JP2012048870A - Water-cooled led lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、閉回路を循環する冷却水によってLED光源ユニットを強制水冷するようにした水冷式LED照明装置に関するものである。 The present invention relates to a water-cooled LED lighting apparatus in which an LED light source unit is forcibly water-cooled by cooling water circulating in a closed circuit.
近年、車両用前照灯や屋外照明灯等の照明装置としては、キセノンランプやナトリウムランプ等の大光量ランプを光源とするものから、長寿命で低消費電力のLEDを光源とするものへの置き換えが進んでおり、LEDを光源とするLED照明装置に対しては更なる高出力化が望まれている。 In recent years, lighting devices such as vehicular headlamps and outdoor lighting lamps have been changed from those using a high-intensity lamp such as a xenon lamp or sodium lamp as a light source to those using a long-life and low-power consumption LED as a light source. Replacement is progressing, and higher output is desired for LED lighting devices using LEDs as light sources.
ところで、現在普及しているキセノンランプは200W〜2000W程度の出力のものが多く、これに代わるLED照明装置への投入電力も増加していく傾向にあり、最近では1つのLED照明装置への投入電力が200Wを超えるものも開発されてきている。 By the way, currently popular xenon lamps have a large output of about 200 W to 2000 W, and the power input to the LED lighting device as a substitute for this tends to increase. Recently, the power input to one LED lighting device is increasing. The thing whose electric power exceeds 200W has been developed.
斯かるLED照明装置の大電力化に伴ってLED光源ユニットの発熱量も増加するため、温度によって寿命や出力が変化するLED光源においては、温度をより低く安定して駆動するための冷却構造が重要な開発課題となっている。 Since the amount of heat generated by the LED light source unit increases as the power of the LED lighting device increases, a cooling structure for driving the temperature lower and stably in an LED light source whose life and output change depending on the temperature. It is an important development issue.
そのため、例えば特許文献1には、LED実装基板を金属製の放熱固定板に金属製の放熱カバーによって押圧固定するとともに、該LED実装基板が固定された放熱固定板を透光性カバーと樹脂ケースによって形成された密閉空間内に配置し、放熱固定板には複数の放熱フィンを形成する構成が提案されている。
Therefore, for example, in
又、特許文献2には、光源としてのLEDと、該LEDを空冷又は水冷可能なヒートシンクと、LEDを発光させるための電流を印加する発光回路と、照明装置が水中にあることを検出する水滴センサを備えた照明装置において、水滴センサによって当該照明装置が水中にないことが検出されると発光回路がLEDに供給する電流を制限してLEDの過熱を防ぎ、当該照明装置が水中にあることが検出されると発光回路がLEDに高電流を供給して該LEDの発光輝度を高めるようにした構成が提案されている。
Further,
更に、近年では閉回路を循環する冷却水によってLED光源ユニットを強制水冷する水冷式LED照明装置が提案されている。ここで、この水冷式LED照明装置の水冷ユニットのシステム構成を図11に基づいて説明する。 Furthermore, in recent years, a water-cooled LED lighting device has been proposed in which the LED light source unit is forcibly water-cooled with cooling water circulating in a closed circuit. Here, the system configuration of the water cooling unit of the water-cooled LED lighting device will be described with reference to FIG.
