本发明涉及一种热管理系统，特别涉及一种应用于低温环境中的大功率光源的热管理系统。
背景技术：
led光源的传统风冷散热方案由风扇和散热器组成，当led光源的功率密度很大时，该方案无法满足散热需求；
led光源的传统液冷散热方案由水冷头、水、水泵、管道和冷排组成，与传统风冷原理一样，通过强化对流换热进行散热，且水的比热容较空气的大，热负载能力高，但是在温度低于零度的情况，水会发生冷凝，从而使液冷方案失效；市面上也有低于零度的冷却液，但它们一方面十分昂贵，另一方面导热系数为空气的3～5倍，主要的散热机理是气液相变带走热量，相变散热的系统结构更复杂，对密封性要求更高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种大功率光源的热管理系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种大功率光源的热管理系统，包括光源系统、涡流管单元和冷却气管路，
涡流管单元的冷端通过冷却气管路与光源系统连接，涡流管单元的冷端通过冷却气管路将冷却气体排出至光源系统中。
本发明的技术方案，外部的压缩气体可以从涡流管单元的喷嘴进入涡流管单元，经喷嘴内膨胀加速后，一部分热气流从涡流管单元的热端排出，一部分气流沿涡流管单元的中心线返回形成冷气流，并从涡流管单元的冷端排出冷却气体，冷却气体可以通过冷却气管路排出至光源系统中，从而实现对光源进行散热的目的，由于从涡流管单元的冷端排出的冷却气体温度可以达到很低，当大功率光源应用于低温环境(如-50℃～0℃)时，从涡流管单元的冷端排出的低温冷却气体可以对光源系统进行散热，从而满足低温环境中大功率光源的散热需求，实现低温环境的光源系统的热管理。
在一些实施方式中，光源系统可以包括灯板、散热器和风扇，灯板设在散热器的一端，风扇设在散热器的另一端，涡流管单元的冷端通过冷却气管路排出的冷却气体流经风扇和散热器对灯板进行散热。由此，涡流管单元的冷端排出的冷却气体流经风扇和散热器，实现对灯板进行散热的目的，散热器可以增大灯板的散热面积，风扇可以加快灯板、散热器与冷却气体之间的热交换速度，进一步提高散热效率。
在一些实施方式中，涡流管单元的数量可以是多个，多个涡流管单元串联连通。由此，根据散热需求，多个涡流管单元串联嵌套在一起可以使排出至光源系统中的冷却气体的温度达到很低，如-46℃。
在一些实施方式中，光源系统还可以包括罩体，冷却气管路的一端与涡流管单元的冷端连通，冷却气管路的另一端与罩体的一端连通，风扇设在罩体的另一端上。由此，罩体可以将从冷却气管路排出的冷却气体收聚在一起，然后集中对灯板进行散热，提高散热效率，可以防止部分冷却气体逸散。
在一些实施方式中，灯板可以是led灯板。由此，led灯节能、环保、显色性与响应速度好。
在一些实施方式中，光源系统还可以包括镜片模组，镜片模组位于灯板的上方，灯板发出的光通过镜片模组传播出去。由此，镜片模组可以保证在光源的有效光斑面积内光强分布的均匀性。
在一些实施方式中，还可以包括低温防护箱，光源系统容置在低温防护箱中。由此，低温防护箱能够确保光源系统可以处在正常工作的温度环境中。
在一些实施方式中，冷却气管路的外周可以设有保温层。由此，保温层可以减少冷却气管路中冷却气体与外界空气的热交换，起到隔热的效果。
在一些实施方式中，还可以包括空压机和气管，空压机通过气管与涡流管单元的喷嘴连通。由此，空压机通过气管可以向涡流管单元提供压缩空气。
在一些实施方式中，还可以包括空气过滤器，空气过滤器设在气管上。由此，空气过滤器可以从压缩空气中分离出水和杂质，避免压缩空气中的水冷凝而导致管线和设备的锈蚀和脏污，经过空压机和空气过滤器后得到干燥的压缩空气。
在一些实施方式中，还可以包括温度传感器、调压阀a和控制器，温度传感器设在光源系统中，调压阀a设在涡流管单元的热端上，温度传感器与控制器连接，控制器与调压阀a连接，温度传感器检测光源系统的温度并将检测到的温度信号发送给控制器，控制器根据接收到的温度信号向调压阀a发送控制信号以调节调压阀a的阀芯的截面积。由此，温度传感器可以实时检测光源系统的温度，具体地，温度传感器可以实时检测光源系统中灯部件的温度，并将该温度信号反馈给控制器，控制器可以对调压阀a的阀芯的截面积进行调节，从而调节涡流管单元的热端的气体流量大小，达到调节涡流管单元的冷端排出的冷却气体流量的目的，实现冷却气体与光源系统的热交换效率的调节，从而实现对光源系统的控温。
