TW201034327A - Cooling arrangement for a luminaire - Google Patents

Description

201034327 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於提供一器件之冷卻之一配置，特定而 言係關於包括此一冷卻配置之一照明器具。本發明亦係關 於一對應的方法。 【先前技術】 最近，在增加發光二極體（LED)之亮度方面已取得許多 進展。因此’ LED已變得足夠亮且不貴以作為在例如照明 配置（諸如具有可調整顏色之燈）中之一光源。藉由混合不 同顏色之LED可產生任意數目之顏色，例如，白色。一可 調整顏色光照系統通常係藉由使用許多原色所建構，且在 實例中，使用二個原色紅、綠及藍。所產生之光之顏色 係藉由所使用之該等LED以及藉由混合比率所決定。為產 生「白色」，所有三個LED必須被接通。 在例如工業及消費者產品中，在諸如汽車、工業、背光 顯不器及建築細部光照系統之應用中使用高功率LED取代 傳統的白熾燈泡。然而，當被用於傳統的光照應用時，高 功率LED遭遇一高熱負荷。諸如效率、壽命及顏色之led 之重要參數對於LED之溫度非常敏感，因而使得熱管理成 為LED光照應用中之一關鍵問題，尤其在可調整顏色光照 系統中，其中顏色控制對於提供一有用的應用係極為重 要。當然，對白色LED(諸如例如不同類型之螢光粉塗布 LED)作相同考量。 進打熱管理以減少熱負荷之一普遍方式係將led安裝在 144842.doc 201034327 一印刷電路板（pCB)上’且對於PCB配備一散熱器或使PCB 之一金屬層之一部分專屬此目的。此類型冷卻配置通常係 魔大的’因為需要相當大的散熱器以對於LED提供必要的 •冷郃。藉由添加在散熱座處吹風之一風扇，可使用一較小 -的散熱器。然而，風扇將消耗額外的功率且通常將對於光 照配置添加不想要的噪音。 另外，風扇易遭受磨損，限制其等之壽命及可靠性。此 _ 外，龐大的結構妨礙優雅及光滑之光照應用的設計。在專 利申明案第US 2007/0002534號中呈現包括具有一靜電調 流劑之一冷卻裝置之一更有效且更光滑的冷卻配置。提供 調流劑以自-風扇引導一氣流而自一器件表面提供所增加 之熱之傳遞，調流劑係配置在該器件表面上。然而，甚至 所引用之專利申請案之冷卻配置亦不能解決擺脫該龐大風 扇的問題。 因而，需要關於冷卻-器件之一改良，且特定而言克服 # 或至少減輕先前技術之龐大的冷卻組件之問題。 【發明内容】 根據本發明之-態樣’上文係藉由—冷卻配置呈現，該 -棒己置包括用於產生空氣離子之_源電極、配置在離該 .源電極一段距離之一第一與一箆_ 示兴弟一目標電極，及用於控制 施加在該源電極與該第一及該第二目標電極中之至少一者 之間的-電壓之控制電路，其中控制該電壓之施加使得由 該源電極與該第-及該第二目標電極中之至少一者之間的 -電位差所狀1隸配置成藉由分财該源電極與該 I44842.doc 201034327 第一目標電極之間及該源電極與該第：目標電極之間交替 施加電歷而具有交替方向。 本發明之-般概念係基於有可能可在所謂的電離子風之 協助下運送空氣而使用包括_源電極及提供在該源電極下 游之一第-與一第二目標電極中之至少一者的一冷卻配置 之事實。請注意，有可能可（且在本發明 於該第一及該第二目標電極。較佳為，該等電極被)連接: 一電壓源之各自的端子’該電壓源具有一電壓，其使得在 該源電極處發生-電子放電，產生空氣離子。電子放電導 致空氣離子，其等與源電極具有相同的極性且亦可能充電 所謂的氣溶膠，即存在於空氣中之固體顆粒或液體液滴， 其中該等顆粒或液滴當與該等經充電的空氣離子碰撞時被 充電。空氣離子在電場之影響下自源電極快速移動至第一 與第二目標電極中之至少一者，其中空氣離子放棄其等之 電荷且變成再充電空氣分子。