JP5986194B2 - 冷却システム及びそれを備えるｌｅｄベース照明 - Google Patents

Description

近年、危険地域で使用される複数の照明装置又は照明が提案され、白熱光源又は蛍光光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）に取って代わられている。さらに、そのような新しい光源は、耐炎性の筐体のような危険地域に光源を配置するための要件を満たすか、又は、Ｅｘ−ｅ、Ｅｘ−ｄ及び同種のもののような防爆製品に関する他の要件を見たさなくてはならない。さらに、そのようなＬＥＤ光源の光出力は温度に依存し、例えば２０度から９０度までの周囲温度の上昇は光束を１００％から５０％に減らすと一般に言われる。従って、光束の減少を補うようＬＥＤ光源のための冷却システムが必要である。また、このような冷却システムは、危険地域で使用するためにすでに上述した要件を満たさなければならない。

光束の減少を補う一つの実現可能な例は、光束の減少を部分的に補うために、雰囲気に対する接触面を増やすことにより全ての取付け具と光源の筐体との冷却能力を増やすことである。もう一つ別の実現可能な例は、光束の減少がある場合に備えて使用される複数のＬＥＤを加えることである。

しかしながら、これらの解決方法は、対応する照明又は照明器具のコストや大きさを増加させるという結果になる。

本発明の目的は、最小限のコストを追加するか又は照明の最小限の重さ若しくは大きさを追加することにより光束の減少を補い、同時に危険地域において広い温度範囲でＬＥＤ照明を使用可能にすることである。

この目的は、複数の独立請求項の特徴によって解決される。

本発明によれば、対応するＬＥＤ照明は、冷却システムの一部として、耐炎性の筐体の内部に配置される冷却体を備えるだけでなく、さらに電動式の空気循環手段を備える。

この空気循環手段により、温度の上昇による光束の如何なる減少を避けるために、強制的に空気を循環させ、そのように循環される空気により充分に熱をＬＥＤ照明から消散させることが可能である。

当然のことながら、電動式の空気循環手段は、危険地域で操作するのと同じ要件を満たす必要がある。そのような空気循環を実現する一つのシンプルな例は、少なくとも一つの冷却ファンを備える手段である。

さらに、照明特有の防爆特性を使用するために、耐炎性の筐体の内部に空気循環手段を配置することが可能である。このことは、危険地域の観点から追加的な予防上の手段が取られることがなく、照明により既に満たされた手段が使用される、ことを意味する。

耐炎性の筐体の一実施例は、例えば、防爆性筐体を提供するｅｘ−ｄ容器である。

通常、一つだけのＬＥＤ光源が使用されることはなく、かなり多くのＬＥＤ光源が使用される。この点においては、ＬＥＤベースの照明装置が、プリント回路基板及び複数のＬＥＤを含むＬＥＤ基板を有する少なくとも一つのＬＥＤモジュールを備えれば、有利である。そのような対応モジュールは、さらにいつかの他の光源、例えば２つ又は３つの蛍光灯又は白熱灯に取って代わることができる。

さらに、モジュールは異なる形状及び大きさで利用することができ、通常、複数のＬＥＤは、そのようなプリント回路基板（ＰＣＢ）に直接備えられる。さらに先の白熱灯又は蛍光等に取って代わるために、端子を有するそのようなＬＥＤ基板に電気的に接続する端子を直接使用することができる。

ＬＥＤ基板から直接的に熱を消散するために、ＬＥＤ基板は例えば多数の冷却リブを備える冷却体と接触することができる。さらに、冷却体及びボードは照明内に配置されるために一体構造でありうる。

ＬＥＤに対して効果的な空気流を得るために、空気循環手段がＬＥＤ基板及び又は冷却体の開口部に配置される場合、そのことは有利であると考えられうる。この空気循環手段により空気が耐炎性の筐体の内部を循環し、それにより熱は冷却体及びその冷却リブにより筐体の壁部に伝達されるだけでなく、筐体内の増加する空気流によっても伝達されるようになる。さらに、空気循環手段は、筐体内の他の場所、例えば空気循環チャンバ内に配置されることが可能である。

