[發(fā)明專利]一種用于強化大功率LED燈散熱器效率的傳熱工作介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011163132.8
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112555784B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 田植群;周建陽;尹志新;胡祥卿
• 申請（專利權）人: 廣西大學;廣西保力星照明科技有限公司
• 主分類號: F21V29/51
• 分類號: F21V29/51;F21Y115/10
• 代理公司: 南寧市吉昌知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 45125
• 代理人: 滕藝瓊

本發(fā)明公開了一種用于強化大功率LED燈散熱器效率的傳熱工作介質(zhì)，按照質(zhì)量百分比，包含以下組分：一氯四氟乙烷29％?31％、丙酮68.9％?70.8％、三維構造石墨烯0.01％?1％。本發(fā)明傳熱工作介質(zhì)能夠使大于100W的LED燈體發(fā)光面板溫度控制在60℃以下，面板溫度更加均勻，溫差不超過1℃，并可使燈體溫度下降2?7℃，還可以削減LED燈體安裝角度對燈體溫度的影響，擴展LED燈投照范圍；進一步的，本發(fā)明傳熱工作介質(zhì)沸點低、狀態(tài)穩(wěn)定、制備方法簡便、傳熱效率高，可解決大功率LED燈熱傳導問題，能夠使高功率LED燈使用壽命提高2.5倍以上。

技術領域

本發(fā)明涉及相變傳熱技術領域，特別涉及一種用于強化大功率LED燈散熱器效率的傳熱工作介質(zhì)。

背景技術

目前LED的光電轉換效率還有待提高，約有65％以上的電能變成熱能釋放。LED燈體溫度過高會加速燈珠光衰，直接影響LED燈具使用壽命，要確保大功率LED燈珠產(chǎn)品正常工作(功率超過100W為大功率LED燈)，需要做好散熱工作，如何將大功率LED燈產(chǎn)生的熱量及時有效的輸送出去已成為LED發(fā)展的制約因素。

現(xiàn)有的大功率LED散熱器主要采用熱管和均熱板相變技術，熱管技術做大功率導熱體工藝復雜，成本高，拼接而成均溫性差，且無法克服熱傳導死角，不能實現(xiàn)瞬間均溫效果，同時無法解決方向性熱傳導問題，所形成的散熱體不能任何方向使用，應用范圍小。已公開的發(fā)明申請201921249253.7設計了一種新型LED筒燈用熱管散熱結構，將熱管安置在散熱器基體中，此設計可加強燈體散熱能力，但存在安裝結構復雜，燈體散熱版面溫度不均勻等特點。

均熱板相變散熱器響應速度快，受熱面板溫度均勻，受燈體照射角度影響少，因而被廣泛用于大功率LED散熱。而均熱板散熱器的散熱效率受相變工質(zhì)影響，因此開發(fā)一種高效可行的傳熱工質(zhì)對大功率LED燈非常有必要。目前相變工質(zhì)存在相變溫度高、汽化潛熱低，相變傳熱系數(shù)低等缺點。已公開的發(fā)明申請?zhí)枮?01410172539.5的技術，設計一種LED平板散熱器，用于大功率LED散熱，此技術在平板空腔體中注入相變工質(zhì)，空腔內(nèi)的可相變傳熱的介質(zhì)受熱沸騰，蒸汽迅速填充到空腔的各部分，使得底板各點的溫度趨于一致，提高了散熱均勻性，但此技術并沒有提到其使用何總的相變工質(zhì)。目前市面上使用相變工質(zhì)有丙酮、乙醇、R22等，相比純傳熱工質(zhì)，混合納米流體相比具有更高的導熱系數(shù)，從而單位時間內(nèi)傳熱工質(zhì)可以帶走熱源面更多熱量，使熱源溫度迅速降低；與此同時在相變傳熱過程中，納米顆粒由于具有高比表面積，與液體傳熱工質(zhì)具有更多的能量交換，從而提高吸收熱源面能量效率；沸騰過程中納米顆粒會減少汽泡與熱源接觸面三相接觸線長度，減少接觸面的表面張力，從而促進沸騰汽泡產(chǎn)生，增加汽泡脫離頻率及減少脫離直徑，因此起到強化沸騰傳熱效果。對于納米顆粒選用，目前一般使用Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO等納米顆粒材料與相變工質(zhì)丙酮、乙醇、R22等制備成納米流體用于強化LED燈體散熱器散熱，已公開的發(fā)明申請?zhí)?01410521191.6、201410526065.X、201410522681.8、201410522702.6分別用Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO等納米顆粒與水、乙醇等液體制備成納米流體用于泡沫金屬吸液芯熱板強化LED燈體散熱散熱，這些發(fā)明能有效提高換熱器傳熱性能，但存在顆粒堵塞泡沫金屬吸液芯活化汽泡孔，傳熱效率有限，納米流體不穩(wěn)定等問題，因此進一步提升LED燈體散熱器傳熱性能非常必要。解決這些問題，可以從提高納米顆粒材料傳熱系數(shù)、提高納米流體穩(wěn)定性入手。石墨烯材料本身傳熱系數(shù)是Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO等納米材料傳熱系數(shù)10余倍，因此石墨烯材料被廣泛用于強化傳熱領域，對于使用石墨烯納米材料與傳熱工質(zhì)制備納米流體強化LED散熱，雖然相關研究有涉及石墨烯納米流體用于強化沸騰傳熱，發(fā)現(xiàn)石墨烯納米流體強化沸騰傳熱性能主要和石墨烯結構特征、顆粒大小、質(zhì)量濃度有關，但公開的技術發(fā)明并沒有涉及到，目前使用石墨烯用于強化LED燈體散熱相關技術發(fā)明，主要集中使用在燈體燈板與燈體連接處，用于加強面板和燈體散熱的熱傳導，例如已授權的發(fā)明號211289725；已公開的發(fā)明申請?zhí)?01921485616.7，直接設計石墨烯散熱器用于強化LED散熱。前期自主研發(fā)制備的三維構造石墨烯，申請制備專利申請?zhí)?01810410572.5，相比其它石墨烯結構形態(tài)，三維構造石墨烯表面成多孔，比表面積大，傳熱工質(zhì)沸騰過程中三維構造石墨烯與傳熱工質(zhì)產(chǎn)生更多的熱交換，相同條件下能帶走更多液體中熱量，而此三維構造結構其它類型石墨烯不具有，因此三維構造石墨烯納米流體相比其它類型的石墨烯納米流體具有更好的強化沸騰傳熱效果。為進一步提高大功率LED燈散熱器傳熱性能，在傳熱工質(zhì)中加入多孔、比表面積大的三維構造石墨烯，開發(fā)一種新型混合的強化相變傳熱工質(zhì)，對強化大功率LED燈散熱及提高LED燈使用壽命有重要意義。