CN113188106A - 一种多线式电极的离子风散热装置 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种多线式电极的离子风散热装置，包括：装置本体，所述装置本体内设置有散热翅片，散热翅片的基底上设置有发热源LED芯片，所述装置本体顶部设置有进气口，进气口处设置有第一离子风产生单元，空气在第一离子风产生单元的电晕放电作用下形成离子风冲击散热翅片，对LED芯片进行散热，所述装置本体两侧还设置有出气口，用于将携带有热量的离子风从出气口排出。
Description
技术领域
本公开涉及一种散热装置，特别涉及一种多线式电极的离子风散热装置。
背景技术
目前，LED照明器件等电子设备工作时的散热大都依赖传统的机械风扇驱动空气流过与之相连的散热翅片，以达到控制LED的PN结温度的目的。然而，机械风扇散热存在以下的不足：
一、产生噪声：包括风扇驱动空气流动的风燥、带动风扇旋转的电机转子转动时的摩擦与振动噪声等。这些噪声随着工作时间的延续逐步增强，且都会对使用者的生理造成一定的影响；
二、散热性能的降低：机械装置中的运动部件的摩擦、磨损会降低散热器的性能，导致用户体验变差。
三、散热能耗较高：机械式散热由电机驱动，功耗仍相当大，尤其是高速旋转时。
因此，为改变现有的LED照明器件机械式散热的不足，有必要发明一种新的散热装置。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种多线式电极的离子风散热装置，通过离子风对散热翅片进行散热，能够降低噪声，提高散热效率。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种多线式电极的离子风散热装置，包括：
装置本体，
所述装置本体内设置有散热翅片，散热翅片的基底上设置有发热源LED芯片，
所述装置本体顶部设置有进气口，进气口处设置有第一离子风产生单元，空气在第一离子风产生单元的电晕放电作用下形成离子风冲击散热翅片，对LED芯片进行散热，
所述装置本体两侧还设置有出气口，用于将携带有热量的离子风从出气口排出。
优选的，所述第一离子风产生单元包括第一线电极和相对设置的第一板电极对，所述第一线电极位于第一板电极对的上方。
优选的，所述第一线电极的直径为0.1～0.2mm，所述第一线电极的长度与进气口的宽度相同。
优选的，所述第一线电极由功函数较低的金属材料制备。
优选的，所述第一板电极对中各电极的厚度不大于0.2mm，所述第一板电极对中各电极的宽度与进气口的宽度相同。
优选的，所述第一板电极对中各电极均由低电阻率金属材料制备。
优选的，所述出气口包括第一出气口和第二出气口，第一出气口处设置有第二离子风产生单元，第二离子风产生单元包括第二线电极和相对设置的第二板电极对，第二出气口处设置有第三离子风产生单元，第三离子风产生单元包括第三线电极和相对设置的第三板电极对，且第二线电极及第三线电极的工作电压的极性与第一线电极的工作电压的极性相同。
优选的，所述LED芯片通过热界面材料设置在散热翅片的基底上。
优选的，所述热界面材料包括导热硅脂或导热垫片。
优选的，所示装置本体由绝缘耐高温材料制备。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、通过在进气口和出气口布置离子风产生单元，能够最大程度地产生风量，满足大功率芯片安全可靠工作的冷却需求；
2、通过合理地设置工作电压，可灵活适应功率不大于25W的LED芯片在不同工况下的冷却需求，当所有电极同时工作时，LED芯片的最大功耗仅为2.6W，实现静音、低功耗的散热。
附图说明
图1(a)、图1(b)是本公开一个实施例提供的一种多线式电极的离子风散热装置的结构示意图，其中，图1(a)为电极的布置形式图；图1(b)为LED芯片的布置位置图；
图2是本公开另一个实施例提供的一种多线式电极的离子风散热装置通道内各电极的位置及相关尺寸示意图；
图3是本公开另一个实施例提供的一种多线式电极的离子风散热装置出口通道内线-板间距的变化所引起的电荷密度分布及相应流场变化的模拟结果图；
图4是本公开另一个实施例提供的一种多线式电极的离子风散热装置出口通道内线电极相对通道中心的偏差所引起的电荷密度分布及相应流场变化的模拟结果图；
图5是本公开另一个实施例提供的一种多线式电极的离子风散热装置在出口通道内两个电极开启和关闭两种状态下的散热性能实验测试结果图；
附图中标记说明如下：
1、第一线电极；2、第二线电极；3、第三线电极；4、第一板电极对；5、第二板电极对；6、第三板电极对；7、装置本体；8、散热翅片；9、散热翅片基底；10、LED芯片；11、进气口；12、第一出气口；13、第二出气口。
具体实施方式
下面将参照附图1(a)至图5详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，如图1(a)、图1(b)所示，一种多线式电极的离子风散热装置，包括：
装置本体7，
