CN205896853U - 一种大功率led液冷散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率LED液冷散热系统，包括水泵、散热器以及外表面布置有LED光源模块的热沉模块；热沉模块相对的两侧均设置有两个进出口，其中一侧的两个进出口为第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口为第三进出口和第四进出口；水泵的出口分别通过管道与热沉模块的第一进出口和第四进出口连接，所述热沉模块的第二进出口和第三进出口分别通过管道连接散热器的进口，散热器的出口通过管道连接水泵的进口。本实用新型使热沉模块内部实现对向双进双出的冷却液流动路径，使流体与温度梯度具有良好的协同度，增加了流体中的扰动，提高了热沉换热能力以及温度分布的均匀性，有利于LED模块的均匀散热，防止LED模块局部过热。

Description

一种大功率LED液冷散热系统

技术领域

本实用新型涉及一种LED液冷散热系统，特别涉及一种大功率LED液冷散热系统，如适用于植物照明的大功率LED液冷散热系统。

背景技术

传统的植物补光常采用高压钠灯或荧光灯等，存在能耗高、光谱与植物需求相差大的缺陷，很难保证设施作物的高效生产的需求。而且这些光源在工作时产生大量的热，若距离植物过近会使其“烫伤”。被称作第四代光源的LED是一种固态光源，具有体积小、重量轻、节能环保、长寿命、光谱展宽小等优点，较传统光源具有无法比拟的优势，是替代传统光源进行高效补光的理想光源。更为重要的是，LED光源为冷光源，工作时随光辐射出的热较少，可贴近植物叶片表面照射，减少了照射距离，提高了光照效率。

但是LED作为一种电光转换器件，其转换效率仅有30％左右。其余的能量均以热能的方式释放。当LED芯片的结温过高时，会出现波长漂移、寿命缩短等问题，因此有必要对LED光源配备散热措施。

传热学中，热量的传递形式有三种，分别为传导，对流和辐射。目前市场上主流的散热方式是自然对流散热，通过给大功率LED配备带有肋片的散热器，增大换热面积，再通过对肋片的优化增强换热系数进行散热。这种技术属于被动散热技术。由于植物工厂是一个密闭的恒温环境，如果LED植物灯采用被动散热技术，大量的LED必将导致室内温度提升。因此采用主动散热技术，能把LED产生的大部分热量转移到室外，有利于对室温的控制，并且加强了散热效率。液冷散热技术作为一种主动的散热方式，在现有散热技术中得到了广泛的应用，液冷散热系统中可以将用于带找流体热量的散热器置于室外，从而将LED产生的热量转移到室外，其中液冷散热技术中水作为一种高性价比的换热材料，逐渐被广泛使用与LED散热中来。

液冷散热属于热传递与热对流的组合形式，流体与LED散热器的热沉接触，热量以传导的方式在热沉与流体之间进行围观运动的传递，而后流体通过宏观运动引起相对位移，冷热混合而进行热量传递。因为在固体和液体之间存在热边界层，因此减小热边界层厚度是提升换热性能的关键因素。现有的液冷散热技术，冷却液大多是单进单出的循环流动路径，热沉出口温度远高于进口，导致热沉温度分布不均匀；且热沉内部采用垂直平行翅片，虽然液体流动阻力较低，但同时热沉换热能力过低，不利于LED的快速散热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种换热能力高、温度分布均匀的大功率LED液冷散热系统。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种大功率LED液冷散热系统，其特征在于，包括水泵、散热器以及外表面布置有LED光源模块的热沉模块；热沉模块相对的两侧均设置有两个进出口，其中一侧的两个进出口为第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口为第三进出口和第四进出口；

水泵的出口分别通过管道与热沉模块的第一进出口和第四进出口连接，所述热沉模块的第二进出口和第三进出口分别通过管道连接散热器的进口，散热器的出口通过管道连接水泵的进口。

优选的，所述第一进出口和第三进出口的位置相对，第二进出口和第四进出口的位置相对。

优选的，所述热沉模块包括多个热沉，每个热沉相对两侧均设置有两个进出口，各热沉通过其上的两个进出口依次串联，其中两个热沉相连的进出口的位置相对且通过管道相连；串联的第一个热沉一侧未与其他热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，串联的最后一个热沉一侧未与其他热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。

优选的，所述热沉模块包括一个热沉，该热沉相对两侧均设置有两个进出口，该热沉一侧的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。

更进一步的，所述热沉包括基板和盖板，所述基板为内部凹陷的长方体结构，盖板设置在基板的上表面。

更进一步的，所述长方体结构内部布置有按照矩形排列的菱形翅片，LED光源模块布置在长方体结构的下表面外侧。

更进一步的，热沉设置有两个进出口的两侧为长方体结构下表面的短边所在侧面，其中按照矩形分布的菱形翅片5为倾斜布置，其长轴方向与长方体结构下表面的长边呈20～60°夹角。

更进一步的，所述盖板和基板之间设置有防水胶圈；所述盖板和基板均为高导热金属材质。

优选的，还包括控制器以及设置在管道中与控制器连接的温度传感器，所述控制器的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号输出端分别连接水泵和散热器，通过控制器控制水泵和散热器的工作功率。