図11は従来の水冷式LED照明装置の水冷ユニットのシステム構成図であり、図示の水冷ユニット105は、閉回路に循環ポンプ117、リザーブタンク118、水冷ジャケット114及びラジエータ115を設けて構成されており、循環ポンプ117によって冷却水が閉回路を循環することによって不図示のLED光源ユニットが強制水冷されてその温度上昇が抑えられる。
FIG. 11 is a system configuration diagram of a water-cooling unit of a conventional water-cooled LED lighting apparatus. The illustrated water-
即ち、水冷ジャケット114には不図示のLED光源ユニットが密着されており、循環ポンプ117から送り出された冷却水は、図11に矢印にて示すようにリザーブタンク118を経て水冷ジャケット114へと導入され、水冷ジャケット114に密着されたLED光源ユニットの冷却に供される。そして、LED光源ユニットの冷却によって温度が上昇した冷却水は、ラジエータ115に導入され、該ラジエータ115における放熱によって冷却された後に循環ポンプ117に吸引され、以後は以上と同様の作用を繰り返してLED光源ユニットを連続的に冷却する。
That is, an LED light source unit (not shown) is in close contact with the
ところで、図11に示す水冷ユニット105の閉回路を循環する冷却水は、閉回路の容積に対して同量(満タン量)だけ封入されてはおらず、リザーブタンク117の上部に空気が存在する。又、閉回路の配管の一部はゴムホースで構成されているが、経年によりゴムホースから冷却水の一部が蒸発するため、空気層が占める割合が大きくなる。
By the way, the cooling water circulating through the closed circuit of the
而して、図11に示すように不図示のLED光源ユニットが密着された水冷ジャケット114が下向きに配置された状態でLED照明装置が使用される場合、つまり、光照射方向が下向きである場合には、リザーブタンク118の上部に溜った空気が冷却水と共に閉回路を循環することはない。
Thus, as shown in FIG. 11, when the LED lighting device is used in a state where the water-
他方、図12に示すようにLED照明装置の上下が逆にされて水冷ジャケット114が上向きに設置される場合、つまり、光照射方向が上向きである場合には、リザーブタンク118の上部に溜った空気が冷却水と共に閉回路を循環するため、冷却水だけが循環する図11に示す状態よりも冷却性能が低下するという問題が発生する。実際には、LED照明装置をその照射方向が真下の状態から角度160°まで回しても冷却性能の低下は見られないが、それ以上の角度(最大180°)回すと冷却性能の低下が著しくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 12, when the LED lighting device is turned upside down and the
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、設置角度に関わらず高い冷却性能を維持することができる水冷式LED照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a water-cooled LED lighting device that can maintain high cooling performance regardless of the installation angle.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、閉回路において循環ポンプ、リザーブタンク、水冷ジャケット、ラジエータの順に冷却水を循環させてLED光源ユニットを冷却する水冷式LED照明装置において、前記リザーブタンクの上下から第1及び第2の2本の経路を導出させ、第2の経路を前記水冷ジャケットに接続するとともに、該第2の経路の途中に前記第1の経路を接続し、前記水冷ジャケットから前記リザーブタンクへの冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆流防止手段を前記第1及び第2の経路にそれぞれ設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記逆流防止手段を逆止弁で構成したことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、例えば光照射方向が真下となる方向で水冷式LED照明装置が使用される場合、リザーブタンクにおいて気液分離された冷却水だけが第2の経路を通って水冷ジャケットへと導入され、リザーブタンクの上部に滞留する空気の第1の経路から水冷ジャケットへの流れ込みは第1の経路に設けられた逆流防止手段(逆止弁)によって阻止されるため、冷却水の循環経路に空気が混入することがなく、従来と同様に水冷ユニットに高い冷却性能が確保される。 According to the present invention, for example, when the water-cooled LED lighting device is used in a direction in which the light irradiation direction is directly below, only the cooling water that has been gas-liquid separated in the reserve tank passes through the second path to the water-cooled jacket. Since the flow of the air introduced and staying in the upper part of the reserve tank from the first path to the water cooling jacket is blocked by the backflow prevention means (check valve) provided in the first path, the cooling water circulation path Air is not mixed into the water cooling unit, and high cooling performance is ensured in the water cooling unit as in the prior art.
