液冷式led照明装置的制作方法

专利名称：液冷式led照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用了通过冷却液对光源单元和控制单元进行强制冷却的方式的液 冷式LED照明装置。另外，本发明涉及对光源单元进行强制液冷，并对收容该光源单元的外 壳进行强制风冷的液冷式LED照明装置。而且，本发明还涉及具有用于对光源单元进行冷 却的液冷系统和风冷单元的混合型的冷却式LED照明装置。
背景技术：
近年来，作为车辆用前照灯及室外照明灯等照明装置，已从将汞灯、氙气灯或钠光 灯等大光量灯作为光源发展到将长寿命、低功耗的半导体发光装置(例如LED)作为光源。 因此，对于将发光二极管(LED)作为光源的LED照明装置，希望实现更高的输出化。另外，目前普及的氙气灯的输出大多为200W 2000W左右，而向取而代之的LED 照明装置接入的功率也有不断增加的趋势。最近还开发出了向单个LED照明装置接入的功 率超过200W的设备。随着这种LED照明装置的大功率化，LED光源单元的发热量也在增加。对于因温 度上升而导致光转换效率降低且寿命变短的LED光源而言，通过进一步降低温度来进行稳 定的驱动的冷却构造成为重要的开发课题。作为该冷却构造，例如在日本特开2002-299700 号中提出了如下结构通过金属制的散热罩将LED安装基板押压固定在金属制的散热固定 板上，并且，将固定着该LED安装基板的散热固定板配置在由透光罩和树脂壳形成的密闭 空间内，在散热固定板上形成有多个散热片(fin)。在该结构中，LED光源产生的热量经由 LED安装基板向散热固定板传递，并且还经由散热罩向散热固定板传递。然后，传递至该散 热固定板的热量从散热片经过树脂壳而释放到大气中，由此将LED光源冷却。此外，在日本特开2003-047914号中，公开了一种照明装置，其具有作为光源的 LED;能够对该LED进行风冷或液冷的散热部(heatsink)；施加用于使LED发光的电流的发 光电路；液滴传感器，其检测照明装置位于水中的情况。这里，在液滴传感器检测为该照明 装置没有位于水中的情况下，限制发光电路向LED提供的电流，防止LED过热。另一方面，在 检测到该照明装置位于水中的情况下，发光电路向LED提供高电流，提高LED的发光亮度。另外，在日本特表2007-537490号中，提出了使用散热部的风冷系统以及并用风 冷系统和液冷系统的冷却系统。但是，对于日本特开2002-299700号提出的自然散热结构，无法期待很高的冷却 效果，在应对更高的输出化的方面，存在极限。另外，对于日本特开2003-047914号提出的结构，只有在照明装置位于水中时，才 向LED提供高电流。因此，在照明装置没有位于水中时，不得不依靠自然冷却来进行散热， 因此存在不能向LED提供高电流的问题。此外，对于LED照明装置而言，必须具有用于对光源单元进行点亮控制的控制单 元。由于设置在该控制单元中的各种电子部件也会发热，因此，为了实现该LED照明装置的 高输出化，控制单元与光源单元同样，也需要冷却。
而且，对于收容作为热源的光源单元以及对光源单元进行点亮控制的控制单元的 外壳，虽然其是由PC等的树脂、铝等的金属构成的，但是，为了实现其耐久性等的提高，该 外壳也需要进行冷却。但是，在过去的照明装置中，实际情况是，外壳只是通过自然散热来进行冷却，而 从未采用过对外壳进行强制冷却以抑制其温度上升的结构。另外，为了使用LED作为规定的照明灯来形成合适的配光图案，在LED的前面，设 置了透镜。另外，在用于室外照明灯等的情况下，在LED前面设置了透明罩以防止LED受到 污染。在这样的情况下，在LED与LED前面的罩等之间，存在与外部隔离的灯室空间。当 LED点亮时，与点亮相伴的温度上升会导致灯室空间中的气压上升。因此，为了实现该LED 照明装置的高输出化，还需要减小灯室空间中的压力上升。另外，在具有液冷系统的LED照明装置中，作为光源的LED基本不会发生故障，故 障主要发生在具有循环泵、风扇等工作部的液冷系统中。而且，在液冷系统发生故障的情况 下，即使具有风冷系统，也无法完全防止LED过热，因此，必须将LED照明装置熄灭。因此， 存在这样的问题例如在加油站、化学厂等伴随危险作业的场所，因故障引起的熄灯将导致 很严重的后果。

发明内容
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供这样的液冷式LED照明装 置其能够通过用冷却液对光源单元和控制单元进行强制冷却来实现高输出化。另外，本发明的目的还在于，提供这样的液冷式LED照明装置其能够对光源单元 进行强制液冷，并且对收容该光源单元的外壳进行强制风冷，由此来实现高输出化以及耐 久性的提高。另外，本发明的目的还在于，提供这样的液冷式LED照明装置其能够对光源单元 进行强制液冷，并设置了通气孔，由此降低了灯室空间内的压力上升。另外，本发明的目的还在于，提供这样的液冷式LED照明装置其即使在发生故障 的情况下，仍可发挥最小限度的照明功能。为了实现上述目的，根据本发明的第1方面，提供一种液冷式LED照明装置，其构 成为包括将LED作为光源的光源单元；具有受热套和散热器的液冷系统；以及对上述光源 单元进行点亮控制的控制单元，该液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元和上述 控制单元隔着上述液冷系统的受热套而配置在其两侧。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述控制单元的一个面与上述受热 套紧密接合，且在其另一个面上设有散热部。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元隔着导热板与上述受 热套紧密接合。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，在上述液冷系统的受热套与散热器 之间，形成有空间部，上述控制单元配置在该空间部中。