JP2011146371A - 発光ダイオードランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】熱放散を改善した発光ダイオードランプを提供する。
【解決手段】発光ダイオードランプは、熱放散装置4と、ヒートシンク5と、発光ユニットと、冷却駆動部材3と、で構成される。熱放散装置は、コラムユニット41と冷却液コンテナ42を含み、コラムユニット41は、対極に位置する第一及び第二液体流路412、413を特徴とし、冷却液コンテナ42は、中に冷却液200を格納するための冷却液蓄積スペース421を特徴とする。ヒートシンク5は、熱放散装置4の上に取り付けられ、渦状液体流路51を特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、発光ダイオードランプに関し、特に、液体冷却装置を有する発光ダイオードランプに関する。
発光ダイオード(LED)は、小型化、高い耐衝撃性、長寿命、低消費電力等といった利点により、広く応用されてきた。LEDランプの発光ダイオードが、発光ダイオードの性能や寿命を引き下げる可能性があるほどの十分な量の熱を発する能力があるということは、当技術分野において知られている。従って、発光ダイオードの熱放散を改善する必要がある。
図1は、金属板11と、金属板11の上に並べて取り付けられた発光ダイオード12と、金属板11に取り付けられ、発光ダイオード12から発生する熱を放散させるための複数の熱放散フィン131で形成されたヒートシンク13を含む、従来のLEDランプを示す。しかし、金属板11からヒートシンク13への熱伝達効率は比較的低く、そのために、LEDランプは、重心が高くなり、安定性を低下させることになり得る。
アメリカ合衆国特許公報番号2008/0069706に、熱放散システム用遠心力ポンプ装置について記載されている。前記遠心力ポンプ装置は、演算処理装置(CPU)が発する熱を取り除く冷却液を流動させるために、CPUへの取付けが可能である。遠心力ポンプ装置は、ポンプ室と、吸引通路と、排出通路と、熱伝導材で作られたポンプハウジングユニット内のらせん状液体流路で形成される。吸引通路は、らせん状液体流路と流体連通する。排出通路は、ポンプ室と流体連通する。らせん状液体流路は、ポンプハウジングユニット内に形成された複数の開口部から、ポンプ室と流体連通する。遠心力ポンプ装置は、CPUが発する熱を取り除くため、らせん状液体流路を通して、冷却液を流動させる。アメリカ合衆国特許公報番号2008/0069706に開示される内容は、参照することにより本書に組み込まれる。
よって、本発明の主たる目的は、先行技術に関連する前記欠点を、ひとつでも解消できる発光ダイオードランプを提供することである。
結果として、本発明にて提供する発光ダイオードランプは、
コラムユニットとコラムユニットに接続された冷却液コンテナとを含み、且つ、コラムユニットは、熱放散用の熱伝導材で作られ、対極に位置する第一液体流路及び第二液体流路を有し、冷却液コンテナは、中に冷却液を格納する冷却液蓄積スペースを有する、熱放散装置と、
熱放散装置の上に取り付けられ、中の渦状液体流路を有する、ヒートシンクと、
少なくとも一個の発光ダイオードを含み、ヒートシンクが発光ダイオードから発生する熱を取り除くことができるように、ヒートシンク上に取り付けられた、発光ユニットと、
冷却駆動部材と、により構成される。
冷却駆動部材とヒートシンクと冷却液コンテナとコラムユニットとは、連結されており、冷却駆動部材が、循環する冷却液を通してヒートシンクからの熱をコラムユニットに移動させるために、第一及び第二液体流路と冷却液蓄積スペースと渦状液体流路に冷却液を循環させるようになっている。
本発明のその他の特徴及び利点は、図面を参照して行う以下の発明の好適な実施形態の詳細な説明から明らかとなろう。
