用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器制造技术

本公开提供一种用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，包括：中空散热腔体，内部盛放散热工质，包括：开放式通道；以及亲水涂层，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，亲水涂层和极性分子基团用于提高所述开放式通道的补液能力。本公开提供的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器通过设置亲水涂层以及亲水涂层表面的极性分子基团，两者的协同强化效应能大幅改善开放式通道表面的润湿特性，大大增加开放式通道内的毛细压力梯度，当取热热沉竖直放置时，中空散热腔体底部的散热工质在大的毛细压力梯度驱动下自发向上沿开放式通道流动，显著提升散热工质在开放式通道内的润湿高度，保证了超高热流密度下热沉的高换热性能及高可靠性。

【技术实现步骤摘要】
用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器
本公开涉及散热
，尤其涉及一种用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器。
技术介绍
诸多照明领域对侧发光LED灯具，尤其是大功率的侧发光LED灯具有迫切需求，如城市景观照明、建筑墙体照明、远距离投光照明、光诱渔业照明。目前最先进的采用块体荧光转换材料的COB集成LED单光源功率密度已达50～500W/cm2，因为LED芯片在工作过程中约有70％的电能会转化成热量，高功率密度必定伴随着高发热热流密度，高发热量若不能有效散去，则会导致光谱变化、光效降低、寿命缩短。当热流密度超过150W/cm2，已经超过常规尺寸表面发生池沸腾相变换热的临界热流密度，可定义为超高热流密度。因此大功率的侧发光LED灯具的发展与应用主要受散热制约，必须解决超高热流密度下侧发光LED灯具的高效散热问题。现有技术中利用微槽群复合相变散热器，在其取热热沉上构建尺寸在几十到几百微米的开放式微细通道阵列结构，当取热热沉竖直放置时，开放式微细通道形成的毛细压力梯度可以驱动液体工质向上流动，形成一定高度的润湿面积，并在通道内三相接触线区域促进扩展弯月面蒸发薄液膜的形成，在高热负荷条件下，会发生薄液膜蒸发和厚液膜区域内核态沸腾的复合相变换热，是一种典型的高性能被动式微尺度相变换热技术，能够被用来实现低热阻和小温差条件下的高换热系数和高热流密度的换热过程，目前的取热热流密度可达400W/cm2，是目前唯一可能适用于超高热流密度下侧发光LED灯具高效散热的被动式技术。然而在实现本公开的过程中，本申请人发现，在超高热流密度条件下，随着热流密度的进一步升高，热沉的开放式微细通道阵列内的液体工质将变得极容易干涸，一旦液池内的液体工质没有及时补充到干涸处，则无法继续形成薄液膜和厚液膜区域，也就无法发生高强度的薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的复合相变换热，热沉的散热性能和可靠性大幅下降，限制了超高热流密度条件下微槽群复合相变散热器换热性能的进一步提高，严重阻碍了大功率侧发光LED灯具的推广应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题基于上述技术问题，本公开提供一种用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，以缓解现有技术中的散热器中的散热工质在超高热流密度条件下容易干涸，无法继续形成薄液膜和厚液膜区域，进而无法实现大功率侧发光LED灯具高效高可靠散热的技术问题。(二)技术方案本公开提供一种用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，包括：中空散热腔体，内部盛放散热工质，该中空散热腔体的侧壁外侧用于连接LED光源，包括：开放式通道，设置在所述LED光源对应的侧壁的背面，利用毛细现象驱动所述散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团提高所述开放式通道的补液能力；其中，所述散热工质流入所述开放式通道内，通过所述散热工质的复合相变取走所述LED光源的热量，并耗散至环境中。在本公开的一些实施例中，所述开放式通道包括N条，N条所述开放式通道并列设置；其中N≥10。在本公开的一些实施例中，所述开放式通道的排列密度不小于5条/cm。在本公开的一些实施例中，所述开放式通道的横截面为矩形、梯形、三角形、圆弧形或不规则图形。在本公开的一些实施例中，其中：所述中空散热腔体的侧壁包含至少一个平面安装面，所述LED光源连接在所述平面安装面上；所述中空散热腔体的外侧设置有M个散热翅片，M个所述散热翅片沿所述中空散热腔体外壁的周向排列；M≥1。在本公开的一些实施例中，所述散热翅片的表面设置有波纹，其扩大所述散热翅片的对流散热面积。在本公开的一些实施例中，还包括：风扇，其出风方向朝向所述散热翅片，其强化所述散热翅片的对流换热。在本公开的一些实施例中，所述中空散热腔体内所述散热工质液面上方的内壁面设置有疏水涂层。在本公开的一些实施例中，其中：所述亲水涂层包含：多孔氧化铝、多孔氧化铌、氧化锌钠、氧化钛、氧化锌、氧化锡、五氧化二钒、氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜中的至少一种；所述极性分子基团包含：羧酸基、磺酸基、磷酸基、氨基、季铵基、羟基、羧酸酯、嵌段聚醚中的至少一种；所述疏水涂层包含：石墨烯或碳纳米管；所述中空散热腔体和所述散热翅片包含：金属、合金、半导体、陶瓷、氧化物中的至少一种；其中，中空散热腔体和所述散热翅片的导热系数不小于20W/m·K。在本公开的一些实施例中，其中：所述中空散热腔体包括：开口，设置在所述中空散热腔体的壁面上，通过所述开口向所述中空散热腔体内装入所述散热工质，和改变所述中空散热腔体内的真空度；以及密封件，与所述开口匹配设置，其密封所述中空散热腔体；所述散热工质包含：蒸馏水、去离子水、乙醇、甲醇、丙酮或制冷剂中的至少一种。在本公开的一些实施例中，其中：所述开放式通道的宽度介于50μm至4000μm之间；所述开放式通道的深度介于50μm至4000μm之间；两相邻所述开放式通道的间距介于50μm至4000μm之间；所述中空散热腔体的高度介于50mm至1000mm之间；所述中空散热腔体的直径介于20mm至800mm之间。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的用于超高热流密度下的热沉及其制造方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)通过设置亲水涂层以及亲水涂层表面的极性分子基团，两者的协同强化效应能大幅改善开放式通道表面的润湿特性，大大增加开放式通道内的毛细压力梯度，当取热热沉竖直放置时，中空散热腔体底部的散热工质在大的毛细压力梯度驱动下自发向上沿开放式通道流动，显著提升散热工质在开放式通道内的润湿高度，大幅增加可以发生薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的复合相变换热的润湿区域的面积，同时也使得在超高热流密度下热沉具有及时补液能力，一旦局部热点出现干涸区域，在大毛细压力梯度的驱动下，散热工质迅速补充到干涸区，再次润湿开放式通道的表面，持续发生薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的高强度复合相变强化换热过程，保证了超高热流密度下热沉的高换热性能及高可靠性；(2)取热过程中是依靠开放式通道自身的结构形成的毛细压力梯度驱动散热工质流动，无需额外能耗；(3)通过设置散热翅片，提高中空散热腔体与外界的接触面积，提高换热效率；(4)通过在散热翅片上设置波纹，扩大散热翅片的对流散热面积，进一步提高换热效率；(5)通过设置风扇，能够加快散热翅片间的空气流动速率，从而及时将散热翅片的温度散发至环境中；(6)通过设置疏水涂层，能够使凝结在中空散热腔体内壁上的液态散热工质及时滴落或流至中空散热腔体的底部，一方面增加了冷凝换热系数，另一方面也使中空散热腔体底部的散热工质的液面基本维持不变，进而确保开放式通道能够及时补液；(7)多条开放式通道并排设置，并且开放式通道的宽度、深度以及间距均介于20μm至5000μm之间，不仅增加了换热面积，更重要的是开放式通道的界面效应和尺寸效应会对散热工质的流动和相变换热性能产生超常的强化作用，使其表面发生薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的高强度复合相变强化换热过程，其理论最大取热热流密度可达到104W/cm2的数量级，相变换热系数达到106W/(m2.℃)的数量级，取热性能远大于常规尺寸表面发生的相变换热；(8)换热效率的提高可以使得散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，包括：中空散热腔体，内部盛放散热工质，该中空散热腔体的侧壁外侧用于连接LED光源，包括：开放式通道，设置在所述LED光源对应的侧壁的背面，利用毛细现象驱动所述散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团提高所述开放式通道的补液能力；其中，所述散热工质流入所述开放式通道内，通过所述散热工质的复合相变取走所述LED光源的热量，并耗散至环境中。