为了实现上述目的，根据本发明的第2方面，提供一种液冷式LED照明装置，其构 成为包括外壳，其在彼此呈轴向垂直的方向(軸直角方向)上分别具有进气口和排气口 ； 将LED作为光源的光源单元；以及液冷系统，其具有受热套、散热器和风扇，该液冷式LED照明装置的特征在于，在上述外壳内，上述光源单元与上述液冷系统中的至少散热器和风扇 以隔开规定距离的方式配置，它们之间形成空间部，并且在上述外壳内形成有空气通道，该 空气通道用于使由上述风扇从上述进气口吸入到外壳内的冷却风的一部分通过，并且，该 空气通道经过外壳的内表面，通过上述空间部和上述散热器，从上述排气口通到外壳外。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述进气口形成在上述外壳的周面 上，上述排气口形成在该外壳的与来自上述LED的光的射出方向相反方向的端面上，上述 液冷系统中的散热器和风扇配置在该排气口的附近。为了实现上述目的，根据本发明的第3方面，提供一种液冷式LED照明装置，其构 成为包括外壳；光源单元，其将LED作为光源，具有搭载LED的基座和设置在LED的照射方 向前方的透光罩；液冷系统，其具有受热套和散热器；以及对上述光源单元进行点亮控制 的控制单元，该液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元在基座的一个表面侧，具有 搭载LED的LED安装部，并设有从该表面侧到达另一个表面侧的通气孔；上述液冷系统的受 热套与上述基座的上述通气孔以外的其它部分的表面紧密接合。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述通气孔为筒状部，上述通气孔 相比于上述液冷系统的受热套的背面，进一步向背面侧突出，液冷部位于通气孔的周围。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元隔着导热板与上述受 热套紧密接合。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，在上述液冷系统的受热套与散热器 之间形成有空间部，上述控制单元配置在该空间部中。根据本发明的第4方面，提供一种液冷式LED照明装置，其特征在于，该液冷式LED 照明装置构成为包括将LED作为光源的光源单元；具有受热套和散热器的液冷系统；风冷 单元，其配置在上述光源单元的附近，且具有散热部。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述风冷单元的散热部形成在电路 壳体上，该电路壳体紧密地配置在上述液冷系统的受热套上。此时，散热部可由散热针或散 热片构成。或者，特征在于，上述风冷单元的散热部形成在上述液冷系统的受热套上。此时， 散热器可由散热针或散热片构成。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，该冷却式LED照明装置还具有控制 单元；在上述液冷系统不工作的情况下，上述控制单元进行控制，使提供给上述光源单元的 电流降低至这样的值该值将该光源单元释放的热量抑制为上述风冷单元所能吸收的热量 以下。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元和上述风冷单元隔着 上述液冷系统的受热套而配置在其两侧。上述结构的液冷式LED照明装置的特征在于，从上述光源单元起，依次配置着上 述液冷系统的受热套、上述风冷单元、液冷系统的散热器和风扇。按照上述第1方面的结构的液冷式LED照明装置，在液冷系统中，冷却液进行循 环，从而通过冷却液对设置在受热套两侧的光源单元和控制单元进行强制冷却。因此，抑制 了这些光源单元和控制单元的温度上升，实现了该液冷式LED照明装置的高输出化。另外， 在受热套中，从光源单元和控制单元受热而温度上升的冷却液通过散热器的与外部空气之间的热交换来进行冷却，然后被供给到受热套，用于光源单元和控制单元的冷却。这样，在 冷却液循环的同时反复进行冷却和散热，由此，连续对光源单元和控制单元进行强制冷却， 抑制了其温度的上升。此外，控制单元的一个面与受热套紧密接合，且在另一个面上，设有散热部。因此， 控制电路在通过冷却液进行强制冷却时，同时从散热部进行自然散热，该控制单元得到高 效的冷却，其温度上升得到更有效的抑制。另外，光源单元的整个表面隔着导热率高的导热板与受热套紧密接合。由此，光源 单元的整个表面成为导热面，从而能够通过流过受热套的冷却液对该光源单元进行高效的 冷却。顺便而言，在不采用导热板的情况下，很难将光源单元的整个表面与受热套紧密接 合，实际上，光源单元仅与受热套部分接触，因此无法提高其冷却效率。另外，将控制单元配置在形成于液冷系统的受热套与散热器之间的空间部中。因 此，由风扇导入到外壳内的冷却风流过空间部，由此，对控制单元进行强制风冷，已被冷却 液进行强制冷却的控制单元得到更有效的冷却，其温度上升得到更有效的抑制。在上述第2方面的方案的液冷式LED照明装置中，在液冷系统中，冷却液进行循 环，通过流过受热套的冷却液，对光源单元进行强制冷却，并且，被风扇从进气口导入到外 壳内的冷却风的一部分沿着外壳的内表面流动，对该外壳进行强制风冷。由此，抑制了光源 单元的温度上升，实现了该液冷式LED照明装置的高输出化，并且还抑制了外壳的温度上 升，提高了其耐久性。此外，在受热套中从光源单元受热而温度上升的冷却液通过与导入到 外壳内的经过散热器的冷却风之间的热交换，进行冷却，然后被供给到受热套，用于光源单 元的冷却，这样，通过在冷却液循环的同时反复进行冷却和散热，从而连续对光源单元进行 强制液冷，抑制了其温度上升。根据上述第3方面的结构的液冷式LED照明装置中，在液冷系统中，冷却液进行循 环，通过该冷却液对与受热套紧密接合地配置的光源单元进行强制冷却。