CN106439517A - 利用热泵将led灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统 - Google Patents

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王亦伟
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Abstract

本发明公开了一种利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，该系统包括由LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器、回油调节阀、压缩机、冷凝器、膨胀阀、水泵和管路，所述LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器为装有冷媒的密闭腔体，由LED灯灯体外壳经密封而成，本发明LED灯具既是一个照明器件，同时也是一个加热器件，既有效冷却LED灯具，又通过热泵收集灯具余热制出可用的温度较高的热水，这样，LED消耗的电能得到了接近百分之百的利用，进一步提高其节能减排的效益，解决了现有大功率，特别是高功率密度LED灯具散热问题和能源利用率不高的问题。在同时需要光和热的场合有广泛的应用价值。

Description

利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统
技术领域：
本发明涉及一种利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统。
背景技术：
LED(Light Emitting Diode，称发光二极管)，属于固态光源，具有非常好的节能环保优势，相同光效下耗能仅为白炽灯的10～20％，被誉为"21世纪的照明新光源"，近年来已经成为研究和开发热点。与传统光源相比，半导体光源有节能、高效、体积小、寿命长、响应速度快、驱动电压低、抗震动等优点。
LED发光机理是靠电子在能带间跃迁产生光，其光谱中不包含红外部分，所以其热量不能靠辐射散出，所以说LED是‘冷’光源。但是，目前LED的发光效率仅能达到10％～20％,还有80％～90％的能量转变成了热量。若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温上升超过最大允许温度时(一般是150℃)，大功率LED会因过热而损坏。
LED光源的这个特性对半导体器件来说是一个缺点，必须做好散热措施以保证器件寿命。但反过来从热利用这一角度来看，也许是一个优点，它帮我们把热量收集了起来，不像白炽灯一样把热量以红外线的方式向空间辐射。LED灯具的这个收集热量的特性为LED灯具的余热利用提供了方便。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，既有效冷却LED灯具，又通过热泵收集灯具余热制出可用的温度较高的热水，这样，LED消耗的电能得到了接近百分之百的利用，进一步提高其节能减排的效益，解决了现有大功率，特别是高功率密度LED灯具散热问题和能源利用率不高的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，该系统包括由LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器、回油调节阀、压缩机、冷凝器、膨胀阀、水泵和管路，所述LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器为装有冷媒的密闭腔体，由LED灯灯体外壳经密封而成，腔体周围设有孔洞，孔洞由LED灯发光模块基板密封堵上，LED灯发光模块基板正面设有LED灯发光芯片，所述腔体底端设有出油口，所述腔体上端设有冷媒进口和冷媒出口，所述出油口经回油调节阀跟压缩机的进气管道连通，所述冷媒出口也跟压缩机的进气管道连通，压缩机的出气口依次经冷凝器、膨胀阀跟LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器的腔体上端的冷媒进口连通，形成一个回路；所述冷凝器设有进水口和出水口，所述进水口连接水泵，所述出水口连接热水洗浴设备或供暖设备。
所述膨胀阀为热力膨胀阀或电子膨胀阀，根据LED灯发光模块基板的温度进行控制节流阀的开度。
冷媒充注量最好能使得系统工作时，液态的冷媒能够浸没腔体周围孔洞LED灯发光模块基板背面，这样液态的的冷媒在基板背面吸热沸腾变成蒸汽。
本发明的有益效果如下：
(1)使用LED灯照明时，由于使用主动蒸发制冷方式对LED灯进行冷却，只要压缩机匹配合理是完全能够保障LED灯发光模块基板保持在合理温度范围内的，而且在冷却的同时，它们发出的热量通过热泵制成热水进一步使用。而且由于避免了直接向空气散热，就不需要庞大的空气散热器，节省金属材料，降低成本。
(2)不用LED灯具照明的时候，热泵系统依然可以作为一个空气源热泵热水器单独使用，制出洗澡或供暖用的热水。
总之，本发明LED灯具既是一个照明器件，同时也是一个加热器件，既有效冷却LED灯具，又通过热泵收集灯具余热制出可用的温度较高的热水，这样，LED消耗的电能得到了接近百分之百的利用，进一步提高其节能减排的效益，解决了现有大功率，特别是高功率密度LED灯具散热问题和能源利用率不高的问题。在同时需要光和热的场合有广泛的应用价值，例如宾馆，火车站厅，机场，商场，学校，医院等等。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器的结构示意图；
图3是LED发光模块结构示意图；
其中，1、LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器，1(1)、LED灯发光模块基板，1(2)、LED灯发光芯片，1(3)、LED灯灯体外壳，1(4)、冷媒进口，1(5)、冷媒出口，1(6)、出油口，2、回油调节阀，3、压缩机，4、冷凝器，4(1)、进水口，4(2)、出水口，5、膨胀阀。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
本实例以LED高杆灯为例，LED灯灯体外壳1的结构是一个半球状的密闭腔体。如图1-3所示的一种利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，该系统包括由LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器1、回油调节阀2、压缩机3、冷凝器4、膨胀阀5、水泵和管路，所述LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器1为装有冷媒的密闭腔体，由半球状LED灯灯体外壳1经密封而成，腔体周围设有孔洞，孔洞由LED灯发光模块基板1(1)密封堵上，LED灯发光模块基板1(1)正面设有LED灯发光芯片1(2)，所述腔体底端设有出油口1(6)，所述腔体上端设有冷媒进口1(4)和冷媒出口1(5)，所述出油口1(6)经回油调节阀2跟压缩机3的进气管道连通，所述冷媒出口1(5)也跟压缩机3的进气管道连通，压缩机3的出气口依次经冷凝器4、膨胀阀5跟LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器1的腔体上端的冷媒进口1(4)连通，形成一个回路；所述冷凝器4设有进水口4(1)和出水口4(2)，所述进水口4(1)连接水泵，所述出水口4(2)连接热水洗浴设备或供暖设备。
所述膨胀阀5为热力膨胀阀或电子膨胀阀等带控制功能的膨胀阀，根据LED灯发光模块基板1(1)的温度进行控制节流阀的开度。
冷媒充注量最好能使得系统工作时，液态的冷媒能够浸没腔体周围孔洞LED灯发光模块基板1(1)背面，这样液态的的冷媒在基板背面吸热沸腾变成蒸汽，蒸汽是自然往上走的，因此冷媒进口1(4)和出口1(5)均在LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器1的腔体的上方，但这样的系统所需的润滑油会沉积在LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器1半球结构的底部，因此为了解决积油的问题，腔体底端设有出油口1(6)，通过一个回油调节阀2调节出油量，并与压缩机进气管道相连。回油调节阀2用于控制和避免液态制冷剂从出油口1(6)流出。
工作时：从膨胀阀5流出的经膨胀阀5膨胀后的低温液态冷媒经冷媒进口1(4)进入LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器1，液态的冷媒在LED灯发光模块基板1(1)背面吸热沸腾变成蒸汽，相变汽化制冷，使LED灯发光模块基板1(1)能够维持在合理温度范围内，这个合理温度是通过膨胀阀5的节流开度来实现的。吸热汽化后的冷媒从冷媒出口1(5)被吸入压缩机3的进气管道进行蒸汽压缩变为高温高压气态冷媒，随后进入冷凝器4，与进水口4(1)进入的水进行热交换实现冷凝，同时来自水泵的凉水也变成洗澡或供暖用的热水从出水口4(2)流出进入热水洗浴设备或供暖设备。从冷凝器4出来的冷却后的冷媒进入膨胀阀5膨胀，从而完成循环。