优选的，连接水泵的出口与热沉模块的第一进出口和第四进出口之间的管道、连接散热器进口与热沉模块的第二进出口和第三进出口之间的管道以及连接散热器出口和水泵进口直接的管道内部均设置有螺旋形微沟道。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型液冷散热系统中水泵出口连接的两个进出口分别来自于热沉模块的两侧，散热器进口连接的两个进出口分别来自于热沉模块的两侧，水泵工作时流体在热沉模块内部分成流向不同的两个部分，使得热沉模块内部实现了对向双进双出的冷却液流动路径，界面处形成紊流加强整体换热能力，使得流体与温度梯度具有良好的协同度，增加了流体中的扰动，克服了常用的单进单出的流动路径导致的热沉出口水温远高于进口水温，从而使得液体流动方向的下游LED结温偏高的问题，提高了热沉换热能力以及温度分布的均匀性，有利于LED模块的均匀散热，防止LED模块局部过热。

(2)本实用新型液冷散热系统中热沉内部设置有按照矩形排列的菱形翅片，流体进入热沉内部后，菱形翅片对流体的流动产生了一定阻力，并且本实用新型热沉内部设置的多个菱形翅片相比现有技术中垂直平行设置的翅片，对流体流动产生的阻力更大，因此进一步提高了热沉的换热能力；另外本实用新型中热沉内部多个菱形翅片使热沉内部形成了流体主通道和流体辅通道，辅通道中产生的次流和主通道中的主流相互作用使速度重新分布，减薄了热边界层，增大换热系数，从而增加换热效果，带走更多的热量。

(3)本实用新型液冷散热系统中在管道中设置温度传感器，通过温度传感器采集管道流体的温度，并且将温度信息反馈给控制器，控制器根据温度传感器采集的温度信息调整PWM信号的输出频率和占空比，以调节水泵和散热器的工作功率，在保证散热效果的前提下，优化了系统的消耗功率。

(4)本实用新型液冷散热系统中的各管道内部设置有螺旋形微沟道，使冷却液的流动方向轻微改变，破坏管道的热边界层并使其重新分布，使得主流中心处冷却液的热量更好地传递到壁面，而从管道外壁散发，充分利用管道的散热能力。

附图说明

图1是本实用新型液冷散热系统的俯视图。

图2是本实用新型液冷散热系统中热沉的爆炸图。

图3是本发实用新型液冷散热系统中热沉的附视图。

图4是本实用新型管道片段的透视图。

图5是现有技术中热沉内部垂直平行设置的翅片。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种大功率LED液冷散热系统，如图1所示，包括水泵9、散热器10以及外表面布置有LED光源模块的热沉模块1；热沉模块1相对的两侧均设置有两个进出口，其中一侧的两个进出口为第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口为第三进出口和第四进出口；水泵9的出口分别通过管道与热沉模块的第一进出口和第四进出口连接，所述热沉模块的第二进出口和第三进出口分别通过管道连接散热器的进口，散热器10的出口通过管道连接水泵的进口。在本实施例中第一进出口和第三进出口的位置相对，第二进出口和第四进出口的位置相对。

水泵9工作时，水泵9的出口的流体流入管道中，经过管道后分别通过第一进出口和第四进出口进入到热沉模块内部，然后从第三进出口和第二进出口流出后通过管道流入到散热器中，经过散热器10散热处理后的流体流入到水泵9进口，实现流体的循环利用。其中流体可以为水或者其他液体。本实施例液冷散热系统中水泵出口连接的两个进出口分别来自于热沉模块的两侧，散热器进口连接的两个进出口分别来自于热沉模块的两侧，流体分别通过热沉模块两侧的进出口即第一进出口和第四进出口流入到热沉内部，然后通过热沉模块两侧进出口即第三进出口和第二进出口分别流出，使得热沉模块内部实现了对向双进双出的冷却液流动路径，使得流体与温度梯度具有良好的协同度，增加了流体中的扰动，克服了常用的单进单出的流动路径导致的热沉出口水温远高于进口水温，从而使得液体流动方向的下游LED结温偏高的问题，提高了热沉换热能力以及温度分布的均匀性，有利于LED模块的均匀散热，防止LED模块局部过热。

液冷散热系统中热沉模块1可以包括多个热沉，每个热沉相对两侧均设置有两个进出口，各热沉通过其上的两个进出口依次串联，其中串联的第一个热沉一侧未与其他热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，其中两个热沉相连的进出口的位置相对且通过管道相连；串联的最后一个热沉一侧未与其他热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。如图1中所示，在本实施例中热沉模块包括两个热沉，第一个热沉一侧的两个进出口分别与第二个热沉一侧的两个进出口对应通过管道连接，而且相连的进出口位置相对，第一个热沉一侧未与第二个热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，第二个热沉一侧未与第一个热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。当然本实施例中热沉模块中的热沉也可以为一个，该热沉相对两侧均设置有两个进出口，该热沉一侧的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。

