一种相变热管式大功率LED灯及其散热方法技术

本发明专利技术提供了一种相变热管式大功率LED灯，包括：散热器，散热器内部设置空腔，空腔内装填有换热工质，空腔内壁上安装有间隔交替分布的吸气剂固定条，吸气剂固定在所述吸气剂固定条上；安装在散热器底部的热沉；固定在热沉底部的LED基板；安装在LED基板上的LED芯片；固定在散热器顶部的端盖；设置在端盖中心的充装管；以及安装在空腔外壁上的散热翅片。本相变热管式大功率LED灯散热效率高，使用寿命长且可在一定倾斜角度下依旧保证高散热效率。本发明专利技术还提供了一种可以为增强相变热管式大功率LED灯热量传导及散发速率的散热方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED灯具
，具体涉及一种相变热管式大功率LED灯及其散热方法。
技术介绍
LED作为一种优秀的半导体光电器件，以其体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优点，成为新一代固态节能照明光源。随着LED向高光强、高功率发展，其散热问题日渐突出，严重影响了LED的光输出特性和器件的寿命，已成为大功率LED灯具必须解决的关键问题。如今对于大功率(200W以上)LED散热系统的相关技术尚不成熟，市场可见的散热器多采用散热翅片直接粘贴在LED灯封装后的基板背后，依靠固体材料间导热的方式将热量传递至翅片表面，这样的散热结构热阻较高，导热速度太慢，无法将大功率LED芯片在工作时产生的高热流热量及时导出。目前较有效且先进的技术多采用热管式散热器对大功率LED灯进行散热，但依然存在许多尚未解决的散热问题。例如：1.LED封装基板与相变散热器之间的接触热阻严重影响LED的散热性能。由于在LED封装基板表面和散热器热沉底座表面之间存在极细微的凹凸不平的空隙，是热的不良导体，将在电子元件与散热器间形成接触热阻，降低散热器的效能。现有技术中采用导热硅脂(导热系数仅为铜铝等金属材料的1％左右)来填充在两个表面之间，但由于这些材料的导热系数非常小而且容易老化，热阻依然较大，影响器件的散热和长期稳定性，成为新的导热瓶颈。2.热管式LED灯使用方向可调节幅度。传统热管式散热通常必须采用重力方向布置，受工质流动、传热限制，通常可倾斜角度非常有限；甚至会出现一旦倾斜，热量便停止传递，热管失效的状况。这一限制将对LED灯使用耐久性和对环境变化的应急性带来严重的不良影响。3.热管内部传热结构的进一步优化改善。考虑到制造工艺、加工成本与实际传散热性能的权衡，热管内部传热与散热结构的布局、内部毛细结构的再设计以及简化有助于进一步降低热管散热器成本，同时保证传散热性能维持在一个较优水平。同时，提高热管式散热器的使用适应性。4.换热工质的相变必须在一定的真空度内进行，一旦空腔内的真空度降低，换热工质吸热相变的阻力将大幅增加，会严重影响LED芯片发热的热量散失。而随LED灯使用时间的推移，散热器空腔内的真空度会不可避免的降低。随着对于大功率LED灯的研究越来越深入，关于大功率LED灯的报道也屡见不鲜，如专利申请号为：CN200620057787.6的中国专利公开了“一种大功率发光二极管的散热封装结构”，
通过导热胶把LED封装体的支架与无机介质热管或者相变传热的热管散热器件相联接，采用了高效的无机介质传热方式或者相变传热方式的热管作为大功率LED封装散热结构的散热器件，使传热速度大大提高，高效热管的热导系数是普通金属传热的100倍以上，解决了LED封装基板与相变散热器之间的接触热阻严重影响LED的散热性能的问题，但是热管内部传热结构依旧没有进行优化，随着LED灯使用时间的延长，散热器真空腔内的真空度持续降低，相变换热工质的热交换效果也会持续恶化。又如公告号为CN105180694A的中国专利公开的“一种超高热传导散热器及其制作方式和应用”，该超高热传导散热器的散热器主体具有至少一吸热面和至少一散热面，散热器主体内设置有一密封腔，该散热器主体可以采用瞬间高温热熔焊技术一体成型，将导热介质注入散热器主体的密封腔内后，利用排气法将散热器主体的密封腔内形成负压。该超高热传导散热器在作用时，其真空的密封腔内的液态导热介质在蒸发面上遇热后气化并流向散热面，并在散热面端冷凝释放出热能，液体再流回蒸发面，如此循环，形成一个热敏性极高的热导体，具有制作工艺简单，且体积小、重量轻、热阻小、导热系数高、成本低廉、节省材料损耗等优点，适用于制作LED散热器或高密度集成电路板散热器。但是，在LED泛光灯的使用过程中，整个灯体往往会倾斜使用，这时候，液态导热介质在使用过程中会无法与贴有LED处的壳体接触，从而就起不到形成循环的效果，从而达不到理想的散热效果。而且随着LED灯使用时间的延长，其密封腔内的真空度也会持续降低，液态导热介质的热交换效果也会持续恶化。又如申请号为CN201110108240.X的中国专利申请公开了“一种LED器件的散热方法及装置”，该方法是将LED器件的热量传导到散热底板上，然后金属导热片或热管将散热底板的热量传递给金属壳体和相变材料，相变材料的热量扩散到环境中的方式为利用金属壳体散热、利用热管散热或利用风扇强制对流散热。该散热方法，采用的相变材料为相变温度在30～65℃范围的有机物和无机金属的复合相变材料，该材料具有定型相变、密度较小、储热能力强(相变焓值在120kJ/kg以上)、导热快(导热系数大于4W/m·K)等优点，可节省50％以上的金属材料用量和降低LED器件的重量，能较好适应LED器件的散热需要。但是该散热方法中相变材料必须采用重力方向布置，受工质流动、传热限制，通常可倾斜角度非常有限；甚至会出现一旦倾斜，热量便停止传递，热管失效的状况。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种散热效率高，使用寿命长且可在一定倾斜角度下依旧保证高散热效率的相变热管式大功率LED灯；同时本专利技术还提供了一种可以为增强相变