由此，抑制了该光 源单元的温度上升，实现了该液冷式LED照明装置的高输出化。另外，在受热套中从光源单 元受热而温度上升的冷却液，通过散热器中的与外部气体之间的热交换进行冷却，然后被 供给到受热套，用于光源单元的冷却。这样，通过在冷却液进行循环的同时反复进行冷却和 散热，从而连续对光源单元和控制单元进行强制冷却，抑制了其温度的上升。另外，利用通 气孔，通过LED的点亮和冷却，抑制了光源单元的透光罩与LED之间的灯室空间中的压力变 化。此外，由于筒状的通气孔也得到受热套的冷却，因此，能够通过与灯室空之间的空 气流通，更有效地抑制温度变化和压力变化。而且，由于光源单元的整个表面隔着导热率高的导热板与受热套紧密接合，因此， 光源单元的整个表面成为导热面，从而能够通过流过受热套的冷却液对该光源单元进行高 效的冷却。顺便而言，在不采用导热板的情况下，很难将光源单元的整个表面与受热套紧密 接合，实际上，光源单元仅与受热套部分接触，因此无法提高其冷却效率。另外，将控制单元配置在形成于液冷系统的受热套与散热器之间的空间部中。因 此，由风扇导入到外壳内的冷却风流过空间部，由此，对控制单元进行强制风冷，已被冷却 液进行强制冷却的控制单元得到更有效的冷却，其温度上升得到更有效的抑制。根据上述第4方面的方案的液冷式LED照明装置，在由于液冷系统发生故障而有损于冷却功能的情况下，降低提供给光源单元的电流，以将光源单元释放的热量抑制在风 冷单元所能吸收的热量以下。由此，防止了光源单元的过热，另外，虽然该LED照明装置的 光量降低，但尚未达到熄灭的程度，因此LED照明装置仍可作为照明装置发挥功能。


图1是本发明的液冷式LED照明装置的立体图。图2是图1的箭头A方向的图。图3是图1的箭头B方向的图。图4是沿图3中C-C线的剖视图。图5是沿图3中D-D线的剖视图。图6是沿图3中E-E线的剖视图。图7是本发明的液冷式LED照明装置的分解立体图。图8是本发明的液冷式LED照明装置的液冷系统的基本结构图。图9是针对采用液冷系统的LED照明装置和采用自然风冷系统的LED照明装置， 示出LED的接入电流与输出光束值之间的关系的图。图10是散热部(heatsink)的立体图。图11是示出本发明的液冷式LED照明装置的另一方式的剖视图。图12是沿图3中C-C线的剖视图。图13是沿图3中E-E线的剖视图。图14是从LED搭载部侧示出本发明的液冷式LED照明装置的基座的立体图。图15是从背面侧示出本发明的液冷式LED照明装置的基座的立体图。图16是示出LED照明装置在输出为200W时的照度分布的图。图17是示出LED照明装置在输出为50W时的照度分布的图。图18是示出LED照明装置在输出为10W时的照度分布的图。图19是本发明的又一实施方式的冷却式LED照明装置的拆下外壳后的状态的立 体图。图20是本发明的该实施方式的冷却式LED照明装置的纵向剖视图。
具体实施例方式下面根据附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的液冷式LED照明装置的立体图，图2是图1的箭头A方向的图，图 3是图1的箭头B方向的图，图4是沿图3中C-C线的剖视图，图5是沿图3中D-D线的剖 视图，图6是沿图3中E-E线的剖视图，图7是本发明的液冷式LED照明装置的分解立体图， 图8是该液冷式LED照明装置的液冷系统的基本结构图。如图4 图7所示，本发明的液冷式LED照明装置1是通过将光源单元3、控制单 元4以及液冷系统5组装在矩形箱状的外壳2的内部而构成的。另外，在液冷式散热系统 505的冷却很充分的情况下，也可不设置风冷式散热系统504。此外，下面说明中的液冷式LED照明装置1的上下是指图1所示的状态中的上下， 该液冷式LED照明装置1的设置不是必须为图1所示的状态。
上述外壳2由PC等的树脂、或铝等的金属构成。如图1所示，在其周面上形成有 由纵向较长的多个狭缝构成的进气口 6，在其上表面上形成有由扇形的多个狭缝构成的排 气口 7。另外，该外壳2的下表面是开口的，上述光源单元3嵌入地固定在该开口部中。上述光源单元3如图4 图7所示，包括安装作为光源的LED 8(参照图8)而构 成的多个(图示的例子中为9个)金属基板9 ；安装这些金属基板9的矩形板状的基座10 ； 以及嵌入在外壳2的下表面开口部中的矩形板状的透明的树脂制的透镜11。另外，在图7 中，标号12表示电缆连接器。在本实施方式中，安装LED 8而构成的9个金属基板9被配置成纵横3列的矩阵 状。对应于此，在铝压铸材料制的基座10上，呈纵横3列的矩阵状，一体地突出设置有与 LED 8数量相同的台座10a(参照图4和图6)。此外，各金属基板9隔着矩形导热板13，通 过螺钉紧固方式固定在基座10的各台座10a上。另外，各导热板13由绝缘性和导热率高 的硅等构成。此外，在上述控制单元4中，如图7所示，在下表面开口的矩形箱状的电路壳体14 的内部，组装有安装着未图示的各种电子部件的电路基板15。另外，电路壳体14的下表面 开口部被矩形板状的盖16盖住。这里，电路壳体14由导热率高的铝压铸材料等成形而成， 在其上表面上，一体地突出设置有构成散热部的多个散热针(pin) 17。而且，电路基板15隔 着由绝缘性和导热率高的硅等形成的矩形的导热板18，紧密接合在该电路壳体14的内部 顶面上。此外，在电路壳体14与盖16之间的接合部处，夹装有0形圈19，利用该0形圈19 的密封作用将电路壳体14内密封，防止从外部向电路壳体14内渗入水等。如图4 图8所示，上述液冷系统5具有作为热交换器的受热套20 ；散热器21， 其通过与外部空气(冷却风)之间的热交换，对在该受热套20中受热而温度升高的冷却液 进行冷却；向该散热器21提供冷却风的风扇22 ；使冷却液在闭环的循环路径内循环的循环 泵23 ；以及储存冷却液的储液箱24。风扇22与散热器21面对地配置在其上方。另外，上述受热套20成形为中空的矩形板状，如图4 图6所示，在其内部形成有 冷却液通道。