“挑战杯”申报书填写参考范本(科技发明制作B类)

挑战杯 申报书填写参考范本 科技发明制作 B 类 改进型高效率温差电空调 基本信息 项目名称 改进型高效率温差电空调 来源 第十一届 挑战杯 参赛作品 小类 机械与控制 大类 科技发明制作 B 类 简介 本作品使用半导体制冷芯片作为空调的核心组件 因此在反应速度方面明显优于现有的压缩机 空调 并且整机完全不包含制冷剂 安全环保 能耗低 正常使用情况下 只需要压缩机空调 50 以下的电力消耗即可达到相同的制冷效果 本机在全马力输出时 噪声等级 10dB 其噪 声人耳无法察觉真正实现了空调机的无噪声运转 本设计首次将液体回路结构用于温差电空 调 彻底解决了以往温差电空调不便于安装 破坏房屋整体装修结构的缺点 使得本设计成为 了真正意义上可以用于民用领域的空调机设备 详细介绍 本设计利用温差电技术代替了现家用空调的利用压缩机产热传输的过程 本设计中温差电材料 通电 使两侧温度上升或降低 经热量传导至容器内比热容很小的液体导热剂 再经导热液体 的流动经热量传送到散热片出已达到对室内进行制热或制冷的过程 由于直接将温差片产生的 热量经均匀涂在温差片上的导热硅胶传导到容器中的液体内 再经液体直接传到散热片上即完 成了冷热交换 过程中热量传导充分 循环回路短 可将制冷或加热的效率大大提高且耗能少 同比将会节约 60 的能耗 并且过程中没有压缩机或较大规模的叶轮扇工作 噪音量也将大 大减少 随着国民经济持续稳定地增长 人们生活水平不断提高 人们对居住室内环境的要 求也日益提高 再加上空调价格持续下跌 在大中城市里 原来在人们心目中属于奢侈品的空 调也逐步走入了普通百姓家庭 成了家居必备用品 如果使用我们的产品 家用空调一项的耗 电指标就可以降低 200 亿千瓦时以上 直接降低经济损失超过 100 亿元人民币以上 从而大大 缓解我国的电力资源紧缺 作品专业信息 设计 发明的目的和基本思路 创新点 技术关键和主要技术指标 设计 发明目的 基于目前市场上采用压缩机制冷的空调存在的能耗高 效率低 噪音大 成 本高等缺点 我们设计了这款高效率的温差电空调 用以弥补现有空调在能耗 制冷制热效率 噪音 成本等方面的缺陷 基本思路 现有家用空调之所以存在上述诸多缺点 其根源就在于 现有主流空调制冷方式为压缩机循环制冷 在制冷系统中 压缩机作为制冷系统中重要的环节之 一 其能量消耗非常大 通常情况下占到总能耗的 25 50 所以要从根本上解决现有家用 空调的这些问题 只有两种方法可供选用 一种是改进现有压缩机技术 但是现有压缩机技术已 经处于成熟阶段 很难出现大的技术革新 第二种就是寻找一种替代品代替压缩机的功能 我们 小组就是沿用第二种思路 利用半导体芯片的帕尔贴效应为空调提供冷热交换 取代压缩机 创新点 环保 本作品由于使用半导体制冷芯片作为空调的核心组件 因此在反应速度方面明显 优于现有的压缩机空调 并且整机完全不包含制冷剂 安全环保 能耗低 正常使用情况下 只 需要压缩机空调 50 以下的电力消耗即可达到相同的制冷效果 无噪声 本机在全马力输出时 噪声等级 10dB 其噪声人耳无法察觉 真正实现了空调机的无噪声运转 实用性强 本设计 首次将液体回路结构用于温差电空调 彻底解决了以往温差电空调不便于安装 破坏房屋整体装 修结构的缺点 使得本设计成为了真正意义上可以用于民用领域的空调机设备 技术关键 1 利用环氧树脂将芯片和部分导热管以及导热硅胶进 行包覆 使其绝热绝缘密封 2 该 工作芯片的冷热温差不能过高 否则会降低其效率 保证 T 应小于 15K 3 通过变压 器对芯片两端的电压加以限制 提高效率 U 为 2 5 伏时 致冷效率 r 达到 4 5 4 使 用大面积散热板 用于降低散热器与周围环境温差 5 用于与外界传导热量的液体选用比热 容小的常温稳定 无害液体 主要技术指标 1 锗硅半导体温差电芯片堆 优值系数 z 3 