DE102009060725B4

DE102009060725B4 - Kühlsystem für eine LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung

Info

Publication number: DE102009060725B4
Application number: DE102009060725A
Authority: DE
Inventors: Song-Fa Chu
Original assignee: FA-LIAN TECHNOLOGY Co Ltd; LIAN TECHNOLOGY CO FA
Current assignee: HUA BO TECH (ZHUHAI) INDUSTRY CO., LTD., CN; HUA BO TECH (ZHUHAI) INDUSTRY CO., LTD., ZHUHA, CN
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: DE102009060725A1; DE102009060725B8

Abstract

Kühlsystem für eine LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung, mit einer Basiskonsole und mehreren Wärmeableitteilen, wobei auf der Basiskonsole mehrere säulenförmige, hohle Kühlstifte angebracht sind, wobei die Wärmeableitteile mit der Bodenseite der Basiskonsole und den hohlen Kühlstiften verbindbar sind und zwischen den Kühlstiften Luftströmungsflure ausgebildet sind, wobei die Kühlstifte einen mehreckförmigen Querschnitt mit mehreren seitlichen Schrägflächen aufweisen und benachbarte Schrägflächen eine senkrechte Ecklinie bilden und wobei ein Ende der Schrägfläche und ein Ende der senkrechten Ecklinie sich auf der oberen Oberfläche der Basiskonsole verbinden.

Description

Die Kurzfassung
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Kühlsystem für eine Hochleistungsstraßenbeleuchtung, bei der es eine Basiskonsole und mehrere Wärmeableitteile gibt. Auf der Basiskonsole befinden sich mehrere Kühlstifte und mehrere Luftströmungsfluren. In der Basiskonsole werden mehrere Wärmeableiter und mehrere Wärmeableitstäbe untergebracht, die mit LED’s verbunden sind und die charakteristische Merkmale haben: Der Querschnitt des Kühlstiftes ist karoförmig (oder in anderer mehreckigen From). Auf der Oberfläche des Kühlstiftes gibt es mehrere Schrägflächen. Die benachbarten Schrägflächen bilden eine stehende Ecklinie. Ein Ende der Schrägfläche und ein Ende der stehenden Ecklinie verbinden sich auf der oberen Oberfläche der Basiskonsole. Die von den LED’s erzeugte Wärme wird schnell über die Wärmeableitstäbe und die Wärmeableiter an die Kühlstifte übertragen und geht dann in die umgebende Luft ab. Die Luft von außen kann mit Hilfe der Schrägflächen der Kühlstifte und der stehenden Ecklinien in den Luftströmungsfluren eingeführt werden und sich um die Kühlstifte verteilen, so dass der ganze Kühlstift, 360° rund um ihn, Kontakt mit der Luft haben können, wodurch die Wärme schnellstens in die Luft abgeleitet und der Kühleffekt bestens erreicht werden kann.
Repräsentative Fig.: 1
Technisches Gebiet
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Kühlsystem, das besonders geeignet für die Hochleistungsstraßenbeleuchtung ist. Ein Kühlsystem, im dem sich der Durchflusssatz der Luft erhöht. Die Möglichkeit des Kontaktes zwischen der Luft und dem Kühlsystem erhöht sich auch deswegen, so dass sich der Effekt des Kühlens verbessert.
Der Stand der Technik
Da die Leuchtdioden (LED) die Vorteile von hoher Helligkeit, geringerem Stromverbrauch und längerer Nutzungsdauer hat, werden sie sehr verbreitet in verschiedenen elektronischen Einrichtungen eingesetzt. In der letzten Zeit haben die LED’s die traditionellen Glühbirnen langsam verdrängt und es erweitert sich die Anwendung in anderen Bereichen der Beleuchtung, wie z. B. unter anderen die Straßenbeleuchtung.
Die LED’s haben zwar die Besonderheit von Energiesparen, aber bei ihrem Einsatz in der Straßenbeleuchtung gibt es noch einige Punkte, die noch verbessert werden können. Dies sind insbesondere die Kühlprobleme wegen der Hochleistung der LED, die wie folgend zusammengefasst werden können:

