專利名稱：納米流體超導散熱器及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED散熱器及其工作方法，尤其是一種納米流體超導散熱器及其工作方法。
背景技術：
鋁合金價格便宜，質量比較輕，因此，初期LED散熱器基本是采用鋁合金制成，但是功率越大，產熱越大。依靠增加鋁翅片數目，增加散熱面積，不僅增加成本、體積、重量，而且難以解決大功率LED散熱問題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種納米流體超導散熱器及其工作方法，它能夠解決大功率LED的導熱慢，溫度高、體積大、重量大的問題，本發明利用納米流體復合相變快速熱傳導技術，解決導熱、散熱兩方面問題，達到降低LED溫度的目的。本發明的技術方案一種納米流體超導散熱器，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體、底部蓋板及頂部蓋板構成；所述腔體的兩端分別與底部蓋板和頂部蓋板呈密封連接；所述腔體的外壁上連接散熱翅片；所述真空腔體上有超導介質抽真空接口。所述腔體、底部蓋板及頂部蓋板通過螺絲桿和固定螺母連接。所述螺絲桿插于固定孔中。所述腔體分為上下兩部分，兩部分間通過對焊板連接。所述底部蓋板上安裝集成LED光源及LED透鏡。所述腔體的內壁上有密齒槽,密齒槽的深度為O. 2-0. 25mm,間距為O. 1-0. 15m。所述納米流體超導介質在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度；所述納米流體超導介質充滿于腔體密齒槽內，在真空腔體為汽化納米流體超導介質和納米流體超導介質。所述真空腔體內的大氣壓為1. 3 X IO-1 —1. 3x10-4 Pa。所述腔體的外壁上安裝外接外接鋁翅片。所述腔體的截面呈圓形或方形。所述納米流體超導介質為將納米級顆粒和分散劑按比例同時放入高純度工質中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉做PH調節劑，然后進行超聲振動，使納米顆粒均勻穩定的分散在工質中。所述納米流體超導介質為按體積比將1-3%納米級銅顆粒和O. 5-1%分散劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，化學純，陰離子型)同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節pH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級銅顆粒為90-100納米銅顆粒。所述納米流體超導介質為按體積比將3-5%納米級碳化硅顆粒和1-2%分散劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，化學純，陰離子型)同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節PH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級碳化硅顆粒為20-30納米碳化硅顆粒。所述納米級顆粒通過氣相沉積法、化學還原法、機械球磨法或其它方法制備。一種納米流體超導散熱器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(I)通過超導介質抽真空接口對真空腔體抽真空，使真空腔體的大氣壓在1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa 的負壓；(2)通過超導介質抽真空接口對真空腔體注入中適量的納米流體超導介質，使腔體內表面的吸液芯密齒槽中充滿納米流體超導介質；(3)對超導介質抽真空接口加以密封，納米流體工作時，流體處于氣液兩相狀態，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器正常工作。本發明的工作原理由于真空腔體內真空環境，真空腔體內的納米流體超導介質的沸點會比常壓下低很多，更易揮發。LED光源將熱量傳遞給真空腔體后，溫度上升納米流體超導介質受熱，汽化膨脹，吸收熱量，儲存潛能。納米流體膨脹后形成壓力差，納米流體超導介質在壓力差的作用下流向腔體頂部，納米流體超導介質在腔體頂部遇冷，液化，同時放出的熱量，釋放潛能。真空腔體上端吸收納米流體超導介質放出的熱量，腔體上部熱量上升，通過腔體外側散熱翅片以對流、傳導方式將熱量傳遞到空氣中，實現快速降低LED溫度的目的。真空腔體內表面采用密齒槽結構，液體通過密齒槽的槽道形成回流。液化的納米流體超導介質在重力的作用下，沿溝槽回流到腔體底部。增加外接鋁翅片數目、尺寸 ，增加散熱面積，提高額定功率。納米級別的粒子，與純液體相比，納米流體中的納米顆粒在流體內無規運動，使得流動層流底層受到破壞，流動湍流強度也隨之增強，因而減小了傳熱熱阻，強化了傳熱。