JP2013229123A - Forced cooling-type led lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハウジング内に光源ユニットと冷却ファンを収容して成る強制冷却式LED照明装置に関するものである。 The present invention relates to a forced-cooling type LED lighting device in which a light source unit and a cooling fan are housed in a housing.
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(発光ダイオード)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, which use large-intensity lamps such as xenon lamps and sodium lamps as light sources, use LEDs (light-emitting diodes) with long life and low power consumption as light sources. As a result, there is a need for higher output 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.
このような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、温度をより低く抑えて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, the LED light source whose life and output change depending on the temperature can be stably driven at a lower temperature. Cooling structure is an important development issue.
LED照明装置の冷却構造として、例えば特許文献1には、LEDを光源とする光源ユニットと冷却ファンをハウジング内に所定距離隔てて配置することによって両者間に空間部を形成するとともに、ハウジングに吸気口と排気口を軸直角方向に形成し、前記冷却ファンによって前記吸気口からハウジング内に吸引された冷却風をハウジングの内面に沿って流すとともに、前記空間部を通過させて前記排気口からハウジング外へ排出する構成が提案されている。この冷却構造によれば、ハウジング内の空間部を流れる冷却風によって光源ユニットが強制空冷されるために該光源ユニットの温度上昇が抑えられる。
As a cooling structure of an LED lighting device, for example,
しかしながら、特許文献1において提案された冷却構造においては、ハウジングの排気口は常時開口しているため、特に屋外に設置されたLED照明装置にあっては,強風を受けた場合に排気口からハウジング内に風が流入し、ハウジング内の排気口近傍に配置された冷却ファンに風が直接当たるために該冷却ファンの回転が駆動の限界を超えたり、逆に冷却ファンに逆回転方向の負荷が掛かるために該冷却ファンが破壊される可能性がある。
However, in the cooling structure proposed in
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、光源ユニットを強制冷却してその温度上昇を抑えつつ、屋外での強風による冷却ファンの破壊を防ぐことができる強制冷却式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-mentioned problems, and its intended process is forced cooling that can prevent the cooling fan from being destroyed by strong outdoor winds while forcibly cooling the light source unit to suppress the temperature rise. It is providing a type LED lighting device.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、吸気口と排気口が形成されたハウジング内に、LEDを光源とする光源ユニットと冷却ファンを収容し、前記冷却ファンによって前記吸気口からハウジング内に吸引される外気を前記光源ユニットを通過させて前記排気口からハウジング外へと排出することによって前記光源ユニットを冷却するようにした強制冷却式LED照明装置において、前記冷却ファンの近傍に開口する前記吸気口又は前記排気口を前記冷却ファンの回転中心を中心とする複数の扇形のルーバーで構成し、各ルーバーの形状と開口方向を、該ルーバーから流入する風が前記冷却ファンの羽根に沿って平行に流れるように設定したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a light source unit having an LED as a light source and a cooling fan are accommodated in a housing in which an intake port and an exhaust port are formed, and the cooling fan separates the intake port from the intake port. In the forced cooling type LED lighting device that cools the light source unit by passing outside air sucked into the housing through the light source unit and exhausting it from the exhaust port to the outside of the housing, in the vicinity of the cooling fan The air intake port or the air exhaust port that is opened is composed of a plurality of fan-shaped louvers that are centered on the rotation center of the cooling fan, and the wind that flows from the louver is in the shape and opening direction of each louver. It is set so that it may flow along in parallel.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記冷却ファンと、水冷ジャケット、ラジエータ及び循環ポンプを備えた水冷ユニットを設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a water cooling unit including the cooling fan, a water cooling jacket, a radiator, and a circulation pump is provided.
