一种自带热管的大功率LED相变温控装置制造方法及图纸

一种自带热管的大功率LED相变温控装置，包括底部设有LED封装件的热沉空腔，热沉空腔内设有N个重力热管和N组变厚度翅片，每个重力热管内充有工作介质，且每个重力热管的周向上呈发射状布置有一组变厚度翅片，每组变厚度翅片由若干变厚度翅片组成；在重力热管外，热沉空腔与变厚度翅片形成的空间内填充有熔点低于LED封装件正常工作温度的相变材料，热沉空腔的外壁上还设有若干变高度翅片，且若干变高度翅片沿热沉空腔的周向布置。本发明专利技术能够有效地对间歇性大功率LED进行散热和温控，克服了相变材料导热系数低的缺陷，避免使用主动冷却等耗能冷却方案，减小系统的复杂性，降低了大功率LED的封装成本。

【技术实现步骤摘要】
一种自带热管的大功率LED相变温控装置
本专利技术属于照明领域，特别涉及一种自带热管的大功率LED相变温控装置。技术背景LED(LightEmittingDiode)由于具有节能、绿色环保、寿命长和安全可靠等优点，已经广泛地被应用于夜景照明、汽车光源、交通灯和普通照明、安全照明及特种照明等。然而，LED发光属于固体发光，其原理是通过激发电子，使电子发生能量级的跳跃而实现发光；光谱中不含红外部分，是一种冷光源，故产生的热量不能通过辐射散出，又大部分LED灯的实际效率只能达到20％，即80％的电能转换为热能只能通壳体的自然对流散出，恶劣的散热条件不但降低了LED发光效率，而且会加剧光衰使光的颜色发生改变并缩短了LED的寿命。因此，大功率LED照明的散热和有效温控成为大功率LED应用的瓶颈问题之一。大功率LED照明现有的冷却技术主要是通过散热翅片将LED芯片产生的热量带走进行冷却。专利WO2009110987A1公开了一种用于LED灯的采用相变材料的热存储系统，其结构是将传统的金属散热器换成加工有容腔的热沉，在空腔内装有相变材料，利用相变材料熔化时吸热进行储能来降低LED芯片的温度，不足之处是相变材料的导热系数低，换热能力有限。专利CN101776255A公开了一种LED液冷式散热结构，其原理是通过微型水泵使流体散热媒介在膨胀缓冲器和三个换热器之间进行循环，然后通过灯具外壳将热量散失到空气中，不足之处是所采用的主动冷却系统需要额外的能耗且可靠性差。专利CN101782228A公开了一种液冷式大功率LED灯，其结构包括固定LED芯片的基板，基板的另一侧和热管的上端连接，热管的下端置入一封装有散热液的密闭容器内，不足之处是采用悬臂状基板座，使得热管和LED芯片之间的导热热阻变大，换热效果变差。专利CN101315927A公开了一种大功率LED相变散热装置，其原理是利用工质液气相变来实现热沉本体的热等温效应以降低LED芯片的温度，不足之处是液气相变体积变化大造成散热装置体积大且采用泡沫金属作为沸腾结构抑制了相变材料的自然对流。专利US20090322229A1公开了一种新型的LED照明装置，其原理是通过热管将LED芯片的热量传递到埋在地里的相变材料来降低LED芯片的温度，不足之处是这种结构使用场合有限，不利于推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自带热管的大功率LED相变温控装置，该装置能够有效地对间歇性大功率LED进行散热和温控，有效降低LED半导体节点温度；减小系统的复杂性，降低了大功率LED的封装成本。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：包括底部设有LED封装件的热沉空腔，热沉空腔内设有N个重力热管和N组变厚度翅片，N为大于等于1的整数；每个重力热管内充有工作介质，且每个重力热管的周向上呈发射状布置有一组变厚度翅片，每组变厚度翅片由若干变厚度翅片组成；在重力热管外，热沉空腔与变厚度翅片形成的空间内填充有熔点低于LED封装件正常工作温度的相变材料，热沉空腔的外壁上还设有若干变高度翅片，且若干变高度翅片沿热沉空腔的周向布置。所述的相变材料为柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡。所述的热沉空腔底部设有N个凹槽，每个凹槽固定一个重力热管。所述的热沉空腔的顶部通过焊接、胶结或螺栓连接有密封端盖，重力热管的下端通过螺纹连接或者过盈配合与热沉空腔的底部相连，重力热管的上端通过硅脂与密封端盖相连。每组变厚度翅片中的变厚度翅片均焊接或机加工在热沉空腔的内壁上；每个变高度翅片焊接或机加工在热沉空腔的外壁上。所述N组变厚度翅片的总体积小于等于热沉空腔总容积的15％。每个变厚度翅片的厚度沿对应重力热管的径向、自重力热管近处向重力热管远处逐渐变厚；每个变高度翅片的高度沿重力热管的轴向、自热沉空腔的顶部向热沉空腔的底部逐渐变大。所述的每个重力热管与其周向上的变厚度翅片之间留有空隙。所述的重力热管的数目与LED封装件的数目相同，且每个重力热管与对应一个LED封装件处于同一条直线上，且该直线与热沉空腔的底部垂直。所述的热沉空腔的底部还设有用于聚光以及保护LED封装件的透镜。与现有技术相比，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术在热沉空腔与变厚度翅片所形成的空间内填充有相变材料，该相变材料的固液相变潜热大和热管导热能力强，能够将大功率的LED封装件产生的热量导出并转化为相变材料的潜热，有效地对间歇性大功率LED进行散热和温控；同时本专利技术的变厚度翅片为高导热系数的金属翅片，能够提高相变材料有效导热系数，并强化相变材料的熔化和凝固传热，降低LED半导体节点温度；方便根据LED热功率大小和工作时间长短调节相变材料的填充量和优化散热结构，避免使用主动冷却等耗能冷却方案，减小系统的复杂性，实现了大功率LED芯片和散热热沉的一体化封装，降低了大功率LED的封装成本，有力推动大功率LED的发展和产业化生产。另外，在热沉空腔外壁设有的变高度翅片一方面可以减少金属材料的用量，进而减小成本和重量；另一方面可以破坏边界层，使得换热能力增强。附图说明图1为本专利技术的一种实施例的装配结构分离示意图；图2为图1的截面示意图；图3为图1的俯视示意图；图4为重力热管示意图。图5是间歇性工作的LED灯工作周期示意图；其中，1、热沉空腔，2、变厚度翅片，3、变高度翅片，4、LED封装件，5、透镜，6、重力热管，7、相变材料，8、密封端盖，D1、蒸发段，D2、绝热段，D3、冷凝段。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1和图2所示，本专利技术自带热管的大功率LED相变温控装置包括底部设有一个LED封装件4的圆形的热沉空腔1，LED封装件4通过共晶焊或者导热硅脂粘在热沉空腔1的底部；热沉空腔1的底部还环氧树脂粘有用于聚光以及保护LED封装件4的透镜5；透镜5由玻璃等透明材料制成。热沉空腔1的顶部通过焊接、胶结或螺栓连接有密封端盖8；热沉空腔1内设有一个充有工作介质的重力热管6，且重力热管6的下端通过螺纹连接或者过盈配合的方式与热沉空腔1的底部相连，重力热管6的上端通过高导热系数的硅脂与密封端盖8相连；热沉空腔1底部设有一个用于固定重力热管6的凹槽，热沉空腔1内表面还通过焊接或者机加工有高导热系数材料制成的一组变厚度翅片2，该组变厚度翅片2由若干变厚度翅片2组成；若干变厚度翅片2在重力热管6的周向上呈发射状布置，重力热管6与其周向上的变厚度翅片2之间留有空隙以方便装卸重力热管6；在重力热管6外，热沉空腔1与变厚度翅片2形成的空间内填充有熔点低于LED封装件4正常工作温度的相变材料7(其实质是在重力热管外，填充了相变材料，相变材料7中嵌入了变厚度翅片2)，相变材料7为柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡；相变材料7的填充量可根据相变材料的热膨胀率和LED热功率及工作时间长短选择。而且，每个变厚度翅片2的厚度沿对应重力热管6的径向、自重力热管6近处向重力热管6远处逐渐变厚；变厚度翅片2一方面能够提高相变材料7的有效导热系数来提高相变潜热存储的响应速率，另一方面沿着径向方向向外厚度逐渐增大可以防止在中心处抑制了相变材料7的自然对流换热和节省了金属材料。本专利技术根据热边界层厚度沿着流动方向逐渐增大的特征，在热沉空腔1的外壁上还设有若干变高度翅片3，且若干变高度翅片3沿热沉空腔1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自带热管的大功率LED相变温控装置，其特征在于：包括底部设有LED封装件(4)的热沉空腔(1)，热沉空腔(1)内设有N个重力热管(6)和N组变厚度翅片(2)，N为大于等于1的整数；每个重力热管(6)内充有工作介质，且每个重力热管(6)的周向上呈发射状布置有一组变厚度翅片(2)，每组变厚度翅片(2)由若干变厚度翅片(2)组成；在重力热管(6)外，热沉空腔(1)与变厚度翅片(2)形成的空间内填充有熔点低于LED封装件(4)正常工作温度的相变材料(7)，热沉空腔(2)的外壁上还设有若干变高度翅片(3)，且若干变高度翅片(3)沿热沉空腔(2)的周向布置。

