CN101598318A - 散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热装置，包括散热基体和位于散热基体上的散热片，散热基体的内部为中空，其内轴向设有形成回路的导热通道，导热通道内灌注有流体导热介质，导热介质在导热通道的热源区域受热蒸发为气体，并在导热通道内流动，散热后冷凝的流体导热介质由重力作用回流至热源区域的方式进行循环散热。本发明利用流体蒸发的上升力与液化后流体重力的作用通过循环对流的方式将热量迅速地散发至散热基体内壁再传至散热片，且冷凝后的导热介质是通过自身重力的作用回流至热源区域的方式散热，回流速度快，整个循环对流的速度也快，因此热源产生的热量可以快速通过本发明散热装置散发到散热片和外界空间，达到较好的散热效果。

Description

散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热装置。

背景技术

现有技术的LED路灯多数是由多颗甚至上百颗的小功率LED分散排列组成，其存在以下缺点：1、光线穿透力不足；2、看似很亮很刺眼，其实路面光照度不够，漫天星容易视觉疲劳或造成眼花；3、许多颗串并联组成，电源转换率较低；4、路面行人重影等。相反，多芯片集成封装紧凑型大功率LED其可克服上述缺点，具有视觉效果好，有反光杯的遮挡，避免眼睛直视强光点，在光色和照明质量上，集成封装式LED光源更表现出独特的优势：同一个灯具中不会出现光色不均匀的现象，光源发射出的光在照射平面内均匀透彻，具有很好的视觉舒适性，不会出现困扰组合式灯具的重影现象。多芯片集成封装紧凑型大功率LED路灯是今后发展的方向，但该结构的LED路灯未能很好地发展，主要是由于LED发光的同时其产生的热量未能很好地散发出去，从而导致LED灯产生光衰及其寿命缩短。

目前，业界多芯片集成封装紧凑型大功率LED光源结点温度控制在90度左右，离理想的40度相差甚远，而且单颗功率不能超过100w，否则必须分开排放。温度是LED生存的致命问题，也是LED应用在照明上的一大难题，LED光源结点的温度高低是衡量光通量衰减大小以及寿命长短的关键，温度的高低同样影响LED的发光效率。

目前LED路灯的散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。而风扇散热方式***复杂，可靠性低，经常是风扇的寿命比芯片还短；热管散热的效果不好；散热片散热，因表面积有限，效果同样不好。

多芯片集成封装紧凑型大功率LED、大功率CPU的最好散热结构是以发热体为中心向周围及向上散发的散热基体结构，此结构即为放射性太阳花结构，其材质多为铝合金，所以称太阳花铝散热器。为了加大散热面积，必须将散热片高度延长，单纯增加散热器的高度来增加散热面积是不能达到效果的，因为热量不能很快地导出，而是积聚在发热较近的地方，要充分利用所增加散热器的高度的散热面积，必须将热量快速地传到散热器的顶部，要达到效果一般是在散热器内部加导热性能较强介质(一定高度范围内可以采取塞铜或者热管)，现在已有的太阳花铝散热器的中心大多以塞铜以及塞热管为主，其接触面存在间隙，对传热有一定的影响，达不到较高的散热要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种散热效果好的散热装置。

为达到上述目的，本发明采用如下结构：一种散热装置，其中：包括散热基体和位于散热基体上的散热片，所述散热基体的内部为中空，其内轴向设有形成回路的导热通道，所述导热通道内灌注有流体导热介质，所述导热介质在导热通道的热源区域受热蒸发为气体，并在所述导热通道内流动，散热后冷凝产生的流体导热介质由重力作用回流至热源区域的方式进行循环散热。

所述散热基体的中空内部具有两端分别设有减压进气孔及出液孔的减压空心筒，空心筒外壁具有轴向的细牙纹齿，散热基体中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿，所述导热通道由位于散热基体内壁的牙纹齿和位于所述减压空心筒外壁的细牙纹齿配合而成。

