發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置的制造方法

發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置。3維相變散熱方法，是將中空的肋片結構和相變換熱技術耦合使用，通過相變工質在真空腔體中的3維傳熱，實現高功率電子器件發熱功率與自然空氣對流換熱功率的熱匹配。由多組中空肋片結構組合而成的冷凝器是本發明方法的專用部件。3維相變散熱裝置由蒸發器、冷凝器、蓄液槽及相變工質共同構成，其結構可根據應用環境靈活設計，具有廣泛的適用性。本發明散熱功率大，無功耗，重量輕，制造工藝簡單，成本低廉，可從根本上解決發光二極管燈具的熱管理問題。
【專利說明】
發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置
技術領域
[0001]本發明涉及高功率電子器件熱管理領域，尤其是涉及一種應用于發光二極管(Light Emitting D1de, LED)燈具的3維相變散熱方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]LED光源在通訊、照明等眾多領域具有廣泛的應用前景，被認為是未來重要的照明光源。目前，LED光源中超過60%的輸入能量最終轉變為熱能，若無法通過有效的散熱機制及時地將燈具內部產生的熱量交換至外界環境空間，將會導致LED光功率下降、發光峰值波長偏移、壽命急劇衰減等嚴重問題。隨著LED燈具功率的不斷提升，其散熱問題逐漸成為本領域的最主要的技術瓶頸。
[0003]現有的LED燈具散熱技術依據其散熱效果的實現是否需要外部供能可主要分為主動散熱技術和被動散熱技術兩大類。
[0004]以強制對流風冷、強制對流水冷和氣流噴射冷卻等為代表的主動散熱技術，其散熱效果較好，但其散熱裝置復雜，且需外部供能，提高了燈具的運行和維護成本，難以在照明燈具領域大規模的推廣應用。
[0005]以固體導熱材料肋片式散熱器為代表的傳統被動散熱技術應用于LED燈具時，由芯片至外界環境的全局熱阻通常高于30K/W，無法滿足高功率燈具的散熱要求。基于相變換熱的冷卻系統，通過工質物相變化過程中潛熱的吸收與釋放，大幅提高冷卻效率，是高功率電子器件熱管理領域未來主要的發展趨勢。
[0006]一維熱管和二維氣相散熱腔是兩種目前應用較多的兩種相變散熱系統。Kim等人報道了將一維熱管應用于LED燈具散熱的工作[Thermal analysis of LED arraysystem with heat pipe, Thermochimica Acta, 455, 21-25 (2007)], H.-S.Huang 等人將二維氣相散熱腔應用于LED燈具，取得了相對一維熱管而言更好的散熱效果[Experimental Investigat1n of Vapor Chamber Module Applied to High-PowerLight-Emitting D1des, Experimental Heat Transfer, 22, 26 (2009) ] 0 在實際應用中，為了獲得足夠大的與環境大氣進行熱交換的換熱面積，一維熱管及二維氣相散熱腔通常需與固體肋片式散熱器耦合使用。目前，一維熱管與固體肋片式散熱器耦合結構熱阻的典型值約 5K/W[Kim et al., Thermal analysis of LED array system with heatpipe, Thermochimica Acta, 455, 21-25 (2007) ]。二維氣相散熱腔與固體肋片式散熱器親合結構熱阻的典型值約 3.2-4.9K/W[Huang et al., Experimental Investigat1n of VaporChamber Module Applied to High-Power Light-Emitting D1des, Experimental HeatTransfer, 22，26 (2009)]。一維熱管和二維氣相散熱腔等相變換熱技術未能在照明領域大規模推廣應用的一個主要原因是其成本過高，應用于高功率電子器件的普通固體肋片式散熱器的成本一般為0.5-10美元，若使用一維熱管或二維氣相散熱腔相變散熱系統，雖然可大幅提升散熱效果，但其成本則會大幅增長至15-100美元[Huaiyu Ye et al., A reviewof passive thermal management of LED module, J.Semicond.，32，014008(2011]。
【發明內容】

[0007]鑒于上述問題，本發明提供一種發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置，以解決高功率LED燈具的散熱問題。