在此移動期間，空氣離子與 非充電线分子長久碰撞，且因此靜電力被傳遞至此等後 者的空氣分子’因此以自源電極朝向目標電極之-方向牵 引該等後者的空氣分子’藉此造成通過中空結構以所謂的 離子風形狀之—空氣運送。 藉由本發明之此態樣，有可能可提供一器件(諸如一照 具)之冷郃’其具有類似或比一習知的散熱器及風扇 作統：好：性能’但具有一較小尺寸與重量以及可寂靜操 葬近熱源(例如照明器具之光源)產生一經濃縮氣 ⑽°靶性’有可能亦可減少對散熱器、風扇、熱膠等之 144842.doc 201034327 需要。較佳為，源電極為一電暈電極。因此，電子放電係 一產生空氣離子之一電暈放電。 源電極與第一及第二目標電極中之至少一者之間的距離 . 應係大於電擊穿發生處之距離。在一實施例中，源電極 . (例如電暈電極）與第一及第二目標電極中之至少—者之間 的電位差足以電離在電暈電極處之周圍空氣中之分子，且 隨後空氣自該電極朝向目標電極流動。較佳為，在一低電 參 ㈣作中驅動冷卻配置’藉此增加提供-安全且可靠配置 之可能性。 可能以不同的方式配置源電極及第—與第二目標電極。 在一實施例中，電極被配置在一承載部件上，沒有限制例 如由具有-殼體之-中空結構代表。在此一情況下，電極 可被塗布在中空結構之内側。例如，源電極與第—及第二 目標電極中之至少-者可被配置在巾空結構之殼體之内: (例如，作為該殼體之内側上 中，源電極與第一及第-目”上層）在另-實施例 弟—目‘電極中之至少一者可替代地 (或同時）被配置至一基板（在此情況下代表該承載部件） 上，例如被固定在中空結構之—第一與—第二部分之間。 較佳為，源電極、篦一盘筮_ 4 第與第一目標電極及㈣ 面可使用一貴金屬塗布，其將減少 處產生之臭氧。 了-刀解可在源電極 在-實施射，中空結構包括一入流部與—出流部。同 ，’可配置中空結構使得該中空結構包括至少口 開口具有朝向中空結構之内側之 汗’。 四ρ〜工氣入口以提供 144842.doc 201034327 一文土里效應（Venturi effect)。下文將進一步討論關於本 發明之文土里效應。較佳為，將開口配置成與需要冷卻之 器件（諸如例如一光源）緊密連接。 在本發明之一有利實施例中，冷卻配置係與一光源一起 ❿ 配置’藉此形成一照明器具。為實現 較佳為選自包括發光二極體（LED)、有機發光二極體 (OLED)、聚合發光二極體（pled)、無機LED、冷陰極螢 光燈（CCFL)、熱陰極螢光燈（HCFL) '電漿燈之一群組。 如上文所提及’ LED與習知的電燈泡比較具有更高的能量 效率’ LED大致以光的形式遞送最多約6%之使用之其等之 電力。熟習的技術人士將瞭解當然將可能使用一標準的白 熾光源，諸如一氬、氪及/或氙光源。在一甚至更佳的實 施例中’光源可包括複數個不同顏色之led以提供—呈有 可調整顏色之照明器具，或替代為一白色LED，諸如例如 不同類型之螢光粉塗布LED(例如，遠離螢光粉led)。 在照明器具之一可能的實施方案中，中空結構中面朝向 中空結構之外側的圓錐形空氣人口之侧部可包括—反射部 件。例如當將圓錐㈣π配置成與光料接時，可提供^ 一反射部件作為用於照明器具之光源的—反射器。靖、、主 意婆包括-反射部件之-圓錐形開π可具備本發明之冷卻 配置之上文所討論之實施例之任一者。 方=發明之另―態樣’其提供—種冷卻-照明器具之 方2該方法包括提供-承載部件、於該 一源電極以產生空氣離子、於該承载部件上配置二二 144842.doc -8 - 201034327 第目標電極，其中該第一及該第二目標電極被配置在 離該源電極一段距離之處’控制施加在該源電極與該第一 及該第二目標電極中之至少-者之間之-電;1，其中控制 . 