JP2013528900A - Ｌｅｄ照明装置及びこれを備えた街灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い放熱面積及び高い熱伝逹性能を有しながら、ＬＥＤ照明装置を薄型化できて、設置の制約を解消し、保管及び搬送が容易であり、空気の対流を利用して高い通気性を実現でき、放熱性能を極大化することができるＬＥＤ照明装置及びこれを備えた街灯装置を提供する。
【解決手段】本発明によるＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールに結合され、熱を吸収するサーマルベースと、細管型に形成されて作動流体が注入され、サーマルベースに結合されて熱を吸収する吸熱部及び吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部を備えたヒートパイプループと、を含み、ヒートパイプループの各巻線は細長型に形成されており、細長型巻線の一側はサーマルベースに結合され、細長型巻線の他側はサーマルベースの縁から外側へ突出したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明装置及びこれを備えた街灯装置に関する。

ＬＥＤを用いた照明装置では、ＬＥＤの発熱により多量の熱が発生する。一般的に、電子装置が過熱されると、誤作動が発生したり、損傷を受けたりするため、ＬＥＤ照明装置においては、過熱を防止するための放熱装置が必須に要求される。

ＬＥＤ照明装置に使用される放熱装置の一例として、従来には放熱フィン構造の放熱装置が開示されている。

ところが、放熱フィン構造の放熱装置は、ＬＥＤモジュールの大きさが小さくて、吸熱部の大きさが小さくなる必要がある状況では、放熱フィンの表面積を広く維持することが困難であるという問題点がある。そして、放熱フィンの表面積を広げても、吸熱部と放熱部との間の距離が遠くなり、熱伝逹速度が落ちるので放熱効率を高めるには限界があった。

また、放熱フィン構造の放熱装置は、放熱フィンの面積を確保するために一定の体積を確保する必要があるので、ＬＥＤ照明装置が厚い厚さを有することになり、保管、搬送及び設置が困難であった。

さらに、放熱フィンは、汚染に劣るものであって、室外に設ける場合は、汚染による放熱性能の低下が発生するという問題もあった。

本発明は、熱伝逹性能及び放熱効率の高い放熱装置及びこれを備えたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、様々な所に設けることが可能であり、保管及び搬送が容易であるＬＥＤ照明装置を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、室外でも放熱性能が持続的に維持されるＬＥＤ照明装置を提供することをまた他の目的とする。

本発明の一側面によれば、ＬＥＤモジュールと、上記ＬＥＤモジュールに結合され、熱を吸収するサーマルベースと、細管型に形成されて作動流体が注入され、上記サーマルベースに結合されて熱を吸収する吸熱部及び上記吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部を備えたヒートパイプループと、を含み、上記ヒートパイプループの各巻線は、細長型に形成されており、上記細長型巻線の一側が上記サーマルベースに結合され、上記細長型巻線の他側が上記サーマルベースの縁から外側へ突出したことを特徴とするＬＥＤ照明装置が提供される。

上記細長型巻線は、幅と長さの割合が１：５〜１：２００であってもよい。

上記ヒートパイプループは、上記サーマルベースの縁に沿って放射状に配置されることが可能である。

上記サーマルベースは、平板状に形成されており、上記サーマルベースの一面には上記ＬＥＤモジュールが結合され、上記サーマルベースの他面には上記細長型巻線が並んで配置されて薄型化されることができる。

上記サーマルベースの他面のうちの上記ＬＥＤモジュールの反対側の領域は、上記細長型巻線の一側と重なってもよい。

上記ヒートパイプループをカバーし、上記ヒートパイプループの両側にそれぞれ通気孔が形成されたカバー部材をさらに含むことができる。

上記カバー部材において、上記ヒートパイプループの両側の通気孔は、対向するように配置されてもよい。

また、本発明の他の側面によれば、上記のＬＥＤ照明装置と、上記のＬＥＤ照明装置を支持する支持体と、を含み、上記ＬＥＤモジュールは地面を向くように配置されており、上記ＬＥＤ照明装置の前面及び後面の温度差により発生する上昇気流は、上記通気孔を介して上記ヒートパイプループを通過することを特徴とする街灯装置が提供される。

上記カバー部材は、太陽光から上記ヒートパイプループをカバーするために、上記ＬＥＤ照明装置の後面に配置された後面カバーと、上記ＬＥＤ照明装置の前面に配置され、上記ヒートパイプループをカバーする前面カバーと、を含むことができる。

本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を示す分解斜視図である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を示す底面図である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置における放熱装置の一構成を説明するための図面である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置における放熱装置の一構成を説明するための図面である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を備えた街灯装置を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を備えた街灯装置での放熱メカニズムを説明するための図面である。

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を示す分解斜視図であり、図２は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図であり、図３は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を示す底面図である。

