本發(fā)明涉及的是電子和光學(xué)器件的冷卻，特別設(shè)及一種大功率LED散熱用熱管群散熱器。

背景技術(shù)：

目前，LED在圖像顯示、信號(hào)指示和照明領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)今照明技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)光源白熾燈及熒光燈相比，LED具有體積小、發(fā)熱量低、耗電量小、反應(yīng)速度快、耐震、亮度高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在照明市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿χ档闷诖?0年內(nèi)有望成為替代傳統(tǒng)照明器具的一大潛力商品。與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明光源的發(fā)光機(jī)理不同，LED屬于電致發(fā)光器件，其熱量不能輻射散熱，從而導(dǎo)致器件溫度過(guò)高，嚴(yán)重影響LED的光通量、壽命以及可靠性，并會(huì)導(dǎo)致LED發(fā)光紅移，尤其目前白光實(shí)現(xiàn)的方式是熒光粉加藍(lán)光芯片的方案，其中熒光粉對(duì)溫度特別敏感，最終會(huì)引起波長(zhǎng)的漂移，造成顏色不純等一系列問(wèn)題。由此可見(jiàn)，散熱能力差是照明用大功率LED(功率大于lW)面臨的主要技術(shù)瓶頸，因此解決LED的散熱成了大功率LED發(fā)展的首要問(wèn)題。關(guān)于大功率LED的散熱問(wèn)題已引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的關(guān)注。對(duì)于低于lW的低功率LED大多采用直接固體外部熱沉法或是通過(guò)LED引線將熱量散出去，這種通過(guò)自然對(duì)流散熱方式，換熱系數(shù)較低，只適合于芯片功率較低的情況，對(duì)于目前滿足照明用大功率LED熱流密度較高，已不能滿足要求。同時(shí)，對(duì)于照明用的大功率LED，其冷卻部分的成本不能很高，尺寸不允許過(guò)大，也不可能容許以電風(fēng)扇等方式來(lái)強(qiáng)化散熱。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)專利進(jìn)行比較，中國(guó)專利號(hào)：ZL 200820070442.3，專利名稱為：熱管散熱裝置及大功率LED路燈、廠房燈和隧道燈。該專利熱管散熱裝置含有傳熱板、熱管和散熱片。通過(guò)近似“L”形的圓管絲網(wǎng)熱管和水平設(shè)置的直圓管絲網(wǎng)熱管與兩組背靠背安裝的散熱片和安裝筒連接。使用商品化的圓形截面絲網(wǎng)熱管，蒸發(fā)部和LED基板連接，冷凝部安裝散熱片，屬于常規(guī)的熱管散熱方式。但由于絲網(wǎng)熱管最大散熱能力不大，且相對(duì)于大功率LED燈來(lái)說(shuō)，所布置的絲網(wǎng)熱管的數(shù)量又過(guò)少，并且絲網(wǎng)熱管表面的翅片和熱管不是一體，增大了接觸熱阻。這種常規(guī)熱管散熱方式并不適用于大功率LED。

中國(guó)專利號(hào)：ZL 200820009308.2，專利名稱為：熱管散熱裝置及大功率LED路燈。該專利通過(guò)將商品直管絲網(wǎng)熱管一端安裝在鋁基板背部，另一端安裝在散熱片底部的槽中實(shí)現(xiàn)散熱，也是一種常規(guī)的熱管散熱方式。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，但同樣由于絲網(wǎng)熱管最大散熱能力不大，且相對(duì)于大功率LED燈來(lái)說(shuō)，所布置的絲網(wǎng)熱管的數(shù)量又過(guò)少，并且絲網(wǎng)熱管表面的翅片和熱管不是一體，增大了接觸熱阻。這種常規(guī)熱管散熱方式并不適用于大功率LED。

中國(guó)專利號(hào)：ZL 200820161101.7，專利名稱為：高功率LED光源模塊封裝結(jié)構(gòu)。該專利將LED晶片直接貼裝在石墨基板上，石墨基板再通過(guò)導(dǎo)熱膠與金屬鰭狀散熱器固定連接，電極穿過(guò)散熱器及石墨片埋在石墨基板中，電極通過(guò)金線與LED晶片接通。該專利利用廉價(jià)且導(dǎo)熱性能好的石墨代替鋁板作為基板，降低了成本。