在液體中添加納米粒子，一方面是由于固體的導熱系數大于液體的導熱系數；另一方面是由于在相同的粒子體積含量情況下，納米粒子與液體之間的界面積遠大于毫米或微米級粒子的界面積，兩方面都使得流體的導熱系數增大，從而增強了傳熱，熱量傳遞發生在顆粒表面，顆粒與顆粒，顆粒與液體，顆粒與壁面間的相互作用及碰撞，也增大了流動擾動強度，強化了納米流體內部的能量傳遞過程，使得傳熱能力得以提升，散熱器的整體溫差會更小，導熱系數會更高。由于納米顆粒很細，有很大的表面積，因而更適合傳熱。直徑IOnm的顆粒的比表面積是直徑10 μ m顆粒的表面積的1000倍。納米流體的特異性在于納米粒子的小尺寸效應，使得其行為更接近于液體分子，納米粒子強烈的布朗運動有利于納米流體懸浮的穩定性。納米流體不是簡單的液、固混合物，在納米粒子的懸浮液中，由于顆粒表面的活性使它們很容易團聚在一起，形成帶有若干弱連接界面的較大團聚體，納米粒子的聚集程度越大，粒子團平均半徑也越大，導熱系數就越小，過大的團聚體易造成沉積，就會失去增加導熱效果。有3種方法用來解決納米流體的懸浮穩定性問題一是要改變懸浮液的pH值；二是要使用表面活性劑和分散劑；三是使用超聲振動。所有這些方法的目的在于通過改變粒子的表面活性，抑制粒子團聚的發生，以獲得懸浮穩定的納米流體。散熱器殼體要和工質具有相容性，如果不相容，工質與管壁材料發生反應，產生不凝性氣體，在散熱器工作時，該氣體被蒸汽流吹到沖凝段聚集起來形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化，傳熱能力降低甚至失效。同時LED溫度需要控制在60°C以內，因此，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器才有可能正常工作。需要納米流體在真空環境下工作溫度沸點低于30°C。為了最大提高散熱器性能，散熱器選用銅做外殼，銅導熱系數高，和LED接觸熱阻小；用比熱容很大的水做工質，同時水和銅具有相容性。納米流體比純單一的蒸餾水工質導熱系數提高15-25%。本發明的技術效果及優越性傳統散熱器導熱是依靠金屬內部自由電子的運動，是沒有形態變化的顯熱交換；納米流體超導散熱器導熱是利用納米流體介質的液化、汽化相變的潛熱交換。同樣物質，同樣質量，同樣升高1°C，潛熱交換是顯熱交換500倍。汽化過程中納米流體介質會儲存汽化潛熱，汽化潛熱和壓力成反比，壓力越小，介質汽化溫度越低，汽化時儲存的汽化潛熱越多。在真空環境下，納米流體介質定向傳遞熱量速度也很快，超過傳統散熱器導熱。在數值上，納米流體超導散熱器的導熱系數在20000-25000w/m · k，而普通鋁合金散熱器導熱系數約是200w/m · k，腔體的納米流體蒸汽是處于飽和狀態，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度。因此真空情況下，納米流體超導散熱器有良好的等溫性，散熱器頂部和底部的溫差在3°C內。當集成(COB)LED功率在50W時，環境溫度在30°C。采用普通鋁翅片結構的LED的芯片溫度在75°C，鋁翅片溫度在60°C ;采用同體積納米流體超導散熱器的LED芯片溫度在50°C，納米流體超導散熱器溫度在43°C。LED芯片的芯片溫度降低了 25°C，保證LED溫度在65°C以下。納米流體超導散熱器的導熱系數和納米流體，流體含量，密齒槽尺寸等有密切關系O本發明利用納米流體復合相變快速熱傳導技術，加快導熱；利用鋁材質散熱，突破LED導熱、散熱問題，降低LED溫度。


圖1為本發明所涉納米流體超導散熱器第一種實施例的整體結構剖視圖。圖2為本發明所涉納米流體超導散熱器第二種實施例的整體結構剖視圖。圖3為本發明所涉納米流體超導散熱器第三種實施例的整體結構剖視圖。圖4為本發明所涉納米流體超導散熱器第四種實施例的整體結構剖視圖。其中，I為散熱翅片,2為腔體,3為底部蓋板,4為固定螺母,5為超導介質抽真空接口，6為螺絲桿，7為頂部蓋板，8為集成LED光源，9為LED透鏡，10密齒槽，11外接鋁翅片，12固定孔，13對焊板。
具體實施例方式實施例1 :一種納米流體超導散熱器(見圖1)，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7構成；所述腔體2的兩端分別與底部蓋板3和頂部蓋板7呈密封連接；所述腔體2的外壁上連接散熱翅片I ;所述真空腔體上有超導介質抽真空接口 5。所述腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7通過螺絲桿6和固定螺母4連接。(見圖1)所述螺絲桿6插于固定孔12中。(見圖1)所述底部蓋板3上安裝集成LED光源8及LED透鏡9。(見圖1)