従来型LEDランプの透視図である。 本発明に係るLEDランプの、第一優先となる実施形態の断面透視図である。 第一優先となる実施形態における、コラムユニットとヒートシンクと冷却液コンテナを含む装置の断面透視図である。 本発明に係る第二優先となる実施形態における、コラムユニットの断面透視図である。 本発明に係る第三優先となる実施形態における、コラムユニットの断面透視図である。 本発明に係る第四優先となる実施形態の断面透視図である。 本発明に係る第五優先となる実施形態における、コラムユニットとヒートシンクと冷却駆動部材と冷却液コンテナを含む装置の断面透視図である。 前記第五優先となる実施形態における、ヒートシンクと冷却駆動部材を含む装置の分解透視図である。 本発明に係る第六優先となる実施形態の断面透視図であり、垂直に取り付けられたコラムユニットとヒートシンクと冷却液コンテナを含む装置を表している。 前記第六優先となる実施形態の断面透視図であり、水平に取り付けられたコラムユニットとヒートシンクと冷却液コンテナを含む装置を表している。
図2及び3を参照する。
本発明に係るLEDランプの第一優先となる実施形態は、
底板21と、底板21から上向きに突き出し、受容スペース221を特徴とする実装部22と、を有するベース2と、
コラムユニット41とコラムユニット41に接続された冷却液コンテナ42とを含み、 且つ、コラムユニット41が、熱放散用の熱伝導材で作られ、対極に位置する第一液体流路412及び第二液体流路413を有し、コラムユニット41の長さに沿って伸び、
冷却液コンテナ42がその中に冷却液を格納する冷却液蓄積スペース421を有する、熱放散装置4と、
熱放散装置4の上に取り付けられ、中の渦状液体流路51を有するヒートシンク5と、
少なくとも一個の発光ダイオード61(この形態では並べて取り付けられた発光ダイオードを提供)を有し、ヒートシンク5が発光ダイオード61から発生する熱を取り除くことができるように、ヒートシンク5の上に取り付けられた発光ユニットと、
実装部22の内部にある受容スペース221で、しっかりと受け止められている第一冷却駆動部材3と、
発光ダイオード61を覆うためにヒートシンク5の上に取り付けられたシェードカバー7と、を備えていることを示す。
第一冷却駆動部材3とヒートシンク5と冷却液コンテナ42とコラムユニット41とは、循環する冷却液200を通してヒートシンクからの熱をコラムユニットに移動させるために、第一冷却駆動部材3が、第一液体流路412及び第二液体流路413と冷却液蓄積スペース421と渦状液体流路51に、冷却液200を循環させるように、連結される。
この実施形態において、コラムユニット41は、ヒートシンク5を支えるスタンドとしての役割を果たし、且つ、第一の端部401及び第二の端部402を有し、空壁体40にある第一の端部401及び第二の端部402を抜けて空壁体40の長さに沿って伸びている中心孔411を有する、空壁体40を備える円柱状体を含む。
空壁体40は円筒形状である。
第一液体流路412及び第二液体流路413は、空壁体40内に形成され、空壁体40にある第一の端部401及び第二の端部402を抜けて空壁体40の長さに沿って伸びる。
中空孔411は、第一液体流路412と第二液体流路413との間に配置され、空壁体40に厚みのない薄壁部416が二箇所と、第一液体流路412及び第二液体流路413をそれぞれ有する厚壁部が二箇所とを有するように、実質的に外形的には楕円形である。
薄壁部416を有することにより、二箇所の厚壁部間の熱伝導効率が悪くなる可能性がある。従って、第一流路412を通過する冷却液200と、第二流路413を通過する冷却液200との間の熱の移動は、低減される可能性がある。
第一液体流路412及び第二液体流路413は、それぞれこの実施形態において直線状であるが、熱放散効率を高めるために、曲線状あるいは多重線状に延長することが設定可能である。
冷却液コンテナ42は、中央スルーホール425を有する内部囲壁451と、間隙を介して内部囲壁451を囲っている外部囲壁452と、内部囲壁451及び外部囲壁452と相互に接続している頂壁453及び底壁454と、を有する。
ヒートシンク5は、コラムユニット41の上部に配置され、且つ、冷却液コンテナ42は、ヒートシンク5とコラムユニット41の間に配置される。
接続パイプ422は、ヒートシンク5内の渦状液体流路51が接続パイプ422を通って第一液体流路412と流体連通するように、冷却液蓄積スペース421の内部を貫通し、ヒートシンク5内の渦状液体流路51とコラムユニット41内の第一液体流路412とに直結される。