中國(guó)專利號(hào)：200910037878.1，專利名稱為：大功率LED燈具導(dǎo)熱散熱裝置、導(dǎo)熱基座及制作工藝。該專利采用石墨導(dǎo)熱基座固定在LED燈具的導(dǎo)熱基片的頂端，散熱裝置固定在石墨導(dǎo)熱基座的頂端。散熱裝置為數(shù)個(gè)銅管燒結(jié)熱管冷凝段套散熱鰭片構(gòu)成，并置于只有上下端開(kāi)口的空氣對(duì)流框中，熱管蒸發(fā)段為扁平橢圓狀。該專利也是使用石墨作為L(zhǎng)ED基板，同時(shí)使用銅管燒結(jié)熱管加散熱鰭片為散熱器。但該裝置的熱管蒸發(fā)段與導(dǎo)熱基座接觸面積較小，散熱鰭片與冷凝段存在接觸熱阻，使用只有上下端開(kāi)口的空氣對(duì)流框和間距較小的散熱鰭片，使得空氣自然對(duì)流流阻增大，設(shè)計(jì)并不合理。

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的鋁塊式散熱器或熱管式有以下幾個(gè)特征：1.無(wú)論使用何種形式，最終都是利用金屬肋片為散熱片進(jìn)行自然對(duì)流散熱，沒(méi)有考慮輻射。而設(shè)計(jì)合理時(shí)輻射散熱量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然對(duì)流。2.現(xiàn)在散熱器都是將肋片或翅片裝在導(dǎo)熱塊或熱管冷凝部上，金屬翅片的肋效率低，需要大面積的散熱翅片。3.對(duì)鋁塊式散熱器，導(dǎo)熱塊部分和散熱翅片一體化，體積龐大而沉重，不可分拆。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

作為本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于大功率LED(大于100W)散熱的大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器，它的基本特點(diǎn)就是在導(dǎo)熱塊部分外插一種內(nèi)部充填顆粒狀定型固液相變材料(PCM)的圓柱形熱管群作為散熱片，導(dǎo)熱塊部分和散熱熱管群分離。導(dǎo)熱塊可用石墨和鋁，散熱熱管群可用各種類型圓管式熱管。導(dǎo)熱塊和散熱熱管群表面黑化處理，實(shí)現(xiàn)輻射和對(duì)流聯(lián)合散熱。同時(shí)熱管具有蓄熱功能，在溫度過(guò)高時(shí)一部分熱量可以暫時(shí)被PCM吸收，在LED燈關(guān)閉時(shí)在釋放出來(lái)。導(dǎo)熱塊尺寸形狀可任意設(shè)計(jì)，可直接設(shè)計(jì)作為基板，省去了基板和散熱器膠結(jié)這一工序。該散熱器適合安裝在有天花板的公共建筑中，現(xiàn)在的公共場(chǎng)所天花板都是鏤空式結(jié)構(gòu)，散熱器底面和一塊安裝平板裝配固定，安裝平板安裝在天花板鏤空式結(jié)構(gòu)上，散熱器位于天花板上面的隔層中。該散熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、小巧玲瓏，加工方便、成本低、重量輕、散熱效率高、均溫性好的特點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器，它包括有大功率LED、和LED基板一體的導(dǎo)熱塊、內(nèi)部充填顆粒狀定型固液相變材料(PCM)的熱管群。

所述大功率LED為功率大于100W的LED。

所述帶LED基板的導(dǎo)熱塊可用石墨和鋁制成，外表面黑化處理，導(dǎo)熱塊底部就是LED基板，可將導(dǎo)線直接封裝在導(dǎo)熱塊底部。

所述熱管群可用各種類型圓管式熱管，其外表面也進(jìn)行黑化處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果：

1.設(shè)計(jì)合理的散熱器空間熱管形翅片結(jié)構(gòu)和進(jìn)行表面處理，輻射散熱量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然對(duì)流。

2.熱管充填顆粒狀PCM后具有蓄熱功能，在溫度過(guò)高時(shí)一部分熱量可以暫時(shí)被PCM吸收，在LED燈關(guān)閉時(shí)在釋放出來(lái)。同時(shí)，充填顆粒狀PCM后，熱管也增加了一種毛細(xì)力，熱管性能強(qiáng)化，水平放置也可工作。

