专利名称：相变钳温风筒式冷却装置的制作方法
技术领域：
相变钳温风筒式冷却装置技术领域：
[0001]本发明涉及一种冷却装置，具体涉及一种相变钳温风筒式冷却装置。本发明属于节能环保自动控制技术领域。背景技术：
[0002]电子设备正常运行需要确保核心部件工作于合适的温度，温度过低或过高都会导致异常，严重时会造成设备故障甚至发生重大事故。作为新兴绿色照明高科技产业的LED 照明光源产品，同样需要合适的工作温度，LED照明光源稳定高效工作，其温度要求更苛刻。 研究表明LED结温每上升10度，其光效约下降3%;如超过LED结温极限值，将导致LED失效，甚至造成LED光源器件永久损坏。目前，LED照明灯具主流散热方案依靠导热系数较好的材料将LED芯片热量尽快导向基板再导向散热外壳。外壳与周边空气对流实现散热；为改善散热效果，有些产品采用特种处理手段增强外壳热辐射能力，实现加快降温的目的。[0003]对小功率LED照明灯具散热要求容易满足，但当LED光源功耗大，常规散热技术难以满足要求。除加大尺寸重量，靠热管、半导体制冷、强制风冷，也有几种技术组合。由于现行方案都或多或少有不尽人意之处，本发明提出全新方案相变钳温风筒式冷却装置。本方案基于物理原理，既可作为LED灯具组成部件，也可将其应用于其它领域需要冷却的场合。
发明内容[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理、工艺成熟、满足大功率/高功率密度热源如LED光源部件冷却要求、既安全可靠又成本低廉、方便LED照明灯具选配的冷却散热装置。本装置适用于光源直下式照射的大瓦数LED灯具，如厂矿用吊灯、广场灯、礼堂灯等。对于非直下式应用，可将下文所述结构稍加改动，其基本原理不变，技术处理手段一致。[0005]金属散热好，易于加工成型，适于制作散热器，尤以铝合金为最常见。铝合金散热器常见制造工艺为压铸成型和挤压铝型材加工成型。下文对本发明的叙述中，采用并非限制于太阳花铝合金型材加工散热器。与常用散热技术方案相比，本技术方案改进之处在于1在太阳花内部空腔灌注冷却液体，依靠巨大的相变能，对目标进行冷却；2根据烟囱抽风原理，在太阳花铝型材外层包裹/嵌套风筒式绝缘外壳，用电既安全，又能迫使空气从风筒下部裙边进气孔到达太阳花鳍片底部，向上流经鳍片间表面，充分发挥太阳花鳍片表面积大、便与空气超量热交换特点，实现强制风冷/准强制风冷最佳散热效果。[0006]一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是在金属散热器如太阳花铝型材中空密封腔中灌注液体，在金属散热器外面安装烟囱抽风式绝缘外罩——风筒。[0007]所述液体即冷却液体，首选普通水，取材方便成本低廉。为降低其冷凝温度，可适当掺入防冻试剂 ，如甲醇、乙醇或其它。冷却液还可选用甲醇、乙醚等其它液体及其溶液，汽化点低，无需苛刻的负压条件，工艺上容易实现。[0008]一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述液体主要成分优选水，可按降低冷凝点温度设定掺入适量防冻剂；其它如甲醇或乙醇也可选用。构成相变钳温风筒式冷却装置主要部件有三1中空式金属散热器例如太阳花铝型材2可安装/贴装LED光源板的刚性导热底板，该底板延伸扩展适度折弯，可改变安装于其上的LED光源板照射方向，适合非直下照射应用3密封上盖。相变钳温风筒式冷却装置的太阳花中空密封腔密封上盖为刚性，形状为平板型或上凸型，安装抽气嘴。抽气嘴可类似各种轮胎气门嘴以及钢珠密封气嘴等形式，也可一次抽气永久封闭。密封腔内冷却液用量少，工作时冷却液能有效覆盖密封腔内刚性导热底板即可。所用冷却液优选水，可掺入甲醇、乙醇等，既防冻又降低汽化温度；也可直接用低汽化点液体及溶液。将密封腔内抽成负压，如初始为大气压十分之一，水基冷却液约50°c就开始汽化并携带等量液体5224倍热量离开。随着液体汽化，密封腔内负压逐渐减弱，汽化温度点逐渐升高；同时水汽释放热量被散热器迅速带走，热交换后水汽液化再回流于散热器空腔底部，周而复始循环补充汽化逃逸的冷却液体，达成动态平衡实现‘钳温’效果被冷却物如LED光源板被钳制在特定汽化温度点，达到‘钳制’被冷却物‘温度’的效果。本方案关键物理原理是‘相变能’相变能量是液体比热容量的数千倍，对水来说是5224倍！·一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是在金属散热器内胆密封腔上端安装平板型或上凸型刚性密封上盖；密封腔内灌注适量相变冷却液，并根据汽化温度参数将密封腔抽成所需负压。实施本技术方案，必须考虑构成密封腔各零部件承受负压的能力，在选材和制造工艺上必须充分论证，确定合理的技术指标。用于实现相变冷却的液体，除了水基冷却液外，还可以选取诸如异戊烷(27. 