Claims (3)

1.一种利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，其特征在于，该系统包括由LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器、回油调节阀、压缩机、冷凝器、膨胀阀、水泵和管路，所述LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器为装有冷媒的密闭腔体，由LED灯灯体外壳经密封而成，腔体周围设有孔洞，孔洞由LED灯发光模块基板密封堵上，LED灯发光模块基板正面设有LED灯发光芯片，所述腔体底端设有出油口，所述腔体上端设有冷媒进口和冷媒出口，所述出油口经回油调节阀跟压缩机的进气管道连通，所述冷媒出口也跟压缩机的进气管道连通，压缩机的出气口依次经冷凝器、膨胀阀跟LED灯灯体外壳改装成的热泵蒸发器的腔体上端的冷媒进口连通，形成一个回路；所述冷凝器设有进水口和出水口，所述进水口连接水泵，所述出水口连接热水洗浴设备或供暖设备。
2.根据权利要求1所述的利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，其特征在于，所述膨胀阀为热力膨胀阀或电子膨胀阀，根据LED灯发光模块基板的温度进行控制节流阀的开度。
3.根据权利要求1所述的利用热泵将LED灯具冷却并进行余热回收的综合节能系统，其特征在于，冷媒充注量能使得系统工作时，液态的冷媒能够浸没腔体周围孔洞LED灯发光模块基板背面。
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