2 选用导热良好的导热硅胶对温度进行传导 导热系数 为 0 90 3 整个管路循环系统 与外界完全隔绝 热损比 1 科学性 先进性 现有家用空调绝大部分采用压缩机制冷 其功耗大 噪声大 效率低 且作为其制冷剂的氟利昂 为有害物质 散入大气中会对大气造成严重破坏 如果使用氟利昂的替代品 如 R22 等 会使 得生产及维护成本大幅上升 本设计利用温差电技术代替了现家用空调的利用压缩机产热传输 的过程 本设计中温差电材料通电 使两侧温度上升或降低 热量传导至容器内比热容很小的液 体导热剂 再经导热液体的流动将热量传送到散热片导出 以达到对室内空气进行冷热调节的目 的 使用温差电组件制冷的空调 首先摆脱了对制冷剂的依靠 从而从根本上杜绝了有害物质对 大气的破坏 其次 使用无毒无害的液体导热剂进行热量的传导 增强了空调运行的稳定性 降 低了整个装机的重量 减小了整个设备的体积 节省了许多空间 没有压缩机的工作环境 使得 本空调的工作噪音大幅下降 同时在保持原功率输出的情况下 可以降低 80 的能耗 大大提 高空调的能效 也就意味着没有损失冷热转换效率 目前为数不多的对温差电空调研究 如专 利号为 200520123945 9 的设计中 仍然存在诸多缺陷 不能用于空调的产业化研发 上述专利 设计的空调设备采用温差电技术 在每一个热传导单元上集成有四片温差片 共 10 组 将流动 的气体加热或制冷 经过风机将热量传输出去 风机有纵横共 14 个叶轮扇组成 此过程中将空 气加热为冷风或热风的时间较长 且空气经叶轮扇吹动大规模流动 使得热量损耗率较大 不能 有效的提高效率 且带动 40 个温差片及 14 个叶轮扇所用的功耗较大 叶轮扇在快速转动中会 产生大的噪音 本作品在设计中采用不到 20 个温差片单排或多排并列 直接将产生的热量传导 至导热系数良好的液体中 由两个微型泵带动液体在管道中流动 流至散热片中进行热量交换 冷却或升温的液体继续回流到原容器中继续加热或制冷 此过程中导热剂充满容器管道及散热片 的微型管中 由于直接将温差片产生的热量经均匀涂在温差片上的导热硅脂传导到容器中的液体 内 再经液体直接传到散热片上即完成了冷热交换 过程中热量传导充分 循环回路短 可将制 冷或加热的效率大大提高且耗能少 同比将会节约 60 的能耗 且过程中没有压缩机或较大规 模的叶轮扇工作 噪音量也将大大减少 最重要的一点是本设计不再使用氟利昂作为制冷加热 的中间媒介产热或制冷 而是借助温差片的加热制冷 以及无害的液体导热剂来导热 不会对环 境产生任何的污染 且能耗低 本设计兼具了压缩机式空调和已有的温差电空调的双重优点 基 本达到了绿色环保节能空调的要求 参考文献 1 陈传涓 王如竹 夏再忠 胡金强 瞬态平面 热源法测量硅胶混合吸附剂导热系数 工程热物理学报 2008 29 5 1 4 2 关于印发 公共 建筑室内温度控制管理办法 的通知 发布日期 2008 06 25 实施日期 2008 07 01 建科 2008 115 号 中华人民共和国住房和城乡建设部 2008 年 07 月 02 日 3 韩宝琦 李树林 制冷空调原理及应用 机械工业出版社 2002 6 4 亢雅君 殷立新 热固性 树脂 M 1995 10 2 1 5 5 梁海波 陶瓷工程 1998 32 2 18 20 6 沈晋明 重症监护病房 环境控制依据与实施 J 洁净与空调技术 Contamination Control Air Conditioning Technology 2006 年 02 期 7 田健 朱瑞琪 冯金科 风冷变频制冷系统运行能耗分析与实验 J 家电科技 2006 年 3 期 1 2 8 王铁民 王泽深 林磊 张建中 对温差电空调系统效率 的探讨 9 王铁民 马洪奎 陈学军 张昕琰 葛晓丽 一种高功率温差电空调器 P 中国专利 200520123945 9 2006 12 13 10 徐德胜 