[发明专利]一种用于强化大功率LED灯散热器效率的传热工作介质

说明书

本发明公开了一种用于强化大功率LED灯散热器效率的传热工作介质，按照质量百分比，包含以下组分：一氯四氟乙烷29％‑31％、丙酮68.9％‑70.8％、三维构造石墨烯0.01％‑1％。本发明传热工作介质能够使大于100W的LED灯体发光面板温度控制在60℃以下，面板温度更加均匀，温差不超过1℃，并可使灯体温度下降2‑7℃，还可以削减LED灯体安装角度对灯体温度的影响，扩展LED灯投照范围；进一步的，本发明传热工作介质沸点低、状态稳定、制备方法简便、传热效率高，可解决大功率LED灯热传导问题，能够使高功率LED灯使用寿命提高2.5倍以上。

技术领域

本发明涉及相变传热技术领域，特别涉及一种用于强化大功率LED灯散热器效率的传热工作介质。

背景技术

目前LED的光电转换效率还有待提高，约有65％以上的电能变成热能释放。LED灯体温度过高会加速灯珠光衰，直接影响LED灯具使用寿命，要确保大功率LED灯珠产品正常工作(功率超过100W为大功率LED灯)，需要做好散热工作，如何将大功率LED灯产生的热量及时有效的输送出去已成为LED发展的制约因素。

现有的大功率LED散热器主要采用热管和均热板相变技术，热管技术做大功率导热体工艺复杂，成本高，拼接而成均温性差，且无法克服热传导死角，不能实现瞬间均温效果，同时无法解决方向性热传导问题，所形成的散热体不能任何方向使用，应用范围小。已公开的发明申请201921249253.7设计了一种新型LED筒灯用热管散热结构，将热管安置在散热器基体中，此设计可加强灯体散热能力，但存在安装结构复杂，灯体散热版面温度不均匀等特点。

均热板相变散热器响应速度快，受热面板温度均匀，受灯体照射角度影响少，因而被广泛用于大功率LED散热。而均热板散热器的散热效率受相变工质影响，因此开发一种高效可行的传热工质对大功率LED灯非常有必要。目前相变工质存在相变温度高、汽化潜热低，相变传热系数低等缺点。已公开的发明申请号为201410172539.5的技术，设计一种LED平板散热器，用于大功率LED散热，此技术在平板空腔体中注入相变工质，空腔内的可相变传热的介质受热沸腾，蒸汽迅速填充到空腔的各部分，使得底板各点的温度趋于一致，提高了散热均匀性，但此技术并没有提到其使用何总的相变工质。目前市面上使用相变工质有丙酮、乙醇、R22等，相比纯传热工质，混合纳米流体相比具有更高的导热系数，从而单位时间内传热工质可以带走热源面更多热量，使热源温度迅速降低；与此同时在相变传热过程中，纳米颗粒由于具有高比表面积，与液体传热工质具有更多的能量交换，从而提高吸收热源面能量效率；沸腾过程中纳米颗粒会减少汽泡与热源接触面三相接触线长度，减少接触面的表面张力，从而促进沸腾汽泡产生，增加汽泡脱离频率及减少脱离直径，因此起到强化沸腾传热效果。对于纳米颗粒选用，目前一般使用Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO等纳米颗粒材料与相变工质丙酮、乙醇、R22等制备成纳米流体用于强化LED灯体散热器散热，已公开的发明申请号201410521191.6、201410526065.X、201410522681.8、201410522702.6分别用Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO等纳米颗粒与水、乙醇等液体制备成纳米流体用于泡沫金属吸液芯热板强化LED灯体散热散热，这些发明能有效提高换热器传热性能，但存在颗粒堵塞泡沫金属吸液芯活化汽泡孔，传热效率有限，纳米流体不稳定等问题，因此进一步提升LED灯体散热器传热性能非常必要。解决这些问题，可以从提高纳米颗粒材料传热系数、提高纳米流体稳定性入手。石墨烯材料本身传热系数是Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO等纳米材料传热系数10余倍，因此石墨烯材料被广泛用于强化传热领域，对于使用石墨烯纳米材料与传热工质制备纳米流体强化LED散热，虽然相关研究有涉及石墨烯纳米流体用于强化沸腾传热，发现石墨烯纳米流体强化沸腾传热性能主要和石墨烯结构特征、颗粒大小、质量浓度有关，但公开的技术发明并没有涉及到，目前使用石墨烯用于强化LED灯体散热相关技术发明，主要集中使用在灯体灯板与灯体连接处，用于加强面板和灯体散热的热传导，例如已授权的发明号211289725；已公开的发明申请号201921485616.7，直接设计石墨烯散热器用于强化LED散热。前期自主研发制备的三维构造石墨烯，申请制备专利申请号201810410572.5，相比其它石墨烯结构形态，三维构造石墨烯表面成多孔，比表面积大，传热工质沸腾过程中三维构造石墨烯与传热工质产生更多的热交换，相同条件下能带走更多液体中热量，而此三维构造结构其它类型石墨烯不具有，因此三维构造石墨烯纳米流体相比其它类型的石墨烯纳米流体具有更好的强化沸腾传热效果。为进一步提高大功率LED灯散热器传热性能，在传热工质中加入多孔、比表面积大的三维构造石墨烯，开发一种新型混合的强化相变传热工质，对强化大功率LED灯散热及提高LED灯使用寿命有重要意义。