豸電壓使得由該源電極與該第-及該第二目標電極中之至 •少一者之間的一電位差所致之一氣流被配置成藉由分別在 忒源電極與該第一目標電極之間及該源電極與該第二目標 電極之間交替施加電壓而具有交替方向。 φ 藉由本發明之此態樣，其（以如上文參考本發明之第一 態樣而描述之一類似及類比的方式）可能提供一器件（諸如 一照明器具）之冷卻，其具有類似或比一習知的散熱器及 風扇系統更好的性能，但具有一較小尺寸與重量以及可寂 靜刼作。由於靠近熱源（例如照明器具之光源）產生一經濃 縮氣流之可能性，有可能亦減少對散熱器、風扇、熱膠等 之需要。另外，此態樣亦提供使用不同類型承載部件（諸 如具有一殼體之一中空結構，或諸如例如一PCB之一基板） • 之可能性。當然其他實施方案之特定解決方法亦係可行 的。 當研究所附申請專利範圍及以下描述時，本發明之其他 特徵與優點將變得明顯可知。熟習的技術人士瞭解在無違 本發明之範圍之情況下可組合本發明之不同特徵以產生不 同於以下所描述之實施例之實施例。 【實施方式】 自以下詳細描述與附圖將輕易瞭解本發明（包含其特定 特徵與優點）之各種態樣。 144842.doc 201034327 以下參考附圖’現將更完全地描述本發明，圖式中顯示 本發明之當前較佳實施例。然而，可以許多不同的形式體 現本發明’且其等不應被認為係對本文所闡述之該等實施 例的限制；更確切些，徹底且完整地提供此等實施例並且 完全傳達本發明之範圍至熟習的技術人士。貫穿圖式相似 的參考字元指的是相似的元件。 現參考圖式且特定而言圖丨，其描繪根據本發明之一當 前較佳實施例之一冷卻配置之一示意性繪示。圖u顯示冷 卻配置100之分離部分，冷卻配置100包括以—電暈電極 1〇2之形式之一源電極、一第—目標電極1〇4及一第二目標 電極106。另外，冷卻配置100分別包括一第一與一第二封 閉體108與11 〇，其等經調適以配合在電晕電極⑽及目標 電極104、1G6上並對於冷卻配置⑽提供—殼體。各自的 封閉體較佳為包括對於氣流進氣口與排氣口形成之端部。 在圖时，顯示冷卻配置1〇〇之功能，其指示當一電位差 被施加在電暈電極102與目標電極1〇4、ι〇6之間時，冷卻 配置100之-氣流方向。作為一實例 極102與目標電極106之間提供 f於電軍电 <间敌供電位差，而另一目標電極 104與電暈電極1〇2保持在基本上相同的電壓電位。因此， 且如上所时命’尤其為了安全原因應保持盡可能低的電暈 電極1〇2與目標電極106之間的電位差。然而，在一例示但 非限制實施例中’在電暈電極1〇2與目標電極ι〇6之間的電 :差之該電位差為至少7 kv，且較佳為大於M W可能 生一在約1至3 m/S之氣流。在相同實施例中，擇電暈電 144842.doc 201034327 極102與目標電極1〇4之間的距離可經選擇而約為大致7 mm 〇 藉由提供電位差’在電暈電極1〇2處將發生一電子放 • 電，其從而將產生空氣離子。即，電子放電導致空氣離 * 子，其具有與電暈電極1 相同的極性且亦可能充電所謂 的氣溶膠，即存在於空氣令之固體顆粒或液體液滴，其中 該等顆粒或液滴當與該等經充電的空氣離子碰撞時被充 φ 電。空氣離子在電場之影響下自電暈電極102快速移動至 目標電極106,其中空氣離子放棄其等之電荷且變成再充 電之空氣分子^在此移動期間，空氣離子與非充電空氣分 子長久碰撞，且因此靜電力被傳遞至此等後者的空氣分 子，因此以自源電極朝向目標電極之一方向牵引該等後者 的二氣分子，藉此造成以一離子風形狀通過封閉體1〇8、 u〇之一氣流。在最靠近目標電極1〇6之封閉體11〇之端點 處將存在如由一箭頭指示之一出.流，然而在最靠近另一目 ® 標電極104之封閉體108之端點處將存在一入流。在圖卜中 電位差被改變，在此情況下使得電位差被施加在電暈電極 102與第-目標電極104之間，造成以與圖ib相反之方向之 氣流。類似地，在第二目標電極106處之電壓電位可與 -在電暈電極102處之位準保持於基本上相同的一位準。