CN203940392U

CN203940392U - 一种led液冷散热系统及大功率led聚光灯

Info

Publication number: CN203940392U
Application number: CN201420256162.7U
Authority: CN
Inventors: 张华�; 文雪峰
Original assignee: BEIJING GELIN MEIXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING GELIN MEIXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2024-05-19

Abstract

本实用新型提供的一种LED液冷散热系统以及采用所述液冷散热系统的大功率LED聚光灯，能够使大功率LED聚光灯的温度得到很好的控制，确保良好的散热效果以及低噪声工作，有利于LED灯具的稳定工作，延长LED灯具寿命。本实用新型的LED液冷散热系统包括散热底板以及与散热底板连接的密闭型的循环冷却系统，冷却系统包括冷液箱、循环泵、管道和冷却液，散热底板、冷液箱和循环泵通过管道相互连接；散热底板具有中空的内腔和与内腔相连通的冷却液进口和冷却液出口，散热底板冷却液进口连接冷液箱的出口，冷液箱的进口连接循环泵的出口，循环泵的进口连接散热底板冷却液出口。

Description

一种LED液冷散热系统及大功率LED聚光灯

技术领域

本实用新型涉及液冷散热技术领域，特别是涉及一种LED液冷散热系统及大功率LED聚光灯。

背景技术

LED是新一代固体光源，由于它寿命长，发光效率高，能耗低，单色性好，使得它在照明领域得到普及和广泛应用。但是目前大功率LED灯的散热问题一直是困扰其发展的一个重要因素，温度过高，会使其发光强度降低，影响发光效率及照明质量，并且严重影响其使用寿命。目前液冷散热技术已经发展的比较成熟，而且很多液冷介质具有比热大、换热性能良好等特性，能够在LED领域得到很好的应用。

实用新型内容

本实用新型提供一种LED液冷散热系统以及采用所述液冷散热系统的大功率LED聚光灯，能够使大功率LED聚光灯的温度得到很好的控制，确保良好的散热效果以及低噪声工作，有利于LED灯具的稳定工作，延长LED灯具寿命。

本实用新型的技术方案是：

一种LED液冷散热系统，其特征在于，包括散热底板以及与散热底板连接的密闭型的循环冷却系统，所述冷却系统包括冷液箱、循环泵、管道和冷却液，所述散热底板、冷液箱和循环泵通过管道相互连接；所述散热底板具有中空的内腔和与内腔相连通的冷却液进口和冷却液出口，所述散热底板冷却液进口连接冷液箱的出口，冷液箱的进口连接循环泵的出口，循环泵的进口连接散热底板冷却液出口；所述散热底板用于将LED光源产生的热量与冷却系统的冷却液进行充分热交换，所述散热底板的最大允许热阻为：

θ＝(Tmax-Tout)*(A/Q)

其中，Tmax：散热器表面允许的最高温度

Tout：冷却液出口温度

A：被冷却区域的面积

Q：发热器件的总热耗散功率。

所述冷却液体出口温度Tout由以下公式确定：Tout＝Tin+Q/ρ*V*Cp；其中，Tin：冷却液进口温度，ρ：冷却液体的密度，V：冷却液体流速，CP：冷却液体的比热。

所述冷液箱上设置有散热风扇和散热片，用于直接吸收冷液箱的热量向外散出。

所述循环泵采用DDC直流水泵。

所述冷却液选用油性冷却液。

所述管道采用聚氨酯管，所述管道的直径由以下公式确定：d＝18.8√Qv/V(mm)；其中，Qv为水流量(m3/h)；V为水流速(m/s)。

一种采用所述LED液冷散热系统的大功率LED聚光灯，其特征在于，包括大功率LED光源，所述大功率LED光源的功率是200-500W，大功率LED光源贴装在所述散热底板上，散热底板与LED光源之间涂有导热硅脂。

所述散热底板选用铜材料制作。

所述LED聚光灯的外壳内壁贴装散热片，所述冷液箱固定在散热片上，外壳将散热片直接吸收的冷液箱的热量向外散出。

本实用新型的技术效果：

本实用新型提供的一种LED液冷散热系统以及采用所述液冷散热系统的大功率LED聚光灯，能够使大功率LED聚光灯的温度得到很好的控制，确保良好的散热效果以及低噪声工作，有利于LED灯具的稳定工作，延长LED灯具寿命。