如图2所示，本实施例中热沉包括基板6和盖板2，基板6为内部凹陷的长方体结构，盖板2设置在基板的上表面。盖板2和基板6之间设置有防水胶圈3；盖板2和基板6均为高导热金属材质。本实施例长方体结构内部布置有按照矩形排列的菱形翅片5，LED光源模块7布置在长方体结构的下表面外侧。如图2和3所示，热沉设置有两个进出口4的两侧为长方体结构下表面的短边所在侧面，其中按照矩形分布的菱形翅片5为倾斜布置，其长轴方向与长方体结构下表面的长边呈20～60°夹角，在本实施例中夹角为30°。在本实施例中菱形翅片5材质与基板6的材质一致。所述菱形翅片5高度与所述基板6的外壁高度一致。本实施例中，流体进入热沉内部后，多个菱形翅片对流体的流动产生了一定阻力，并且本实施例热沉内部设置的多个菱形翅片相比现有技术中如图5所示的垂直平行设置的翅片，对流体流动产生的阻力更大，因此进一步提高了热沉的换热能力。本实施例中热沉内部多个菱形翅片使热沉内部形成了流体主通道和流体辅通道，其中流体主通道即为菱形翅片之间形成的平行与进出口的通道，流体辅通道即为菱形翅片之间形成的与长方体结构下表面的长边夹角为30°的通道。辅通道中产生的次流和主通道中的主流相互作用使速度重新分布，减薄了热边界层，增大换热系数，从而增加换热效果，带走更多的热量。

如图4所示，本实施例中连接水泵的出口与热沉模块的第一进出口和第四进出口之间的管道8、连接散热器进口与热沉模块的第二进出口和第三进出口之间的管道8以及连接散热器出口和水泵进口直接的管道8内部均设置有螺旋形微沟道。各管道中设置的螺旋形微沟道使流体的流动方向轻微改变，破坏管道中热边界层并使其重新分布，使得主流中心处流体的热量更好地传递到壁面，而从管道外壁散发，充分利用管道的散热能力。

本实施例中液冷散热系统还包括控制器以及设置在管道中与控制器连接的温度传感器，控制器的PWM信号输出端分别连接水泵和散热器，通过控制器控制水泵和散热器的工作功率。具体为：温度传感器采集管道流体的温度，并且将温度信息反馈给控制器，控制器根据温度传感器采集的温度信息调整PWM信号的输出频率和占空比，通过输出PWM信号调节水泵和散热器的工作功率，在保证散热效果的前提下，优化了系统的消耗功率。本实施例中采用的温度传感器可以为ds18b20；控制器可为单片机，例如stm32单片机；散热器可以为一些常用的LED散热风扇。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率LED液冷散热系统，其特征在于，包括水泵、散热器以及外表面布置有LED光源模块的热沉模块；热沉模块相对的两侧均设置有两个进出口，其中一侧的两个进出口为第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口为第三进出口和第四进出口；

水泵的出口分别通过管道与热沉模块的第一进出口和第四进出口连接，所述热沉模块的第二进出口和第三进出口分别通过管道连接散热器的进口，散热器的出口通过管道连接水泵的进口。

2.根据权利要求1所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，所述第一进出口和第三进出口的位置相对，第二进出口和第四进出口的位置相对。

3.根据权利要求1所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，所述热沉模块包括多个热沉，每个热沉相对两侧均设置有两个进出口，各热沉通过其上的两个进出口依次串联，其中两个热沉相连的进出口的位置相对且通过管道相连；串联的第一个热沉一侧未与其他热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，串联的最后一个热沉一侧未与其他热沉连接的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。

4.根据权利要求1所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，所述热沉模块包括一个热沉，该热沉相对两侧均设置有两个进出口，该热沉一侧的两个进出口分别作为热沉模块的第一进出口和第二进出口，另一侧的两个进出口分别作为热沉模块的第三进出口和第四进出口。

5.根据权利要求3或4所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，所述热沉包括基板和盖板，所述基板为内部凹陷的长方体结构，盖板设置在基板的上表面。

6.根据权利要求5所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，所述长方体结构内部布置有按照矩形排列的菱形翅片，LED光源模块布置在长方体结构的下表面外侧。

7.根据权利要求6所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，热沉设置有两个进出口的两侧为长方体结构下表面的短边所在侧面，其中按照矩形分布的菱形翅片5为倾斜布置，其长轴方向与长方体结构下表面的长边呈20～60°夹角。

8.根据权利要求5所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，所述盖板和基板之间设置有防水胶圈；所述盖板和基板均为高导热金属材质。

9.根据权利要求1所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，还包括控制器以及设置在管道中与控制器连接的温度传感器，所述控制器的PWM信号输出端分别连接水泵和散热器，通过控制器控制水泵和散热器的工作功率。

10.根据权利要求1所述的大功率LED液冷散热系统，其特征在于，连接水泵的出口与热沉模块的第一进出口和第四进出口之间的管道、连接散热器进口与热沉模块的第二进出口和第三进出口之间的管道以及连接散热器出口和水泵进口直接的管道内部均设置有螺旋形微沟道。