CN103527955A

CN103527955A - 一种具有热量回收功能的led照明系统

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Publication number: CN103527955A
Application number: CN201310504965.XA
Authority: CN
Inventors: 吴玺; 王健翔; 杨健; 徐晓杰; 贺孟戈; 张慧拓
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公开了一种具有热量回收功能的LED照明系统，通过将照明装置与热回收装置分离布置，这样能确保在受空间限制的情况下，LED平面光源、热电模块与散热翅片能够适应性的布置，大大提高了照明系统的实用性，简化了照明系统的结构，减小了照明系统的体积。通过设置热电模块对LED平面光源产生的热量进行吸收，不仅可实现LED平面光源的高效散热，而且可将部分余热进行热电转换，并将电能通过导线输出到电网或储能电池中再利用，可以作为LED的辅助电源，减少资源的浪费。此外，通过设置散热翅片，有效的增加了换热面积，能将余下的热量尽快散掉，保证照明系统一直保持在正常的温度范围内，以保证LED平面光源的发光质量与使用寿命。

Description

一种具有热量回收功能的LED照明系统

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，具体涉及一种具有热量回收功能的LED照明系统。

背景技术

为了提高发光效率和延长寿命，高功率发光二极管（LED）逐渐取代了白炽灯和荧光灯。LED最主要的优点之一就是它的高效能。传统的白炽灯和荧光灯有将近80%的电能转换成热能损失掉，而LED只有20%或更少的热能损失。但是，白炽灯和荧光灯产生的热量大都以辐射的形式传到灯泡外面，而LED产生的少量热量则不能传递到外面，因而LED照明系统温度会逐渐升高，严重影响其发光效率和使用寿命。所以，需要对LED照明系统进行有效的热量管理以保证其正常使用和提高使用寿命。

目前市场上LED灯主要靠自然散热的方法，从传热学角度看，自然散热是利用自然对流和热辐射作为基本的散热原理。在自然散热中，基本思想是借助灯具外壁面、尤其是翅片对周围空气的对流散热和对周围物体的辐射散热。这种散热形式依靠灯具自身的结构形式（如加装散热片）实现散热。提高散热效果的途径主要是通过优化设计增加散热面积和通风对流效果以及改善表面辐射系数，由此带来的问题是要增加尺寸和成本。据调查，一只100W的LED灯至少需要350元的散热费用。而且这种方式对灯具的结构形式要求很高，且外观笨重，影响美观和品位。发热功率增大时散热成本陡增而且散热量有限。

现有技术中公开了“一种可实现热量回收的LED照明装置（专利号：200810017370.0）”，该专利中提出采用热电转换装置回收余热，实现高效节能的技术效果，并通过将回收的余热转换为电能控制散热风扇散热，实现LED的散热，但由于热电转换装置与散热风扇均与LED集成于一体，导致照明装置的结构较为复杂、体积较大，成本较高，且维修更换不便。

鉴于以上问题，有必要提出一种具有热量回收功能的LED照明系统，以简化照明系统的结构，减小照明系统的整体体积，便于使用操作，实现对LED产生的热量充分的回收再利用，提高利用率，降低散热成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有热量回收功能的LED照明系统，以简化照明系统的结构，减小照明系统的体积，便于使用操作，实现对LED产生的热量充分的回收再利用，提高利用率，降低散热成本。

根据本发明的目的提出的一种具有热量回收功能的LED照明系统，包括照明装置与热回收装置，所述照明装置与所述热回收装置分离布置，所述照明装置与所述热回收装置间连接有热管，通过热管将所述照明装置中产生的热量传递至热回收装置进行回收利用；

