一種大功率LED液冷散熱系統技術方案

本發明專利技術公開了一種大功率LED液冷散熱系統，包括水泵、散熱器以及外表面布置有LED光源模塊的熱沉模塊；熱沉模塊相對的兩側均設置有兩個進出口，其中一側的兩個進出口為第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口為第三進出口和第四進出口；水泵的出口分別通過管道與熱沉模塊的第一進出口和第四進出口連接，所述熱沉模塊的第二進出口和第三進出口分別通過管道連接散熱器的進口，散熱器的出口通過管道連接水泵的進口。本發明專利技術使得熱沉模塊內部實現對向雙進雙出的冷卻液流動路徑，使流體與溫度梯度具有良好的協同度，增加了流體中的擾動，提高了熱沉換熱能力以及溫度分布的均勻性，有利于LED模塊的均勻散熱，防止LED模塊局部過熱。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種LED液冷散熱系統，特別涉及一種大功率LED液冷散熱系統，如適用于植物照明的大功率LED液冷散熱系統。
技術介紹
傳統的植物補光常采用高壓鈉燈或熒光燈等，存在能耗高、光譜與植物需求相差大的缺陷，很難保證設施作物的高效生產的需求。而且這些光源在工作時產生大量的熱，若距離植物過近會使其“燙傷”。被稱作第四代光源的LED是一種固態光源，具有體積小、重量輕、節能環保、長壽命、光譜展寬小等優點，較傳統光源具有無法比擬的優勢，是替代傳統光源進行高效補光的理想光源。更為重要的是，LED光源為冷光源，工作時隨光輻射出的熱較少，可貼近植物葉片表面照射，減少了照射距離，提高了光照效率。但是LED作為一種電光轉換器件，其轉換效率僅有30％左右。其余的能量均以熱能的方式釋放。當LED芯片的結溫過高時，會出現波長漂移、壽命縮短等問題，因此有必要對LED光源配備散熱措施。傳熱學中，熱量的傳遞形式有三種，分別為傳導，對流和輻射。目前市場上主流的散熱方式是自然對流散熱，通過給大功率LED配備帶有肋片的散熱器，增大換熱面積，再通過對肋片的優化增強換熱系數進行散熱。這種技術屬于被動散熱技術。由于植物工廠是一個密閉的恒溫環境，如果LED植物燈采用被動散熱技術，大量的LED必將導致室內溫度提升。因此采用主動散熱技術，能把LED產生的大部分熱量轉移到室外，有利于對室溫的控制，并且加強了散熱效率。液冷散熱技術作為一種主動的散熱方式，在現有散熱技術中得到了廣泛的應用，液冷散熱系統中可以將用于帶找流體熱量的散熱器置于室外，從而將LED產生的熱量轉移到室外，其中液冷散熱技術中水作為一種高性價比的換熱材料，逐漸被廣泛使用與LED散熱中來。液冷散熱屬于熱傳遞與熱對流的組合形式，流體與LED散熱器的熱沉接觸，熱量以傳導的方式在熱沉與流體之間進行圍觀運動的傳遞，而后流體通過宏觀運動引起相對位移，冷熱混合而進行熱量傳遞。因為在固體和液體之間存在熱邊界層，因此減小熱邊界層厚度是提升換熱性能的關鍵因素。現有的液冷散熱技術，冷卻液大多是單進單出的循環流動路徑，熱沉出口溫度遠高于進口，導致熱沉溫度分布不均勻；且熱沉內部采用垂直平行翅片，雖然液體流動阻力較低，但同時熱沉換熱能力過低，不利于LED的快速散熱。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種換熱能力高、溫度分布均勻的大功率LED液冷散熱系統。本專利技術的目的通過下述技術方案實現：一種大功率LED液冷散熱系統，其特征在于，包括水泵、散熱器以及外表面布置有LED光源模塊的熱沉模塊；熱沉模塊相對的兩側均設置有兩個進出口，其中一側的兩個進出口為第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口為第三進出口和第四進出口；水泵的出口分別通過管道與熱沉模塊的第一進出口和第四進出口連接，所述熱沉模塊的第二進出口和第三進出口分別通過管道連接散熱器的進口，散熱器的出口通過管道連接水泵的進口。優選的，所述第一進出口和第三進出口的位置相對，第二進出口和第四進出口的位置相對。優選的，所述熱沉模塊包括多個熱沉，每個熱沉相對兩側均設置有兩個進出口，各熱沉通過其上的兩個進出口依次串聯，其中兩個熱沉相連的進出口的位置相對且通過管道相連；串聯的第一個熱沉一側未與其他熱沉連接的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第一進出口和第二進出口，串聯的最后一個熱沉一側未與其他熱沉連接的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第三進出口和第四進出口。優選的，所述熱沉模塊包括一個熱沉，該熱沉相對兩側均設置有兩個進出口，該熱沉一側的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第三進出口和第四進出口。更進一步的，所述熱沉包括基板和蓋板，所述基板為內部凹陷的長方體結構，蓋板設置在基板的上表面。更進一步的，所述長方體結構內部布置有按照矩形排列的菱形翅片，LED光源模塊布置在長方體結構的下表面外側。更進一步的，熱沉設置有兩個進出口的兩側為長方體結構下表面的短邊所在側面，其中按照矩形分布的菱形翅片5為傾斜布置，其長軸方向與長方體結構下表面的長邊呈20～60°夾角。更進一步的，所述蓋板和基板之間設置有防水膠圈；所述蓋板和基板均為高導熱金屬材質。優選的，還包括控制器以及設置在管道中與控制器連接的溫度傳感器，所述控制器的PWM(PulseWidthModulation，脈沖寬度調制)信號輸出端分別連接水泵和散熱器，通過控制器控制水泵和散熱器的工作功率。優選的，連接水泵的出口與熱沉模塊的第一進出口和第四進出口之間的管道、連接散熱器進口與熱沉模塊的第二進出口和第三進出口之間的管道以及連接散熱器出口和水泵進口直接的管道內部均設置有螺旋形微溝道。本專利技術相對于現有技術具有如下的優點及效果：(1)本專利技術液冷散熱系統中水泵出口連接的兩個進出口分別來自于熱沉模塊的兩側，散熱器進口連接的兩個進出口分別來自于熱沉模塊的兩側，水泵工作時流體在熱沉模塊內部分成流向不同的兩個部分，使得熱沉模塊內部實現了對向雙進雙出的冷卻液流動路徑，界面處形成紊流加強整體換熱能力，使得流體與溫度梯度具有良好的協同度，增加了流體中的擾動，克服了常用的單進單出的流動路徑導致的熱沉出口水溫遠高于進口水溫，從而使得液體流動方向的下游LED結溫偏高的問題，提高了熱沉換熱能力以及溫度分布的均勻性，有利于LED模塊的均勻散熱，防止LED模塊局部過熱。(2)本專利技術液冷散熱系統中熱沉內部設置有按照矩形排列的菱形翅片，流體進入熱沉內部后，菱形翅片對流體的流動產生了一定阻力，并且本專利技術熱沉內部設置的多個菱形翅片相比現有技術中垂直平行設置的翅片，對流體流動產生的阻力更大，因此進一步提高了熱沉的換熱能力；另外本專利技術中熱沉內部多個菱形翅片使熱沉內部形成了流體主通道和流體輔通道，輔通道中產生的次流和主通道中的主流相互作用使速度重新分布，減薄了熱邊界層，增大換熱系數，從而增加換熱效果，帶走更多的熱量。(3)本專利技術液冷散熱系統中在管道中設置溫度傳感器，通過溫度傳感器采集管道流體的溫度，并且將溫度信息反饋給控制器，控制器根據溫度傳感器采集的溫度信息調整PWM信號的輸出頻率和占空比，以調節水泵和散熱器的工作功率，在保證散熱效果的前提下，優化了系統的消耗功率。(4)本專利技術液冷散熱系統中的各管道內部設置有螺旋形微溝道，使冷卻液的流動方向輕微改變，破壞管道的熱邊界層并使其重新分布，使得主流中心處冷卻液的熱量更好地傳遞到壁面，而從管道外壁散發，充分利用管道的散熱能力。附圖說明圖1是本專利技術液冷散熱系統的俯視圖。圖2是本專利技術液冷散熱系統中熱沉的爆炸圖。圖3是本發專利技術液冷散熱系統中熱沉的附視圖。圖4是本專利技術管道片段的透視圖。圖5是現有技術中熱沉內部垂直平行設置的翅片。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例本實施例公開了一種大功率LED液冷散熱系統，如圖1所示，包括水泵9、散熱器10以及外表面布置有LED光源模塊的熱沉模塊1；熱沉模塊1相對的兩側均設置有兩個進出口，其中一側的兩個進出口為第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口為第三進出口和第四進出口；水泵9的出口分別通過管道與熱沉模塊的第一進出口和第四進出口連接，所述熱沉模塊的第二進出口和第三進出口分別通過管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率LED液冷散熱系統，其特征在于，包括水泵、散熱器以及外表面布置有LED光源模塊的熱沉模塊；熱沉模塊相對的兩側均設置有兩個進出口，其中一側的兩個進出口為第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口為第三進出口和第四進出口；水泵的出口分別通過管道與熱沉模塊的第一進出口和第四進出口連接，所述熱沉模塊的第二進出口和第三進出口分別通過管道連接散熱器的進口，散熱器的出口通過管道連接水泵的進口。