[0008]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:[〇〇〇9]發光二極管燈具3維相變散熱方法:蒸發器、蓄液槽、冷凝器依次連接形成氣密性的中空腔體，所述中空腔體抽真空，液態的液-氣相變工質存儲在所述蓄液槽中，并通過毛細作用輸運至所述蒸發器內表面，發光二極管芯片發出的熱量經所述蒸發器傳遞至位于蒸發器內表面的所述液-氣相變工質，所述液態的液-氣相變工質吸收熱量后發生氣化相變， 氣態的所述液-氣相變工質分子在所述中空腔體中沿多個方向快速運動至多組肋片結構組合而成的所述冷凝器內表面后凝結并將熱量傳遞至冷凝器，所述冷凝器通過對流換熱將熱量最終傳遞至周圍環境，凝結后的所述液-氣相變工質通過重力或毛細作用，或者二者組合，循環返回至所述蓄液槽或所述蒸發器內表面。
[0010]—種實現上述方法的專用冷凝器部件，由一系列相互平行或呈鋸齒狀的中空肋片結構依次氣密性連接組合而成，所述冷凝器表面積為各中空肋片表面積之和，其內部空間包括一個中部腔體及與其連通的各個中空肋片空腔；[〇〇11]具體的，上述專用冷凝器部件，其中，所述中空肋片結構由兩片高導熱材料薄片構成，所述高導熱材料薄片可以呈圓形、方形、圓環形、回字形、半圓環形或半回字形，所述兩片高導熱材料薄片間平行或成一銳角，同屬一個中空肋片結構的兩高導熱材料薄片間距為 1至20毫米。
[0012]具體的，上述專用冷凝器部件，其中，相鄰的所述中空肋片結構間距1至20毫米。[〇〇13]具體的，上述專用冷凝器部件，其中，所述高導熱材料薄片所在平面與蒸發器平面的夾角大于或等于0°，小于或等于90°。
[0014]—種采用上述3維相變散熱方法的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，包括:
[0015]蒸發器，為一任意形狀的高熱導率材料平板，其外表面封裝有若干發光二極管芯片，發光二極管芯片與蒸發器熱接觸良好；
[0016]冷凝器，包含一系列相互平行或呈鋸齒狀的中空肋片結構，每一中空肋片結構由兩片高導熱材料薄片構成，各中空肋片間氣密性連接，冷凝器內部空間包括一個中部腔體及與其連通的各個中空肋片；
[0017]液-氣相變工質，室溫下為液態，吸收熱量后溫度上升，在某一溫度下由液態轉變為氣態，根據發光二極管燈具熱管理目標溫度，可選擇單一組分液_氣相變工質或多組分相變工質；
[0018]液-氣相變工質的蓄液槽，用于儲備處于液態的液-氣相變工質；
[0019]其他燈具部件；
[0020]其中，蒸發器、液-氣相變工質的蓄液槽及冷凝器依次連接，形成氣密性的中空腔體，該中空腔體真空密封，真空程度可根據工程需要選擇低真空度、高真空度或超高真空度。當然，其他燈具部件，如發光二極管燈具電氣連接結構、發光二極管芯片驅動電路、發光二極管芯片透明覆蓋層中的一種或幾種，也可作為所述中空腔體的組成部件。
[0021]具體的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，液-氣相變工質在蒸發器內表面可選擇池沸蒸發，以蒸發器內表面作為液-氣相變工質的蓄液槽的底，根據蒸發器形狀，在其邊緣或適當位置設置蓄液槽的壁，蓄液槽壁與底的夾角在0°至180° 范圍內選取。
[0022]具體的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，液-氣相變工質在蒸發器內表面可選擇液膜蒸發，液-氣相變工質蓄液槽環繞蒸發器設置，其底部低于蒸發器水平面，蓄液槽的內壁的兩端分別與蓄液槽底部和蒸發器相連接，蓄液槽的外壁的兩端分別與液槽底部和冷凝器相連接，蓄液槽與所述蒸發器表面通過具有毛細作用的結構連接以形成工質傳輸通道。
[0023]具體的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器的中空肋片結構，每一肋片結構由兩金屬片組成，金屬片可為圓形、方形、圓環形、回字形、半圓環或半回字形，兩金屬片間平行或成一銳角。
[0024]具體的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器肋片結構所在平面組與蒸發器平面的夾角大于〇°，小于180°。
[0025]具體的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，LED芯片背面朝向中空腔體，封裝于蒸發器外表面的凹槽中，或封裝于蒸發器的鏤空處。
[0026]具體的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，其他燈具部件包括LED光源及照明器材間電氣連接結構，LED芯片驅動電路及LED芯片透明覆蓋層。
[0027]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述蒸發器內表面呈親水性。
[0028]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器內表面呈親水性。
[0029]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，制造所述蒸發器所使用的高熱導率材料，包括銅、鋁或高導熱塑料。[〇〇3〇]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器的高導熱材料，包括銅、鋁和高導熱塑料。