本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置５０は、ＬＥＤモジュール１０と、サーマルベース２０と、ヒートパイプループ３０と、を含む。特に、本実施例のＬＥＤ照明装置５０は、ヒートパイプループ３０の巻線が細長型に形成され、細長型巻線は、サーマルベース２０から突出して形成されるので、ＬＥＤ照明装置５０は薄型化され、かつ高い通気性を確保することができる。

ＬＥＤモジュール１０は、電気エネルギーを用いて光を発散するＬＥＤ１２を備えることにより、照明に必要な光を発生させるものである。

図１及び図３に示すように、本実施例のＬＥＤモジュール１０は、ＬＥＤ１２及びＬＥＤ１２が装着される基板を含んでなる。

サーマルベース２０は、ＬＥＤモジュール１０で発生した熱を受けて、後述するヒートパイプループ３０に伝達するものであり、ＬＥＤモジュール１０及びヒートパイプループ３０を支持する役割も果たす。本実施例のサーマルベース２０は、熱伝逹を迅速にするために熱伝導性の高い物質からなる。具体的に、本実施例のサーマルベース２０は、銅、アルミニウムなどの熱伝導性の高い金属からなる。

図４及び図５は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置における放熱装置の構成を説明するための図面である。

図４及び図５に示すように、本実施例のＬＥＤ照明装置５０における放熱装置は、サーマルベース２０とヒートパイプループ３０とが結合して形成される。この時、ＬＥＤ照明装置５０の薄型化のために、サーマルベース２０は平板状に形成されてもよい。

ヒートパイプループ３０はサーマルベース２０に結合されており、サーマルベース２０を介して伝達された熱を放熱するものであって、大量の熱を迅速に放熱するために、作動流体が注入される細管型ヒートパイプからなり、吸熱部３２と放熱部３４とを含む。

特に、本実施例のヒートパイプループ３０におけるヒートパイプループ３０を構成する各巻線は、細長型に形成されて薄型化に有利である。また、細長型巻線の放熱部３４は、サーマルベース２０の縁から外側へ突出する構造を有することにより、高い通気性を確保でき、放熱性能を極大化することができる。

先ず、本実施例のヒートパイプループ３０の熱伝逹に関する原理を説明する。

本実施例のヒートパイプループ３０には、気泡とともに作動流体が注入される。そして、図４に示すように、吸熱部３２は、熱を伝達するサーマルベース２０に熱的に結合されて熱を吸収し、吸熱部３２に連通している放熱部３４は、サーマルベース２０から離隔して位置し、吸熱部３２から伝達された熱を外部へ放出する。

言い換えれば、本実施例のヒートパイプループ３０は、流体動圧を利用する振動細管型のヒートパイプからなる。振動細管型ヒートパイプは、細管内部に作動流体及び気泡が所定の割合で注入された後、細管内部が外部から密閉される構造を有する。これにより、振動細管型ヒートパイプは、気泡及び作動流体の体積膨脹及び凝縮により熱を潜熱形態で大量に輸送する熱伝逹サイクルを有する。また、細管型に形成されたヒートパイプループは、狭い空間でも広い表面積を有するので、高い放熱性能を有する。

具体的に熱伝逹のメカニズムを説明すると、吸熱部３２では、吸収された熱量分だけ核沸騰（Ｎｕｃｌｅａｔｅ Ｂｏｉｌｉｎｇ）が生じ、吸熱部３２に位置した気泡が体積膨脹することになる。この時、細管は一定の内部体積を維持するため、吸熱部３２に位置した気泡が体積膨脹を行った分だけ放熱部３４に位置した気泡は収縮することになる。このため、細管内の圧力平衡状態が崩れ、ヒットパイプは、作動流体及び気泡の振動を含む流動をすることになり、これにより、気泡の体積変化による温度昇降から潜熱輸送を行うことにより、放熱機能を果たす。

ここで、ヒートパイプループ３０は、熱伝導度の高い銅、アルミニウムまたは鉄などの金属素材からなった細管を含むことができる。これにより、熱が迅速に伝達されるとともにその内部に注入された気泡の体積変化を迅速に生じさせることができる。

なお、ヒートパイプループ３０の連通構造は、開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）と閉ループ（ｃｌｏｓｅ ｌｏｏｐ）の両方とも可能である。また、ヒートパイプループ３０が複数である場合、ヒートパイプループ３０の全部または一部は、隣接するヒートパイプループ３０に連通することができる。これにより、複数のヒートパイプループ３０は、設計上の必要によって全体的に開ループまたは閉ループ形状を有することもできる。

本実施例でのヒートパイプループ３０は、全体的に連通された閉ループ構造を有し、製作が容易になるように、吸熱部３２と放熱部３４とを繰り返して形成する螺旋状構造で形成される。

