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LED工矿灯散热器采用微槽群复合相变冷却技术

作者:熊东来源:深圳市晶宏照明有限公司 日期:2015年3月8日 00:21

深圳市晶宏照明大功率LED工矿灯散热技术采用微槽群复合相变集成冷却技术

  LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。普遍的散热是:LED芯片所产生的热,从它的金属散热块出来,先经过焊料到铝基板的PCB,再通过导热胶才到铝散热器。LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。有一个概念先要搞清楚,就是导热和散热的区别。导热就是要把热量最快地从发热源传送到散热器表面,而散热则是要把热量从散热器表面散发到空气中去。首先要把热最快的导出来,然后要最有效地散到空气里去。传统的散热器的热沉是铝翅片,我们的热沉是:微槽群相变技术。

  微槽群相变冷却技术是依靠技术手段(如设备结构:微槽等手段)把密闭循环的冷却介质(若介质为水)变为纳米数量级的水膜,水膜越薄,遇热蒸发能力越强,潜热交换能力越强,大功率电子器件的热量被蒸气带走。

  冷却器系统组成及工作原理:

  1、冷却器的组成:

  系统主要由四部分组成,即取热器、冷凝器、输送管路、取热介质(如水、乙醇等)。

  取热器一般情况下用进口铝合金制作,板内腔有许多微米数量级的槽道,其作用是把取热介质(如水)按设计要求变成所需的液膜,发热功率器件与铝合金表面紧密接触,其热能通过铝热传导给液膜,液膜瞬间汽化,把热能通过管路送到冷凝器冷却。因取热器的取热能力很强,其导热系数大于106 W/(m*℃),所以取热器的体积可以做到很小。 

  冷凝器一般情况下用进口铝合金制作,板内腔有许多毫米数量级的槽道,铝合金板外有肋片,取热介质通过管路送来热能由它负责与室外空气进行对流换热和辐射换热,取热介质的热能通过冷凝器释放,由汽态变液态,液态的取热介质通过自身的重力作用又回到了取热器里,准备下一次热能交换循环。

  2、工作原理: 

  在毛细微槽群复合相变取热器内表面加工许多微槽道,形成微槽群结构,利用微细尺度复合相变强化换热机理,实现在狭小空间内,对小体积的高热流密度及大功率的器件的高效率地取热。毛细微槽群复合相变取热器取出的热量由蒸汽经蒸汽回路输运到远程的高效微结构凝结器中,在微结构冷凝器内微细尺度凝结槽群结构表面上进行高强度微尺度蒸汽凝结放热。冷凝器凝结所释放的热量可迅捷地扩散到微细尺度凝结槽群结构表面,并经壁面向外传导到微结构冷凝器的外壁的肋表面上,通过与外界环境进行对流换热将热量释放到环境中去。凝结液通过凝结液体回路,在压力梯度作用流回到微槽群复合相变取热器。从而实现系统自身取热与放热的高效率、无功耗的封闭循环,达到器件冷却的目的。微槽群复合相变取热器的取热面与电力电子器件紧密接触,其内表面刻有许多复合相变微槽道,集成为复合相变微槽群。微槽群复合相变取热器中有少量的具有一定汽化潜热的液体工质。液体工质在微槽群自身结构所形成的毛细压力梯度的作用下沿微槽流动,同时在微槽中形成扩展弯月面薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的高强度微细尺度复合相变强化换热过程,使液体工质变成蒸汽,利用汽化潜热带走电力电子器件工作时产生的巨大热量,从而将器件的工作温度降低并控制在理想的范围内。微槽群复合相变冷却系统由小尺寸取热元件(微槽群复合相变取热器)、热量及流体输运管路、远程放热元件(远程微结构凝结器)部分构成。其中,热量及流体输运管路包括输运热量的蒸汽回路和输运凝结液的凝结液回路两部分,分别将微槽群复合相变取热器和远程微结构凝结器连接起来,形成一个对外封闭的微负压循环系统。微槽群复合相变取热器取出的巨大热量由蒸汽在系统的蒸发与凝结压差作用下经蒸汽回路输运到远程微结构凝结器中,在微结构凝结器内腔中的微细尺度凝结槽群结构表面上进行高强度微尺度蒸汽凝结放热。蒸汽凝结所释放的热量由微细尺度凝结槽群结构表面经壁面向外传导到微结构凝结器外壁的肋表面上或外壁上的冷却水通道群中(注:微结构凝结器壁面将外界环境和冷却水与微结构凝结器内部隔开,外界环境和冷却水与微结构凝结器中的凝结液不接触),通过与外界环境进行的空气(自然或强制)对流换热或与冷却水通道群中的冷却水进行单相强制对流换热,最终散失到外界环境中。而凝结液则通过凝结液回路,借助于重力和系统微细尺度槽群结构所产生的压力梯度作用,流回到微槽群复合相变取热器中。从而整个系统按照由微槽群复合相变取热器、蒸汽回路、远程微结构凝结器、凝结液回路再回到微槽群复合相变取热器的顺序形成一个具有工质单向性流动的、液-汽-液相变取热和放热模式的无功耗循环(被动式循环),达到使发热的大功率电力电子器件冷却的目的。图1 为冷却系统示意图。

图1 微槽群复合相变冷却系统结构示意图。

  3、  与热管的区别 

  形式上与热管相似,但在换热机理、结构和性能等方面有本质不同:

  1.采用强大的微细尺度复合相变强化换热机理;热管仅为普通的液膜蒸发;

  2.无热管固有的沸腾、挟带、毛细管力等诸多传热极限;

  3.无热管大功率散热时的高接触热阻与导热热阻以及装置笨重复杂问题;

  4.无热管启动与工作稳定性方面的问题;

  5.同等温度下的单位面积取热能力比热管高出约100倍,且系统简洁、轻巧和紧凑。

所属类别: LED照明灯具知识

该资讯的关键词为:LED 工矿灯散热器技术