專利名稱：相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置的制作方法
相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻裝置，具體涉及一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置。本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備正常運(yùn)行需要確保核心部件工作于合適的溫度，溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致異常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備故障甚至發(fā)生重大事故。作為新興綠色照明高科技產(chǎn)業(yè)的LED照明光源產(chǎn)品，同樣需要合適的工作溫度，LED照明光源穩(wěn)定高效工作，其溫度要求更苛刻。研究表明LED結(jié)溫每上升10度，其光效約下降3%;如超過(guò)LED結(jié)溫極限值，將導(dǎo)致LED失效，甚至造成LED光源器件永久損壞。目前，LED照明燈具主流散熱方案依靠導(dǎo)熱系數(shù)較好的材料將LED芯片熱量盡快導(dǎo)向基板再導(dǎo)向散熱外殼。外殼與周邊空氣對(duì)流實(shí)現(xiàn)散熱；為改善散熱效果，有些產(chǎn)品采用特種處理手段增強(qiáng)外殼熱輻射能力，實(shí)現(xiàn)加快 降溫的目的。對(duì)小功率LED照明燈具散熱要求容易滿足，但當(dāng)LED光源功耗大，常規(guī)散熱技術(shù)難以滿足要求。除加大尺寸重量，靠熱管、半導(dǎo)體制冷、強(qiáng)制風(fēng)冷，也有幾種技術(shù)組合。由于現(xiàn)行方案都或多或少有不盡人意之處，本發(fā)明提出全新方案相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置。本方案基于物理原理，既可作為L(zhǎng)ED燈具組成部件，也可將其應(yīng)用于其它領(lǐng)域需要冷卻的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)合理、工藝成熟、滿足大功率/高功率密度熱源如LED光源部件冷卻要求、既安全可靠又成本低廉、方便LED照明燈具選配的冷卻散熱裝置。本裝置適用于光源直下式照射的大瓦數(shù)LED燈具，如廠礦用吊燈、廣場(chǎng)燈、禮堂燈等。對(duì)于非直下式應(yīng)用，可將下文所述結(jié)構(gòu)稍加改動(dòng)，其基本原理不變，技術(shù)處理手段一致。金屬散熱好，易于加工成型，適于制作散熱器，尤以鋁合金為最常見(jiàn)。鋁合金散熱器常見(jiàn)制造工藝為壓鑄成型和擠壓鋁型材加工成型。下文對(duì)本發(fā)明的敘述中，采用并非限制于太陽(yáng)花鋁合金型材加工散熱器。與常用散熱技術(shù)方案相比，本技術(shù)方案改進(jìn)之處在于I在太陽(yáng)花內(nèi)部空腔灌注冷卻液體，依靠巨大的相變能，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行冷卻；2根據(jù)煙囪抽風(fēng)原理，在太陽(yáng)花鋁型材外層包裹/嵌套風(fēng)筒式絕緣外殼，用電既安全，又能迫使空氣從風(fēng)筒下部裙邊進(jìn)氣孔到達(dá)太陽(yáng)花鰭片底部，向上流經(jīng)鰭片間表面，充分發(fā)揮太陽(yáng)花鰭片表面積大、便與空氣超量熱交換特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制風(fēng)冷/準(zhǔn)強(qiáng)制風(fēng)冷最佳散熱效果。一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是在金屬散熱器如太陽(yáng)花鋁型材中空密封腔中灌注液體，在金屬散熱器外面安裝煙囪抽風(fēng)式絕緣外罩一風(fēng)筒。所述液體即冷卻液體，首選普通水，取材方便成本低廉。