1. Die LED erzeugt beim Aufleuchten in kurzem Moment sehr hohe Hitze, die auch in kurzer Zeit schnellstens abgeleitet werden muss, ansonsten gibt es die Gefahr, dass die LED verbrannt wird.
2. Bei der herkömmlichen Straßenbeleuchtung sind die Gehäuse aus Metall, über das die erzeugte Hitze in die umgebende Luft abgeleitet wird. Aber der Raum, in dem sich die Lichtquelle befindet, ist ein geschlossener Raum, in dem die Hitze sich staut. Dazu kommt noch, dass die Lichtquelle keinen direkten Kontakt mit dem Gehäuse hat, so dass die Hitze schwer abgeleitet werden kann und somit der Effekt der Kühlung nicht optimal sein kann.
3. Bei der besseren traditionellen Ausführung der Kühleinrichtung werden der Lichtquelle rippenförmige Kühler hinzugefügt, damit die erzeugte Hitze besser an die Luft abgegeben werden kann. Aber die Kühlrippen werden in der waagerechten Richtung reihenweise angeordnet, die Luft kann daher durch die Anordnung der Kühlrippen nicht von den anderen beiden Seiten in die Zwischenräume der Kühlrippen strömen, wodurch der Wärmeaustausch nicht optimal funktionieren kann und somit auch der Effekt des Kühlens eingeschränkt wird.
4. Wenn die Kühlrippen an der Außenseite des Gehäuses angebracht werden, erhöht sich auch der Kühleffekt. Aber eine solche Ausführung schadet dem Aussehen. Also wird diese Konstruktion nur selten ausgeführt. Zusammenfassend kann der Vorteil des Kühlrippensystems nicht vollständig ausgenutzt werden.
5. Aus Kostengründen werden die Gehäuse der obengenannten Straßenbeleuchtungen meistens aus Aluminium hergestellt. Aber die Hitzeübertragungsfähigkeit des Aluminiums ist weit nicht so gut wie die des Kupfers.