【技术特征摘要】
1.一种用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，包括：中空散热腔体，内部盛放散热工质，该中空散热腔体的侧壁外侧用于连接LED光源，包括：开放式通道，设置在所述LED光源对应的侧壁的背面，利用毛细现象驱动所述散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团提高所述开放式通道的补液能力；其中，所述散热工质流入所述开放式通道内，通过所述散热工质的复合相变取走所述LED光源的热量，并耗散至环境中。2.根据权利要求1所述的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，所述开放式通道包括N条，N条所述开放式通道并列设置；其中N≥10。3.根据权利要求2所述的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，所述开放式通道的排列密度不小于5条/cm。4.根据权利要求1所述的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，所述开放式通道的横截面为矩形、梯形、三角形、圆弧形或不规则图形。5.根据权利要求1所述的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，其中：所述中空散热腔体的侧壁包含至少一个平面安装面，所述LED光源连接在所述平面安装面上；所述中空散热腔体的外侧设置有M个散热翅片，M个所述散热翅片沿所述中空散热腔体外壁的周向排列；M≥1。6.根据权利要求5所述的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，所述散热翅片的表面设置有波纹，其扩大所述散热翅片的对流散热面积。7.根据权利要求5所述的用于超高热流密度下的侧发光LED灯散热器，其特征在于，还包括：风扇，其出风方向朝...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学功，周文斌，王际辉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11