半导体制冷与应用技术 M 上海 交通大学出版社 l992 7 P41 11 朱国辉 录音演播间的设计与实施 J 音响技术 2007 年 01 期 12 张翊 中高粘 度范围的标准粘度液 甲基硅油 上海大学机械电子与自动化学院 上海计量测试 2006 33 5 22 24 13 英 C W 伊文思 胶管工艺学 1983 04 第 1 版 14 G A Slack in CRC Handbook of Thermoelectrics D M Rowe Ed CRC Press Boca Raton FL 1995 P407 15 G S Nolas J Sharp H J Goldsmid Thermoelectrics Basic Principles and New Materials Developments Springer Verlag New York 2001 16 I Yu Huanga Jr Ching Linb Kun Dian Shea Ming Chan Lia Jiann Heng Chenc and Jin Shun Kuob Development of low cost micro thermoelectric coolers utilizing MEMS technology Elsevier B V 2008 07 17 Recent Developments in Thermoelectricity Blatt Science 27 October 1967 524 18 Rematch The National Semiconductor Roadmap Sematech and Semiconductor Industry Association Austin TX 1994 19 Thermoelectricity at Very Low Temperatures MacDonald Science 10 April 1959 943 949 获奖情况及鉴定结果 2009 年 4 月 华东理工大学第八届 奋进杯 大学生课外学术科技作品竞赛 二等奖 2009 年 6 月 第十一届上海市大学生学术科技作品竞赛 特等奖 作品所处阶段 中试阶段 技术转让方式 作品可展示的形式 实物 产品 图纸 磁盘 图片 现场演示 使用说明 技术特点和优势 适应范围 推广前景的技术性说明 市场分析 经济效益预测 技术特点和优势 本设计打破了传统空调使用压缩机制冷的常规做法 在现有温差电芯片制冷 效率达到 4 5 的基础之上 利用温差电芯片替代传统压缩机制冷系统 不使用任何制冷剂 不 污染大气 能耗降低 50 以上 制冷反应速度提高 80 噪音 10dB 体积减少 30 重量 降低 70 技术及实用性均完全高于传统的压缩机制冷空调 适应范围 由于结构条件所限 目前温差电制冷空调还仅限于家用 也就是说 单个温差电空调制冷面积 100 但随着本产 品的进一步改进 其适用面积将逐步提高 最终可以完全替代现有空调产品 市场分析及经济 效益预测 本土电力资源紧缺 来自国家电网的最新报告显示 全国出现拉闸限电的地区 已经 从 2003 年的 l2 个省级电网扩大到 21 个 预计今后两三年内用电紧张局面将日趋严重 造成电 力紧张的诸多原因中 居民家庭电器用电 特别是空调用电的大幅度增长不可忽视 仅家用空调 一项年耗电量就达到 400 亿 KW H 以上 超过电网负荷的 30 我国已经成为世界上电力消费 第二大国 家用电器是耗能大户 推广节能产品 我们责无旁贷 2004 年 10 月份 我国出台了 节能中长期专项规划 这是我国制定的第一个节能中长期规划 规划中确定将开展十大重点 节电工程 电机系统节能是重点工程之一 在 2005 年 4 月 10 日举行的 2005 年中国家电变频 技术与节约经济论坛 上 作为国内主推变频节能技术的 30 多个家电企业代表以及中国消费者 