而且，如图5及图7所示，在该受热套20的一端，直立地设有入口管路25及 出口管路26，从入口管路25流入在散热器21中通过与外部空气(冷却风)之间的热交换 而冷却的冷却液，从出口管路26排出在该受热套20中受热而温度升高的冷却液。如图4及图6所示，受热套20水平配置在外壳2内的下方的底部。隔着该受热套 20，在其上下配置有控制单元4和光源单元3。这里，关于配置在受热套20的下表面侧的光 源单元3，其金属基座10隔着矩形的导热板27与受热套20的下表面紧密接合。此外，在本 实施方式中，导热板27由绝缘性及导热率高的硅等构成。另外，控制单元4在其盖16与受热套20的上表面紧密接合的状态下，被配置在该 受热套20的上表面侧。此外，在本实施方式中，使用在水中混合丙二醇而形成的防冻液，作 为冷却液。如图4及图6所示，上述散热器21和风扇22配置在外壳2内的与受热套20分离 的上部。在受热套20与散热器21之间形成有空间部S，在该空间部S中配置上述控制单 元4、上述循环泵23以及上述储液箱24。具体地说，在受热套20上，直立地设有门型的底 架(chassis) 28，在由该底架28围成的空间内配置控制单元4，在底架28上设置循环泵23 和储液箱24。
这里，如图5及图8所示，从受热套20的出口管路26向上方立起的配管(树胶软 管)29与散热器21的入口管路30相连。从散热器21的出口管路31延伸的配管(树胶软 管)32在向下方延伸后弯曲成大致直角而连接至循环泵23的吸入侧。然后，从循环泵23的 排出侧延伸的配管(树胶软管)33如图8所示连接至储液箱24的入口侧，从储液箱24的 出口侧向下方延伸的配管(树胶软管)34与受热套20的入口管路25连接。这样，受热套 20、散热器21、循环泵23以及储液箱24通过配管(树胶软管)29,32 34相连，形成构成 开环的循环路径，通过使冷却液在该循环路径中循环来实现所希望的冷却作用。起动以上结构的液冷式LED照明装置1，对光源单元3、控制单元4以及液冷系统 5进行供电。由此使光源单元3的多个(本实施方式中为9个)LED 8发光，该发出的光透 过镜片11向图1的下方照射，从而将前方照亮。此时，由控制单元4来进行光源单元3的 点亮控制，在驱动过程中，光源单元3的LED 8以及控制单元4的各种电子部件(未图示) 发热，如果持续这种状态，会导致光源单元3和控制单元4过热而使温度上升。在本实施方式中，同时驱动液冷系统5，通过如上所述在图8所示的循环路径中循 环的冷却液对光源单元3和控制单元4进行强制冷却，抑制其温度上升。S卩，通过循环泵23的作用而在循环路径中循环的冷却液，在受热套20中吸收光源 单元3和控制单元4产生的热量，对光源单元3和控制单元4进行冷却，受热后温度升高的 冷却液通过配管29而被引导至散热器21中。当风扇22被未图示的电动机旋转驱动时，将外部空气从外壳2的周面上形成的吸 气口 6、即从侧方吸入到外壳2内，作为冷却风。该冷却风在受热套20与散热器21之间形 成的空间部S内向上方流动，在此过程中，冷却风通过散热器21，从外壳2的上表面上开设 的排气口 7向外部排出。在散热器21中，利用通过这里的冷却风将冷却液的热量释放到外 部而使该冷却液冷却，温度下降的冷却液通过配管32被吸入到循环泵23中。吸入到循环泵23中的冷却液在被升压后，从循环泵23通过配管33向储液箱24输 送，冷却液的一部分被储存在储液箱24中，剩余的冷却液从储液箱24通过配管34而被引 导至受热套20中，以用于光源单元3和控制单元4的冷却。然后，连续重复以上作用(冷 却循环)，利用流过受热套20的冷却液对光源单元3和控制单元4进行强制冷却，将它们的 温度上升抑制在一定值以下。此外，在本实施方式中，隔着受热套20而在其上下配置控制单元4和光源单元3。 因此，通过循环泵23使冷却液在闭环的循环路径中循环，从而利用冷却液，同时对配置在 受热套20两侧的光源单元3和控制单元4进行强制冷却。其结果是，抑制了该光源单元3 和控制单元4的温度上升，实现了该液冷式LED照明装置1的高输出化。另外，在本实施方式中，控制单元4的下表面与受热套20紧密接合，并在其上表面 上突出设置有构成散热部的多个散热针17。由此，在通过冷却液对控制单元4进行强制冷 却的同时，控制单元4还通过散热针17进行自然散热，因此，该控制单元4得到高效的冷 却，其温度上升得到更有效的抑制。另外，在本实施方式中，光源单元3的整个表面隔着导热率高的导热板27而与受 热套20的下表面紧密接合，因此，光源单元3的整个表面均成为导热面，能够利用流过受热 套20的冷却液对该光源单元3进行高效的冷却。顺便而言，如果不使用导热板27，则很难 使光源单元3的整个表面与受热套20紧密接合，即，实际上，光源单元3仅与受热套20部分接触，因此无法提高其冷却效率。或者，要在不使用导热板27的情况下使光源单元3的 整个表面与受热套20紧密接合，可以与光源单元3的金属制的基座10相同地，利用研磨加 工等将金属制的受热套20的接合面精加工成平滑面，但这种精加工需要很多工序并花费 大量时间及成本，因此不现实。另外，在本实施方式中，将控制单元4配置在液冷系统5的受热套20与散热器21 之间形成的空间部S内。因此，通过使由风扇22引入到外壳2内的冷却风流过空间部S，来 对控制单元4进行强制风冷。因此，还能够得到这样的效果能够对已被冷却液强制冷却后 的控制单元4进行更高效的冷却，能够有效抑制其温度上升。这里，图9针对本发明的液冷式LED照明装置1那样的采用液冷系统的LED照明 装置和采用自然风冷系统的LED照明装置，示出了对LED的接入电流与输出光束值之间的 关系进行调查后的结果。另外，采用自然风冷系统的LED照明装置是以如下方式构成的使 用与本实施方式相同的光源单元3和基座10，不采用受热套20，而是将图10所示的铝制的 散热部20’安装在基座10上。在该LED照明装置中，也是使用与实施方式相同的控制单元 4，并在相同条件下，对光源单元3进行点亮控制。