所述装置本体7内设置有散热翅片8，散热翅片8的基底9上设置有发热源LED芯片10，
所述装置本体顶部设置有进气口11，进气口11处设置有第一离子风产生单元，空气在第一离子风产生单元的电晕放电作用下形成离子风冲击散热翅片，对LED芯片10进行散热，
所述装置本体7两侧还设置有出气口，用于将携带有热量的离子风从出气口排出。
本实施例中，空气由进气口进入装置本体后，在第一离子风产生单元强电场的作用下，空气被电离成带电粒子，带电粒子在强电场的作用下与中性分子碰撞产生电荷和动量的转移和传递，并对周围流体产生强烈的扰动，从而在装置本体内形成离子风射流对散热翅片进行冲击对流冷却。本实施例通过离子风代替机械风扇对翅片进行散热，能够有效降低工作噪声，减少机械磨损。
另一个实施例中，所述第一离子风产生单元包括第一线电极1和相对设置的第一板电极对4，所述第一线电极1位于第一板电极对4的上方。
本实施例中，如图2所示，第一线电极1和第一板电极对4的间距G1为10.5mm，且第一线电极1距离出口通道上壁面的距离为70.5mm。
在强电场的作用下，第一线电极周围的空气被电离成带电粒子，带电粒子在电场的作用下向第一板电极对运动，在运动过程中与中性分子碰撞产生电荷和动量的转移和传递，对周围流体产生强烈的扰动，形成宏观的气体运动，从而在离子风装置通道内产生风，可对装置本体内的散热翅片进行对流冷却。
另一个实施例中，所述第一线电极1的直径为0.1～0.2mm，所述第一线电极1的长度与进气口11的宽度相同。
本实施例中，若第一线电极1的直径小于0.1mm，将会降低线的强度；若第一线电极1的直径大于0.2mm，将会降低离子风的流量以及增大起始工作电压。
另一个实施例中，所述第一线电极1由功函数较低的金属材料制备。
本实施例中，第一线电极外接高压电压源，当散热装置开始工作时，由高压电压源对第一线电极供电，从而在第一线电极和第一板电极对之间产生强电场。另外，第一线电极的制备材料包括钨、钨铈合金等在内的功函数低的金属，这类金属具有低的电子逸出功和抗腐蚀性强的特点，能够保证在高电压作用下产生更多的离子，进而形成更大流速的离子风。
另一个实施例中，所述第一板电极对4中各个电极的厚度不大于0.2mm，所述第一板电极对中各电极的宽度与进气口的宽度相同。
本实施例中，为了减轻装置的重量，需要将第一板电极对4中各个电极的厚度设计为不大于0.2mm。
另一个实施例中，所述第一板电极对中各电极4均由低电阻率金属材料制备。
本实施例中，第一板电极对4为接地电极，其制备材料一般采用不锈钢或铜。
另一个实施例中，如图2所示，所述出气口包括第一出气口12和第二出气口13，第一出气口12处设置有第二离子风产生单元，第二离子风产生单元包括第二线电极2和相对设置的第二板电极对5，第二出气口13处设置有第三离子风产生单元，第三离子风产生单元包括第三线电极3和相对设置的第三板电极对6，且第二线电极及第三线电极的工作电压的极性与第一线电极的工作电压的极性相同。
本实施例中，通过实验论证，通过在出气口设置离子风产生单元，能够在原基础上提升散热性能约40％。另外，如图3所示，第二线电极与第二板电极对的间距G2及第三线电极与第三板电极对的间距G3相等，均为20mm，若间距G2或G3(下文统称为G2，3)小于20mm，会在第一出气口内产生回流，不利于热量的耗散；若间距G2，3大于20mm，则会在第一出气口内产生反向放电，即，设置于第一出气口内的第二线电极向进气口内的第一板电极对放电，这将降低离子风散热装置的空气流量。
第三线电极和第三板电极对之间的其余设置与第二线电极和第二板电极对之间的设置相同，此处不再赘述。
另外，需要说明的是，如图4所示，第一出气口处的第二线电极或第二出气口处的第三线电极距离出气通道中心线的偏移量σ应控制在-5.5mm～-5mm，当第二线电极或第三线电极处于出气口中心轴线的上方或者中心时(σ≥0)，离子风将在装置本体底部产生分离，不利于装置本体底部壁面的散热；当第二线电极或第三线电极处于出气通道中心线的下方时(σ＜0)，分离区逐渐减小，且当σ＝-5mm时，离子风紧贴出气口的下壁面流动，有助于耗散由LED芯片传导至绝缘通道下壁面的热量。此外，若σ过小，则会减小第二线电极与第二板电极对或第三线电极与第三板电极对的最小间距，增加了放电的不稳定的因素，易导致放电火花击穿的出现，且壁面对离子风流动的摩擦阻力效应将增强，也将不利于热量的耗散。
还需要说明的是，第二线电极和第三线电极的直径也设置为0.1～0.2mm，第二线电极和第三线电极的长度与出气口的宽度相同。第二板电极对和第三板电极对中各个电极的厚度不大于0.2mm，第二板电极对和第三板电极对的宽度与出气口的宽度相同。第二线电极和第三线电极均由功函数较低的金属材料制备。第二板电极对和第三板电极对中各个电极也均由低电阻率金属材料制备。
通过在出气口处增设离子风产生单元，有助于增大装置本体内离子风的风量，从而加快散热翅片的散热效果。
另一个实施例中，所述LED芯片10通过热界面材料设置在散热翅片的基底9上。