所述腔體2的內壁上有密齒槽10，密齒槽10的深度為O. 2mm,間距為O. 15m。所述納米流體超導介質在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度；所述納米流體超導介質充滿于腔體密齒槽內，在真空腔體為汽化納米流體超導介質和納米流體超導介質。所述真空腔體2內的大氣壓為1. 3 X IiT1 —1. 3x1 O^4 Pa。所述腔體2的截面呈圓形。(見圖1)所述納米流體超導介質為將納米級顆粒和分散劑按比例同時放入高純度工質中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉做PH調節劑，然后進行超聲振動，使納米顆粒均勻穩定的分散在工質中。所述納米流體超導介質為按體積比將2%納米級銅顆粒和O. 7%分散劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，化學純，陰離子型)同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節pH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級銅顆粒為90-100納米銅顆粒。所述納米級顆粒通過氣相沉積法、化學還原法、機械球磨法或其它方法制備。—種上述納米流體超導散熱器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(I)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2抽真空，使真空腔體2的大氣壓在1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa 的負壓；(2)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2注入中適量的納米流體超導介質，使腔體2內表面的吸液芯密齒槽10中充滿納米流體超導介質；(3)對超導介質抽 真空接口 5加以密封，納米流體工作時，流體處于氣液兩相狀態，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器正常工作。實施例2 :—種納米流體超導散熱器(見圖2)，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7構成；所述腔體2的兩端分別與底部蓋板3和頂部蓋板7呈密封連接；所述腔體2的外壁上連接散熱翅片I ;所述真空腔體上有超導介質抽真空接口 5。 所述底部蓋板3上安裝集成LED光源8及LED透鏡9。(見圖2 )所述腔體2的內壁上有密齒槽10，密齒槽10的深度為O. 25mm,間距為O. lm。(見圖2)所述納米流體超導介質在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度；所述納米流體超導介質充滿于腔體密齒槽內，在真空腔體為汽化納米流體超導介質和納米流體超導介質。所述真空腔體2內的大氣壓為1. 3 X IiT1 —1. 3x1 O^4 Pa。所述腔體2的外壁上安裝外接外接鋁翅片11。(見圖2 )所述腔體2的截面呈圓形。(見圖2)所述納米流體超導介質為將納米級顆粒和分散劑按比例同時放入高純度工質中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉做PH調節劑，然后進行超聲振動，使納米顆粒均勻穩定的分散在工質中。所述納米流體超導介質為按體積比將1%納米級銅顆粒和1%分散劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，化學純，陰離子型)同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節pH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級銅顆粒為90-100納米銅顆粒。所述納米級顆粒通過氣相沉積法、化學還原法、機械球磨法或其它方法制備。一種上述納米流體超導散熱器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(I)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2抽真空，使真空腔體2的大氣壓在1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa 的負壓；(2)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2注入中適量的納米流體超導介質，使腔體2內表面的吸液芯密齒槽10中充滿納米流體超導介質；(3)對超導介質抽真空接口 5加以密封，納米流體工作時，流體處于氣液兩相狀態，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器正常工作。實施例3 :—種納米流體超導散熱器(見圖3)，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7構成；所述腔體2的兩端分別與底部蓋板3和頂部蓋板7呈密封連接；所述腔體2的外壁上連接散熱翅片I ;所述真空腔體上有超導介質抽真空接口 5。所述腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7通過螺絲桿6和固定螺母4連接。