热管式大功率LED灯传散热综合性能的散热方法。为实现上述技术方案，本专利技术提供了一种相变热管式大功率LED灯，包括：散热器，所述散热器内部设置空腔，空腔内装填有换热工质，空腔内壁上安装有间隔交替分布的吸气剂固定条，吸气剂固定在所述吸气剂固定条上，所述空腔由冷凝腔和蒸发腔组成，冷凝腔位于蒸发腔的上方，所述冷凝腔和蒸发腔的容积比为8-6:2-4，所述换热工质填充量为蒸发腔容积的30-90％；安装在散热器底部的热沉；固定在热沉底部的LED基板；安装在LED基板上的LED芯片；固定在散热器顶部的端盖；设置在端盖中心的充装管；以及散热器外壁设置有增强换热的散热翅片。在上述技术方案中，LED光源工作中产生的高热流热量，首先在LED基板和散热器热沉之间进行热传导；之后，传递给装载在散热器蒸发腔内的换热工质，换热工质吸热发生相变并迅速汽化，汽化后的换热工质受重力影响开始上升至散热器冷凝腔，与温度较低的冷凝腔内表面接触，放热后凝结，并沿光滑壁面回流至蒸发腔进行换热循环；热量最终通过散热翅片结构与环境进行自然对流散热。通过换热工质在热管真空腔内往复相变进行传热，充分利用相变过程中工质的汽化潜热，并利用翅片结构强化散热，最终实现LED光源高热流热量的高效传导与散热，有效控制LED芯片结温。在散热器内部设置的空腔内设置吸气剂固定条，吸气剂固定在吸气剂固定条上，一旦空腔内的真空度下降，吸气剂通过自动吸附进入空腔内的气体，始终确保空腔内的真空度，从而保证LED灯在长时间使用过程中散热器空腔内始终保持高真空度，以确保换热工质的换热效率。同时为了确保在一定倾斜角度内，换热工质始终与热沉表面全覆盖接触，换热工质的填装量设置为蒸发腔容积的30-90％，具体可以根据LED灯实际发热量及使用时的倾斜角度在此范围内调节，由于相变热管传热受重力影响，该灯最佳使用方向为与水平面垂直(90°)方向。在不改变任何外形结构条件下，换热工质的填装量为蒸发腔容积的30％时，允许LED灯的最大倾斜角度为可倾斜至与水平面成120°(或-120°)夹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变热管式大功率LED灯，其特征在于包括：散热器，所述散热器内部设置空腔，空腔内装填有换热工质，空腔内壁上安装有间隔交替分布的吸气剂固定条，吸气剂固定在所述吸气剂固定条上，所述空腔由冷凝腔和蒸发腔组成，冷凝腔位于蒸发腔的上方，所述冷凝腔和蒸发腔的容积比为8‑6:2‑4，所述换热工质填充量为蒸发腔容积的30‑90％；安装在散热器底部的热沉；固定在热沉底部的LED基板；安装在LED基板上的LED芯片；固定在散热器顶部的端盖；设置在端盖中心的充装管；以及散热器外壁设置加强换热的翅片。

【技术特征摘要】
1.一种相变热管式大功率LED灯，其特征在于包括：散热器，所述散热器内部设置空腔，空腔内装填有换热工质，空腔内壁上安装有间隔交替分布的吸气剂固定条，吸气剂固定在所述吸气剂固定条上，所述空腔由冷凝腔和蒸发腔组成，冷凝腔位于蒸发腔的上方，所述冷凝腔和蒸发腔的容积比为8-6:2-4，所述换热工质填充量为蒸发腔容积的30-90％；安装在散热器底部的热沉；固定在热沉底部的LED基板；安装在LED基板上的LED芯片；固定在散热器顶部的端盖；设置在端盖中心的充装管；以及散热器外壁设置加强换热的翅片。2.如权利要求1所述的相变热管式大功率LED灯，其特征在于：所述LED基板与热沉之间设有相互匹配锯齿凸起，所述锯齿凸起之间填充焊锡膏或低温金属。3.如权利要求2所述的相变热管式大功率LED灯，其特征在于：所述热沉与散热器内换热工质接触的表面上设置有螺旋状的金属槽道或者泡沫金属。4.如权利要求2所述的相变热管式大功率LED灯，其特征在于：所述热沉与散热器内换热工质接触的表面设置为表面粗糙度大于50um的毛面。5.如权利要求2所述的相变热管式大功率LED灯，其特征在于：所述热沉与散热器内换热工质接触的表面上设置有条形翅片或者针形翅片。6.如权利要求1所述的相变热管式大功率LED灯，其特征在于：所述换热工质填充量为蒸发腔容积的60％。7.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，周天，张上安，李雪，肖玮，
申请(专利权)人：广东合一新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44