所述导热通道位于所述散热基体内壁内。

所述导热通道内壁经喷沙处理。

包括上密封盖和下密封盖，所述上密封盖和下密封盖分别盖设于所述散热基体的两端，并与所述空心筒、散热基体内壁形成封闭回路的导热通道。

包括至少一密封圈，所述密封圈固定于所述散热基体和上密封盖或散热基体和下密封盖之间。

所述上密封盖、下密封盖由铝合金制成，且与所述散热基体上端、下端通过焊接密封。

所述下密封盖朝向散热基体的一侧具有导热柱。

所述上密封盖上具有抽气孔，所述抽气孔用于抽取散热基体的内部空气及减压空心筒内部的空气使其达到真空状态。

所述导热介质为多种金属元素与多种无机元素试剂组成的低沸点液体。

本发明所述的散热装置，一起利用流体导热介质蒸发的上升力与冷凝后流体重力的作用通过循环对流的方式将热量迅速地散发至散热基体内壁上再传至散热基体外部的散热片和空气交换把热量带走，并且冷凝后的导热介质是通过自身重力的作用回流至热源区域的方式散热，回流速度快，整个循环对流的速度也快，因此热源产生的热量可以快速通过本发明散热装置散发到散热片和外界空间，达到较好的散热效果，是一种全新的散热技术；另，多个内部带牙纹的导热通道的结构设计增加了传热面积，散热基体内部抽取真空是为了降低导热介质的沸点，使得导热介质在较低的温度下开始工作，所述导热介质以及导热通道使得所述散热装置散热性能好、成本低，尤其适合用于大功率半导体器件的散热。

附图说明

图1为本发明散热装置的截面视图；

图2为本发明第一实施例的结构示意图；

图3为本发明第一实施例下密封盖结构示意图；

图4为本发明第一实施例的横断面视图；

图5为本发明第二实施例的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的横断面视图。

主要组件符号说明

散热基体1；上密封盖2；下密封盖3；散热片11；导热通道4；细牙纹齿41；牙纹齿42；导热介质5；空心筒6；导热柱7；抽气孔8；密封圈9；热源区域A；出液孔61；减压进气孔62。

注：图中实心的箭头表示冷凝的液体；空心的箭头表示气化的气体。

具体实施方式

请参考图1至图4所示，本发明公开了一种散热装置，其中：包括散热基体1和位于散热基体上的散热片11，所述散热基体1的内部为中空，其内轴向设有形成回路的导热通道4，所述导热通道4内灌注有流体导热介质5，所述导热介质5在导热通道4的热源区域A受热蒸发为气体，并在所述导热通道4内流动，散热后冷凝产生的流体导热介质5由重力作用回流至热源区域的方式进行循环散热。

所述散热基体1的中空内部具有两端分别设有减压进气孔62及出液孔61的减压空心筒6，空心筒6外壁具有轴向的细牙纹齿41，散热基体中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿42，所述导热通道4由位于散热基体1内壁的牙纹齿42和位于所述空心筒6外壁的细牙纹齿41配合而成。所述导热通道4的大小视散热基体的高低及大小而定。

所述减压空心筒6的两端分别为出液孔61和减压进气孔62，是为了便于散热通道内的气体压力过大而特别设计。

所述散热片11为以散热基体1为中心向外辐射状布置，于本发明的实施例中，所述散热片11为高传热材料制成的铝合金散热片。

包括上密封盖2和下密封盖3，所述上密封盖2和下密封盖3分别盖设于所述散热基体1的两端，并与所述减压空心筒6、散热基体1内壁形成封闭回路的导热通道4。

包括至少一密封圈9，所述密封圈9固定于所述散热基体1和上密封盖2之间或散热基体1和下密封盖3之间。

为了达到更好地密封效果，提高真空密封度，于本发明的实施例中，所述上密封盖2和散热基体1之间、下密封盖3和散热基体1之间都采用两条具高密封性能的密封圈。

为了增加传热面积，所述下密封盖3朝向散热基体1的一侧具有导热柱7，所述导热柱7经喷沙处理。

所述下密封盖3由高纯度无氧铜或其它高传热材料制成，于本发明实施例中，所述上密封盖2和下密封盖3为铝，所述铝材质的上密封盖2和下密封盖3可通过焊接的方式与所述散热基体1焊接密封。