在一些实施方式中，还可以包括温度传感器、调压阀b和控制器，温度传感器设在光源系统中，调压阀b设在涡流管单元的喷嘴上，温度传感器与控制器连接，控制器与调压阀b连接，温度传感器检测光源系统的温度并将检测到的温度信号发送给控制器，控制器根据接收到的温度信号向调压阀b发送控制信号以调节调压阀b的阀芯的截面积。由此，温度传感器可以实时检测光源系统的温度，具体地，温度传感器可以实时检测光源系统中灯部件的温度，并将该温度信号反馈给控制器，控制器可以对调压阀b的阀芯的截面积进行调节，从而调节注入涡流管单元的喷嘴中的气体压力大小，达到调节涡流管单元的冷端排出的冷却气体温度的目的，实现冷却气体与光源系统的热交换效率的调节，从而实现对光源系统的控温。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的一种大功率光源的热管理系统的结构示意图；
图2为本发明另一种实施方式的一种大功率光源的热管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：
图1示意性地显示了本发明一种实施方式的一种大功率光源的热管理系统的结构。
参考图1，一种大功率光源的热管理系统，包括光源系统1、涡流管单元2和冷却气管路3。此外，一种大功率光源的热管理系统还可以包括低温防护箱4、空压机5、气管6和空气过滤器7。
参考图1，光源系统1包括灯板101、散热器102、风扇103、罩体104和镜片模组105。
参考图1，灯板101安装在散热器102的右端，散热器102可以是散热翅片，也可以是散热翅片和热管的组合，散热器102可以增大灯板101的散热面积。
本实施例中，灯板101是led灯板，led灯节能、环保、显色性与响应速度好。在其他实施例中，根据需要，灯板101也可以选用其他类型的发光器件。
参考图1，风扇103安装在散热器102的左端，风扇103可以将风扇103左侧的气流吹到风扇103右侧的散热器102及灯板101上，风扇103安装在罩体104的右端上，罩体104的左端与冷却气管路3的右端连通，罩体104呈锥形状，即罩体104右端的开口面积大于罩体104左端的开口面积，罩体104可以将从冷却气管路3排出的冷却气体收聚在一起，然后集中对灯板101进行散热，提高散热效率，可以防止部分冷却气体逸散。
参考图1，镜片模组105安装在灯板101的右方，灯板101发出的光可以通过镜片模组105传播出去，镜片模组105可以选用二次光学透镜，镜片模组105可以保证在光源的有效光斑面积内光强分布的均匀性；与一次光学透镜(直接封装或粘合在led芯片支架上，与led成为一个整体)相比，二次光学透镜与灯板101是两个独立的物体，二次光学透镜可以将灯板101的发光角度再次汇聚成5°至160°之间的任意想要的角度，二次光学透镜的具体结构可以依据对光源投射光斑的具体参数需求进行设计。
参考图1，灯板101、散热器102、风扇103、罩体104和镜片模组105均容置在低温防护箱4中，低温防护箱4能够确保光源系统1可以处在一个正常工作的温度环境中，确保光源系统1可以正常工作，低温防护箱4可以由箱体、加热元件与风冷组件组成，低温防护箱4右端的箱体呈透明状，二次光学透镜将灯板101的发光角度汇聚成5°至160°之间的任意想要的角度后，光线从低温防护箱4的右端射出。
参考图1，气管6的一端安装在空压机5的出气口上，气管6的另一端安装在涡流管单元2的喷嘴202上，空压机5通过气管6可以将压缩空气注入到涡流管单元2的喷嘴202中。
参考图1，空气过滤器7安装在气管6上，空气过滤器7可以从压缩空气中分离出水和杂质，可以防止水和杂质进入涡流管单元2中，避免压缩空气中的水冷凝而导致管线和设备的锈蚀和脏污，经过空压机5和空气过滤器7后得到干燥的压缩空气，所以进入涡流管单元2的喷嘴202中的空气是高压干燥的压缩空气。
空气过滤器7选用可以过滤掉水和空气中常规杂质的过滤装置即可，如：5微米空气过滤器，可从压缩空气中分离出99％的水和杂质，根据过滤需要，也可以选用过滤精度更高的过滤装置。