為降低其冷凝溫度，可適當(dāng)摻入防凍試劑，如甲醇、乙醇或其它。冷卻液還可選用甲醇、乙醚等其它液體及其溶液，汽化點(diǎn)低，無(wú)需苛刻的負(fù)壓條件，工藝上容易實(shí)現(xiàn)。一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述液體主要成分優(yōu)選水，可按降低冷凝點(diǎn)溫度設(shè)定摻入適量防凍劑；其它如甲醇或乙醇也可選用。構(gòu)成相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置主要部件有三1中空式金屬散熱器例如太陽(yáng)花鋁型材2可安裝/貼裝LED光源板的剛性導(dǎo)熱底板，該底板延伸擴(kuò)展適度折彎，可改變安裝于其上的LED光源板照射方向，適合非直下照射應(yīng)用3密封上蓋。相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置的太陽(yáng)花中空密封腔密封上蓋為剛性，形狀為平板型或上凸型，安裝抽氣嘴。抽氣嘴可類似各種輪胎氣門嘴以及鋼珠密封氣嘴等形式，也可一次抽氣永久封閉。密封腔內(nèi)冷卻液用量少，工作時(shí)冷卻液能有效覆蓋密封腔內(nèi)剛性導(dǎo)熱底板即可。所用冷卻液優(yōu)選水，可摻入甲醇、乙醇等，既防凍又降低汽化溫度；也可直接用低汽化點(diǎn)液體及溶液。將密封腔內(nèi)抽成負(fù)壓，如初始為大氣壓十分之一，水基冷卻液約50°c就開(kāi)始汽化并攜帶等量液體5224倍熱量離開(kāi)。隨著液體汽化，密封腔內(nèi)負(fù)壓逐漸減弱，汽化溫度點(diǎn)逐漸升高；同時(shí)水汽釋放熱量被散熱器迅速帶走，熱交換后水汽液化再回流于散熱器空腔底部，周而復(fù)始循環(huán)補(bǔ)充汽化逃逸的冷卻液體，達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡實(shí)現(xiàn)‘鉗溫’效果被冷卻物如LED光源板被鉗制在特定汽化溫度點(diǎn)，達(dá)到‘鉗制’被冷卻物‘溫度’ 的效果。本方案關(guān)鍵物理原理是‘相變能’相變能量是液體比熱容量的數(shù)千倍，對(duì)水來(lái)說(shuō)是5224倍！一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是在金屬散熱器內(nèi)膽密封腔上端安裝平板型或上凸型剛性密封上蓋；密封腔內(nèi)灌注適量相變冷卻液，并根據(jù)汽化溫度參數(shù)將密封腔抽成所需負(fù)壓。實(shí)施本技術(shù)方案，必須考慮構(gòu)成密封腔各零部件承受負(fù)壓的能力，在選材和制造工藝上必須充分論證，確定合理的技術(shù)指標(biāo)。用于實(shí)現(xiàn)相變冷卻的液體，除了水基冷卻液外，還可以選取諸如異戊烷(27. 9 0C )、乙醚(34.6°C )、戊烷(36. I °C )、丙酮(56. 2 °C )、甲醇(64. 9 °C )、庚戊烷(68. 9°C)等有機(jī)溶劑制作冷卻液，成本雖高，但負(fù)壓要求不苛刻，工藝易于實(shí)現(xiàn)。有的材料有毒，使用要注意，結(jié)合工程實(shí)踐，以安全環(huán)保優(yōu)質(zhì)廉價(jià)高效節(jié)能為準(zhǔn)，具體細(xì)節(jié)在此不贅述。本技術(shù)方案的另一項(xiàng)創(chuàng)新是在金屬散熱器如太陽(yáng)花鋁型材外安裝引導(dǎo)氣流的風(fēng)筒，強(qiáng)制規(guī)劃熱場(chǎng)優(yōu)化散熱通道，迫使周邊冷空氣沿設(shè)定路線進(jìn)入風(fēng)筒流動(dòng)，與太陽(yáng)花散熱鰭片表面充分接觸高效熱交換，帶走太陽(yáng)花鋁型材所攜帶熱量。實(shí)際上，風(fēng)筒就是‘抽風(fēng)煙囪’或稱‘拔火筒’，利用金屬散熱器傳遞熱量加熱空氣使其體積膨脹，在風(fēng)筒內(nèi)部形成上升氣流，氣流產(chǎn)生抽力，在風(fēng)筒底部形成負(fù)壓迫使周邊空氣從風(fēng)筒下部裙邊預(yù)留氣隙源源不斷進(jìn)入風(fēng)筒，再沿著太陽(yáng)花散熱器表面向上流動(dòng)帶走熱量。