CN101893220B

CN101893220B - 用于冷却led的重力型平板热管散热器

Info

Publication number: CN101893220B
Application number: CN2010102165424A
Authority: CN
Inventors: 刘振华; 李元阳
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: CN101893220A

Abstract

一种发光二极管技术领域的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，包括：中央散热管、组合散热管、散热翅片、盖板和直肋，其中：中央散热管和组合散热管固定连接，组合散热管与LED的基板固定连接，盖板固定设置于组合散热管的顶部，若干散热翅片固定设置于盖板的上下两侧并分别与中央散热管及组合散热管的外部相连接，直肋径向设置于组合散热管内并与散热翅片相连接。本装置散热面积大，散热效率高，是一种启动性能好、重量轻、均温性好、结构紧凑、加工方便的新型大功率LED散热器。

Description

用于冷却LED的重力型平板热管散热器

技术领域

本发明涉及的是一种发光二极管技术领域的装置，具体是一种用于冷却100W以上功率的LED的重力型平板热管散热器。

背景技术

LED具有节能、环保、美观、安全、寿命长、低耗、高亮度、启动时间短、防水、防震、易调光、光束集中、全固态、维护简便等优点，作为一种新型的节能照明光源正在大力推广，目前白光功率LED的出光效率已经达到167lm/W，商品也已经达到100lm/W，超过了荧光等的平均水平，远高于白炽灯和卤钨灯的发光效率。预计到2020年，白光LED的发光效率将超过所有传统光源，理论效率可达300lm/W。伴随着LED高性能、微型化、集成化的三大发展趋势，散热问题越来越突出，热量在芯片处的积累将严重影响其稳定性和使用寿命，这就成为高亮度LED组合光源大规模投入实用的制约因素，比如对于W级(≥1W)大功率LED而言，芯片尺寸仅为1mm×1mm～2.5mm×2.5mm，有些大功率LED芯片的热流密度甚至超过了400W/cm2，如何使大功率LED的热量能及时的散发，防止LED的温升过高，是LED器件封装和器件应用必须着重解决的核心问题。

经过对现有技术的检索发现，专利申请号200811027959.9，发明名称为一种大功率LED灯快速散热的方法。该技术利用的是一种真空储液腔将LED基板和内散热叶片包围起来，让真空储液腔成为热管进行散热。该技术的一部分实际上是一个平板形重力热管，底部水平面是加热面，上部水平面是冷凝冷却面。当传热面(LED基板)不大时，使用一个平板形重力热管散热是一个很好的技术方案，但是当传热面尺寸较大，LED功率也很大时，热管启动性不好，传热面中心位置散热不良。同时要将整个LED基板包在水箱中在制作工艺上是非常困难的。

专利申请号200810217336.8，发明名称为一种用于LED灯具的真空液体散热装置。该技术采用一个大空心长方体散热体，内置导热液体并抽真空，散热体表面有翅片。此专利应用的原理也是平板重力热管的原理。当传热面尺寸较大，LED功率也很大时，热管启动性不好，传热面中心位置散热不良。尤其是启动阶段的导热散热能力非常低下。

专利申请号200810029568.0，发明名称为一种基于热管散热的大功率LED模组框架式路灯。该技术为了实现大功率的散热将多个LED分散在多个LED铝基板上，每个小铝基板安装在其对应的一个圆柱形丝网热管固定板上，通过横插在热管固定凹槽上的热管将热量导出。该装置使用的是小功率LED。这种方法的散热能力和现有的翼片散热相差不大。丝网类热管的最大散热能力都不大，而且装置元部件过于零散，并不适用于大功率LED散热。

专利申请号200910080178.0，发明名称为新型LED及大功率散热器件散热器。该技术采用平板热管水平放置，内部冲压出并排排列的多个通孔阵列，通孔内壁带有挤压成型的若干微翅片，冷凝段安装翅片。该技术同样是一个重力型水平热管，内部有强化换热的肋片和微翅片。加工难度高，且由于散热翅片与热管不是一体，接触热阻较大，并且靠外加电力进行风冷散热，不仅会多耗能且使得装置的整体寿命和可靠度降低。