コラムユニット5の上部に冷却液コンテナ42を配置し、コラムユニット41の内部に第一液体流路412及び第二液体流路413を形成することは、気泡が冷却液コンテナ42の中の冷却液200に形成されるあるいは第一液体流路412及び第二液体流路413に流れ込む場合、気泡が渦状液体流路51に流れ込む前に、冷却液コンテナ42、あるいは第一液体流路412及び第二液体流路413の中で減少する時間を十分に持ち得る、という利点がある。
冷却液200内の気泡の存在は、ヒートシンク5を冷やすための渦状液体流路51内の冷却液200の効果を低減する可能性がある。
第一冷却駆動部材3は、
遠心力ポンプであることが望ましく、
コラムユニット41の下部に配置され、
且つ、冷却液200を第二液体流路413を通って吸引口33に引き込み、冷却液200を排出口32から第一液体流路412と接続パイプ422を通って渦状液体流路51に流し出すために、それぞれ第一液体流路412及び第二液体流路413とに流体連通する排出口32と吸引口33とを有する。
接続管装置は、コラムユニット41と冷却液コンテナ42とヒートシンク5と第一冷却駆動部材3とを連結させるために使用され、
排出口32の末端から第一液体流路412の中へ伸びている排出管321と、
吸引口33の末端から第二液体流路413の中へ伸びている吸引管331と、
接続管422から第一液体流路412の中へ伸びている第一接続管426と、
冷却液コンテナ42の底壁454にあるボトムホールから第二液体流路413の中へ伸びている第二接続管427と、
ヒートシンク5にある渦状液体流路51の一端から接続パイプ422の中へ伸びている入口管52と、
ヒートシンク5にある渦状液体流路51のもう一端から冷却液コンテナ42の頂壁453にあるトップホール424を通って冷却液蓄積スペース421の中へ伸びている出口管53と、を含む。
その結果、接続管装置とヒートシンク5と冷却液コンテナ42とコラムユニット41と第一冷却駆動部材3とを連結し、渦状液体流路51と冷却液蓄積スペース421と第一液体流路412及び第二液体流路413と第一冷却駆動部材3とを通る流動循環経路を構築することが可能となる。
電力線300は、発光ダイオード61と電気的に接続され、冷却液コンテナ42の内部囲壁451にある中央スルーホール425と、コラムユニット41の空壁体40にある中心孔411と、電源(図示せず)に接続するためのベース2の実装部22との中を通って伸びる。
作動中、冷却液200は、冷却液コンテナ42から取り出され、第一冷却駆動部材3によって第一液体流路412及び第二液体流路413と渦状液体流路51とを流動し、そして、冷却液コンテナ42へと戻ってくる。それによって、発光ダイオードから発生しヒートシンク5へ移動した熱を排出し、続いて熱をコラムユニット41に移動させ、大気中に放熱させる。
図4は、本発明に係るLEDランプの第二優先となる実施形態における、コラムユニット41の柱状体を表す。第二優先となる実施形態は、第二優先となる実施形態でのコラムユニット41の柱状体が、空壁体40の第一の端部401及び第二の端部402の間に空壁体40の長さに沿って伸びた複数の溝405と、溝405と交互に配置された複数の熱放散フィン406とで形成された空壁体40とを有する点において、前の実施形態とは異なる。
図5は、本発明に係るLEDランプの第三優先となる実施形態における、コラムユニット41を表す。第三優先となる実施形態は、第三優先となる実施形態のコラムユニット41が、ギャップ411’によって互いに離れている第一空壁体40’及び第二空壁体40’を有する点において、前の実施形態とは異なる。
改変された一実施形態では、第一空壁体40’及び第二空壁体40’の一方が直管状もしくは多重管状であることも可能である。
図6は、本発明に係るLEDランプの第四優先となる実施形態を表す。第四優先となる実施形態は、第四優先となる実施形態の熱放散装置4が、さらに、ベース2にある第一の底板21の下部に配置された第二底板81と、発光ダイオード61の高さを上げるために、第一の底板21及び第二底板81とに相互連結している増設コラム82とを含む点において、前の実施形態とは異なる。
図7及び8は、本発明に係るLEDランプの第五優先となる実施形態を表す。