請求項1記載の発明によれば、屋外に設置された当該強制冷却式LED照明装置が強風を受ける場合には、冷却ファンの近傍に開口する吸気口又は排気口のルーバーからハウジング内に流入する風は冷却ファンの羽根に沿って平行に流れるため、風が冷却ファンの回転に与える影響は軽微であって、冷却ファンの回転が駆動の限界を超えたり、冷却ファンに逆回転方向の負荷が掛かることによる該冷却ファンの破壊が防がれる。そして、当該強制冷却式LED照明装置が強風を受けない場合には、冷却ファンによってハウジング内を外気が正常に流れるため、この外気によって光源ユニットが強制空冷されてその温度上昇が抑えられる。 According to the first aspect of the present invention, when the forced cooling LED lighting device installed outdoors receives a strong wind, it flows into the housing from the louver of the intake port or the exhaust port that opens near the cooling fan. Since the wind flows in parallel along the cooling fan blades, the effect of the wind on the cooling fan rotation is negligible, and the cooling fan rotation exceeds the drive limit or the cooling fan is subjected to a reverse rotation direction load. The cooling fan can be prevented from being broken by being hooked. And when the said forced cooling type LED illuminating device does not receive a strong wind, since external air flows normally in a housing with a cooling fan, a light source unit is forcedly air-cooled by this external air, and the temperature rise is suppressed.
請求項2記載の発明によれば、ハウジング内の光源ユニットは、冷却ファンによる強制空冷に加えて水冷ユニットによって強制水冷されるため、該光源ユニットがより一層効果的に冷却されてその温度上昇が抑えられる。 According to the second aspect of the invention, the light source unit in the housing is forcibly water-cooled by the water cooling unit in addition to the forced air cooling by the cooling fan. It can be suppressed.
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.
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る強制冷却式LED照明装置の斜視図、図2は同強制冷却式LED照明装置の縦断面図、図3は同強制冷却式LED照明装置の分解斜視図であり、本実施の形態に係る強制冷却式LED照明装置1は、矩形ボックス状のハウジング2の内部に光源ユニット3と冷却ファン4を組み込んで構成されている。尚、以下の説明における強制冷却式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、該強制冷却式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。
<
1 is a perspective view of a forced cooling LED lighting device according to
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によって構成されており、図1に示すように、その周面には横方向に長い複数のスリット状のルーバー5aから成る吸気口5がそれぞれ形成され、該吸気口5に対して軸直角方向の面、つまり光源ユニット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、、前記冷却ファン4の回転中心を中心とする複数の扇形のルーバー6aから成る排気口6が形成されている。
The
ここで、図4に当該強制冷却式LED照明装置1の通常時(強風を受けないとき)の外気の流れを示し、図5に同強制冷却式LED照明装置1が強風を受けたときの外気の流れを模式的縦断面にて示すが、ハウジング2に形成された前記排気口6の各ルーバー6aの形状と開口方向は、当該強制冷却式LED照明装置1が強風を受けた場合、図5に矢印にて示すように該ルーバー6aから排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入する風が冷却ファン4の羽根4aに沿って平行に流れるように設定されている。
Here, FIG. 4 shows the flow of outside air during normal operation (when no strong wind is received) of the forced cooling
又、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光源ユニット3が嵌め込まれて固定されている。尚、ハウジング2を光源ユニット3に密着させて固定したり、ハウジング2を金属若しくは高熱伝導性樹脂によって構成することによって、光源ユニット3において発生する熱をハウジング2を介して効率良く放熱させることができる。
The lower surface of the
