(57)【要約】【課題】  照明灯に水冷式冷却方式を採用し、高い発熱現象が発生するパワー発光ダイオードの発熱を大幅に低減させることはもちろん、低減された温度がいつも一定に維持されるようにして、パワー発光ダイオードの寿命を長く維持すると共に、周辺温度によって輝度が変化せずに一定の高輝度を維持し、節電効率を極大化すること。【解決手段】  本発明によるパワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置は、照明灯が設置される一定形状の筺体の内部に冷却水と循環ポンプ及び温度センサーが内蔵された冷却水槽を所定の個数備え、前記各冷却水槽に連結される冷却水流入パイプ及び冷却水流出パイプは、パワー発光ダイオード固定具の内部に形成された冷却水循環通路に連結し、冷却水槽の冷却水は、パワー発光ダイオードが固定された固定具内部の冷却水循環通路に循環して流れるようになり、循環する冷却水が一定の温度に上昇するようになれば、当該冷却水槽の冷却水循環は、停止されると同時に、他の冷却水槽が作動し、新しい冷却水を循環させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の形状で形成される筺体の内部にパワー発光ダイオード（４）が内蔵され、前記筺体の下側面に投光板（１５）が装着された照明灯の冷却装置において、
前記筺体の外面には、空冷放熱板（１４）が形成されていて、
前記筺体内部の下側には、前記パワー発光ダイオード（４）が底面に固定されたパワー発光ダイオード固定具（１）が形成されていて、
前記パワー発光ダイオード（４）と前記パワー発光ダイオード固定具（１）の底面の間には、ヒートグリス（１７）が形成されていて、
前記筺体内部の上側には、冷却水槽（２）、（２ａ）が備えられており、冷却水槽（２）、（２ａ）の夫々の内部には、冷却水（８）、（８ａ）、冷却水循環ポンプ（３）、（３ａ）、温度センサー（１１）、（１１ａ）が各々内蔵されていて、
前記冷却水槽（２）、（２ａ）の夫々は、冷却水循環通路（５）の冷却水流出口（１０）と各々連結されていて、
前記冷却水槽（２）、（２ａ）の夫々の内部に内蔵された前記冷却水循環ポンプ（３）、（３ａ）は、冷却水流入パイプ（６）、（６ａ）により冷却水流入口（９）と各々連結されていて、前記冷却水槽（２）、（２ａ）の夫々の内部に設置された温度センサー（１１）、（１１ａ）と連結され、各冷却水循環ポンプ（３）、（３ａ）と連結されており、
冷却水（８）、（８ａ）の温度情報によって各冷却水循環ポンプ（３）、（３ａ）の作動を制御する冷却水循環制御部（１２）が前記パワー発光ダイオード固定具（１）の上面に形成されることを特徴とするパワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置に関し、より詳細には、照明灯が設置される一定の形状の筺体内部に冷却水と循環ポンプ及び温度センサーが内蔵された冷却水槽を所定の個数備えるパワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置に関する。前記冷却水槽の夫々に連結される冷却水流入パイプ及び冷却水流出パイプは、パワー発光ダイオード固定具の内部に形成された冷却水循環通路に連結し、冷却水槽の冷却水は、パワー発光ダイオードが固定された冷却水循環通路に循環して流れるようになる。循環する冷却水が一定の温度に上昇するようになれば、当該冷却水槽の冷却水循環は停止されると同時に、他の冷却水槽が作動し、新しい冷却水を循環させる。これにより、高い発熱現象が発生するパワー発光ダイオードをいつも常温に近い温度に維持させて、パワー発光ダイオードの寿命を長く維持させることができると共に、冷却効率及び節電効率を極大化することができる。。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）は、速い処理速度、低電力消耗、寿命が長い等などの長所を有する半導体のＰ−Ｎ接合構造を利用して注入された少数キャリア（電子または正孔）を形成し、これらの再結合によって発光することを利用したものであって、従来の照明用ランプと比較して約１／１０程度の消費電力が必要とされ、電気エネルギーを大きく節減することができるという長所を有する。