参考图1，冷却气管路3的左端与涡流管单元2的冷端201连通，冷却气管路3的右端穿过低温防护箱4后与罩体104的左端连通；涡流管单元2工作时，涡流管单元2的冷端201可以排出冷却气体，冷却气体通过冷却气管路3排出至光源系统1的罩体104中，在风扇103的作用下，从涡流管单元2的冷端201排出的冷却气体可以流经风扇103、散热器102，实现对灯板101进行散热的目的，风扇103可以加快灯板101、散热器102与冷却气体之间的热交换速度，进一步提高散热效率。
冷却气管路3的外周可以包裹有保温层，保温层可以由聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料制成，保温层可以减少冷却气管路3中冷却气体与外界空气的热交换，起到隔热的效果。
本实施例中，涡流管单元2的数量为一个。在其他实施例中，根据散热需求，涡流管单元2的数量可以是多个，多个涡流管单元2串联连通，多个涡流管单元2串联嵌套的形式，如：第一个涡流管单元2的冷端与第二个涡流管单元2的喷嘴连通，第二个涡流管单元2的冷端与第三个涡流管单元2的喷嘴连通，以此方式进行串联嵌套，最后一个涡流管单元2的冷端通过冷却气管路3与罩体104的左端连通，压缩空气从第一个涡流管单元2的喷嘴进入第一个涡流管单元2中。
参考图1，本发明的技术方案中，灯板101采用大功率光源，应用于低温环境中，低温是指低于零度的情况，例如-50℃～0℃，工作时，空压机5产生的压缩空气经过空气过滤器7后从涡流管单元2的喷嘴202进入涡流管单元2，进入涡流管单元2的喷嘴202中的空气是高压干燥的压缩空气，压缩空气在喷嘴202内膨胀加速后，一部分热气流从涡流管单元2的热端203排出，一部分气流沿涡流管单元2的中心线返回形成冷气流，并从涡流管单元2的冷端201排出冷却气体，冷却气体通过冷却气管路3排出至光源系统1的罩体104中，在风扇103的作用下，从冷却气管路3排出的冷却气体可以流经风扇103、散热器102，实现对灯板101进行散热的目的，从而实现对大功率光源进行散热的目的，由于从涡流管单元2的冷端201排出的冷却气体温度可以达到很低，当大功率光源应用于低温环境(如-50℃～0℃)时，从涡流管单元2的冷端201排出的低温冷却气体可以对灯板101进行散热，从而满足低温环境中大功率光源的散热需求，实现低温环境的光源系统的热管理；另外，从涡流管单元2的热端203排出的热气流可以循环利用，节省能源，如：导入供热系统等。
实施例二：
图2示意性地显示了本发明另一种实施方式的一种大功率光源的热管理系统的结构。
参考图2，一种大功率光源的热管理系统，包括光源系统1、涡流管单元2和冷却气管路3。此外，一种大功率光源的热管理系统还可以包括低温防护箱4、空压机5、气管6、空气过滤器7、温度传感器8、调压阀a9、控制器10、调压阀b11和信号传输线12。
参考图2，光源系统1包括灯板101、散热器102、风扇103、罩体104和镜片模组105。
参考图2，灯板101安装在散热器102的右端，散热器102可以是散热翅片，也可以是散热翅片和热管的组合，散热器102可以增大灯板101的散热面积。
本实施例中，灯板101是led灯板，led灯节能、环保、显色性与响应速度好。在其他实施例中，根据需要，灯板101也可以选用其他类型的发光器件。
参考图2，风扇103安装在散热器102的左端，风扇103可以将风扇103左侧的气流吹到风扇103右侧的散热器102及灯板101上，风扇103安装在罩体104的右端上，罩体104的左端与冷却气管路3的右端连通，罩体104呈锥形状，即罩体104右端的开口面积大于罩体104左端的开口面积，罩体104可以将从冷却气管路3排出的冷却气体收聚在一起，然后集中对灯板101进行散热，提高散热效率，可以防止部分冷却气体逸散。
参考图2，镜片模组105安装在灯板101的右方，灯板101发出的光可以通过镜片模组105传播出去，镜片模组105可以选用二次光学透镜，镜片模组105可以保证在光源的有效光斑面积内光强分布的均匀性；与一次光学透镜(直接封装或粘合在led芯片支架上，与led成为一个整体)相比，二次光学透镜与灯板101是两个独立的物体，二次光学透镜可以将灯板101的发光角度再次汇聚成5°至160°之间的任意想要的角度，二次光学透镜的具体结构可以依据对光源投射光斑的具体参数需求进行设计。