第五優先となる実施形態は、第五優先となる実施形態のLEDランプが、さらに、
冷却液コンテナ42の上部に配置され、
ヒートシンク5と一体化し、
且つ、冷却液200を、冷却液コンテナ42から、第二液体流路413と第一冷却駆動部材3と第一液体流路412と接続パイプ422と吸引口33’とを通って渦状液体流路51へと取り出し、冷却液200を排出口32’から冷却液コンテナ42へと排出するために、
渦状液体流路51の一端と接続パイプ422とに流体連通する吸引口33’と、
渦状液体流路51のもう一端と冷却液コンテナ42とに流体連通する排出口32’と、を有する第二駆動部材3’を含む点において、前の実施形態とは異なる。
ヒートシンク5及び第二冷却駆動部材3’の装置(図8を参照)のデザインは、アメリカ合衆国特許公報番号2008/0069706で明示される遠心力ポンプ装置のそれに類似している。従って、ヒートシンク5及び第二冷却駆動部材3’の装置の構造は、便宜上ここでは詳細を記載しない。第一冷却駆動部材3と第二冷却駆動部材3’とは、同時もしくは個別に作動することが可能である。第二冷却駆動部材3’は、バックアップもしくは、コラムユニット41の垂直方向での高さが比較的高い場合、連通循環経路で冷却液200を循環させるのに十分な駆動力を増すためのブースターとして、使用可能である。
図9及び10は、本発明に係るLEDランプの第六優先となる実施形態を表す。
第六優先となる実施形態は、
第六優先となる実施形態の第一冷却駆動部材3が、ヒートシンク5と一体化し、渦状液体流路51の二端とそれぞれ直接流体連通している吸引口33と排出口32とを有する点、
且つ、コラムユニット41が、中間に配置され、第一冷却駆動部材3が冷却液コンテナ42から第一液体流路412を通って渦状液体流路51に冷却液200を取り出し、排出口32から第二液体流路413を通って冷却液コンテナ42に冷却液200を排出するという形で、冷却液コンテナ42と第一冷却駆動部材3とに連結している点、において、前の実施形態とは異なる。
第六優先となる実施形態の第一冷却駆動部材3及びヒートシンク5の装置は、第五優先となる実施形態の第二冷却駆動部材3’とヒートシンク5の装置(図8を参照)と同じ構造を持つ。加えて、第六優先となる実施形態では、ベース2は、ピボット座体25を備えている。LEDランプは、さらに、ベース2のピボット座体25に旋回可能に設けられた中空ホルダー体48を含む。冷却液コンテナ42は、コラムユニット41が垂直位置(図9を参照)と水平位置(図10を参照)の間を回転可能となるように、中空ホルダー体48にしっかりとはめ込まれる。
それ故、冷却液200を循環させるため、本発明に係るLEDランプのコラムユニット41にある第一液体流路412及び第二液体流路413を形成することにより、発光ダイオード61の熱放散は向上され得る。さらに、ヒートシンク5は、先行技術によって必要とされる通り、熱放散を高めるための熱放散フィンを形成することや、それによってLEDランプが安定性を増した低目の重心を持つことができるようにすることなく、作られることが可能である。
本発明は、最も実践的で好ましい形態と思われるものに関連して記載されているが、本発明が、明示された形態に限らず、あらゆる修正や同等の構成を網羅するために、最も広い解釈から成る精神と範囲の中で様々な構成に広がることを目的とするということを、認識し同意する。
11 金属板
12 発光ダイオード
13 ヒートシンク
131 熱放散フィン
2 ベース
200 冷却液
21 底板
22 実装部
221 受容スペース
25 ピボット座体
3 第一冷却駆動部材
3’ 第二冷却駆動部材
300 電力線
32 32’ 排出口
321 排出管
33 33’ 吸引口
331 吸引管
4 熱放散装置
40 40’ 空壁体
401 第一の端部
402 第二の端部
405 溝
406 熱放散フィン
41 コラムユニット
411 中心孔
411’ ギャップ
412 第一液体流路
413 第二液体流路
416 薄壁部
42 冷却液コンテナ
421 冷却液蓄積スペース
422 接続パイプ
424 トップホール
425 中央スルーホール
426 第一接続管
427 第二接続管
451 内部囲壁
452 外部囲壁
453 頂壁
454 底壁