另外，图10所示的散热部20’为如下形 式设置多个与受热套20相同面积(与基座10相同面积)的基座部20A’，并且突出地设 置多个平型散热片(fin) 20B’，该平型散热片20B’从该基座部20A’向背面(光源单元3的 相反侧)突出30mm 50mm的长度。根据图9所示的结果可知，在采用自然冷却系统的LED照明装置中，产生了这样的 现象在接入电流为0. 5A左右时，输出的下降变得显著，在用1A以上的电流进行驱动时，输 出相反地发生下降。这是由LED的温度特性(温度越高，效率越低的特性)引起的。与此相对，在采用液冷系统的LED照明装置中，即使用1A以上的电流进行驱动，输 出的下降也很小，在本实施方式中，能够以自然风冷的2倍以上的电流来驱动，能够得到大 约2倍的光束。另外，在控制单元中，接入电力的5% 20%作为热量而损失掉。因此，接入电力 越大，控制单元也就越需要进行冷却。在本实施方式中，从控制单元4产生了大约20W的热 量。为了使控制单元稳定地运转，希望电路部件的环境温度在80°C以下。应对于此，在自然 散热的情况下，散热器的尺寸非常大。例如，在本实施方式的尺寸的情况下，需要在电路壳 体14上形成高度为35mm以上的散热针17。而根据本发明的采用液冷系统的液冷式LED照明装置1，通过与光源单元3相同 的冷却路径，使控制单元4也得到了液冷方式的强制冷却，因此，不需要单独用于控制单元 4的散热结构，能够实现非常紧凑的设计。此外，在以上实施方式中，在外壳2内，液冷系统5的散热器21和风扇22以与光 源单元3和控制单元4分离的方式，在上下方向上直列地配置在光源单元3和控制单元4 的上方。因此，整体高度变高。但是，如果像图11那样，采用使散热器21和风扇22与光源 单元3和控制单元4横向并列设置的结构，则能够将整体高度抑制为较低的高度。下面参照图12和图13，对本发明的第2实施方式进行说明。在本实施方式中，在 与进气口 6呈轴向垂直的方向的面上，S卩，在与来自光源单元3的光的射出方向(图1的下 方)相反方向(图1的上方)的端面的上表面上，形成了由扇形的多个狭缝构成的排气口 7。此外，外壳2与光源单元3紧密固定在一起，且外壳2由金属或导热性高的树脂材料构成，由此，可通过外壳2高效地释放在光源单元3中产生的热量。这里，外壳2上形成的上 述进气口 6被配置在比散热器21更靠图的下方的位置处(将散热器21配置在比进气口 6 的上端部更靠上方的位置处)，上述排气口 7被设置在比散热器21更靠图的上方的位置处。另外，如图12和图13所示，将上述散热器21和风扇22配置在外壳2内的与受热 套20相隔规定距离的上部的排气口 7的附近，在受热套20与散热器21之间，形成空间部 S，并且，形成了沿着外壳2的周壁内表面的风道S1。并且，将控制单元4、上述循环泵23和 上述储液箱24配置在外壳2内的上述空间部S中。具体来说，在受热套20上，直立地设有 门型的底架(chassis) 28，在由该底架28围成的空间内配置控制单元4，在底架28上设置 循环泵23和储液箱24。这里，在本实施方式中，如图13所示，进气口 6的外径被设定得比风扇22的外径 大，散热器21的外径被设定为风扇22的外径的2倍左右的大小。另外，外壳2的表面积被 设定为散热器21的表面积的2倍左右。当起动了上述结构的液冷式LED照明装置1、从而对光源单元3、控制单元4以及 液冷系统5进行供电时，光源单元3的多个(本实施方式中为9个)LED 8进行发光，该发出 的光透过镜片11向图1的下方照射，由此将前方照亮，而此时，由控制单元4来进行光源单 元3的点亮控制，在驱动过程中，光源单元3的LED 8以及控制单元4的各种电子部件(未 图示)发热，如果持续这种状态，则会导致光源单元3、控制单元4以及收容该光源单元3和 控制单元4的外壳2过热而使它们温度上升。在本实施方式中，同时驱动液冷系统5，通过如上所述在图8所示的循环路径中循 环的冷却液对光源单元3和控制单元4进行强制冷却，抑制其温度上升，并且，被风扇22从 外壳2的进气口 6导入到外壳2内的冷却风的一部分，对外壳2进行强制风冷，抑制其温度上升。S卩，通过循环泵23的作用而在循环路径中循环的冷却液，在受热套20中吸收光源 单元3和控制单元4产生的热量，对光源单元3和控制单元4进行冷却，受热后温度升高的 冷却液通过配管29而被引导至散热器21中。并且，当风扇22被未图示的电动机旋转驱动时，将外部空气从外壳2的周面上形 成的吸气口 6、即从侧方吸入到外壳2内，作为冷却风。该冷却风的一部分如图12和图13 中的箭头所示，在沿着外壳2的周壁内表面形成的风道S1中流动，由此，对外壳2进行强制 风冷，抑制其温度的上升。此外，吸入到外壳2内的冷却风(包括对外壳2进行冷却后的冷却风)如图12和 图13中的箭头所示，在受热套20与散热器21之间形成的空间部S中，向上方流动，在该过 程中，通过散热器21，从外壳2的上表面上开设的排气口 7排出到外部。接着，在散热器21 中，通过这里的冷却风将冷却液的热量释放到外部，使该冷却液冷却，温度下降后的冷却液 液通过配管32而被吸入到循环泵23中。 吸入到循环泵23中的冷却液在被升压后，从循环泵23通过配管33向储液箱24输 送，冷却液的一部分被储存在储液箱24中。剩余的冷却液从储液箱24通过配管34而被引 导至受热套20中，以用于光源单元3和控制单元4的冷却。然后，连续重复以上作用(冷 却循环)，利用流过受热套20的冷却液对光源单元3和控制单元4进行强制冷却，将它们的 温度上升抑制在一定值以下，并且，通过冷却风的一部分，对外壳2进行强制风冷，将其温度上升抑制在一定值以下。在本实施方式中，在液冷系统5中，利用循环泵23使冷却液在闭环中循环，通过流 过受热套20的冷却液，对光源单元3进行强制冷却，因此，抑制了光源单元3的温度上升， 实现了该液冷式LED照明装置1的高输出化。此外，被风扇22从进气口 6导入到外壳2内的冷却风的一部分，流过沿着外壳2的 周壁内表面形成的风道S1，对外壳2进行强制风冷。