氣流速度與風(fēng)筒截面積成反比，隨著風(fēng)筒上部口徑逐漸收緊，受熱膨脹空氣形成氣流的上升速度逐漸加快，動(dòng)能逐漸增加，慣性隨之加大，抽風(fēng)效果更加明顯。上升氣流所獲得的能量最終來(lái)自被冷卻物體如LED光源芯片，當(dāng)芯片溫度升高時(shí)，上升氣流溫度也變高，熱能增加流動(dòng)速度變快，帶走的熱量就增加，從而遏制芯片溫度進(jìn)一步上升；反之當(dāng)LED芯片溫度下降，上升氣流速度減緩，帶走熱量減少。于是乎很自然地在LED芯片溫度和抽風(fēng)氣流速度之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，具有典型的自適應(yīng)溫控效果。室外應(yīng)用時(shí)，考慮到風(fēng)霜雨雪塵酸毒等因素，應(yīng)予做防護(hù)措施，包括出風(fēng)口處加蓋防雨罩或改變出風(fēng)口造型等。精確設(shè)計(jì)與精密制造的風(fēng)筒結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)被冷卻物體功率變化，安靜長(zhǎng)久確保被冷卻物體如LED光源板工作溫度在安全范圍之內(nèi)。由于上升氣流能量是氣流慣性與風(fēng)筒抽力的根本，因此為保障上升氣流抽風(fēng)效果，必須盡量減少其能量無(wú)謂損失，減少其在風(fēng)筒內(nèi)能量耗散。要做到這點(diǎn)，除了在風(fēng)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面要注意盡量使氣流不產(chǎn)生或少產(chǎn)生湍流，方法之一是在密封上蓋處加裝形如圓形寶塔頂部向上逐漸收緊的上凸型‘匯流罩’之外，在選擇風(fēng)筒制造材料時(shí)，應(yīng)選擇熱阻大的隔熱材料，減少氣流熱量損耗，優(yōu)選材料是塑料。塑料易于加工成型，成本低廉，同時(shí)具備絕緣特性，還兼有豐富色彩，利于市場(chǎng)推廣。為安全起見(jiàn)，風(fēng)筒部件注塑時(shí)原料中應(yīng)添加阻燃劑，確保不會(huì)發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也可采取附加措施，如采用夾層結(jié)構(gòu)隔熱效果更好。一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是在密封上蓋處加裝形如圓形寶塔頂部向上逐漸收緊的上凸型匯流罩，或?qū)傂悦芊馍仙w直接做成上述形狀。為了風(fēng)筒抽風(fēng)更有力、散熱效果更好，就必須增加風(fēng)筒抽風(fēng)管的長(zhǎng)度，使氣流獲得更多動(dòng)能和慣性。但風(fēng)筒過(guò)長(zhǎng)不便包裝和運(yùn)輸。解決方案是采用環(huán)套結(jié)構(gòu)將其分解為多段類似圓臺(tái)形狀的空心環(huán)，大環(huán)套中環(huán)，中環(huán)套小環(huán)，小環(huán)套更小環(huán)，如此環(huán)環(huán)收縮相套，減小包裝體積。使用時(shí)從最小環(huán)向上拎起形成風(fēng)筒，再層層嵌扣鎖緊 完成拼裝，各環(huán)臺(tái)錐度相吻合，緊密嵌套確保密封不漏氣。設(shè)計(jì)參考實(shí)例是一種塑料旅行杯，出門攜帶時(shí)壓‘扁’，使用時(shí)向上一拉‘變’成杯子，各環(huán)臺(tái)錐度結(jié)構(gòu)確保杯子牢固不漏水。為使嵌套好的整體風(fēng)筒安全牢固，可在各環(huán)嵌套接口處預(yù)留鎖扣位，利用塑料彈性形變卡位鎖住不再跑位。也可采用螺紋旋扭安裝扣緊方式。在吊燈應(yīng)用情況下，可把吊鉤安裝在風(fēng)筒上端最小環(huán)套上，利用燈具重力就可確保風(fēng)筒不會(huì)‘散架’，無(wú)需鎖扣也可保障風(fēng)筒安全，而且吊裝更簡(jiǎn)單。一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述風(fēng)筒為一整體，可分段制造、環(huán)環(huán)相套、整體安裝，環(huán)套個(gè)數(shù)為N，N > 1，環(huán)套接口處可留鎖扣或螺紋旋扣。