专利申请号200910084525.7，发明名称为带相变散热结构的由LED构成的灯。该技术由基本成“回”字形的带相变液体的真空密封内腔构成一个重力形平板热管，其内壁包围LED启动电源底板，仅靠一个金属电源底板的两端与散热器热管相连，总体散热效果并不高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其总体换热效果要远远大于单一热管的换热效果，该散热器的散热面积大，散热效率高，是一种启动性能好、重量轻、均温性好、结构紧凑、加工方便的新型大功率LED散热器。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：中央散热管、组合散热管、散热翅片、盖板和直肋，其中：中央散热管和组合散热管固定连接，组合散热管与LED的基板固定连接，盖板固定设置于组合散热管的顶部，若干散热翅片固定设置于盖板的上下两侧并分别与中央散热管及组合散热管的外部相连接，直肋径向设置于组合散热管内并与散热翅片相连接。

所述的组合散热管为双层同心散热筒结构，其中：内层散热筒内充有乙醇工质，夹层内充有水，组合散热管的外侧设有呈星形发散的三角形形状的散热翅片，该散热翅片为一体化冲压制成。

所述的中央散热管为空心散热筒结构，其上半部外侧设有呈星形发散的三角形形状的散热翅片，下半部设有组合散热内筒，该散热翅片为一体化冲压制成。

所述的盖板为套环形结构形状，该盖板为中央散热管的上半部热管一体化冲压制成，所述的套环结构与组合散热管紧密交叉连接。

所述的直肋为星形发散形结构，该直肋为组合散热管一体化冲压制成，无接触热阻，传热性能更好，可以增大中央散热管的散热能力。

所述的直肋的上端与盖板不相接触，在LED启动阶段，热管未开始工作时，将传热面中央区域的热量通过肋板导热传递出去。其次是在热管工作时强化传热面蒸发换热特性。

所述的中央散热管内部填充乙醇工质，并抽真空密封。外部圆环形热管内部填充水工质，并抽真空密封。

本装置与LED基板直接通过通孔螺栓和导热胶一体化组合紧密相连，以获得最短的导热途径，并使用一体化加工的热管组合和不同的工质，使用启动特性好的乙醇工质装入中心处的圆柱形重力热管，防止刚加热时LED基板中心受热冲击而过热烧毁，提高中央区域散热能力。

使用稳定运行时换热特性好的水工质装入组合散热管，提高稳态运行时散热能力。在大功率LED启动后，LED散发的热量首先通过肋片结构导热进行散热。随之乙醇热管启动，带走LED基板中央区域热量。最后水热管启动，散热器进入稳定工作状态。解决了大传热面中央区域散热性能低下的瓶颈问题。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

1.针对大功率LED大基板问题，使用一体化加工的重力型平板热管一体化组合，制作简单廉价，结构紧凑。冷凝部散热面积大。

2.注重提高启动特性，可以防止刚加热时LED基板中心受到热冲击而过热烧毁。各热管使用的工质不同。中间的乙醇热管侧重于启动特性，周围的水热管组侧重于稳定运行特性。散热器整体结构近似于翅片导热型散热器。LED刚启动时，首先通过肋片导热散热，然后中心区域乙醇热管启动导热，最后水热管启动导热。这样可以更有效的将启动阶段热量散发出去。

3.基板各部位散热能力可调节，采用LED基板中心区单独散热，加热面积小，散热面积大，强化中心区散热，使热负荷最大的中心区的热量更好的散失出来。

4.增加热管长度(重力热管长度不影响热管内部热阻)，采用侧面散热可以提高散热面积。

5.适应性强，可跟据LED的散热功率和LED灯泡排布，调节热管管长，增加同心状热管数量。总体形状也可以变化(如方形，长方形)以与不同的LED基板相匹配。

附图说明

图1是热管组合散热器的整体结构图。

图2是热管组合散热器下部的A-A截面视图。

图3是热管组合散热器上部的B-B截面视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：中央散热管1、组合散热管2、散热翅片8、散热翅片12、盖板9和直肋5，其中：中央散热管1和组合散热管2固定连接，组合散热管2与LED的基板6固定连接，盖板9固定设置于组合散热管2的顶部，若干散热翅片8和12分别固定设置于盖板9的上下两侧并分别与中央散热管1及组合散热管2的外部相连接，直肋5径向设置于组合散热管2内并与散热翅片12相连接。