协会 国家发改委等机构代表共同签名 号召社会使用节能家电产品 家电变频联盟同时成立 如果使用我们的产品 家用空调一项的耗电指标就可以降低 200 亿 KW H 以上 直接降低经济 损失超过 100 亿元人民币以上 住宅空调市场需求空间巨大 1 我国空调远未普及 目前 我 国住宅空调的普及率及人均住宅制冷量相对较低 我国经济发达地区的住宅平均制冷量也仅相当 于日本 美国六七十年代的水平 随着国民经济持续稳定地增长 人们生活水平不断提高 人们 对居住室内环境的要求也日益提高 再加上空调价格持续下跌 在大中城市里 原来在人们心目 中属于奢侈品的空调也逐步走入了普通百姓家庭 成了家居必备用品 但我国人口主要分布在中 小城镇和农村地区 这些地区经济相对落后 目前居民家庭空调的拥有率还处于一个非常低的水 平 正逐步接受空调产品 可以说 这是一个比大中城市更为广阔的市场 其市场容量非常巨大 2 气候特征变化使空调需求区域不断扩大 我国西部地区日照时间长 夏季非常炎热 许多城 市一年内超过 35 的天数很多 最热月平均温度比我国许多南方城市还高 如西安一年内超过 35 的天数为 24 3 天 高于武汉的 21 天 近几年 我国华北 东北地区夏季气温逐年提高 东 北地区的最高气温连续多年超过了 36 哈尔滨在夏季的最高气温有时高达 39 华北地区 夏季 38 39 的天气已屡见不鲜 随着这些地区经济条件的改善 空调需求量也非常可观 3 我 国每年新增大量住宅 对空调需求量很大 目前我国城市住宅总体水平仍然不高 城镇住宅人 均建筑面积与发达国家相比有较大差距 前几年 我国取消了福利分房制度 人们停止了对单位 分房的等待 再加上许多需要改善住房条件的人纷纷从房地产市场购买住房 我国房地产行业迅 速发展 每年新增大量住宅 随着城市改造进程的加快 城市中大量拆迁户需要购买住房 同时 人们对居住面积 居住档次要求越来越高 再加上农村有大量富余劳动力进入城市就业 城市人 口急剧增长 住宅的开发面积越来越大 空调需求也将随之膨胀 随着我国农村人口生活水平 的逐步提高 他们的住房条件也在迅速改善 再加上农村电网价格与城市电价接轨 农村人们对 空调需求将出现大幅增长 同类课题研究水平概述 在二十世纪六 七十年代 美国地区发生罕见的干旱天气 为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题 美国率先研制出风冷式冷水机 用空气散热代替冷却塔 其英文名称是 Air cool Chiller 简称为 Chiller 美的制冷家电集团总裁方洪波在接受记者采访时表示 制造业的竞争取决于核心竞争力 领先所带来的优势 包括总生产成本 服务网络 技术研究开发等多个方面的优势 空调产业 是一个传统标准化产业 要革命性创新是十分困难的 例如格兰仕不锈钢高级空调在一些沿海城 市 长江流域较潮湿的地区优势十分显著 而且时尚 但在干燥地区只能体现空调时尚 而产品 的实用优点却难以体现 今后空调主要是在智能化 材料 款式等上面的变化 目前在数字化技 术 新材料等方面 不管是新牌子 还是老牌子 都是站在一条起跑线上的 由于热电空调器 具有抗震 耐压 无制冷剂泄漏和使用直流电等一系列优点 因此目前许多国家已经投入这方面 的研究 但纵观国内外的研究 从一个整体水平来看 还是有待提高的 就我们国内的一些相 关研究来看 如专利号 200520123945 9 中的设计 包括温差电组件两面冷端换热单元 热端换 热单元及其围成的通道 冷端换热单元依次为温差电组件冷面 导块 散冷器 所述热端换热单 元依次紧贴有温差电组件热面 散热器 通道壁为散冷器围成 其特点是 所述散热器为高密度 刨削散热器 所述散冷器为高密度散冷器 所述通道为上 下两层 所述散热器外面上设置有与 所述通道垂直的散热风扇 所述通道出风口设置有出风口风扇 由于采用双层结构和轻质 高密 