9 0C )、乙醚(34.6°C )、戊烷(36.1 °C )、丙酮(56. 2 °C )、甲醇(64. 9 °C )、庚戊烷(68. 9°C)等有机溶剂制作冷却液，成本虽高，但负压要求不苛刻，工艺易于实现。有的材料有毒，使用要注意，结合工程实践，以安全环保优质廉价高效节能为准，具体细节在此不赘述。本技术方案的另一项创新是在金属散热器如太阳花铝型材外安装引导气流的风筒，强制规划热场优化散热通道，迫使周边冷空气沿设定路线进入风筒流动，与太阳花散热鳍片表面充分接触高效热交换，带走太阳花铝型材所携带热量。实际上，风筒就是‘抽风烟囱’或称‘拔火筒’，利用金属散热器传递热量加热空气使其体积膨胀，在风筒内部形成上升气流，气流产生抽力，在风筒底部形成负压迫使周边空气从风筒下部裙边预留气隙源源不断进入风筒，再沿着太阳花散热器表面向上流动带走热量。气流速度与风筒截面积成反比，随着风筒上部口径逐渐收紧，受热膨胀空气形成气流的上升速度逐渐加快，动能逐渐增加，惯性随之加大，抽风效果更加明显。上升气流所获得的能量最终来自被冷却物体如LED光源芯片，当芯片温度升高时，上升气流温度也变高，热能增加流动速度变快，带走的热量就增加，从而遏制芯片温度进一步上升；反之当LED芯片温度下降，上升气流速度减缓，带走热量减少。于是乎很自然地在LED芯片温度和抽风气流速度之间达到动态平衡，具有典型的自适应温控效果。室外应用时，考虑到风霜雨雪尘酸毒等因素，应予做防护措施，包括出风口处加盖防雨罩或改变出风口造型等。精确设计与精密制造的风筒结构，可适应被冷却物体功率变化，安静长久确保被冷却物体如LED光源板工作温度在安全范围之内。由于上升气流能量是气流惯性与风筒抽力的根本，因此为保障上升气流抽风效果，必须尽量减少其能量无谓损失，减少其在风筒内能量耗散。要做到这点，除了在风筒结 构设计方面要注意尽量使气流不产生或少产生湍流，方法之一是在密封上盖处加装形如圆 形宝塔顶部向上逐渐收紧的上凸型‘汇流罩’之外，在选择风筒制造材料时，应选择热阻大 的隔热材料，减少气流热量损耗，优选材料是塑料。塑料易于加工成型，成本低廉，同时具备 绝缘特性，还兼有丰富色彩，利于市场推广。为安全起见，风筒部件注塑时原料中应添加阻 燃剂，确保不会发生火灾危险。结构设计方面也可采取附加措施，如采用夹层结构隔热效果 更好。[0016]一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是在密封上盖处加装形如圆形宝塔顶部 向上逐渐收紧的上凸型汇流罩，或将刚性密封上盖直接做成上述形状。[0017]为了风筒抽风更有力、散热效果更好，就必须增加风筒抽风管的长度，使气流获得 更多动能和惯性。但风筒过长不便包装和运输。解决方案是采用环套结构将其分解为多 段类似圆台形状的空心环，大环套中环，中环套小环，小环套更小环，如此环环收缩相套，减 小包装体积。使用时从最小环向上拎起形成风筒，再层层嵌扣锁紧完成拼装，各环台锥度相 吻合，紧密嵌套确保密封不漏气。设计参考实例是一种塑料旅行杯，出门携带时压‘扁’，使 用时向上一拉‘变’成杯子，各环台锥度结构确保杯子牢固不漏水。为使嵌套好的整体风筒 安全牢固，可在各环嵌套接口处预留锁扣位，利用塑料弹性形变卡位锁住不再跑位。也可采 用螺纹旋扭安装扣紧方式。在吊灯应用情况下，可把吊钩安装在风筒上端最小环套上，利用 灯具重力就可确保风筒不会‘散架’，无需锁扣也可保障风筒安全，而且吊装更简单。[0018]一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述风筒为一整体，可分段制造、环环 相套、整体安装，环套个数为N，N > 1，环套接口处可留锁扣或螺纹旋扣。[0019]一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述风筒为烟囱式抽风筒结构，采用绝 缘隔热材料制造，优选材料是ABS工程塑料；添加阻燃剂为好。[0020]在一些照明灯具应用场合，不适合安装过高抽风筒时，可在风筒出口或其内部安 装微型风扇强制风冷。电风扇增加功耗，却能保障LED光源板安全工作温度，由于所选微型 风扇功耗很小，寿命数万小时，对LED照明灯具整体光效和使用寿命影响不太大。[0021]一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述风筒内或其出风口处安装微型风 扇强制风冷。[0022]对于光源照射方向并非正直向下的应用，可调整LED光源板法线方向，扩展刚性 导热底板并适当变形以便与LED光源板保持良好热量传导，这样会改变部分结构但设计原 理不变。[0023]本发明的关键点和优越点在于[0024]1.液体汽化相变钳温是关键点之一，也是优越点之一[0025]1.1.