さらに、気流は、ＬＥＤから冷却体及びそのリブに熱をよりよく消散する。

そのような熱の消散のために、より大きな面を得るよう、空気循環チャンバがＬＥＤ基板及び冷却体の周りに形成されることが提案されてもよい。このことは、気流が筐体の内面のほぼ全てに接触することを可能にする。

冷却効果を最適にするためファンを特定の位置に配置してもよく、これに関しては、空気循環手段のファンが、ファンモータから介在する機械的トルク伝達手段により分離される場合が有利である。このことは、ファンモータとファンとの分離した配置を可能にする。そのような機械的トルク伝達手段は、回転軸、スピンドルドライブ又は同種のものがありうる。当然のことながら、ファンモータを筐体内の二つ以上のファンにあてがうことも可能である。

さらに、耐火性の筐体内にファンモータを配置し、少なくとも一つのファンが外側筐体に割り当てられ、外側筐体は耐炎性の筐体を、介在する空気案内手段により少なくとも部分的に覆うことも可能である。

このことは、ファンが耐炎性の筐体の外側に配置されるだけでなく、危険地域の配置に関して機械的な要求を満たすだけでよいことを意味する。しかしながら、全ての電気的要求は、依然として耐炎性の筐体及びその中に配置された部品によって満たされている。

そのような外側ファン及び外側筐体での冷却を改良するために、複数の冷却リブが耐炎性の筐体の外面と外側筐体との間を延びて、特に空気案内手段の内部に提供されてよいことが考えられてよい。さらに、外側筐体は、埃又は同種のものによる汚染に対して複数の冷却リブを保護するために使用される。

そのような空気案内を実現する一つのシンプルな例は、空気案内チャンネルにより形成された空気案内手段であり、空気案内チャネルは、空気がそこを通るよう空気を案内するために両方のチャネル端部で開口されている。

そのような空気案内チャネルは、耐炎性の筐体の内部の全てのＬＥＤを冷却するのに充分であり、そのため筐体内に追加の冷却手段を必要としない。しかしながら、当然、そのような外部冷却手段を、上述したようにさらに内部冷却手段に結合することも可能である。

空気案内手段内の効率的な空気流を供給するために、外部ファンは、一方のチャンネル端部の近傍又はそのチャネル端部に配置されうる。

機械的トルク伝達手段は、空気案内チャネルを通って、耐炎性の筐体の内部に配置されるファンモータから、空気案内チャネルの内部に配置される外部ファンまでのびる、ことが実現可能である。

すでに概説されるように、追加の内側ファンが外側ファンに加えて耐炎性の筐体の内部に配置されてもよいことから、内側冷却と外側冷却とを組み合わせることができる。当然のことながら、複数の内側及び外側ファンが、例えば二つの外側ファン、又は二つの内側ファン、又は他の如何なるファンの組み合わせが提供されてもよい。

概して、一つだけのファンモータを使用してもよく、このことは内側ファン及び外側ファンの両方が、耐炎性の筐体の内部の同じモータにより作動されることを意味する。

当然、作動時間に応じてファンが熱をさらに生み出すので、ファンが複数の冷却リブにより支持されるか複数の冷却リブの間に配置されることが有利となる可能性がある。さらに、このことは、冷却リブにより支持されるか少なくとも接触しているファンモータについても可能性がある。

通常、照明のスイッチを入れた後、光束が著しく減少する結果になるように温度範囲が達成されるまで、ある程度の時間がかかる。さらに、当然のことながら、周囲温度が、照明の如何なる冷却に影響をあたえる非常に低い温度である場合がある。ファンが実際に必要とされる場合のみファンを操作するために、少なくとも一つの温度センサが、ファンの作動及び／又は速度を制御するために、耐炎性の筐体の内部に配置されてよい。この温度センサは、ＬＥＤモジュールに非常に近接して配置されうる。そのような温度センサは、ファンモータのオンとオフとを切り替えられるよう制御されるだけでなく、より強い又は弱い空気流が求められた場合に、ファンのスピードが影響されうるようになっている。