(見圖3)所述螺絲桿6插于固定孔12中。(見圖3)所述底部蓋板3上安裝集成LED光源8及LED透鏡9。(見圖3 )所述腔體2的內壁上有密齒槽10，密齒槽10的深度為O. 25mm,間距為O. 15m。所述納米流體超導介質在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度；所述納米流體超導介質充滿于腔體密齒槽內，在真空腔體為汽化納米流體超導介質和納米流體超導介質。所述真空腔體2內的大氣壓為1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa。所述腔體2的外壁上安裝外接外接鋁翅片11。(見圖3)所述腔體2的截面呈方形。(見圖3 )所述納米流體超導介質為將納米級顆粒和分散劑按比例同時放入高純度工質中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉做PH調節劑，然后進行超聲振動，使納米顆粒均勻穩定的分散在工質中。所述納米流體超導介質為按體積比將4%納米級碳化硅顆粒和1. 5%分散劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，化學純，陰離子型)同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節PH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級碳化硅顆粒為20-30納米碳化娃顆粒。所述納米級顆粒通過氣相沉積法、化學還原法、機械球磨法或其它方法制備。一種上述納米流體超導散熱器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(I)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2抽真空，使真空腔體2的大氣壓在1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa 的負壓；(2)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2注入中適量的納米流體超導介質，使腔體2內表面的吸液芯密齒槽10中充滿納米流體超導介質；(3)對超導介質抽真空接口 5加以密封，納米流體工作時，流體處于氣液兩相狀態，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器正常工作。
實施例4 :一種納米流體超導散熱器(見圖4)，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7構成；所述腔體2的兩端分別與底部蓋板3和頂部蓋板7呈密封連接；所述腔體2的外壁上連接散熱翅片I ;所述真空腔體上有超導介質抽真空接口 5。所述腔體2、底部蓋板3及頂部蓋板7通過螺絲桿6和固定螺母4連接。(見圖4)所述螺絲桿6插于固定孔12中。(見圖4)所述腔體2分為上下兩部分，兩部分間通過對焊板13連接。(見圖4)所述底部蓋板3上安裝集成LED光源8及LED透鏡9。(見圖4)所述腔體2的內壁上有密齒槽10，密齒槽10的深度為O. 2mm,間距為O. lm。所述納米流體超導介質在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度；所述納米流體超導介質充滿于腔體密齒槽內，在真空腔體為汽化納米流體超導介質和納米流體超導介質。所述真空腔體2內的大氣壓為1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa。所述腔體2的外壁上安裝外接外接鋁翅片11。(見圖4)所述腔體2的截面呈圓形。(見圖4)所述納米流體超導介質為將納米級顆粒和分散劑按比例同時放入高純度工質中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉做PH調節劑，然后進行超聲振動，使納米顆粒均勻穩定的分散在工質中。所述納米流體超導介質為按體積比將5%納米級碳化硅顆粒和2%分散劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，化學純，陰離子型)同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節PH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級碳化硅顆粒為20-30納米碳化娃顆粒。所述納米級顆粒通過氣相沉積法、化學還原法、機械球磨法或其它方法制備。一種上述納米流體超導散熱器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(I)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2抽真空，使真空腔體2的大氣壓在1. 3 X ICT1 —1. 3xl(T4 Pa 的負壓；(2)通過超導介質抽真空接口 5對真空腔體2注入中適量的納米流體超導介質，使腔體2內表面的吸液芯密齒槽10中充滿納米流體超導介質；(3)對超導介質抽真空接口 5加以密封，納米流體工作時，流體處于氣液兩相狀態，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器正常工作。
