一种相变热管式大功率led灯及其散热方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】
一种相变热管式大功率LED灯及其散热方法
技术领域
[0001 ]本发明属于LED灯具技术领域，具体涉及一种相变热管式大功率LED灯及其散热方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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:
[0004]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月旨(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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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°C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。
【发明内容】
[0011]为解决现有技术的不足，本发明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；同时本发明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。
[0012]为实现上述技术方案，本发明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。
[0013]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°)夹角;换热工质的填装量为蒸发腔体积的90%时，允许LED灯的最大倾斜角度为可倾斜至与水平面成150° (或-150°)夹角。
[0014]优选的，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。设置锯齿凸起，并在锯齿凸起之间填充焊锡膏或低温金属的目的是在有限空间内(固体平面范围内)增加有效换热面积，可进一步提高LED基板与热沉之间的热传导效率。
[0015]优选的，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覆盖一层泡沫金属。
[0016]优选的，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。
[0017]优选的，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。
[0018]在上述方案中，无论是在热沉内表面设置金属槽道或者泡沫金属，或者将热沉内表面的粗糙度打磨成大于50um的毛面，亦或在热沉内表面上设置条形翅片或者针形翅片，均可以增强热沉与换热工质的接触面积，强化热沉与换热工质之间的热传导效率。
[0019]优选的，所述换热工质填充量为蒸发腔容积的60%。换热工质的填充量不宜过小，否则一旦LED灯稍有倾斜，部分换热工质无法与热沉接触，从而大幅度降低换热工质的吸热效率;换热工质的填充量也不宜过大，否则液态换热工质进入上部冷凝腔，会占用其工作容积，从而减小汽化后的换热工质热交换的面积，导致散热效率下降。实验证明，当换热工质填充量为蒸发腔体积的60%时，既能保证LED灯倾斜至与水平面成135° (或-135°)夹角时，换热工质依旧能够与热沉内表面全面覆盖，同时也能够保证汽化后的换热工质有足够的换热空间。
[0020]优选的，所述LED基板、热沉和散热器之间通过螺栓紧固连接。
[0021]本发明专利还提供了一种相变热管式大功率LED灯散热方法，具体包括如下步骤:
[0022]S1、LED热量传递:LED芯片在工作过程中产生热量，热量通过LED基板传递至热沉，热沉将热量传递至充装在散热器蒸发腔内的换热工质；
[0023]S2、换热工质汽化与冷凝:液态的换热工质吸收热沉传递的热量后迅速相变汽化，汽化后的换热工质受重力作用上升至散热器冷凝腔，由于散热器冷凝腔的温度较低，汽化后的换热工质在上升过程中不断与冷凝腔内壁接触，将热量传递至壁面放热凝结，凝结后的液态换热工质沿空腔内壁回流至蒸发腔内，实现换热工质的相变传热循环；
[0024]S3、散热翅片自然对流散热:在步骤S2中，汽化后的换热工质在与冷凝腔内壁接触的过程中不断将热量传递至空腔外壁，然后通过空腔外壁上的散热翅片进一步强化与环境的自然对流散热，提高散热效率。