为了使导热通道4内部的流体导热介质5能够在较低温度下蒸发，使热源温度的上升被最大程度地化解，本发明特别设计了低压导热通道4。为使导热通道4气压减小，上密封盖上具有抽气孔8，所述抽气孔8用于抽取散热基体1的内部空气及减压空心筒6内部的空气使其达到真空状态或低压状态。所述抽气孔8采用滴胶密封后由螺丝锁紧，且所述上密封盖3可通过焊接的方式与所述散热基体1的另一端焊接。所述上密封盖3由铝合金制成。

上述散热基体材料的导电率为59％IACS，导热率220w/m·k，其在散热方面的应用具有很大的优势具体成分和参数值可参考专利号200710175468，其与普通材料相比可提高12％导热率，换算成重量也就是可以减轻12％以上的重量。上述导热介质真空状态下的沸点温度是30度。

所述导热介质5为多种金属元素与多种无机元素试剂组成的低沸点液体，其中金属元素包括锶、铍、钠、钛、钴、铬、钾、铹等；无机元素试剂包括EF-44、CH-104、ZH-104、HTM、TX-206、X-301等，关于金属元素与无机元素试剂的具体成分和参数值可参考美国专利第6132823号，名称为超导传热介质(SUPERCONDUCTING HEAT TRANSFER MEDIUM)。

于本发明的第一实施例中，所述空心筒6的外壁具有轴向的细牙纹齿41，散热基体中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿42，所述导热通道4由位于散热基1体内壁的牙纹齿和位于所述空心筒外壁的细牙纹齿配合而成，为了增加传热面积使得气体能够充分冷却，所述导热通道4的内壁具有牙纹齿，为了达到更好地散热效果，设计多条轴向的导热通道，多条导热通道分布于散热基体的内壁一圈，均匀分布。

请参考图5和图6所示，于本发明的第二实施例中，所述导热通道4位于所述散热基体1内壁内，且与所述散热基体1一体成型，为了达到更好地散热效果，所述导热通道4围绕散热基体的内壁一圈均匀分布。

于本发明的其它实施例中，所述导热通道4还可根据具体情况排列成方形或其它形状，散热片11外形也可为方形或其它形状。

为了增加气体的传热面积及吸附气体的能力，所述导热通道4进一步还可经喷沙处理；为了增加与散热片11的传热面积及传热速度，所述导热通道4也可以尽可能地贴近散热片。

本发明所述的导热介质5是由许多种无机物混合而成的低沸点无腐蚀材料，其与普通导热液相比具沸点较低、导热速度快且对铝材无腐蚀及渗透。

本发明的工作原理是通过在导热通道4内灌注流体导热介质5，通过所述导热介质5在导热通道4的热源区域受热蒸发、热量导热至散热基体1内表面与散热片11后变为流体导热介质、并由重力作用将流体导热介质回流至热源区域的方式进行散热，热量经过这样不断的循环过程被带走。此外，利用抽真空使得导热通道内的液体沸点降低，进一步提高散热效果。

其具体工作原理如下：

本发明所述实施例的热源区域A直接和下密封盖3下端接触，流体导热介质5产生的热量经下密封盖3下端迅速传至下密封盖3上端致使其所盛的导热介质5沸腾，液体沸腾转变成气体，经过散热基体1的许多导热通道4迅速把热量传至散热基体1上端及所有导热通道4内表面，再将热量传至外部散热片由空气将热量带走，而冷凝后的导热介质则依靠重力的作用沿着导热通道和减压空心筒内的出液孔从新流回下密封盖，如此循环不已。