【技术特征摘要】
1.一种自带热管的大功率LED相变温控装置，其特征在于：包括底部设有LED封装件(4)的热沉空腔(1)，热沉空腔(1)内设有N个重力热管(6)和N组变厚度翅片(2)，N为大于等于1的整数；每个重力热管(6)内充有工作介质，且每个重力热管(6)的周向上呈发射状布置有一组变厚度翅片(2)，每组变厚度翅片(2)由若干变厚度翅片(2)组成；在重力热管(6)外，热沉空腔(1)与变厚度翅片(2)形成的空间内填充有熔点低于LED封装件(4)正常工作温度的相变材料(7)，热沉空腔(1)的外壁上还设有若干变高度翅片(3)，且若干变高度翅片(3)沿热沉空腔(1)的周向布置。2.根据权利要求1所述的自带热管的大功率LED相变温控装置，其特征在于：所述的相变材料(7)为柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡。3.根据权利要求1所述的自带热管的大功率LED相变温控装置，其特征在于：所述的热沉空腔(1)底部设有N个凹槽，每个凹槽固定一个重力热管(6)。4.根据权利要求1所述的自带热管的大功率LED相变温控装置，其特征在于：所述的热沉空腔(1)的顶部通过焊接、胶结或螺栓连接有密封端盖(8)，重力热管(6)的下端通过螺纹连接或者过盈配合与热沉空腔(1)的底部相连，重力热管(6)的上端通过硅脂与密封端盖(8)相连。5.根据权利要求1所述的自带热...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈治国，汪辉，汪天送，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61