さらに、ファンを操作するための如何なる必要なパワーは、必要なときに冷却システムの特定部分にスイッチが入れられることだけで最小にされうる。

特定の冷却システムは、すでに使用中の照明又は照明装置にさらに組み入れられることが可能な追加的部分であってよい。例えば如何なる白熱灯光源又は蛍光灯光源がＬＥＤモジュールにより交換される場合に、この特定の冷却システムはそのような照明又は照明装置に配置されることが可能である。このことは、冷却システムがモジュールのように照明又は照明装置に組み入れられることが可能な交換部分であるか追加部分であることを意味する。

さらに、この冷却システムは照明又は照明装置の一部であることが可能なため、本願は、上述したように耐炎性の筐体及び冷却システムを備える完全に閉じた照明を備えるＬＥＤベースの照明にも導かれている。

本発明の典型的な実施形態が、添付した図面を参照して以下において詳細に示される。

ＬＥＤベースの照明の側面図である。 図１に示す照明の側面図である。 図１に示す照明の上面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 照明の第二実施形態の側部立面図である。 図５に示す照明の下面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。

図１には、耐炎性の筐体４を備える照明器具３を有するＬＥＤベースの照明２の側面図が示されている。耐炎性の筐体の下方端部にはカバーガラス２６があり、それにより照明装置は完全に閉じられている。

図２には、横方向端部の一方から見た照明２の別の側面図が示され、図３には同じ照明の上面図が示されている。

概して、第一実施形態による筐体は箱形である。

図４には、図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った筐体の断面図が示されている。

本発明による冷却システム１を囲む空気循環チャンバ１４が、耐炎性の筐体４の内部に備えられている。この冷却システム１は、カバーガラス２６の反対側にある、筐体の上壁へ延びる複数の冷却リブ１２を有する冷却体５を備える。冷却体５と略同じ長さを有するＬＥＤモジュール８が冷却体５の下方に配置され、冷却体に取付けられる。さらに、ＬＥＤモジュール８は、統合された部品として冷却体５と共に形成されることが可能である。

ＬＥＤモジュール８は、通常、プリント回路基板１０である少なくとも一つのＬＥＤ基板９を備える。このプリント回路基板（ＰＣＢ）には、複数のＬＥＤ１１が配置される。その配置は複数のストリップ又は同種のものであってよく、ＬＥＤの他のパターンがこのＰＣＢ１０に配置されることも可能である。

複数のＬＥＤ１１は、カバーガラス２６の方向に光を発する。ＰＣＢ１０及び冷却体５の中央に、開口部１３が配置される。この開口部には、空気循環手段６が冷却システム１の一部分として配置される。空気循環手段６は冷却ファン７を備え、その冷却ファンは、それが耐炎性の筐体４の内部に配置されるので、内側ファンと見なされうる。その上、さらに空気循環手段６は何らかのファンモータ１５を備える。

冷却ファン７がそのファンモータ１５により回転すると、空気は強制的に、耐炎性の筐体の内部、特に空気循環チャンバ１４の内部を循環する（空気流方向２７を参照）。

この空気流により、複数のＬＥＤにより発生した熱は消散され、それにより全体では照明の冷却効果が増大するようになる。

空気流は、一つ又は幾つかのＬＥＤの如何なる部分的な発熱を妨げ、冷却体及びそのリブに対して、さらに筐体の外側壁に応じて、熱のより全体的な散布を提供する。

本願による照明が複数の危険地域に配置された場合、これら複数の地域における電子装置の配置に関する要件は、例えば耐炎性の筐体がｅｘ−ｄの容器であるというように、適合されなければならない。

