一种散热装置及具有该散热装置的大功率LED灯具的制作方法

本实用新型涉及电子设备散热技术领域，更具体地说，涉及一种散热装置，还涉及一种包括上述散热装置的大功率LED灯具。

背景技术：

LED(发光二极管)被称为第四代照明光源，具有节能、环保、使用寿命长等诸多优点，被广泛的应用于各类显示、照明等领域。随着照明行业的不断发展，对大功率LED的需求越来越大。然而，由于LED的电光转换效率一般只有20～30％，剩余70～80％的电能最终转化成热能，而这部分热能，如果不能及时排出，将对LED的稳定性、可靠性及使用寿命产生重大影响。

传统的单纯依靠自然对流的普通型材散热器已无法满足大功率LED的散热需求，散热问题成为制约大功率LED产业发展的主要瓶颈。因此，急需新的更加高效的散热技术来解决此问题。

综上所述，如何有效地解决现有散热器散热效率低、大功率电子设备散热需求难以满足等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种散热装置，该散热装置的结构设计可以有效地解决大功率电子设备散热需求难以满足的问题，本实用新型的第二个目的在于提供一种包括上述散热装置的LED灯具。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种散热装置，包括相变材料储放部件、散热翅片和热管，所述相变材料储放部件包括开设有相变材料储放腔的底盘和密封连接于所述相变材料储放腔的密封板，所述相变材料储放腔内设置有相变材料，所述密封板上开设有密封板通孔，所述热管包括设置于中部的内热管和设置于所述内热管外围的外热管，所述热管的取热端穿过所述密封板通孔嵌插于所述相变材料内，散热端夹持于所述散热翅片内。

优选地，上述散热装置中，所述相变材料为熔点范围为40℃-65℃的材料。

优选地，上述散热装置中，所述相变材料为石墨粉与石蜡的混合物。

优选地，上述散热装置中，还包括端板，所述端板上开设有用于固定所述散热端的热管固定通孔，所述散热端的末端插接于所述热管固定通孔中，所述端板上开设有用于空气流动的空气流动通孔。

优选地，上述散热装置中，所述热管的内壁设置有超亲水毛细芯。

优选地，上述散热装置中，所述散热翅片包括内散热翅片与外散热翅片，所述内热管夹持于所述内散热翅片内，所述外热管夹持于所述外散热翅片内。

优选地，上述散热装置中，所述内散热翅片为包括多个短翅片单体与多个长翅片单体连接的内翅片模组；所述外散热翅片为包括多个所述长翅片单体连接的外翅片模组。

优选地，上述散热装置中，所述散热翅片表面设置有纳米涂料层。

优选地，上述散热装置中，所述散热翅片为通过挤压成型的塑包铝翅片、铝合金翅片或者陶瓷翅片。

本实用新型提供的散热装置包括相变材料储放部件、散热翅片和热管。其中，相变材料储放部件包括底盘和密封板，底盘具有相变材料储放腔，密封板设置于相变材料储放腔的顶端开口，且与底盘密封连接。相变材料储放腔内设置有相变材料，密封板上开设有密封板通孔，热管包括设置于对应相变材料储放腔中部的内热管和设置于内热管外围的外热管，且内热管与外热管的取热端均插接于密封板通孔内，散热端均夹持于散热翅片内。

应用本实用新型提供的散热装置，首先利用相变材料迅速吸收大功率LED工作时产生的热量，并以潜热的形式储存起来，且相变材料在融化过程中温度保持不变，因此可以减缓LED内部温度上升的速率，对LED有很好的保护作用。当熔融状态下的相变材料的温度达到热管内部工质的沸点时，工质吸收大量热量变成蒸汽并进入到散热部，蒸汽在散热部冷凝成液体，并将热量释放给散热翅片，液体在自身重力及毛细压力作用下再次进入到蒸发端吸收热量，散热翅片最终将热量散失到周围环境，实现被动式散热。由于相变材料与取热端直接接触，因此可以减小热管从相变材料取热的热阻，最大程度的提高热管取热能力。由于相变材料融化之后具有较好的流动性，因此可以保证每个热管都可以高效工作，提高整个装置的散热能力，还可以确保底盘温度一致性，从而保证大功率LED受热均匀，避免由于温度不均导致LED内部产生热应力，从而对LED产生破坏。

同时，结构简单、紧凑、无需消耗额外动力，即能满足大功率LED的散热要求，具有潜在的应用前景。

为了达到上述第二个目的，本实用新型还提供了一种LED灯具，该LED灯具包括LED芯片、玻璃透镜(未标出)、反光罩、电源(未标出)和电源盒；还包括上述的任一种散热装置。由于上述的散热装置具有上述技术效果，具有该散热装置的LED灯具也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的大功率LED灯具一种具体实施方式的爆炸结构示意图；

