CN103574550A - 冷却系统和包括该冷却系统的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷却系统和包括该冷却系统的照明装置。一种照明装置的实施例包括冷却特征，该冷却特征通过在照明装置的周边边缘处排出空气而提供用于散热的主动冷却。在一个实施例中，冷却特征包括散热元件和空气移动装置。散热元件包括设置在中心轴线周围的翅片部件。翅片部件形成终止于照明装置的周边边缘处的周边开口处的周边通道。在空气移动装置的运行期间，空气流入和流出周边开口而形成带有输入流和输出流的流型。在一个示例中，输入流和输出流对应于翅片部件的组，其中，该组支配进入和离开照明装置的空气的流动方向。

Description

冷却系统和包括该冷却系统的照明装置
技术领域
本公开的主题涉及灯饰领域、照明领域、固态照明领域和相关领域。
背景技术
在照明领域，固态装置(例如，发光二极管(LED)装置)和其它高效发光装置正变得越来越受欢迎，因为它们呈现出许多优点，包括更低的能耗、更长的寿命、更快的开闭以及更大的耐久性和可靠性。虽然许多照明装置仍采用常规技术(例如白炽灯和灯泡)作为其光源，但是已经存在许多使用固态装置代替常规光源的照明装置，以避免诸如短寿命、低发光效率以及有时环境不友好地运行的缺点。
作为一个示例，诸如LED和LED装置的固态照明技术常常具有优于白炽灯的性能。这种性能可通过其有用寿命(例如，其流明维持及其随时间推移的可靠性)来量化。例如，尽管白炽灯的寿命通常在约1000至5000小时的范围内，但使用LED装置的照明装置能够工作超过25,000小时，并且可能高达100,000小时或更多。
对于固态技术的挑战是需要充分地散热。相比白炽灯或其它常规技术(例如，卤素灯丝)，LED装置在性能和可靠性方面是高度温度敏感的。为了应对这些特征，已知的照明装置将放置与LED装置接触或热接触的散热器。然而，这样的被动冷却系统常常不提供足够的热能耗散，并且在一些情况下可能阻挡LED装置发出的光。此外，使用风扇和类似的空气移动装置来促进主动冷却可能不适合物理约束，例如，限定所得照明装置的最大尺寸的规定限制。
发明内容
在一个实施例中，本公开描述了一种包括空气移动装置和散热元件的照明装置。散热元件包括多个翅片部件，这些翅片部件设置在中心轴线周围且形成用于在其中接纳空气移动装置的腔。多个翅片部件形成终止于散热元件的周边边缘上的周边开口处的周边通道。在一个示例中，翅片部件布置在入口组和出口组中，空气通过入口组而流入照明装置中，并且空气通过出口组而流出照明装置，出口组相对于入口组围绕中心轴线有角度地偏移。
在一个实施例中，本公开还描述了一种照明装置，其包括散热元件，散热元件带有中心轴线且具有形成周边通道的翅片部件，周边通道终止于设置在中心轴线周围和散热元件的周边边缘处的周边开口处。照明装置还包括光源和空气移动装置，光源定位在散热元件的第一侧上，空气移动装置定位在散热元件的第二侧上且与中心轴线对齐。在一个示例中，翅片部件布置在入口组和出口组中，出口组从入口组围绕中心轴线有角度地偏移。在空气移动装置的运行期间，空气经由入口组中的周边开口而流入照明装置中且经由出口组中的周边开口而流出照明装置。
在一个实施例中，本公开还描述了一种包括光源和与光源热接触的冷却系统的照明装置。冷却系统包括设置在照明装置的周边边缘处的周边开口，周边开口布置为入口组和从入口组有角度地偏移的出口组的部分。在一个示例中，冷却系统可产生这样的流型：其中空气经由入口组中的周边开口而流入照明装置中且经由出口组中的周边开口而流出照明装置。
通过参考结合附图的以下描述，本公开的其它特征和优点将变得明显。
附图说明
现在简单地参照附图，其中：
图1示出示例性照明装置的透视图；
图2示出在图1的示例性照明装置中的示例性流体流型(flow pattern)；
图3示出示意图，该示意图显示了根据图2的流体流型分布空气的示例性照明装置的底视图；
图4示出图1的示例性照明装置的剖视图；
图5示出用于在图1的示例性照明装置中使用的冷却系统的透视图；以及
图6示出图5的冷却系统的顶视图。
遍及若干视图，相同的参考标号表示相同或对应的构件和单元，附图未按比例绘制，除非另外指明。
具体实施方式
概括地，下文中的照明装置的实施例并入了主动冷却解决方案，以耗散来自照明装置的热。这些实施例采用空气移动装置来形成其中空气进入和离开照明装置的流型。然而，所得流型出现在照明装置的周边边缘处。该流型可提高冷却效率和功效，因为空气在周边和/或周边边缘的分布防止加热的空气随吸入照明装置中的空气再循环回照明装置中。该特征确保更冷的空气进入照明装置中以促进对流，并且最终帮助从照明装置内部向周围环境耗散出更多的热能。
图1示出带有用于从照明装置100的内部向周围环境耗散热能的冷却特征的示例性照明装置100。照明装置100适用于各种商业和消费性应用，例如，作为重点照明的商业零售和接待照明应用。在一个实施例中，照明装置100具有与所谓的多面反射(MR)灯和照明产品一致的形状因子。然而，本公开在下文中描述的冷却特征可以应用于任意数量的形状因子(例如，抛物线状的镀铝反射(PAR)灯)和用于照明装置的工业标准设计。