特に、本実施例でのヒートパイプループ３０は、薄型化できるようにヒートパイプループ３０を構成する各巻線を細長型に形成する。すなわち、ヒートパイプループ３０を構成する単位ループの断面積の形状が細長型に形成される。細長型とは、細くて長い形状を意味し、幅に比べて長さが長く形成された形態をいう。

多数のテストを繰り返した結果、細管型ヒートパイプからなった細長型巻線での幅に対する長さの割合は、１：５から１：２００の間が好ましいと確認された。ヒートパイプループ３０の巻線において、幅の割合が上記の割合よりも厚い場合は、製造後にヒートパイプループ３０で巻線間の絡みや縺れが頻繁に発生する問題、つまり、取り扱いが困難であるという問題があった。一方、ヒートパイプループ３０の巻線での長さの割合が上記の割合よりも長い場合は、製造が困難であるという問題があった。

図５に示すように、本実施例では、平板状サーマルベース２０の一面にＬＥＤモジュール１０が結合され、サーマルベース２０の他面には細長型の巻線が並んで配置されて、ＬＥＤ照明装置５０は薄型化された構造となる。薄型化されたＬＥＤ照明装置５０は、占める体積が小さくかつ軽いので、天井灯及び街灯のように、設置条件に制約がある空間でも容易に設置でき、かつ搬送及び保管が容易である。しかし、細長型巻線の配置は、本実施例に限定されず、細長型巻線は、必要によって、サーマルベース２０に対して所定の角をなして配置されることができる。例えば、電灯の笠のような形態で、光が照射される面に向くほど直径が広くなるＶ字形状であるか、逆に細くなる逆Ｖ字形状にも形成されることができる。

この時、図４に示すように、サーマルベース２０に結合され、吸熱部３２の役割をする細長型巻線の一側は、サーマルベース２０の他面のうちのＬＥＤモジュール１０の反対側の領域と重なるように結合されて、放熱部３４への熱伝逹経路が短縮され、放熱性能はさらに向上することができる。

また、本実施例でのヒートパイプループ３０は、放熱性能を確保するに必要とされる高い通気性を確保するために、ヒートパイプループ３０の放熱部３４をサーマルベース２０から突出する形状に形成する。このために、ヒートパイプループ３０の吸熱部３２となる細長型巻線の一側は、サーマルベース２０に結合され、ヒートパイプループ３０の放熱部３４となる細長型巻線の他側は、サーマルベース２０の縁から外側へ突出して形成される。これにより、ヒートパイプの放熱部３４には空気が持続的に通過し、通気性が確保される。

ＬＥＤモジュール１０の周辺には、ＬＥＤモジュール１０で発生した熱により温度差が発生し、これにより、ＬＥＤモジュール１０を支持するサーマルベース２０の縁周辺には温度差による空気の流動が継続的に行われる。一方、ヒートパイプループ３０からの迅速な放熱のためには、新しい空気が持続的に放熱部３４を通過する通気性が必要になる。

したがって、本実施例では、ヒートパイプループ３０の放熱部３４である細長型巻線の他側を、空気流動が継続的に行われるサーマルベース２０の縁周辺へ突出させることにより、放熱部３４に高い通気性が確保され、放熱性能を確保することができる。

特に、本実施例のＬＥＤ照明装置５０は、街灯装置に使用される場合に、通気性は極大化されることができる。

図６は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を備えた街灯装置を示す斜視図であり、図７は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明装置を備えた街灯装置における放熱メカニズムを説明するための図面である。

図６に示すように、本実施例のＬＥＤ照明装置５０が街灯装置に使用される場合、ＬＥＤモジュール１０が地面に向けて配置されるように、ＬＥＤ照明装置５０は、柱などの支持体６０により支持される。

したがって、図７に示すように、ＬＥＤ照明装置５０の光が照射される方向であるＬＥＤ照明装置５０の前面に隣接した空気は、ＬＥＤモジュール１０で発生した熱により温度が上昇する。これにより、ＬＥＤ照明装置５０の前面及び後面の空気の間には温度差が生じ、ＬＥＤ照明装置５０の前面の空気は相対的に高温でありながらも下に配置されているので、上昇して上昇気流を形成する。そして、上昇する空気は必ずサーマルベース２０の縁から突出した細長型巻線の他側、すなわちヒートパイプループ３０の放熱部３４を通過することになる。よって、街灯装置に使用されるＬＥＤ照明装置５０の放熱部３４には、常に空気の流れが行われ、高い通気性が確保され、これにより放熱性能を極大化することができる。

この時、ヒートパイプループ３０は、サーマルベース２０の縁に沿って放射状に配置されてもよい。図４に示されているように、放射状構造に配置されたヒートパイプループ３０は、吸熱部３２対比放熱部３４が広い空間を占めるので、放熱部３４の通気性が高くなり、放熱性能をさらに高めることができる。