前記光源ユニット3は、光源であるLED8(図2参照)を実装して成る矩形のメタル基板9と、このメタル基板9を取り付ける矩形プレート状のベース10と、放熱用の金属製ヒートシンク11と、LED8から出射される光を光学的に制御する透明樹脂製のインナレンズ12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樹脂製のアウタレンズ13を含んで構成されている。尚、図1〜図3においては、給電に必要なケーブルやコネクタは図示を省略している。
The
ところで、本実施の形態では、1枚のメタル基板9に25個のLED8を5×5のマトリックス状に実装しているが、実装するLED8の数は任意である。又、メタル基板9も1枚である必要はなく、必要において分割した複数枚のメタル基板を使用することができる。更に、放熱用のヒートシンク11をベース10と一体に構成しても良い。
By the way, in the present embodiment, 25
そして、メタル基板9は、熱伝導シート14を介して前記ベース10にネジ止めによって固定されている。又、ベース10は、矩形の熱伝導シート15を介してヒートシンク11の受熱面に密着されている。尚、熱伝導シート14,15は、電気絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等によって構成されている。
The
他方、図2に示すように、ハウジング2内のヒートシンク11の上方の排気口6に近い箇所には前記冷却ファン4が配置されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
次に、以上のように構成された強制冷却式LED照明装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the forced cooling
強制冷却式LED照明装置1が起動されて光源ユニット3と冷却ファン4に電源が供給されると、光源ユニット3の複数(本実施の形態では25個)のLED8が発光し、その光は、インナレンズ12とアウタレンズ13を通過することによって光学的に制御された後、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。このとき、光源ユニット3の点灯制御は不図示の外部電源ユニットによってなされる。
When the forced cooling type
ところで、強制冷却式LED照明装置1の駆動中においては、光源ユニット3のLED8が発熱し、そのままでは光源ユニット3が過熱されてその温度が上昇するが、本実施の形態では、冷却ファン4によってハウジング2内に導入される外気によって光源ユニット3が強制空冷されてその温度上昇が抑えられる。
By the way, while the forced cooling
即ち、当該強制冷却式LED照明装置1が屋外に設置されている場合において、該強制冷却式LED照明装置1が強風を受けない通常時には、冷却ファン4によって外気が図4に矢印にて示すように吸気口5からハウジング2の内部に導入され、この外気はハウジング2内を排気口6に向かって上方に流れる過程で光源ユニット3を冷却する。このとき、光源ユニット3からの熱はヒートシンク11に伝導し、ヒートシンク11を外気が通過することによって該ヒートシンク11からの放熱が促進されるため、光源ユニット3は外気によって効率良く強制空冷されてその温度上昇が一定値以下に抑えられる。
That is, when the forced cooling
そして、光源ユニット3の冷却に供されて温度が上昇した外気は、図4に矢印にて示すように排気口6を通過してハウジング2外へと排出され、このような作用が繰り返されることによって光源ユニット3が強制空冷されてその温度上昇が抑えられる。
Then, the outside air whose temperature has risen due to the cooling of the
ところが、屋外に設置された強制冷却式LED照明装置1が強風を受けた場合には、図5に矢印にて示すように風がハウジング2の排気口6から排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入するが、排気口6の各ルーバー6aの形状と開口方向は前述のように設定されているため、該ルーバー6aから排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入する風は冷却ファン4の羽根4aに沿って平行に流れる。このため、ハウジング2内に逆流する風が冷却ファン4の回転に与える影響は軽微であって、冷却ファン4の回転が駆動の限界を超えたり、冷却ファン4に逆回転方向の負荷が掛かることによる該冷却ファン4の破壊が防がれる。
However, when the forced cooling
以上のように、本実施の形態に係る強制冷却式LED照明装置1によれば、光源ユニット3を外気によって強制冷却してその温度上昇を抑えつつ、屋外での強風による冷却ファン4の破壊を防ぐことができるという効果が得られる。
As described above, according to the forced cooling type
尚、本実施の形態では、ハウジング2の排気口6の各ルーバー6aの形状と開口方向を該ルーバー6aから排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入する風が冷却ファン4の羽根4aに沿って平行に流れるように設定したが、冷却ファン4が吸気口5の近傍に配置されている場合には、吸気口5の各ルーバー5aの形状と開口方向を同様に設定すれば前述と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the wind that flows into the
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2を図6〜図9に基づいて説明する。
<
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6は本発明の実施の形態2に係る強制冷却式LED照明装置の斜視図、図7は同強制冷却式LED照明装置の縦断面図、図8は同強制冷却式LED照明装置の分解斜視図、図9は同強制冷却式LED照明装置の水冷ユニットの基本構成図である。