Die Aufgabe der Erfindung
Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein optimales Kühlsystem für eine LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung darzustellen, bei dem der optimale Kühleffekt in kurzer Zeit durch die Erhöhung des Luftdurchflusssatzes erreicht werden kann.
Gemäß dem obengenannten Zweck wird die vorliegende Erfindung von folgenden Bauteilen zusammengesetzt. Es gibt eine Basiskonsole und mehrere Wärmeableitteile. Auf der Basiskonsole werden mehrere hohle Kühlstifte angebracht und das Wärmeableitteil verbindet sich mit der Bodenseite und den hohlen Kühlstiften. Zwischen den hohlen Kühlstiften entstehen Luftströmungsflure. Der Querschnitt des Kühlstiftes ist karo- oder dreieck- oder mehreckförmig. Auf der Oberfläche des Kühlstiftes gibt es mehrere Schrägflächen. Die benachbarten Schrägflächen bilden eine stehende Ecklinie. Ein Ende der Schrägfläche und ein Ende der stehenden Ecklinie verbinden sich auf der oberen Oberfläche der Basiskonsole.
Auf der Bodenseite der Basiskonsole gibt es eine Einsteckrinne, die sich in den Kühlstift erstreckt. Das Wärmeableitteil enthält mehr als einen Wärmeableiter und dementsprechende Wärmeableitstäbe. Der Wärmeableiter ist ein stehendes U-förmiges Rohr, dessen beiden Enden jeweils in der Einsteckrinne stecken. Der Wärmeableitstab ist fest am Boden des Wärmeableiters angebracht und verbindet mehrere Wärmeableiter und der Wärmeableitstab steht auf einem Hitze erzeugenden Gegenstand (z. B. LED).
Gemäß der Konstruktion wird die von der LED erzeugte Hitze schnellstens abgeleitet und die Nutzungsdauer der LED kann verlängert werden, indem die Hitze, sobald die LED aufleuchtet, an die Wärmeableitstäbe geleitet wird, die die Hitze wiederum gleichmäßig auf die Wärmeableiter verteilen. Die Hitze wird weiter an die Wärmeableiter übertragen und schließlich über die sich auf der Basiskonsole befindenden Kühlstifte in die umgebende Luft abgegeben.
Weil der Querschnitt des Kühlstiftes der vorliegenden Erfindung karoförmig ist, kann die Luft von außen durch die beliebig benachbarten Schrägflächen an den beiden Seiten der stehenden Ecklinie geführt werden und kann leicht durch die Luftströmungsfluren. durchziehen. Da der Kühlstift ein senkrecht stehender Stift ist, kann die in die Luftströmungsfluren geströmte Luft um alle Kühlstifte herum fließen, wobei die Kühlstifte rundum 360° Kontakt mit der Kühlluft haben, wodurch sich der Wärmeaustauschsatz zwischen den Kühlstiften und der Kühlluft erhöht und somit auch der Effekt der Kühlung schneller erreicht werden kann.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Damit der Zweck, Effekt und die charakteristischen Merkmale der Konstruktion der vorliegenden Erfindung noch detaillierter und anschaulicher verstanden werden kann, wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung mit der Hilfe der Figuren wie folgend erklärt:
Die vorliegende Erfindung, das Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung besteht im wesentlichen aus einer Basiskonsole 10 und mehreren Sätzen von Wärmeableitteilen 11.
Die Basiskonsole 10 wird aus hochleitfähigem Material (wie z. B. Aluminium, Kupfer oder dessen Legierung) angefertigt. Am Boden der Basiskonsole 10 wird ein Aufnahmeraum 100 vorgerichtet. Auf der oberen Seite der Basiskonsole 10 werden eine Vielzahl von Kühlstiften 101 angebracht. Zwischen benachbarten Kühlstiften 101 wird ein Luftströmungsflur 103 gebildet. Das charakteristische Merkmal davon ist, dass der Kühlstift 101 ein senkrecht stehender Stift ist und einen karo- (oder dreieck- oder fünfeckförmiger-) Querschnitt hat. Auf der Oberfläche des Kühlstiftes 101 gibt es mehrere Schrägflächen 1011. Die benachbarten Schrägflächen 1011 bilden eine stehende Ecklinie 1010. Ein Ende der Schrägfläche 1011 und ein Ende der stehenden Ecklinie 1010 verbinden sich auf der oberen Oberfläche der Basiskonsole 10. Auf der Bodenseite des Aufnahmeraums 100 gibt es eine Einsteckrinne 102, in die sich der Kühlstift 101 erstreckt.
Der Wärmeableitteil 11 enthält mehrere Wärmeableiter und entsprechende Wärmeableitstäbe.
Der Wärmeableiter 110 besteht aus hohem wärmeleitfähigem Material (z. B. Kupfer) und ist ein senkrecht stehendes U-förmiges Rohr und wird im Aufnahmeraum 100 der Basiskonsole 10 untergebracht und dessen beiden Enden stecken jeweils in der Einsteckrinne 102. Im Wärmeableiter 110 wird ein bisschen Wasser eingefüllt. An der Innenwand des Wärmeableiters 110 haftet eine Schicht haarfeine Konstruktion, die die vom U-förmigen Wärmeableiter 110 absorbierte Hitze gemäß dem Wärmerohrprinzip schnellstens an die Endestiele überträgt und somit der Effekt einer schnellen Wärmeübertragung erreicht werden kann.
Je nach Bedarf kann der Wärmeableiter 110 auch ein langgerades Rohr sein. Der gleiche Effekt kann auch damit erreicht werden.
Der Wärmeableitstab 110 besteht aus hoch wärmeleitfähigem Material (z. B. Kupfer) und ist ein verlängerter Stab. Der Wärmeableitstab 111 wird fest am Boden des Wärmeableiters 110 angebracht und kann an mehrere Wärmeableiter 110 anschließen. Der Wärmeableitstab 111 ist fest an einem Wärmeerzeuger (wie z.B. LED- Streifen) angebracht, so dass sich die Wärme aus dem Wärmeerzeuger schnellstens gleichmäßig an die Wärmeableiter 110 überträgt und schließlich in die Luft verstreut wird.
Die Figuren zeigen, dass das Kühlsystem 1 hauptsächlich seine Anwendung in der Konstruktion der LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung 2 findet, die im Wesentlichen aus einem Lampengehäuse 20 und einem Lampendeckel 22 sowie mehreren Lichtquellenelementen 21 besteht. Auf dem Lampengehäuse 20 gibt es Lüftungslöcher 200. Das Lampengehäuse 20 und der Lampendeckel 22 können zusammengebaut werden, wodurch ein Raum für die Unterbringung der Lichtquellenelemente 21 und das Kühlsystem 1 gebildet wird. Die Lichtquellenelemente 21 sind aus mehreren Hochleistungsleuchtdioden 210 zusammengesetzt, die durch Schraube oder Klebestoff auf einer aus hochwärmeleitfähigem Material (wie u. a. Kupfer) hergestellten langförmigen Bodenplatte 211 befestigt sind. Die LED 210 geht durch die Rückseite der Bodenplatte 211 und wird darauf angebracht, wodurch ein LED-Streifen gebildet wird. Die Lichtquellenelemente 21 sind an der Innenseite neben dem Lampendeckel 22 angebracht, so dass das von der LED 210 erzeugte Licht durch den Lampendeckel 22 nach unten für die Straßenbeleuchtung strahlen kann.
Bei einer Ausführung können die in einer Linie stehenden Wärmeableiter 110 mit vorgegebenen Abstand auf dem Wärmeableitstab 111 gelötet werden, um den Wärmeableitteil 11 zu konstruieren. Danach werden die Wärmeableitstäbe 111 mit Wärmeableitmittel 112 wie wärmeleitendem Klebstoff oder wärmeleitendem Silikon an der Rückseite der Bodenplatte 211 der Lichtquellenelemente 21 geklebt. Danach wird die Basiskonsole 10 des Kühlsystems 1 auf der Innenseite des Lampengehäuses 20 befestigt und dann wird das Endteil des Wärmeableiters 110 in die Einsteckrinne 102 eingesteckt. In dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmeableitmittel 113 wie wärmeleitender Klebstoff oder wärmeleitendes Silikon zwischen dem Wärmeableiter 110 und der Einsteckrinne 102 aufgetragen werden, um die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Wärmeableiter 110 und der Basiskonsole 10 zu erhöhen. Schließlich werden Lampendeckel 22 und das Lampengehäuse 20 als eine LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung 2 zusammengebaut.
Nachdem die LED-Straßenbeleuchtung eingeschaltet wird, kann die von den LED’s erzeugte Hitze indirekt über das Wärmeableitmittel 112 oder direkt über den Kontakt zwischen Bodenplattenende 2100 der LED mit den Wärmeableitstäben 111 an die Wärmeableitsstäbe 11 übertragen werden, und dann weiter gleichmäßig an die Wärmeableiter 110 geleitet werden. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Wärmeableiter 110 wird die von den LED’s 210 erzeugte Hitze schnellstens an die Kühlstifte 101 der Basiskonsole 10 übertragen.
Der Querschnitt des Kühlstiftes 101 ist karoförmig, so dass die über die Belüftungslöcher 200 des Lampengehäuses 20 in die LED-Straßenbeleuchtung 2 eingezogene Luft leicht von den benachbarten Schrägflächen 1011 des Kühlstiftes 101 in die Luftströmungsfluren 103 geführt werden kann. Außerdem ist der Kühlstift 101 ein senkrecht stehender Stift, so dass die in die Luftströmungsfluren 103 eingeführte Luft 360° rundum um Kühlstifte 101 strömen kann, wodurch der Wärmeaustauschsatz zwischen der Luft und den Kühlstiften 101 erhöht werden kann und ein besserer und schnellerer Kühleffekt erreicht werden kann.
Damit der Wärmeableitteil 11 besser an die richtige Position fixiert werden kann, können mehrere Verbindungsstifte 104 in den Aufnahmeraum 100 der Basiskonsole 10 des Kühlsystems 1 vorgerichtet werden. Am Ende des Verbindungsstifts 104 gibt es ein Befestigungsloch 1040 und am oberen Ende des Wärmeableitstabs 111 gibt es ebenfalls ein dem Befestigungsloch 1040 entsprechendes Befestigungsloch 1110. Desweiteren gibt es auf dem Wärmeableitstab 111 einen aus Metall angefertigten Positionierstreifen 114, der sich mit dem Wärmeableitstab 111 kreuzt. Auf den vorgesehenen Stellen des Positionierstreifens 114 wird auch ein Befestigungsloch 1140 vorgerichtet.
Bei einer Ausführung kann man das Befestigungselement 115, wie Schraube oder Niet, durch das jeweilige Befestigungsloch 1110 und 1140 des Wärmeableitstabs 111 bzw. Positionierstreifens 114 einschrauben bzw. stecken und dann weiter das Befestigungsloch 1040 des Verbindungsstiftes 104 und schließlich die Basiskonsole 10 und Wärmeableitsteil 11 verbinden, um das Lösen des Wärmeableiters 110 von der Einsteckrinne 102 zu vermeiden und somit der Effekt einer stabilen Positionierung erreicht werden kann.
Zusammenfassend können die Vorteile und die Nutzeffekte der vorliegenden Erfindung wie folgend dargestellt werden.

