CN103748410A - 冷却系统和包括该冷却系统的基于led的光源 - Google Patents

冷却系统和包括该冷却系统的基于led的光源 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于发光二极管的光源（2）的冷却系统（1），其中该光源包括完全封闭的光源配件（3），该光源配件具有防火壳体（4）。作为冷却系统（1）的一部分的冷却本体（5）设置在壳体中。冷却系统（1）还包括电气操作的空气循环装置（6）。通过此种冷却系统，利用最低的额外成本或最低的额外的光源重量或尺寸来补偿光通量的减小，其中，同时LED光源能以宽泛的温度范围用在危险区域中。

Description

冷却系统和包括该冷却系统的基于LED的光源
背景技术
过去，提出用在危险区域中的多个照明器或光源，其中白炽灯光源或荧光灯光源由发光二极管（LED）所替代。这些新的光源也须满足将这些光源设置在诸如防火封壳之类危险区域中的特定需求，或者诸如Ex-e(增安型)、Ex-d(隔爆型)之类防爆产品所含的其它需求。此外，这些LED光源的光输出取决于温度，并且通常认为，环境温度例如从20℃升高至90℃会致使光通量从100％变为50％。因此，对于此种LED光源需要冷却系统来补偿光通量的减小。此种冷却系统也需要满足上文已提到的用在危险区域中的需求。
一种补偿光通量减小的可能方案是增大整个固定件和相对应的光源容纳件的冷却能力，以通过增大相对于环境大气的接触表面来至少部分地补偿此种光通量减小。另一种可能方案是，在光通量发生相应地减小的情形中、增加一些所使用的LED。
然而，上述那些方案都会导致成本增加并且还会导致相对应的光源或光源配件的尺寸增大。
发明内容
本发明的目的是利用最低的额外成本或最低的额外的光源重量或尺寸来补偿光通量的减小，其中，同时LED光源应能以宽泛的温度范围用在危险区域中。
可通过独立权利要求的特征来实现该目的。
根据本发明，相对应的LED光源的冷却系统并不仅仅包括冷却本体来作为冷却系统的一部分，其中该冷却本体设置在防火壳体内，该冷却系统还包括电气操作的空气循环装置。
通过该空气循环装置，可使得空气强有力地循环并且通过该循环的空气使得热量从LED光源充分地散除，以避免由于温度升高而导致的任何光通量减小。
当然，此种电气操作的空气循环装置也必须满足在危险区域操作该空气循环装置的要求。实现此种空气循环装置的一种简单的可能性是包括至少一个冷却风扇的装置。
为了使用光源的特定的防爆特性，还可将空气循环装置设置在防火壳体内。这意味着，在危险区域中无需采取额外的预警措施，但采用光源已履行的相对应措施。
防火壳体的一种可能性例如是隔爆型（ex-d）封壳，该隔爆型封壳提供防爆壳体。
通常，不仅需要一个LED光源，而且需要相当多数量的该LED光源。在该考虑上，如果基于LED的光源包括至少一个LED模块则会是有利的，该LED模块具有包括印刷电路板和多个LED的LED板。这些相对应的模块也可替代多个其它的光源，例如2或3个荧光灯或白炽灯。
此外，能以不同的形状和尺寸获得相对应的模块，通常这些相对应的LED直接设置在此种印刷电路板（PCB）上。还可直接使用相对应的端子，用以将此种LED板与端子电气地连接，以替代之前所述的白炽灯或荧光灯。
为了直接从LED板耗散热量，还可使得该LED板直接与例如包括多个冷却肋部的冷却本体接触。还可将冷却本体和LED板设计成一件式构造，以设置在光源内。
为了相对于LED获得有效气流，如果将空气循环装置设置在LED板和/或冷却本体的开口中则可被认为是有利的。经由此种空气循环装置，空气将在防火壳体内循环，以使得热量不仅由冷却本体及其冷却肋部传递至壳体的壁，而且通过壳体内的增大气流传递至壳体的壁。空气循环装置也可设置在壳体内的其它位置处，例如设置在空气循环腔室内。
此外，气流也会较佳地将热量从LED耗散至冷却本体及其肋部。
为了获得相当大的用于此种热耗散的表面，可提出在LED板和冷却本体周围形成空气循环腔室。这使得气流几乎与壳体的所有相对应内表面接触。
会需要将风扇设置在特定位置处用以优化冷却效果，且在该考虑上，当空气循环装置的风扇与相对应的风扇电动机分开时则是有利的，而在该空气循环装置的风扇和相对应的风扇电动机之间设有机械扭矩传递装置。这允许单独地设置风扇电动机和风扇。此种机械扭矩传递装置可以是转动轴线、心轴装置之类。当然，还可使得相对应的风扇电动机分配给壳体内的两个或多个风扇。