一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述風(fēng)筒采用隔熱材料制造，優(yōu)選材料是工程塑料；添加阻燃劑為好。在一些照明燈具應(yīng)用場(chǎng)合，不適合安裝過(guò)高抽風(fēng)筒時(shí)，可在風(fēng)筒出口或其內(nèi)部安裝微型風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷。電風(fēng)扇增加功耗，卻能保障LED光源板安全工作溫度，由于所選微型風(fēng)扇功耗很小，壽命數(shù)萬(wàn)小時(shí)，對(duì)LED照明燈具整體光效和使用壽命影響不太大。一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述風(fēng)筒內(nèi)或其出風(fēng)口處安裝微型風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷。對(duì)于光源照射方向并非正直向下的應(yīng)用，可調(diào)整LED光源板法線方向，擴(kuò)展剛性導(dǎo)熱底板并適當(dāng)變形以便與LED光源板保持良好熱量傳導(dǎo)，這樣會(huì)改變部分結(jié)構(gòu)但設(shè)計(jì)原理不變。本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)和優(yōu)越點(diǎn)在于I.液體汽化相變鉗溫是關(guān)鍵點(diǎn)之一，也是優(yōu)越點(diǎn)之一I. I.利用冷卻液汽化的相變能數(shù)千倍于液體比熱容量的原理，鉗制被冷卻物體如LED光源板工作于較低溫度，確保其安全可靠長(zhǎng)壽命運(yùn)行。L 2.使用液體少,重量輕。I. 3.可適用于大功率/超大功率LED照明燈具。2.外套抽風(fēng)筒是關(guān)鍵點(diǎn)之一,也是優(yōu)越點(diǎn)之一2. I.風(fēng)筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)制改變了冷卻裝置內(nèi)部熱通道分布，優(yōu)化了冷卻氣流路徑，使其與金屬散熱器鰭片之間有效接觸面積極大增加，充分提高了熱交換效率，改善了冷卻效果。
2. 2.抽風(fēng)筒環(huán)環(huán)收縮的套裝結(jié)構(gòu)，有助減少包裝體積和運(yùn)輸費(fèi)用，有利于降低總體成本。2.3.自然抽風(fēng)結(jié)構(gòu)將LED熱量變害為寶，且具有自適應(yīng)抽風(fēng)冷卻效果，無(wú)噪聲，不‘罷工’，安全可靠，成本低廉。2.4.加裝微型風(fēng)扇的應(yīng)用，適合在安裝使用空間要求嚴(yán)酷的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)是冷卻效果好，結(jié)構(gòu)緊湊，缺點(diǎn)增加能耗和失效率，有音頻噪聲，參數(shù)和選型恰當(dāng)可降低缺陷。

下列附圖不是工程設(shè)計(jì)圖，未標(biāo)注尺寸，介紹方案未涉及的部分零部件在圖中省略。 圖I是本發(fā)明相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置主要零部件側(cè)視裝配簡(jiǎn)圖。圖中標(biāo)號(hào)I是風(fēng)筒；2是抽氣嘴；3是兼作整流罩用的剛性密封上蓋；4是太陽(yáng)花鋁合金散熱器；5是可安裝/貼裝LED光源板的剛性導(dǎo)熱底板；6是安裝卡環(huán)；7是吸頂燈裝飾面板。圖2是本發(fā)明裝置用于LED吸頂燈的實(shí)例示意圖。圖3是采用多級(jí)環(huán)套結(jié)構(gòu)的、嵌套組裝成的風(fēng)筒，其最大環(huán)下部裙邊進(jìn)氣縫隙開(kāi)叉，便于注塑加工時(shí)脫模工藝，提高效率。圖4是圖2的截面圖，標(biāo)號(hào)8是風(fēng)筒；9是風(fēng)筒內(nèi)氣流通道；10是剛性密封上蓋；11是負(fù)壓密封腔；12是太陽(yáng)花鋁型材散熱器；13是剛性導(dǎo)熱底板/LED光源板處相變液體積存處。