[0025]优选的，步骤S2中，所述散热器空腔内抽真空，散热器空腔内放置容积小于空腔总容积2%的吸气剂。通过吸气剂的吸附作用，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。
[0026]优选的，所述换热工质为相变温度为30-80摄氏度的单组份纯有机质或者二元混合有机质。单组份纯有机质例如醇类、丙酮、烷烃类、氟利昂等，二元混合有机质例如以体积比为1:3的甲醇和丙酮的混合物或者体积比为2:3的甲苯和丙酮的混合物;且不仅限于此。
[0027]本发明提供的一种相变热管式大功率LED灯及其散热方法的有益效果在于:
[0028](I)本相变热管式大功率LED灯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；
[0029](2)本相变热管式大功率LED灯通过设置吸气剂固定结构及放置的吸气剂可以保证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，从而确保换热工质的高换热效率；
[0030](3)本相变热管式大功率LED灯通过控制换热工质的充装量，可以保证LED在一定倾斜角度内正常使用；
[0031](4)本相变热管式大功率LED灯通过在LED基板与热沉之间设有相互匹配锯齿凸起，然后在锯齿凸起之间填充焊锡膏或低温金属，可以大幅提高LED基板与热沉之间的热传导效率；
[0032](5)本相变热管式大功率LED灯通过在热沉内表面设置金属槽道或者泡沫金属，或者将热沉内表面的粗糙度打磨成大于50um的毛面，亦或在热沉内表面上设置条形翅片或者针形翅片，均可以增强热沉与换热工质的接触面积，强化热沉与换热工质之间的换热效率。
[0033](6)本发明提供的一种相变热管式大功率LED灯散热方法可快速吸收LED芯片发出的热量，并充分利用相变过程中换热工质的汽化潜热进行热量交换，然后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，且本方法吸热快速，传散热综合性能高，运行稳定可靠，尤其适合大功率LED器件的散热。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的结构示意图。
[0035]图2为本发明中的LED基板、热沉和散热器之间的装配示意图。
[0036]图3为本发明中热沉内表面设计成金属槽道时的结构示意图。
[0037]图4为本发明中热沉内表面设计成毛面时的结构示意图。
[0038]图5为本发明中热沉内表面安装泡沫金属时的结构不意图。
[0039]图6为本发明中热沉内表面安装条形翅片时的侧视图。
[0040]图7为本发明中热沉内表面安装条形翅片时的俯视图。
[0041]图8为本发明中热沉内表面安装针形翅片时的侧视图。
[0042]图9为本发明中热沉内表面安装针形翅片时的俯视图。
[0043]图中:100、LED芯片；200、LED基板；300、热沉；305、锯齿凸起；310、金属槽道；320、毛面;330、泡沫金属；340、条形翅片；350、针形翅片；400、散热器;410、空腔;411、冷凝腔；412、蒸发腔;420、固定螺栓;500、换热工质；600、吸气剂固定条；700、端盖;800、充装管;900、散热翅片。
【具体实施方式】
[0044]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
[0045]实施例1:一种相变热管式大功率LED灯。
[0046]参照图1至图9所示，一种相变热管式大功率LED灯，包括:用于加速换热的散热器400，所述散热器400内部设置空腔410，空腔410内装填有换热工质500，空腔410内壁上安装有间隔交替分布的吸气剂固定条600，吸气剂固定在所述吸气剂固定条600上，所述空腔410由冷凝腔411和蒸发腔412组成，冷凝腔411位于蒸发腔412的上方，所述冷凝腔411和蒸发腔412的容积比为8-6: 2-4，所述换热工质500填充量为蒸发腔412容积的30-90%;空腔410外壁上在冷凝腔411外壁上设置有散热翅片900，散热翅片900用于强化自然对流散热，将冷凝腔411和蒸发腔412的容积比设置为8-6: 2-4是为了确保换热工质500在汽化过程中有足够的冷凝空间，以确保换热工质500的换热效率;安装在散热器400底部的热沉300;固定在热沉300底部的LED基板200;安装在LED基板200上的LED芯片100，LED芯片100发热后，首先在LED基板200和热沉300之间进行热传导；以便传递给装载在散热器400蒸发腔内的换热工质500，实现相变换热；固定在散热器400顶部的端盖700 ；设置在端盖700中心的充装管800，充装管800用于充装换热工质以及进行抽真空。