又、上記状態から上下を逆にして光照射方向が真上となる方向で水冷式LED照明装置が使用される場合、リザーブタンクにおいて気液分離された冷却水だけが第1の経路を通って水冷ジャケットへと導入され、リザーブタンクの上部に滞留する空気の第2の経路から水冷ジャケットへの流れ込みは第2の経路に設けられた逆流防止手段(逆止弁)によって阻止されるため、冷却水の循環経路に空気が混入することがなく、水冷ユニットに高い冷却性能が確保される。 In addition, when the water-cooled LED lighting device is used in the direction in which the light irradiation direction is directly above from the above state, only the cooling water that has been gas-liquid separated in the reserve tank passes through the first path. Since the air introduced into the water cooling jacket and staying in the upper part of the reserve tank is prevented from flowing from the second path into the water cooling jacket by the backflow prevention means (check valve) provided in the second path, Air does not enter the water circulation path, and high cooling performance is ensured in the water cooling unit.
従って、水冷式LED照明装置の設置角度に関わらず、循環する冷却水への空気の混入を防いで常に高い冷却性能を維持することができる。 Therefore, regardless of the installation angle of the water-cooled LED lighting device, air can be prevented from being mixed into the circulating cooling water and high cooling performance can always be maintained.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る水冷式LED照明装置の斜視図、図2は図1の矢視A方向の図、図3は図1の矢視B方向の図、図4は図3のC−C線断面図、図5は同水冷式LED照明装置の冷却ユニットの構成を示す正面図、図6は図5の矢視D方向の図(左側面図)、図7は図5の矢視E方向の図(右側面図)、図8は図7の矢視F方向の図(背面図)、図9は同水冷式LED照明装置の光照射方向が下向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図、図10は同水冷式LED照明装置の光照射方向が上向きである場合の冷却ユニットのシステム構成図である。 1 is a perspective view of a water-cooled LED lighting device according to the present invention, FIG. 2 is a view in the direction of arrow A in FIG. 1, FIG. 3 is a view in the direction of arrow B in FIG. FIG. 5 is a front view showing the configuration of the cooling unit of the water-cooled LED lighting device, FIG. 6 is a view in the direction of arrow D in FIG. 5 (left side view), and FIG. FIG. 8 is a view in the E direction (right side view), FIG. 8 is a view in the F direction of FIG. 7 (rear view), and FIG. 9 is a cooling unit system when the light irradiation direction of the water-cooled LED illumination device is downward. FIG. 10 is a system configuration diagram of the cooling unit when the light irradiation direction of the water-cooled LED illumination device is upward.
本発明に係る水冷式LED照明装置1は、図4に示すように、矩形ボックス状のハウジング2の内部にLED光源ユニット3と制御回路ユニット4及び水冷ユニット5を組み込んで構成されている。尚、以下の説明における水冷式LED照明装置1の上下は図1に示す状態においてのものであって、該水冷式LED照明装置1の設置が必ずしも図1に示す状態でなされる訳ではない。