一方、本実施例のＬＥＤ照明装置５０は、ヒートパイプループ３０を外部から保護するために、ヒートパイプループ３０をカバーするカバー部材をさらに含むことができる。この時、通気性が制約されないように、カバー部材には貫通された通気孔４６が形成される。

図７に示すように、本実施例のカバー部材は、ＬＥＤ照明装置５０の前面に配置されてヒートパイプループ３０をカバーし、透明窓４３を支持する前面カバー４０と、ＬＥＤ照明装置５０の後面に配置されてヒートパイプループ３０をカバーする後面カバー４５とから構成される。そして、ヒートパイプループ３０の両側に配置された前面カバー４０及び後面カバー４５にはそれぞれ通気孔４６が形成される。この時、空気の流動が円滑になるように、ヒートパイプループ３０の両側の通気孔４６は、相互対向するように配置されてもよい。

ここで、本実施例の通気孔４６は、洗浄口の役割も兼ねることができる。ヒートパイプループ３０の放熱性能を持続的に維持するためには、汚物などで汚染されたヒートパイプループ３０を定期的に洗浄する必要がある。本実施例でのヒートパイプループ３０は、通気孔４６を介する接近が可能であるため、通気孔４６に水のような洗浄液を注入することにより、カバー部材を分離することなくヒートパイプループ３０を容易に洗浄することができる。特に、本実施例のＬＥＤ照明装置５０が街灯装置に使用される場合は、降雨時に、通気孔４６を介して雨水が流入されて、自然にヒートパイプループ３０が洗浄されることができる。

また、カバー部材の後面は、太陽光からヒートパイプループ３０をカバーする遮陽幕の役割もすることができる。図６に示すように、本実施例の後面カバー４５は、太陽が照らす時にヒートパイプループ３０に陰をつける。これにより、ヒートパイプループ３０が直射日光に露出される面積を最小化することにより、ヒートパイプループ３０の内部の作動流体が無用に加熱されたり、ヒートパイプループ３０自体の酸化がひどくなって放熱性能が低下することを防止することができる。

以上では、本発明の実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解できよう。

上述した実施例以外の多くの実施例が本発明の特許請求範囲内に存在する。

本発明によれば、広い放熱面積及び高い熱伝逹の性能を有しながらもＬＥＤ照明装置を薄型化することができて、設置の制約が解消され、保管及び搬送が容易となる。

また、空気の対流を利用して高い通気性を実現でき、ＬＥＤ照明装置の放熱性能を極大化することができる。

また、太陽光及び汚物などの外部環境要因によるＬＥＤ照明装置の放熱性能の低下を防止することができる。

１０ ＬＥＤモジュール
２０ サーマルベース
３０ ヒートパイプループ
４０ 前面カバー
４１、４６ 通気孔
５ 後面カバー

Claims (9)

1. ＬＥＤモジュールと、
   前記ＬＥＤモジュールに結合され、熱を吸収するサーマルベースと、
   細管型に形成されて作動流体が注入され、前記サーマルベースに結合されて熱を吸収する吸熱部及び前記吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部を備えたヒートパイプループと、を含み、
   前記ヒートパイプループの各巻線は、細長型に形成されており、前記細長型巻線の一側が前記サーマルベースに結合され、前記細長型巻線の他側が前記サーマルベースの縁から外側へ突出したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記細長型巻線は、
   幅と長さの割合が１：５〜１：２００であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記ヒートパイプループは、
   前記サーマルベースの縁に沿って放射状に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記サーマルベースは、平板状に形成されており、
   前記サーマルベースの一面には、前記ＬＥＤモジュールが結合され、
   前記サーマルベースの他面には、前記細長型巻線が並んで配置されて薄型化されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記サーマルベースの他面のうちの前記ＬＥＤモジュールの反対側の領域は、前記細長型巻線の一側と重なることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記ヒートパイプループをカバーし、前記ヒートパイプループの両側にそれぞれ通気孔が形成されたカバー部材をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記カバー部材において、
   前記ヒートパイプループの両側通気孔は、互いに対向するように配置されたことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 請求項６に記載の前記ＬＥＤ照明装置と、
   前記ＬＥＤ照明装置を支持する支持体と、を含み、
   前記ＬＥＤモジュールは、地面を向くように配置され、
   前記ＬＥＤ照明装置の前面及び後面の温度差により発生する上昇気流は、前記通気孔を介して前記ヒートパイプループを通過することを特徴とする街灯装置。
9. 前記カバー部材は、
   太陽光から前記ヒートパイプループをカバーするために前記ＬＥＤ照明装置の後面に配置された後面カバーと、
   前記ＬＥＤ照明装置の前面に配置され、前記ヒートパイプループをカバーする前面カバーと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の街灯装置。

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