度铝散热器 温差电空调器的效率达到了 4 7 1 由于采用冷风道气流方向与散热风道气流方向 呈垂直的交叉流换热以及上 下两个冷端换热风道并行的结构 致冷功率达到 400W 以上 2 但它的改进之处略显狭窄 未对空调内外机的交换管道进行一些改进 有助于提高制冷功率 就国外的一些相关研究来看 如专利号 US 7 325 407 B2 中的设计 包括一个框架和基础组件 基础组件包括 热电冷却芯片 热 冷导管 散热片 温度控制器和电扇 运行过程中 热电冷 却芯片产生冷 热空气 接着这些空气通过超导体导管传送到散热片 再由用户推动面板上的按 钮 从而达到在短时间内控制室内温度的效果 其中的温度控制器被分为了 2 个部分 一个冷空 气控制器和一个热空气控制器 以确保冷热温度控制得当 3 不过这个专利也没有具体阐述其 导热系统的设计 基本属于理论文献 里面的数据缺乏翔实可信性 设计存在一些漏洞 参考 文献 1 I Yu Huanga Jr Ching Linb Kun Dian Shea Ming Chan Lia Jiann Heng Chenc and Jin Shun Kuob Development of low cost micro thermoelectric coolers utilizing MEMS technology Elsevier B V 2008 07 2 王铁民 马洪奎 陈学军 张昕琰 葛晓丽 一种高功率温差电空调器 P 中 国专利 200520123945 9 2006 12 13 3 Chanting Chen Thermoelectric Air Conditioner 美国 专利 US 7 325 407 B2 2006 4 13 高功率 LED 灯相变脉动热翅板散热器 基本信息 项目名称 高功率 LED 灯相变脉动热翅板散热器 来源 第十一届 挑战杯 参赛作品 小类 机械与控制 大类 科技发明制作 B 类 简介 LED Light Emitting Diode 是一种半导体发光绿色照明光源 以其节能和环保的特性在未来 的 10 20 年内成为新一代理想的固态照明光源 但是 LED 在工作过程中 输入功率仅有 15 至 20 转换成光 其余 80 至 85 则转换成热 随着 LED 功率的增大 发热量增多 如果散 热问题解决不好 将对 LED 的寿命 可靠性造成严重的影响 针对高功率 LED 灯的散热问题 作者基于脉动自激振荡界面相变传热基本原理 设计开发了一种新型高效的脉动热翅板相变散 热装置 该散热器以 3A21 和 5A02 铝合金为材料 采用蚀刻精密加工技术加工脉动 U 微通 道热板 同时采用真空熔焊技术将脉动热板与板翅通道叠置整体加工而成 经试验证明 该散 热装置结构紧凑 具有传热面积大 换热效率高 使用寿命长 制造成本低等优点 在 LED 灯 功率为 100W 所需散去热量 5 105W m2 的情况下 芯片表面温度在 70 75 之间 完全 能够满足高功率 LED 灯的散热要求 详细介绍 LED Light Emitting Diode 是一种半导体发光绿色照明光源 以其节能和环保的特性在未来 的 10 20 年内成为新一代理想的固态照明光源 但是 LED 在工作过程中 输入功率仅有 15 至 20 转换成光 其余 80 至 85 则转换成热 随着 LED 功率的增大 发热量增多 如果散 热问题解决不好 将对 LED 的寿命 可靠性造成严重的影响 针对高功率 LED 灯的散热问题 作者基于脉动自激振荡界面相变传热基本原理 设计开发了一种新型高效的脉动热翅板相变散 热装置 脉动热翅板散热器 铝制 是由板翅通道和真空充液 U 型微通道脉动热板间隔叠 置熔焊而成 具有传热面积大 换热效率高 制造成本低 存在体积小 重量轻 空间布置方 便等优点 其整体采用铝合金 3A21 和 5A02 为材料 与工质 水相容 耐腐蚀 比一般的散 