图2为图1中储放腔的放大示意图；

图3为图1中储放腔内相变材料的放大示意图；

图4为图1中热管的结构示意图；

图5为图1中单个内散热翅片的上端放大示意图；

图6为图1中内散热翅片与内热管组合的上端放大示意图；

图7为图1中单个外散热翅片的上端放大示意图；

图8为图1中外散热翅片与外热管组合的上端放大示意图；

图9为图1中大功率LED灯具组装后的结构示意图。

附图中标记如下：

1、螺丝；2、反光罩；3、相变材料储放部件；4、热管；5、散热翅片；6、端板；7、电源盒；31、密封板；32、密封板内热管插入通孔；33、密封板外热管插入通孔；34、相变材料；341、相变材料内热管插入通孔；342、相变材料外热管插入通孔；41、内热管；42、外热管；51、短翅片单体；52、长翅片单体；53、螺纹孔；54、内翅片插入热管空腔；55、外翅片插入热管空腔；56、长翅片单体；57、螺纹孔。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种散热装置，以提高散热效率、满足大功率电子设备的散热需求。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图9，图1为本实用新型提供的大功率LED灯具一种具体实施方式的爆炸结构示意图；图2为图1中储放腔的放大示意图；图3为图1中储放腔内相变材料的放大示意图；图4为图1中热管的结构示意图；图5为图1中单个内散热翅片的上端放大示意图；图6为图1中内散热翅片与内热管组合的上端放大示意图；图7为图1中单个外散热翅片的上端放大示意图；图8为图1中外散热翅片与外热管组合的上端放大示意图；图9为图1中大功率LED灯具组装后的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型提供的散热装置包括相变材料储放部件3、热管4和散热翅片5。

其中，相变材料储放部件3包括底盘和密封板31，底盘具有相变材料储放腔，用于放置相变材料34。具体相变材料储放腔可以为横截面呈圆形、方形或者椭圆形的腔体。当然，其并不局限于上述结构，也可以为其他合适的形状。相变材料储放腔用于放置相变材料34，因而底盘的制作材料应满足导热系数大、耐腐蚀的特点，优选的可以为铜、铝、不锈钢或者陶瓷材料，但并不局限于上述材料，具体如紫铜。根据需要，相变材料储放腔的直径可以为150mm，壁厚为3mm，高度为30mm，深度为25mm。相变材料储放腔的下底板，也就是底盘的下端板通常用于与电子设备连接，如与LED芯片连接。LED芯片可以贴在相变材料储放腔下底板的中心位置，为了减小接触热阻，可以在下底板上涂上均匀的导热硅脂层。进一步地，对应LED芯片的四个固定孔位置，相变材料储腔内可以设置与之对应的四个实心固定柱(未标出)，实心固定柱靠近下底板端开有螺纹孔(孔的深度小于实心固定柱的高度)，用于将LED芯片固定安装在储放腔下底板。

在相变材料储放腔内部储放有相变材料34，考虑到相变材料34在吸热融化时体积可能会发生一定程度的变化，因此在相变材料储放腔内部优选的预留有空腔。空隙的体积具体可以为整个相变材料储放腔的三分之一。

密封板31设置于相变材料储放腔的顶端开口，且与底盘密封连接。具体的，密封板31与相变材料储放腔之间可以采用焊接的方式进行密封，也可以采用螺栓连接或者螺纹连接等方式密封连接。如密封板31周边有若干螺纹通孔(未标出)，用于将密封板31与储放腔3密封。密封板31其制作材料应满足硬度大、抗拉伸、耐腐蚀的特点，可以是金属，也可是非金属固体材料，如陶瓷。密封板31的形状需与相变材料储放腔的形状对应。

密封板31上预留有用于插入热管5的取热端的密封板通孔，热管5的取热端穿过密封板通孔并嵌插于相变材料34内。根据需要，密封板31的厚度可以为3mm。密封板通孔包括密封板内热管插入通孔32、密封板外热管插入通孔33，用于分别插入内外热管取热端，且取热端嵌插在相变材料34内部。

热管4的散热端夹持于散热翅片5内。具体的，热管4与散热翅片5可以通过过盈配合固定连接，也可以通过焊接或者其他可拆卸的固定连接方式连接。热管4与密封板通孔优选的为密封连接，如通过过盈配合或设置密封结构密封等。热管4的工质可以是水、乙醇、丙酮、有机工质及其混合物，其他适合于热管4的工作流体也包括在内。热管4的直径、长度、个数可根据具体需要进行设计，此处不作具体限定。

热管4设置多个，包括设置于中部的内热管41和设置于外部的外热管42。也就是内热管41对应相变材料储放腔的中部设置，而外热管42设置于内热管41的外围，也就是对应相变材料储放腔的外部设置。

