CN203323066U

CN203323066U - 一种液体金属均温腔led散热器

Info

Publication number: CN203323066U
Application number: CN2013203335101U
Authority: CN
Inventors: 郭瑞; 考笑梅
Original assignee: Beijing Emikon Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Emikon Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-06-09

Abstract

本实用新型涉及的液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，其由真空腔、相变工质、液体金属液滴以及翅片组成。真空腔内填充相变工质与液体金属液滴，外侧为翅片。液体金属液滴增大了真空腔底面的沸腾传热面积，同时金属液滴在气泡冲击下的脉动可进一步强化对流换热。本实用新型充分结合了相变工质的沸腾传热与液体金属液滴优异的脉动传热性能，使得其换热效果较传统装置有较大的提高。本实用新型提供的液体金属均温腔LED散热器可实现LED的有效散热。

Description

一种液体金属均温腔LED散热器

技术领域

本发明涉及一种LED散热器，该散热器充分结合了相变工质的沸腾传热与液体金属液滴优异的传热性能，使得其换热效果较传统装置有较大的提高。本发明可实现LED器件的有效散热。

背景技术

光电领域，LED灯内结温与寿命有着密切的关系。一般而言，温度每降低10oC寿命会延长2倍，因此LED散热是LED灯具设计中十分重要的环节。LED热源处的热量在传递至环境的过程中，要克服热源与散热器间的接触热阻、散热器的扩散热阻以及散热器与环境间的自然对流热阻。针对每个环节，工业界均进行了有效的探索，如开发系列降低接触热阻的导热膏，降低散热器扩散热阻的均温板，以及减少自然对流热阻的结构优化等。

均温板是一种典型的解决扩散热阻的强化散热技术。常用的均温板为纯铜均温板或嵌热管式铜均温板，其都有一定的局限性。纯铜均温板的均温方式主要为导热，在热流密度升高时其均温效果并不理想。嵌热管式铜均温板将热管嵌入铜基板中，可显著提高基板的均温能力，但热管传热为各向异性，沿热管方向的均温板传热较好，而垂直于热管方向均温效果较差。近些年发展出的真空腔均温板可实现全方位的均温效果，其将相变液体充注于真空的腔体中，真空腔底部的液体在吸收LED热源的热量后，蒸发扩散至整个真空腔内，实现热量的多维快速扩散。目前，真空腔均温板是较为先进的LED均温技术，但随着LED集成度的不断提高，其功率密度不断增大，真空腔均温板的传热能力亟需进一步提升。

为此，本发明提出一种液体金属均温腔LED散热器。通过将液体金属液滴填充于真空腔均温板的底部，来达到增加换热面积、提升换热系数的效果。其典型优点如下：（1）液体金属液滴的填充可增大真空腔均温板底部的换热面积，使真空腔与相变工质的接触更加充分；（2）液体金属液滴随着相变工质的蒸发凝结而上下脉动，起到强化对流换热的作用；（3）液体金属液滴导热性能优异，可显著降低真空腔均温板与相变工质的接触热阻；（4）液体金属液滴性质稳定，无毒无害，因而系统稳定可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED散热器，该散热器充分结合了相变工质的沸腾传热与液体金属液滴优异的传热性能，使得其换热效果较传统装置有较大的提高。本发明可实现LED器件的有效散热。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种液体金属均温腔LED散热器，如图1所示，其组成如下：

一真空腔1，所述真空腔1内填充相变工质与液体金属液滴，真空腔外侧与翅片相连；

一相变工质2，所述相变工质2填充于所述真空腔1内，工质通过相变实现快速传热；

一液体金属液滴3，所述液体金属液滴3填充于所述真空腔1内底部，用以增大传热面积及强化对流传热效果；液体金属的表面张力比较大，在液体蒸发所产生的气泡周期性冲击的作用下会一直呈现液珠状态；