参考图2，灯板101、散热器102、风扇103、罩体104和镜片模组105均容置在低温防护箱4中，低温防护箱4能够确保光源系统1可以处在一个正常工作的温度环境中，确保光源系统1可以正常工作，低温防护箱4可以由箱体、加热元件与风冷组件组成，低温防护箱4右端的箱体呈透明状，二次光学透镜将灯板101的发光角度汇聚成5°至160°之间的任意想要的角度后，光线从低温防护箱4的右端射出。
参考图2，气管6的一端安装在空压机5的出气口上，气管6的另一端安装在涡流管单元2的喷嘴202上，空压机5通过气管6可以将压缩空气注入到涡流管单元2的喷嘴202中。
参考图2，空气过滤器7安装在气管6上，空气过滤器7可以从压缩空气中分离出水和杂质，可以防止水和杂质进入涡流管单元2中，避免压缩空气中的水冷凝而导致管线和设备的锈蚀和脏污，经过空压机5和空气过滤器7后得到干燥的压缩空气，所以进入涡流管单元2的喷嘴202中的空气是高压干燥的压缩空气。
空气过滤器7选用可以过滤掉水和空气中常规杂质的过滤装置即可，如：5微米空气过滤器，可从压缩空气中分离出99％的水和杂质，根据过滤需要，也可以选用过滤精度更高的过滤装置。
参考图2，冷却气管路3的左端与涡流管单元2的冷端201连通，冷却气管路3的右端穿过低温防护箱4后与罩体104的左端连通；涡流管单元2工作时，涡流管单元2的冷端201可以排出冷却气体，冷却气体通过冷却气管路3排出至光源系统1的罩体104中，在风扇103的作用下，从涡流管单元2的冷端201排出的冷却气体可以流经风扇103、散热器102，实现对灯板101进行散热的目的，风扇103可以加快灯板101、散热器102与冷却气体之间的热交换速度，进一步提高散热效率。
冷却气管路3的外周可以包裹有保温层，保温层可以由聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料制成，保温层可以减少冷却气管路3中冷却气体与外界空气的热交换，起到隔热的效果。
参考图2，温度传感器8安装在灯板101上，温度传感器8可以实时检测灯板101的温度。
温度传感器8可以选用热电偶，也可以选用热敏电阻、铂电阻(rtd)或温度ic。
参考图2，调压阀a9安装在涡流管单元2的热端203上，调压阀a9的阀芯的截面积变化时，从涡流管单元2的热端203排出的热气流的流量大小就会发生变化，对应地，从涡流管单元2的冷端201排出的冷却气体的流量也会对应发生变化，从而可以调节冷却气体与光源系统的热交换效率。
参考图2，调压阀b11安装在涡流管单元2的喷嘴202上，具体地，调压阀b11可以安装在喷嘴202与空气过滤器7之间的气管6上，调压阀b11的阀芯的截面积变化时，注入涡流管单元2的喷嘴202中的气体压力大小就会发生变化，从涡流管单元2的冷端201排出的冷却气体的温度就会发生变化，从而可以调节冷却气体与光源系统的热交换效率。
涡流管单元2中，当增大喷嘴202处压缩气体的压力，并维持相同的涡流管分离比时，冷端201排出的冷气流的温度会降低；当维持相同的喷嘴202处压缩气体的压力，并减小涡流管分离比时，冷端201排出的冷却气体的温度会显著降低。
参考图1，温度传感器8可以通过信号传输线12与控制器10连接，控制器10可以通过信号传输线12与调压阀a9连接，控制器10可以通过信号传输线12与调压阀b11连接。
控制器10可以采用单片机、微控制器或计算机等。
本实施例中，涡流管单元2的数量为一个。在其他实施例中，根据散热需求，涡流管单元2的数量可以是多个，多个涡流管单元2串联连通，多个涡流管单元2串联嵌套的形式，如：第一个涡流管单元2的冷端与第二个涡流管单元2的喷嘴连通，第二个涡流管单元2的冷端与第三个涡流管单元2的喷嘴连通，以此方式进行串联嵌套，最后一个涡流管单元2的冷端通过冷却气管路3与罩体104的左端连通，压缩空气从第一个涡流管单元2的喷嘴进入第一个涡流管单元2中。
参考图2，温度传感器8可以实时检测灯板101的温度，并将检测到的温度信号反馈给控制器10进行处理，控制器10根据接收到的温度信号通过控制程序发送相应的控制信号给调压阀a9和调压阀b11，从而调节调压阀a9的阀芯的截面积，调节调压阀b11的阀芯的截面积，以实现调节压缩空气压力(调压阀b11)和气体流量(调压阀a9)大小的功能，从而达到调节冷端201排出的冷却气体流量和温度的目的，实现调节冷却气体与光源系统1的热交换效率，达到对灯板101的控温目的。控制器10调控调压阀a9以及调压阀b11的方式以及顺序可以事先进行设置。