应用本实用新型提供的散热装置，当大功率LED开始工作时，热量经过热传导的方式进入到相变材料储放腔下底板，再进入到相变材料34并被其吸收，相变材料34吸收热量不断融化，当温度达到热管4内部液体工质的沸点时，工质吸收大量热量变成蒸汽进入到热管散热部，蒸汽在散热部将热量释放给散热翅片5并冷凝成液体，液体在自身重力及毛细压力作用下再次进入到取热端吸收热量，如此不断循环工作，散热翅片最终将热量散失到周围环境，实现被动式散热。

同时，由于相变材料34与取热端直接接触，因此可以减小热管从相变材料34取热的热阻，最大程度的提高热管取热能力。由于相变材料34融化之后具有较好的流动性，因此可以保证每个热管都可以高效工作，提高整个装置的散热能力，还可以确保底盘温度一致性，从而保证LED受热均匀，避免由于温度不均导致LED内部产生热应力，从而对LED产生破坏。综上，本实用新型提供的散热装置结构简单、紧凑、无需消耗额外动力，即能满足大功率LED的散热要求，具有潜在的应用前景。

具体的，相变材料34为熔点范围在LED芯片温度范围之内的相变材料，具体可以为熔点范围为40℃-65℃的材料。对于某一散热装置而言，可以根据其散热对象选择合适熔点的相变材料34。优选的，相变材料34的熔点范围可以为50℃-60℃，如55℃等。相变材料34的状态可以是固态、液态，还可以为固液混合物，具体根据需要进行选择。

进一步地，相变材料34的种类可以为单一相变材料、复合相变材料、无机相变材料、有机相变材料或者微胶囊。根据散热装置的应用对象，即电子设备的不同，可以选择不同的相变材料34，以获得最优的散热效果。具体的，相变材料34可以采用石墨粉与石蜡的混合物。石蜡不仅易于获取，而且成本低廉，且潜热值较大。石墨粉可以用于提高石蜡的整体导热性能，缩短石蜡的融化时间。本实施例中可以将石蜡预制成圆柱状，并在制作过程中预留插入热管取热端的相变材料内热管插入通孔341和相变材料外热管插入通孔342。石墨粉与石蜡混合物的直径小于相变材料储放腔的内径，其高度为相变材料储放腔总高度的三分之二。进一步的，也可以将石蜡制成微胶囊的形式，直接装在相变材料储放腔内。

为了增强相变材料34的导热性，可在相变材料34中添加辅助剂。例如可以在相变材料34内部添加导热能力强的金属粉末以增强相变材料的导热能力，如铜粉；或者添加非金属粉末，如膨胀石墨粉等。也就是相变材料34可以为添加有膨胀石墨粉、铜粉或者铝粉以提高导热性的复合材料。当然，辅助剂并不局限于上述成分，其他适用于增加导热性的辅助剂也可以使用。根据需要，还可以将相变材料制成泡沫金属复合相变材料。

在上述各实施例的基础上，还包括端板6，端板6上预制有热管固定通孔，进而散热端的末端插接于热管固定通孔中。也就是热管4的取热端与密封板31连接，散热端与端板6连接，从而便于热管4的固定安装，散热装置整体结构紧凑可靠。具体的，热管4与端板6可以为焊接或其他可拆卸的固定连接方式连接。端板6具体可以为不锈钢板或者铝合金板。

进一步地，端板6上开设有用于空气流动的空气流动通孔，以加速空气的流动，提高整个装置的散热能力。具体空气流动通孔的个数、形状及分布可以根据需要进行设置。

在上述各实施例的基础上，热管4的内壁设置有超亲水毛细芯，也就是热管4为超亲水毛细芯热管。具体超亲水毛细芯热管其制作材料可以是铜、不锈钢及其合金，其他适合于制作热管的材料也包含在内。优选的，毛细芯1为具备超亲水特性的多尺度毛细芯，多尺度毛细芯结构的存在，不仅可以有效解决蒸汽溢出与液体吸入的矛盾问题，还可以加快冷凝液从散热端进入到取热端，从而大大提高热管4的传热性能。

内热管41、外热管42的制作材料为金属，优选的，可以为紫铜。内热管41、外热管42毛细芯的制备材料可以为紫铜粉。热管4内壁设置的超亲水毛细芯具体可以为具备超亲水特性的多尺度结构的毛细芯。毛细芯在制作过程中，可以在烧结材料紫铜粉内添加造孔剂碳酸钠，碳酸钠高温分解会留下一系列尺度不同的孔隙，从而形成多尺度孔隙的毛细芯。完成毛细芯的制备后，在热管进行封装之前，对毛细芯进行氧化处理，具体可以采用热氧化的方式对毛细芯进行氧化处理，从而制备出具有超亲水特性的毛细芯。