所述的中央散热管为空心散热筒结构，其上半部外侧设有一体化冲压三角形翅片，下半部设有组合散热内筒13。

所述的三角形翅片为星形发散结构。

所述的组合散热管为双层同心散热筒结构，其中：内层散热筒内充有乙醇工质，夹层内充有水。

本实施例所述装置总体高度40cm，采用铝材料压铸制成，传热面最大热流密度超过700kW/m2。

所述的中央散热管1高度20cm，中央热管***有散热翅片8，下部有组合散热管顶部盖板9。中央散热管上顶面4留有抽真空充液孔10。组合散热管顶部盖板9上也有一个抽真空充液孔11。中央散热管内径4.5cm。组合散热管2的内层散热筒13和外层散热筒14与套环形结构形状的盖板9之间开有插槽粘连口7。

所述的组合散热管2高度20cm，为双层同心散热筒结构。组合散热管***有30cm长的散热翅片12，内层散热筒13、外层散热筒14组成。其中：双层同心散热筒结构的内层散热筒(中央热管)13和外层散热筒14之间有直肋5连接。直肋5上端均留有空隙15以保持外层散热筒在上部联通，这样可以在充液和抽真空时用一个抽真空充液孔11就可以。

热管组合上半部的中央散热管1与热管组合下部的组合散热管内筒13连成一体成为一个中央热管，该热管整体高度40cm，内径4.5cm。其内部填充占该热管总体积20％的乙醇工质16，并抽真空密封。组合散热管的外层散热筒14内径为14cm，高度20cm。其内部填充占该组合散热管总体积20％的水工质17，并抽真空密封。

所述LED基板6为铝基板，形状为直径15cm的圆板。一侧安装有总体功率为200W的LED18。

如图2所示，所述的直肋5共8个且均匀分布于组合散热管的内筒13和外筒14之间。

在外筒14圆周外表面均匀分布14个三角形翅片12。有4个用于LED基板与热管底面固定安装用的螺栓通孔19，均匀分布在下部热管底部20的边缘。

图3给出了本热管组合上部的B-B截面视图。从图中可以看到热管组合上部中央散热管1圆周外表面均匀分布14个中央散热管的三角形散热翅片8。

本装置采用中央散热管和底部组合散热管组成组合式散热器。LED基板中央区域和周围区域的热量分别由2个热管散热，散热翅片也分别独立。其总体换热效果远远大于现有单一热管的换热效果，该散热器的散热面积大，散热效率高，是一种启动性能好、重量轻、均温性好、结构紧凑、加工方便的新型大功率LED散热器。

Claims

1.一种用于冷却LED的重力型平板热管散热器，包括：中央散热管、组合散热管、散热翅片、盖板和直肋，其中：中央散热管和组合散热管固定连接，组合散热管与LED的基板固定连接，盖板固定设置于组合散热管的顶部，若干散热翅片固定设置于盖板的上下两侧并分别与中央散热管及组合散热管的外部相连接，直肋径向设置于组合散热管内并与散热翅片相连接，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其特征是，组合散热管的外侧设有呈星形发散的三角形形状的散热翅片，该散热翅片为一体化冲压制成。

3.根据权利要求1所述的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其特征是，所述的中央散热管为空心散热筒结构，其上半部外侧设有呈星形发散的三角形形状的散热翅片，下半部设有组合散热内筒。

4.根据权利要求1或3所述的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其特征是，所述的中央散热管内部填充乙醇工质并抽真空密封。

5.根据权利要求1所述的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其特征是，所述的盖板为套环形结构形状，该套环结构与组合散热管紧密交叉连接。

6.根据权利要求1所述的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其特征是，所述的直肋为星形发散形结构，该直肋为组合散热管一体化冲压制成。

7.根据权利要求1所述的用于冷却LED的重力型平板热管散热器，其特征是，所述的直肋的上端与盖板不相接触。