由此，还抑制了该外壳2的温度上升， 提高了其耐久性。此外，风道S1的大小为风扇22的叶片部的开口直径的0. 3 1倍比较 合适，特别优选是其0. 4 0. 6倍。如果这样进行设定，则在风道S1中流动的冷却风能够 容易且顺利地进入。如果将风道S1的大小设定得比上述值大，则到达散热器21的冷却风 的流量减少。尤其，在本实施方式中，像管道那样来使用外壳2，将冷却风高效地导入散热器 21中，提高了散热器21内的风速，因此，能够提高冷却性能。此外，还可以在外壳2或底架28上设置整流板，设置促进冷却风流动的风道。尤 其，通过使一直到散热器21的冷却风的流动顺畅，提高通过散热器21的冷却风的风速，能 够提高冷却性能。下面，参照图14和图15，对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式与前述 实施方式的不同点在于，基座10上设置了通气孔40。图14是从LED搭载部侧示出本发明 的液冷式LED照明装置的基座的立体图，图15是从背面侧示出本发明的液冷式LED照明装 置的基座的立体图。光源单元3与前述实施方式相同，按照与图4 图7相同的方式，将作为光源的 LED 8搭载在基座10的一侧的表面上。在LED搭载部10b上，设有多个台座10a。另外，在 LED 8的前方(照射方向)，以形成迷宫结构的方式安装透镜11。标号10c表示用于安装透 镜11的周缘槽。可在将粘接剂注入到周缘槽10c内之后，将设置在透镜11周围的腿部插 入该周缘槽10c来进行固定。由透镜11和基座划分出的设置LED 8的空间形成灯室空间 41 (参照图14)。通气孔40形成在基座10的未设置台座10a的位置处，优选形成在LED搭 载部10b与周缘槽10c之间的区域内，一方的通气口 40a面向灯室空间41。通气孔40在基座10的LED搭载部侧，呈圆筒状突出。其高度为与台座10a相同 的高度。通过形成为相同的高度，能够经由处于与LED 8相同高度的通气口 40a，高效地进 行相同温度分布的空气的通气。在基座10的背面侧、即与LED搭载部侧相反侧的面上，也形成了由筒部40b和通 气口 40a形成的圆筒状的通气孔，其与LED搭载部侧的通气口 40a连通。另外，如图15所 示，在背面侧的通气孔40上嵌合着通气盖42。通气盖42在内部通过海绵(sponge)等，防 止灰尘等经由通气孔40进入到灯室空间41内。另外，在基座10的背面侧，为了经由上述导热板27与受热套20连接，设置了导热 板安装部10d，该导热板安装部10d相对于周围，厚度减薄了导热板27的厚度量。图15所 示，导热板安装部10d的一部分围住了通气孔40的大致半周。即，受热套20，更具体地说是 受热套的通过循环液的部分(液冷部)，位于通气孔40的周围。由此，从周围对通气孔40 进行冷却。通气孔是灯室空间41与气体连通的空间，通过对该气体通过的部分进行冷却， 能够进一步提高基于对流作用的气体流动。另外，关于通气孔40在基座10的背面侧突出 的高度，当安装上受热套20时，由于其比受热套20的厚度更厚，因此，其突出于受热套20的背面，更具体地说，突出到空间部S中。由此，通气孔40位于外壳2的进气口 6附近，能 够利用从通气孔40进入的气流来提高空气的流动。本方式是本发明的实施方式1的液冷式LED照明装置1的变形例。在本例中，图 4 图7所示的液冷式LED照明装置1中的控制单元4还作为风冷单元发挥功能。除此以 外，具有与实施方式1的液冷式LED照明装置1相同的功能和效果，因此，省略对已描述过 的细节的重复说明。在本实施方式中，如图7所示，上述风冷单元4的下表面开口的矩形箱状的电路壳 体14作为散热器发挥功能。在该电路壳体14的内部，组装有安装着未图示的各种电子部 件的电路基板15，其下表面开口部被矩形板状的盖16盖住。这里，电路壳体14由导热率高 的铝压铸材料等成形而成，在其上表面上，一体地突出设置有构成散热部的多个散热针17。 而且，电路基板15隔着由绝缘性和导热率高的硅等形成的矩形的导热板18，紧密接合在该 电路壳体14的内部顶面上。此外，在电路壳体14与盖16之间的接合部处，夹装有0形圈 19，利用该0形圈19的密封作用将电路壳体14内密封，防止从外部向电路壳体14内渗入 水等。另外，在本实施方式中，在电路壳体14上突出地设置了散热针17，不过，也可以在电 路壳体14上形成散热片(fin)，来代替该散热针17。在本实施方式中，如图4及图6所示，受热套20水平配置在外壳2内的下方的底 部，且隔着该受热套20，在其上下配置风冷单元4和光源单元3。而且，风冷单元4在其盖 16与受热套20的上表面紧密接合的状态下，被配置在该受热套20的上表面侧。另一方面，如图4及图6所示，上述散热器21和风扇22配置在外壳2内的与受热 套20分离的上部，在受热套20与散热器21之间形成有空间部S，在该空间部S中配置风冷 单元4、上述循环泵23以及上述储液箱24。起动以上结构的冷却式LED照明装置1，对光源单元3、电路壳体14内的电路基板 15以及液冷系统5进行供电。由此，使光源单元3的多个(本实施方式中为9个)LED 8发 光，该发出的光透过镜片11向图1的下方照射，从而将前方照亮。此时，由电路壳体14内 的电路基板15来进行光源单元3的点亮控制，在驱动过程中，光源单元3的LED 8以及电 路基板15的各种电子部件(未图示)发热，如果持续这种状态，会导致光源单元3和电路 基板5过热而使温度上升。在本实施方式中，同时驱动液冷系统5，通过如上所述在图8所示的循环路径中循 环的冷却液对作为光源单元3和风冷单元4的散热部的电路壳体14进行强制冷却，抑制其 温度上升。另外，在光源单元3和电路基板15中产生的热量向电路壳体14传递，从电路壳 体14的表面和多个散热针17进行散热，并且，被风扇22从进气口 6引导至外壳2内且向 排气口 7流动的冷却风，进一步促进散热。