As shown in FIG. 4, the water-cooled
上記ハウジング2は、PC等の樹脂或いはアルミニウム等の金属で構成されており、図1に示すように、その周面には縦方向の長い複数のスリットから成る吸気口6が形成され、該吸気口6に対して軸直角方向の面、つまり、LED光源ユニット3からの光出射方向(図1の下方)とは逆方向(図1の上方)の端面である上面には、扇形の複数のスリットから成る排気口7が形成されている。そして、このハウジング2の下面は開口しており、この開口部には前記LED光源ユニット3が嵌め込まれて固定されている。
The
上記LED光源ユニット3は、図4に示すように、光源である不図示のLEDを実装して成る複数(図示例では9枚)のメタル基板8と、これらのメタル基板8を取り付ける矩形プレート状のベース9及びハウジング2の下面開口部に嵌め込まれる矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズ10を含んで構成されている。
As shown in FIG. 4, the LED
本実施の形態では、LEDを実装して成る9枚のメタル基板8は縦横3列のマトリックス状に配置されており、これに対応してアルミダイキャスト製のベース9にもLEDと同数の台座9a(図4参照)が縦横3列のマトリックス状に一体に突設されている。
In the present embodiment, the nine
又、前記制御回路ユニット4は、図4に示すように、下面が開口する矩形ボックス状の回路ケース11の内部に各種電子部品が実装された不図示の回路基板を組み込み、回路ケース11の下面開口部を矩形プレート状のカバー12によって覆うことによって構成されている。ここで、回路ケース11は熱伝導率の高いアルミダイキャスト等によって成形されており、その上面には放熱部を構成する多数の放熱ピン13が一体に突設されている。
Further, as shown in FIG. 4, the
前記水冷ユニット5は、図4に示すように、熱交換器である水冷ジャケット14と、該水冷ジャケット14において受熱して温度が高くなった冷却水を外気(冷却風)との熱交換によって冷却するラジエータ15と、該ラジエータ15に冷却風を供給するファン16と、冷却水を閉ループの循環経路内で循環させる循環ポンプ17及び冷却水を貯留するリザーブタンク18を備えており、ファン16はラジエータ15と対向してこれの上方に配置されている。
As shown in FIG. 4, the
ところで、上記水冷ジャケット14は、中空の矩形板状に成形されており、その内部には冷却水通路が形成されている。そして、この冷却ジャケット14の背面側の右端上からは冷却水配管19が略垂直上方に延び、その端部(上端)はラジエータ15の背面側の右端部に接続されている。そして、ラジエータ15の背面側の左端部からは冷却水配管20が垂直下方へ延びた後に略直角に曲げられて水平に前方に向かって延び、その端部は循環ポンプ17の上部の吸込側に接続されている。
By the way, the
又、循環ポンプ17の上部の吐出側からは冷却水配管21が背面側に向かって水平に延びた後、右側面視U字状に折り曲げられて斜め下方に延び(図7参照)、その端部はリザーブタンク18の側部に接続されている。
Further, the cooling
而して、本実施の形態においては、リザーブタンク18の前面側の上からは第1の経路を構成する冷却水配管22が、又、リザーブタンク18の背面側の下からはと第2の経路を構成する冷却水配管23がそれぞれ導出しており、冷却水配管23はリザーブタンク18の下面から垂直下方に延び、その端部(下端)は水冷ジャケット14の背面側の左端部上に接続されている。そして、この冷却水配管23の途中には、水冷ジャケット14からリザーブタンク18への冷却水及び空気の逆流を阻止するための逆流防止手段としての逆止弁24が設けられている。
Thus, in the present embodiment, the cooling
又、冷却水配管22は、リザーブタンク18の上面から垂直上方に延びた後、逆U字状に折り曲げられて下方に向かい、循環ポンプ17とリザーブタンク18の間を背面側に向かって水平に延びた後、略直角に曲げられて垂直下方に延び、その端部(下端)は冷却水配管23の水冷ジャケット14と逆止弁24との間に接続されている。そして、この冷却水配管22の途中には、水冷ジャケット14からリザーブタンク18への冷却水及び空気の逆流を阻止するための逆流防止手段としての逆止弁25(図9参照)が設けられている。
Further, the cooling
而して、本実施の形態では、図4に示すように、ハウジング2内の下部に水冷ジャケット14が水平に配置されており、この水冷ジャケット14を挟んでこれの上下に制御回路ユニット4とLED光源ユニット3が配置されている。ここで、水冷ジャケット14の下面側に配されたLED光源ユニット3は、そのベース9が不図示の熱伝導シートを介して水冷ジャケット14の下面に密着している。
Thus, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
又、制御回路ユニット4は、そのカバー12が水冷ジャケット14の上面に密着する状態で該水冷ジャケット14の上面側に配置されている。尚、本実施の形態では、冷却水として水にプロピレングリコールを混合して成る不凍液が使用されている。
The