照明装置100具有中心轴线CA并包括带有覆盖元件104和连接元件106的壳体102。透镜元件108扩散光，例如以形成光束或离开壳体102的其它照明样式。如下文更多讨论的，照明装置100具有外接照明装置100的周边边缘110的入口和出口特征。照明装置的示例导致空气在围绕周边边缘110的各个位置处流入和流出壳体102，以有效地耗散例如由照明装置100的光源产生的热。在一个示例中，入口和出口特征在周边边缘110上的定位通过形成减少照明装置100在运行期间所排出的受热空气的再循环的流型而提高了冷却效率和功效。
图2示出在照明装置100的运行期间沿周边边缘110出现的示例性流型112。流型112包括输入流(例如，第一输入流114和第二输入流116)和输出流(例如，第一输出流118和第二输出流120)。在一个示例中，输入流114、116和输出流118、120平行于中心轴线CA并且还可以彼此平行。输入流114、116和输出流118、120位于且对应于入口和出口特征，在入口和出口特征处，空气可以分别进入和离开壳体102。然而，本公开设想了流型112的其它构型，其中输入流114、116和输出流118、120中的一个或更多并入了比图2或本公开全文中必要地示出的那些更多或更少的位置，用于空气流入和流出壳体102。
入口和出口特征的示例可以覆盖周边边缘110上的特定径向区段(其示例在图3中可见)。在一个示例中，用于输入流114、116的径向区段在壳体102的相对侧上，并且用于输出流118、120的径向区段也在壳体102的相对侧上。入口和出口特征的这种构型将输入流114、116与输出流118、120分开。这样的分开降低了例如经由输出气流118、120流出壳体102的热的受热空气将与输入流114、116混合和/或例如经由输入流114、116而再循环回壳体102中的可能性，其将限制从照明装置100的有效散热。
图3示出沿周边边缘110的径向区段的一种构型。在该示例中，径向区段包括入口区段(例如，第一入口区段122和第二入口区段124)和出口区段(例如，第一出口区段126和第二出口区段128)。用于输入气流114、116和输出气流118、120的径向区段围绕中心轴线CA彼此有角度地偏移，如字母α所大致指出的。如图3所示，角偏移α可以为约90o，例如，当从用于第一入口区段122的径向区段的中间到用于第一出口区段126的径向区段的中间进行测量时。角偏移α可为小于90o，以容纳用于输入流114、116(图2)和/或输出流118、120(图2)的更多径向区段。
入口区段122、124和出口区段126、128可包括周边边缘110的均等部分。在图3的示例中，径向区段围绕周边边缘110均等地分布。在其它示例中，径向区段中的一个或更多可相对于其它区段占据更多或更少的周边边缘110。入口区段122、124和出口区段126、128覆盖周边边缘110的范围(亦即相应区段的“径向尺寸”)可取决于例如输入流和输出流中的一个或更多的最佳流动特性以及用于冷却照明装置100的最佳散热特性。
 图4示出沿大体上由图1中的A-A标记的平面截取的照明装置100的剖视图，以示出用于照明装置100的冷却特征的一个示例。冷却特征包括在中心轴线CA上对齐的空气移动元件130和带有第一侧134和第二侧136的散热元件132。在第一侧134上，散热元件132包括腹板(web)部件138和围绕中心轴线CA布置的多个翅片(fin)部件140。腹板部件138和翅片部件140形成第一腔141，第一腔141具有足以允许空气移动元件130装配到其中的直径。如在图5和图6中最好地示出和下文所讨论的，翅片部件140形成将相邻的翅片部件140彼此分开的通道(例如，图6的通道234)。空气可以朝着照明装置100的周边边缘110流过通道，例如从而产生输出流118、120。
在第二侧136上，散热器132可具有唇缘或突出元件，其在图4的图示中包括在相对于散热元件132大体上向下的方向上延伸的周壁142。周壁142终止于能够接纳和固定透镜元件108的表面或其它特征处。在一个示例中，周壁142还与中心轴线CA间隔开而与腹板部件138一起形成第二腔144。
光源146位于第二腔144中。光源146可具有作为主要光源的一个或更多发光装置148。发光装置148的示例可包括发光二极管(LED)以及其它类型的发光装置，例如，使用白炽灯丝的白炽装置、使用胶囊形卤素灯(halogen capsule)的卤素装置、使用荧光灯管的荧光装置、高强度放电(HID)装置以及它们的组合。发光装置148还可涵盖具有各种构造的有机和无机发光二极管(LED)装置。这些LED装置可包括裸露半导体芯片、封闭的半导体芯片以及各种构型的芯片封装，其中LED装置安装在诸如附属支座、引线框架、表面安装支撑件的一个或更多中间元件上。在一个示例中，LED装置可并入处于杯形、圆顶形、圆柱形和/或其它形状的形式的反射部件，用于例如引导光远离光源148朝向透镜元件108。在还有其它示例中，LED可包括涂层或其它材料层，例如，带有或不带密封剂的波长转换荧光体涂层。