本实用新型提供的LED液冷散热系统具有的最大的特点有两个：均衡LED光源的热量和低噪声工作。由于采用本实用新型的液冷散热系统，能够吸收大量的热量而保持温度不会发生明显的变化，因此液冷系统中LED的温度得到了很好的控制，突发的操作都不会引起LED温度瞬间大幅度的变化，因此更有利于LED灯具稳定的工作。液冷系统再搭配超静音风扇，对其散热也能起到很好的效果。水泵的工作噪声很低，几乎听不见声音。这样，整个散热系统就会非常安静。冷却液选用油性冷却液，绝缘性能非常好，即使漏出，不会对LED整体性能产生影响。且具有挥发性，溅出的液体会在3天内完全挥发不会留下痕迹。

因此，采用本实用新型提供的LED液冷散热系统，自主研发的200-500WLED聚光灯，能使LED光源温度控制在45度左右，确保良好的散热效果，延长了大功率LED聚光灯具的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的LED液冷散热系统的原理图。

图2是本实用新型的采用LED液冷散热系统的大功率LED聚光灯结构图。

附图标记列示如下：1-LED光源，2-散热底板，3-冷液箱，4-循环泵，5-管道，6-外壳，7-散热片，8-超静音风扇，9-驱动电源，10-遮光罩。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，一种LED液冷散热系统，包括散热底板以及与散热底板连接的密闭型的循环冷却系统，所述冷却系统包括冷液箱、循环泵、管道和冷却液，所述散热底板、冷液箱和循环泵通过管道相互连接；所述散热底板具有中空的内腔和与内腔相连通的冷却液进口和冷却液出口，所述散热底板冷却液进口连接冷液箱的出口，冷液箱的进口连接循环泵的出口，循环泵的进口连接散热底板冷却液出口。冷液箱上设置有散热风扇和散热片，用于直接吸收冷液箱的热量向外散出。

一套密闭的循环冷却系统必须具有以下部件：冷却液、循环泵、管道。冷却液的作用与空气类似，能吸收大量的热量而保持温度不会明显变化，水泵的作用是推动冷却液流动，管道作用是让冷却液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，这样才能让液冷散热系统正常工作。

散热底板作为液冷散热系统的重要组成部分，主要是将LED光源产生的热量与冷却液充分交换。为了确保LED的发热表面在被液体冷却时能把所耗散的热量尽量全部带走，散热底板的热阻就显得尤为重要！设计适当的散热底板，需要确定如下参数：冷却液体流速，冷却液体进口温度，安装在散热底板上LED光源的热耗散功率，散热器表面允许的最高温度Tmax。已知这些参数，就可以确定散热器的最大的允许热阻并且通过热仿真分析验证。

首先计算冷却液体出口最高温度Tout，这是非常重要的，如果Tout大于Tmax，那么，散热底板将不能解决发热问题。

Tout＝Tin+Q/ρ*v*Cp

Tout：冷却液体出口温度

Tin：冷却液体进口温度

Q：LED的总热耗散功率

ρ：液体的密度

V：冷却液体流速

Cp：冷却液体的比热容，比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热量。比热容是表示物质热性质的物理量，通常用符号Cp表示。

假设Tout小于Tmax，下一步需要确定散热底板的标准化热阻θ，使用如下方程：

θ＝(Tmax-Tout)*(A/Q)

循环泵(或称水泵)是循环冷却系统中的主要部分，其目的是为了使冷却液能够克服冷却回路中总流体摩擦热所需的流量进行循环。水泵是循环冷却系统的心脏。水泵的关键指数有扬程，流量和功率。扬程是衡量一个水泵性能好坏的核心标准。扬程指的是在流量为零时水泵能把水推到的最高高度。而流量则是衡量液冷效能的决定性因素。在密闭的管道里，流量越大，各个冷头所排出的热量就能更有效的被带走。管道整体的温度就能降低。大功率的水泵带来的是更强的性能，但是同时也往水道里排放了更多的热量。但是就LED行业的水泵来讲，水泵本身排出的热量和冷头排出的热量相比就可以忽略不计了。水泵按电流可分为AC水泵和DC水泵。AC水泵扬程高，功率大，但是相应的噪音和占地面积也大，相反的DC水泵相比较AC水泵具有小巧，发热小，安静以及占地面积小。我们采用DC水泵有DDC直流水泵。DDC水泵的特点是小巧，扬程高。