48 中空ホルダー体
5 ヒートシンク
51 渦状液体流路
52 入口管
53 出口管
61 発光ダイオード
7 シェードカバー
81 第二底板
82 増設コラム

Claims (11)

  1. 熱放散装置(4)とヒートシンク(5)と発光ユニットと第一冷却駆動部材(3)を含む発光ダイオードランプであって、
    前記熱放散装置(4)は、
    コラムユニット(41)と前記コラムユニット(41)に接続された冷却液コンテナ(42)とを含み、
    前記コラムユニット(41)は、
    熱放散用の熱伝導材で作られ、互いに分離されて対極に位置する第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)を有し、
    前記冷却液コンテナ(42)は、
    中に冷却液(200)を格納する冷却液蓄積スペース(421)を有し、
    前記ヒートシンク(5)は、
    熱放散装置(4)の上に取り付けられ、渦状液体流路(51)を有し、
    発光ユニットは、
    少なくとも一個の発光ダイオード(61)を含み、前記ヒートシンク(5)が発光ダイオード(61)から発生する熱を取り除くことができるように、前記ヒートシンク(5)の上に取り付けられ、
    前記第一冷却駆動部材(3)と前記ヒートシンク(5)と前記冷却液コンテナ(42)と前記コラムユニット(41)と、が連結されて、前記第一冷却駆動部材(3)が、循環する冷却液を通して前記ヒートシンク(5)からの熱を前記コラムユニット(41)に移動させるために、前記第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)と前記冷却液蓄積スペース(421)と前記渦状液体流路(51)とを通って前記冷却液(200)を循環させるように構成されている、
    発光ダイオードランプ。
  2. さらに、前記発光ユニットに接続された電力線(300)と、ベース(2)とを含み、
    前記冷却液コンテナ(42)の長さに沿って伸びる中央スルーホール(425)を有する前記冷却液コンテナ(42)と、
    前記コラムユニット(41)の長さに沿って伸びる中心孔(411)を有する前記コラムユニット(41)と、
    前記ベース(2)の上に取り付けられた前記コラムユニット(41)と、
    前記ヒートシンク(5)と前記中央スルーホール(425)と前記中心孔(411)と前記ベース(2)とを通る前記電力線(300)と、
    を含む、請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
  3. 前記コラムユニット(41)は、
    空壁体(40)と、
    前記第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)と、
    前記中心孔(411)と、を有するコラムを含み、
    前記空壁体(40)は、
    第一の端部(401)及び第二の端部(402)を有し、
    前記空壁体(40)にある前記第一の端部(401)及び第二の端部(402)を抜けて前記空壁体(40)の長さに沿って伸びる中心孔(411)を有し、
    前記第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)は、
    前記空壁体(40)内に形成され、
    前記空壁体(40)にある前記第一の端部(401)及び第二の端部(402)を抜けて前記空壁体(40)の長さに沿って伸び、
    前記中空孔(411)は、
    前記第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)の間に配置される、
    請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
  4. 前記のコラムの空壁体(40)は、
    前記第一の端部(401)及び第二の端部(402)の間に、前記空壁体(40)の長さに沿って伸びる複数の溝(405)と、
    前記の溝(405)と交互に配置された複数の熱放散フィン(406)と、で形成される、
    請求項3に記載の発光ダイオードランプ。