此外，还可将风扇电动机设置在防火壳体内，且将至少一个风扇分配给外部壳体，该外部壳体至少部分地覆盖防火壳体，而空气引导装置设置在该外部壳体和防火壳体之间。
这意味着，风扇设置在防火壳体的外部且仅仅需要满足与危险区域中布置相关的某些机械要求。然而，防火壳体和设置在其中的构件仍需满足所有的电气要求。
为了改进利用此种外部风扇和外部壳体的冷却，可考虑设置多个冷却肋部，这些冷却肋部在防火壳体的外表面和外部壳体之间延伸，并且具体设置在空气引导装置内。外部壳体也用于保护冷却肋部不受灰尘之类的污染。
实现此种空气引导装置的一种简单可能性是通过空气引导通道来形成的空气引导装置，该空气引导通道在两个通道端部处都打开用以引导空气通过。
此种空气引导通道足以冷却防火壳体内的所有LED，从而在壳体内无需额外的冷却装置。然而，当然还可如上所述将此种外部冷却装置与又一些内部冷却装置组合起来。
为了在空气引导装置内提供有效的气流，可将外部风扇设置在一个通道端部附近或该通道端部处。
可使得机械扭矩传递装置通过空气引导通道从风扇电动机延伸至外部风扇，该风扇电动机设置在防火壳体内，而该外部风扇设置在空气引导通道内。
如上所述，还可将内部和外部冷却组合起来，藉此，除了外部风扇以外，附加的内部风扇可设置防火壳体内。当然，也可设置更多的这些的内部和外部风扇，例如两个外部风扇或两个内部风扇或风扇的任何其它组合。
通常，可仅仅使用一个风扇电动机，这意味着，内部风扇和外部风扇都由防火壳体内的同一风扇电动机所致动。
当然，根据致动时间，风扇也会产生热量，从而如果相对应的风扇由冷却肋部支承或者设置在冷却肋部之间，则会是有利的。从风扇电动机的角度来看这也是可能的，该风扇电动机也支承或至少接触这些冷却肋部。
通常，在打开相对应的光源之后直到到达会产生特定的光通量减小的温度范围为止，会花费一些时间。此外，当然环境温度也可是相当低的，这会影响光源的任何冷却。为了仅仅在确实需要风扇的情形中操作风扇，可将至少一个温度传感器设置在防火壳体内，以控制风扇的致动和/或速度。该温度传感器可设置成相当靠近LED模块。采用此种温度传感器，不仅风扇电动机的打开和关闭得到控制，而且在需要一定程度较强或较弱气流的情形中能影响风扇的速度。
此外，在仅仅根据需求来打开冷却系统的该特定部分的情形下，操作风扇的任何所需电力也会是最小的。
该特定的冷却系统可以是能包含在已被使用的光源或照明器中的附加部分。该特定的冷却系统也可在例如任何白炽灯或荧光灯光源由此种LED模块替代的情形中设置在此种光源或照明器内。这意味着，冷却系统是替代的部分或附加的部分，该替代的部分或附加的部分类似于能结合到光源或照明器中的模块。
此外，该冷却系统也可是相对应的光源或照明器的一部分，本发明还涉及一种基于LED的光源，该基于LED的光源包括装配有如上所述防火壳体和冷却系统的完全封闭的光源。
下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
附图说明
图1是基于LED光源的前侧视图；
图2是根据图1的光源的侧视图；
图3是根据图1的光源的俯视图；
图4是沿图3的剖线IV-IV剖取的剖视图；
图5是光源的第二实施例的侧视图；
图6是根据图5的光源的仰视图；以及
图7是沿图5的剖线VII-VII剖取的剖视图。
具体实施方式
在图1中，示出一种基于LED的光源2的前侧视图，光源2带有的光源配件（光源结构部件）3包括防火壳体4。在壳体的下端处设有覆盖玻璃件26，使得光源配件能被完全封闭。
在图2中，示出从一个侧向端部观察到的相对应光源2的又一侧视图，而在图3中示出该光源的俯视图。
通常，根据该第一实施例的壳体是盒状的。
在图4中，示出沿着图3中IV-IV剖线剖取的相对应壳体的剖视图。
在防火壳体4的内部设有空气循环腔室14，该空气循环腔室围绕根据本发明的冷却系统1。该冷却系统1包括冷却本体5，该冷却本体具有延伸至壳体的上壁的多个冷却肋部12，这些冷却肋部与相对应的覆盖玻璃件26相反。在冷却本体5的下方设置有LED模块8，该LED模块通常具有与冷却本体5相同的高度并且附连于该冷却本体。LED模块8也可与冷却本体一起形成为一体的部件。
LED模块8包括至少一个LED板9，该LED板通常是印刷电路板10。在该印刷电路板（PCB）上设置有多个LED11。此种布置可以呈多个条带形式或类似形式，并且一些其它型式的LED也可设置在该PCB10上。
LED11沿朝向覆盖玻璃件26的方向发出光。在PCB10并且还在冷却本体5的中间设置有开口13。在该开口中设置有作为冷却系统1一部分的空气循环装置6。该空气循环装置6包括冷却风扇7，由于该冷却风扇设置在防火壳体4内部，因而该冷却风扇可被认为是内部风扇。此外，空气循环装置6还包括一些风扇电动机15。