散热元件132可单片地形成为单个一体的构件(例如，带有集成在一起的腹板部件138、翅片部件140和突出元件142)。这样的构造可适用于某些制造技术，例如，浇铸和/或模制散热元件132的技术。在其它构造中，散热元件132可包括各种单独的零件，这些零件使用诸如螺钉、螺栓和粘合剂的一个或更多已知的紧固件组装和固定在一起。
如上文所讨论的，在一个方面，照明装置100的构造便于将来自光源146的热能传递到照明装置100之外。例如，散热元件132可包括带有传导和耗散热能(并且特别是以光源148可产生的规模传导和耗散热能)的性质的材料和/或构件。这些材料可包括金属、塑料以及具有从约1W/(m-K)至2000W/(m-K)的导热率的复合材料。如图4所示，光源146可以靠着腹板部件138和/或与其热接触而安装在第二腔144中。这些元件之间的直接和/或部分的接触允许热能通过传导而从光源146流入散热元件132中。
在运行期间，空气移动装置130产生通过翅片部件140之间的通道朝向照明装置100的周边移动的空气流。该流接触翅片部件140的表面，从而产生热能从散热元件132到移动空气中的对流耗散。受热的空气作为输出流118、120排出到照明装置100的周边。腹板部件138防止空气向下流动例如进入第二腔144中。在一个实施例中，照明装置100可包括例如处于圆筒形套筒150形式的额外的空气转向部件，其与散热元件132配合，例如配合到翅片部件140。圆筒形套筒150可用于将空气引向周边边缘110，在周边边缘110处空气从照明装置100排出。
图5示出例如用于在图1、图2、图3和图4的照明装置100中使用的冷却系统200的示例。冷却系统200包括散热元件202，其带有设置在周边边缘205周围的一个或更多翅片部件204。翅片部件204布置在一个或更多入口组(例如，第一入口组206和第二入口组208)和一个或更多出口组(例如，第一出口组210和第二出口组212)中。入口组206、208和出口组210、212形成径向区段(例如，图3的径向区段122、124、126、128)，其将位于照明装置(例如，照明装置100)的周边边缘205的周围。风扇单元214位于形成于翅片部件204的中心的腔中。风扇单元214包括一个或更多风扇叶片216和壳体218，壳体218带有用于将风扇单元214固定到散热器202的附连元件220。在一个示例中，附连元件220采用凸台222的形式，其带有用于接纳紧固件(例如，螺钉和/或螺栓)的开口224。此外，虽然显示为与散热元件202联接，但在其它构型中，风扇单元214可安装到照明装置的其它特征。例如，风扇单元214可通过辐条或突起(例如从图1的壳体102延伸的突起)悬挂在组件中。
翅片部件204的构造，例如形状、轮廓和/或其它特征，可便于热能耗散和空气流动两者。在一个示例中，可能有利的是，将翅片部件204构造成具有用于热能的传导和/或对流的最大可用表面积。如图5所示，入口组206、208中的翅片部件204可与其它特征(例如，图4的壁部件150)结合工作，以防止热的受热空气回流到风扇单元214的输入流中。该特征可帮助引导空气朝向出口组210、212且最终完全到照明装置外。
图6示出在大体上由图5的线B-B标记的方向上的冷却系统200的顶视图。在一种构造中，散热元件202包括一个或更多部件(例如，内部件226和外部件228)。翅片部件204将部件226、228彼此固定。壁部件230联接第一入口组206和第二入口组208的翅片部件204。壁部件230形成内孔232，风扇单元214位于其中。
在一个示例中，散热元件202的构造在外接散热元件202的周边边缘的相邻翅片部件204之间形成周边通道234。周边通道234终止于将周边通道234暴露于周围环境的周边开口236处。空气经由周边开口236流入和流出散热元件202，如箭头238(亦即“输入空气238”)和箭头240(亦即“输出空气240”)所大致示出的。在一种实施中，在风扇单元214的运行期间，输入空气238流入周边开口232中并横跨入口组206和208中的周边通道234。输入空气238流通通过散热元件202(例如通过孔232)。风扇单元214的运行将输入空气238引导至出口组210、212中的周边通道234，在此，输出空气240流出周边开口232。
如本文所用，以单数形式叙述和前接用词“一”或“一个”的元件或功能应被理解为并不排除多个所述元件或功能，除非明确叙述了这种排除。另外，对要求保护的本发明的“一个实施例”的提及不应被解释为排除也并入所述特征的额外实施例的存在。
该书面描述使用示例来公开本发明的实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构要素，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种照明装置，包括：
      空气移动装置；和