図５〜図７に、本発明による対応する冷却システムの第二実施形態が開示されている。図５はＬＥＤベースの照明２の側部立面図であり、図６はその照明の下面図である。

本実施形態による耐炎性の筐体又は照明器具３はドーム形であり、内側筐体（耐炎性の筐体４参照）と外側筐体１７とを有する（特に図６及び図７参照）。内部又は耐炎性の筐体もまた完全に閉じた部品であり、その部品には冷却体５と共にＬＥＤモジュール８が配置される。図７に示すように、冷却体５及びＬＥＤモジュール８は統合されて、冷却体５の一部である複数の冷却リブ１２は垂直方向に上昇して延びる。

ＰＣＢと共に複数のＬＥＤ１１は冷却体５の下面に配置され、カバーガラス２６に向けられている。

耐炎性の筐体４と外側筐体１７との間に、空気案内チャネル２０の形で空気案内手段１８が供給される。空気案内チャネル２０はその端部において開口している（チャネル端部２１、２２参照）。

図６に示すように、空気案内チャネル２０は、複数の冷却リブ１９によって細分されている。これらは、耐炎性の筐体４の外側面２４から、空気案内チャネル２０を通り、外側筐体１７の内側面まで延びる。

図５〜図７に示す第二実施形態では、空気循環手段６はファンから分離されたファンモータ１５を備える（外側ファン２５参照）。モータと外側ファン２５との間に、機械的トルク伝達手段１６がある。そのような手段は回転軸、スピンドル又は同種のものでありうる。

機械的トルク伝達手段１６は空気案内チャネル２０を通って延び、ファンモータ１５は、耐炎性の筐体４内に配置され、外側ファン２５は空気案内チャネル２０の内部でそのチャネル端部２２の近傍に配置される。

外側筐体１７はこのチャネル端部２２に複数の開口部２８を有し、それにより、空気流は、下方のチャネル端部２１からこの上方にあるチャネル端部２２へ、そして開口部２８を通って雰囲気に向けられるようになっている。

機械的トルク伝達手段１６は、危険地域での配置に関する機械的要件を満たすべき単なる機械的な接続である。

しかしながら、空気循環手段６の電気的部分は、耐炎性の筐体４又は完全に閉じられた照明器具３の内部に全て配置されている。

さらに、幾つかの特定の冷却リブ１９が、これらリブによって支持される外側ファン２５の下方に配置され（図７参照）、さらに、ファンモータ１５が、筐体４の内部の複数の冷却リブ１２の間に配置される。

本発明による全ての実施形態において、耐炎性の筐体の内部に、概してＬＥＤモジュール８又はＬＥＤ１１に隣接して、温度センサ２３を配置することが可能である。この温度センサ２３により、ＬＥＤ近傍の温度が計測され、如何なるファンの作動も計測された温度に従って操作することができる。このことは、温度が耐炎性の筐体の内部で特定のレベル以上に上昇した場合だけでなく、冷却体及びその冷却リブにより既に提供された冷却に加えて多少の冷却を供給するために、ファンモータ１５がスイッチで入れられることを意味する。

さらに、ファンの速度も計測された温度に基づいて操作されることが可能であり、そのため、温度がさらに上昇したとき速度がさらに増加するようになっている。逆の場合も同じである。

さらに、内側冷却ファン７を追加して配置することも可能である（例えば図３参照）。この内側冷却ファンは、図３に示されるように配置されることができるか、又は、機械的トルク伝達手段１６によりファンモータ１５に連結されてもよい。そのような二つのファンを別々に、計測された温度に従って、独立して作動させることができる。

本願により、熱源（複数のＬＥＤ参照）から容器の壁部までの熱伝達の観点から非常に効果的であり、冷却体及びその複数のリブに対して熱をより良い方法で分散するための冷却システムが提供される。そのような冷却システムは、内側及び／又は外側のファンを備えることができる。

通常、容器の内部又は容器周辺の増加の空気流を提供する場合、冷却システムは要求がある場合のみ使用すればよい。

さらに、本発明は、上述した冷却システムを備えるこのようなＬＥＤベースの照明にも導かれている。

Claims (15)

