一种大功率LED散热和余热利用系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种大功率LED散热和余热利用系统，系统，包括：灯体，包括本体和LED芯片，本体采用热的良导体材质制成，本体内部设置有冷却通道，冷却通道的两端分别设置进口接头和出口接头；LED芯片通过导热介质固定在本体上；以及，水箱，提供盛放冷水的空间，所述进口接头和出口接头分别通过第一管路和第二管路连接在水箱侧壁上，第一管路的连接位点低于第二管路的连接位点；所述灯体的位置低于第一管路与水箱的连接位点，且进口接头高于出口接头。利用温差驱动水的流动，使LED的散热更加稳定可靠运行。

A high power LED heat dissipation and waste heat utilization system

【技术实现步骤摘要】
一种大功率LED散热和余热利用系统
本技术涉及LED灯散热
，特别涉及一种大功率LED散热和余热利用系统。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。LED作为第四代光源，具有体积小、低能耗、光效高、寿命长等特点，近些年在生产和生活中越来越普及，但是LED光电转换效率只有20％～30％，即只能将20％～30％左右的电能转换为光能，剩余70％～80％左右的电能转化成热能，如果不采取有效的散热方法，LED将结温过高，LED结温过高将引起光强降低、光谱偏移、色温升高等问题。对于小功率LED光源来说，其热流密度小，采用增加散热材料的面积的方法就可以将光源温度保持在允许范围内，对于大功率LED光源来说，其热流密度大，仅仅通过增加散热材料的散热面积无法足散热需求。目前没有行之有效的解决大功率LED散热的方案。LED工作时产生大量的余热，现有的应用中大部分将这些余热废弃而未加利用，部分人员提出了在LED芯片和散热装置本体之间连接半导体温差发电片，利用温差发电的方法将余热进行利用，但是这种利用方法余热利用率低，只有5％左右，且由于采用温差发电余热利用方案相当于在LED芯片的散热路径中多加了一层传热热阻，导致LED芯片温度比未采用温差发电余热利用时温度高，不利于LED的长期工作。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是提供一种大功率LED散热和余热利用系统。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：一种大功率LED散热和余热利用系统，包括：灯体，包括本体和LED芯片，本体采用热的良导体材质制成，本体内部设置有冷却通道，冷却通道的两端分别设置进口接头和出口接头；LED芯片通过导热介质固定在本体上；以及，水箱，提供盛放冷水的空间，所述进口接头和出口接头分别通过第一管路和第二管路连接在水箱侧壁上，第一管路的连接位点低于第二管路的连接位点；所述灯体的出口接头低于第二管路与水箱的连接位点，且进口接头低于出口接头。灯体的位置低于水箱的最高液位时，由于连通器原理，第一管路中的水会对灯体内的水产生一定的压强，当灯体通电后，会产生一定的热量，将灯体内的冷却水加热，冷却水被加热后，密度减小，体积膨胀，该部分热水会在水压作用下逐渐进入第二管路内，进而缓慢入水箱中，冷水补充至灯体中，将灯体的热量转移至水中，形成水循环，实现了对LED的降温。利用温差驱动水的流动，使LED的散热更加稳定可靠运行。灯体的出口接头和第二管路与水箱的连接位点之间的高度差越大越好。在一些实施例中，所述冷却通道为直通道，与进口接头和出口接头共轴设置。直通道可以有效减小水流动的摩擦阻力，保证水的顺利流动。进一步的，所述冷却通道的数量为2-20个。在灯体内设置多个冷却通道，以保证将灯体及时散热。进一步的，所述灯体竖向设置，使冷却通道竖向设置。灯体竖向设置时，可以使得冷却水流动更加顺畅。在一些实施例中，第一管路的连接位点与第二管路的连接位点的高度差大于5cm。在一些实施例中，所述水箱的底部设置有补水接口，补水接口通过补水管和泵与冷水源连接。对水箱补水时，从水箱底部补水，在补水过程中，冷水会流过第一管路、灯体和第二管路，将第一管路、灯体和第二管路充满水，保证温差驱动水循环的顺利进行。在一些实施例中，所述水箱的侧壁上设置有放水接口，放水接口通过管道与热水储水箱连接。