      散热元件，所述散热元件包括设置在中心轴线周围且形成用于在其中接纳所述空气移动装置的腔的多个翅片部件，所述多个翅片部件形成周边通道，所述周边通道终止于所述散热元件的周边边缘上的周边开口处，其中，所述翅片部件布置在入口组和出口组中，空气通过所述入口组而流入所述照明装置中且空气通过所述出口组而流出所述照明装置，并且所述出口组相对于所述入口组围绕所述中心轴线有角度地偏移。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述散热元件包括壁部件，所述壁部件将所述入口组中的所述翅片部件联接在一起而形成所述腔的一部分。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述空气移动装置包括在所述中心轴线上对齐且设置在所述腔中的空气移动元件。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，还包括与所述散热元件的腹板部件热接触的光源。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述光源包括一个或更多发光二极管。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述入口组包括在所述散热元件的相对侧上形成径向区段的第一入口组和第二入口组，并且所述出口组包括在所述散热元件的相对侧上形成径向区段且从所述入口组的所述径向区段有角度地偏移的第一出口组和第二出口组。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述径向区段均等地分布在所述散热元件的周边上。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，还包括覆盖元件，所述覆盖元件封闭所述空气移动装置且与所述散热元件配合，以允许空气流入和流出周边开口。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述散热元件包括内部件和外部件，并且其中，所述翅片部件将所述内部件固定到所述外部件。
10.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置具有与多面反射(MR)灯一致的形状因子。
11.一种照明装置，包括：
      散热元件，所述散热元件带有中心轴线且具有形成周边通道的翅片部件，所述周边通道终止于设置在所述中心轴线周围和所述散热元件的周边边缘处的周边开口处；
      光源，所述光源定位在所述散热元件的第一侧上；以及
      空气移动装置，所述空气移动装置定位在所述散热元件的第二侧上且与所述中心轴线对齐，
      其中，所述翅片部件布置在入口组和出口组中，所述出口组围绕所述中心轴线从所述入口组有角度地偏移，并且
      其中，在所述空气移动装置的运行期间，空气经由所述入口组中的周边开口而流入所述照明装置中且经由所述出口组中的周边开口而流出所述照明装置。
12.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述入口组和所述出口组形成带有平行于所述中心轴线的输入流和输出流的流型。
13.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述散热元件包括壁部件，所述壁部件将所述入口组中的所述翅片部件联接在一起而形成腔的一部分，并且其中，所述空气移动装置设置在所述腔中。
14.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述散热元件包括用于传导来自所述光源的热的材料。
15.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述散热元件包括将空气引导至所述周边通道中的圆筒形套筒。
16.一种照明装置，包括：
      光源；和
      冷却系统，所述冷却系统与所述光源热接触，所述冷却系统包括设置在所述照明装置的周边边缘处的周边开口，所述周边开口布置为入口组和从所述入口组有角度地偏移的出口组的部分，
      其中，所述冷却系统可产生这样的流型：其中空气经由所述入口组中的周边开口而流入所述照明装置中且经由所述出口组中的周边开口而流出所述照明装置。
17.根据权利要求16所述的照明装置，其特征在于，所述光源包括一个或更多发光二极管。
18.根据权利要求16所述的照明装置，其特征在于，所述冷却系统包括空气移动装置，并且其中，所述空气移动装置的运行导致了通过所述周边开口带有平行于所述中心轴线的输入流和输出流的流型。
19.根据权利要求16所述的照明装置，其特征在于，所述冷却系统包括设置在所述中心轴线周围的多个翅片部件，并且其中，所述翅片部件形成终止于所述周边开口处的周边通道。
20.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述冷却系统包括空气移动元件，所述空气移动元件在所述中心轴线上对齐且在由壁部件定界的腔中，所述壁部件将所述入口组中的翅片部件联接在一起。
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