CN102494317A - 大型led灯具系统的水冷装置及水冷却方法 - Google Patents

大型led灯具系统的水冷装置及水冷却方法 Download PDF

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蔡苗
杨道国
陈文彬
侯峰泽
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Abstract

本发明提供了一种大型LED灯具系统的水冷装置及水冷却方法，该装置由水泵及水槽、水冷单元、热水冷却装置及连接它们的水管组成，水泵通过水管与水冷单元连接，水冷单元由出水管与热水冷却装置连接，热水冷却装置与水槽连接。本发明的优点是：将多个大功率LED灯具系统的散热问题解决办法一体化，为LED照明系统应用方法提供新的思路；省去了单个LED灯具单独冷却使用的散热管、散热片及风扇等；采用简易的卡槽结合方式，实现LED光源模块的即装即用，实用性、互换性强。

Description

大型LED灯具系统的水冷装置及水冷却方法
技术领域
本发明涉及冷却装置，特别是大型LED灯具系统的水冷装置及水冷却方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)作为一种优秀的半导体光电器件，以其体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优点，有望在未来成为新一代理想的固态节能照明光源。随着 LED照明产品向高光强、高功率发展，因目前LED的发光效率只有20~30%左右，大部分的电能仍转化为热能，高功率LED灯具的散热问题依然很严重。如果产生的热不能及时的散发出去，由温升产生的各种热效应会影响到 LED 的光输出特性和器件的寿命。因此，选择并设计一种适合于LED灯具散热的散热技术方法，将对LED照明产品应用具有很重要的实际意义。
目前，大多数散热技术主要针对单个的LED灯具进行考虑，如美国Eternaleds 上市水冷式LED 灯泡“Eternaleds HydraLux-4”；台湾金运年公司于2011年在台湾国际照明展主推一盏50瓦LED水冷式立灯及一盏16瓦LCP-16WLED水冷式吊灯。然而，目前没有相关技术从整个LED灯具系统角度考虑系统的散热方式，特别是由多个大功率的LED灯具组成的大型灯具系统的一体化的散热方案。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种大型LED灯具系统的水冷装置及水冷却方法。这种冷却方法特别适用于大功率LED灯具组成的灯具系统的散热。
实现本发明目的的技术方案是：
一种大型LED灯具系统的水冷装置，由水泵及水槽、水冷单元、热水冷却装置及连接它们的水管组成，水泵通过水管与水冷单元连接，水冷单元由出水管与热水冷却装置连接，热水冷却装置与水槽连接。
所述的冷却单元为一个腔体，腔体底部设置有与LED灯具配装的卡槽，腔体边缘处设有进水口和出水口，出水口高于进水口，腔体内设置有从腔体底部悬出的散热片，散热片不与腔体其他侧边接触，且散热片是顺着水流方向设置。
所述的水冷单元和散热片由导热金属材料制成。
本发明冷却装置冷却LED灯具的方法是：
（1）将大型LED灯具串联或并联或串并混联，组成水冷单元组为载体的大型LED灯具系统；
（2）利用导热膏，将每个LED灯具与水冷单元配装；
（3）各水冷单元的腔体以管道连通，并将管道与水槽和热水冷却装置连通；
（4）启动水泵，将水槽冷水通过管道泵入水冷单元，在水冷单元进行热交换，把LED灯具产生的热量带走，进入热水冷却装置冷却后，进入进水槽循环使用。
本发明的优点是：将多个大功率LED灯具系统的散热问题解决办法一体化，为LED照明系统应用方法提供新的思路；省去了单个LED灯具单独冷却使用的散热管、散热片及风扇等；采用导热膏和简易的卡槽结合方式，实现LED光源模块的即装即用，实用性、互换性强。
附图说明
图1为串联的大型LED灯具系统水冷装置的结构示意图；
图2为本发明水冷单元的结构示意图；
图3为水冷单元的散热片的结构示意图；
图4为并联的大型LED灯具系统水冷装置的水冷单元组的结构示意图；
图5为串并联的大型LED灯具系统水冷装置的水冷单元组的结构示意图；
图6为不同功率的LED光源模块时水冷单元内部有散热片与没有散热片的散热效果对比图；
图7为在相同的水冷单元相同下使用水冷却和空气冷却的散热效果对比图；
图8为散热片大小对散热效果的表征图；
图9为 80W LED光源模块基板温度的测量图。
图中：1.水泵及水槽  2.进水管道  3.水冷单元  4.出水管道  5.热水冷却装置  6.LED灯具  7.进水口  8.水冷单元内腔  9.出水口  10.散热片  11. 卡槽  12. 导热膏  13.水冷单元组。
 具体实施方式
本发明一种大型LED灯具系统的水冷装置，由水泵及水槽1、水冷单元3、热水冷却装置5及连接它们的水管组成，水泵1通过水管与水冷单元3连接，水冷单元3由出水管与热水冷却装置5连接，热水冷却装置5与水槽1连接。
参照图2、图3，水冷单元3为一个腔体，腔体底部设置有与LED灯具6配装的卡槽，腔体边缘处设有进水口7和出水口9，水冷单元3进水口7比出水口9低，保证水流能充分和散热片10进行热交换；通过卡槽11结合的方式，水冷单元3底部与LED灯具6利用导热膏12，实现简易装配。水冷单元内腔8的散热片10从水冷单元3底部悬出，不与水冷单元3的其它内表面接触，且顺着水流的方向，保证经过水冷单元3的水流顺畅。
水冷单元3与散热片10由导热金属材料制成。
实施例1：串联LED灯具的水冷装置
参照图1，水泵及水槽1通过进水管道2与水冷单元3连接，水冷单元3与LED灯具6装配，多个水冷单元3组成串联水冷单元组13，各水冷单元之间通过进水管道2连接；从水冷单元组13出来的水通过出水管道4与热水冷却装置5相连，从热水冷却装置5出来的水回到水槽1，实现水的循环使用。
实施例2：并联LED灯具的水冷装置
参照图4，水冷单元3和LED灯具6装配后，可以通过并联方式组成并联的水冷单元组13。
实施例3：串并联LED灯具的水冷装置
参照图5，水冷单元3和LED灯具6装配后，可以通过串联和并联结合的方式组成串并联水冷单元组13。
对LED灯具水冷装置进行性能测试，结果如下：
参照图6，相同条件下，对于不同功率的LED光源模组，对比水冷单元内部有散热片与没有散热片的情况，有散热片的冷却效果明显优越于没有散热片的散热效果。随着LED光源模组的功率增大，使用散热片的LED光源模组的最高温度的增长速率远小于没有使用散热片的；当功率从36W增大到108W，使用了散热片的水冷单元，LED光源模组的最高温度只增加了15度，控制效果明显。
参照图7，相同条件下，对于不同功率的LED光源模组，对比使用水冷却和使用空气自然冷却的冷却方式，使用水冷的效果明显优越于使用空气自然冷却的效果。随着LED光源模组的功率增大，使用水冷却的LED光源模组的最高温度的增长速率远小于使用空气自然冷却的；当功率从36W增大到108W后，使用水冷却的LED光源模组的最高温度只增加了约14度，控制效果明显。
参照图8，分析不同高度的水冷单元的高度对散热效果表明改变水冷单元尺寸对散热效果影响并不大；对不同功率的LED光源模组，高度分别为95cm和65cm的水冷单元相差的LED光源模组的最高温度只有2-4度，暗示着水冷单元小型化存在较大的优化空间。 
参照图9，使用本发明装置及方法，并测量80W的LED光源模组的基板温度表明，在外界条件一定时，LED光源模组的基板温度达到一个可控平衡温度，控制效果明显。在室温13度的时候，基板的平衡温度只上升到约46度，散热效果优越。