在液冷系统5中，由于循环泵23的作用而在循环路径中循环的冷却液，在受热套 20中吸收光源单元3以及电路基板15产生的热量，对光源单元3、电路壳体14及其内部的 电路基板15进行冷却，受热后温度升高的冷却液通过配管29而被引导至散热器21中。另一方面，当风扇22被未图示的电动机旋转驱动时，将外部空气从外壳2的周面 上形成的进气口 6、即从侧方吸入到外壳2内，作为冷却风。该冷却风在受热套20与散热器 21之间形成的空间部S内向上方流动，在此过程中，冷却风通过散热器21，从外壳2的上表 面上开设的排气口 7向外部排出。在散热器21中，利用通过这里的冷却风将冷却液的热量释放到外部而使该冷却液冷却，温度下降的冷却液通过配管32被吸入到循环泵23中。吸入到循环泵23中的冷却液在被升压后，从循环泵23通过配管33向储液箱24 输送，冷却液的一部分被储存在储液箱24中，剩余的冷却液从储液箱24通过配管34而被 引导至受热套20中，以用于光源单元3、电路壳体14及其内部的电路基板15的冷却。然 后，连续重复以上作用(冷却循环)，利用流过受热套20的冷却液对光源单元3、电路壳体 14以及电路基板15进行强制冷却，将它们的温度上升抑制在一定值以下。此外，在本实施方式中，隔着受热套20而在其上下配置风冷单元4和光源单元3。 因此，通过循环泵23使冷却液在闭环的循环路径中循环，从而利用冷却液，同时对配置在 受热套20两侧的光源单元3和电路壳体14以及电路基板15进行强制冷却。此外，通过风 冷单元4的散热，对电路壳体14和电路基板15进行风冷。其结果是，抑制了这些光源单元 3和电路基板15的温度的上升，实现了该液冷式LED照明装置1的高输出化。另外，在本实施方式中，电路壳体14的下表面与受热套20紧密接合，并在其上表 面上突出设置有构成散热部的多个散热针17，由此，在通过冷却液对电路壳体14进行强制 冷却的同时，电路壳体14还通过散热针17进行自然散热，因此，该电路壳体14及其内部的 电路基板15得到高效的冷却，它们的温度上升得到更有效的抑制。另外，在本实施方式中，光源单元3的整个表面隔着导热率高的导热板27而与受 热套20的下表面紧密接合，因此，光源单元3的整个表面均成为导热面，能够利用流过受热 套20的冷却液对该光源单元3进行高效的冷却。顺便而言，如果不使用导热板27，则很难 使光源单元3的整个表面与受热套20紧密接合，即，实际上，光源单元3仅与受热套20部 分接触，因此无法提高其冷却效率。或者，要在不使用导热板27的情况下使光源单元3的 整个表面与受热套20紧密接合，可以与光源单元3的金属制的基座10相同地，利用研磨加 工等将金属制的受热套20的接合面精加工成平滑面，但这种精加工需要很多工序并花费 大量时间及成本，因此不现实。另外，在本实施方式中，将风冷单元4配置在液冷系统5的受热套20与散热器21 之间形成的空间部S内，因此，通过使由风扇22引入到外壳2内的冷却风流过空间部S，由 此来对电路壳体14和电路基板15进行强制风冷。因此，还能够得到这样的效果能够对已 被冷却液强制冷却后的电路壳体14和电路基板15进行更高效的冷却，能够有效抑制它们 的温度上升。本发明的液冷式LED装置1的特征在于，当由于作为液冷系统5的工作部的风扇 22或循环泵23的故障等而失去了该液冷系统5的冷却功能时，使提供给光源单元3的电流 降低至这样的值，该值能够将该光源单元3释放的热量抑制在风冷单元4所能吸收的热量 以下。因此，在由于液冷系统5发生故障而失去了其冷却功能的情况下，使提供给光源 单元3的电流降低。由此，将光源单元3释放的热量抑制在风冷单元4所能吸收的热量以 下，即，抑制在电路壳体14以及散热针17的自然散热所释放的热量以下，因此能够防止光 源单元3过热。此时，虽然该液冷式LED照明装置1的光量降低，但尚未达到熄灭的程度， 因此仍可作为照明装置发挥功能。因此，能够避免例如在加油站或化学厂等伴有危险作业 的场所由于发生故障而导致的灯熄灭，能够确保高安全性。在本实施方式的液冷式LED照明装置1中，在风冷单元4和液冷系统5正常工作的情况下，LED 8在结温不超过100°C的范围内的输出为200W。图16示出此时的照度分布。 根据该图可知，利用51x以上的照度可照射四周8m见方的范围。另外，此时的照度是将LED 照明装置设置在6m高度时的值(图17及图18所示的照度分布也是同样)。另外，在图16 中，纵轴表示地面上左右方向的距离，横轴表示地面上前后方向的距离，图中的数字表示照 度(lx)(图17及图18也是同样)。在液冷散热系统5发生故障而失去了其冷却功能的情况下，只要如上所述地降低 向光源单元3供给的电流，则可将输出的降低抑制为正常值200W的1/4即50W。在该情况 下，虽然会变暗，但不会影响照明功能。图17示出此时的照度分布，根据该图可知，利用51x 以上的照度可照射四周6m见方的范围。顺便而言，在不具备风冷单元4而仅具备液冷系统5的LED照明装置中，在液冷 系统5发生故障的情况下，仅从受热套20的表面进行自然散热，因此，LED 8在结温不超过 100°C的范围内的输出为正常值200W的1/20即10W。图18示出此时的照度分布，根据该图 可知，照度51x的照明范围缩小到3m以内。(实施方式2)下面根据图19和图20，对本发明的实施方式2进行说明。图19是本发明的第2实施方式的LED照明装置的拆下外壳后的状态的立体图，图 20是该LED照明装置的纵向剖视图。本实施方式的液冷式LED照明装置1’的特征在于，由受热单元5的受热套20上 形成的多个散热针17来构成风冷单元4的散热部，其它结构与前述实施方式1的LED单元 1的结构相同。因此，在图19以及图29中，对与图1 图8所示的要素相同的要素标注同 一标号，并在下文中省略对它们的重复说明。另外，在本实施方式中，与前述实施方式1相同，当由于作为液冷系统5的工作部 的风扇22或循环泵23的故障等而失去了该液冷系统5的冷却功能时，使提供给光源单元3 的电流降低至这样的值，该值能够将该光源单元3释放的热量抑制在风冷单元4所能吸收 的热量以下。