3.導(dǎo)熱塊部分和散熱熱管分離。安裝時(shí)利用導(dǎo)熱塊和散熱熱管熱膨脹系數(shù)不同特點(diǎn)緊密裝配。整體小巧玲瓏，輕便。

4.導(dǎo)熱塊尺寸形狀可任意設(shè)計(jì)，可直接設(shè)計(jì)作為基板，現(xiàn)有LED裝配線只需略作更改。

5.適應(yīng)性強(qiáng)，針對(duì)不同功率和安裝場(chǎng)合，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)散熱熱管群的尺寸和數(shù)量，根據(jù)需要制作安裝板形狀，導(dǎo)熱塊和基板不必變化。

附圖說(shuō)明

圖1是大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器的主視圖；

圖2是充填顆粒狀PCM的特殊圓管熱管；

圖3是大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器的仰視圖；

圖4是大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器的中心截面剖視圖。

其中：1、大功率LED，2、帶LED基板的導(dǎo)熱塊，3、熱管群，4、熱管金屬壁，5、熱管工質(zhì)，6、顆粒狀PCM。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

圖1為本發(fā)明的大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器的主視圖，結(jié)合俯視圖圖2，仰視圖圖3及中心截面剖視圖圖4對(duì)該實(shí)施例進(jìn)行闡述。

它包括有大功率LED1、帶LED基板的導(dǎo)熱塊2、熱管群3。

所述大功率LED1為功率為200W的LED。

所述帶LED基板的導(dǎo)熱塊2為石墨或鋁制成的半球形導(dǎo)熱塊，直徑200mm，外表面黑化處理，導(dǎo)熱塊底部就是LED基板，將導(dǎo)線直接封裝在導(dǎo)熱塊底部。

所述熱管群可用各種類型圓管式熱管，其外表面也進(jìn)行黑化處理，蒸發(fā)部50mm，冷凝部350mm，外徑8mm,數(shù)量61根。

圖2為本發(fā)明的內(nèi)部充填定型顆粒狀定型固液相變材料(PCM)的圓柱形熱管示意圖。它包括金屬熱管管壁4，顆粒狀定型蓄熱材料5，熱管工質(zhì)6。

所述內(nèi)部充填顆粒狀定型固液相變材料由球形相變儲(chǔ)熱材料和外面的薄殼包裹材料復(fù)合而成。球形相變儲(chǔ)熱材料為低粘度的石蠟，熔點(diǎn)溫度在50度到80度之間，一般成分單一的石蠟都能滿足這一要求。薄殼包覆材料為高密度聚乙烯，熔點(diǎn)為120度到140度左右。顆粒尺寸保持在2-3毫米左右。所述顆粒狀定型固液相變材料的制備方法已有很多專利，也有一些商品出售。

該大功率LED散熱用圓管式熱管群散熱器有以下兩種組裝方案：

1.若采用銅熱管和半球形的石墨塊進(jìn)行安裝時(shí)，由于石墨的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于金屬。先將它們一起放到冰箱冷卻到0度，在這個(gè)溫度將銅熱管安裝在石墨導(dǎo)熱塊上后自然恢復(fù)到室內(nèi)溫度，兩者就會(huì)緊密連接。溫度越高，連接越緊密。

2.若采用銅熱管和鋁導(dǎo)熱塊安裝時(shí)，因?yàn)殇X的熱膨脹系數(shù)大于銅，必須先對(duì)鋁加熱并對(duì)銅熱管冷卻，將銅熱管安裝在鋁導(dǎo)熱塊上。安裝后自然恢復(fù)到室內(nèi)溫度(鋁收縮，銅膨脹)，則兩者就會(huì)緊密連接。

對(duì)以上設(shè)計(jì)方案，當(dāng)熱管表面溫度60度時(shí)，輻射和自然對(duì)流換熱量比近似2：1。即散熱面積可減小到單純自然對(duì)流散熱器的三分之一。如用目前的鋁塊散熱器，鋁片散熱片的肋效率大約是0.5上下。熱管散熱片的肋效率提高到接近1，即散熱總面積可以再減少一半。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上所述具體實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。該具體實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。一切不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍當(dāng)中。