另 外，為最小化可能之臭氧產生’可能適於使用一貴金屬 (諸如例如金或銀）覆蓋、電鍍或製造電暈電極1〇2及/或目 標電極104、106。 較佳為，圖lb與lc中所繪示之操作將可能循序地發生且 144842.doc 11 201034327 發生複數次，因而造成—交替氣流，其可適於冷卻例如一 照明器具。為控制電暈電極1G2與第—目標電極⑽及第二 目標電極106令之至少-者之間的-電位差的此一交替應 用，可使用例如-控制電路（未顯示）。控制電路可包含一 微處理器、微控制器、可程式數位信號處理器或另一可程 式器件。控制電路亦可(或替代地)包含—特定應用積趙電 路、一可程式閘極陣列可程式陣列邏輯、—可程式邏輯器 件或一數位信號處理器。在控制電路包含諸如上文提及之 微處理器或微控制器之一可程式器件之情形下，該處理器 可進一步包含控制可程式器件之操作之電腦可執行碼。另 外，控制電路可包括用於接收來自配置在意欲藉由冷卻配 置_冷卻之物體（諸如-LED或照明器具）附近之一感測器 之一溫度指示之-輸人’藉此提供額外的控制能力。 現參考圖2，其中緣示根據本發明之另—當前較佳實施 例之一冷卻配置200之一示意性繪示。提供與一基板（諸如 一印刷電路板（PCB))結合之冷卻配置2⑽，一第一電暈電 極202、一第二電暈電極2〇4、一第一目標電極2〇6及一第 二目標電極208被配置至該PCB上。此外，另外提供—光 源（諸如一發光二極體（LED)21〇)於該pcB上。在操作led 210期間，使用一散熱片212以運送所產生之熱遠離led 210並將熱散布在一更大的空間。 一類似配置亦可被提供於該PCB之相反側上。藉此在 PCB之兩側上可有效地發生電離。將僅在尖銳的帶正電電 極或電暈電極處發生電離。因此，每半相位空氣將僅自 144842.doc 12- 201034327 LED之一側位移至另一側。在使 〜 -……心 在使用1電諸發電機之例 不情況中以移動之方向將在下—個半相位改變。因此， 氣流之方向改變等於AC頻率。

因此’在冷卻配置200之操作期間，在-第一相位期 間，一電位差將被施加在第一電晕電極2〇2與第一目標電 極206之間。該操作類似於結合_所描述之操作。艮:， -氣流將開始以自第-電暈電極2〇2朝向第一目標電極· 之-方向流動。在-第二相位期間’電位差將替代地被施 加在第二電暈電極204與第二目標電極2〇8之間，因而造成 以一基本上相反方向之一氣流。圖2中亦提供第一電暈電 極202之一區段之一詳細視圖。該詳細視圖繪示第一電暈 電極之一例示實施方案，其包含四個用於電暈電極2〇2之 疋尺寸之長度/寬度指示L!至]：4。在一非限制實施例中，長 度1^與。可經選擇而在自1至5 mm之範圍中，而一電暈電 極部之寬度L3可被保持約為大致心25 mm，在開放端可能 具有一特別三角形邊緣。另外，兩不同電暈電極部之間的 距離可經選擇而自1至3 mm。然而，熟習的技術人士瞭解 可例如取決於施加在一電暈電極與一目標電極之間的電位 差選擇不同的長度寬度。上文描述之實施例僅併入一冷卻 配置200 ’但應瞭解可僅使用一中心高電壓發電機建構此 等單元之一陣列。 圖3繼續缘示包括根據本發明之一例示冷卻配置2〇〇之一 照明器具3 0 0之一示意性缯'示。初始地，在圖3 a中提供一 照明器具300之一概念透視側視圖，基於PCB之冷卻配置 144842.doc -13- 201034327 200可被配置在該照明器具3〇〇之内側 。對比圖1中所繪示