1. Der Querschnitt des Kühlstiftes der vorliegenden Erfindung ist karoförmig, so dass die externe Luft durch die beliebig benachbarten Schrägflächen geleitet werden kann und leicht durch die Luftströmungsfluren geführt werden kann. Da der Kühlstift ein senkrecht stehender Stift ist, kann die in die Luftströmungsfluren geströmte Luft um alle Kühlstifte herum fliessen, wobei die Kühlstifte rundum 360° Kontakt mit der Kühlluft haben können, wodurch sich der Wärmeaustauschssatz zwischen den Kühlstiften und der Kühlluft erhöht und somit auch der Effekt der Kühlung schneller erreicht werden kann.
2. Die von den LED’s erzeugte Hitze kann wegen des Kontakts zwischen dem Bodenende der LED’s und dem Wärmeableitstab direkt an den Wärmeableitstab des Wärmeableitteils, oder indirekt über Wärmeableitmittel an den Wärmeableitstab übertragen werden. Danach kann die Hitze vom Wärmeableitstab gleichmäßig an die Wärmeableiter abgegeben werden und schliesslich wird die Hitze schnellstens über die Kühlstifte der Basiskonsole in die umgebende Luft abgegeben, wodurch die Temperatur der LED gesenkt und die Nutzungsdauer der LED verlängert werden.
3. Bei der vorliegenden Erfindung werden nur der Wärmeableiter, der Wärmeableitstab und die Bodenplatte aus Kupfer hergestellt, so dass sowohl die Herstellungskosten als auch die optimale Kühleffizienz gleichbleibend berücksichtigt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung der vorliegenden Erfindung.
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung aus einem anderen Ansichtswinkel der vorliegenden Erfindung.
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der vorliegenden Erfindung in Anwendung in der LED-Straßenbeleuchtung.
4 eine perspektivische Querschnittdarstellung der vorliegenden Erfindung in Anwendung in der LED-Straßenbeleuchtung.
Bezugszeichenliste