【０００３】
特に、交通信号灯や街灯のような電力が多く必要とされる部分においては、街灯に多く使用されるナトリウム灯や水銀灯を発光ダイオードに交換すれば、消費電力の節減効果が非常に大きい。
【０００４】
しかしながら、前述のような一般的な発光ダイオードは、電光板などに設置されて広く使用されているが、輝度が低いため、街灯のような照明灯に使用するにはその効果は微々たるものである。また輝度が安定しないため、周辺温度によって輝度が変化するという問題点があり、気温の影響を受ける街灯に設置される場合には、輝度が安定しないため、照明灯として大きい弱点を有する。
【０００５】
前述のような一般的な発光ダイオードの問題点を解決するための新しい発光ダイオードの開発が積極的に行われており、高輝度を有するパワー発光ダイオードが開発されているが、前記パワー発光ダイオードは、一般的な発光ダイオードに比べて輝度が非常に高くて、街灯などの照明用として使用するのに適しているが、点灯の際、２００℃に近い非常に大きい熱が発生する。このような熱によって、劣化現象が引き起こされるようになる。これは、パワー発光ダイオードの寿命を短縮させる問題点があるだけでなく、前述のような高熱のためにパワー発光ダイオードを固定具に固定するはんだ付け部が溶解することによって、パワー発光ダイオードが固定具から離脱する剥離現象を引き起こすことがある。
【０００６】
したがって、前述のようなパワー発光ダイオードの寿命を長く維持し、高輝度を一定に維持するためには、パワー発光ダイオードの発熱温度を冷却させて、常温程度の温度に一定に維持しなければならない。
【０００７】
劣化現象を防止し、その発熱を一定に冷却させるために、前記パワー発光ダイオードが設置される照明灯に空冷式放熱装置が設置されたが、このような空冷式放熱装置は、冷却効果が充分でなく、且つパワー発光ダイオードの温度を一定に維持しないので、従来の問題点を解決するには至らなかった。
【０００８】
このような問題点を解決するために、従来、照明灯に水冷式冷却装置を採用した発明が公知されている。前記公知された発明は、照明灯が設置される基板部の上面に放熱構造体が設置される構成であって、前記放熱構造体の内部は、冷媒が通過する通路と、通路を通じて冷媒が流入される冷媒流入口及び冷媒が流出される冷媒流出口を有する熱伝達部で構成されている。前記照明灯が設置された基板部の上面に設置される放熱構造体に冷媒流入口を通じて冷媒が投入されれば、前記冷媒は、放熱構造体内部の通路を循環しながら照明灯の熱を奪うようになり、これにより、照明灯の周辺温度は、前記冷媒によって低くなる。
【０００９】
しかしながら、前述のような従来の公知された発明は、冷媒が貯蔵される構成が前記照明灯とは別途に離れた構造で形成されていて、その構成は非常に複雑であり、且つ多くの費用がかかる。また、一方的な冷却構造となっているので、パワー発光ダイオードの発熱によって冷却水の温度が上昇しても、適切な温度の冷却水が適切に供給されないので、結局、パワー発光ダイオードの温度は変化するようになる。これにより、輝度も一定に維持されずに変化し、点灯後、初期には、ある程度の高輝度が維持され、冷却効果があるが、時間が経つほど、温度の変化によって輝度が変わり、冷却効果も低下する問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、照明灯に水冷式冷却方式を採用し、高い発熱現象が発生するパワー発光ダイオードの発熱を大幅に低減させることはもちろん、低減された温度がいつも一定に維持されるようにして、パワー発光ダイオードの寿命を長く維持すると共に、周辺温度によって輝度が変化せずに一定の高輝度を維持し、節電効率を極大化することにある。このために、本発明は、照明灯の内部に冷却水と循環ポンプ及び温度センサーが内蔵された冷却水槽を所定の個数備え、前記冷却水槽の夫々の循環ポンプと連結された冷却パイプは、パワー発光ダイオード固定具の冷却水循環通路と連結し、前記温度センサーと連結されて冷却水槽の循環ポンプを制御する冷却水循環制御部が設置されることによって、当該冷却水槽の冷却水が一定の温度に至るようになれば、他の冷却水槽が作動し、冷却水循環通路には新しい冷却水が流れるようになって、温度を一定に維持させるパワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の構成をさらに詳細に説明する。