例如空氣壓力，其在一 >期間，開口 306將作為一文土里開 里效應。文土里效應係流體壓力， 不可壓縮流體流過管路之一綴縮區 ^又時產生因此，文土里效應可自白努利原理與連續方程⑩ 之一組合導出。即’通過縊縮之氣流之速度必須增加以滿 足連續方程，而其壓力由於能量守恆而必須降低：動能之 增益係藉由壓力之一下降或一氣壓梯度力而提供。因而， 以一第一方向之一氣流將造成在PCB之兩側上之一壓力下 降，造成空氣將通過開口 306且可能在照明器具3〇〇之相反 側上之一另外開口處吸入。此係類似於喷流衝擊其中差 別在於通過開口之氣流係藉由在開口之出口處之一壓力下 降而造成，而非在開口之入口處之一壓力增加而造成。 _ 較佳為’開口 3〇6可被配置在靠近LED 210之附近，諸如 圖3b中所纷示，且亦可係藉由一反射塗層覆蓋以容許該開 口亦作為LED 210之一反射器。圖3b亦進一步繪示將一開 口 308用在照明器具3〇〇之相反側上。另外，圖孙藉由箭頭 · 顯示流動通過照明器具3〇〇之空氣之交替方向。類似於圖1 之冷部配置1〇〇 ’封閉部3〇2與3〇4之端部係開放以容許— 自由氣流’藉此形成空氣進氣口 /排氣口。然而，可提供 144842.doc • 14 - 201034327 不同的結構，包含例如配置在空氣入口/出口内之一過據 器部件。 最後，在圖4a至4c中’分別顯示包括根據本發明之一不 同實施例之一冷卻配置之一照明器具400之另一實施例之 . 一斷面圖、一透視俯視圖及一側視圖。照明器具4〇〇進一 步包括一 LED 402、鄰近該LED 402配置之一散熱層（例如 銅散熱層）404、一電暈電極406及一目標電極408，其等一 瘳 起形成照明器具4 0 0之一「頂部區段」。另外，照明号且 400包括複數個配置在一「底部區段」上之間隔元件41〇及 一中心定位的喷嘴412(例如，一空氣入口 /出口開口）。頂 部與底部區段可藉由例如黏膠、熔融、按扣配合或任何其 他適合的方法連接在一起。 照明器具400之功能類似於關於圖2及3所描述之實施 例。然而，一不同處在於照明器具4〇〇不使用文土里效 應，但藉由一電暈風而藉由在體積之内側中心處產生一壓 〇 力下降而直接造成一喷流衝擊冷卻效應，該體積係由在底 部區段及頂部區段上之複數個間隔元件410形成。在此情 況下，冷空氣係通過喷嘴412吸入，藉由在PCB上之散熱 ，表面加熱且以一徑向方式自一中心朝外吹出。 概述而言，根據本發明可能提供一冷卻配置，其包括一 源電極，配置在離該源電極一段距離之一第一與一第二目 標電極’具有-殼體之一中空結構及用於控制施加在該源 電極與該第一及該第二目標電極中之至少一者之間的一電 壓之控制電路。控制該電麼使得由該源電極與該第一及該 144842.doc .15· 201034327 第二目標電極中之至少一者之間的一電位差所致之一氣流 被配置成具有交替方向。藉由本發明有可能可提供一器件 之冷卻’該器件具有類似或比一習知的散熱器及風扇系統 更好的性能，但具有一較小尺寸與重量以及寂靜的。 儘管參考其之特定例示實施例已描述本發明，但許多不 同的交替 '修改及其類似物對於熟習此項技術者將變得明 - 顯可知《例如，離子驅動冷卻可被應用在大led陣列系 統，諸如背光、修整LED燈、LED嵌燈等。同時，大致已 使用電暈電極與一目標電極之間的一電位差之應用而描述❹ 以上冷部配置。當然可藉由一 AC與一 DC電壓中之任一者 提供一電位差之應用。另外，熟習的技術人士在實踐所主 張之發明中自研究圖式、揭示内容及所附申請專利範圍可 瞭解及實現所揭示實施例之變體。在申請專利範圍中，字 詞「包括」*排除其他元件或步驟，且*定冠詞「一」不 排除複數個。一單一處理器 命4具他單疋可履灯申請專利範 圍中所列舉之若干項$ # At , 力月b °在互不相同之附屬請求項中 列舉某些措施之純粹事實- ^ Λ不扣不此等措施之一組合不 〇 用作優點。 破 【圖式簡單說明】 一當前較佳實施例之 概 圖la、lb與lc係根據本發明 念冷卻配置之一示意性繪示； 圖2係根據本發明之另—♦二 ^ 田則較佳實施例之一冷卻配詈 之一示意牲緣示； 置 例示冷卻配置之 照明 圖3a與3b係根據本發明之包括 144842.doc -16- 201034327 器具之一示意性續示；及 圖4a、4b與4c係根據本發明之包括一例示冷卻配置之 不同的照明器具之一示意性繪示。 【主要元件符號說明】