因此，能够得到与前述实施方式1相同的效果，即在由于液冷系统5发生故障而 失去了其冷却功能的情况下，使提供给光源单元3的电流降低，将光源单元3释放的热量抑 制在风冷单元4所能吸收的热量以下，即，抑制在受热套20以及散热针17的自然散热所释 放的热量以下，因此能够防止光源单元3过热，此时，虽然该液冷式LED照明装置1’的光量 降低，但尚未达到熄灭的程度，因此仍可作为照明装置发挥功能。此外，本实施方式中，在受热套20上形成有散热针17，不过也可以不设置该散热 针17，而是在受热套20上形成散热片。另外，散热针17或散热片可与受热套20 —体形成， 或者可通过焊接、铆接、螺钉旋合等方式将分体的散热针17或散热片固定到受热套20上。 在通过焊接等方式将分体的散热针17或散热片固定到受热套20上的情况下，散热针或散 热片可以是螺钉状的细长金属或蛇腹状的薄金属，作为自然散热部的形状，可直接采用通 常使用的散热部的形状。
权利要求
一种液冷式LED照明装置，其构成为包括将LED作为光源的光源单元；具有受热套和散热器的液冷系统；以及对上述光源单元进行点亮控制的控制单元，该液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元和上述控制单元隔着上述液冷系统的受热套而配置在其两侧。
2.根据权利要求1所述的液冷式LED照明装置，其特征在于，上述控制单元的一个面与上述受热套紧密接合，且在其另一个面上设有散热部。
3.根据权利要求1或2所述的液冷式LED照明装置，其特征在于， 上述光源单元隔着导热板与上述受热套紧密接合。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的液冷式LED照明装置，其特征在于，在上述液冷系统的受热套与散热器之间，形成有空间部，上述控制单元配置在该空间 部中。
5.一种液冷式LED照明装置，其构成为包括外壳，其在彼此呈轴向垂直的方向上分别具有进气口和排气口 ； 将LED作为光源的光源单元；以及 液冷系统，其具有受热套、散热器和风扇， 该液冷式LED照明装置的特征在于，在上述外壳内，上述光源单元与上述液冷系统中的至少散热器和风扇以隔开规定距离 的方式配置，它们之间形成空间部，并且在上述外壳内形成有空气通道，该空气通道用于使 由上述风扇从上述进气口吸入到外壳内的冷却风的一部分通过，并且，该空气通道经过外 壳的内表面，通过上述空间部和上述散热器，从上述排气口通到外壳外。
6.根据权利要求5所述的液冷式LED照明装置，其特征在于上述进气口形成在上述外壳的周面上，上述排气口形成在该外壳的与来自上述LED的 光的射出方向相反方向的端面上，上述液冷系统中的散热器和风扇配置在该排气口的附 近。
7.一种液冷式LED照明装置，其构成为包括 夕卜壳；光源单元，其将LED作为光源，具有搭载LED的基座和设置在LED的照射方向前方的透光罩；液冷系统，其具有受热套和散热器；以及 对上述光源单元进行点亮控制的控制单元， 该液冷式LED照明装置的特征在于，上述光源单元在基座的一个表面侧，具有搭载LED的LED安装部，并设有从该表面侧到 达另一个表面侧的通气孔；上述液冷系统的受热套与上述基座的上述通气孔以外的其它部分的表面紧密接合。
8.根据权利要求7所述的液冷式LED照明装置，其特征在于， 上述通气孔为筒状部，上述通气孔相比于上述液冷系统的受热套的背面，进一步向背面侧突出，液冷部位于通气孔的周围。
9.根据权利要求7或8所述的液冷式LED照明装置，其特征在于， 上述光源单元隔着导热板与上述受热套紧密接合。
10.根据权利要求7 9中任意一项所述的液冷式LED照明装置，其特征在于，在上述液冷系统的受热套与散热器之间形成有空间部，上述控制单元配置在该空间部中。
11.一种冷却式LED照明装置，其特征在于，该冷却式LED照明装置构成为包括 将LED作为光源的光源单元；具有受热套和散热器的液冷系统；风冷单元，其配置在上述光源单元的附近，且具有散热部。
12.根据权利要求11所述的冷却式LED照明装置，其特征在于，上述风冷单元的散热部由形成在电路壳体上的散热针或散热片构成，所述电路壳体与 上述液冷系统的受热套紧密接合。
13.根据权利要求11所述的冷却式LED照明装置，其特征在于，上述风冷单元的散热部由形成在上述液冷系统的受热套上的散热针或散热片构成。
14.根据权利要求11 13中任意一项所述的冷却式LED照明装置，其特征在于， 该冷却式LED照明装置还具有控制单元；在上述液冷系统不工作的情况下，上述控制单元使提供给上述光源单元的电流降低至 这样的值该值将该光源单元释放的热量抑制为上述风冷单元所能吸收的热量以下。
15.根据权利要求11 14中任意一项所述的冷却式LED照明装置，其特征在于， 上述光源单元和上述风冷单元隔着上述液冷系统的受热套而配置在其两侧。
16.根据权利要求11 15中任意一项所述的冷却式LED照明装置，其特征在于， 从上述光源单元起，依次配置着上述液冷系统的受热套、上述风冷单元、液冷系统的散热器和风扇。
全文摘要
本发明的课题在于提供一种液冷式LED照明装置，其能够通过用冷却液对光源单元和控制单元进行强制冷却来实现高输出化。液冷式LED照明装置(1)构成为包括外壳(2)；将LED作为光源的光源单元(3)；具有受热套(20)、散热器(21)、循环泵(23)以及风扇(22)的液冷系统(5)；以及对上述光源单元(3)进行点亮控制的控制单元(4)，上述光源单元(3)和上述控制单元(4)隔着上述液冷系统(5)的受热套(20)而设置在其两侧。另外，上述控制单元(4)的一个面与上述受热套(20)紧密接合，且在另一面上设有散热针(散热部)(17)。
文档编号F21S2/00GK101865385SQ20101019617
公开日2010年10月20日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年4月15日
发明者小池辉夫, 平本靖司, 谷田安 申请人:斯坦雷电气株式会社