本技术方案是将热传导的技术和太阳花铝散热基体的技术很好地结合起来。太阳花铝散热基体中心的导热通道是由多个带牙纹的牙纹齿配合空心筒组成，上下两端加工好气体对流空隙后封闭加流体导热介质，之后抽真空密封，下端(下密封盖)由铜或铝板加工成小散热片，经喷沙处理然后密封，上端(上密封盖)由铝或其他金属加工好抽气孔后密封。

本发明所述的散热装置够将热源所产生的热量从导热通道4温度相对较高的一端向温度相对较低的一端转移，将热量传遍整个散热基体1内表面再由散热片11和空气交换把热量带走，此散热装置完全可以通过增加散热基体1的长短来控制温度。采用该散热装置，能够将大功率(60w-300w)LED及超大功率(400w-1200w以上)的温度控制在40度以下直至接近沸点温度30度，且可真正把光衰寿命做到十年以上，通过增加散热基本的长度，该散热装置还可以应用在1000瓦以上的投射灯上。

本发明散热技术是本质上区别于现有技术热管的，现有技术热管的工作原理是热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×(10负1-10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量冷凝成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。

本发明相对于现有技术热管以及太阳花中心塞热管具有以下优点：

1、本发明的导热介质不依靠吸液芯的吸附原理进行流动，而是直接通过蒸汽的推动力以及液体本身的重力作为动力循环，阻力大大小于吸液芯中流体流动的阻力，导热介质流动迅速因此导热速度也迅速，散热效率远高于热管；并且，本发明的一个重大区别是，冷凝后的流体导热介质是依靠重力的作用回流至热源区域的；

2、由于发热源产生热量立即传至导热介质，导热介质受热所产生的气体又直接和散热基体内壁接触，传热速度快散热速度也快、效率高；

3、散热基体高度能最大程度达到要求，而塞热管加工配合精度受高度的影响产生缝隙极大的影响散热；

4、工艺简单、成本低。

于本发明的其它实施例中，所述散热基体的外部形状为圆柱形、多边角形、方形、球形或其它形状。

所述导热通道的形状还可以为沿散热基体内壁盘绕的螺旋形、网状、笼状等形状。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1、一种散热装置，其特征在于：包括散热基体和位于散热基体上的散热片，所述散热基体的内部为中空，其内轴向设有形成回路的导热通道，所述导热通道内灌注有流体导热介质，所述导热介质在导热通道的热源区域受热蒸发为气体，并在所述导热通道内流动，散热后冷凝产生的流体导热介质由重力作用回流至热源区域的方式进行循环散热。

2、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述散热基体的中空内部具有两端分别设有减压进气孔及出液孔的减压空心筒，空心筒外壁具有轴向的细牙纹齿，散热基体中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿，所述导热通道由位于散热基体内壁的牙纹齿和位于所述减压空心筒外壁的细牙纹齿配合而成。

3、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述导热通道位于所述散热基体内壁内。

4、根据权利要求2或3所述的散热装置，其特征在于：所述导热通道内壁经喷沙处理。

5、根据权利要求2或3所述的散热装置，其特征在于：包括上密封盖和下密封盖，所述上密封盖和下密封盖分别盖设于所述散热基体的两端，并与所述空心筒、散热基体内壁形成封闭回路的导热通道。

6、根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于：包括至少一密封圈，所述密封圈固定于所述散热基体和上密封盖或散热基体和下密封盖之间。

7、根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于：所述上密封盖、下密封盖由铝合金制成，且与所述散热基体上端、下端通过焊接密封。

8、根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于：所述下密封盖朝向散热基体的一侧具有导热柱。

9、根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于：所述上密封盖上具有抽气孔，所述抽气孔用于抽取散热基体的内部空气及减压空心筒内部的空气使其达到真空状态。

10、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述导热介质为多种金属元素与多种无机元素试剂组成的低沸点液体。

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