所述照明装置包括电路板、设置于所述电路板上的至少一个散热基板、以及LED平面光源，所述LED平面光源为一一对应设置于所述散热基板上的LED；

所述热回收装置包括通过导线连接的热电模块与储能单元，所述热管与所述热电模块的上表面热接触形成热端，所述热电模块的下端为冷端。

优选的，所述照明系统还包括散热装置。

优选的，所述散热装置为设置于所述热电模块下方的散热翅片。

优选的，所述散热翅片与所述热电模块的下表面热接触。

优选的，所述散热翅片由并列设置的多个U型翅片组成。

优选的，所述电路板上开设有通孔，所述散热基板与所述热管间连接有导热件，所述导热件穿过所述通孔。

优选的，所述散热翅片为铝制散热翅片。

优选的，所述照明系统中各部件间的热接触处均设置有导热油增加传热。

优选的，所述电路板材料为玻璃或环氧树脂或采用金属印制。

优选的，所述散热基板采用铜或铜合金制成。

与现有技术相比，本发明公开的具有热量回收功能的LED照明系统的优点是：通过将照明装置与热回收装置分离布置，这样能确保在受空间限制的情况下，LED平面光源、热电模块与散热翅片能够适应性的布置，大大提高了照明系统的实用性，简化了照明系统的结构，减小了照明系统的整体体积，便于使用操作。通过设置热电模块对LED平面光源产生的热量进行吸收，不仅可实现LED平面光源的高效散热，而且可将部分余热进行热电转换，并将电能通过导线输出到电网或储能电池中再利用，可以作为LED的辅助电源，提高电源利用率，减少资源的浪费，实现节能的目的。

此外，通过设置散热翅片，有效的增加了换热面积，能将余下的热量尽快散掉，保证照明系统一直保持在正常的温度范围内，以保证LED平面光源的发光质量与使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种具有热量回收功能的LED照明系统的立体图。

图2为本发明公开的一种具有热量回收功能的LED照明系统的俯视图。

图3为本发明公开的一种具有热量回收功能的LED照明系统的主视图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、LED平面光源 2、散热基板 3、电路板 4、热管 5、热电模块 6、散热翅片 7、导线 8、导热材料 9、通孔

具体实施方式

目前，LED在照明领域使用越来越广泛，但由于LED产生的少量热量无法传递到外面，因此严重影响其发光效率和使用寿命。而市场上LED灯主要靠自然散热的方法，该方法发热功率增大时散热成本陡增而且散热量有限。现有技术中公开了“一种可实现热量回收的LED照明装置（专利号：200810017370.0）”，该专利中提出采用热电转换装置回收余热，并通过将回收的余热转换为电能控制散热风扇散热，但由于热电转换装置与散热风扇均与LED集成于一体，散热效果不明显，且照明装置的结构较为复杂、体积较大，成本较高，且维修更换不便。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种具有热量回收功能的LED照明系统，以简化照明系统的结构，减小照明系统的体积，便于使用操作，实现对LED产生的热量充分的回收再利用，提高利用率，降低散热成本。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请一并参见图1至图3，图1为本发明公开的一种具有热量回收功能的LED照明系统的立体图。图2为本发明公开的一种具有热量回收功能的LED照明系统的俯视图。图3为本发明公开的一种具有热量回收功能的LED照明系统的主视图。如图所示，一种具有热量回收功能的LED照明系统，包括照明装置与热回收装置，照明装置与热回收装置分离布置，照明装置与热回收装置间连接有热管4，通过热管4将照明装置中产生的热量传递至热回收装置进行回收利用。热管4内设有吸液芯，吸液芯充满液态相变介质，管内抽成负压密封。

通过将照明装置与热回收装置分离布置，这样能确保在受空间限制的情况下，照明装置与热回收装置能够适应性的布置，大大提高了照明系统的实用性，简化了照明系统的结构，减小了照明系统的整体体积，便于使用操作。且有效的将照明装置产生的热量回收至热回收装置处，提高散热的有效性。

照明装置包括电路板3、设置于电路板3上的至少一个散热基板2、以及LED平面光源1，LED平面光源1为一一对应设置于散热基板2上的LED。照明系统中可以包含一个或多个LED，每个LED都连接一个散热基板，并固定在一个或多个电路板上。每个电路板可以通过热管与一个或多个热电模块连接。具体结构方式不做限制。

电路板上有为LED提供电源的电导体，同时也固定有与LED平面光源相关的其他一些电子元件。电路板材料可以是玻璃或者环形树脂，优选为采用铝或者其他金属印制，使其具有良好的热导性。散热基板的材料一般为铜或者铜合金，散热基板包围着LED平面光源，并与LED的基底热接触，可以有效收集LED平面光源产生的热量，并传递给散热基板，避免热量过度集中而影响LED的使用寿命。

热回收装置包括通过导线7连接的热电模块5与储能单元（未示出），热管4与热电模块5的上表面热接触形成热端，热电模块的下端为冷端。通过设置热电模块，散热基板可将LED平面光源的热流充分传导出来并通过热管吸收，之后利用热电模块将热量转换成电能并通过储能单元暂存和转化后输出，为LED照明用电提供补充。