圖5是采用本裝置負(fù)壓液體相變冷卻+自然抽風(fēng)冷卻的大功率LED吊燈，亮度高節(jié)能明顯。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一、帶微型電風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷的15W軌道LED燈本實(shí)施例15W軌道LED燈裝配有本裝置。密封腔注有2%甲醇溶劑水溶液用于相變冷卻。由于安裝空間常暴露于視線范圍內(nèi)，對(duì)燈具外觀造型要求較苛刻，不便使用過(guò)長(zhǎng)抽風(fēng)管，故選用風(fēng)管較短、內(nèi)置微型電風(fēng)扇技術(shù)方案。圖略。 實(shí)施例二、負(fù)壓相變鉗溫抽風(fēng)自然冷卻式LED吸頂燈本實(shí)施例如圖2、圖4所示，初始負(fù)壓10kPa，2%甲醇水溶液，太陽(yáng)花高度50mm，根據(jù)LED功耗選擇不同高度的抽風(fēng)筒配件，LED功耗范圍15 100W。實(shí)施例三、LED大功率高空吊燈本LED大功率高空吊燈選用本裝置的自然抽風(fēng)方案，光源功率范圍50 200W及以上的大功率、超大功率LED光源，特別是集成化LED光源。本裝置提供LED光源冷卻功能，
重量輕，安靜可靠。
權(quán)利要求
1.一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是在金屬散熱器如太陽(yáng)花鋁型材中空密封腔中灌注液體，在金屬散熱器外面安裝煙囪抽風(fēng)式絕緣外罩一風(fēng)筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述液體主要成分優(yōu)選水，可按降低冷凝點(diǎn)溫度設(shè)定摻入適量防凍劑；其它如甲醇或乙醇也可選用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是在金屬散熱器內(nèi)膽密封腔上端安裝平板型或上凸型剛性密封上蓋；密封腔內(nèi)灌注適量相變冷卻液，并根據(jù)汽化溫度參數(shù)將密封腔抽成所需負(fù)壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是在密封上蓋處加裝形如圓形寶塔頂部向上逐漸收緊的上凸型匯流罩，或?qū)傂悦芊馍仙w直接做成上述形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述風(fēng)筒為一整體，可分段制造、環(huán)環(huán)相套、整體安裝，環(huán)套個(gè)數(shù)為N，NS 1，環(huán)套接口處可留鎖扣或螺紋旋扣。
6.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述風(fēng)筒采用隔熱材料制造，優(yōu)選材料是工程塑料；添加阻燃劑為好。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置，其特征是所述風(fēng)筒內(nèi)或其出風(fēng)口處安裝微型風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種相變鉗溫風(fēng)筒式冷卻裝置金屬散熱器內(nèi)部空腔與底部剛性導(dǎo)熱底板構(gòu)成內(nèi)膽密封空間灌注適量冷卻液體，安裝帶抽氣嘴的上凸型密封上蓋，將密封腔空間抽成負(fù)壓降低冷卻液汽化溫度，利用相變能冷卻并鉗制被冷卻物體溫度，安全節(jié)能高效。本發(fā)明優(yōu)越之處在于液體高效導(dǎo)熱、相變能量巨大，自然抽風(fēng)散熱安靜安全節(jié)能，本裝置結(jié)構(gòu)緊湊、批量制造成本低，適合中、大功率LED照明產(chǎn)品以及其它需要冷卻的產(chǎn)品配套使用。
文檔編號(hào)F21V29/00GK102818239SQ201210247378
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者呂大明 申請(qǐng)人:呂大明