本实施例中，散热翅片一般采用平行的板式翅片，其基底设置在装置本体的底部中间位置，基底的尺寸为30mm×30mm，LED芯片通过热界面材料固定在散热翅片的基底上。
另一个实施例中，所述热界面材料包括导热硅脂或导热垫片。
另一个实施例中，本公开还提供一种离子风散热装置，包括：
装置本体7，装置本体7呈凸字型，装置本体7内部通道宽度为40mm，
所述装置本体7内设置有散热翅片8，散热翅片8的基底9固定在装置本体7的底部中央，基底9的尺寸为30mm×30mm，LED芯片10通过热界面材料固定在散热翅片的基底9上，
所述装置本体7的顶部设置有进气口11，进气口处的长度M为40mm，进气口11处设置有第一离子风产生单元，第一离子风产生单元包括第一线电极1和第一板电极对4，第一线电极1与第一板电极对4的间距为10.5mm，第一板电极对4的长度l1为45mm，第一线电极1距离进气口通道上壁面的距离为70.5mm，第一线电极1的直径为0.1～0.2mm，长度与装置本体7的宽度相同，
所述装置本体的两侧设置有第一出气口12和第二出气口13，第一出气口12和第二出气口13的高度H为20～30mm，第一出气口12处设置有第二离子风产生单元，包括第二线电极2和第二板电极对5，第二线电极2和第二板电极对5的间距为20mm，第二线电极2距离装置本体7中心轴线的偏移量σ为-5.5mm～-5mm；第二出气口12处设置有第三离子风产生单元，包括第三线电极3和第三板电极对6，第三线电极3和第三板电极对6的间距为20mm，第三线电极3距离装置本体7中心轴线的偏移量σ为-5.5mm～-5mm；第二线电极2的长度l2和第三线电极对6的长度l3均为40～45mm，且第二线电极2和第三线电极对6与第一线电极的水平距离N2、N3均为50mm。
另一个实施例中，所述装置本体由耐高温绝缘材料制备，包括如下任一：亚克力、塑料和高分子材料。
在一个具体实施例中，本公开选择对24W的
生产的陶瓷基CXA1820 LED进行散热实验，如图5所示，当第一离子风产生单元工作时(加载电压-18kV，其余线电极关闭)，达到稳态时LED陶瓷壳体的温度大约为95℃，已经低于其安全工作的极限值125℃，但是仍然高于LED芯片额定状态时的壳体温度85℃。当第二和第三离子风产生单元均工作时(加载电压-18kV)，达到稳态后的LED陶瓷壳体温度大约为74℃，低于额定状态下的壳体温度，可保证该照明LED稳定、可靠地工作。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种多线式电极的离子风散热装置，包括：
装置本体，
所述装置本体内设置有散热翅片，散热翅片的基底上设置有发热源LED芯片，
所述装置本体顶部设置有进气口，进气口处设置有第一离子风产生单元，空气在第一离子风产生单元的电晕放电作用下形成离子风冲击散热翅片，对LED芯片进行散热，
所述装置本体两侧还设置有出气口，用于将携带有热量的离子风从出气口排出。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，优选的，所述第一离子风产生单元包括第一线电极和相对设置的第一板电极对，所述第一线电极位于第一板电极对的上方。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一线电极的直径为0.1～0.2mm，所述第一线电极的长度与进气口的宽度相同。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一线电极由功函数较低的金属材料制备。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一板电极对中各电极的厚度不大于0.2mm，所述第一板电极对中各电极的宽度与进气口的宽度相同。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一板电极对中各电极均由低电阻率金属材料制备。
7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述出气口包括第一出气口和第二出气口，第一出气口处设置有第二离子风产生单元，第二离子风产生单元包括第二线电极和相对设置的第二板电极对，第二出气口处设置有第三离子风产生单元，第三离子风产生单元包括第三线电极和相对设置的第三板电极对，且第二线电极及第三线电极的工作电压的极性与第一线电极的工作电压的极性相同。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED芯片通过热界面材料设置在散热翅片的基底上。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述热界面材料包括导热硅脂或导热垫片。
10.根据权利要求1所示的装置，其中，所示装置本体由绝缘耐高温材料制备。
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