6 is a perspective view of the forced cooling LED lighting device according to
本実施の形態に係る強制冷却式LED照明装置1’は、前記実施の形態1に係る強制冷却式LED照明装置1に水冷ユニット19を付加したものであって、他の構成は実施の形態1に係る強制冷却式LED照明装置1の構成と同じであるため、図6〜図9においては図1〜図5において示しものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
The forced cooling
本実施の形態に係る強制冷却式LED照明装置1’においても、ハウジング2の上面に形成された排気口6の各ルーバー6aの形状と開口方向は、該ルーバー6aから排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入する風が冷却ファン4の羽根4aに沿って平行に流れるように設定されているが、ハウジング2内には光源ユニット3及び冷却ファン4の他に水冷ユニット19が組み込まれている。
Also in the forced cooling
上記水冷ユニット19は、熱交換機器である水冷ジャケット20と、該水冷ジャケット20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21と、該ラジエータ21の外気を供給する冷却ファン4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22及び冷却水を貯留するリザーブタンク23を備えており、冷却ファン4はラジエータ21と対向してこれの上方の排気口6の近傍に配置されている。
The
上記水冷ジャケット20は、中空の矩形板状に成形されており、図7に示すようにハウジング2内の下部に水平に配置されている。そして、この水冷ジャケット20の内部には冷却水通路が形成されており、この水冷ジャケット20の一端上には、図7に示すように、ラジエータ21において外気との熱交換によって冷却された冷却水が流入する入口パイプ24と、当該水冷ジャケット20において受熱して温度が高くなった冷却水を排出する出口パイプ25が立設されている。
The water-cooling
而して、水冷ジャケット20の下面側には光源ユニット3が配置されており、光源ユニット3は、そのベース10が矩形の熱伝導シート15を介して水冷ジャケット20の下面に密着している。尚、冷却水には、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。
Thus, the
他方、ハウジング2内の水冷ジャケット20から所定距離だけ離間した上部の排気口6の近傍には前記ラジエータ21と前記冷却ファン4が配置されている。そして、上下方向において水冷ジャケット20とラジエータ21との間には前記循環ポンプ22と前記リザーブタンク23が配置されている。具体的には、水冷ジャケット20上には門型のシャーシ26が立設されており、このシャーシ26上に循環ポンプ22とリザーブタンク23が配置されている。
On the other hand, the
ところで、図7に示すように、水冷ジャケット20の出口パイプ25から上方へ立ち上がる配管(ゴムホース)27は、ラジエータ21の入口パイプ28に連結されており、ラジエータ21の出口パイプ29から延びる配管(ゴムホース)30は、下方に延びた後に略直角に曲げられて循環ポンプ22の吸入側に接続されている。そして、循環ポンプ22の吐出側から延びる図9に示す配管(ゴムホース)31は、リザーブタンク23の入口側に接続されており、リザーブタンク23の出口側から延びる配管(ゴムホース)32(図9参照)は、図7及び図9に示すように水冷ジャケット20の入口パイプ24に接続されている。このように水冷ジャケット20、ラジエータ21、循環ポンプ22及びリザーブタンク23は、配管(ゴムホース)27,30〜32によって連結されて閉ループを成す循環経路を構成しており、この循環経路を冷却水が循環することによって所要の冷却作用がなされる。
By the way, as shown in FIG. 7, a pipe (rubber hose) 27 rising upward from the
而して、以上のように構成された強制冷却式LED照明装置1’が起動されて光源ユニット3と水冷ユニット19に電源が供給されると、光源ユニット3の複数(本実施の形態では25個)のLED8が発光し、その光はインナレンズ12とアウタレンズ13を通過して光学的に制御された後に下方に向かって照射されて下方を照明する。このとき、光源ユニット3の点灯制御は不図示の外部電源ユニットによってなされる。
Thus, when the forced cooling type
ところで、強制冷却式LED照明装置1’の駆動中においては、光源ユニット3のLED8が発熱し、そのままでは光源ユニット3が過熱されてその温度が上昇するが、本実施の形態では、冷却ファン4によってハウジング2内に導入される外気によって光源ユニット3が強制空冷されるとともに、水冷ジャケット20によって光源ユニット3が強制水冷される。以下、水冷ユニット19による光源ユニット3の強制冷却について説明する。
By the way, during the driving of the forced cooling type
水冷ユニット19の循環ポンプ22によって循環経路を循環する冷却水は、水冷ジャケット20において光源ユニット3で発生する熱を受熱して光源ユニット3を冷却し、受熱によって温度が高くなった冷却水は、配管27を通ってラジエータ21へと導入される。
The cooling water circulated through the circulation path by the
他方、冷却ファン4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5から冷却風としてハウジング2内に側方から吸引され、この外気は、ラジエータ21を通過して排気口6からハウジング2外へと排出される。そして、ラジエータ21においては、ここを通過する外気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水は、配管30を通って循環ポンプ22に吸引される。