参考图2，本发明的技术方案中，灯板101采用大功率光源，应用于低温环境中，低温是指低于零度的情况，例如-50℃～0℃，工作时，空压机5产生的压缩空气经过空气过滤器7以及调压阀b11后从涡流管单元2的喷嘴202进入涡流管单元2，进入涡流管单元2的喷嘴202中的空气是高压干燥的压缩空气，压缩空气在喷嘴202内膨胀加速后，一部分热气流从热端203处的调压阀a9排出，一部分气流沿涡流管单元2的中心线返回形成冷气流，并从涡流管单元2的冷端201排出冷却气体，冷却气体通过冷却气管路3排出至光源系统1的罩体104中，在风扇103的作用下，从冷却气管路3排出的冷却气体可以流经风扇103、散热器102，实现对灯板101进行散热的目的，从而实现对大功率光源进行散热的目的，由于从涡流管单元2的冷端201排出的冷却气体温度可以达到很低，当大功率光源应用于低温环境(如-50℃～0℃)时，从涡流管单元2的冷端201排出的低温冷却气体可以对灯板101进行散热，从而满足低温环境中大功率光源的散热需求，实现低温环境的光源系统的热管理，同时，温度传感器8可以将检测到的灯板101处的温度信号反馈给控制器10，控制器10根据接收到的温度信号通过调控调压阀a9以及调压阀b11，以实现调节压缩空气压力(调压阀b11)和气体流量(调压阀a9)大小的功能，从而达到调节冷端201排出的冷却气体流量和温度的目的，实现调节冷却气体与光源系统1的热交换效率，达到对灯板101的控温目的；另外，从涡流管单元2的热端203排出的热气流可以循环利用，节省能源，如：导入供热系统等。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
1.一种大功率光源的热管理系统，其特征在于，包括光源系统、涡流管单元和冷却气管路，
所述涡流管单元的冷端通过冷却气管路与所述光源系统连接，涡流管单元的冷端通过冷却气管路将冷却气体排出至光源系统中。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述光源系统包括灯板、散热器和风扇，所述灯板设在散热器的一端，所述风扇设在散热器的另一端，涡流管单元的冷端通过冷却气管路排出的冷却气体流经风扇和散热器对灯板进行散热。
3.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述涡流管单元的数量是多个，多个涡流管单元串联连通。
4.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述光源系统还包括罩体，所述冷却气管路的一端与涡流管单元的冷端连通，冷却气管路的另一端与罩体的一端连通，所述风扇设在罩体的另一端上。
5.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括低温防护箱，所述光源系统容置在低温防护箱中。
6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述冷却气管路的外周设有保温层。
7.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括空压机和气管，所述空压机通过气管与涡流管单元的喷嘴连通。
8.根据权利要求7所述的热管理系统，其特征在于，还包括空气过滤器，所述空气过滤器设在气管上。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的热管理系统，其特征在于，还包括温度传感器、调压阀a和控制器，所述温度传感器设在光源系统中，调压阀a设在涡流管单元的热端上，温度传感器与控制器连接，控制器与调压阀a连接，温度传感器检测光源系统的温度并将检测到的温度信号发送给控制器，控制器根据接收到的温度信号向调压阀a发送控制信号以调节调压阀a的阀芯的截面积。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的热管理系统，其特征在于，还包括温度传感器、调压阀b和控制器，所述温度传感器设在光源系统中，调压阀b设在涡流管单元的喷嘴上，温度传感器与控制器连接，控制器与调压阀b连接，温度传感器检测光源系统的温度并将检测到的温度信号发送给控制器，控制器根据接收到的温度信号向调压阀b发送控制信号以调节调压阀b的阀芯的截面积。
技术总结