[0031]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述蒸發器、冷凝器和液-氣相變工質蓄液槽組成的中空腔體，壁厚小于5毫米。
[0032]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器內表面可構建具有毛細作用的結構輔助凝結后的相變工質回收。
[0033]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器外表面可構建溝道群結構以加強散熱效果。
[0034]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器的中空肋片結構，組成每一肋片結構的兩個金屬板外緣由塑料密封圈密封連接，相鄰的環形或回字形金屬板內緣，由帶有工質通道的環狀或半環塑料支撐圈連接。
[0035]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，所述冷凝器的中空肋片結構，相鄰兩肋片結構間，其內緣可由塑料密封圈密封連接。
[0036]進一步的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，用于密封連接、支撐的構件，也可由用于制造冷凝器的材料加工制造。
[0037]較佳的，上述發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其中，可以在中空腔體內部添加固-液相變儲熱裝置。所述固-液儲熱裝置為多個裝有固-液相變儲熱材料的柱狀容器，其中所述固-液相變儲熱材料的熔點低于150°C，所述柱狀容器要求厚度薄、直徑小且容器材料為高導熱材料。該結構可應用于環境溫度高于發光二極管燈具工作溫度的環境，LED芯片所產生的熱量由液-氣相變工質傳遞至固-液相變材料，促使其融化，吸收并存儲熱量，等環境溫度下降后固-液相變材料凝固放熱，將熱量分散至外界環境。
[0038]上述技術方案具有如下優點或有益效果:
[0039]1、本發明提出的發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，在其真空腔體內部通過液-氣相變工質的蒸發-冷凝相變過程將熱量由LED芯片傳遞至冷凝器，進一步交換至外部環境，由于真空腔體中氣相分子由熱端至冷端運動阻尼極小，相變散熱效果等同于“熱超導”，這一相變換熱過程熱流密度比強制對流水冷等現有技術的最高熱流密度高出I到2個數量級，并可實現面積極小的芯片熱源與3D肋片結構間熱匹配；同時，本發明將LED芯片直接封裝于蒸發器外表面，在熱通路上去除了印制電路板等高熱阻結構，顯著降低了系統熱阻；此外，本發明利用重力完成液-氣相變工質的循環，有效降低了散熱器生產工藝復雜程度和產品成本，提高了散熱系統可靠性。因而，本發明可從根本上解決以高功率LED芯片、大功耗計算機芯片和固體激光器為代表的高功率電子器件的散熱問題。
[0040]2、本發明提出的發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，可有效地將芯片結溫控制于低溫區，因而有利于工程人員通過提高LED芯片驅動電流密度，提高單個芯片的發光功率，從而可大幅降低燈具發光成本；同時，本發明技術方案中使用的中空結構散熱器，成本低于傳統固體肋片式散熱器，顯著削減了燈具散熱結構的成本。因而，本發明將大大降低LED照明技術成本，推動LED照明技術在市場中的大規模推廣應用。
[0041]3、本發明提出的發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置，其散熱器結構靈活多變，可根據具體使用環境和燈具檔次靈活設計，具有廣泛的適用性。
[0042]具體
【附圖說明】
[0043]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明及其特征、夕卜形和優點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分，同時也可以未按照比例繪制附圖，其重點在于示出本發明的主旨。
[0044]圖1是本發明實施例1發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0045]圖2是本發明發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置中兩種蒸發器結構示意圖；
[0046]圖3是本發明發光二極管燈具3維相變散熱方法及其裝置中兩種中空肋片結構示意圖；