Claims (4)

1.一种大型LED灯具系统的水冷装置，其特征是：该装置由水泵及水槽、水冷单元、热水冷却装置及连接它们的水管组成，水泵通过水管与水冷单元连接，水冷单元由出水管与热水冷却装置连接，热水冷却装置与水槽连接。
2.根据权利要求1所述的水冷装置，其特征是：所述的水冷单元为一个腔体，腔体底部设置有与LED灯具配装的卡槽，腔体边缘处设有进水口和出水口，出水口高于进水口，腔体内设置有从腔体底部悬出的散热片，散热片不与腔体其他侧边接触。
3.根据权利要求1所述的水冷装置，其特征是：所述的水冷单元和散热片由导热金属材料制成。
4.一种大型LED灯具系统的水冷却方法，包括如下步骤：
（1）将大型LED灯具串联或并联或串并混联，组成水冷单元组为载体的大型LED灯具系统；
（2）利用导热膏，将每个LED灯具与水冷单元配装；
（3）各水冷单元的腔体以管道连通，并将管道与水槽和热水冷却装置连通；
（4）启动水泵，将水槽冷水通过管道泵入水冷单元，在水冷单元进行热交换，把LED灯具产生的热量带走，进入热水冷却装置冷却后，进入进水槽循环使用。
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