1. 冷却システム（１）と複数のＬＥＤとを有するＬＥＤベースの照明（２）であって、前記照明（２）は、前記冷却システム（１）の一部として冷却体（５）が配置される、Ｅｘ−ｄの容器である耐炎性の筐体（４）を有する完全に閉じた照明器具（３）を備え、さらに前記冷却システム（１）は電動式の空気循環手段（６）を備え、前記空気循環手段（６）は、少なくとも一つの冷却ファン（７、１５、１６、２５）を備え、
   ファンモータ（１５）は、前記耐炎性の筐体（４）の内部に配置され、前記冷却ファン（２５）は、外側ファンとして外側筐体に割り当てられ、外側筐体（１７）は、前記耐炎性の筐体（４）を、介在する空気案内手段（１８）により少なくとも部分的に覆う、ＬＥＤベースの照明。
2. 前記ＬＥＤベースの照明（２）は、ＬＥＤ基板（９）を有する少なくとも一つのＬＥＤモジュール（８）を備え、前記ＬＥＤ基板はプリント回路基板（ＰＣＢ）（１０）と複数のＬＥＤ（１１）とを備える、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明。
3. 前記ＬＥＤ基板（９）は、複数の冷却リブ（１２、１９）を備える前記冷却体（５）に接触する、請求項２に記載のＬＥＤベースの照明。
4. 前記空気循環手段（６）は、前記ＬＥＤ基板（９）及び又は冷却体（５）の開口部（１３）に配置される、請求項２又は３に記載のＬＥＤベースの照明。
5. 空気循環チャンバ（１４）が、前記筐体の内部で前記ＬＥＤモジュール（８）及び前記冷却体（５）の周囲に形成される、請求項２から４の何れか一項に記載のＬＥＤベースの照明。
6. 前記空気循環手段（６）の前記冷却ファン（７）は、ファンモータ（１５）から、介在する機械的トルク伝達手段（１６）により分離される、請求項１から５の何れか一項に記載のＬＥＤベースの照明。
7. 複数の冷却リブ（１９）が、前記耐炎性の筐体（４）の外側面（２４）と前記外側筐体（１７）との間を延び、前記空気案内手段（１８）の内部に設けられる、請求項１から６の何れか一項に記載のＬＥＤベースの照明。
8. 前記空気案内手段（１８）は、空気案内チャネル（２０）を通る空気を案内するために、両方のチャネル端部（２１、２２）で開口する空気案内チャネル（２０）により形成される、請求項１から７の何れか一項に記載のＬＥＤベースの照明。
9. 前記外側ファンは、一つのチャネル端部（２１、２２）の近傍又は一つのチャネル端部（２１、２２）に配置される、請求項８に記載のＬＥＤベースの照明。
10. 前記機械的トルク伝達手段（１６）は、前記空気案内チャネル（２０）を通り、前記耐炎性の筐体（４）の内部の前記ファンモータ（１５）から、前記空気案内チャネル（２０）の内部の外側ファンまで延びる、請求項８又は９に記載のＬＥＤベースの照明。
11. 追加の内側ファンが、前記耐炎性の筐体（４）の内部に配置される、請求項１から１０の何れか一項に記載のＬＥＤベースの照明。
12. さらに、前記内側ファン（７）は外側ファン（２５）のファンモータ（１５）により駆動される、請求項１１に記載のＬＥＤベースの照明。
13. 前記外側ファン（２５）は、複数の冷却リブ（１９）により支持される、請求項７に記載のＬＥＤベースの照明。
14. 前記ファンモータ（１５）は、複数の冷却リブと接触する、請求項７又は１３に記載のＬＥＤベースの照明。
15. 少なくとも一つの温度センサ（２３）が、前記冷却ファン（７、２５）の作動及び／又は速度を制御するために、前記耐炎性の筐体（４）の内部に配置される、請求項１から１４の何れか一項に記載のＬＥＤベースの照明。

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