CN207006087U - Led散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种LED散热器，包括：内腔、鳍片和光源安装面，其中，光源安装面，与内腔的筒壁的侧面接触放置，且所述光源安装面的表面配置有LED光源；所述鳍片为多片，以内腔的筒壁为中心，自该光源安装面的两侧在内腔的筒壁外侧呈扇形间隔排列，其中，每片鳍片两侧的波纹方向相反，且相邻的两片鳍片相对的波纹方向相反；内腔中注入有相变导热液体。本实用新型通过提高鳍片‑空气的自然对流换热系数，从而达到了更好的散热效果，同时还实现了结构紧凑、成本降低、效率提高，尤其可以适用于大功率、高热流密度的LED光源。

Description

LED散热器

技术领域

本实用新型涉及LED散热技术领域，尤其涉及一种LED散热器。

背景技术

LED光源由于光电转化效率高，可大幅节约电能，同时还具有体积小、寿命长、易控制等特点，因此正迅速替代传统白炽灯、荧光灯、金卤灯和高压钠灯等，在各个领域被广泛应用。

但LED光源作为半导体二极管的一种，必须工作在一定的温度范围以内；超过额定温度，就会引起显著光衰甚至烧毁。尤其一些大功率LED光源，热流密度很高，必须将热量及时带走，散到环境空气中。因此，高效可靠的LED散热器就非常必要。

目前大功率LED光源多采用金属散热器，利用金属的高导热系数，将LED光源的热量取走，然后通过散热器上的鳍片，利用空气的对流，将热量释放到空气中。当这一过程达到热平衡时，LED光源的温度会趋于稳定值。LED散热器目的就是将LED光源的工作温度控制在额定温度以内，保证LED安全有效地工作。

金属散热器的导热系数各不相同，出于成本和导热能力的综合考量，铝合金散热器为应用中的主流。常用铝合金根据种类不同，导热系数一般在50～200W/(m·K)之间。在导热方向上，金属散热器会产生温度梯度：即从靠近LED光源侧至远离光源侧，温度逐渐降低；根据功率不同，最大温差在几摄氏度到几十摄氏度之间。这种温度不均匀性导致整个散热器的平均温度变低，亦即换热能力变低。为了达到一定的换热量，需要增大换热面积来补偿。

由于风扇等运动式的机械元件具有寿命短、噪音大、可靠性低的特点，大部分LED散热器都避免采用强制对流，而采用免维护、可靠性高和无功耗的自然对流。但自然对流的缺点是对流换热系数低，为了达到一定的换热量，需要较大的换热面积。

综上两点，换热面积的增大会造成LED灯具成本上升、重量增加和空间利用率降低.

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的在于提供一种LED散热器，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种LED散热器，其中，包括：内腔、鳍片和光源安装面，其中，

光源安装面，与内腔的筒壁的侧面接触放置，且所述光源安装面的表面配置有LED光源；

所述鳍片为多片，以内腔的筒壁为中心，自该光源安装面的两侧在内腔的筒壁外侧呈扇形间隔排列，其中，每片鳍片两侧的波纹方向相反，且相邻的两片鳍片相对的波纹方向相反；

内腔中注入有相变导热液体。

可选地，所述鳍片的波纹可以为尖角波纹。

可选地，所述内腔中设置有吸附所述相变导热液体的吸液芯，所述吸液芯为能产生毛细力的毛细结构。

可选地，所述吸液芯可以为金属丝网、烧结金属粉末或者泡沫金属或者当量直径为微米级的槽道结构。

可选地，所述内腔顶上开设有供相变导热液体注入的注液口，内腔还包括密封注液口的封帽，与所述注液口拧合。可选地，所述内腔与鳍片可以为一体式结构。

可选地，所述鳍片的数量可以为2～120个。

可选地，所述鳍片的尖角波纹的高度可以为1mm～5mm。

(三)有益效果

本实用新型相较于现有技术，具有以下优点：

1、本实用新型采用了尖角波纹的鳍片代替了现有的圆弧形波浪波纹，增加了换热表面积，同时对空气造成扰动，提高鳍片-空气的自然对流换热系数，从而达到了更好的散热效果。

2、本实用新型的相邻鳍片相对两面的尖角波纹为非对称结构，以增强鳍片间的空气扰流作用，提高了鳍片-空气的自然对流换热系数，减少了换热面积，同时，散热器的鳍片和内腔的筒壁为一体式结构，可大幅减少接触热阻，从而减小了散热器的温度梯度，从而实现了结构紧凑、成本降低、效率提高，尤其可以适用于大功率、高热流密度的LED光源。