在冷却风扇7由其风扇电动机15转动的情形中，参照相对应的空气流动方向27，空气会受驱使地在防火壳体且尤其在空气循环腔室14内循环。
由LED产生的热量会经由该气流而耗散，从而增强光源的整体冷却效果。
气流会防止一个或一些LED发生任何局部的加热，并且还使得热量相对于冷却本体及其肋部并且还相对于壳体的外壁更全面的分布。
由于根据本发明的光源设置在危险区域中，因而需满足与此种电气器件在那些危险区域中的布置相关的需求，例如防火壳体是ex-d（隔爆型）封壳那样的布置。
在图5至7中，披露根据本发明的相应冷却系统的第二实施例。图5是基于LED的光源2的侧视图，而图6是该光源的仰视图。
根据该实施例的相对应防火壳体或光源配件3是拱形的并且包括内部壳体（参照防火壳体4）以及外部壳体17（具体参见图6和7）。内部或防火壳体进而是完全封闭的配件，其中LED模块8与冷却本体5设置在一起。参见图7，冷却本体5和LED模块8成一体，其中作为冷却本体5一部分的多个冷却肋部12沿垂直方向向上延伸。
具有PCB的相应LED11设置在冷却本体5的底面上，并且指向相应的覆盖玻璃件26。
在防火壳体4和外部壳体17之间设有呈空气引导通道20形式的空气引导装置18。该空气引导通道20在其端部处敞开，参见通道的端部21和22。
参见图6，空气引导通道20由多个冷却肋部19细分。那些冷却肋部19从防火壳体4的外表面24延伸穿过空气引导通道20并向上延伸至外部壳体17的内表面。
在参见图5至7的第二实施例中，空气循环装置6包括风扇电动机15，该风扇电动机15与相对应的风扇（参见外部风扇25）分开。在电动机和外部风扇25之间设有机械扭矩传递装置16。该机械扭矩传递装置可以是转动轴线、心轴等等。
该相对应的机械扭矩传递装置16延伸穿过空气引导通道20，其中，风扇电动机15设置在防火壳体4中，且外部风扇25在空气引导通道20的通道端部22附近设置在该空气引导通道20内。
在该通道端部22处，该外部壳体17具有多个开口28，使得空气流从下方的通道端部21引至该上方通道端口22，并通过相对应的开口28通向环境大气。
该相对应的机械扭矩传递装置16是单纯的机械连接件，该机械连接件应满足与危险区域中布置相关的相对应机械需求。
然而，空气循环装置6的相对应电部件都设置在防火壳体4或者完全封闭的光源配件3内。
参见图7，一些更为特别的冷却肋部19设置在外部风扇25的下方，该外部风扇由那些肋部所支承，其中风扇电动机15也在壳体4内部设置在相对应的冷却肋部12之间。
在根据本发明的所有实施例中，可将温度传感器23设置在防火壳体内部，并且通常邻近于LED模块8或相对应的LED11。通过该温度传感器23可测量LED附近的温度，并且能根据所测得的温度来控制风扇的致动。这意味着，仅仅在温度于防火壳体内升高至特定水平以上的情形下，相对应的风扇电动机15才会打开，以除了已由冷却本体及其冷却肋部所提供的冷却以外提供附加的一些冷却。
此外，还可能根据所测得的温度来控制风扇的速度，从而在温度进一步升高的情形中，速度也会增大，反之亦然。
此外，例如参见图3，也可附加地设置内部冷却风扇7。该内部风扇能如图3所示设置，或者也可通过相对应的机械扭矩传递装置16连接于风扇电动机15。可根据所测得的温度来单独地致动这两个风扇中的每一个。
根据本申请，提供一种冷却系统，该冷却系统在将来自诸如LED之类的光源的热量传递至封壳的壁以及以更佳的方式相对于冷却本体及其肋部分布热量方面极为有效。此种冷却系统能包括内部和/或外部风扇。
通常，提供封壳内或还提供此外封壳周围的增大空气流，其中如果需要的话，可仅仅使用冷却系统。
此外，本发明还涉及此种具有上述相对应冷却系统的基于LED的光源。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种至少具有冷却系统（1）和多个LED的基于LED的光源（2），所述光源（2）包括完全封闭的光源配件（3），且所述光源配件（3）具有防火壳体（4），作为所述冷却系统（1）的一部分的冷却本体（5）设置在所述防火壳体（4）内，其中，所述冷却系统（1）还包括电气操作的空气循环装置（6），所述空气循环装置（6）包括至少冷却风扇（7、15、16；25）。
2.如权利要求1所述的基于LED的光源，其特征在于，所述空气循环装置（6）设置在所述防火壳体（4）内。