  5. 前記コラムユニット(41)は、第一空壁体(40’)及び第二空壁体(40’)を含み、
    前記第一空壁体(40’)及び第二空壁体(40’)は、ギャップによって互いに離れており、それぞれ前記第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)を有して形成される、
    請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
  6. さらに、
    接続パイプ(422)と、
    前記コラムユニット(41)の上部に配置される前記ヒートシンク(5)と、
    前記ヒートシンク(5)と前記コラムユニット(41)との間に配置される前記冷却液コンテナ(42)と、を含み、
    前記接続パイプ(422)は、
    前記冷却液蓄積スペース(421)内を通って、前記ヒートシンク(5)の前記渦状液体流路(51)と前記コラムユニット(41)の前記第一液体流路(412)とに直接連結される、
    請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
  7. 前記第一冷却駆動部材(3)は、
    前記コラムユニット(41)の下部に配置され、
    排出口(32)と吸引口(33)を有し、
    その両方が、前記冷却液コンテナ(42)から前記第二液体流路(413)を通って前記吸引口(33)へと冷却液を引き出し、前記排出口(32)から前記第一液体流路(412)と前記接続パイプ(422)とを通って前記渦状液体流路(51)へと冷却液を排出するために、それぞれ前記第一液体流路(412)及び第二液体流路(413)と流体連通する、
    請求項6に記載の発光ダイオードランプ。
  8. さらに、
    前記冷却液コンテナ(42)の上部に配置され、前記ヒートシンク(5)と一体化し、前記渦状液体流路の一端と前記接続パイプ(422)とに流体連通する吸引口(33’)と、前記渦状液体流路のもう一端と前記冷却液コンテナ(42)とに流体連通する排出口(32’)とを有する、第二冷却駆動部材(3’)を含む、請求項7に記載の発光ダイオードランプ。
  9. 前記第一冷却駆動部材(3)は、
    前記ヒートシンク(5)と一体化し、
    吸引口(33)と排出口(32)を有し、
    前記吸引口と前記排出口は、
    前記渦状液体流路(51)の両端それぞれと、
    中間に配置されて、前記冷却液コンテナ(42)と前記第一冷却駆動部材(3)とに接続された、前記コラムユニット(41)とに、流体連通し、
    前記冷却液コンテナ(42)から前記第一液体流路(412)を通って前記渦状液体流路(51)へと冷却液を引き出す、前記第一冷却駆動部材(3)は、
    前記排出口(32)から前記第二液体流路(413)を通って前記冷却液コンテナ(42)へと冷却液を排出する、
    請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
  10. さらに、
    ピボット座体(25)を備えるベース(2)と、
    前記ピボット座体(25)に旋回可能に設けられた中空ホルダー体(48)と、
    前記コラムユニット(41)が垂直位置と水平位置の間を回転可能となるように、前記中空ホルダー体(48)にしっかりとはめ込まれた前記冷却液コンテナ(42)と、
    を含む、請求項9に記載の発光ダイオードランプ。
  11. 前記熱放散装置(4)は、
    第一の底板(21)と、
    前記第一の底板(21)の下部に取り付けられた第二底板(81)と、
    前記第一及び第二底板(21、81)と相互に接続している増設コラム(82)と、を含み、
    前記第一の底板(21)は、
    前記第一底板(21)から上向きに突き出した実装部(22)を備え、そこにおいて前記第一冷却駆動部材(3)を受け止める受容スペースを有する、
    請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
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