100 冷卻配置 102 電暈電極 104 第一目標電極 106 第二目標電極 108 第一封閉體 110 第二封閉體 200 冷卻配置 202 第一電暈電極 204 第二電暈電極 206 第一目標電極 208 第二目標電極 210 發光二極體 212 散熱片 300 照明器具 302 封閉部 304 封閉部 306 開口 308 開口 400 照明器具 402 LED 144842.doc -17- 201034327 404 406 408 410 412 散熱層 電暈電極 目標電極 間隔元件 喷嘴 144842.doc -18

Claims (1)

1. 201034327 七、申請專利範圍： 一種冷卻配置，其包括： 用於產生空氣離子之一源電極； 配置在離該源電極一段距離處之一第一及—第二目標 電極；及 用於控制施加在該源電極與該第一及該第二目標電極 中之至少一者之間的一電壓之控制電路， 其中控制該電壓之該施加使得由該源電極與該第一及該 第二目標電極中之至少一者之間的一電位差所致之一氣 流被配置成藉由分別在該源電極與該第一目標電極之間 及該源電極與該第二目標電極之間交替施加該電壓而具 有交替方向。 2_ 如請求項1之冷卻配置’其進一步包括具有一殼體之一 中空結構，其中該源電極與該第一及該第二目標電極被 配置在該中空結構之内侧。 3. 如請求項1與2中任一塌夕、人欠η β里 -, Τ1項之冷部配置，其中該源電極係一 電暈電極。 4. 二或2之冷卻配置’其中該源電極與該第一及該 敏極中之至少—者之間的一距離係大於在該電 壓發生電擊穿處之該距離。 5. 如請求項…之冷卻配置，其中該源 第二目標電極中之至，丨、土 弟及4 ㈣電晕電極I 間的該電位差係足以電離 自:_朝^之該周圍空氣中之諸分子，且隨後空氣 自°亥電極朝向該目標電極流動。 144842.doc 201034327 6. 如請求項1或2之冷卻配置，其中該源電極與該第一及該 第二目標電極中之至少一者被配置至一基板上。 7. 如請求項6之冷卻配置，其中該中空結構包括一第一與 一第二部’且該基板被固定在該第一與該第二部之間。 8. 如請求項1或2之冷卻配置，其中該源電極與該第一及該 第二目標電極係使用一貴金屬塗布。 9. 如請求項2之冷卻配置，其中該中空結構包括—入流部 與一出流部。 10. 如請求項2之冷卻配置，其中該中空結構包括至少一開 _ 口’該開口具有朝向該中空結構之該内側之一圓錐形以 k 供一文土里效應（Venturi effect)。 11. 一種照明器具，其包括一光源及如請求項〗之—冷卻配 置。 12.如請求項11之照明器具，其中該光源包括至少一發光二 極體（LED)。 13.如請求則㈣中任一者之照明器具，其中該中空結構

   包括至少一開口，該開口具有朝向該中空結構之該内側 圓錐形，且面向該中空結構外面之該圓錐之該内侧 包括一反射部件。 14. 一種用於冷卻—照明器具之方法，其包括·· 提供一承載部件； 於該承載部件上配置一源電極以產生諸空氣離子； >於5亥承載部件上配置一苐—與一第二目標電極，其 k及°亥第—目標電極被配置在離該源電極一段距 144842.doc -2- 201034327 之處； 控制施加在該源電極與該第一及該第二目標電極中之 至少一者之間的一電磨， 其中控制該電壓使得由該源電極與該第一及該第二目標 電極中之至少一者之間的一電位差所致之一氣流被配置 成藉由分別在該源電極與該第一目標電極之間及該源電 極與该第二目標電極之間交替施加該電壓而具有交替方 響 15. 向。 青求項14之方法，其中該源電極係—電暈電極。 ❷ 144842.doc