【技術特征摘要】
1.一種大功率LED液冷散熱系統，其特征在于，包括水泵、散熱器以及外表面布置有LED光源模塊的熱沉模塊；熱沉模塊相對的兩側均設置有兩個進出口，其中一側的兩個進出口為第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口為第三進出口和第四進出口；水泵的出口分別通過管道與熱沉模塊的第一進出口和第四進出口連接，所述熱沉模塊的第二進出口和第三進出口分別通過管道連接散熱器的進口，散熱器的出口通過管道連接水泵的進口。2.根據權利要求1所述的大功率LED液冷散熱系統，其特征在于，所述第一進出口和第三進出口的位置相對，第二進出口和第四進出口的位置相對。3.根據權利要求1所述的大功率LED液冷散熱系統，其特征在于，所述熱沉模塊包括多個熱沉，每個熱沉相對兩側均設置有兩個進出口，各熱沉通過其上的兩個進出口依次串聯，其中兩個熱沉相連的進出口的位置相對且通過管道相連；串聯的第一個熱沉一側未與其他熱沉連接的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第一進出口和第二進出口，串聯的最后一個熱沉一側未與其他熱沉連接的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第三進出口和第四進出口。4.根據權利要求1所述的大功率LED液冷散熱系統，其特征在于，所述熱沉模塊包括一個熱沉，該熱沉相對兩側均設置有兩個進出口，該熱沉一側的兩個進出口分別作為熱沉模塊的第一進出口和第二進出口，另一側的兩個進出口分別作...

【專利技術屬性】
技術研發人員：文尚勝，陳心雅，龐培元，陳浩偉，張帥，梁依倩，吳玉香，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44