他方、図4に示すように、ハウジング2内の水冷ジャケット14から所定距離だけ離間した上部の前記排気口7の近傍には前記ラジエータ15とファン16が配置されており、水冷ジャケット14とラジエータ15との間には空間部Sが形成されるとともに、ハウジング2の周壁内面に沿う風路S1が形成されている。そして、ハウジング2内の前記空間部Sに制御回路ユニット4と前記循環ポンプ17及び前記リザーブタンク18が配置されている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
ところで、水冷ユニット5の閉回路を循環する冷却水は、閉回路の容積に対して同量(満タン量)だけ封入されておらず、冷却水配管19〜23の一部はゴムホースで構成されているために経年によりゴムホースから冷却水の一部が蒸発するため、リザーブタンク18において気液が分離され、図9に示すようにリザーブタンク18の上部に空気が滞留する。
By the way, the cooling water circulating through the closed circuit of the
而して、以上のように構成された水冷式LED照明装置1が起動されてLED光源ユニット3と制御回路ユニット4及び水冷ユニット5に電源が供給されると、LED光源ユニット3の複数(本実施の形態では9個)のLEDが発光し、その光はレンズ10を透過して図1の下方に向かって照射されることによって下方を照明するが、LED光源ユニット3の点灯制御は制御回路ユニット4によってなされ、駆動中においてLED光源ユニット3のLED及び制御回路ユニット4の各種電子部品(不図示)が発熱し、そのままではLED光源ユニット3と制御回路ユニット4及びこれらを収容するハウジング2が過熱されてそれらの温度が上昇する。
Thus, when the water-cooled
然るに、本実施の形態では、水冷ユニット5が同時に駆動され、LED光源ユニット3と制御回路ユニット4は、水冷ユニット5の閉回路を図9の矢印方向に循環する冷却水によって強制水冷されてその温度上昇が抑えられるとともに、ファン16によってハウジング2の吸気口6からハウジング2内に導入される冷却風の一部によってハウジング2が強制空冷されてその温度上昇が抑えられる。
However, in this embodiment, the
即ち、循環ポンプ17から吐出される冷却水は、冷却水配管21を通ってリザーブタンク18へと導入され、該リザーブタンク18において気液が分離され、冷却水から分離された空気はリザーブタンク18内の上部に滞留する。そして、本実施の形態ではリザーブタンク18内の冷却水が冷却水配管23を通って水冷ジャケット14へと導入され、リザーブタンク18の上部に滞留する空気の冷却水配管22から水冷ジャケット14への流れ込みは冷却水配管22に設けられた逆止弁25によって阻止されるため、水冷ジャケット14へと導入される冷却水に空気が混入することがない。
That is, the cooling water discharged from the
而して、水冷ジャケット14に導入された冷却水は、LED光源ユニット3及び制御回路ユニット4において発生する熱を受熱してLED光源ユニット3及び制御回路ユニット4を冷却し、受熱して温度の高くなった冷却水は、冷却水配管19を通ってラジエータ15へと導入される。この場合、前述のように水冷ジャケット14には冷却水のみが導入され、この冷却水に熱伝導率の低い空気が混入することがないため、水冷ジャケット14において高い冷却性能が確保され、LED光源ユニット3及び制御回路ユニット4が効率良く冷却される。
Thus, the cooling water introduced into the
他方、ファン16が不図示のモータによって回転駆動されると、外気がハウジング2の周面に形成された吸気口6から冷却風としてハウジング2内に側方から吸引され、この冷却風の一部は、図4に矢印にて示すように、ハウジング2の周壁内面に沿って形成された風路S1を流れることによってハウジング2を強制空冷してその温度上昇を抑える。
On the other hand, when the
又、ハウジング2内に導入された冷却風(ハウジング2を冷却した冷却風を含む)は、図4に矢印にて示すように、水冷ジャケット14とラジエータ15との間に形成された空間部Sを上方に向かって流れ、その過程でラジエータ15を通過し、ハウジング2の上面に開口する排気口7から外部に排出される。そして、ラジエータ15においては、ここを通過する冷却風によって冷却水の熱が外部に放熱されて該冷却水が冷却され、温度の下がった冷却液水は、冷却水配管21を通って循環ポンプ17に吸引される。
The cooling air introduced into the housing 2 (including the cooling air that has cooled the housing 2) is a space S formed between the
循環ポンプ17に吸引された冷却水は、循環ポンプ17によって昇圧された後に冷却水配管21を通ってリザーブタンク18へと送り出され、以後は前記と同様の作用(冷却サイクル)を繰り返してLED光源ユニット3と制御回路ユニット4を強制水冷する。
The cooling water sucked into the
他方、図1〜図9に示すように光照射方向が下向きとなるように設置して水冷式LED照明装置1が使用される状態から、図10に示すように上下を逆にして光照射方向が上向きとなる方向に水冷式LED照明装置1が設置されて使用される場合、図10に矢印にて冷却水の流れ方向を示すように、リザーブタンク18において気液分離された冷却水だけが冷却水配管22を通って上方の水冷ジャケット14へと導入され、リザーブタンク18の上部に滞留する空気の冷却水配管23から水冷ジャケット14への流れ込みは冷却水配管23に設けられた逆止弁24によって阻止される。このため、この場合も水冷ジャケット14には冷却水のみが導入され、この冷却水に熱伝導率の低い空気が混入することがないため、水冷ジャケット14において高い冷却性能が確保され、LED光源ユニット3及び制御回路ユニット4が効率良く冷却される。