照明系统还包括散热装置，散热装置为设置于热电模块5下方的散热翅片6。散热翅片6与热电模块5的下表面热接触。通过设置散热翅片，增加换热面积，能将热电模块回收余下的热量尽快散掉，保证LED照明系统一直保持在正常的温度范围内，以保证LED平面光源的发光质量与使用寿命。

其中，散热翅片由并列设置的多个U型翅片组成。散热翅片材料一般采用金属、金属合金或者导热高分子材料，考虑到成本、效率等因素，散热翅片采用常规的铝散热翅片制成。

电路板3上开设有通孔9，散热基板2与热管4间连接有导热件（未示出），导热件穿过通孔9。

通过在电路板上穿孔，利用导热件将散热基板与热管进行热接触，将散热基板中收集的热量传递出来。热电模块的上表面（即热端）与热管的另一端热接触，热管将散热基板中的热量源源不断传递到热电模块的上表面，而热电模块的下表面（即冷端）与散热翅片热接触，这样热电模块上下表面便会出现温差，导线7中就会有电流产生，实现将热能转换成电能，并将电能通过导线输出到电网或者储能电池中，可以作为LED的辅助电源。其中，上述各热结合处都采用导热油作为导热材料来增强传热。

热电模块5是基于Seebeck效应（塞贝克效应）工作的，即在两种不同的金属所组成的闭合回路中，如果两个接头处的温度不同，其回路将产生电动势，且这个温差电动势的大小与接点温差成正比。本发明装置中的热电模块5由半导体温差发电组件构成，可选用市售的TEC1-03180T125型温差发电组件（温差达到60℃时，发电电压可达3.5V，电流可达3～5A）。因LED的功率不同，热电模块5的数量和组合形式及散热翅片6的尺寸、数量及形状根据实际情况会有所不同。

本发明的工作原理如下：

当LED照明系统通过外加电源运行时，LED平面光源1产生热量并传递给散热基板2和电路板3，位于电路板3下面的热管4就会吸收热量，并将热量传递到热电模块5的上表面。此时，热电模块5的上、下表面由于存在温差，导线7中就会有电流出现，并将电能输出到储能单元。未完全利用的热量就会通过热电模块下表面的散热翅片6将热量耗散出去。

本发明的系统结构较之现有照明装置，有以下三点优势：

一、将LED平面光源与热电模块及散热翅片分离布置，可以实现在较小空间下LED照明系统合理布置，进一步扩大了LED照明系统的应用范围。

二、LED所产生的热量通过热管传递到热电模块，能及时将LED所产生的热量传递出去，保证了LED平面光源的工作环境温度不会随着工作时间的增加而增加，极大提高了LED平面光源的使用寿命和发光效率。

三、利用热电模块将余热转换成电能，产生的电能又可以提供给LED照明系统，这样就可以降低照明系统的整体能耗，达到节约能源的目的。而且，随着热电模块的热电转换效率不断提高，本发明的LED照明系统的节能效果会更加明显。

本发明公开了一种具有热量回收功能的LED照明系统，通过将照明装置与热回收装置分离布置，这样能确保在受空间限制的情况下，LED平面光源、热电模块与散热翅片能够适应性的布置，大大提高了照明系统的实用性，简化了照明系统的结构，减小了照明系统的整体体积，便于使用操作。通过设置热电模块对LED平面光源产生的热量进行吸收，不仅可实现LED平面光源的高效散热，而且可将部分余热进行热电转换，并将电能通过导线输出到电网或储能电池中再利用，可以作为LED的辅助电源，提高电源利用率，减少资源的浪费，实现节能的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，包括照明装置与热回收装置，所述照明装置与所述热回收装置分离布置，所述照明装置与所述热回收装置间连接有热管，通过热管将所述照明装置中产生的热量传递至热回收装置进行回收利用；

2.如权利要求1所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括散热装置。

3.如权利要求2所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于所述散热装置为设置于所述热电模块下方的散热翅片。

4.如权利要求3所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述散热翅片与所述热电模块的下表面热接触。

5.如权利要求3所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述散热翅片由并列设置的多个U型翅片组成。

6.如权利要求1所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述电路板上开设有通孔，所述散热基板与所述热管间连接有导热件，所述导热件穿过所述通孔。

7.如权利要求3所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述散热翅片为铝制散热翅片。

8.如权利要求1-7任一项所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述照明系统中各部件间的热接触处均设置有导热油增加传热。

9.如权利要求1所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述电路板材料为玻璃或环氧树脂或采用金属印制。

10.如权利要求1所述的具有热量回收功能的LED照明系统，其特征在于，所述散热基板采用铜或铜合金制成。