【００１２】
本発明によれば、一定の形状の筺体内部には、パワー発光ダイオード固定具（１）と冷却水槽（２）が備えられ、冷却水槽（２）の内部には、冷却水循環ポンプ（３）が備えられ、パワー発光ダイオード固定具（１）の底面には、パワー発光ダイオードが固定されている。前記パワー発光ダイオード（４）と固定具（１）との間にはヒートグリス（１７）が塗布されている。前記固定具（１）の内部には、パワー発光ダイオード（４）の固定部分に近接した冷却水循環通路（５）が形成されていて、冷却水循環通路（５）は、冷却水流入パイプ（６）及び冷却水流出パイプ（７）で連結されている構造となっている。
【００１３】
ここで、冷却水（８）が収容される冷却水槽（２）は、所定の個数が備えられていて、冷却水槽（２）の夫々に連結された冷却水流入パイプ（６）及び冷却水流出パイプ（７）は、冷却水循環通路（５）に各々連結される構造となっている。冷却水流入パイプ（６）は、冷却水槽（２）から冷却水循環通路（５）に冷却水（８）が流入し、冷却水循環通路（５）を循環した後、さらに冷却水槽（２）に流出する構造となっている。、冷却水流入パイプ（６）の一端は、冷却水槽（２）の内部に備えられる冷却水循環ポンプ（３）に連結されていて、また冷却水流出パイプ（７）の一端は、冷却水循環通路（５）の冷却水流出口（１０）に連結されていて、他端は、冷却水槽（２）に連結された構造となっている。
【００１４】
前述したように、冷却水槽（２）は、複数個が備えられ、各々の冷却水槽（２）に連結された冷却水流入パイプ（６）及び冷却水流出パイプ（７）は、パワー発光ダイオード固定具（１）の冷却水循環通路（５）に各々連結されている構造となっている。
【００１５】
また、冷却水槽（２）の内部には、温度センサー（１１）が設置されていて、前記温度センサー（１１）は、パワー発光ダイオード固定具（１）の片側に設置された冷却水循環制御部（１２）と連結されていて、冷却水槽（２）の内部に備えられる冷却水循環ポンプ（３）は、温度センサー（１１）と連結された冷却水循環制御部（１２）の制御を受ける構造となっている。
【００１６】
ここで、前記冷却水槽（２）と冷却水循環通路（５）を循環する冷却水（８）は、蒸留水にエチレングリコールが含有された構成となっている。
【００１７】
上記本発明の構成のように、内部に冷却水（８）と冷却水循環ポンプ（３）及び温度センサー（１１）を備える冷却水槽（２）と、パワー発光ダイオード固定具（１）の内部に形成された冷却水循環通路（５）とは、冷却水流入パイプ（６）及び冷却水流出パイプ（７）で連結される。これにより、パワー発光ダイオード（４）の点灯のための電源が供給されると同時に、冷却水循環ポンプ（３）は、作動し、冷却水（８）を冷却水流入パイプ（６）を通じて冷却水循環通路（５）に強制流入させるようになる。冷却水循環通路（５）に強制流入される冷却水（８）は、冷却水循環通路（５）を循環しながら、パワー発光ダイオード（４）で発生する熱を吸熱するようになる。この際、前記パワー発光ダイオード（４）と固定具（１）との間には、ヒートグリス（１７）が塗布されていて、パワー発光ダイオード（４）の熱が冷却水（８）にさらに効果的に伝達される。吸熱過程で加熱された冷却水（８）は、冷却水流出口（１０）に連結された冷却水流出パイプ（７）を通じて冷却水槽（２）にさらに戻るようになる。パワー発光ダイオード（４）で発生する熱は、冷却水循環通路（５）を循環する冷却水（８）によって下降するようになる。前記冷却水循環通路（５）は、パワー発光ダイオード固定具（１）の内部に形成されていることはもちろん、パワー発光ダイオード（４）の固定のためのはんだ付け部分と非常に近接した構造となっているので、従来に比べてさらに効果的にパワー発光ダイオードで発生する熱を吸熱することができるようになる。