上述各实施例中，散热翅片5可以包括内散热翅片和外散热翅片，内热管41夹持于内散热翅片内，外热管42夹持于外散热翅片内。通过内散热翅片和外散热翅片分别为内热管41和外热管42散热，进一步提高散热效率。

优选的，内散热翅片为多个短翅片单体51与多个长翅片单体52连接而成的内翅片模组；外散热翅片为多个长翅片单体56连接而成的外翅片模组。具体的，单个内散热翅片可以包括三个短翅片单体51和三个长翅片单体52，短翅片单体的厚度为2mm，长度为15mm，相邻短翅片单体之间的夹角为30°，长翅片单体的厚度为2mm，长度为35mm，相邻长翅片单体之间的夹角为30°。长翅片单体52与短翅片单体51相对设置，且二者的端部均与内翅片插入热管空腔54连接，为便于热管的插入，在制作翅片时，内翅片插入热管空腔54为两端开口的空腔。根据需要，内翅片上可以设置用于与端板6连接的螺纹孔53，根据需要可以设置八个。

单个外散热翅片可以包括三个长翅片单体56，长翅片单体56的厚度为2mm，长度为50mm，相邻两长翅片单体56之间的夹角为30°。长翅片单体56的一端均与外翅片插入热管空腔55连接，为便于热管4的插入，在制作翅片时，外翅片插入热管空腔55为两端开口的空腔。外翅片上可以设置用于与端板6连接的螺纹孔57，根据需要可以设置八个。外翅片及内翅片的截面可以均为矩形。

散热翅片5上可以进一步开设用于空气流动的翅片通孔。通过翅片通孔的设置，以加速空气流动，提高翅片的散热能力。具体翅片通孔可以为圆孔，包括多个翅片通孔时，其可以在散热翅片5上均匀分布。需要说明的是，散热翅片5既可以为单个的散热翅片单体，还可以为包括多个散热翅片单体的散热翅片模组。散热翅片5的个数根据具体需要进行设计即可。

进一步地，可以对散热翅片5表面进行处理，如设置水性纳米涂料镀层，以提高表面辐射换热能力。

散热翅片5的制作材料应满足导热系数大、耐腐蚀的特点，可以是铜、铝也可以是陶瓷材料，优选的，散热翅片5为导热性能好、重量较轻的铝合金翅片或或者塑包铝翅片。

在上述各实施例中，内热管41可以沿圆周分布，共设置八个，相邻两个内热管41间的夹角为45°，内热管41的外径为8mm，内径为6mm，高度为200mm，内热管41的工质可以为去离子水与乙二醇的混合物。同样的，外热管42也可以沿圆周分布，共设置八个，相邻两外热管42间的夹角为45°，外热管42的外径为7mm，内径为5mm，高度为200mm，外热管42的工质也可以为为去离子水与乙二醇的混合物。

在内热管41如上设置时，相应的，沿着圆周方向，设置八个内散热翅片，八个内热管41嵌插在八个内散热翅片的内翅片插入热管空腔54内。每个翅片上可以均开设螺纹孔53，用于与端板固定安装。在外热管42如上设置时，相应的，沿着圆周方向，设置八个外散热翅片，八个外热管42嵌插在八个外翅片插入热管空腔55内。每个外翅片上可以均开设螺纹孔57，用于与端板固定安装。

进一步的，还可以将内外热管的取热端折弯，形成L形的热管，为了更加迅速的将热量导出，可将热管取热端压扁并与储放腔的底板内部接触。

该散热装置还可以进一步与风扇组装，形成体积小、重量轻的高效散热装置。

基于上述实施例中提供的散热装置，本实用新型还提供了一种大功率LED灯具，该LED灯具包括LED芯片、玻璃透镜(未标出)、反光罩2、电源(未标出)和电源盒7；还包括如上所述的任一散热装置，散热装置的相变材料储放部件的底端可以通过螺丝1与LED芯片连接。LED灯具的挂钩等其他结构请参考现有技术，此处不再赘述。由于该LED灯具采用了上述实施例中的散热装置，所以该LED灯具的有益效果请参考上述实施例。具体LED灯具的其他结构请参考现有技术，此处不再赘述。

由于本实用新型将热管的取热端嵌插在相变材料内部，因此可以消除热管与相变材料的接触热阻，从而大大提高热管的取热能力。另外，由于相变材料融化之后具有较好的流动性，因此可以使每个热管的取热端都包含在相变材料内部，进而使每个热管都能高效工作，还可以使整个储放腔下底板温度一致性，从而保证整个大功率LED芯片受热均匀，避免由于温差过大导致LED芯片内部产生热应力破坏LED的内部结构，继而本实用新型也就能够使装置的散热过程实现高效、低成本和低能耗的操作运行，为解决制约大功率LED的散热提供了一种较好的解决途径。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。