热器散热性能 成本都有很大的改进与提高 此脉动热翅板散热器由真空充液芯体和封头两 部分组成 真空充液封头设在芯体下部 其中封头上设有接管 用以将微通道脉动热板抽成真 空并充装工作液体 芯体由若干个板翅通道和脉动热板微通道构成 芯体组装时微通道脉动热 板和板翅通道间隔叠置 实现冷 热流体间的错流型流动 冷介质通道具有翅片 翅片上 下 设有隔板密封隔板 通道侧边设有封条 脉动热板的微通道采用化学蚀刻技术在薄铝板上加 工而成 芯体是热翅板散热器核心零件 它由微通道脉动热板和板翅通道间隔叠置熔焊而成 实现冷 热流体间的错流型流动以达到传热的目的 它结构紧凑 轻巧 传热强度高 冷介 质通道具有翅片 翅片上 下设有隔板 密封隔板 通道侧边设有封条 脉动热板通道为微 通道结构 脉动热板内有若干个 U 形微通道 工质在液池蒸发 上升进入各通道 在微通道内 形成气液柱塞 气塞上升大蒸发段 破裂回流 产生相变传热 微通道在脉动方向传热效率高 可认为是热的超导体 微通道脉动热板在强化传热同时 增强了散热器的静压强度 防止散热 器内压力过大而产生的失效 封头用于形成液体沸腾相变所需的液池 同时对真空通道起密 封作用 并提供抽真空和充装介质的通道 脉动热翅板散热器的工作原理 真空充液通道内 充装对环境无害的工质 散热器底部热源 大功率 LED 灯 散发出的热量传到工质液槽 使工 质沸腾 蒸发的蒸汽顺着脉动热板微通道上升 依靠热诱发的自激振荡产生动态过程的界面相 变现象 将热量传给板翅通道内的冷风 后冷凝成液体自然回流到下面的液槽 如此循环 热 量被脉动热板微通道中的工质转移给冷风 从而实现了热量的传递 达到散热的目的 作品专业信息 设计 发明的目的和基本思路 创新点 技术关键和主要技术指标 发明目的 LED 是一种半导体发光绿色照明光源 以其节能和环保的特性在未来的 10 20 年内 成为新一代理想的固态照明光源 但 LED 在工作过程中 输入功率仅有 15 至 20 转换成光 其余转换成热 随着 LED 功率的增大 若散热问题解决不好 将对 LED 的寿命 可靠性造成严 重影响 针对高功率 LED 灯的散热问题 作者设计开发了一种新型高效的脉动热翅板相变散热 装置 发明基本思路 将相变冷却技术与微通道脉动热板结构结合起来提出的一种散热结构 主 体结构由真空充液封头和芯体两部分组成 有利于装配和制造 芯体基本结构为隔板与翅片组成 的冷风通道与微通道脉动热板间隔叠置 真空熔焊的高效紧凑的板翅结构 微通道脉动热板采用 U 型的微通道结构 强化传热 创新点及技术关键 散热器由翅片通道与微通道脉动热板叠置 真空熔焊而成 单位体积传热面积大于 1200m2 m3 主体结构由真空充液封头和板翅式芯体两 部分组成 有利于装配和制造 结构紧凑 整体采用铝材 进行阳极化处理 减少腐蚀 减轻重 量 降低成本 微通道脉动热板采用脉动微通道结构 以化学蚀刻方式加工微通道 加工成本低 便于批量生产 同时增强了散热器的静压强度 延长了寿命 主要技术指标 环境温度为 30 空气相对湿度 100 风扇风速为 2m s 时 散热热流密度达 5 105W m2 散热器微通道内部 真空度为 4 10 3Pa 冷介质通道压力降小于 60Pa 体积约为传统液体散热器的 1 5 重量约为 传统热板的 1 8 性能价格比是传统散热器的 3 倍 采用去离子水作为工质 科学性 先进性 脉动相变热板具有普通热板所具有的一切优点 但其工作原理与普通热板存在本质区别 普通热 板中发生静态的界面蒸发或冷凝过程 而脉动热板中依靠热诱发的自激振荡产生动态过程的界面 相变现象 大大强化了换热过程 有部分不凝性气体也不会影响其性能 脉动热翅板散热器采用 铝制薄板化学蚀刻脉动微通道 翅片隔板叠置 真空熔焊而成 随着铝合金化学蚀刻精密加工技 术和熔焊工艺技术的提高 使成本大为降低 约为同性能散热器成本的 70 同时采用板翅结 构使得散热器传热面积大 