權利要求
1.一種納米流體超導散熱器，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體、底部蓋板及頂部蓋板構成；所述腔體的兩端分別與底部蓋板和頂部蓋板呈密封連接；所述腔體的外壁上連接散熱翅片；所述真空腔體上有超導介質抽真空接口。
2.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述腔體、底部蓋板及頂部蓋板通過螺絲桿和固定螺母連接；所述螺絲桿插于固定孔中。
3.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述腔體分為上下兩部分，兩部分間通過對焊板連接。
4.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述底部蓋板上安裝集成LED光源及LED透鏡。
5.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述腔體的內壁上有密齒槽，密齒槽的深度為O. 2-0. 25mm,間距為O. 1-0. 15m。
6.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述納米流體超導介質在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度；所述納米流體超導介質充滿于腔體密齒槽內，在真空腔體為汽化納米流體超導介質和納米流體超導介質。
7.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述真空腔體內的大氣壓為1. 3 X KT1 —1. 3xl(T4 Pa。
8.根據權利要求1所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述腔體的外壁上安裝外接外接鋁翅片；所述腔體的截面呈圓形或方形。
9.根據權利要求1或6所述一種納米流體超導散熱器，其特征在于所述納米流體超導介質為將納米級顆粒和分散劑按比例同時放入高純度工質中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉做PH調節劑，然后進行超聲振動，使納米顆粒均勻穩定的分散在工質中； 所述納米流體超導介質為按體積比將1-3%納米級銅顆粒和O. 5-1%分散劑十二烷基苯磺酸鈉同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節PH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級銅顆粒為90-100納米銅顆粒； 或者，所述納米流體超導介質為按體積比將3-5%納米級碳化硅顆粒和1-2%分散劑十二烷基苯磺酸鈉同時放入高純度蒸餾水中，采用純的鹽酸或氫氧化鈉調節pH在8. 5-9之間，然后進行超聲振動2小時制備而成；所述納米級碳化硅顆粒為20-30納米碳化硅顆粒; 所述納米級顆粒通過氣相沉積法、化學還原法或機械球磨法制備。
10.一種納米流體超導散熱器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)通過超導介質抽真空接口對真空腔體抽真空，使真空腔體的大氣壓在1.3X IO^1 -1.3xl(T4 Pa 的負壓； (2)通過超導介質抽真空接口對真空腔體注入中適量的納米流體超導介質，使腔體內表面的吸液芯密齒槽中充滿納米流體超導介質； (3)對超導介質抽真空接口加以密封，納米流體工作時，流體處于氣液兩相狀態，納米流體在真空情況下的沸點低于LED的工作溫度，散熱器正常工作。
全文摘要
一種納米流體超導散熱器，其特征在于其特征在于它由真空腔體和置于真空腔體內的納米流體超導介質構成；所述真空腔體由腔體、底部蓋板及頂部蓋板構成；所述腔體的兩端分別與底部蓋板和頂部蓋板呈密封連接；所述腔體的外壁上連接散熱翅片；所述真空腔體上有超導介質抽真空接口。工作方法通過超導介質抽真空接口對真空腔體抽真空；通過超導介質抽真空接口對真空腔體注入中適量的納米流體超導介質；對超導介質抽真空接口加以密封。本發明利用納米流體復合相變快速熱傳導技術，加快導熱；利用鋁材質散熱，突破LED導熱、散熱問題，降低LED溫度。
文檔編號F21Y101/02GK103047630SQ201210587560
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者孫廣足 申請人:天津博能太陽能設備有限公司