当水箱中的冷却水温度升高到较高值时，可以通过放水管道排放至热水储水箱中暂时储存。该部分热水可以用于各个方面，实现了冷却水的余热利用。在一些实施例中，所述水箱的顶部连接有U形弯头。保持水箱内部与大气相通，同时防止环境杂物进入水箱内。一种大功率LED散热和余热利用方法，包括如下步骤：将各个部件连接好；从水箱底部向水箱内补水，液位经过第一管路与水箱的连接位点时，冷却水从第一管路进入灯体内的冷却水通道内，随着补水的进行，逐渐充满第二管路；补水继续进行，至水箱内液位高于第二管路的连接位点大于5cm为止；启动LED，其产生热量转移至冷却水中，并通过温差形成水循环。在一些实施例中，还包括将水箱中的热水放出利用的步骤。本技术的有益技术效果为：(1)传统的LED散热多采用空气自然对流散热，其自然对流散热系数只有3-5W/(m2·℃)左右，散热能力差，本技术采用水对LED进行冷却，经试验，水的对流传热系数可达1000W/(m2·℃)，远超空气对流传热的方案，此外采用本技术制造的LED的灯体体积小、重量轻。(2)散热系统稳定可靠：传统的LED散热也有采用水冷散热方案，但多采用水泵来驱动水的流动，以流过多组LED灯，一旦水泵故障水流停止，LED芯片将在短时间内超温烧毁，本方案的散热部分利用水的温差来驱动水的流动，没有任何运动和耗电部件，因此散热部分稳定可靠。(3)本技术中LED产生的热量除少量通过灯体散发到空气外，大部分热量均传递到水中，余热利用率可高达90％以上。(4)本技术的LED直接通过导热介质粘附在本体上，产生的热量直接转移至本体，并被冷却水吸收，可以快速转移产生的热量，保证LED的长期稳定工作。附图说明构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1为本技术实施例大功率LED散热及余热利用系统的结构示意图；图2为本技术实施例LED灯体的结构示意图。其中，1、灯体，2、第一管路，3、第二管路，4、水箱，5、冷水储水箱，6、热水储水箱，7、补水管，8、放水管，9、补水阀门，10、放水阀门，11、水泵，12、余热利用机组，13、温度测点，14、第一液位测点，15、第二液位测点，16、本体，17、LED芯片，18、进口接头，19、出口接头。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。如图1所示，灯体1内有冷却水通道和进出口接头，进出口接头与灯体内的冷却水通道形成连续流道，灯体采用铜铝等导热优良的材质，LED芯片通过导热界面材料连接在灯体上，为实散热效果最佳，灯体在安装过程中应保持进液口低于出液口。第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率LED散热和余热利用系统，其特征在于：包括：/n灯体，包括本体和LED芯片，本体采用热的良导体材质制成，本体内部设置有冷却通道，冷却通道的两端分别设置进口接头和出口接头；/nLED芯片通过导热介质固定在本体上；/n以及，水箱，提供盛放冷水的空间，所述进口接头和出口接头分别通过第一管路和第二管路连接在水箱侧壁上，第一管路的连接位点低于第二管路的连接位点；/n所述灯体的出口接头低于第二管路与水箱的连接位点，且进口接头低于出口接头。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率LED散热和余热利用系统，其特征在于：包括：
灯体，包括本体和LED芯片，本体采用热的良导体材质制成，本体内部设置有冷却通道，冷却通道的两端分别设置进口接头和出口接头；
LED芯片通过导热介质固定在本体上；
以及，水箱，提供盛放冷水的空间，所述进口接头和出口接头分别通过第一管路和第二管路连接在水箱侧壁上，第一管路的连接位点低于第二管路的连接位点；
所述灯体的出口接头低于第二管路与水箱的连接位点，且进口接头低于出口接头。


2.根据权利要求1所述的大功率LED散热和余热利用系统，其特征在于：所述冷却通道为直通道，与进口接头和出口接头共轴设置。


3.根据权利要求2所述的大功率LED散热和余热利用系统，其特征在于：所述冷却通道的数量为2-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾磊，刘志刚，吕明明，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37