【００１８】
また、冷却水循環ポンプ（３）によって冷却水（８）を強制循環させることによって、パワー発光ダイオード（４）の熱を吸熱する過程でパワー発光ダイオード（４）からの吸熱によって冷却水（８）の温度が一定の温度以上に上昇する場合には、温度センサー（１１）が作動するようになる。温度センサー（１１）は、冷却水（８）の温度情報を冷却水循環制御部（１２）に伝達するようになり、冷却水（８）の温度情報を受けた冷却水循環制御部（１２）は、冷却水槽（２）の内部に備えられている冷却水循環ポンプ（３）の作動を停止させる。これにより当該冷却水槽（２）の冷却水（８）はこれ以上循環されず、作動が停止する。また、当該冷却水槽（２）の冷却水（８）は、冷却水循環通路（５）への循環が遮断され、同時に、他の冷却水槽（２ａ）の冷却水循環ポンプ（３ａ）が作動し、冷却水循環通路（５）に新しい冷却水（８ａ）を循環させるようになる。これにより、パワー発光ダイオード（４）が固定されたパワー発光ダイオード固定具（１）は、低い温度が一定に維持されることによって、劣化現象を防止することができると共に、高輝度が一定に維持されるだけでなく、パワー発光ダイオード（４）の寿命も長く持続されるので、従来に比べて節電効率をさらに向上させることができるようになる。冷却水（８）、（８ａ）は、蒸留水にエチレングリコールを少量含有することにより、一般的な蒸留水の氷点より低くすることによって、冬季に屋外に設置される場合、冷却水（８）、（８ａ）は、エチレングリコールを含有するので凍らなくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パワー発光ダイオードで発生する熱を効果的に冷却し、その冷却された温度が一定に維持され、劣化現象を防止することによって、高輝度を安定して放出することができると共に、パワー発光ダイオードの寿命を長く維持することができる。また、従来に比べて節電効率を向上させることができ、消費電力をさらに節減することができると共に、交換費用と補修費用を節減することができる非常に大きい効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるパワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置の断面図である。
【図２】本発明によるパワー発光ダイオードの劣化現象による寿命年表（１日使用時間帯別）である。
【図３】本発明によるパワー発光ダイオードの劣化現象によるエネルギー及び光効率表である。
【図４】本発明と従来の冷却装置の比較表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
前述のような構成を有する本発明の構成を添付の図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明によるパワー発光ダイオードが内蔵された照明灯の冷却装置の断面図である。図２は、本発明によるパワー発光ダイオードの劣化現象による寿命年表（１日使用時間帯別）である。図３は、本発明によるパワー発光ダイオードの劣化現象によるエネルギー及び光効率を示す表である。図４は、本発明と従来の冷却装置の比較を示す表である。
【００２３】
図１に示されたように、半円形筺体（１３）の外面には、空冷放熱板（１４）が形成されていて、前記半円形筺体（１３）内部の上側には、冷却水（８）、（８ａ）が各々収容される冷却水槽（２）及び冷却水槽Ａ（２ａ）が形成されている。前記冷却水槽（２）及び冷却水槽Ａ（２ａ）の内部には、冷却水（８）、（８ａ）を循環させる冷却水循環ポンプ（３）、（３ａ）と、冷却水槽（２）及び冷却水槽Ａ（２ａ）の各冷却水（８）、（８ａ）の温度をチェックする温度センサー（１１）、（１１ａ）が備えられている。