1: Kühlsystem
2: LED Straßenbeleuchtung
10: Basiskonsole
11: Wärmeableitteil
20: Lampengehäuse
21: Lichtquellenelement
22: Lampendeckel
100: Aufnahmeraum
101: Kühlstifte
102: Einsteckrinne
103: Luftströmungsfluren
104: Verbindungsstift
110: Wärmeableiter
111: Wärmeableitstab
112: Wärmeableitmittel
113: Wärmeableitmittel
114: Positionierstreifen
115: Befestigungselement
200: Lüftungsloch
210: Leuchtdiode
211: Bodenplatte
1010: stehende Ecklinie
1011: Schrägfläche
1040: Befestigungsloch
1110: Befestigungsloch
1140: Befestigungsloch
2100: Bodenplattenende

Claims

Kühlsystem für eine LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung, mit einer Basiskonsole und mehreren Wärmeableitteilen, wobei auf der Basiskonsole mehrere säulenförmige, hohle Kühlstifte angebracht sind, wobei die Wärmeableitteile mit der Bodenseite der Basiskonsole und den hohlen Kühlstiften verbindbar sind und zwischen den Kühlstiften Luftströmungsflure ausgebildet sind, wobei die Kühlstifte einen mehreckförmigen Querschnitt mit mehreren seitlichen Schrägflächen aufweisen und benachbarte Schrägflächen eine senkrechte Ecklinie bilden und wobei ein Ende der Schrägfläche und ein Ende der senkrechten Ecklinie sich auf der oberen Oberfläche der Basiskonsole verbinden.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kühlstiftes vorzugsweise karoförmig ist.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kühlstiftes dreieckförmig ist.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kühlstiftes fünfeckförmig ist.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einsteckrinne an der Bodenseite der Basiskonsole vorgerichtet ist, die sich bis in den Kühlstift erstreckt.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeab- leitteil mehr als einen Wärmeableiter enthält, der senkrecht U-förmig ist und dessen beiden Enden jeweils in der Einsteckrinne eingesteckt sind und darin angebracht werden.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiges Wasser in den Wärmeableiter eingefüllt ist und an der Innenwand des Wärmeableiters eine haarfeine Konstruktion haftet.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableiter aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitteil einen Wärmeableitstab enthält, der am unteren Ende des Wärmeableiters angebracht ist, um mehrere benachbarte Wärmeableiter zu verbinden.
Kühlsystems für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitstab aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Kühlsystem für die LED-Hochleistungsstraßenbeleuchtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiskonsole aus einer Aluminiumlegierung/Kupferlegierung hergestellt ist.