[0047]本实施例中，换热工质500采用低温热管工质，针对LED灯散热通常使用相变温度范围在30-80°C的环境友好、兼容性好的换热工质500，换热工质500可以使用单组分纯物质，例如:醇类、丙酮、烷烃类、氟利昂等;也可以使用调配的二元混合工质(可视使用场合进行分段传热)，例如:以体积比为1:3的甲醇和丙酮的混合物或者体积比为2:3的甲苯和丙酮的混合物等。静置状态下，换热工质500处于散热器400的蒸发腔412，实际充注量原则上不超过蒸发腔412与冷凝腔411的结构分界面。依据LED芯片100的工况，充注量一般可选择为蒸发腔412总容积的30%、60%或者90%。
[0048]本实施例中，为了加强散热器400内热交换的速率，对散热器400内部空腔410传热结构进行了进一步优化改善，空腔410内壁打磨成光滑金属壁面(为减轻LED灯总重一般使用铝材)，无任何毛细结构;沿重力方向，空腔410下端通过热沉300或LED基板200密封(无热沉时)，空腔410上端通过端盖700密封，同时端盖700处设有充装管800，通过充装管800可进行换热工质500充装与抽真空。本LED灯工作过程中，此空腔410务必密封且维持真空，密封可采用连接结构件之间完全焊接、完全冷装配或焊接与冷装配结合的方式。充装管800用于散热器400封装前充注换热工质并进行抽真空之用，封装后此处通过阀门锁紧密封或直接封堵密封。
[0049]参照图1所示，为保证LED灯在长时间使用过程中确保散热器400空腔410内的真空度，特意在空腔410内中设置吸气剂固定条600，并在吸气剂固定条600上固定一定配比量，一般不超过腔体总容积的2%的吸气剂，且吸气剂形式不受限制。放置吸气剂的目的是为了防止换热工质500在长期的汽化冷凝过程中产生的未冷凝气会降低空腔410的真空度从而对传热过程造成负面影响，通过吸气剂可以消除这部分未冷凝气，从而可以保证大功率LED灯在长期使用过程中始终保持空腔410内的高真空度。吸气剂的加入量不宜过少，否则达不到长期吸附气体，保持空腔内真空度的要求，同时吸气剂的加入量不宜过多，否则不但会增加生产成本，也会占用换热工质500有效换热空间，不利于热交换;实验证明吸气剂的添加量为空腔410总体积的1.5-2.0 %时，效果最好。
[0050]本实施例中，为了减少LED基板200与相变散热器400之间的接触热阻，LED灯封装完成后的LED基板200、热沉300、散热器400、端盖700需逐层进行装配，其中LED基板200或热沉300需要与散热器400及端盖700密封装配形成热管真空腔。LED基板200、热沉300和散热器400之间可通过固定螺栓420紧固连接，LED灯封装后，热量初始传递需要经过LED基板200、热沉300、液态换热工质500后，才开始在散热器400空腔410内进行相变传热。虽然相变散热器400换热综合效能高，但前期固体壁面逐层热传导的效率将限制后期散热器400换热效率，因此减小固体壁面热传导热阻(提高导热率)的效果不可忽视。为了减小固体壁面热传导热阻，可以通过增加热沉300与换热工质500的接触面积解决，具体包括如下方案:
[0051 ] (I )LED基板200与液态换热工质500直接接触；
[0052]保留LED基板200，去除其他热传导固体壁面(导热涂层和热沉300)，使基板处累积的热量直接与散热器400内换热工质500接触传热，最大限度减小此过程的导热热阻。
[0053](2)使用金属材料的导热涂层；
[0054]LED基板200与热沉300—般采用平面结构接口，为保证两平面间良好接触排除空气(空气热阻大严重影响导热)传统LED灯在此处通常使用导热硅胶，但该类物质自身导热率较低，一般不超过5W/m.K(纯铜导热率400W/m.K，纯铝导热率230W/m.K)。本实施例中，在此处选择常规金属材料进行涂层填充，可选用各类低温焊锡膏，也可选用低温金属材料，如含有锡、锶、铋、铟等金属元素的多元金属材料，这种材料具有导热系数大，常温下具有流动性，能渗透到非常细微的空间中，能够用来减小两种不同材料间的接触热阻。
[0055](3)改善固体壁面平面结构强化传热；
[0056]通过对固体平面进行工艺改善，可在有限空间内(固体平面范围内)增加有效换热面积，可进一步提尚热传导效率；
[0057]如图2所示，可以在LED基板200与热沉300相互接触的两个壁面设计可匹配的锯齿凸起305，例如尖头或平头锯齿状凸起，并在缝隙间填充入焊锡膏或低温金属；
[0058]如图3所示，在热沉300与散热器400内换热工质500接触的表面上设置螺旋状的金属槽道310，
[0059]如图5所示，在热沉300与散热器400内换热工质500接触的表面上设置泡沫金属330。
[0060]如图4所示，在热沉300与散热器400内换热工质500接触的表面设置为毛面320。[0061 ]如图6和图7所示，在热沉300与散热器400内换热工质500接触的表面上设置条形翅片340。