【００２４】
前記半円形筺体（１３）内部の下側、すなわち二重に形成された冷却水槽（２）及び冷却水槽Ａ（２ａ）の下側には、パワー発光ダイオード（４）が固定されたパワー発光ダイオード固定具（１）が固定される。パワー発光ダイオード固定具（１）の底面には、パワー発光ダイオード（４）が複数個固定されている。また、前記パワー発光ダイオード（４）とパワー発光ダイオード固定具（１）との間には、ヒートグリス（１７）が塗布されている。パワー発光ダイオード固定具（１）の内部には、冷却水（８）、（８ａ）が循環する冷却水循環通路（５）が形成されている。
【００２５】
前記パワー発光ダイオード（４）の冷却水循環通路（５）と冷却水槽（２）は、冷却水流入パイプ（６）及び冷却水流出パイプ（７）で連結される。さらに詳細に説明すれば、冷却水流入パイプ（６）の一端は、冷却水槽（２）の内部に備えられた冷却水循環ポンプ（３）に連結され、冷却水流出パイプ（７）の一端は、パワー発光ダイオード固定具（１）の上面に形成された冷却水流出口（１０）に連結され、他端は、冷却水槽（２）に連結された構造となっている。
【００２６】
前述のような構成は、パワー発光ダイオード固定具（１）の内部に形成された冷却水循環通路（５）と冷却水槽（２）が連結された構造に関する説明であり、他の冷却水槽Ａ（２ａ）が冷却水循環通路（５）に連結されるためには、パワー発光ダイオード固定具（１）の上面に形成された冷却水流入口（９）を多重で形成し、且つ冷却水流出口（１０）も多重で形成することによって、冷却水槽Ａ（２ａ）も冷却水循環通路（５）に連結される。
【００２７】
内部に冷却水循環通路（５）が形成されているパワー発光ダイオード固定具（１）の上面には、冷却水流入口（９）及び冷却水流出口（１０）のみならず、冷却水循環制御部（１２）が形成される。前記冷却水流入口（９）及び冷却水流出口（１０）は、パワー発光ダイオード固定具（１）の上面で互いに反対側の端部に形成されていて、その中央には、冷却水循環制御部（１２）が形成されている。また、前記冷却水循環制御部（１２）は、冷却水槽（２）及び冷却水槽Ａ（２ａ）の内部に備えられている冷却水循環ポンプ（３）、（３ａ）及び温度センサー（１１）、（１１ａ）と各々連結された構造となっている。また、前記温度センサー（１１）は、冷却水槽（２）の冷却水（８）の温度を継続的にチェックし、冷却水循環制御部（１２）に温度情報を伝達する構造となっていて、温度センサー（１１ａ）は、冷却水槽Ａ（２ａ）の温度情報を冷却水循環制御部（１２）に伝達する構造となっている。
【００２８】
ここで、冷却水槽（２）、冷却水槽Ａ（２ａ）と冷却水循環通路（５）を循環する冷却水（８）、（８ａ）は、蒸留水にエチレングリコールが含有される構成である。前記エチレングリコールの含有量は、所望の氷点によって変わり、エチレングリコールの含有量が多くなるほど冷却水（８）、（８ａ）の氷点も低くなるようになる。混合体積割合による冷却水（８）、（８ａ）の氷点は、下記表１に示された通りである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記のような本発明の実施例のように、半円形筺体（１３）の内部上側に一体に形成される冷却水槽（２）に収容される冷却水（８）は、パワー発光ダイオード（４）の点灯と同時に、冷却水循環ポンプ（３）の作動により冷却水流入パイプ（６）を通じてパワー発光ダイオード固定具（１）の内部に形成された冷却水循環通路（５）に強制流入する。これにより、冷却水循環通路（５）の冷却水（８）は、パワー発光ダイオード（４）で発生する熱を吸熱しながら循環するようになり、パワー発光ダイオード（４）の冷却のための循環を完了した冷却水（８）は、冷却水流出口（１０）と冷却水流出パイプ（７）を通じて再び冷却水槽（２）に移動する。そして、冷却水槽（２）で冷却された冷却水（８）は、さらに冷却水流入パイプ（６）を通じて冷却水循環通路（５）に流入される循環を繰り返すことによって、パワー発光ダイオード（４）で発生する熱を効果的に吸熱することができるようになる。