3、本实用新型的内腔中设置有吸液芯，用于吸附内腔底部的相变导热液体，使得在LED光源水平照射时，保证发热面始终接触相变导热液体，从而保证散热效果。

4、本实用新型还可以根据用户的散热需求，调整鳍片的宽度、高度、间距，已达到不同的散热效果。

5、本实用新型结构合理，加工方便，尤其是整体热阻低、热响应迅速、重量轻、体积小，并可适应多种安装方式和照明角度，可用于工矿灯、路灯、隧道灯、投光灯、诱鱼灯等多种灯具中。

附图说明

图1为本实用新型实施例的LED散热器的外观示意图；

图2为本实用新型实施例的LED散热器的内部剖视图；

图3为本实用新型实施例的LED散热器的尖角波纹示意图。

具体实施方式

现有技术中金属散热器导热时会随着与LED的距离，产生温度梯度，出现温度不均匀的情况，为了解决该问题，达到一定的换热量，需要增大换热面积来补偿。另外，大部分LED散热器都避免采用强制对流，而采用免维护、可靠性高和无功耗的自然对流。但自然对流的缺点是对流换热系数低，为了达到一定的换热量，需要较大的换热面积。因此，现有技术中，常用的是通过增大换热面积来解决上述技术问题，但是会造成LED灯具成本上升、重量增加和空间利用率降低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种LED散热器，采用了尖角波纹的鳍片代替了现有的圆弧形波浪波纹，尖角形状可以为三角形或者其他多角形，一般来说，尖角的角度选择锐角。相邻鳍片相对两面的尖角波纹为非对称结构，将散热器的鳍片和内腔的筒壁设计为一体式结构，提高鳍片-空气的自然对流换热系数，从而达到了更好的散热效果。同时也实现了LED散热器的结构紧凑、成本降低、效率提高，尤其适用于大功率、高热流密度的LED光源。另外，该LED光源不仅在向下照射时能够高效散热，通过本实用新型的内腔中的吸液芯，也确保了LED光源水平照射时，发热面始终接触相变导热液体，从而保证LED系统在不同角度照射时的散热效果。

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例的LED散热器的外观示意图，如图1所示，本实用新型提供了一种LED散热器，整体呈半太阳花式结构，包括：内腔1、鳍片4和光源安装面6。其中，光源安装面6与内腔1的筒壁侧面接触放置，且在所述光源安装面的表面配置LED光源；多片鳍片4以内腔1的筒壁为中心，自该光源安装面6的两侧，在内腔1的筒壁侧面呈扇形间隔排列，其中，每片鳍片4两侧的波纹方向相反(也就是说，鳍片4一侧的波纹朝向内腔1，另一侧的波纹远离内腔1)，且相邻的两片鳍片4相对的波纹方向相反。此外，内腔1中注入有相变导热液体。

不同于现有常用的圆弧形波浪波纹，本实用新型实施例的鳍片4的波纹可以为尖角波纹，尖角形状可以为三角形或者其他多角形，其角度一般为锐角，其中，为了加工方便，优选为三角形。一方面由于两段直线长度大于圆弧长度，增大了换热表面积；更重要的是波纹尖角可以对空气造成扰动。空气在尖角处形成微小的旋涡，这种旋涡破坏了贴近鳍片4处的空气薄层——这层空气薄层称为边界层，由于流速很低，实际上是一层热阻。边界层的扰流可以提高鳍片4-空气的自然对流换热系数。且同一波纹的两侧以及相邻的两片鳍片4相对的波纹方向相反，可以使鳍片4间隙中的空气在流动时，两侧受到的阻力不同，从而产生一种整体旋转的趋势，提高鳍片4-空气的自然对流换热系数。

当LED光源安装在光源安装面6上后，工作时热量从LED光源经由导热硅脂或导热硅胶传递至光源安装面6；对于散热器来说，光源安装面6可视为发热面。当LED光源向下照射时，即光源安装面6为水平面，由于重力作用，发热面内部被沉积的相变导热液体覆盖。相变导热液体为低沸点工质，受热后沸腾气化，由液相变为气相，此过程为相变过程。由于液体的潜热远大于其显热，相变过程中相变导热液体会吸收大量的热量，可保证LED光源发出的热量被及时导走，避免热量淤积；同时相变过程为恒温过程，通过调整相变导热液体的沸点，可以保证LED光源温度始终处于额定温度以下。相变导液体在内腔1的壁面上冷却，放出热量到内腔1的筒壁，气相又重新变为液相，形成循环。