管道系统是循环冷却系统硬件重要组成部分。管管连接了液冷系统里各个部件，是液体的通道。管道的尺寸(如直径、长度等)，应根据冷却液的流速来确定。其中，管道的直径可计算，d＝18.8√Qv/V(mm)；其中，Qv为流量(m3/h)；V为流速(m/s)。管道材料，考虑到冷却介质特殊要求，全部采用聚氨酯管。

水管的参数主要有内径，外径，弯曲度以及材料。常用的水管规格，分为3/8内径，5/8外径(国内所说的3分管)；7/16内径，5/8外径；1/2内径，3/4外径(国内所说的4分管)这3种。水管的内径越大，同水冷配件条件下流量也就越大，但是相应的体积也就越大。内径大的水管相应的外径也就大，相对应的接头尺寸也就更大。本实用新型管道采用外径7mm，内径5mm，与水泵匹配。

冷却液选用油性冷却液，这种油性液体绝缘性能非常好，直接用万用表测量显示为无穷大，即使漏出，不会对LED整体性能产生影响。且具有挥发性，溅出的液体会在3天内完全挥发不会留下痕迹。

如图2所示，是采用所述LED液冷散热系统的大功率LED聚光灯的结构示意图。一种采用所述LED液冷散热系统的大功率LED聚光灯，包括大功率LED光源1，所述大功率LED光源的功率是200-500W，大功率LED光源1贴装在散热底板2上，散热底板与LED光源之间涂有导热硅脂。其中，根据计算出的散热底板的标准化热阻θ值，散热底板2选用铜材料制作，为铜散热底板。散热底板2、冷液箱3和循环泵4通过管道5相互连接；散热底板2具有中空的内腔和与内腔相连通的冷却液进口和冷却液出口，散热底板2的冷却液进口连接冷液箱3的出口，冷液箱3的进口连接循环泵4的出口，循环泵4的进口连接散热底板2的冷却液出口；LED聚光灯的外壳6内壁贴装散热片7，冷液箱3固定在散热片7上，外壳将散热片7直接吸收的冷液箱的热量向外散出。冷液箱3上还装有超静音风扇8，驱动电源9连接光源1，LED光源上具有遮光罩10。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型创造，但不以任何方式限制本实用新型创造。因此，尽管本说明书和实施例对本实用新型创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本实用新型创造专利的保护范围当中。

Claims

1.一种LED液冷散热系统，其特征在于，包括散热底板以及与散热底板连接的密闭型的循环冷却系统，所述冷却系统包括冷液箱、循环泵、管道和冷却液，所述散热底板、冷液箱和循环泵通过管道相互连接；所述散热底板具有中空的内腔和与内腔相连通的冷却液进口和冷却液出口，所述散热底板冷却液进口连接冷液箱的出口，冷液箱的进口连接循环泵的出口，循环泵的进口连接散热底板冷却液出口；所述散热底板用于将LED光源产生的热量与冷却系统的冷却液进行充分热交换，所述散热底板的最大允许热阻为：

θ＝(Tmax-Tout)*(A/Q)

其中，Tmax：散热器表面允许的最高温度

Tout：冷却液出口温度

A：被冷却区域的面积

Q：发热器件的总热耗散功率。

2.根据权利要求1所述的LED液冷散热系统，其特征在于，所述冷却液体出口温度Tout由以下公式确定：Tout＝Tin+Q/ρ*V*Cp；其中，Tin：冷却液进口温度，ρ：冷却液体的密度，V：冷却液体流速，CP：冷却液体的比热。

3.根据权利要求2所述的LED液冷散热系统，其特征在于，所述循环泵采用DDC直流水泵。

4.根据权利要求2所述的LED液冷散热系统，其特征在于，所述冷却液选用油性冷却液。

5.根据权利要求2所述的LED液冷散热系统，其特征在于，所述管道选用聚氨酯管，所述管道的直径由以下公式确定：d＝18.8√Qv/V(mm)；其中，Qv为水流量(m3/h)；V为水流速(m/s)。

6.一种采用所述LED液冷散热系统的大功率LED聚光灯，其特征在于，包括大功率LED光源，所述大功率LED光源的功率是200-500W，大功率LED光源贴装在所述散热底板上，散热底板与LED光源之间涂有导热硅脂。

7.根据权利要求6所述的大功率LED聚光灯，其特征在于，所述散热底板选用铜材料制作。

8.根据权利要求6所述的大功率LED聚光灯，其特征在于，所述LED聚光灯的外壳内壁贴装散热片，所述冷液箱固定在散热片上，外壳将散热片直接吸收的冷液箱的热量向外散出。