3.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述防火壳体（4）是隔爆型封壳。
4.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述基于LED的光源（2）包括至少一个LED模块（8），所述至少一个LED模块具有LED板（9），所述LED板（9）包括印刷电路板（PCB）（10）和多个LED（11）。
5.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述LED板（9）与所述冷却本体（5）接触，所述冷却本体（5）包括多个冷却肋部（12、19）。
6.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述空气循环装置（6）设置在所述LED板（9）和/或冷却本体（5）的开口（13）中。
7.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，空气循环腔室（14）在所述壳体内形成在所述LED模块（8）和所述冷却本体（5）周围。
8.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述空气循环装置（6）的冷却风扇（7）与风扇电动机（5）隔开，且机械扭矩传递装置（16）设在所述冷却风扇（7）和所述风扇电动机（5）之间。
9.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述风扇电动机（15）设置在所述防火壳体（4）内，且所述冷却风扇作为外部风扇分配给外部壳体（17），所述外部壳体（17）至少部分地覆盖所述防火壳体（4），而空气引导装置（18）设置在所述外部壳体（17）和所述防火壳体（4）之间。
10.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，多个冷却肋部（19）在所述防火壳体（4）的外表面（24）和所述外部壳体（17）之间延伸，并且设置在所述空气引导装置（18）内。
11.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述空气引导装置（18）由空气引导通道（20）形成，所述空气引导通道在两个通道端部（21、22）处打开，用于引导空气通过所述空气引导通道。
12.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述外部风扇设置在一个通道端部（21、22）附近或处。
13.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述机械扭矩传递装置（16）通过所述空气引导通道（20）从所述防火壳体（4）内的风扇电动机（15）延伸至所述空气引导通道（20）内的外部风扇。
14.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，又一内部风扇设置在所述防火壳体（4）内。
15.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述内部风扇（7）也由所述外部风扇（25）的风扇电动机（15）致动。
16.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述外部风扇（25）由冷却肋部（19）支承。
17.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，所述风扇电动机（15）与所述冷却肋部（12）接触。
18.如前述权利要求中任一项所述的基于LED的光源，其特征在于，至少一个温度传感器（23）设置在所述防火壳体（4）内，以控制所述风扇（7、25）的致动和/或速度。

Claims (20)

1.一种基于发光二极管（LED）的光源（2）的冷却系统（1），所述光源（2）包括完全封闭的光源配件（3），且所述光源配件（3）具有防火壳体（4），作为所述冷却系统（1）的一部分的冷却本体（5）设置在所述防火壳体（4）内，其中，所述冷却系统（1）还包括电气操作的空气循环装置（6）。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述空气循环装置（6）包括至少一个冷却风扇（7、15、16；25）。