利用冷却液汽化的相变能数千倍于液体比热容量的原理，钳制被冷却物体如 LED光源板工作于较低温度，确保其安全可靠长寿命运行。[0026]1. 2.使用液体少,重量轻。[0027]1. 3.可适用于大功率/超大功率LED照明灯具。[0028]2.外套抽风筒是关键点之一,也是优越点之一[0029]2.1.风筒结构强制改变了冷却装置内部热通道分布，优化了冷却气流路径，使其 与金属散热器鳍片之间有效接触面积极大增加，充分提高了热交换效率，改善了冷却效果。[0030]2. 2.抽风筒环环收缩的套装结构，有助减少包装体积和运输费用，有利于降低总体成本。2.3.自然抽风结构将LED热量变害为宝，且具有自适应抽风冷却效果，无噪声，不‘罢工’，安全可靠，成本低廉。2.4.加装微型风扇的应用，适合在安装使用空间要求严酷的场合。优点是冷却效果好，结构紧凑，缺点增加能耗和失效率，有音频噪声，参数和选型恰当可降低缺陷。
下列附图不是工程设计图，未标注尺寸，介绍方案未涉及的部分零部件在图中省略。图1是本发明相变钳温风筒式冷却装置主要零部件侧视装配简图。图中标号I是风筒；2是抽气嘴；3是兼作整流罩用的刚性密封上盖；4是太阳花铝合金散热器；5是可安图2是本发明装置用于LED吸顶灯的实例示意图。图3是采用多级环套结构的、嵌套组装成的风筒，其最大环下部裙边进气缝隙开叉，便于注塑加工时脱模工艺，提高效率。图4是图2的截面图，标号8是风筒；9是风筒内气流通道；10是刚性密封上盖；11是负压密封腔；12是太阳花铝型材散热器；13是刚性导热底板/LED光源板处相变液体积存处。图5是采用本装置负压液体相变冷却+自然抽风冷却的大功率LED吊灯，亮度高节能明显。
具体实施方式实施例一、带微型电风扇强制风冷的15W轨道LED灯本实施例15W轨道LED灯装配有本装置。密封腔注有2%甲醇溶剂水溶液用于相变冷却。由于安装空间常暴露于视线范围内，对灯具外观造型要求较苛刻，不便使用过长抽风管，故选用风管较短、内置微型电风扇技术方案。图略。 实施例二、负压相变钳温抽风自然冷却式LED吸顶灯本实施例如图2、图4所示，初始负压10kPa，2%甲醇水溶液，太阳花高度50mm，根据LED功耗选择不同高度的抽风筒配件，LED功耗范围15 100W。实施例三、LED大功率高空吊灯本LED大功率高空吊灯选用本装置的自然抽风方案，光源功率范围50 200W及以上的大功率、超大功率LED光源，特别是集成化LED光源。本装置提供LED光源冷却功能，
重量轻，安静可靠。
权利要求1.一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是在金属散热器中空密封腔内灌注液体，在金属散热器外面安装烟囱抽风式绝缘外罩一风筒。
2.根据权利要求1所述的一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述液体主要成分优选水，可按降低冷凝点温度设定掺入适量防冻剂。
3.根据权利要求1所述的一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是在金属散热器内胆密封腔上端安装平板型或上凸型刚性密封上盖；密封腔内灌注适量相变冷却液，并根据汽化温度参数将密封腔抽成所需负压。
4.根据权利要求1所述的一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是在密封上盖处加装形如圆形宝塔顶部向上逐渐收紧的上凸型汇流罩，或将刚性密封上盖直接做成上述形状。
5.根据权利要求1所述的一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述风筒为一整体，可分段制造、环环相套、整体安装，环套个数为N，1，环套接口处可留锁扣或螺纹旋扣。
6.根据权利要求1所述的一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述风筒为烟囱式抽风筒结构，采用绝缘隔热材料制造。
7.根据权利要求1所述的一种相变钳温风筒式冷却装置，其特征是所述风筒内或其出风口处安装风扇强制风冷。
专利摘要本实用新型公开了一种相变钳温风筒式冷却装置金属散热器内部空腔与底部刚性导热底板构成内胆密封空间灌注适量冷却液体，安装带抽气嘴的上凸型密封上盖，将密封腔空间抽成负压降低冷却液汽化温度，利用相变能冷却并钳制被冷却物体温度，安全节能高效。本实用新型优越之处在于液体高效导热、相变能量巨大，自然抽风散热安静安全节能，本装置结构紧凑、批量制造成本低，适合中、大功率LED照明产品以及其它需要冷却的产品配套使用。
文档编号F21V29/02GK202835276SQ201220346629
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者吕大明 申请人:吕大明