[0047]圖4是本發明實施例2發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0048]圖5是本發明實施例3發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0049]圖6是本發明實施例4發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0050]圖7是本發明實施例5發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0051]圖8是本發明實施例6發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0052]圖9是本發明實施例7發光二極管燈具3維相變散熱裝置結構示意圖；
[0053]圖10是圖3A所示肋片結構制造方法示意圖；
[0054]圖11是圖3B所示肋片結構制造方法示意圖。【具體實施方式】
[0055]本發明的核心思想是:通過液_氣相變工質在蒸發器和冷凝器處的蒸發和凝結過程，實現高熱流密度的熱交換，在實現這一相變換熱過程的真空腔體中，通過多組中空肋片結構形成液-氣相變工質的3維傳熱路徑，從而實現面積極小、熱流密度極大的芯片熱源與面積極大、熱流密度相對較低的3D肋片結構間熱匹配。
[0056]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。[〇〇57] 實施例1
[0058]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例1如圖1所示， 多層肋片結構構成冷凝器105,與儲備液-氣相變工質103的蓄液槽104及蒸發器102依次連接，構成氣密性的中空腔體110。
[0059]冷凝器105中每個肋片結構由兩片環狀高導熱材料薄片構成，高導熱材料可選取銅、鋁或高導熱塑料，環狀高導熱材料薄片間中空空間厚度約1?20_。每個肋片結構所在平面與蒸發器表面平行。
[0060]液-氣相變材料可選用水或醇，存儲在環繞于蒸發器外側的蓄液槽104中。蓄液槽與蒸發器上表面通過具有毛細作用的纖維、棉芯或其他結構相連以輸運液-氣相變材料至蒸發器102上表面。蒸發器上表面覆蓋親水性涂層或做親水性處理以形成液-氣相變工質液膜，采用液膜蒸發形式進行變相換熱。
[0061]LED芯片101背朝中空腔體，封裝于蒸發器外表面。封裝形式如圖2所示，有兩種形式可選。圖2A所示封裝形式:LED芯片201A封裝在約1?5mm厚的蒸發器202A的鏤空缺口處，完成封裝后LED芯片與蒸發器鏤空結合處密封。圖2B所示封裝形式:厚度約1? 5mm的蒸發器202B外表面封裝LED芯片201B。
[0062]冷凝器、蓄液槽、蒸發器依次相連形成的中空腔體真空密封，真空程度可根據工程需要選擇低真空度、高真空度或超高真空度。
[0063]圖1中，向上和向下箭頭分別表示蒸發和冷凝的運動方向。圖3所示兩種肋片結構均可輔助凝結的液-氣相變工質返回蓄液槽104,完成液-氣相變工質的循環。如圖3A 所示，105A肋片結構兩高導熱材料薄片呈一定的夾角，該夾角為銳角，整體肋片結構呈鋸齒狀。圖3B所示為另一種可選肋片結構105B，肋片結構中每片高導熱材料薄片相互平行且與水平方向夾角大于0°小于90°。凝結后的相變工質因重力作用向下運動，從肋片結構內邊緣回到蓄液槽104。圖3A所示肋片結構制備方法見圖10所示，金屬薄片(第一片、第三片、第五片等)與其下方金屬薄片外邊緣通過1002所示密封構件密封連接，內邊緣用帶液-氣相變工質通道的支撐構件1003填充，構成楔形中空空間。作為一個優選實施例， 1002,1003構件材料為環氧樹脂塑料，也可選用金屬或高導熱塑料。圖3B所示肋片結構制備方法見圖11所示，金屬薄片(第一片、第三片、第五片等)與其下方金屬薄片外邊由1102 所示密封構件密封連接，內邊緣用支撐構件1103,密封構件1104連接，構成相互平行且與水平平面呈銳角或直角夾角的中空空間，1103所示的支撐構件帶有液-氣相變工質通道，與外邊緣1102密封結構相對設置，同處于兩薄片之間。
[0064]圖1示發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置中，還包括電氣連接結構107，LED芯片驅動電路106，底部LED芯片101通過透明光罩111向下方投射光線。整體結構可根據應用環境靈活改動。
[0065]實施例2
[0066]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例2如圖4所示，當實際工作環境溫度高于發光二極管燈具期望的工作溫度時，可采用該結構。與圖1所示實施例1結構類似，多層肋片結構構成冷凝器405，與儲備液-氣相變工質403的蓄液槽404及外表面封裝LED芯片401的蒸發器402依次連接，構成氣密性的中空腔體410，與透明光罩411、LED芯片驅動電路406、電氣連接結構407共同構成發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例2。
[0067]本實施例與實施例1不同之處在于中空腔體410內包含多個垂直于蒸發器表面的，裝有固-液相變材料409的存儲槽408。在LED光源工作期間，液-氣相變材料403吸收熱量氣化蒸發，運動至固-液相變材料存儲槽408表面凝結，將LED芯片所產生的熱量由液-氣相變工質傳遞至固-液相變材料409，促使其融化，吸收并存儲熱量，燈具停止工作，環境溫度低于固-液相變材料熔點后，固-液相變材料凝固放熱，熱量分散至外界環境。