3.如权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于，所述空气循环装置（6）设置在所述防火壳体（4）内。
4.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述防火壳体（4）是隔爆型封壳。
5.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述基于LED的光源（2）包括至少一个LED模块（8），所述至少一个LED模块具有LED板（9），所述LED板（9）包括印刷电路板（PCB）（10）和多个LED（11）。
6.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述LED板（9）与所述冷却本体（5）接触，所述冷却本体（5）包括多个冷却肋部（12、19）。
7.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述空气循环装置（6）设置在所述LED板（9）和/或冷却本体（5）的开口（13）中。
8.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，空气循环腔室（14）在所述壳体内形成在所述LED模块（8）和所述冷却本体（5）周围。
9.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述空气循环装置（6）的冷却风扇（7）与风扇电动机（5）隔开，且机械扭矩传递装置（16）设在所述冷却风扇（7）和所述风扇电动机（5）之间。
10.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述风扇电动机（15）设置在所述防火壳体（4）内，且所述冷却风扇作为外部风扇分配给外部壳体（17），所述外部壳体（17）至少部分地覆盖所述防火壳体（4），而空气引导装置（18）设置在所述外部壳体（17）和所述防火壳体（4）之间。
11.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，多个冷却肋部（19）在所述防火壳体（4）的外表面（24）和所述外部壳体（17）之间延伸，并且设置在所述空气引导装置（18）内。
12.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述空气引导装置（18）由空气引导通道（20）形成，所述空气引导通道在两个通道端部（21、22）处打开，用于引导空气通过所述空气引导通道。
13.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述外部风扇设置在一个通道端部（21、22）附近或处。
14.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述机械扭矩传递装置（16）通过所述空气引导通道（20）从所述防火壳体（4）内的风扇电动机（15）延伸至所述空气引导通道（20）内的外部风扇。
15.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，又一内部风扇设置在所述防火壳体（4）内。
16.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述内部风扇（7）也由所述外部风扇（25）的风扇电动机（15）致动。
17.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述外部风扇（25）由冷却肋部（19）支承。
18.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述风扇电动机（15）与所述冷却肋部（12）接触。
19.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，至少一个温度传感器（23）设置在所述防火壳体（4）内，以控制所述风扇（7、25）的致动和/或速度。
20.一种基于LED的光源（2），所述基于LED的光源包括具有防火壳体（4）的完全封闭的光源配件（3）和根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统（1）。
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