【００３１】
この際、冷却水循環通路（５）は、パワー発光ダイオード（４）の底面に設置されたパワー発光ダイオード固定具（１）の内部に形成されると共に、前記パワー発光ダイオード（４）の固定のためのはんだ付け部（１６）と近接する。また、パワー発光ダイオード（４）と固定具（１）との間にヒートグリス（１７）が塗布されることによって、パワー発光ダイオード（４）の熱を冷却水（８）に効果的に伝達することができるようになり、冷却水（８）は、パワー発光ダイオード（４）の熱を効果的に吸熱することができるようになる。
【００３２】
前述のようなパワー発光ダイオード（４）の吸熱のための冷却水（８）の循環が繰り返されれば、冷却水（８）の温度は徐々に上昇するようになり、上昇した冷却水（８）の温度が一定の温度以上に上昇すれば、冷却水（８）としての機能を喪失するようになる。この際、前記冷却水槽（２）には、温度センサー（１１）が設置されていて、冷却水槽（２）の温度が一定以上に上昇すれば、温度センサー（１１）は、これを感知し、冷却水（８）の温度情報をパワー発光ダイオード固定具（１）の上面に形成されている冷却水循環制御部（１２）に伝達するようになる。温度センサー（１１）から冷却水温度情報を受けた冷却水循環制御部（１２）は、冷却水槽（２）の冷却水循環ポンプ（３）の作動を中止するようにして、冷却水槽（２）の冷却水（８）循環を遮断すると同時に、冷却水槽Ａ（２ａ）の内部に設置された冷却水循環ポンプ（３ａ）を作動させることによって、冷却水槽Ａ（２ａ）の冷却水（８ａ）が冷却水循環通路（５）を循環しながらパワー発光ダイオード（４）の熱を吸熱するようになる。前記冷却水（８）、（８ａ）の温度は、４０℃以下に維持されることが好ましい。
【００３３】
前記冷却水槽Ａ（２ａ）が作動する間に、冷却水槽（２）に収容された冷却水（８）は、熱を冷ますようになる。この時、半円形筺体（１３）の外面に一体に形成されている多数の空冷放熱板（１４）は、前記吸熱循環によって温められた冷却水（８）をさらに効果的に冷却させることができると同時に、パワー発光ダイオード（４）で発生する熱を冷却させることができる。前記空冷放熱板（１４）は、その設置数において１つ、又は多数のいずれでもよい。
【００３４】
前述のような冷却水槽（２）がパワー発光ダイオード（４）の設置個数によって冷却水槽（２）を適切な個数で設置すれば、リレー式でパワー発光ダイオード（４）を冷却するための冷却水を絶えず供給することができる。したがって、前記パワー発光ダイオード（４）には、従来のような劣化現象が発生せず、適切な低い温度が一定に続いて維持されることによって、高輝度を維持することができるようになる。これにより、従来の構成より発光効率が非常に良好であり、且つ劣化現象を防止して、パワー発光ダイオードの寿命をさらに長く維持することができると共に、節電効果を図ることができる。これは、添付の図３に示した通りである。
【００３５】
これに対する実験データとして、添付の図２に示したように、パワーダイオードは、温度が低いほど寿命がさらに長くなることが分かり、また図３に記載したように、パワー発光ダイオードは、温度が低いほど寿命が長くなることはもちろん、エネルギー効率と光効率が上昇することが分かる。
【００３６】
また、図４に示したように、本発明によるリレー式冷却システムは、他の空冷式冷却システムや従来の一方的な水冷構造に比べて一定の温度の維持が可能であることが分かる。
【００３７】
また、前記冷却水槽と冷却水循環通路で循環する冷却水は、エチレングリコールが含有されていて、氷点が蒸留水より非常に低く形成される。これにより、パワー発光ダイオードが設置される屋外照明灯の場合、冬季にも凍らず、吸熱のための循環をすることができるようになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2011502342.tif 000008
2011502342.tif 000009