换热效率高 体积小 重量轻 空间布置方便 实现了结构的紧凑性 和性能的高效 在芯片热流密度达到 5 105W m2 的情况下 芯片表面温度在 70 75 之间 完全满足大功率 LED 灯的散热要求 脉动微通道结构使薄板单元体结构有较高的强度和承压能 力 相比热管 大大提高了散热器的寿命 与传统散热器相比较 脉动热翅板散热器具有以下优 点 结构 功能紧凑 体积小 重量轻 寿命长 散热效率高 制造成本低 比同类散热器有很 大的改进和提高 获奖情况及鉴定结果 无 作品所处阶段 中试阶段 技术转让方式 技术入股 作品可展示的形式 实物 产品 现场演示 图片 录像 使用说明 技术特点和优势 适应范围 推广前景的技术性说明 市场分析 经济效益预测 技术特点和优势 本作品以抗腐蚀性能较好的铝合金作为原材料 采用高效紧凑的板翅式芯片 真空熔焊的而成 同时实现了结构和功能的紧凑性 提高了传热效率以及综合效能 本作品具 有重量轻 体积小 便于安装 散热效率高 耐腐蚀 寿命长 制造成本低 作为工质的蒸馏水 对环境友好等突出的优点 使用范围 该作品可以广泛应用作各种 LED 灯的散热元件 对大 功率 LED 照明灯的散热优势特别明显 市场分析和经济效益预测 该散热器相比于传统散热 器 在结构和性能上都有了很大的改进和提高 其性能已经在试验中得到确定 如实现工业化 批量化生产后可以取得显著的经济效益 可大大改观现有的散热条件 推动大功率 LED 的推广 与普及 有很广阔的市场前景 同类课题研究水平概述 高功率 LED 散热问题与传热学 流体力学等原理的应用密切相关 LED 灯的散热目的是对 LED 芯体的运行温度进行控制 以保证其工作的稳定性 可靠性 能量转换效率及其使用寿命 这其 中涉及了与传热有关的散热或冷却方式 材料等多方面内容 国内外 LED 灯常用的散热方法主 要有 风冷 液体冷却 热电冷却 热管技术等方法 1 风冷散热和冷却技术 风冷散热器的 原理很简单 芯片耗散的热量通过粘结材料传导到金属底座上 再传导到散热片上 通过自然对 流或强制对流把热量散发到空气中 利用风冷散热器对电子芯片进行冷却是最简单 最直接 成 本最低的散热方式 但风冷技术散热效率低 只能用于低功率 LED 的散热 目前 采用先进风 扇和优化大面积热沉 空气冷却技术的冷却能力仅能达 50W cm2 2 液体冷却方法 对大功 率 LED 等采用液体冷却的方法进行散热 其散热效率较高 但是其结构十分复杂 制造成本十 分昂贵 安装要求空间大 难以在 LED 灯领域得到推广应用 一般多用于高速运算电子设备领 域 液体冷却包括间接冷却 直接冷却和喷射冷却 3 热电冷却 Peltier 制冷 半导体制冷 又称热电制冷 是利用半导体材料的 Peltier 效应 小型的半导体制冷 制冷装置体积小 质量 轻 安装和拆卸要方便 当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时 在电偶的两端即可 分别吸收热量和放出热量 可以实现制冷的目的 电热冷却器具有结构紧凑 可靠性高 无噪声 无移动部件 可以实现精确的温度控制 0 1 C 等优点 缺点是 热电冷却器在变热流密度散 热时受到限制 转化效率低 5 10 只适用于体积紧凑 制冷要求不高等特殊场合 故不 适用于高功率的 LED 灯的散热 4 热管技术 热管是一种传热效率很高的换热元件 它的当 量热导率可达金属的 103 104 倍 与传统散热设备相比 热管无需消耗动力 空间尺寸小 冷 却能力高 单位面积的传热量高 热管作为一种高效的导热元件 适合高热流密度情况下的散热 目前已知的用于大功率电子元件散热的热管式散热器最高散热功率已达到 200W cm2 但是热管 使用一段时间后 金属内部不凝性气体析出 占据冷凝端 使得热管工作特性下降 以致最终失 效 其寿命一般只有 3 5 年 与 LED 寿命严重不匹配