Experimental Evaluation of Cooling Modules with High Heat Transfer Capacity for Illumination Armatures and Innovative Product Design

Öz

Energy has become one of the most important subjects of our age. Efficient use of energy is vital for both the governments and the companies. LED technology is known as the most efficient device among lighting devices. The cooling of the LED illuminators is crucial for their lifetime and performance. In this study, alternative solutions that have a lighter and modular structure than aluminum blocks, with a high heat transfer capacity for illumination armatures, have been evaluated and an innovative design has been developed. Temperature tests were performed on the cooling module produced as a prototype and its suitability for street lighting use was examined. As a result of the tests, it was observed that the warming problem was largely solved. Since no extra fan power is needed to cool the luminaire in the module, it is seen that heat transfer is provided without extra energy.

Anahtar Kelimeler

• Energy
• Illumination
• LED
• Heat transfer
• Cooling

Aydınlatma Armatürleri için Soğutucu Modüllerinin Deneysel Değerlendirilmesi ve Yenilikçi Ürün Tasarımı

Öz

Enerji çağımızın en önemli konularından biri haline gelmiştir. Enerjinin verimli kullanılması hem devletler hem de şirketler açısından hayati bir önem taşımaktadır. LED teknolojisi aydınlatma cihazları içerisinde en verimli cihazlar olarak görülmektedir. LED aydınlatıcıların soğutulması, cihazın ömrü ve performansı açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada alüminyum bloklara göre daha hafif ve modüler yapıda, aydınlatma armatürleri için yüksek ısı atma kapasitesine sahip soğutucu modülüne sahip alternatif çözümler değerlendirilmiş ve yenilikçi bir tasarım geliştirilmiştir. Prototip olarak üretilen soğutucu modülü üzerinde sıcaklık testleri yapılmış ve sportif aydınlatması kullanımında uygunluğu incelenmiştir. Testler sonucunda ısınma probleminin büyük ölçüde çözüldüğü gözlemlenmiştir. Modül içerisinde armatürleri soğutmak maksadıyla kullanılan herhangi bir fan gücüne ihtiyaç duyulmadığı için fazladan enerji harcanmayarak ısı transferinin sağlandığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Enerji
• Aydınlatma
• LED
• Isı transferi
• Soğutma

Kaynakça

1. 1. Lenk, R., Lenk, C., 2016. Practical Lighting Design with LEDs, Wiley-IEEE Press, 1, 304-307.
2. 2. Çelik, K., Ünver, F.R., 2019. Eğitim Yapılarında Sürdürülebilir Aydınlatma Tasarımı Yaklaşımı. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(3), 49-63.
3. 3. Badalan, N., Svasta, P., 2017. Fan vs. Passive Heat Sink with Heat Pipe in Cooling of High- Power LED, 2017 IEEE 23rd International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME), Constanta, 296-299.
4. 4. Jang, D., Yook, S.J., Lee, K.S., 2014. Optimum Design of a Radial Heat Sink with a Fin-Height Profile for High-Power LED Lighting Applications. Applied Energy, 116, 260-268.
5. 5. Jang, D., Yu, S.H., Lee K.S., 2012. Multidisciplinary Optimization of a Pin-Fin Radial Heat Sink for LED Lighting Applications, International Journal of Heat Mass Transfer, 55(4), 515-521.
6. 6. Amini, M., Jani, S., Mahmoodi, M., Jam, J.M., 2014. Numerical Investigation of Natural Convection Heat Transfer in a Symmetrically Cooled Square Cavity with a Thin Fin on its Bottom Wall, Thermal Science, 18, 1119-1132.
7. 7. Huang, Y., Shen, S., Li, H., Gu, Y., 2019. Numerical Analysis on the Thermal Performances of Different Types of Fin Heat Sink for High-Power Led Lamp Cooling, Thermal Science, 23(2), 625-636.
8. 8. Huang, Y., Shen, S., Li, H., Gu, Y., 2016. Improved Thermal Design of Fin Heat Sink for High-Power LED Lamp Cooling, 2016 17th International Conference on Electronic Packaging Technology (ICEPT), 1069-1074.

9. 9. Karatekin, C., Kökkaya, O., 2018. Comparative Analysis of Different Cooling Fin Types for Countering LED Luminaires’ Heat Problems, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 26, 454-466.
10. 10. Laad, P., Akhare, B., Chaurasia, P., 2016. Thermal Analysis of Heat Sink with Fins of Different Configuration Using Ansys Workbench 14.0, International Journal of Engineering Sciences and Research Technology, 5(6), 82-93.
11. 11. Zheng, J., Ge, D., Li, J., 2015. The Analysis of Heat Pipe Cooling in High Power LED Lighting System, 2015 16th International Conference on Electronic Packaging Technology (ICEPT), Changsha, 480-482.
12. 12. Xiao, C., Liao, H., Wang, Y., Li, J., Zhu, W., 2017. A Novel Automated Heat-Pipe Cooling Device for High-Power LEDs, Applied Thermal Engineering, 111, 1320-1329.
13. 13. Zheng, H., Xu, C., Liu, J., Chu, J., Liu, S., Zeng, X., Sun, R., 2017. A Novel Cooling Method for LED Filament Bulb Using Ionic Wind, 2017 16th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm), Orlando, FL, 998-1003.
14. 14. Çiçek, B., Şahin, N., 2020. Sokak Aydınlatmalarında Kullanılacak Yüksek Güçlü LED’lerin Termal Performansının Sayısal ve Deneysel Olarak İncelenmesi, Journal of Engineering Sciences and Design, 8(1), 185-197.
15. 15. Karaçaylı, İ., Şimşek, E., Altay, L., Hepbaşlı, A., 2018. Experimental and Analytical Investigation of Heat Transfer Coefficient of a Water-Cooled Condenser for Different Water Flows and Condensation Pressures, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(2), 101-112.