[0062]如图8和图9所示，在热沉300与散热器400内换热工质500接触的表面上设置针形翅片350。
[0063]本实施例中，通过实验验证，当换热工质500填充量为蒸发腔412容积的30-90%时，本相变热管式大功率LED灯可在一定范围内倾斜使用。由于相变散热器400传热受重力影响，本LED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，当换热工质500填充体积为蒸发腔412容积的30%时，本LED灯可倾斜至与水平面成120° (或-120°)夹角。当换热工质500填充体积为蒸发腔412容积的90%时或者调整散热器400蒸发腔结构，使蒸发腔弯曲，可进一步增加本LED灯的倾斜角度至与水平面成150° (-150°)最大夹角。换热工质500充装量最多可达到蒸发腔412容积的90 %，伴随LED灯的使用工况，除蒸发腔412最底部外，仍然可以在蒸发腔412轴向外壁面处布置封装LED灯，实现多灯排布。
[0064]实施例2:—种相变热管式大功率LED灯散热方法。
[0065]参照图1至图9所示，一种相变热管式大功率LED灯的散热方法，具体包括如下步骤:
[0066]S1、LED热量传递:LED芯片100在工作过程中产生热量，热量通过LED基板200传递至热沉300，热沉300将热量传递至充装在散热器400空腔410内的换热工质500;
[0067]S2、换热工质500汽化与冷凝:液态的换热工质500吸收热沉300传递的热量后迅速相变汽化，汽化后的换热工质500受重力作用上升至散热器400冷凝腔411，由于散热器400冷凝腔411的温度较低，汽化后的换热工质500在上升过程中不断与冷凝腔411内壁接触，将热量传递至壁面放热凝结，凝结后的液态换热工质500沿空腔410内壁回流至蒸发腔412内，实现换热工质500的相变传热循环；
[0068]S3、散热翅片900自然对流散热:在步骤S2中，汽化后的换热工质500在与冷凝腔411内壁接触的过程中不断将热量传递至空腔410外壁，然后通过空腔410外壁上的散热翅片900进一步强化与环境的自然对流散热，提高散热效率。
[0069]本实施例中，步骤S2中，所述散热器400空腔410内抽真空，散热器400空腔410内放置容积小于空腔410总容积2%的吸气剂。通过吸气剂的吸附作用，保证LED灯在长时间使用过程中散热器400空腔410内始终保持高真空度，以确保换热工质500的换热效率。
[0070]本实施例中，所述换热工质500为相变温度为30-80摄氏度的单组份纯有机质或者二元混合有机质。单组份纯有机质包括醇类、丙酮、烷烃类、氟利昂等，二元混合有机质包括以体积比为1:3的甲醇和丙酮的混合物或者体积比为2:3的甲苯和丙酮的混合物。通过单组份纯有机质或者二元混合有机质的相变潜热，可以加速LED芯片100传散热过程，提高综合散热性能。
[0071]以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
【主权项】
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所述的相变热管式大功率LED灯，其特征在于:所述LED基板、热沉和散热器之间通过螺栓紧固连接。8.一种相变热管式大功率LED灯散热方法，其特征在于:涉及权利要求1-7中任一相变热管式大功率LED灯，具体包括如下操作步骤: 51、LED热量传递:LED芯片在工作过程中产生热量，热量通过LED基板传递至热沉，热沉将热量传递至充装在散热器蒸发腔内的换热工质； 52、换热工质汽化与冷凝:液态的换热工质吸收热沉传递的热量后迅速相变汽化，汽化后的换热工质受重力作用上升至散热器冷凝腔，由于散热器冷凝腔的温度较低，汽化后的换热工质在上升过程中不断与冷凝腔内壁接触，将热量传递至壁面放热凝结，凝结后的液态换热工质沿空腔内壁回流至蒸发腔内，实现换热工质的相变传热循环； 53、散热翅片自然对流散热:在步骤S2中，汽化后的换热工质在与冷凝腔内壁接触的过程中不断将热量传递至空腔外壁，然后通过空腔外壁上的散热翅片进一步强化与环境的自然对流散热，提高散热效率。9.如权利要求8所述的相变热管式大功率LED灯散热方法，其特征在于:步骤S2中，所述散热器空腔内抽真空，散热器空腔内放置容积小于空腔总容积2%的吸气剂。10.如权利要求8所述的相变热管式大功率LED灯散热方法，其特征在于:所述换热工质为相变温度为30-80摄氏度的单组份纯有机质或者二元混合有机质。
【文档编号】F21V19/00GK105972454SQ201610576404
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年8月10日
【发明人】王伟, 周天, 张上安, 李雪, 肖玮
【申请人】广东合新材料研究院有限公司, 广东合一新材料研究院有限公司