[0068]實施例3
[0069]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例3如圖5所示。與圖1所示實施例1結構類似，多層肋片結構構成冷凝器505，與儲備液-氣相變工質503的蓄液槽504及外表面封裝LED芯片501的蒸發器502依次連接，構成氣密性的中空腔體510，與透明光罩511、LED芯片驅動電路506，電氣連接結構507共同構成發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例3。
[0070]本實施例與實施例1不同之處在于每個肋片結構所在平面與蒸發器表面垂直。冷凝器上部呈半球狀，外部肋片結構短于內部肋片結構。該類肋片結構可以通過多組不同直徑高導熱材料半圓環嵌套制備，圓環上邊緣嵌套環氧樹脂密封圈，并在相鄰肋片結構底部邊緣間加入環氧樹脂密封環以連接肋片結構。
[0071]液-氣相變材料吸收熱量氣化，向上運動至冷凝器，換熱凝結，后在重力作用下，在中空腔體510內部向下運動。中空腔體底部512可略向中心傾斜以便于收集液-氣相變材料。
[0072]實施例4
[0073]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例4如圖6所示。與圖4所示實施例2及圖5所示實施例3結構類似。多層垂直于蒸發器表面的肋片結構構成冷凝器605，與儲備液-氣相變工質603的蓄液槽604及外表面封裝LED芯片601的蒸發器602依次連接，構成氣密性的真空腔體610，與中空腔體610內多個垂直于蒸發器表面的，裝有固-液相變材料609的存儲槽608、透明光罩611、LED芯片驅動電路606，電氣連接結構607共同構成發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例4。
[0074]本實施例所述發光二極管燈具3維相變散熱裝置中，用于密封連接、支撐的塑料構件，由制造冷凝器所使用的材料，如銅、鋁或高導熱塑料加工制造。
[0075]實施例5
[0076]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例5如圖7所示。 與圖5所示實施例3結構類似。多層肋片結構構成冷凝器705,與儲備液-氣相變工質703 的蓄液槽704及外表面封裝LED芯片701的蒸發器702依次連接，構成氣密性的中空腔體 710,與透明光罩702、LED芯片驅動電路706,電氣連接結構707共同構成發光二極管燈具3 維相變散熱方法及裝置實施例5。
[0077]本實施例肋片結構垂直于蒸發器表面，與實施例3不同之處在于，散熱器整體呈氣缸狀，外部肋片結構與內部肋片結構高度相同。
[0078]實施例6
[0079]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例6如圖8所示。 與圖4所示實施例2及圖7所示實施例5類似。多層肋片結構構成冷凝器805,與儲備液-氣相變工質803的蓄液槽804及外表面封裝LED芯片801的蒸發器802依次連接，構成氣密性的中空腔體810,與中空腔體810內多個垂直于蒸發器表面排列的，裝有固液相變材料809 的存儲槽808、透明光罩811、LED芯片驅動電路806,電氣連接結構807共同構成發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例6。
[0080]本實施例肋片結構805垂直于蒸發器表面，散熱器整體呈氣缸狀，外部肋片結構與內部肋片結構高度相同。
[0081]實施例7
[0082]本發明所提供的發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例7如圖9所示。 與圖1所示實施例1類似。多層肋片結構構成冷凝器905,902外表面封裝LED芯片901， 與儲備液-氣相變工質903的蓄液槽904及外表面封裝LED芯片901的蒸發器902依次連接，構成氣密性的中空腔體910,與透明光罩911、LED芯片驅動電路906,電氣連接結構907 共同構成發光二極管燈具3維相變散熱方法及裝置實施例7。
[0083]不同之處在于本實施例7中蓄液槽904以蒸發器902為底部，蓄液槽壁設置在蒸發器邊緣，與蒸發器間夾角大于90°，小于180°。冷凝器最下層肋片結構的底片912與水平方向夾角大于0°，小于等于90°，3維相變散熱采用池沸蒸發實現變相換熱。
[0084]本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現有技術以及上述實施例可以實現所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發明的實質內容，在此不予贅述。
