[发明专利]一种大功率LED蓄热型固液相变散热装置

说明书

技术领域

本发明属于照明领域，特别涉及一种大功率LED蓄热型固液相变散热装置。

技术背景

半导体发光二极管LED(Light Emitting Diode)由于具有发光效率高、寿命长和安全环保等优点，被称为第四代照明光源或者绿色光源。近年来，LED照明已经广泛地应用于手机闪光灯、显示器背光、标志牌和信号灯以及矿灯等特殊用途照明系统，鉴于LED的优点，其将在家用照明、汽车前照灯、舞台照明和建筑工地照明等大功率照明领域表现出巨大的潜力和前景。然而，LED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，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，恶劣的散热条件降低了发光效率，而且导致半导体PN结的温度的升高产生光衰现象使发光的颜色发生改变并缩短了LED的寿命。研究表明，当温度超过一定值时，电子器件的失效率将呈指数规律攀升，温度每上升2℃，可靠性将下降10％。为了保证器件的寿命，LED的PN节温度需要控制在110℃以下。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导热将LED芯片产生的热量传递至灯壳再由自然对流带走进行冷却。S.L.Lee等人[S.L.Lee,Z.H.Yang,Y.Hsyua,Cooling of a heated surface by mist flow,Journal of Heat Transfer,1994,116(1):167.]和专利CN2735548分别通过空气和矽油的强制对流冷却来降低LED芯片的温度，不足之处是所采用的主动冷却系统需要额外的能耗及可靠性差。专利CN1828956A公开了一种大功率的LED散热封装，其原理是采用低沸点液滴冲击散热装置降低LED封装体的温度，不足之处是温控面温度不均匀，压差较大并且冷却面容易产生腐蚀。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。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。

发明内容

本发明的目的提供一种大功率LED蓄热型固液相变散热装置，该装置能够对LED封装件进行有效的控制，使用寿命长，且无污染。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括底部用于与LED封装件相连的热沉空腔，热沉空腔的外侧壁上设有若干散热翅片，热沉空腔的内表面垂直于热流方向上连接有若干金属针翅结构，且相邻金属针翅结构之间填充有熔点低于LED封装件的正常工作温度的相变材料。

所述的金属针翅结构的针翅单元为叉排或顺排布置的圆柱体或多边形柱体。

所述的若干金属针翅结构的总体积小于等于热沉空腔体积的20％。

所述的金属针翅结构采用铜或铝制成。

所述的金属针翅结构通过铸造或焊接的方式与热沉空腔的内表面连接。

所述的相变材料为柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡。

所述的若干散热翅片以焊接或机械加工的方式固定在热沉空腔的外侧壁上。

每个散热翅片在热沉内腔外侧壁上的高度沿着重力方向逐渐变大。

所述的热沉空腔的底部采用焊接或硅脂连接有用于固定LED封装件的扩展板。

所述的热沉空腔的顶部以焊接、螺栓或胶结的方式与密封端盖相连，且密封端盖的横截面大于热沉空腔的横截面。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：