一翅片4，所述翅片4位于所述真空腔1外侧，将所述真空腔1内的热量传递至周围环境。

所述真空腔1形状可为圆筒形或长方体，材质可为铝、铜、不锈钢及碳钢。

所述相变工质2可为氨、水、丙酮、己烷、氟利昂及乙醇。

所述液体金属3主要包括镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金。

所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铋合金或镓锡合金。

所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

所述铋基合金为铋铟锡合金或铋锡合金。

工作时，热源5处的热量传递至真空腔1底部并加热相变工质2与液体金属液滴3，相变工质2受热蒸发，其蒸气运动至整个真空腔实现传热，当蒸气与真空腔温度较低的壁面接触时，凝结为液体并落回真空腔底部参与下一次循环；与此同时，受热的液体金属液滴3一方面与相变工质2进行热交换；另一方面，液体金属液滴3被蒸发的蒸气携带脉动，达到强化传热的效果。

本发明所述的一种液体金属均温腔LED散热器具有如下优点：

（1）液体金属液滴的填充可增大真空腔均温板底部的换热面积，使真空腔与相变工质的接触更加充分；

（2）液体金属液滴随着相变工质的蒸发凝结而上下脉动，起到强化对流换热的作用；

（3）液体金属液滴导热性能优异，可显著降低真空腔均温板与相变工质的接触热阻；

（4）液体金属液滴性质稳定，无毒无害，因而系统稳定可靠。

附图说明

图1为实施例1中一种液体金属均温腔LED散热器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

实施例1展示了本发明的液体金属均温腔LED散热器的一种典型应用。图1为液体金属均温腔LED散热器结构示意图。

如图1所示，本实施例的液体金属均温腔LED散热器由真空腔1、相变工质2、液体金属液滴3及翅片4组成。

本实施例中，真空腔1为圆筒形，外径10cm，壁厚1cm，铜材质，其内真空度为1.2×10^-2Pa。

相变工质2为去离子水，在真空腔内的体积填充率为10%。

液体金属液滴3为镓铟锡锌合金（质量分数：61% Ga，25% In，13% Sn，1%Zn），其安全无毒，熔点为8oC，在真空腔内的体积填充率为5%。

翅片4材质为铝，总散热面积为1.2m²。

工作时，热源5处的热量传递至真空腔底部并加热去离子水2与液体金属液滴3，去离子水2受热蒸发，水蒸气运动至整个真空腔实现传热，当水蒸气与真空腔温度较低的壁面接触时，凝结为液体水并落回真空腔底部参与下一次循环；与此同时，受热的液体金属液滴3一方面与去离子水2进行热交换；另一方面，液体金属液滴3被蒸发的水蒸气携带脉动，达到强化传热的效果。

下面通过典型案例来评估本发明所涉及的液体金属均温腔LED散热器的传热效果。

实验表明，液体金属液滴3的使用可使得真空腔底部的散热面积增加10%，而液体金属液滴3的扰流作用可使沸腾对流换热系数提高30%~50%，在热源热流密度不变的情况下，由传热公式(1)可知：

(1)

可知

(2)

其中，Q为热源处的热量，h为对流换热系数，A为对流换热面积，为对流换热温差。下标1代表传统真空腔LED散热器，下标2代表本发明的液体金属均温腔LED散热器。

若传统真空腔LED散热器真空腔底板处的沸腾传热温差为20℃，根据公式（2），本发明中的真空腔沸腾温差仅为14℃，相较于传统LED散热器有6℃的温降，强化传热效果显著。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，其组成如下：

一真空腔，所述真空腔内填充相变工质与液体金属液滴，真空腔外侧与翅片相连；

一相变工质，所述相变工质填充于真空腔内；

一液体金属液滴，所述液体金属液滴填充于真空腔内底部；

一翅片，所述翅片位于真空腔外侧。

2.按权利要求1所述的一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，所述真空腔形状为圆筒形或长方体，材质为铝、铜、不锈钢或碳钢。

3.按权利要求1所述的一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，所述相变工质为氨、水、丙酮、己烷、氟利昂或乙醇。

4.按权利要求1所述的一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，所述液体金属为镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金。

5.按权利要求4所述的一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铋合金或镓锡合金。

6.按权利要求4所述的一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

7.按权利要求4所述的一种液体金属均温腔LED散热器，其特征在于，所述铋基合金为铋铟锡合金或铋锡合金。