图2为本实用新型实施例的LED散热器的内部剖视图，如图2所示，在本实施例中，散热器顶面中心处有通向空腔的注液口，相变导热液体通过内腔1顶上的注液口2注入内腔1中，同时还可以设置封帽3，通过将封帽3与所述注液口2拧合，以密封注液口2。内腔1中的吸液芯5，用于吸附所述相变导热液体，所述吸液芯5为毛细结构，能够产生毛细力。当LED光源水平照射时，即光源安装面为竖直面，内腔1中的相变导热液体在重力的作用下沉在底部。吸液芯5依靠毛细力无功耗输运相变导热液体，从而将内腔1中的相变导热液体吸附上来，相变导热液体在重力和毛细力的作用下，达到受力平衡，在吸液芯5内维持一定的高度，保证发热面内部始终接触相变导热液体。如前所述，相变导热液体吸收热量，由液相变为气相，扩散到散热器内腔1中。随着液体的减少，吸液芯5内部液体高度变低，总的重力减少，毛细力便会再吸取液体上来，从而维持其与重力的平衡。吸液芯5一般由金属丝网、烧结金属粉末、泡沫金属或者当量直径为微米级的槽道结构制成，其中，槽道结构的当量直径一般优选为50μm～500μm。只要可以形成毛细结构，就会产生毛细力。水平照射的LED灯具，在其散热器的空腔内布置吸液芯5，保证相变导热液体可以覆盖LED光源的发热区域，保证较好的散热效果，以维持LED光源始终工作在额定温度内。

另外，在本实用新型实施例中，内腔1与鳍片4为一体式结构，采用铝型材挤压、锻压或压铸等加工方式均能做到。相比鳍片4焊接、粘接、胀接或其它机械方式固定于内腔1上，可大幅减少接触热阻，降低温度梯度。

用户可以根据散热需求，调整鳍片4的宽度、高度、间距，以达到不同的散热效果。一般来说，所述鳍片4的数量为2～120，内腔为圆柱状的散热器，其外直径(即两个相对的鳍片4的距离)一般为50mm～500mm，鳍片4的尖角波纹的高度为1mm～5mm，鳍片4的排布可以是规则的，也可以是不规则的。另外，同一LED散热器的鳍片4的形状大小可以一致，也可以不一致。

图3为本实用新型实施例的LED散热器的尖角波纹示意图，如图3所示，在两个鳍片4的间隙中，相对两个面的波纹尖角是非对称的：一侧尖角朝外(朝向内腔)，为迎风波纹；一侧尖角朝里(远离内腔)，为顺风波纹。本实用新型的这种设计可以使相邻鳍片4的间隙中的空气在流动时，两侧受到的阻力不同，从而产生一种整体旋转的趋势。这种趋势是一种大尺度上的扰流，如同生活中搅动热水加速其降温，以增强鳍片4间隙的空气扰流作用，从而提高鳍片4-空气的自然对流换热系数。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LED散热器，其特征在于，包括：内腔、鳍片和光源安装面，其中，

光源安装面，与内腔的筒壁的侧面接触放置，且所述光源安装面的表面配置有LED光源；

所述鳍片为多片，以内腔的筒壁为中心，自该光源安装面的两侧在内腔的筒壁外侧呈扇形间隔排列，其中，每片鳍片两侧的波纹方向相反，且相邻的两片鳍片相对的波纹方向相反；

内腔中注入有相变导热液体。

2.根据权利要求1所述的LED散热器，其特征在于，所述鳍片的波纹为尖角波纹。

3.根据权利要求1所述的LED散热器，其特征在于，所述内腔中设置有吸附所述相变导热液体的吸液芯，所述吸液芯为能产生毛细力的毛细结构。

4.根据权利要求3所述的LED散热器，其特征在于，所述吸液芯为金属丝网、烧结金属粉末或者泡沫金属或者当量直径为微米级的槽道结构。

5.根据权利要求1所述的LED散热器，其特征在于，所述内腔顶上开设有供相变导热液体注入的注液口，内腔还包括密封注液口的封帽，与所述注液口拧合。

6.根据权利要求1所述的LED散热器，其特征在于，所述内腔与鳍片为一体式结构。

7.根据权利要求1所述的LED散热器，其特征在于，所述鳍片的数量为2～120个。

8.根据权利要求2所述的LED散热器，其特征在于，所述鳍片的尖角波纹的高度为1mm～5mm。