On the other hand, as shown in FIGS. 1-9, the light irradiation direction is turned upside down as shown in FIG. 10 from the state where the water-cooled
従って、本実施の形態では、水冷式LED照明装置1の設置角度に関わらず、閉回路を循環する冷却水への空気の混入を防いで常に高い冷却性能を維持することができるという効果が得られる。
Therefore, in this embodiment, regardless of the installation angle of the water-cooled
尚、以上の実施の形態では、水冷ジャケット14からリザーブタンク18への冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆流防止手段として逆止弁24,25を使用したが、逆流防止手段としては2つの経路のうちから冷却水を流すべき一方の経路を選択することができるものであれば他の任意のものを用いることができる。
In the above embodiment, the
1 水冷式LED照明装置
2 ハウジング
3 LED光源ユニット
4 制御回路ユニット
5 水冷ユニット
6 吸気口
7 排気口
8 メタル基板
9 ベース
9a ベースの台座
10 レンズ
11 回路ケース
12 カバー
13 放熱ピン
14 水冷ジャケット
15 ラジエータ
16 ファン
17 循環ポンプ
18 リザーブタンク
19〜23 冷却水配管
24,25 逆止弁(逆流防止手段)
S 空間部
S1 風路
DESCRIPTION OF
S space part S1 wind path
Claims (2)
前記リザーブタンクの上下から第1及び第2の2本の経路を導出させ、第2の経路を前記水冷ジャケットに接続するとともに、該第2の経路の途中に前記第1の経路を接続し、前記水冷ジャケットから前記リザーブタンクへの冷却水及び空気の逆流を防ぐ逆流防止手段を前記第1及び第2の経路にそれぞれ設けたことを特徴とする水冷式LED照明装置。 In the water-cooled LED lighting device for cooling the LED light source unit by circulating the cooling water in the order of the circulation pump, the reserve tank, the water cooling jacket, and the radiator in the closed circuit,
The first and second paths are derived from the upper and lower sides of the reserve tank, the second path is connected to the water cooling jacket, and the first path is connected to the middle of the second path, A water-cooled LED lighting device, characterized in that backflow prevention means for preventing backflow of cooling water and air from the water cooling jacket to the reserve tank is provided in the first and second paths, respectively.
The water-cooled LED lighting device according to claim 1, wherein the backflow prevention means is constituted by a check valve.
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Cited By (2)
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CN105674082A (en) * | 2016-03-25 | 2016-06-15 | 重庆星河光电科技股份有限公司 | Water-cooling heat dissipation plant lamp |
WO2018018794A1 (en) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | 麦健文 | Heat dissipation system for led lamp |
-
2010
- 2010-08-25 JP JP2010187752A patent/JP2012048870A/en active Pending
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