On the other hand, when the cooling
循環ポンプ22に吸引された冷却水は、昇圧された後に循環ポンプ22から配管31を通ってリザーブタンク23へと送り出され、その一部はリザーブタンク23に貯留され、残りの冷却水は、リザーブタンク23から配管32を通って水冷ジャケット20へと導入されて光源ユニット3の冷却に供される。そして、以上の作用(冷却サイクル)が連続的に繰り返されて光源ユニット3が水冷ジャケット20を流れる冷却水によって強制冷却され、その温度上昇が一定値以下に抑えられるとともに、ハウジング2がその内部を通過する外気によって強制空冷されてその温度上昇が抑えられる。
The cooling water sucked into the
而して、本実施の形態に係る強制冷却式LED照明装置1’においても、ハウジング2の上面に形成された排気口6の各ルーバー6aの形状と開口方向は、該ルーバー6aから排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入する風が冷却ファン4の羽根4aに沿って平行に流れるように設定されているため、前記実施の形態1と同様の効果が得られるが、本実施の形態では、ハウジング2内の光源ユニット3は、冷却ファン4による強制空冷に加えて水冷ユニット19によって強制水冷されるため、該光源ユニット3がより一層効果的に冷却されてその温度上昇が抑えられるという効果が得られる。
Thus, also in the forced cooling
尚、本実施の形態においても、ハウジング2の排気口6の各ルーバー6aの形状と開口方向を該ルーバー6aから排気方向とは逆向きにハウジング2内に流入する風が冷却ファン4の羽根4aに沿って平行に流れるように設定したが、冷却ファン4が吸気口5の近傍に配置されている場合には、吸気口5の各ルーバー5aの形状と開口方向を同様に設定すれば前述と同様の効果が得られる。
Also in the present embodiment, the wind flowing into the
1,1’ 強制冷却式LED照明装置
2 ハウジング
3 光源ユニット
4 冷却ファン
4a 冷却ファンの羽根
5 吸気口
5a 吸気口のルーバー
6 排気口
6a 排気口のルーバー
8 LED
9 メタル基板
10 ベース
11 ヒートシンク
12 インナレンズ
13 アウタレンズ
14,15 熱伝導シート
19 水冷ユニット
20 水冷ジャケット
21 ラジエータ
22 循環ポンプ
23 リザーブタンク
24 入口パイプ
25 出口パイプ
26 シャーシ
27 配管(ゴムホース)
28 入口パイプ
29 出口パイプ
30〜32 配管(ゴムホース)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
28
Claims (2)
前記冷却ファンの近傍に開口する前記吸気口又は前記排気口を前記冷却ファンの回転中心を中心とする複数の扇形のルーバーで構成し、各ルーバーの形状と開口方向を、該ルーバーから流入する風が前記冷却ファンの羽根に沿って平行に流れるように設定したことを特徴とする強制冷却式LED照明装置。 A light source unit having an LED as a light source and a cooling fan are accommodated in a housing in which an air inlet and an air outlet are formed. In the forced cooling type LED lighting device that cools the light source unit by discharging it from the exhaust port to the outside of the housing,
The intake port or the exhaust port that opens in the vicinity of the cooling fan is configured by a plurality of fan-shaped louvers centered on the rotation center of the cooling fan, and the shape and opening direction of each louver are Is set so as to flow in parallel along the blades of the cooling fan.
The forced cooling LED lighting device according to claim 1, wherein a water cooling unit including the cooling fan, a water cooling jacket, a radiator, and a circulation pump is provided.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016531732A (en) * | 2013-06-19 | 2016-10-13 | フォセオン テクノロジー, インコーポレイテッドPhoseon Technology, Inc. | Internal deflection ventilation |
JP2016214153A (en) * | 2015-05-20 | 2016-12-22 | メカテック有限会社 | Indoor illumination system, and seedling raising device equipped with the same |
CN109274860A (en) * | 2018-12-07 | 2019-01-25 | 大连国晨科技有限公司 | A kind of novel audio/video matrix switch and heat dissipating method |
-
2012
- 2012-04-24 JP JP2012098747A patent/JP2013229123A/en active Pending
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