[0085]以上對本發明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發明的實質內容。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種發光二極管燈具3維相變散熱方法，其特征在于，一系列相互平行或呈鋸齒狀的中空肋片結構依次氣密性連接形成冷凝器，所述冷凝器 表面積為各中空肋片表面積之和，其內部空間包括一個中部腔體及與其連通的各個中空肋 片空腔；液態的液-氣相變工質從作為熱端的蒸發器內表面吸收來自于封裝在蒸發器外表面 的發光二極管芯片的熱量后，發生氣化相變，轉變為氣態的液-氣相變工質分子；所述氣態的液-氣相變工質分子在密封的真空腔體中向各個方向快速運動，到達由多 組中空肋片結構組成的所述冷凝器內表面后凝結放熱，將熱量均勻傳遞至所述冷凝器的表 面；所述凝結后的液-氣相變工質通過重力作用、或毛細作用、或二者組合，循環返回至蒸 發器內表面；其中，所述多組中空肋片結構形成的冷凝器，為所述液-氣相變工質提供了 3維傳熱路 徑，實現了面積極小、熱流密度極大的芯片熱源與面積極大、熱流密度相對較低的3D肋片 結構間的熱匹配。2.如權利要求1所述的發光二極管燈具3維相變散熱方法，其特征在于，所述密封的真 空腔體由蒸發器、冷凝器及其他必要組件，如液-氣相變工質蓄液槽、發光二極管燈具電氣 連接結構、發光二極管芯片驅動電路、發光二極管芯片透明覆蓋層中的一種或幾種，共同構 成。3.—種實現上述方法的專用冷凝器部件，其特征在于，包括一系列相互平行或呈鋸齒 狀的中空肋片結構，每一所述中空肋片結構由兩片高導熱材料薄片構成，所述高導熱材料 薄片可以呈圓形、方形、圓環形、回字形、半圓環形或半回字形，所述兩片高導熱材料薄片間 平行或成一銳角，同屬一個中空肋片結構的兩高導熱材料薄片間距為1至20毫米；所述中 空肋片結構依次氣密性連接，相鄰中空肋片結構間距1至20毫米；所述高導熱材料薄片所 在平面與蒸發器平面的夾角大于或等于0°，小于或等于90°。4.一種采用上述方法的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，包括:蒸發器，所述蒸發器為一平板，其外表面封裝有若干發光二極管芯片，且發光二極管芯片與蒸發器間熱接觸良好；蓄液槽，用于儲備室溫下處于液態的液-氣相變工質；冷凝器，由多組中空肋片結構依次氣密性連接構成；液-氣相變工質，室溫下為液態，吸收熱量后溫度上升，在某一溫度下由液態轉變為氣 態；其他燈具部件。5.如權利要求4所述的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，由所述蒸發 器、蓄液槽和冷凝器封閉形成一氣密性真空腔體，所述真空腔體的真空度可以是低真空、高 真空或超高真空，所述蓄液槽中處于液態的所述液-氣相變工質封裝于所述真空腔體中。6.如權利要求4所述的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，所述蒸發器為 一金屬平板，所述金屬平板有一定數目的鏤空處或外表面凹槽，發光二極管芯片背面朝向 所述真空腔體，封裝于所述金屬平板的鏤空處或外表面凹槽中。7.如權利要求4所述的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，所述蒸發器內表面為親水性。8.如權利要求4所述的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，當所述液-氣相變工質在所述蒸發器表面采用液膜蒸發模式時，所述蓄液槽環繞所述蒸發器設置，所述蓄液槽底部低于所述蒸發器水平面，所述蓄液槽與所述蒸發器表面通過具有毛細作用的結構連接以形成工質傳輸通道。9.如權利要求4所述的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，當所述液-氣相變工質在所述蒸發器表面采用池沸蒸發模式時，所述蓄液槽將所述蒸發器作為底部，在所述蒸發器邊緣適當位置設置所述蓄液槽的壁，所述蓄液槽的壁與所述蒸發器間夾角大于0°，小于 180°。10.如權利要求4所述的發光二極管燈具3維相變散熱裝置，其特征在于，所述其他燈具部件，包括LED光源及照明器材間電氣連接結構，LED芯片驅動電路，LED芯片透明覆蓋層。11.如權利要求5所述的真空腔體，其特征在于，所述真空腔體內部包括固-液儲熱裝置，所述固-液儲熱裝置為多個裝有固-液相變儲熱材料的柱狀容器，所述固-液相變儲熱材料熔點低于150°C。12.如權利要求5所述的真空腔體，其特征在于，所述真空腔體壁厚小于5毫米，所述真空腔體材料為高導熱材料，包括銅、鋁或高導熱塑料。13.如權利要求3所述的專用冷凝器部件，其特征在于，構成肋片結構的高導熱材料薄片外緣由塑料密封圈密封連接，相鄰的環形或回字形內緣由帶有工質通道的內部環狀或半環狀塑料支撐圈連接。14.如權利要求3所述的專用冷凝器部件，其特征在于，冷凝器內表面可構建毛細結構；外表面可構建群溝道結構。
【文檔編號】F21V29/00GK105987364SQ201410767260
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發明人】蔣琰
【申請人】蔣琰