列的多个柱体结构；所述柱体结构的高为0.02～1mm；所述柱体结构的宽度或直径为0.2～1mm；所述相邻柱体结构间的间距为0.4～2mm。
5.根据权利要求4所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述柱体结构包括：圆柱体、锥柱体和长方形柱体。
6.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述冷凝面(10)的表面结构包括：微槽道、金属粉末烧结多孔结构或丝网烧结多孔结构中至少一种。
7.根据权利要求6所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述冷凝面(10)表面涂有疏水层。
8.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述回液柱(9)为表面带微槽的金属柱体和/或管体。
9.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述回液柱(9)为由金属粉末和/或丝网烧结形成的多孔柱体和/或管体。
10.根据权利要求1所述的有回液柱的LED相变散热装置，所述微槽槽道宽为0.1～0.5mm，槽深为0.1～1mm，槽间距为0.1～1mm。
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