[实用新型]基于双进双出射流水冷的大功率LED散热系统

说明书

技术领域

本实用新型属于LED照明领域，具体是指一种用于大功率LED照明灯具散热的系统。 

背景技术

大功率LED作为第四代光源，具有节能、环保、发光效率高、使用寿命长等优点，具有广阔的市场前景。但是大功率LED消耗的总能量的80％左右转化为热量，如果这些热量得不到及时的传导、散去，会对发光芯片造成不可逆损伤，加速LED的光衰，使用寿命缩短。即使在结温允许的温度范围内，光通量也会随着温度的上升而产生可逆性的减少，所以为保证LED的寿命和获取良好的照明效果，就要对LED进行散热处理。目前解决大功率LED散热问题的主要方式为风扇制冷、热管换热、水冷三种。风扇制冷是在LED热沉上加装风扇，强化换热，但是该散热方案散热能力有限，针对的LED功率较小，同时风扇工作容易带来噪音，且散热效果易受工作位置和环境的影响；热管换热能够将LED产出的热量通过内部液体的蒸发迅速传导至冷端对LED进行降温，但是热管的结构复杂，生产成本高，同时冷端仍需进行散热设计，否则容易达到热平衡，该散热方式还受到安装角度及环境温度的严重影响；水冷散热能够将LED产生的热量迅速带走，保证LED的正常工作，但是该类系统一般体积较大，同时，当灯具体积较大时，容易造成壁面温度分布不均与的问题。 

发明内容

为了克服现有的LED散热方案中存在的问题，本实用新型提出了一种双进双出射流水冷散热系统，该系统能够对LED进行迅速降温，同时体积小，工作 时散热壁面温度分布均匀。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的：根据过增元等编著的《场协同原理与强化传热新技术》(北京：中国电力出版社，2004)中介绍了关于射流散热的相关理论，指出了流场和温度场之间的协同程度对散热效果有很大影响，速度矢量角和温度梯度矢量角存在着如下关系：当夹角小于90℃时，减小夹角可强化换热效果，当夹角大于90℃时，增大夹角可提高换热效果，设计了一种基于射流水冷的散热系统。包括双进双出射流水冷散热器；加装导流罩的风冷散热器；两路K型热电偶组成的温度采集器；基于stm32单片机，能根据芯片底部温度自动调节散热系统功率的系统控制器；基于L298N芯片的功率控制器；两个散热水泵和散热风扇。 

双进双出射流水冷散热器由外壳和内部的孔板构成，外壳两侧左右两侧各有两组管道接口，内部含有形成射流的孔板，孔板和壁厚均为3mm，板上开孔用于形成射流，散热器顶部有两个凹槽，用于安装热电偶。冷却水从射流散热器两侧下方的进水口进入散热器，经过孔板后形成射流，与安装LED的顶部进行换热后从两侧的出水口流出。流出的水进入水槽，在散热风扇与水槽之间加装了导流罩，散热片贴于铝制水槽上，水槽的水管接口位于两个对面的异侧，水经过水槽进行冷却，在通过微型水泵进入下一次循环。 

在射流水冷散热器顶部的凹槽内安装了两个K型热电偶温度传感器，将采集到的温度发送给单片机控制器。控制部分为一种基于stm32单片机的控制器，连接两路K型热电偶采集芯片底部温度并显示，同时通过串口将温度数据发送给上位机，根据采集温度输出对应PWM(脉冲宽度调制)信号并显示，利用两个L298N芯片控制两个风扇和水泵的工作功率。控制器能实现的功能为：双路 温度信号的采集、显示及传输，根据温度自动控制水泵、风扇功率。 

本实用新型的有益效果是，相对于单进单出的水冷散热器，均温和散热性能更优。在散热系统全功率输出的条件下，在室温环境温度下，60W大功率LED基板温度保持在32℃，且均温性良好，保证了大功率LED的正常工作。同时系统各结构加工较为容易，对于现有设备和技术而言，易于实现。 

附图说明

图1加装导流罩的散热水槽 

图2双进双出射流水冷散热器 

图3系统实际连接图 

具体实施方式

在图1中，(1)为用于循环水冷却的散热水槽，水从(2)进出水槽进行冷却，(3)为散热风扇，(4)为用于约束流形的导流罩，(5)为热沉，这几个部分通过(6)立柱连接到一起，后可用导热胶粘贴在(1)散热水槽上。 

在图2中，(1)为射流水冷散热器外部结构，(2)为散热器进水口(3)为散热器出水口，(4)为散热器(1)内部孔板，水从入水口(2)进入后经过孔板(4)形成射流，与顶部进行热交换，后从出水口(3)流出。外壳(1)和孔板(4)的厚度均为3mm。